姚裔虎 劉 念 徐良杰 樊 華

(武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 武漢 430063)

0 引 言

在我國(guó)北方地區(qū)冬季，駕駛員在公路上常易遇到雨、霧、冰、雪等視距差、路面濕滑的惡劣駕駛環(huán)境，極易造成駕駛員心理緊張，對(duì)行車安全極為不利.公路彎道是公路事故多發(fā)的主要路段，據(jù)相關(guān)資料研究表明，在冰雪天氣惡劣條件下，公路彎道處每百萬車輛公里事故數(shù)相比非冰雪條件可高達(dá)13倍[1].為了避免事故的發(fā)生，對(duì)冰雪地區(qū)公路進(jìn)行限速[2]，在公路彎道處設(shè)置合理的交通標(biāo)志，給駕駛員舒適而有安全感的引導(dǎo)非常有必要.

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)駕駛員彎道的認(rèn)知特性及彎道駕駛時(shí)的標(biāo)志誘導(dǎo)都是基于普通條件下的公路的.Persaud等[3]指出用合理的彎道危險(xiǎn)提示來保障公路彎道路段安全；張業(yè)生[4]用眼動(dòng)儀記錄駕駛員對(duì)交通標(biāo)志信息的認(rèn)知性及特征；關(guān)偉等[5]研究了交通標(biāo)志對(duì)駕駛員制動(dòng)操作認(rèn)知模型的影響.康秋藝等[6]基于視知覺特性對(duì)交通標(biāo)志識(shí)別認(rèn)知的影響因素進(jìn)行了分析.Zwahlen等[7]研究了一般公路彎道上合理的誘導(dǎo)標(biāo)志的感知數(shù)量.毛慧[8]總結(jié)了適用于我國(guó)普通公路和高速公路彎道路段設(shè)置合理的線形誘導(dǎo)標(biāo)的原則和方法.劉強(qiáng)等[9]運(yùn)用GPS和GIS信息系統(tǒng)工程方法實(shí)施彎道交通預(yù)警.李文權(quán)等[10]建立了可行的、簡(jiǎn)便的連續(xù)設(shè)置路側(cè)標(biāo)志的模型和方法，提高高速公路內(nèi)側(cè)車道上行駛時(shí)對(duì)于路側(cè)的交通標(biāo)志視認(rèn)的準(zhǔn)確率.周劍萍等[11]從駕駛員心理角度出發(fā)，考慮駕駛員的視錯(cuò)覺特性，選擇一項(xiàng)或多項(xiàng)視錯(cuò)覺生成原理，按功能需要人為改變交匯點(diǎn)處的視覺效果，引導(dǎo)駕駛員駕駛行為，提出一種基于視錯(cuò)覺原理的減速標(biāo)線設(shè)計(jì)方法.

上述眾多彎道交通安全研究對(duì)象是處于正常天氣下的，沒有關(guān)于冰雪公路彎道路段視知覺環(huán)境下駕駛員的視認(rèn)機(jī)理及車速控制方法研究.鑒于此，本文將以冰雪地區(qū)公路彎道路段的誘導(dǎo)標(biāo)為對(duì)象，從駕駛員的視覺信息出發(fā)，研究分析駕駛員在彎道處轉(zhuǎn)向行為的影響因素，探索并提出基于主動(dòng)防護(hù)特性的路標(biāo)設(shè)計(jì)方法，以此來提高冰雪地區(qū)公路彎道處的交通安全水平.

1 冰雪彎道駕駛員及其行車特性分析

1.1 駕駛員視覺特性

駕駛員在操控車輛行駛過程中，需要通過感官系統(tǒng)來獲取來自車內(nèi)車外的不同信息來控制車輛的運(yùn)行，其中視覺信息是駕駛員駕駛汽車過程中最重要的信息來源，而在冰雪地區(qū)道路上，除了接收常規(guī)的道路特征信息外，駕駛員還需快速應(yīng)對(duì)變化多樣的冰雪天氣信息，判斷道路不同位置的冰雪覆蓋情況，結(jié)合自身駕駛經(jīng)驗(yàn)、駕駛技術(shù)和車輛的狀況以采取相應(yīng)的軌跡選擇和剎車、加速、保持速度等判斷，甚至是否選擇該道路繼續(xù)前行的判斷.

當(dāng)車輛在冰雪地區(qū)公路彎道處行駛時(shí)，駕駛員的動(dòng)態(tài)視野由于景物的單調(diào)、駕駛的謹(jǐn)慎和注意力更為集中等因素，變化更為敏感，隨著速度的增加動(dòng)態(tài)視野的范圍下降更快.冰雪地區(qū)公路彎道處駕駛員的視野范圍與車速的關(guān)系見圖1.

1.2 行車速度特性

駕駛車輛在道路彎道處的速度是影響道路交通安全的一個(gè)極其重要的因素，尤其在冰雪天氣的影響下，過高的車速更易導(dǎo)致車輛不受控制發(fā)生側(cè)滑或側(cè)翻.本文基于實(shí)驗(yàn)，對(duì)車輛在冰雪地區(qū)公路彎道處行駛的速度特性進(jìn)行了分析，見圖2.

圖2 彎道觀測(cè)位置

在彎道1的5個(gè)主點(diǎn)位置設(shè)置測(cè)速儀：ZH-直緩點(diǎn)，HY-緩圓點(diǎn)，QZ-曲中點(diǎn)，YH-圓緩點(diǎn)，HZ-緩直點(diǎn)，在道路有積雪、路面部分位置有冰或雪板的條件下，測(cè)得車輛行駛速度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見圖3a).之后對(duì)同樣的彎道1進(jìn)行仿真，模擬得出圖3b)中車輛在非冰雪天氣條件下該彎道位置處的行駛車速數(shù)據(jù).由圖3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析可知：

冰雪地區(qū)公路彎道1處車速分布在30 km/h左右的占大多數(shù)；而速度在50 km/h以上的，只占8.5%左右.彎道1在非冰雪條件下車速則大多數(shù)處于60 km/h以上；而速度在30 km/h以下的，只占1.4%左右.綜上所述，冰雪地區(qū)公路彎道處的行車速度較非冰雪地區(qū)公路彎道處要小得多，甚至大多數(shù)車輛的速度只有非冰雪地區(qū)公路彎道處行車速度的一半左右.冰雪地區(qū)彎道車速范圍與一般非冰雪條件下車速有很大不同，故普通彎道路側(cè)標(biāo)志在冰雪條件下不具有適用性，需另外進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì).

圖3 彎道1冰雪和非冰雪條件各主點(diǎn)地點(diǎn)車速頻率分布直方圖

2 基于主動(dòng)防護(hù)的路側(cè)信息標(biāo)識(shí)及其優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 彎道誘導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)

誘導(dǎo)標(biāo)大小、形狀、顏色與環(huán)境之間是一種相互聯(lián)系、相互影響的復(fù)雜關(guān)系，本文主要研究線形誘導(dǎo)標(biāo)的色彩設(shè)計(jì)，對(duì)于標(biāo)志尺寸內(nèi)容不作重點(diǎn)研究，因此僅針對(duì)現(xiàn)有三種尺寸，針對(duì)同一種標(biāo)志色彩方案進(jìn)行靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，獲取在靜態(tài)環(huán)境中駕駛員對(duì)標(biāo)志尺寸的個(gè)人選擇情況.在實(shí)驗(yàn)中，以藍(lán)底白圖案為例，實(shí)驗(yàn)者對(duì)三種標(biāo)志尺寸的仿真圖片進(jìn)行優(yōu)先選擇，其中600 mm×800 mm為方案1，400 mm×600 mm為方案2，220 mm×400 mm為方案3，選擇結(jié)果見圖4.

圖4 標(biāo)志尺寸選擇方案

由圖4可知，在不考慮行駛速度限制時(shí)，單從尺寸大小上來看，尺寸越大對(duì)駕駛員的信息提示效果越好.當(dāng)駕駛員行駛速度越高時(shí)，普通的中、小型標(biāo)志難以吸引駕駛員注意力，標(biāo)志指示效果受限，就需要大尺寸標(biāo)志，加大在視野中的作用面積和駕駛員視認(rèn)距離.此外，三種標(biāo)志尺寸長(zhǎng)寬比例從實(shí)驗(yàn)者優(yōu)先選擇中難以判斷適用情況，長(zhǎng)寬比例也不是本文嚴(yán)重重點(diǎn)，此處將不作進(jìn)一步分析.

2.2 減速限速標(biāo)志及提醒標(biāo)志

本文借鑒文獻(xiàn)[12]的方法，通過對(duì)駕駛員視覺和心理的刺激，使駕駛員提前減速進(jìn)入彎道，在彎道上以較低的車速平穩(wěn)行駛.在駕駛員駛?cè)霃澋罆r(shí)設(shè)置彎道提醒和限速標(biāo)志，標(biāo)志的設(shè)置位置示意見圖5，加強(qiáng)駕駛員的主動(dòng)減速行為，發(fā)揮主動(dòng)防護(hù)特性.

圖5 彎道提醒和限速標(biāo)志設(shè)置

在實(shí)地試驗(yàn)表明，當(dāng)交通標(biāo)志設(shè)置于遠(yuǎn)離彎道入口的位置時(shí)(100，200，400 m)，駕駛員第一剎車點(diǎn)的位置會(huì)隨著標(biāo)志位置的增加而增加，制動(dòng)操作則會(huì)直接受到交通標(biāo)志信息的影響；當(dāng)交通標(biāo)志設(shè)置位置距彎道入口較近時(shí)(0，50 m)，交通標(biāo)志位置的變化并不能顯著引起第一剎車點(diǎn)位置的變化，交通標(biāo)志對(duì)制動(dòng)操作的作用將被彎道輪廓線產(chǎn)生的作用所代替，因此，減速限速標(biāo)志及彎道提醒標(biāo)志的設(shè)置應(yīng)該充分考慮駕駛員對(duì)交通標(biāo)志的視認(rèn)性特征如道路條件、交通狀況、天氣因素等，設(shè)置于距彎道入口有一定距離的位置，間距至少100 m，具體值隨實(shí)際道路交通情況的不同而變化，見圖6.

圖6 標(biāo)志設(shè)置點(diǎn)

3 案例分析

考慮到彎道附近路段結(jié)構(gòu)物會(huì)駕駛員視覺造成的影響，選取前后無橋梁、隧道等構(gòu)造物，路段前后300 m無電子監(jiān)控、違章抓拍設(shè)備，交通量適中的路段做為試驗(yàn)路段，盡量保證駕駛員的主動(dòng)防護(hù)特性得到最大發(fā)揮.彎道地點(diǎn)選取吉林省吉林市西三家子村附近冰雪彎道，使用NC200便攜式交通分析儀對(duì)冰雪公路彎道車輛狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，未設(shè)置和已設(shè)置路側(cè)組合信息試驗(yàn)NC-200布置圖分別見圖7.結(jié)合當(dāng)?shù)貜澋赖缆窏l件、交通流量以及天氣狀況，運(yùn)用所得彎道路側(cè)標(biāo)志組合設(shè)計(jì)方法對(duì)路側(cè)標(biāo)志進(jìn)行布置，兩個(gè)試驗(yàn)方案分別進(jìn)行3 h.

圖7 NC-200布置圖

經(jīng)試驗(yàn)，獲得冰雪條件下公路彎道處未設(shè)置路側(cè)組合信息時(shí)各主點(diǎn)的地點(diǎn)車速統(tǒng)計(jì)和設(shè)置路側(cè)組合信息的地點(diǎn)車速統(tǒng)計(jì).選擇50 th車速、85 th車速二個(gè)指標(biāo)分析方案的合理性.設(shè)置方案前與設(shè)置方案后的彎道車輛速度對(duì)比見圖8.

圖8 設(shè)置方案前與設(shè)置方案后的彎道車輛速度對(duì)比

由試驗(yàn)結(jié)果分析可知，設(shè)置方案后5個(gè)主點(diǎn)的50 th速度、85 th速度均小于設(shè)置方案前.設(shè)置方案前與設(shè)置方案后的彎道車輛50 th速度對(duì)比圖顯示，彎道QZ點(diǎn)處駕駛員降速最明顯，其他各點(diǎn)設(shè)置方案后駕駛員均有不同程度的降速.設(shè)置方案前與設(shè)置方案后的彎道車輛85 th速度對(duì)比圖顯示，彎道QZ點(diǎn)處駕駛員降速最明顯，其他各點(diǎn)設(shè)置方案后駕駛員均有不同程度的降速.

以上研究表明，采用4個(gè)誘導(dǎo)標(biāo)、誘導(dǎo)標(biāo)的顏色為紅色、在進(jìn)入彎道前設(shè)置減速限速及提醒標(biāo)志的設(shè)計(jì)組合能夠有效吸引駕駛員的注視點(diǎn)，對(duì)冰雪條件下公路彎道車輛起到降速作用.

4 結(jié) 論

本文分別就冰雪地區(qū)公路條件下彎道誘導(dǎo)標(biāo)志、減速限速標(biāo)志和提醒標(biāo)志提出設(shè)計(jì)模型.針對(duì)冰雪地區(qū)公路彎道特性，考慮了駕駛員彎道認(rèn)知特性，以駕駛員視線誘導(dǎo)、限制車速為目的，提出標(biāo)志組合設(shè)計(jì)方案，為冰雪地區(qū)公路彎道的標(biāo)志設(shè)置提供參考.在冰雪公路條件下，紅色誘導(dǎo)標(biāo)對(duì)駕駛員的視覺刺激最大，路側(cè)誘導(dǎo)標(biāo)設(shè)置數(shù)量宜為4個(gè)，設(shè)置間距依彎道半徑而定.減速限速標(biāo)志宜設(shè)置在進(jìn)入彎道前直線段上，推薦間距至少100 m，具體值隨實(shí)際道路交通情況的不同而變化.

本研究存在以下不足，后續(xù)有待進(jìn)一步深入研究：①對(duì)于彎道誘導(dǎo)標(biāo)志，本文主要探討了其顏色和標(biāo)志與尺寸大小的視覺影響，其他參數(shù)的影響還有待深入研究；②對(duì)與冰雪地區(qū)公路彎道路側(cè)標(biāo)志的遮擋問題，本次未作考慮，后續(xù)可以開展比如大車造成的遮擋和不良線形組合的遮擋等問題研究.