吳 彪 許洪國 戴彤焱 王君祥

（1.黑龍江工程學(xué)院汽車與交通工程學(xué)院 哈爾濱 150050；2.吉林大學(xué)交通學(xué)院 長春 130025；3.黑龍江工程學(xué)院數(shù)學(xué)系 哈爾濱 150050）

0 引言

高速公路養(yǎng)護施工作業(yè)時通常不會中斷交通，施工區(qū)易造成行車環(huán)境突變，干擾正常交通流，引起交通沖突，增加行車風(fēng)險，甚至誘發(fā)交通事故。只有適時準(zhǔn)確地將養(yǎng)護施工信息傳遞給通行車輛的駕駛員，才能有效減少交通堵塞、降低行車風(fēng)險［1］。因此，開展高速公路養(yǎng)護施工信息發(fā)布方面的研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

交通信息發(fā)布方式主要有VMS、CSLS、交通廣播、車載終端、互聯(lián)網(wǎng)和聲訊電話等［2］，其中VMS是較為常用且技術(shù)較為成熟的方式之一，也是最常用的交通信息獲取途徑［3］。目前，國內(nèi)外學(xué)者就VMS的研究，主要集中在VMS設(shè)置［1，4］、駕駛員反應(yīng)［5－6］及路徑誘導(dǎo)［7］。在較大交通量下，高速公路養(yǎng)護施工作業(yè)區(qū)域可設(shè)置移動式可變信息標(biāo)志，以便將養(yǎng)護施工信息及時告知駕乘人員，進而彌補固定式可變信息標(biāo)志的不足。

鑒于此，本文在高速公路養(yǎng)護施工信息發(fā)布需求分析的基礎(chǔ)上，從駕駛員認(rèn)知心理的角度研究MVMS的視認(rèn)性，建立駕駛員通過高速公路施工區(qū)時的信息處理模型，推導(dǎo)出施工區(qū)上游路段MVMS前置距離計算模型。

1 養(yǎng)護施工信息發(fā)布需求

根據(jù)駕駛員出行前及出行中所需交通信息調(diào)查［8］，駕駛員期望獲取的交通誘導(dǎo)信息見圖1。

由圖1可知，駕駛員對道路養(yǎng)護施工信息較為關(guān)注，所以在高速公路養(yǎng)護施工作業(yè)期間，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆绞桨l(fā)布養(yǎng)護施工信息。

2 駕駛員移動式可變信息標(biāo)志的認(rèn)知模型

車輛通過高速公路施工區(qū)時，由于道路交通條件的突變，施工區(qū)內(nèi)各種交通信息急劇增加、內(nèi)容復(fù)雜［9］，駕駛員需要處理的信息量較大?；隈{駛員認(rèn)知過程［10］，建立駕駛員通過高速公路施工區(qū)時的信息處理過程模型［11］，見圖2。

高速公路養(yǎng)護施工期間，要求利用施工區(qū)上游的MVMS顯示“前方XX 公里封閉、車道施工”等信息，向駕駛員提示養(yǎng)護施工區(qū)的存在，并約束其駕駛行為。駕駛員對MVMS的認(rèn)知過程，見圖3。

圖1 駕駛員期望的交通信息Fig.1 Driver＇s desired traffic information

圖2 駕駛員信息處理過程模型Fig.2 Model on traffic information processing of driver

由圖3可知，在車輛行駛過程中，駕駛員通常在視認(rèn)點A 處已發(fā)現(xiàn)F 點的MVMS，但直到車輛行駛至B 點才能看清MVMS的內(nèi)容，并開始讀取MVMS上的信息，到C 點時讀完該信息；讀完MVMS后，駕駛員在C 點開始做出相應(yīng)反應(yīng)，行駛至E 點反應(yīng)完畢，從這一刻開始采取行動，駕駛員這段時間內(nèi)須完成變換車道、減速或停車等駕駛行為。

圖3 駕駛員認(rèn)讀MVMS標(biāo)志過程Fig.3 Process on driver’s cognition of mobile variable message signs

從讀完點C 到MVMS 所在點F 之間的距離，可用圖4進一步說明。

圖4 認(rèn)知MVMS的消失距離Fig.4 Disappeared distance of cognizing mobile variable message signs

從B 點到C 點的距離稱為MVMS的認(rèn)讀距離R′，從B 點到F 點的距離稱為MVMS的視認(rèn)距離S，從讀完點C 到MVMS設(shè)置點F的距離記為R，從消失點D 到MVMS設(shè)置點F的距離為消失距離M。在行動距離L 內(nèi)，駕駛員要完成變換車道和減速等駕駛行為，需滿足式（1）和式（2）2個條件。

式中：（n－1）L＊為變換車道所需的距離，m；n為車道數(shù)；L＊為變換1個車道所需的距離，m；v1為認(rèn)讀標(biāo)志時的速度，km／h，可采用85%運行速度或限制速度；v2為采取行動后的速度，km／h為道路阻力系數(shù)，＝f＋i，其中，f為滾動阻力系數(shù)，i為道路縱坡度；φ為路面附著系數(shù)；J為反應(yīng)距離，m；H為MVMS 標(biāo)志上緣距地面的高度，m，其值等于MVMS高度b與MVMS下緣距地面的高度（MVMS下緣距地面高度的最小高度為2.0m［12］）之和；H0為駕駛員的視線高（按小型車標(biāo)準(zhǔn)，取1.2m）；α為消失點與路側(cè)MVMS頂邊的仰角，取為減速（停車或改變方向）所必需的距離，m。

3 移動式可變信息標(biāo)志前置距離計算模型

3.1 變換車道所需距離

變換車道行駛的最長距離發(fā)生在超越相鄰車道的車輛后變換到該車道上來，該車道變換行車過程與從C、D2點的超車過程相似性。所以，可利用車輛超車過程的試驗結(jié)果來計算變換1次車道所需的距離L＊［1］，即

式中：t2為變換1 次車道的時間，s，取6.2～6.9 s。

3.2 滾動阻力系數(shù)與路面附著系數(shù)的取值

滾動阻力系數(shù)f 與路面類型、輪胎結(jié)構(gòu)和車輛行駛速度等有關(guān)，在一定類型的輪胎和車速范圍內(nèi)，滾動阻力系數(shù)f 可視為僅與路面狀況有關(guān)的常數(shù)。通常采用的計算值，見表1［13］。

表1 各類路面滾動阻力系數(shù)f 值Tab.1 Rolling resistance coefficient of pavement

路面附著系數(shù)，主要取決于路面的粗糙程度和潮濕程度，輪胎的花紋和氣壓以及車速和荷載等。國內(nèi)一般采用的計算值，見表2［13］。

表2 各類路面上附著系數(shù)的平均值Tab.2 Mean value of pavement adhesion coefficient

3.3 反應(yīng)距離

反應(yīng)距離J 指當(dāng)駕駛員已看清MVMS 內(nèi)容，經(jīng)過判斷決定采取制動措施的一瞬間到制動器真正開始起作用的那一瞬間車輛所行駛的距離。感覺和制動反應(yīng)的總時間t1＝2.5s，其中感覺時間取1.5s、制動反應(yīng)時間取1.0s［14］。則在感覺和制動反應(yīng)總時間內(nèi)車輛的行駛距離為

式中：t1為感覺和制動反應(yīng)的總時間，s，取2.5s。

3.4 前置距離

將式（3）和式（4）代入式（1），可得

由式（5）可得MVMS設(shè)置的前置距離

由式（6）可知，要使前置距離D 取得值最大，則要求讀完點到MVMS的距離R 盡可能取最小值

將式（7）代入式（6），可得MVMS的前置距離Dmin

即為MVMS前置距離的理論計算公式。

工程實際中，采用實際安全前置距離作為最小安全前置距離的方法，作為交通工程師確定MVMS設(shè)置時的參考依據(jù)［4］。則按式

計算實際安全前置距離。一般取安全距離D安全＝10m。

4 算例分析

4.1 施工區(qū)概況

某高速公路路段針對路面坑槽破損進行養(yǎng)護維修。養(yǎng)護維修作業(yè)控制區(qū)占用行車道，封閉車道長度約1km，封閉車道寬度3.75m，超車道開放，采用錐形交通路標(biāo)進行隔離，在警告區(qū)內(nèi)設(shè)有道路施工標(biāo)志和限速標(biāo)志，限制車速為60km／h。該高速公路施工區(qū)布設(shè)情況，見圖5。

4.2 確定計算因子

為制定合理的MVMS設(shè)置方案，選取該施工區(qū)上游路段某一斷面，進行車輛運行速度調(diào)查，觀測車速的統(tǒng)計結(jié)果見表3。

圖5 高速公路施工區(qū)布設(shè)示意圖Fig.5 Diagram of expressway work zone layout

表3 施工區(qū)上游路段車速度調(diào)查統(tǒng)計描述Tab.3 Vehicle speed survey of upstream area in work zone km／h

按小型車標(biāo)準(zhǔn)，v1、v2分別取110，60km／h計算MVMS的前置距離。

根據(jù)承載車的不同，MVMS高度b的推薦尺寸分為1.4m 及2m2種情況［15］，進而可確定其前置距離的計算因子取值，見表4。

表4 移動式可變信息標(biāo)志前置距離的計算因子及其取值Tab.4 Calculation factors and their values of mobile variable message signs setting

4.3 計算前置距離

將表4 中計算因子取值代入式（8），即得MVMS的理論前置距離約為320m；則其實際安全前置距離約為330m。

5 結(jié)束語

MVMS類似于路側(cè)小型VMS，是交通信息發(fā)布系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于高速公路養(yǎng)護施工作業(yè)，提前將道路施工情況告知駕駛員，防止施工區(qū)通過車輛發(fā)生交通事故。合理設(shè)置MVMS，是高速公路施工區(qū)行車風(fēng)險控制的有效措施之一。從交通信息需求調(diào)查著手，闡明駕駛員對高速公路養(yǎng)護施工信息較為關(guān)注?；隈{駛員認(rèn)知特性，建立高速公路養(yǎng)護施工條件下駕駛員MVMS認(rèn)知模型和前置距離計算模型，對改善施工區(qū)行車環(huán)境、降低施工區(qū)行車風(fēng)險非常必要，研究成果為高速公路施工區(qū)交通組織與安全管理提供了理論依據(jù)。

［1］王 娟.高速公路可變信息標(biāo)志發(fā)布內(nèi)容與設(shè)置位置研究［D］.西安：長安大學(xué)，2009.

［2］王建軍，鄧亞娟.路網(wǎng)環(huán)境下高速公路交通事故影響傳播分析與控制［M］.北京：科學(xué)出版社，2010.

［3］鄭榮莉.高速公路二次交通事故預(yù)警及信息發(fā)布研究［D］.西安：長安大學(xué)，2010.

［4］劉 軍，張 義.基于行車安全的高速公路霧區(qū)可變情報板設(shè)置研究［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2011（1）：40－43.

［5］Wardman M，Bonsall P W，Shires J D.Driver response to variable message signs：a stated preference investigation［J］.Transportation Research Part C，1997，5（6）：389－405.

［6］Chatterjee K，Hounsell N B，F(xiàn)irmin P E，et al.Driver response to variable message sign information in London［J］.Transportation Research Part C，2002（10）：149－169.

［7］Erke A，Sagberg F，Hagman R.Effects of route guidance variable message signs（VMS）on driver behavior［J］.Transportation Research Part F，2007，10（6）：447－457.

［8］張 兵.基于GIS的交通信息發(fā)布系統(tǒng)研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2007.

［9］戴彤宇，裴玉龍，陳 瑜.基于駕駛員信息處理能力的高速公路作業(yè)區(qū)限速值計算方法［J］.公路交通科技，2007，24（9）：127－131.

［10］Dianni Parkera.Driving errors，driving violations and accident involvement［J］.Ergonomics，1995，38（5）：1036－1048.

［11］張文會.高速公路交通事故現(xiàn)場區(qū)劃安全測度研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2010.

［12］王建軍，徐秀芹，吳海剛.基于動態(tài)交通組織的高速公路可變信息標(biāo)志設(shè)計探討［J］.公路，2008（11）：124－128.

［13］楊少偉.道路勘測設(shè)計［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［14］任福田.交通工程心理學(xué)［M］.北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，1993.

［15］艾少龍，李 莉.高速公路可變信息發(fā)布系統(tǒng)建設(shè)方案［J］.中國交通信息化，2012（1）：112－114.