■黃 宏

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計院，福州 350004）

1 研究背景

統(tǒng)計資料表明，我國建制鎮(zhèn)90%以上是過境公路穿城的布局，即大部分小城鎮(zhèn)都依賴于過境公路發(fā)展。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，機動車輛的增多，公路穿城帶來的問題越來越嚴重[1]。過境公路將大量的過境車輛引入小城鎮(zhèn)，往往影響到小城鎮(zhèn)交通的安全性。

目前公路沿線城鎮(zhèn)化程度越來越高，存在著巨大的交通安全隱患[2]。位于公路沿線附近的商鋪，吸引交通安全意識淡薄的行人，促使公路的交通安全狀況更加惡化。同時，隨意設(shè)置的出入口，多為當?shù)鼐用裨诖┰酱彐?zhèn)路段處自由式的接入設(shè)計，缺乏相應(yīng)的交通提醒標識。

圖1所示為雙車道公路的城鎮(zhèn)化程度指標與事故數(shù)之間的關(guān)系，由圖可以看出隨著城鎮(zhèn)化程度的增加，即支路口數(shù)量的增加，事故數(shù)也增加；城鎮(zhèn)化越嚴重，可能發(fā)生的交通事故數(shù)越多。

圖1 城鎮(zhèn)化程度與事故數(shù)的曲線圖

沿公路分布的城鎮(zhèn)多為靠對外交通發(fā)展起來，公路不僅具有服務(wù)于過境交通的功能，還承擔著城鎮(zhèn)主要交通干道的功能[3]。小城鎮(zhèn)規(guī)模小，用地混合程度高，隨著城鎮(zhèn)周邊建筑用地規(guī)模變大，城鎮(zhèn)內(nèi)部交通需求也隨之進一步增大，使得公路沿線內(nèi)外交通的干擾日益嚴重，交通事故日趨增長。

發(fā)生交通事故的涉及因素主要是機動車和機動車、機動車和行人，車車正面、側(cè)面相撞及人車碰撞是主要的交通事故形態(tài)，車輛之間、車輛和行人之間的安全距離過小，車輛超速行駛是交通事故發(fā)生的主要原因。文獻[4,5,6]對交通事故的嚴重程度和車輛速度梯度、車輛運行速度之間的關(guān)系做了很多的研究，速度梯度是路段中某輛車的運行車速與所有車輛平均車速之差，其數(shù)值的大小反映了該車行駛狀態(tài)與一般車輛行駛狀態(tài)差異性的大小。若某些車輛的運行車速過快或過慢，便會引起速度梯度的突變。研究表明：速度梯度和運行車速是影響交通事故率和事故嚴重程度的兩個主要因素，當這兩者的數(shù)值越大，發(fā)生嚴重事故的可能性也越大。交通事故死亡率隨著運行車速的增加呈現(xiàn)出明顯的增加，若速度梯度有微小的增大，事故死亡率就會以四次方的比例成倍地增加。

在經(jīng)濟利益的驅(qū)使下，大多數(shù)貨車司機為了趕時間、爭速度、節(jié)約運輸成本，通常會選擇以較高的車速行駛，相較于以低于平均車速的速度運行，超速現(xiàn)象更普遍一些，超速行駛是速度梯度與運行車速過大的主要表征對象。因此，從根本上去減少速度梯度和運行車速數(shù)值的大小，成了交通安全上作中的重中之重。

制動距離是指車輛從制動生效到完全停住，這段時間內(nèi)所走的距離，應(yīng)為：

式中：S 為車輛的制動距離，m；V 為車輛制動生效時的車速，近似為車輛的初始車速，km/h；φ 為路面與輪胎之間的附著系數(shù)；ψ 為道路阻力系數(shù)。

從上式可以看出，制動距離與速度的平方成正比，車速越快，車輛的制動距離越長，不安全區(qū)域越大，如圖2所示。

圖2 速度與制動距離

過村鎮(zhèn)公路所穿越的村鎮(zhèn)出入口較多，行人或非機動車往往會突然闖入駕駛員的視線，車輛速度越高，則發(fā)生交通事故的可能性越大及發(fā)生交通事故的后果也越嚴重。

在對過村鎮(zhèn)公路交通調(diào)查的基礎(chǔ)上，從人車碰撞、公路所經(jīng)過村鎮(zhèn)的出入口特性等方面對過村鎮(zhèn)公路的限制速度進行研究。

2 通過人車碰撞確定合理運行車速

清華大學(xué)袁泉等[7]對150多例行人事故統(tǒng)計得出行人的交通特征，包括橫過道路、路邊行走、路邊站立、路中行走、路中作業(yè)。有關(guān)人車路面接觸位置的統(tǒng)計結(jié)果中，橫過車行道路的行人約占80%，路面接觸位置在人行橫道內(nèi)的約占24%。由此可見，人車碰撞事故大部分發(fā)生在機動車直行、行人橫過道路的交叉沖突過程中。

人車碰撞大概經(jīng)歷四個階段，在碰撞開始到碰撞完成的整個過程中，車輛對行人有三次碰撞（如圖3所示）：①汽車前部與行人腿部相撞；②第一次碰撞后，由于沖擊力的作用，行人會被拋起，頭部與前擋風玻璃相撞；③此時汽車會緊急剎車，行人掉落地上，行人頭部又與地面進行第三次碰撞。

圖3 轎車與行人碰撞的過程

圖4 車速分別為60 km/h 和90 km/h 時車輛與行人頭部的碰撞結(jié)果

在碰撞的過程中，碰撞時的瞬時速度不同，對行人的傷害程度也有較大的差異，圖4是車速分別為60km/h和90km/h時車輛前擋風玻璃與行人頭部的碰撞結(jié)果比較。

表1表示人車在不同的碰撞車速下，行人的受傷部位也不同，由表可以看出，碰撞速度越大，人體受傷越嚴重。

表1 不同車速下轎車與行人相撞時人的受傷部位[8]

圖5～圖9分別表示在汽車和行人碰撞時，人體比較容易受傷的幾個重要部位的傷害程度和碰撞速度之間的關(guān)系以及國家標準所規(guī)定的人體部位受傷害的法定值。其中人的頭部是最容易受到傷害的部位，也是首先最應(yīng)該得到保護的部位。

根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)人車碰撞對行人傷害嚴重程度的資料，得到減速路面應(yīng)該使車輛的速度減到一旦人和車輛發(fā)生交通事故，人體的傷害較?。ㄖ饕侨说念^部基本無傷害）可接受的車輛速度，這個速度害在35km/h是比較合理的。

圖5 HIC 隨碰撞速度的變化HIC-行人頭部傷害指數(shù)HIC=1000 為安全界限

圖6 膝關(guān)節(jié)橫向錯位隨碰撞速度的變化法規(guī)規(guī)定的膝關(guān)節(jié)橫向錯位的嚴重傷害界限=6mm

圖7 大腿沖擊力隨碰撞速度的變化（大腿所受沖擊力法定為5kN）

圖8 大腿彎曲力矩隨碰撞速度的變化(大腿所受彎曲力矩法定為300Nm)

圖9 脛骨加速度隨碰撞速度的變化(脛骨加速度法定為200g)

3 根據(jù)過村鎮(zhèn)公路出入口確定合理行車速度

一般說來，過村鎮(zhèn)公路的接入口主要包括過村鎮(zhèn)公路交叉口和周邊建筑出入口等，該區(qū)域交通沖突點數(shù)量多，存在著較多的交通安全隱患。我國過村鎮(zhèn)公路街道化嚴重、車型構(gòu)成復(fù)雜，很多建筑物都在道路紅線以內(nèi)，出入口離公路距離較近，再加上居民交通安全意識淡薄，有必要根據(jù)過村鎮(zhèn)公路出入口的特征對過村鎮(zhèn)公路車輛進行限速。國外對公路接入點的研究，主要從保證通行能力、行車速度和交通安全的角度出發(fā)，提出了公路接入點的控制、間距及設(shè)計的綜合方法，上述的研究成果主要集中在接入管理技術(shù)（AccessManagement）中[9，10]。本文借助于接入管理技術(shù)理論，根據(jù)實際的過村鎮(zhèn)公路（包括國道、省道、縣道）自身的特點和實際調(diào)查的出入口間距，推導(dǎo)出合理的過村鎮(zhèn)公路限速值。公路平面交叉口區(qū)域可分為交叉口物理區(qū)和交叉口功能區(qū)兩種，交叉口物理區(qū)指交叉口道路的重疊部分，它以交叉口轉(zhuǎn)角和相鄰的所有邊界為限，通常被認為是交叉口的入口，如圖10所示。交叉口功能區(qū)是指交叉口物理區(qū)及其上游和下游車道的延伸，其中包括輔助車道（見圖10）。交叉口功能區(qū)對交叉口交通運行的機動性和安全性有著重要的意義。機動車在進入交叉口前，駕駛員需作進行一系列復(fù)雜的操作：包括反應(yīng)、減速、排隊等待、轉(zhuǎn)向或穿越、加速等，功能區(qū)則是駕駛員實施這一系列操作的面積范圍，也是交叉口對其相交道路的影響區(qū)域范圍。

根據(jù)車輛駛進和駛出交叉口，交叉口進口道可分為功能區(qū)上游和功能區(qū)下游。駛?cè)胲嚨罏樯嫌喂δ軈^(qū)，駛出車道為下游功能區(qū)。交叉口功能區(qū)范圍的界定就是分別確定上、下游車道的長度。

通常情況下，交叉口功能區(qū)上游由三部分構(gòu)成，即：駕駛員發(fā)現(xiàn)交叉口的感知反應(yīng)時間內(nèi)行駛的距離d1；駕駛員采取措施后車輛減速行駛的距離d2以及車輛排隊長度d3。交叉口功能區(qū)的上游長度為，如圖11所示。

圖10 交叉口物理區(qū)和功能區(qū)

圖11 交叉口功能區(qū)上游組成

dl隨著感知-反應(yīng)時間和車輛行駛速度的增大而增大。感知-反應(yīng)時間因駕駛員對道路的熟悉程度和其駕駛時的警覺狀態(tài)不同而有變化。警覺并且對道路熟悉的駕駛員,感知-反應(yīng)時間要少于一個不熟悉道路的駕駛員的反應(yīng)時間。此外,過村鎮(zhèn)公路復(fù)雜的交通條件,使得與在村鎮(zhèn)路段行駛相比,駕駛員具有更高的警覺水平。因此,選用2.5s作為駕駛員在過村鎮(zhèn)段公路的感知-反應(yīng)時間[9],這段距離采用式(2)計算。

式中:v 為限制車速,km/h；t 為感知-反應(yīng)時間。

d1的計算值見表2。

表2 感知-反應(yīng)距離d1

減速距離d2采用式(3)計算。

式中:v 為限制車速,km/h；g 為重力加速度,取9.8；f 為縱向摩阻系數(shù),取0.30。

d2的計算值見表3。

表3 減速距離d2

我國過村鎮(zhèn)公路中國道一般為4車道，道路寬14m，省道和縣道一般為2車道，道路寬為7m，通過對北京和福建近20條過村鎮(zhèn)公路的行人過交叉口的交通特性調(diào)查，得到行人過街時的步行速度如表4所示：

表4 過村鎮(zhèn)公路行人過街步行速度

行人過街時安全穿越所需的臨界穿越間隙為

其中：τ 為行人安全過街所需要的臨界穿越間隙；n 為道路單向機動車車道數(shù)；D 為一條機動車車道寬度；v 為行人過街步行速度；tR為過街行人觀測車流情況、判斷車輛間安全間隙所需要的時間，一般取2s；t1為車身長度通過的時間，一般取0.72s[11]。

據(jù)此可得到臨界最小間隙如表5所示:

表5 過村鎮(zhèn)公路行人過街臨界最小間隙

過村鎮(zhèn)公路交叉口及出入口一般均沒有信號，通過對北京、福建20條過村鎮(zhèn)公路的車頭時距的調(diào)查，得到過村鎮(zhèn)公路的國道、省道及縣道的平均車頭時距如表6所示：

表6 過村鎮(zhèn)公路機動車平均車頭時距

對于過村鎮(zhèn)公路，車流密度不是很大且車輛到達的隨機性較大，因此車輛到達的車頭時距分布可以用負指數(shù)分布來進行描述。則車頭時距H大于等于t的概率函數(shù)為：

式中，參數(shù)λ 為平均車頭時距的倒數(shù)。

由式（5）可求得國道、省道和縣道車頭時距大于臨界最小間隙17s和10s的概率，如表7所示：

表7 過村鎮(zhèn)公路車頭時距大于臨界最小間隙的概率分布

由表7可以看出，在行人過街的17s和10s內(nèi)，車輛到達的概率對于國道、省道和縣道分別為54.5%、27.6%、20.7%，對于省道和縣道，過街行人一般都為單個過街，且過街數(shù)量較少，因此，交叉口功能區(qū)上游的等待車輛國道可取2輛，省道和縣道取1輛，每輛車長度為7.5m，國道的d3為15m，省道和縣道的d3為7.5m。

接入口的上游功能區(qū)域長度是感知-反應(yīng)距離、減速距離和排隊距離三者之和,其值見表8。

表8 上游功能區(qū)域長度dup

接入口下游功能區(qū)域長度確定的方法是采用停車視距,這樣可以使駕駛員在必須考慮后續(xù)接入口產(chǎn)生的潛在沖突前穿過當前接入口,從而可以減輕駕駛員負擔。下游功能區(qū)域長度見表9。

表9 下游功能區(qū)域長度 [12]

接入口的最小間距設(shè)置原則應(yīng)根據(jù)上游接入口的下游功能區(qū)域與下游接入口的上游功能區(qū)域不重合來確定,即最小間距應(yīng)等于上游功能區(qū)域長度加上下游功能區(qū)域長度。接入口最小間距見表10。

表10 出入口最小間距長度

通過實地對過村鎮(zhèn)的國道、省道、縣道沿街出入口的調(diào)查可知，出入口平無間距為210m，其中小于100m的間距占了整個出入口的20%左右，因此，根據(jù)出入口最小間距確定的過村鎮(zhèn)公路的限制車速應(yīng)不大于40km/h。

4 結(jié)論

在充分保證人車碰撞發(fā)生時行人安全的條件下，過村鎮(zhèn)公路機動車的最大行駛速度為35km/h；在充分調(diào)查我國過村鎮(zhèn)公路出入口間距的基礎(chǔ)上，運用出入口管理技術(shù)、臨界間隙及車頭時距等交通工程領(lǐng)域的研究成果，推導(dǎo)得到過村鎮(zhèn)公路的限制車速不大于40km/h。綜合二者所得結(jié)論，考慮到我國過村鎮(zhèn)公路交叉口交通控制等實際運用及運輸經(jīng)濟效益，確定我國過村鎮(zhèn)公路機動車最大行駛速度為40km/h。

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