武騰飛，裴玉龍，徐慧智

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150040)

道路交通安全一直備受人們關(guān)注，道路交通事故高居世界衛(wèi)生組織[1]所公布的十大“死因”之首，遠(yuǎn)高于艾滋病、自殺等其他因素，2013年，道路交通死亡人數(shù)已達(dá)125萬人，其中的行人死亡人數(shù)比例為11%，也就是每年有12.75萬行人死于交通事故。在城市道路系統(tǒng)中，行人過街與機(jī)動(dòng)車沖突狀況日益嚴(yán)重[2]，保障行人過街安全尤為重要，除傳統(tǒng)的宣傳教育形式外，優(yōu)化道路系統(tǒng)中的交通標(biāo)志也成為一種必要手段，因此，開展城市干路行人過街交通標(biāo)志前置距離研究具有重要意義。

近年來，交通標(biāo)志設(shè)置問題已成為熱點(diǎn)。夏佳等[3]基于路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用聚類分析及圈層覆蓋等相結(jié)合的方法對(duì)指路標(biāo)志設(shè)計(jì)過程進(jìn)行建模，并通過算例分析驗(yàn)證模型的有效性；李愛增等[4]從駕駛心理學(xué)角度對(duì)駕駛員操作過程與車道轉(zhuǎn)變過程進(jìn)行微觀分析，建立了城市快速路出口標(biāo)志前置距離的理論模型；裴玉龍等[5]考慮了空間遮擋模型存在的缺陷，對(duì)交叉口路側(cè)交通標(biāo)志時(shí)間遮擋模型進(jìn)行修正，建立駕駛?cè)隋e(cuò)過交通標(biāo)志的概率模型；柏偉等[6]以指路標(biāo)志作用機(jī)理及其在交叉口縱向設(shè)置影響因素入手，以車輛互相干擾最小為控制目標(biāo)，建立交叉口縱向交通標(biāo)志的選址概率模型；潘兵宏等[7]分析駕駛員在夜間環(huán)境下的視覺特性和認(rèn)讀特點(diǎn)，結(jié)合車輛前照燈照度特性、警告標(biāo)志類型及特點(diǎn)，對(duì)夜間警告類標(biāo)志前置距離進(jìn)行研究，并提出建議值；孫小慧等[8]對(duì)旅游交通標(biāo)志進(jìn)行了研究，并綜合考慮游客對(duì)旅游指路標(biāo)志需求情況，以烏魯木齊市南山風(fēng)景區(qū)為例進(jìn)行分析；張志清等[9]針對(duì)穿村鎮(zhèn)公路因警告標(biāo)志設(shè)置不當(dāng)而造成的交通安全問題，結(jié)合駕駛員離散駕駛行為理論、心生理特性對(duì)穿村鎮(zhèn)公路警告標(biāo)志前置距離進(jìn)行了優(yōu)化；崔洪軍等[10]針對(duì)高速公路出口前置指示標(biāo)志(AGS)設(shè)置位置進(jìn)行研究，建立了AGS安全設(shè)置距離計(jì)算模型。

目前，學(xué)者在指路交通標(biāo)志設(shè)計(jì)過程、夜間警告標(biāo)志及快速路出入口標(biāo)志前置距離等方面做了較為深入研究，并取得了一定的研究成果，但對(duì)于行人過街警告標(biāo)志前置距離研究較少，且《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線 第2部分：道路交通標(biāo)志》(GB5768.2-2009)(以下簡(jiǎn)稱：第2部分)中對(duì)具體警告標(biāo)志的前置距離也沒有詳細(xì)說明，僅要求設(shè)在警告地點(diǎn)前的“適當(dāng)位置”。因此，本文在現(xiàn)有規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)行人過街警告標(biāo)志前置距離進(jìn)行研究。

1 前置距離模型構(gòu)建及解析

1.1 模型建立前的假設(shè)

在城市干路系統(tǒng)中，由于道路過長(zhǎng)，所以應(yīng)在其中間的適當(dāng)位置設(shè)置行人過街設(shè)施，如人行天橋、地下通道、人行橫道等位置。行人交通事故多發(fā)于人行橫道處，因此一般在人行橫道前都會(huì)設(shè)置行人過街警告標(biāo)志。行人過街警告標(biāo)志可為駕駛員提供良好的信息誘導(dǎo)，提醒駕駛員注意前方可能存在行人過街，應(yīng)當(dāng)減速行駛，避免意外發(fā)生。在實(shí)際生活中，人行橫道上會(huì)有兩種情況出現(xiàn)，存在行人或不存在行人。為使所得結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，作以下假設(shè)：

1)研究部分的路面為直線路段，高差忽略不計(jì)，道路限速為60 km/h。

2)參與實(shí)驗(yàn)的被測(cè)試人員對(duì)交通標(biāo)志的理解力都達(dá)到了正常水平。

3)參與實(shí)驗(yàn)的被測(cè)試人員嚴(yán)格遵守駕駛規(guī)則，在看到行人過街警告標(biāo)志后進(jìn)行決策并減速。

4)行人過街警告標(biāo)志的設(shè)置位置等不受地理空間限制。

5)道路存在非機(jī)動(dòng)車道，寬度為1 m；交通標(biāo)志立柱底端距離路面邊緣線為“第2部分”中規(guī)定的25 cm。

6)路上小汽車滿足“第2部分”中規(guī)定的寬度為1.8 m，高度為2.0 m，成年人的坐姿眼睛高度為1.2 m。

1.2 駕駛員視認(rèn)過程

駕駛員視認(rèn)過程主要分為信息處理階段、信息感知階段、分析判斷階段、操作反應(yīng)階段四部分，詳細(xì)劃分駕駛員視認(rèn)過程，將其分為看見標(biāo)志、看清標(biāo)志、讀取標(biāo)志、理解標(biāo)志并決策、開始操作、標(biāo)志消失6個(gè)過程，其詳細(xì)視認(rèn)過程如圖1所示。

在A點(diǎn)，駕駛員看見交通標(biāo)志，但未看清交通標(biāo)志的具體內(nèi)容，只是在頭腦中有模糊意識(shí)；當(dāng)車輛行駛到B點(diǎn)，駕駛員看清交通標(biāo)志；在C點(diǎn)，讀取標(biāo)志內(nèi)容；在D點(diǎn)，理解交通標(biāo)志并決策；E點(diǎn)時(shí)，開始操作車輛，進(jìn)行減速；F點(diǎn)，標(biāo)志消失在視野中，這期間制動(dòng)力會(huì)達(dá)到最大；此后做勻減速持續(xù)制動(dòng)，K點(diǎn)車輛停駛在安全距離點(diǎn)。

1.3 模型構(gòu)建

1.3.1 感知與判斷距離

駕駛員在B點(diǎn)看清交通標(biāo)志、C點(diǎn)讀取交通標(biāo)志、D點(diǎn)理解并決策、E點(diǎn)執(zhí)行操作，這期間車輛速度v未改變，則感知與判斷距離為

S1=v(t1+t2+t3).

(1)

式中：t1為看清標(biāo)志到讀取標(biāo)志的時(shí)間，s；t2為讀取標(biāo)志并理解標(biāo)志的時(shí)間，s；t3為操作反應(yīng)的時(shí)間，s。

1.3.2 前視距離

前視距離，此處定義為當(dāng)駕駛員看到交通標(biāo)志時(shí)，交通標(biāo)志在人眼水平高度上與道路中心面所成交點(diǎn)距離人眼的水平距離，如圖2所示。

圖1 駕駛員視認(rèn)過程

圖2 前視距離

駕駛員在B點(diǎn)時(shí)看清交通標(biāo)志，其水平視角與標(biāo)志的上邊緣線夾角為θ，杜志剛[11]認(rèn)為當(dāng)θ取值為8°時(shí)，駕駛員可準(zhǔn)確認(rèn)讀交通標(biāo)志，因此，在本文中取θ值為8°。交通標(biāo)志設(shè)置在單柱式上，設(shè)其在垂直地面方向上距離人眼高度為z1，駕駛?cè)伺c交通標(biāo)志的視線水平距離為y1，交通標(biāo)志垂直駕駛?cè)苏胺降木嚯xw一般認(rèn)為是車輛與機(jī)非分離線距離w1、標(biāo)志底座距路面邊緣線寬度w2、非機(jī)動(dòng)車道寬度w3三者之和；等邊三角形交通標(biāo)志的邊長(zhǎng)為l；駕駛員的前視距離為x1。駕駛員看清標(biāo)志時(shí)的抽象圖，如圖3所示。

w=w1+w2+w3，

(2)

(3)

式中：h為立柱式桿高，一般取值為1.50～2.50 m；0.20為桿底部與路面之間的高差，m；1.20為駕駛員坐姿高度，m。

(4)

(5)

S4=x1.

(6)

將式(2)、式(3)、式(4)、式(5)代入到式(6)中，得到駕駛員的視認(rèn)距離，如式(7)所示

(7)

圖3 前視抽象

1.3.3 交通標(biāo)志可調(diào)整距離

交通標(biāo)志可調(diào)整距離即駕駛員在決策后操縱車輛使其完全停駛在K點(diǎn)時(shí)的距離S2。交通標(biāo)志可調(diào)整距離在《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ37-2012)(以下簡(jiǎn)稱：“規(guī)范”)中為制動(dòng)距離Sb，計(jì)算公式如式(8)所示，學(xué)者袁浩等[12]研究結(jié)果為S2，如式(9)所示。根據(jù)式(8)和式(9)，對(duì)不同速度下的制動(dòng)距離進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表1所示。

(8)

式中：V為設(shè)計(jì)速度，km/h；βs為安全系數(shù)，取1.2；μs為路面摩擦系數(shù)，取0.4。

(9)

式中：v為行駛速度，km/h；t′為制動(dòng)力上升到最大的時(shí)間，取0.2 s；amax為最大舒適制動(dòng)減速度，取3.4 m/s2。

表1 不同模型下的計(jì)算結(jié)果

由表1可知，當(dāng)速度小于60 km/h時(shí)，S2始終大于Sb，但其差值不大；當(dāng)速度為60 km/h時(shí)，S2等于Sb。本論文假設(shè)條件下速度不大于60 km/h，從安全行車角度考慮，更傾向于選擇S2，因其提供的可調(diào)整距離更大。

1.4 模型解析

為保障車輛安全停駛在人行橫道之前，需要滿足前視距離S4與前置距離S之和不小于感知與判斷距離S1、標(biāo)志可調(diào)整距離S2、安全距離S3之和，即

S4+S≥S1+S2+S3.

(10)

將上述式(1)、式(7)、式(9)代入到式(10)中，得到行人過街警告標(biāo)志的前置距離模型

(11)

式中：S3為安全距離，取值為5～10 m。

2 視認(rèn)過程實(shí)驗(yàn)

2.1 駕駛員特征

對(duì)駕駛員進(jìn)行視認(rèn)試驗(yàn)，共招募20名被試者，其中男性12人，占比為60%，女性8人，占比為40%，被試者均已取得駕照且矯正視力處于正常水平、理解常見的城市干路交通標(biāo)志，其年齡及駕齡分析結(jié)果如表2所示。在試驗(yàn)過程中，要求被試者在試驗(yàn)前一天保證充足的睡眠，不能飲用酒、刺激性飲料等以免影響視認(rèn)能力。

表2 被試者年齡及駕齡特征

2.2 駕駛員認(rèn)讀時(shí)間

為獲取駕駛員的認(rèn)讀時(shí)間，也即探究駕駛員看清交通標(biāo)志到讀取標(biāo)志的時(shí)間t1。本過程擬采用如圖4所示的方式進(jìn)行試驗(yàn)。首先用電腦制作幻燈片，并將交通標(biāo)志重復(fù)播放，共計(jì)16組，利用投影儀進(jìn)行投影，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，被試者正坐于屏幕前并手持電子秒表。當(dāng)實(shí)驗(yàn)者喊出開始時(shí)，被試者摁一下手中的電子秒表，使秒表進(jìn)入工作狀態(tài)；當(dāng)交通標(biāo)志出現(xiàn)且可被看清時(shí)，被試者摁一下電子秒表，此時(shí)刻為看清交通標(biāo)志時(shí)刻，當(dāng)可讀取標(biāo)志內(nèi)容時(shí)，再摁一下電子秒表，此時(shí)刻為內(nèi)容識(shí)別時(shí)刻，當(dāng)被試者認(rèn)讀16組標(biāo)志結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)時(shí)間差值并記錄。

圖4 被試者認(rèn)讀過程抽象圖

試驗(yàn)結(jié)束后，共計(jì)采集320條認(rèn)讀時(shí)間數(shù)據(jù)，一般認(rèn)為認(rèn)讀時(shí)間在0.50～2.00 s之間。針對(duì)部分測(cè)試數(shù)據(jù)在0.50～2.00 s之外的情況，可能是被試者在測(cè)試過程中出現(xiàn)分神、精神高度緊張等所做出的誤操作，其中大于2.00 s有21條數(shù)據(jù)，小于0.50 s有5條數(shù)據(jù)，共計(jì)26條，因此，其合格率達(dá)到了91.88%，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

表3 被試者認(rèn)讀時(shí)間統(tǒng)計(jì)

2.3 駕駛員決策時(shí)間與反應(yīng)時(shí)間

決策時(shí)間是指駕駛員在看到交通標(biāo)志后，大腦決策是否采取措施所花費(fèi)的時(shí)間?，F(xiàn)有研究認(rèn)為駕駛員的決策時(shí)間通常為1.00～2.50 s，在本文的假設(shè)條件下，認(rèn)為駕駛員進(jìn)行了操作反應(yīng)，選取決策時(shí)間為1.50 s。

針對(duì)反應(yīng)時(shí)間，于廣鵬等[13]認(rèn)為由于駕駛員反應(yīng)程度不同，其反應(yīng)時(shí)間取值范圍為1.30～1.80 s；張智勇等[14]則認(rèn)為在天氣狀況由晴朗到暴雨的過程中駕駛員反應(yīng)時(shí)間變化率最大，其值在0.89～1.83 s，隨著駕駛里程的不斷增加，駕駛員的反應(yīng)時(shí)間在0.87～1.72 s。綜合以上情況，選取反應(yīng)時(shí)間為1.50 s。

3 前置距離計(jì)算

根據(jù)“第2部分”規(guī)定，當(dāng)?shù)缆吩O(shè)計(jì)速度為60 km/h、50 km/h、40 km/h，警告標(biāo)志設(shè)置為等邊三角形時(shí)，其邊長(zhǎng)l取值為0.90 m；當(dāng)速度小于40 km/h時(shí)，等邊三角形邊長(zhǎng)l取值為0.70 m；若受到空間限制時(shí)，等邊三角形邊長(zhǎng)l可取最小值0.60 m。本研究中交通標(biāo)志處于城市干路上，空間位置不受限制，故取等邊三角形邊長(zhǎng)l為0.90 m、0.70 m。行人過街警告標(biāo)志一般安裝在單柱式的立柱上，且“第2部分”規(guī)定，立柱上交通標(biāo)志的下邊緣線距離地面的高度為1.50～2.50 m，本文中取最大值2.50 m。

“規(guī)范”規(guī)定，當(dāng)?shù)缆吩O(shè)計(jì)速度小于60 km/h時(shí)，道路寬度一般為3.25 m。因此，當(dāng)駕駛員行駛在第n條(n取自然數(shù)，且n≥1)車道上時(shí)計(jì)算w，則有

(12)

w2=1.00 m，

(13)

w3=0.25，

(14)

3.25+1+0.25=3.25n-0.375.

(15)

標(biāo)定各個(gè)參數(shù)，結(jié)果如表4所示。將各參數(shù)及式(15)代入到式(11)中，則得到行人過街警告標(biāo)志前置距離模型，如式(16)所示

表4 參數(shù)標(biāo)定

(16)

將不同速度及車道數(shù)代入到式(16)中，得到不同速度、車道數(shù)(單向)下的行人過街警告標(biāo)志的前置距離，如表5所示。由表5可知，當(dāng)速度為60 km/h時(shí)，隨著車道數(shù)增加，其前置距離分別為103.088 m、104.032 m、105.815 m，建議取值為104 m、105 m、106 m，給出的綜合建議值為110 m；速度為50 km/h時(shí)，隨著車道數(shù)增加，其前置距離分別為78.406 m、79.350 m、81.133 m，建議取值為79 m、80 m、82 m，給出的綜合建議值為85 m；速度為40 km/h時(shí)，隨著車道數(shù)增加，其前置距離分別為55.993 m、56.938 m、58.721 m，建議取值為56 m、57 m、59 m，給出的綜合建議值為60 m；速度為30 km/h時(shí)，隨著車道數(shù)增加，其前置距離分別為37.104 m、38.135 m、40.120 m，建議取值為38 m、39 m、41 m，給出的綜合建議值為45 m；速度為20 km/h時(shí)，隨著車道數(shù)增加，其前置距離分別為19.231 m、20.261 m、22.247 m，建議取值為20 m、21 m、23 m，給出的綜合建議值為25 m。綜上所述，當(dāng)車道數(shù)一致時(shí)，隨著速度的增大，其前置距離增大；當(dāng)速度一定時(shí)，隨著車道數(shù)增加，其前置距離會(huì)不斷增大。

表5 不同速度、車道數(shù)下行人過街警告標(biāo)志前置距離

4 結(jié) 語

本文就駕駛員視認(rèn)過程進(jìn)行分析，針對(duì)城市干路上行人過街警告標(biāo)志的前置距離展開研究。通過考慮道路寬度、駕駛員特征、行人安全距離等因素建立了城市干路行人過街警告標(biāo)志前置距離模型。通過模擬駕駛員視認(rèn)過程試驗(yàn)，得到了駕駛員視認(rèn)過程中的部分?jǐn)?shù)據(jù)。最后，通過參數(shù)標(biāo)定，計(jì)算了不同速度、不同車道數(shù)下的前置距離，結(jié)果表明，隨著速度不斷增大，標(biāo)志的前置距離不斷增加；同一速度不同車道數(shù)情況下，前置的變化值不大。未來將進(jìn)行更加詳細(xì)的試驗(yàn)，測(cè)定駕駛員的決策時(shí)間及反應(yīng)時(shí)間，得到更加精準(zhǔn)的行人過街警告標(biāo)志的前置距離。