快速路立交橋區(qū)預(yù)告標(biāo)志對駕駛?cè)说挠绊懷芯?/h1>
2019-03-04 08:47:00黃利華趙曉華
重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 2019年2期
黃利華，趙曉華，李 洋，榮 建
(1. 北京工業(yè)大學(xué) 城市交通學(xué)院，北京 100124 ；2. 北京市城市交通運行保障工程技術(shù)研究中心，北京 100124；3. 北京警察學(xué)院，北京 102202)
0 引 言
城市快速路指路標(biāo)志系統(tǒng)是提高快速路立交橋區(qū)通行能力及安全水平的重要管理措施[1-2]。城市快速路指路標(biāo)志系統(tǒng)一般設(shè)置在快速路立交橋區(qū)出口前用于對同一地點或出口的指示，主要包括多級預(yù)告標(biāo)志、立交橋型指路標(biāo)志、出口標(biāo)志[3]。多級預(yù)告標(biāo)志用于提供前方出口地點、距離、方向等信息，使用最為普遍。
國家標(biāo)準(zhǔn)GB5768—2009《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》規(guī)定，多級預(yù)告標(biāo)志用于預(yù)告前方出口，分別設(shè)置在距高速公路或城市快速路減速車道的漸變段起點2 km、1 km、500 m及起點處。版面設(shè)計按照高速公路標(biāo)志規(guī)格[4]。北京市地方標(biāo)準(zhǔn)指出，環(huán)路出口多級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置在環(huán)路出口前0.5～4 km范圍內(nèi)，且三級預(yù)告標(biāo)志較為普遍，二、三、四環(huán)路指路標(biāo)志版面按照城市道路規(guī)格設(shè)計[4]。相比之下，美國MUTCD(2009)規(guī)范更為詳細，如針對不同立交橋、出口類型，MUTCD對預(yù)告標(biāo)志相應(yīng)的設(shè)置次數(shù)、位置、安裝方式、版面內(nèi)容等均有明確的規(guī)定[5]。
事實上，針對多級預(yù)告標(biāo)志相關(guān)研究國內(nèi)起步較晚，目前尚未形成系統(tǒng)的研究體系，使用也存在不統(tǒng)一、不系統(tǒng)的現(xiàn)象。2004年舒文軍[6]通過問卷調(diào)查研究了廣州華南快速干線標(biāo)志設(shè)置問題，提出出入口前1、0.5、0.2 km處設(shè)置相應(yīng)預(yù)告標(biāo)志；2010年王永清等[7]借鑒國外快速路指路引導(dǎo)標(biāo)志設(shè)置方法，提出出口指路標(biāo)志“三級指引”理念；2011年李雪[8]運用室內(nèi)及實地視認(rèn)實驗，評價快速路指路標(biāo)志的設(shè)置效用；2012年陳明磊等[9]通過室內(nèi)試驗，評價美國高速公路出口預(yù)告標(biāo)志效用。而國外相關(guān)研究開展較早，1976年H.LUNENFELD等[10]根據(jù)道路使用者需求，運用問卷調(diào)查、實地測試評估立交匝道出口指路標(biāo)志設(shè)置效用；2006年S.T.CHRYSLER等[11]采用室內(nèi)實驗與駕駛模擬實驗相結(jié)合的方法，研究不同快速路指路標(biāo)志對駕駛員認(rèn)知特性的影響；2007年QIAO Fengxiao等[12]采用模擬實驗對美國立交區(qū)指路標(biāo)志進行效用研究；2013年K.FITZPATRICK等[13]采用桌面模擬實驗，評價各類立交橋區(qū)出口預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效果。可以看出，國外主要采用駕駛模擬、實地測試等方法，在考慮人因因素的情況下實現(xiàn)預(yù)告標(biāo)志精細化評估，為相關(guān)規(guī)范的修訂提供理論依據(jù)。然而，我國目前較多借鑒國外理念，主要通過問卷調(diào)查、室內(nèi)靜態(tài)視認(rèn)等方法開展研究，所獲得結(jié)論主要在視認(rèn)特性層面，對駕駛行為影響的闡述不是十分充分。
鑒于此，針對立交橋區(qū)多級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效用問題，采用駕駛模擬實驗測試手段，在快速路立交橋區(qū)獲取反映車輛運行狀態(tài)及駕駛員操控行為的分析指標(biāo)，剖析在定向、半定向、環(huán)形匝道條件下[14]三級預(yù)告標(biāo)志對駕駛行為的影響，為實現(xiàn)立交橋區(qū)三級預(yù)告指路標(biāo)志的優(yōu)化設(shè)置奠定基礎(chǔ)。
1 實驗設(shè)計
實驗招募31名被試，采用AutoSimAS 駕駛模擬艙系統(tǒng)，搭建道路環(huán)境并設(shè)置交通條件，指導(dǎo)被試完成駕駛?cè)蝿?wù)，具體說明詳見文獻[15]。
北京市北四環(huán)望和橋區(qū)按照北京市地方標(biāo)準(zhǔn)進行指路標(biāo)志系統(tǒng)設(shè)置，且包含3種類型立交匝道，故以望和橋作為實驗場景模擬對象。以立交匝道類型(3類：定向、半定向、環(huán)形匝道)及三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置情況(4種：空白組、立交橋型指路標(biāo)志組、三級預(yù)告標(biāo)志組、系統(tǒng)組)作為兩種控制因素。
1.1 匝道類型
定向、半定向、環(huán)形匝道類型道路分別對應(yīng)圖1中3條實驗線路：A-B-C-D-D′-E、A-B-C-D-D′-F、A-B-C-D-G-F，分別通往目的地1(太陽宮)、2(順義)、3(順義)。實驗過程中道路無同向交通流，以避免其他因素影響。
圖1 3條實驗線路Fig. 1 3 experiment routes
1.2 標(biāo)志設(shè)置
每類實驗線路中，均在D點(定向、半定向匝道出口，見圖1、圖2)前設(shè)計4種立交橋指路標(biāo)志設(shè)置方案：空白組、三級預(yù)告標(biāo)志組、立交橋型指路標(biāo)志組、系統(tǒng)組，4種標(biāo)志設(shè)置方案如圖2。實驗包含3類線路，故共設(shè)計12個實驗場景。目的在于通過對比分析空白組與三級預(yù)告標(biāo)志組、立交橋型指路標(biāo)志組與系統(tǒng)組，評估三級預(yù)告標(biāo)志分別在單獨設(shè)置及系統(tǒng)中組合設(shè)置時的效用。組合設(shè)置是指增加立交橋型指路標(biāo)志后，三級預(yù)告標(biāo)志的設(shè)置效用。
實驗過程中，每位被試隨機駕駛12個場景，全部完成后，填寫實驗后主觀問卷。實驗過程詳細說明見文獻[15]。
圖2 實驗場景中指路標(biāo)志設(shè)置方案Fig. 2 Setting scheme of guide signs in experimental scene
2 實驗結(jié)果
2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理
結(jié)合對實驗場景中標(biāo)志視認(rèn)位置的反復(fù)測試，定義駕駛員在第一級預(yù)告標(biāo)志前200 m位置為視認(rèn)起點，定義該點至立交橋型指路標(biāo)志前200 m位置作為三級預(yù)告標(biāo)志的作用范圍，故定向、半定向、環(huán)形匝道條件下三級預(yù)告標(biāo)志作用范圍均為O-A，如圖3。此外，以每100 m作為一個分析點，將作用范圍劃分為23段以便于獲得作用范圍內(nèi)的關(guān)鍵作用。
圖3 三級預(yù)告標(biāo)志作用范圍內(nèi)逐段編號Fig. 3 Numbering segment by segment within the influence scope of three-level advance guide signs
從行駛安全性、順暢性的角度考慮，以速度、加速度、速度標(biāo)準(zhǔn)差、加速度標(biāo)準(zhǔn)差、剎車次數(shù)、剎車時間、換車道次數(shù)為分析指標(biāo)[17-18]，以反映駕駛員運行狀態(tài)及操控行為。采用重復(fù)測量方差分析及LSD兩兩對比方法，研究三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置、組合設(shè)置效用對7種指標(biāo)的影響。結(jié)果顯示，7種指標(biāo)中僅換車道次數(shù)呈顯著性差異，表明三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置、組合設(shè)置效用僅對作用范圍內(nèi)的換車道行為存在顯著性影響。研究表明：提前換車道行為有利于駕駛員正確駛?cè)朐训莱隹?，減少出口附近連續(xù)多次換車道現(xiàn)象，避免出口擁堵、保障出行安全[19]。筆者將重點分析三級預(yù)告標(biāo)志作用范圍內(nèi)的換車道行為。
2.2 三級預(yù)告標(biāo)志對換車道次數(shù)的影響
以三級預(yù)告標(biāo)志作用范圍內(nèi)的平均換車道次數(shù)作為因變量，通過重復(fù)測量方差分析及LSD兩兩對比方法，對比定向、半定向、環(huán)形匝道情況下，空白組與三級預(yù)告標(biāo)志組、立交橋型指路標(biāo)志組與系統(tǒng)組條件下的換車道數(shù)，分析三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置及系統(tǒng)中組合設(shè)置的作用。
檢驗結(jié)果顯示：半定向、環(huán)形匝道條件下，三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置后作用范圍內(nèi)的換車道次數(shù)均顯著增加(p<0.05)，見圖4(a)；在立交橋型指路標(biāo)志的基礎(chǔ)上添加三級預(yù)告標(biāo)志，作用范圍內(nèi)的換車道次數(shù)同樣顯著增加(p=0.09；p<0.05)，見圖4(b)?？梢钥闯?，半定向、環(huán)形匝道條件下，三級預(yù)告指路標(biāo)志的單獨設(shè)置、組合設(shè)置效果相似，說明三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效果不受立交橋型指路標(biāo)志是否設(shè)置的影響。
定向匝道條件下增設(shè)三級預(yù)告標(biāo)志作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)均有增加趨勢，但無顯著性差異。此現(xiàn)象可能與實驗樣本量較少或定向匝道為最簡單的出口形式存在一定關(guān)系。
圖4 3種匝道作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)LSD兩兩對比Fig. 4 Results of LSD pairwise comparisons of the number of lane change in the influence range of three kinds of ramps
2.3 三級預(yù)告標(biāo)志對換車道次數(shù)的關(guān)鍵影響區(qū)域
為進一步揭示預(yù)告標(biāo)志的主要影響路段，采用重復(fù)測量方差分析及LSD兩兩對比分析方法，對定向、半定向、環(huán)形匝道條件下標(biāo)志作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)做逐段分析，以期獲得預(yù)告標(biāo)志的關(guān)鍵影響區(qū)域。定向、半定向、環(huán)形匝道作用范圍內(nèi)逐段LSD兩兩對比顯著性結(jié)果如表1。
表1 定向、半定向、環(huán)形匝道作用范圍內(nèi)逐段LSD兩兩對比顯著性結(jié)果Table 1 Significant results of LSD pairwise comparison segment by segment in the influence range of directional ramp, semi-directional ramp, circular ramp
注：*代表p<0.05；0.05 ≤p≤0.1為邊緣性顯著。
2.3.1 定向匝道
以作用范圍內(nèi)逐段編號為橫坐標(biāo)、換車道次數(shù)為縱坐標(biāo)，作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)變化趨勢如圖5。結(jié)果表明：單獨設(shè)置三級預(yù)告標(biāo)志時，將使得駕駛員在第三級預(yù)告標(biāo)志位置前0～100 m范圍內(nèi)換車道次數(shù)顯著增加(p<0.05)，如圖5(a)；系統(tǒng)中設(shè)置三級預(yù)告標(biāo)志后，換車道次數(shù)邊緣性顯著增加(p=0.08)區(qū)域主要集中在第三級預(yù)告標(biāo)志后方200～300 m范圍內(nèi)，如圖5(b)?？梢姸ㄏ蛟训罈l件下，三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置、組合設(shè)置后均將使得駕駛員換車道次數(shù)增加，且關(guān)鍵影響區(qū)域主要集中在第三級預(yù)告標(biāo)志位置附近。
圖5 定向匝道作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)逐段變化趨勢Fig. 5 Variation trend of the number of lane change segment by segment in the influence range of directional ramp
2.3.2 半定向匝道
以作用范圍內(nèi)逐段編號為橫坐標(biāo)、換車道次數(shù)為縱坐標(biāo)，作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)變化趨勢如圖6。
圖6(a)顯示，三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置后，第三級預(yù)告標(biāo)志后方100～200 m范圍內(nèi)換車道次數(shù)邊緣性顯著增加(p=0.08)。圖6(b)顯示，在立交橋型指路標(biāo)志的基礎(chǔ)上增加三級預(yù)告標(biāo)志后，第三級預(yù)告標(biāo)志后方0～100 m范圍內(nèi)換車道次數(shù)顯著增加(p<0.05)。此現(xiàn)象表明：半定向匝道條件下，三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置、組合設(shè)置后均將使得駕駛員換車道次數(shù)增加，且關(guān)鍵影響區(qū)域主要集中在第三級預(yù)告標(biāo)志位置后方區(qū)域。
圖6 半定向匝道作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)逐段變化趨勢Fig. 6 Variation trend of the number of lane change segment by segment in the influence range of semi-direction ramps
2.3.3 環(huán)形匝道
以作用范圍內(nèi)逐段編號為橫坐標(biāo)、換車道次數(shù)為縱坐標(biāo)，作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)變化趨勢如圖7。
由圖7(a)可知，三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置后，第三級預(yù)告標(biāo)志后100～200 m范圍內(nèi)(p=0.08)換車道次數(shù)邊緣性顯著增加。由圖7(b)可知，系統(tǒng)中增加三級預(yù)告標(biāo)志后，第三級預(yù)告標(biāo)志后方200～300 m范圍內(nèi)換車道次數(shù)顯著增加(p<0.05)。結(jié)果表明：環(huán)形匝道條件下，三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置、組合設(shè)置后均將使得駕駛員換車道次數(shù)增加，且關(guān)鍵影響區(qū)域位于第三級預(yù)告標(biāo)志位置后方附近100～300 m范圍內(nèi)。
圖7 環(huán)形匝道作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)逐段變化趨勢Fig. 7 Variation trend of the number of lane change segment by segment in the influence range of circular ramps
綜上所述，定向、半定向、環(huán)形匝道條件下，三級預(yù)告標(biāo)志單獨、組合設(shè)置效用相似，均將使得換車道次數(shù)增加，且主要集中在第三級預(yù)告標(biāo)志位置前100 m至其后300 m范圍內(nèi)?？梢娙夘A(yù)告標(biāo)志關(guān)鍵影響換車道行為，這種影響與匝道類型、立交橋型指路標(biāo)志是否設(shè)置無關(guān)。
2.4 三級預(yù)告標(biāo)志對換車道人員比例的影響
實驗道路為雙向八車道，實驗開始駕駛員行駛在車道1，為駛?cè)朐训莱隹谛栊旭傊淋嚨?，須完成三次換車道行為即第1次、第2次、第3次換車道，如圖8。詳細分析不同匝道類型、標(biāo)志設(shè)置條件下，作用范圍內(nèi)第1次、第2次、第3次換車道人員比例，以明確三級預(yù)告標(biāo)志對作用范圍內(nèi)換車道行為的影響。第1、2、3次換車道人員比例是指31名被試在作用范圍內(nèi)完成第1、2、3次換車道的人員比例。
圖8 為駛?cè)朐训莱隹隈{駛員換車道過程Fig. 8 Lane changing process for driving to ramp exit
以3種匝道為橫坐標(biāo)，第1、2、3次換車道人員比例為縱坐標(biāo)，作用范圍內(nèi)空白組與三級預(yù)告標(biāo)志組、立交橋型指路標(biāo)志組與系統(tǒng)組對比情況如圖9。
圖9 3種匝道條件下3次換車道人員比例Fig. 9 Proportion of people changing lanes 3 times under the condition of three kinds of ramps
圖9(a)、圖9(b)表明，3種匝道條件下4種標(biāo)志設(shè)置組的第1次換車道人員比例無明顯差異。圖9(c)、圖9(d)顯示，3種匝道條件下三級預(yù)告標(biāo)志單獨、組合設(shè)置效用相似，均將提高第2次換車道人員比例，且不同匝道條件下無明顯差異。圖9(e)、圖9(f)表明，除環(huán)形匝道條件下預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置、半定向匝道條件下預(yù)告標(biāo)志組合設(shè)置2種情況外，3種匝道條件下三級預(yù)告標(biāo)志單獨、組合設(shè)置后，作用范圍內(nèi)第3次換車道人員比例增加。結(jié)果表明：作用范圍內(nèi)第1、2、3次換車道人員比例與立交橋型指路標(biāo)志是否設(shè)置、匝道類型同樣無關(guān)；三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效用主要影響第2次換車道人員比例。
表2反映有、無三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置情況下第1、2、3次換車道人員比例具體情況。
表2 換車道人員比例統(tǒng)計Table 2 Statistics of proportion of participants of lane changing
表2顯示作用范圍內(nèi)第1、2、3次換車道人員比例均值分別為88.86%、53.80%、11.50%。相比無三級預(yù)告標(biāo)志狀態(tài)，設(shè)置三級預(yù)告標(biāo)志后，第1次換車道人員比例無明顯差異，第2、3次換車道人員比例分別增加14.61%、2.37%，表明三級預(yù)告標(biāo)志將重點影響駕駛員第2、3次換車道行為。三級預(yù)告標(biāo)志有效提前駕駛員第2、3次換車道行為，將有利于提高道路中間兩車道的通行能力進而緩解出口附近擁堵問題，同時能夠減少出口附近連續(xù)多次換車道、車速驟減等現(xiàn)象的發(fā)生，保障出行安全，最終提高駕駛員安全駛?cè)朐训莱隹诘母怕屎托省?/p>
理想狀態(tài)下，設(shè)置三級預(yù)告標(biāo)志應(yīng)使得作用范圍內(nèi)最后一次換車道人員比例較高。然而第3次換車道人員比例僅為11.5%，且平均提高率為2.37%，可見三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效果并不理想。這可能與第1級(3.5 km)、第2級(3.0 km)預(yù)告標(biāo)志間距過近及第3級預(yù)告標(biāo)志(1.2 km)與出口過遠存在密切關(guān)系。前者易削弱第2級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效用，后者易使駕駛員認(rèn)為到出口仍有較遠距離，換車道較晚?？梢娮詈笠患夘A(yù)告標(biāo)志位置、各級標(biāo)志間間距科學(xué)設(shè)置極其重要。實驗場景以北京望和橋為模擬對象，三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置主要依據(jù)北京市地方標(biāo)準(zhǔn)[4]，表明標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)預(yù)告標(biāo)志設(shè)置規(guī)范仍有提升空間，相關(guān)研究有待深入開展。
3 結(jié) 論
分析城市快速路三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效用，以明確其對駕駛行為的微觀影響及關(guān)鍵作用區(qū)域，為進一步探索不同道路條件下預(yù)告標(biāo)志的優(yōu)化設(shè)置奠定基礎(chǔ)。主要結(jié)論如下：
1)三級預(yù)告標(biāo)志對換車道行為的影響與立交橋型指路標(biāo)志是否設(shè)置無關(guān)。實際應(yīng)用中，進行三級預(yù)告標(biāo)志效用分析時，無需考慮立交橋型指路標(biāo)志的影響。
2)定向、半定向、環(huán)形匝道條件下，三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置后增加作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)，且關(guān)鍵的增加區(qū)域位于第三級預(yù)告標(biāo)志前100 m至后方300 m范圍內(nèi)。
3)設(shè)置三級預(yù)告標(biāo)志后將提高第2、3次換車道人員比例，分別提高14.61%、2.37%，有效提前駕駛員換車道行為。
從以上結(jié)果可以得出，最后一級預(yù)告標(biāo)志的位置、各級標(biāo)志間的間距設(shè)置極其重要，應(yīng)科學(xué)設(shè)置。匝道出口前方外側(cè)車道流較多，標(biāo)志引導(dǎo)不當(dāng)極易造成交通安全、擁堵等問題，實際應(yīng)用中可通過調(diào)整最后一級預(yù)告標(biāo)志位置及各級標(biāo)志間的間距、控制車輛換車道位置、提高最內(nèi)側(cè)1～2條車道通行能力等措施來保障匝道出口處行車安全、暢通。
相比實地測量、視認(rèn)實驗、問卷調(diào)查等研究方法，駕駛模擬實驗具有一定的優(yōu)勢。首先，駕駛模擬實驗?zāi)軌蛴行У乜刂仆獠恳蛩?；其次，駕駛模擬實驗?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)行為數(shù)據(jù)的動態(tài)細粒度采集。實驗研究顯示，駕駛模擬實驗條件下行駛速度具有相對有效性，保障了實驗研究結(jié)果的合理性[20-22]。為進一步驗證三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效果，后期將開展外場實驗進行三級預(yù)告標(biāo)志駕駛模擬實驗效果標(biāo)定。
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黃利華，趙曉華，李 洋，榮 建
(1. 北京工業(yè)大學(xué) 城市交通學(xué)院，北京 100124 ；2. 北京市城市交通運行保障工程技術(shù)研究中心，北京 100124；3. 北京警察學(xué)院，北京 102202)
0 引 言
城市快速路指路標(biāo)志系統(tǒng)是提高快速路立交橋區(qū)通行能力及安全水平的重要管理措施[1-2]。城市快速路指路標(biāo)志系統(tǒng)一般設(shè)置在快速路立交橋區(qū)出口前用于對同一地點或出口的指示，主要包括多級預(yù)告標(biāo)志、立交橋型指路標(biāo)志、出口標(biāo)志[3]。多級預(yù)告標(biāo)志用于提供前方出口地點、距離、方向等信息，使用最為普遍。
國家標(biāo)準(zhǔn)GB5768—2009《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》規(guī)定，多級預(yù)告標(biāo)志用于預(yù)告前方出口，分別設(shè)置在距高速公路或城市快速路減速車道的漸變段起點2 km、1 km、500 m及起點處。版面設(shè)計按照高速公路標(biāo)志規(guī)格[4]。北京市地方標(biāo)準(zhǔn)指出，環(huán)路出口多級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置在環(huán)路出口前0.5～4 km范圍內(nèi)，且三級預(yù)告標(biāo)志較為普遍，二、三、四環(huán)路指路標(biāo)志版面按照城市道路規(guī)格設(shè)計[4]。相比之下，美國MUTCD(2009)規(guī)范更為詳細，如針對不同立交橋、出口類型，MUTCD對預(yù)告標(biāo)志相應(yīng)的設(shè)置次數(shù)、位置、安裝方式、版面內(nèi)容等均有明確的規(guī)定[5]。
事實上，針對多級預(yù)告標(biāo)志相關(guān)研究國內(nèi)起步較晚，目前尚未形成系統(tǒng)的研究體系，使用也存在不統(tǒng)一、不系統(tǒng)的現(xiàn)象。2004年舒文軍[6]通過問卷調(diào)查研究了廣州華南快速干線標(biāo)志設(shè)置問題，提出出入口前1、0.5、0.2 km處設(shè)置相應(yīng)預(yù)告標(biāo)志；2010年王永清等[7]借鑒國外快速路指路引導(dǎo)標(biāo)志設(shè)置方法，提出出口指路標(biāo)志“三級指引”理念；2011年李雪[8]運用室內(nèi)及實地視認(rèn)實驗，評價快速路指路標(biāo)志的設(shè)置效用；2012年陳明磊等[9]通過室內(nèi)試驗，評價美國高速公路出口預(yù)告標(biāo)志效用。而國外相關(guān)研究開展較早，1976年H.LUNENFELD等[10]根據(jù)道路使用者需求，運用問卷調(diào)查、實地測試評估立交匝道出口指路標(biāo)志設(shè)置效用；2006年S.T.CHRYSLER等[11]采用室內(nèi)實驗與駕駛模擬實驗相結(jié)合的方法，研究不同快速路指路標(biāo)志對駕駛員認(rèn)知特性的影響；2007年QIAO Fengxiao等[12]采用模擬實驗對美國立交區(qū)指路標(biāo)志進行效用研究；2013年K.FITZPATRICK等[13]采用桌面模擬實驗，評價各類立交橋區(qū)出口預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效果。可以看出，國外主要采用駕駛模擬、實地測試等方法，在考慮人因因素的情況下實現(xiàn)預(yù)告標(biāo)志精細化評估，為相關(guān)規(guī)范的修訂提供理論依據(jù)。然而，我國目前較多借鑒國外理念，主要通過問卷調(diào)查、室內(nèi)靜態(tài)視認(rèn)等方法開展研究，所獲得結(jié)論主要在視認(rèn)特性層面，對駕駛行為影響的闡述不是十分充分。
鑒于此，針對立交橋區(qū)多級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效用問題，采用駕駛模擬實驗測試手段，在快速路立交橋區(qū)獲取反映車輛運行狀態(tài)及駕駛員操控行為的分析指標(biāo)，剖析在定向、半定向、環(huán)形匝道條件下[14]三級預(yù)告標(biāo)志對駕駛行為的影響，為實現(xiàn)立交橋區(qū)三級預(yù)告指路標(biāo)志的優(yōu)化設(shè)置奠定基礎(chǔ)。
1 實驗設(shè)計
實驗招募31名被試，采用AutoSimAS 駕駛模擬艙系統(tǒng)，搭建道路環(huán)境并設(shè)置交通條件，指導(dǎo)被試完成駕駛?cè)蝿?wù)，具體說明詳見文獻[15]。
北京市北四環(huán)望和橋區(qū)按照北京市地方標(biāo)準(zhǔn)進行指路標(biāo)志系統(tǒng)設(shè)置，且包含3種類型立交匝道，故以望和橋作為實驗場景模擬對象。以立交匝道類型(3類：定向、半定向、環(huán)形匝道)及三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置情況(4種：空白組、立交橋型指路標(biāo)志組、三級預(yù)告標(biāo)志組、系統(tǒng)組)作為兩種控制因素。
1.1 匝道類型
定向、半定向、環(huán)形匝道類型道路分別對應(yīng)圖1中3條實驗線路：A-B-C-D-D′-E、A-B-C-D-D′-F、A-B-C-D-G-F，分別通往目的地1(太陽宮)、2(順義)、3(順義)。實驗過程中道路無同向交通流，以避免其他因素影響。
圖1 3條實驗線路Fig. 1 3 experiment routes
1.2 標(biāo)志設(shè)置
每類實驗線路中，均在D點(定向、半定向匝道出口，見圖1、圖2)前設(shè)計4種立交橋指路標(biāo)志設(shè)置方案：空白組、三級預(yù)告標(biāo)志組、立交橋型指路標(biāo)志組、系統(tǒng)組，4種標(biāo)志設(shè)置方案如圖2。實驗包含3類線路，故共設(shè)計12個實驗場景。目的在于通過對比分析空白組與三級預(yù)告標(biāo)志組、立交橋型指路標(biāo)志組與系統(tǒng)組，評估三級預(yù)告標(biāo)志分別在單獨設(shè)置及系統(tǒng)中組合設(shè)置時的效用。組合設(shè)置是指增加立交橋型指路標(biāo)志后，三級預(yù)告標(biāo)志的設(shè)置效用。
實驗過程中，每位被試隨機駕駛12個場景，全部完成后，填寫實驗后主觀問卷。實驗過程詳細說明見文獻[15]。
圖2 實驗場景中指路標(biāo)志設(shè)置方案Fig. 2 Setting scheme of guide signs in experimental scene
2 實驗結(jié)果
2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理
結(jié)合對實驗場景中標(biāo)志視認(rèn)位置的反復(fù)測試，定義駕駛員在第一級預(yù)告標(biāo)志前200 m位置為視認(rèn)起點，定義該點至立交橋型指路標(biāo)志前200 m位置作為三級預(yù)告標(biāo)志的作用范圍，故定向、半定向、環(huán)形匝道條件下三級預(yù)告標(biāo)志作用范圍均為O-A，如圖3。此外，以每100 m作為一個分析點，將作用范圍劃分為23段以便于獲得作用范圍內(nèi)的關(guān)鍵作用。
圖3 三級預(yù)告標(biāo)志作用范圍內(nèi)逐段編號Fig. 3 Numbering segment by segment within the influence scope of three-level advance guide signs
從行駛安全性、順暢性的角度考慮，以速度、加速度、速度標(biāo)準(zhǔn)差、加速度標(biāo)準(zhǔn)差、剎車次數(shù)、剎車時間、換車道次數(shù)為分析指標(biāo)[17-18]，以反映駕駛員運行狀態(tài)及操控行為。采用重復(fù)測量方差分析及LSD兩兩對比方法，研究三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置、組合設(shè)置效用對7種指標(biāo)的影響。結(jié)果顯示，7種指標(biāo)中僅換車道次數(shù)呈顯著性差異，表明三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置、組合設(shè)置效用僅對作用范圍內(nèi)的換車道行為存在顯著性影響。研究表明：提前換車道行為有利于駕駛員正確駛?cè)朐训莱隹?，減少出口附近連續(xù)多次換車道現(xiàn)象，避免出口擁堵、保障出行安全[19]。筆者將重點分析三級預(yù)告標(biāo)志作用范圍內(nèi)的換車道行為。
2.2 三級預(yù)告標(biāo)志對換車道次數(shù)的影響
以三級預(yù)告標(biāo)志作用范圍內(nèi)的平均換車道次數(shù)作為因變量，通過重復(fù)測量方差分析及LSD兩兩對比方法，對比定向、半定向、環(huán)形匝道情況下，空白組與三級預(yù)告標(biāo)志組、立交橋型指路標(biāo)志組與系統(tǒng)組條件下的換車道數(shù)，分析三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置及系統(tǒng)中組合設(shè)置的作用。
檢驗結(jié)果顯示：半定向、環(huán)形匝道條件下，三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置后作用范圍內(nèi)的換車道次數(shù)均顯著增加(p<0.05)，見圖4(a)；在立交橋型指路標(biāo)志的基礎(chǔ)上添加三級預(yù)告標(biāo)志，作用范圍內(nèi)的換車道次數(shù)同樣顯著增加(p=0.09；p<0.05)，見圖4(b)?？梢钥闯?，半定向、環(huán)形匝道條件下，三級預(yù)告指路標(biāo)志的單獨設(shè)置、組合設(shè)置效果相似，說明三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效果不受立交橋型指路標(biāo)志是否設(shè)置的影響。
定向匝道條件下增設(shè)三級預(yù)告標(biāo)志作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)均有增加趨勢，但無顯著性差異。此現(xiàn)象可能與實驗樣本量較少或定向匝道為最簡單的出口形式存在一定關(guān)系。
圖4 3種匝道作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)LSD兩兩對比Fig. 4 Results of LSD pairwise comparisons of the number of lane change in the influence range of three kinds of ramps
2.3 三級預(yù)告標(biāo)志對換車道次數(shù)的關(guān)鍵影響區(qū)域
為進一步揭示預(yù)告標(biāo)志的主要影響路段，采用重復(fù)測量方差分析及LSD兩兩對比分析方法，對定向、半定向、環(huán)形匝道條件下標(biāo)志作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)做逐段分析，以期獲得預(yù)告標(biāo)志的關(guān)鍵影響區(qū)域。定向、半定向、環(huán)形匝道作用范圍內(nèi)逐段LSD兩兩對比顯著性結(jié)果如表1。
表1 定向、半定向、環(huán)形匝道作用范圍內(nèi)逐段LSD兩兩對比顯著性結(jié)果Table 1 Significant results of LSD pairwise comparison segment by segment in the influence range of directional ramp, semi-directional ramp, circular ramp
注：*代表p<0.05；0.05 ≤p≤0.1為邊緣性顯著。
2.3.1 定向匝道
以作用范圍內(nèi)逐段編號為橫坐標(biāo)、換車道次數(shù)為縱坐標(biāo)，作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)變化趨勢如圖5。結(jié)果表明：單獨設(shè)置三級預(yù)告標(biāo)志時，將使得駕駛員在第三級預(yù)告標(biāo)志位置前0～100 m范圍內(nèi)換車道次數(shù)顯著增加(p<0.05)，如圖5(a)；系統(tǒng)中設(shè)置三級預(yù)告標(biāo)志后，換車道次數(shù)邊緣性顯著增加(p=0.08)區(qū)域主要集中在第三級預(yù)告標(biāo)志后方200～300 m范圍內(nèi)，如圖5(b)?？梢姸ㄏ蛟训罈l件下，三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置、組合設(shè)置后均將使得駕駛員換車道次數(shù)增加，且關(guān)鍵影響區(qū)域主要集中在第三級預(yù)告標(biāo)志位置附近。
圖5 定向匝道作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)逐段變化趨勢Fig. 5 Variation trend of the number of lane change segment by segment in the influence range of directional ramp
2.3.2 半定向匝道
以作用范圍內(nèi)逐段編號為橫坐標(biāo)、換車道次數(shù)為縱坐標(biāo)，作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)變化趨勢如圖6。
圖6(a)顯示，三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置后，第三級預(yù)告標(biāo)志后方100～200 m范圍內(nèi)換車道次數(shù)邊緣性顯著增加(p=0.08)。圖6(b)顯示，在立交橋型指路標(biāo)志的基礎(chǔ)上增加三級預(yù)告標(biāo)志后，第三級預(yù)告標(biāo)志后方0～100 m范圍內(nèi)換車道次數(shù)顯著增加(p<0.05)。此現(xiàn)象表明：半定向匝道條件下，三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置、組合設(shè)置后均將使得駕駛員換車道次數(shù)增加，且關(guān)鍵影響區(qū)域主要集中在第三級預(yù)告標(biāo)志位置后方區(qū)域。
圖6 半定向匝道作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)逐段變化趨勢Fig. 6 Variation trend of the number of lane change segment by segment in the influence range of semi-direction ramps
2.3.3 環(huán)形匝道
以作用范圍內(nèi)逐段編號為橫坐標(biāo)、換車道次數(shù)為縱坐標(biāo)，作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)變化趨勢如圖7。
由圖7(a)可知，三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置后，第三級預(yù)告標(biāo)志后100～200 m范圍內(nèi)(p=0.08)換車道次數(shù)邊緣性顯著增加。由圖7(b)可知，系統(tǒng)中增加三級預(yù)告標(biāo)志后，第三級預(yù)告標(biāo)志后方200～300 m范圍內(nèi)換車道次數(shù)顯著增加(p<0.05)。結(jié)果表明：環(huán)形匝道條件下，三級預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置、組合設(shè)置后均將使得駕駛員換車道次數(shù)增加，且關(guān)鍵影響區(qū)域位于第三級預(yù)告標(biāo)志位置后方附近100～300 m范圍內(nèi)。
圖7 環(huán)形匝道作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)逐段變化趨勢Fig. 7 Variation trend of the number of lane change segment by segment in the influence range of circular ramps
綜上所述，定向、半定向、環(huán)形匝道條件下，三級預(yù)告標(biāo)志單獨、組合設(shè)置效用相似，均將使得換車道次數(shù)增加，且主要集中在第三級預(yù)告標(biāo)志位置前100 m至其后300 m范圍內(nèi)?？梢娙夘A(yù)告標(biāo)志關(guān)鍵影響換車道行為，這種影響與匝道類型、立交橋型指路標(biāo)志是否設(shè)置無關(guān)。
2.4 三級預(yù)告標(biāo)志對換車道人員比例的影響
實驗道路為雙向八車道，實驗開始駕駛員行駛在車道1，為駛?cè)朐训莱隹谛栊旭傊淋嚨?，須完成三次換車道行為即第1次、第2次、第3次換車道，如圖8。詳細分析不同匝道類型、標(biāo)志設(shè)置條件下，作用范圍內(nèi)第1次、第2次、第3次換車道人員比例，以明確三級預(yù)告標(biāo)志對作用范圍內(nèi)換車道行為的影響。第1、2、3次換車道人員比例是指31名被試在作用范圍內(nèi)完成第1、2、3次換車道的人員比例。
圖8 為駛?cè)朐训莱隹隈{駛員換車道過程Fig. 8 Lane changing process for driving to ramp exit
以3種匝道為橫坐標(biāo)，第1、2、3次換車道人員比例為縱坐標(biāo)，作用范圍內(nèi)空白組與三級預(yù)告標(biāo)志組、立交橋型指路標(biāo)志組與系統(tǒng)組對比情況如圖9。
圖9 3種匝道條件下3次換車道人員比例Fig. 9 Proportion of people changing lanes 3 times under the condition of three kinds of ramps
圖9(a)、圖9(b)表明，3種匝道條件下4種標(biāo)志設(shè)置組的第1次換車道人員比例無明顯差異。圖9(c)、圖9(d)顯示，3種匝道條件下三級預(yù)告標(biāo)志單獨、組合設(shè)置效用相似，均將提高第2次換車道人員比例，且不同匝道條件下無明顯差異。圖9(e)、圖9(f)表明，除環(huán)形匝道條件下預(yù)告標(biāo)志單獨設(shè)置、半定向匝道條件下預(yù)告標(biāo)志組合設(shè)置2種情況外，3種匝道條件下三級預(yù)告標(biāo)志單獨、組合設(shè)置后，作用范圍內(nèi)第3次換車道人員比例增加。結(jié)果表明：作用范圍內(nèi)第1、2、3次換車道人員比例與立交橋型指路標(biāo)志是否設(shè)置、匝道類型同樣無關(guān)；三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效用主要影響第2次換車道人員比例。
表2反映有、無三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置情況下第1、2、3次換車道人員比例具體情況。
表2 換車道人員比例統(tǒng)計Table 2 Statistics of proportion of participants of lane changing
表2顯示作用范圍內(nèi)第1、2、3次換車道人員比例均值分別為88.86%、53.80%、11.50%。相比無三級預(yù)告標(biāo)志狀態(tài)，設(shè)置三級預(yù)告標(biāo)志后，第1次換車道人員比例無明顯差異，第2、3次換車道人員比例分別增加14.61%、2.37%，表明三級預(yù)告標(biāo)志將重點影響駕駛員第2、3次換車道行為。三級預(yù)告標(biāo)志有效提前駕駛員第2、3次換車道行為，將有利于提高道路中間兩車道的通行能力進而緩解出口附近擁堵問題，同時能夠減少出口附近連續(xù)多次換車道、車速驟減等現(xiàn)象的發(fā)生，保障出行安全，最終提高駕駛員安全駛?cè)朐训莱隹诘母怕屎托省?/p>
理想狀態(tài)下，設(shè)置三級預(yù)告標(biāo)志應(yīng)使得作用范圍內(nèi)最后一次換車道人員比例較高。然而第3次換車道人員比例僅為11.5%，且平均提高率為2.37%，可見三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效果并不理想。這可能與第1級(3.5 km)、第2級(3.0 km)預(yù)告標(biāo)志間距過近及第3級預(yù)告標(biāo)志(1.2 km)與出口過遠存在密切關(guān)系。前者易削弱第2級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效用，后者易使駕駛員認(rèn)為到出口仍有較遠距離，換車道較晚?？梢娮詈笠患夘A(yù)告標(biāo)志位置、各級標(biāo)志間間距科學(xué)設(shè)置極其重要。實驗場景以北京望和橋為模擬對象，三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置主要依據(jù)北京市地方標(biāo)準(zhǔn)[4]，表明標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)預(yù)告標(biāo)志設(shè)置規(guī)范仍有提升空間，相關(guān)研究有待深入開展。
3 結(jié) 論
分析城市快速路三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效用，以明確其對駕駛行為的微觀影響及關(guān)鍵作用區(qū)域，為進一步探索不同道路條件下預(yù)告標(biāo)志的優(yōu)化設(shè)置奠定基礎(chǔ)。主要結(jié)論如下：
1)三級預(yù)告標(biāo)志對換車道行為的影響與立交橋型指路標(biāo)志是否設(shè)置無關(guān)。實際應(yīng)用中，進行三級預(yù)告標(biāo)志效用分析時，無需考慮立交橋型指路標(biāo)志的影響。
2)定向、半定向、環(huán)形匝道條件下，三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置后增加作用范圍內(nèi)換車道次數(shù)，且關(guān)鍵的增加區(qū)域位于第三級預(yù)告標(biāo)志前100 m至后方300 m范圍內(nèi)。
3)設(shè)置三級預(yù)告標(biāo)志后將提高第2、3次換車道人員比例，分別提高14.61%、2.37%，有效提前駕駛員換車道行為。
從以上結(jié)果可以得出，最后一級預(yù)告標(biāo)志的位置、各級標(biāo)志間的間距設(shè)置極其重要，應(yīng)科學(xué)設(shè)置。匝道出口前方外側(cè)車道流較多，標(biāo)志引導(dǎo)不當(dāng)極易造成交通安全、擁堵等問題，實際應(yīng)用中可通過調(diào)整最后一級預(yù)告標(biāo)志位置及各級標(biāo)志間的間距、控制車輛換車道位置、提高最內(nèi)側(cè)1～2條車道通行能力等措施來保障匝道出口處行車安全、暢通。
相比實地測量、視認(rèn)實驗、問卷調(diào)查等研究方法，駕駛模擬實驗具有一定的優(yōu)勢。首先，駕駛模擬實驗?zāi)軌蛴行У乜刂仆獠恳蛩?；其次，駕駛模擬實驗?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)行為數(shù)據(jù)的動態(tài)細粒度采集。實驗研究顯示，駕駛模擬實驗條件下行駛速度具有相對有效性，保障了實驗研究結(jié)果的合理性[20-22]。為進一步驗證三級預(yù)告標(biāo)志設(shè)置效果，后期將開展外場實驗進行三級預(yù)告標(biāo)志駕駛模擬實驗效果標(biāo)定。
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