蘇曉智，柳銀芳，潘兵宏，白浩晨，王 松

(1.長安大學(xué) 運(yùn)輸工程學(xué)院，陜西 西安 710064；2. 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075；3. 長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064)

0 引言

隨著交通量的迅速增加，我國早期建設(shè)的大量雙向4車道與6車道公路現(xiàn)已進(jìn)入改擴(kuò)建階段，新建道路以多車道高速公路為主。車道數(shù)的增加使車輛行車自由度提高，多車道高速公路獨(dú)特的管理方式也將影響各車道駕駛?cè)艘朁c(diǎn)橫向位置分布。鑒于多車道視點(diǎn)橫向位置分布的差異對(duì)高速公路平曲線半徑選取的影響不同，故應(yīng)針對(duì)我國現(xiàn)階段多車道高速公路交通組成特點(diǎn)，分析不同車道駕駛?cè)艘朁c(diǎn)橫向位置，確定合理的橫凈距，檢驗(yàn)高速公路各條車道的停車視距，為多車道高速公路設(shè)計(jì)中平曲線半徑參數(shù)的確定以及安全性評(píng)價(jià)中合理確定停車視距，采取科學(xué)的安全措施提供參考。

國外學(xué)者對(duì)駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置的研究主要側(cè)重于利用眼動(dòng)儀分析駕駛?cè)说囊曈X特性[1-5]。如ZHANG等[1]通過在大霧環(huán)境下進(jìn)行了實(shí)車測(cè)試，分析了駕駛?cè)俗⒁晠^(qū)域的分布特征。Hudák等[2]基于實(shí)車試驗(yàn)，研究了路側(cè)廣告牌對(duì)駕駛?cè)艘暰€的吸引時(shí)長，利用眼動(dòng)儀追蹤駕駛?cè)搜蹌?dòng)軌跡。Antonson[3]等通過駕駛模擬器和問卷調(diào)查研究了路側(cè)植被疏密和有無護(hù)欄對(duì)駕駛?cè)诉\(yùn)行速度、車輛橫向位置、掃視幅度的影響。對(duì)視覺特性的研究主要集中在自動(dòng)駕駛[5]以及駕駛?cè)朔中纳蟍6-8]。國內(nèi)學(xué)者對(duì)駕駛?cè)艘朁c(diǎn)的研究主要包括：駕駛?cè)艘曇胺秶鷥?nèi)注視點(diǎn)分布、車輛橫向位置對(duì)駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置的影響，以及駕駛?cè)说男熊嚑顟B(tài)。對(duì)注視點(diǎn)分布的研究一般利用眼動(dòng)儀記錄眼動(dòng)數(shù)據(jù)，陳芳[9]等人采用眼動(dòng)儀研究山區(qū)高速公路彎道路段在不同轉(zhuǎn)向、不同彎道半徑條件下駕駛?cè)艘朁c(diǎn)分布的規(guī)律。楊運(yùn)興[10]等人利用眼動(dòng)儀記錄駕駛?cè)嗽谏絽^(qū)挖方路段行駛時(shí)的眼動(dòng)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明挖方路段的路側(cè)邊坡容易使駕駛?cè)水a(chǎn)生緊張感，視點(diǎn)位置分布較為分散。而對(duì)駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置多在討論車輛視距時(shí)涉及[11-12]，楊龍清[13]基于隧道照明區(qū)段，分析了駕駛?cè)艘朁c(diǎn)、視野和視距等特征，以彩色路面隧道為試驗(yàn)段，通過眼動(dòng)試驗(yàn)，獲取了注視點(diǎn)位置。孟云龍等[14-15]在計(jì)算平曲線橫凈距時(shí)均對(duì)駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置與車道左側(cè)邊緣線進(jìn)行了界定，但并未深入分析取值依據(jù)。

綜上所述，國內(nèi)外對(duì)視點(diǎn)位置的研究主要借助眼動(dòng)儀對(duì)駕駛?cè)搜蹌?dòng)特性進(jìn)行分析，缺乏對(duì)駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置進(jìn)行探討，尤其對(duì)多車道高速公路不同車道管理?xiàng)l件下的駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置研究較為匱乏。駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置和道路橫斷面設(shè)計(jì)是決定橫凈距的重要參數(shù)，而平曲線路段橫凈距又是影響停車視距的一個(gè)主要因素[16-17]，我國《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014)(以下簡(jiǎn)稱《公路標(biāo)準(zhǔn)》)[18]和《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG-D20—2017)[19](以下簡(jiǎn)稱《路線規(guī)范》)規(guī)定高速公路每條車道都應(yīng)滿足停車視距的要求，因此有必要對(duì)不同車道駕駛?cè)说囊朁c(diǎn)位置進(jìn)行深入分析，解決一直以來因視點(diǎn)位置不同，導(dǎo)致停車視距檢驗(yàn)結(jié)果不同的爭(zhēng)議。本研究以無人機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，針對(duì)多車道高速公路不同車道、不同車型駕駛?cè)说囊朁c(diǎn)位置展開研究，提出不同車道、不同車型駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置取值，為高速公路設(shè)計(jì)和安全性評(píng)價(jià)中停車視距的分析提供更加合理的檢驗(yàn)參數(shù)。

1 目前常用視點(diǎn)位置分析

由于駕駛習(xí)慣和心生理特征，車輛在車道上的橫向分布位置存在一定規(guī)律。目前相關(guān)研究和規(guī)范中采用視點(diǎn)位置有1.2，1.5 m和行車道中心(1.875 m)3種。趙永平[20]通過調(diào)查，認(rèn)為行駛時(shí)車體位于行車道中線，駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置在距離車道左側(cè)邊緣線1.2 m處(圖1)。王曉楠、孟云龍等[15,21]取小客車的視點(diǎn)位置為1.2 m；同時(shí)王曉楠[21]等取大型車的視點(diǎn)位置為車道中心，由于大型車寬度的原因，與距離車道左側(cè)邊緣線1.2 m相差不大。楊帆等[16]根據(jù)《路線規(guī)范》對(duì)路緣帶和路緣石距離護(hù)欄的位置規(guī)定，將視點(diǎn)位置定在距離左側(cè)路緣帶1.2 m處。但研究表明，不同的路側(cè)設(shè)施、道路斷面組成對(duì)駕駛?cè)说臋M向位置存在影響，導(dǎo)致車輛橫向位置存在偏移中線的現(xiàn)象[22-24]。但相關(guān)研究中均沒有試驗(yàn)調(diào)查數(shù)據(jù)支撐該結(jié)論?！缎吕砟罟吩O(shè)計(jì)指南》[25](2005版)(以下簡(jiǎn)稱《指南》)中指出駕駛?cè)说囊朁c(diǎn)位置距離行車道左側(cè)邊緣線1.5 m(圖2)。目前研究中對(duì)《指南》中所建議的視點(diǎn)位置值的應(yīng)用較少。《路線規(guī)范》中指出駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置位于車道寬度的1/2處，即車道中心線，視點(diǎn)位置為1.875 m或者1.75 m(圖3)。當(dāng)車輛在靠近中央分隔帶的第1車道行駛，由于左側(cè)存在中央分隔帶，受“墻壁效應(yīng)”的影響，小車駕駛?cè)擞邢蛴疫h(yuǎn)離中央分隔帶的傾向。此時(shí)視點(diǎn)位置取行車道中心角合適，而大型車由于車身較寬，若視點(diǎn)保持在行車道中心，則右側(cè)車身將侵入相鄰車道。

圖1 駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置示意圖1(單位：cm)

圖2 駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置示意圖2(單位：cm)

圖3 第一車道駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置3(單位：cm)

2 多車道高速公路視點(diǎn)位置影響因素分析

隨著我國多車道高速公路建設(shè)與管理模式的改進(jìn)，高速公路交通運(yùn)行特性隨之改變，駕駛?cè)嗽诓煌嚨赖鸟{駛行為呈現(xiàn)出新的規(guī)律。目前我國交通管理部門對(duì)同向行駛的大、小型車輛采用分車道行駛的管理方式。多車道高速公路主要是采取分車道限車型、限車速的交通組織管理方式。多車道高速公路不同車道管理方式不同，一般采用如下的管理方式：雙向6車道第1車道(最內(nèi)側(cè)車道)一般專供小客車行駛，第2、3車道供客貨車混合行駛；雙向8車道第1車道專供小客車行駛，第2車道供小客車和各種客車(有的也供中小型貨車)行駛，第3、4車道以大貨車為主，其他各類型車輛的混合通行；雙向10車道一般為第1、2車道為小客車專用車道，禁止大型車輛通行，大型車輛可以在其他車道行駛。目前多車道高速公路上交通分布特點(diǎn)為：第1車道以小客車居多，最外側(cè)車道主要供載重車輛通行；行車道上限制速度與運(yùn)行速度由內(nèi)側(cè)至外側(cè)呈遞減趨勢(shì)。不同行駛速度下駕駛?cè)说乃俣雀兄?、?cè)向余寬不同，也可能導(dǎo)致駕駛?cè)嗽诟餍熊嚨郎系囊朁c(diǎn)位置分布不同。

由于第1車道一般為小客車專用車道，靠近中央分隔帶，在高速行駛的情況下將增加駕駛?cè)诵熊噳浩雀?；相比于其他車道，左?cè)視野較為局限，尤其是在左偏平曲線路段，駕駛?cè)艘暰€受到中分帶防眩設(shè)施遮擋，一般認(rèn)為駕駛?cè)擞锌寇嚨烙覀?cè)行駛的傾向。中間車道多為客貨混行車道，視野較為寬闊，駕駛?cè)藘A向保持車身在車道中間行駛。最外側(cè)車道大型車占比較大，因大型車車身尺寸較大，駕駛?cè)烁鼉A向于靠左邊線行駛，其視點(diǎn)位置與小型車輛相差較大。因此不同車道位置的側(cè)向干擾不同，駕駛行為也不同，導(dǎo)致視點(diǎn)在車道內(nèi)的位置也可能不同。另外，不同車型的駕駛?cè)艘暰€高度和車體結(jié)構(gòu)寬度也會(huì)對(duì)駕駛?cè)说囊朁c(diǎn)位置產(chǎn)生影響，因此，確定駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置應(yīng)區(qū)分車型。

3 高速公路不同車道駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置研究

3.1 數(shù)據(jù)采集方法與路段

實(shí)際車輛行駛中視點(diǎn)位置調(diào)查路段選擇了連霍高速陜西段(雙向8車道高速公路)，調(diào)查設(shè)備選擇大疆御MavicAir無人機(jī)，采用全景高清錄像調(diào)查的方式采集一定范圍內(nèi)不同車道內(nèi)車輛行駛的視頻數(shù)據(jù)，以獲取目標(biāo)車道上行駛車輛在不同行車道內(nèi)的橫向位置。將無人機(jī)平飛在高速公路車道正上方，飛行高度為300 m左右，采集視頻視距。數(shù)據(jù)采集期間天氣晴朗無風(fēng)、車流狀態(tài)為自由流，無擁堵現(xiàn)象。獲得高清視頻數(shù)據(jù)后，通過回放，對(duì)不同車道內(nèi)車輛行駛的狀態(tài)截圖，將提取斷面處的圖像置于AutoCAD中量取圖中兩車道邊線距離a、車身邊緣至行車道左邊線的距離b，再通過兩車道邊線實(shí)際距離為3.75 m，建立比例方程式，計(jì)算得到車身邊緣至行車道左邊線的距離D1(圖4)，駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置D可通過式(1)計(jì)算。

圖4 視點(diǎn)位置處理過程

D=D1+D2,

(1)

式中，D1為車身橫向位置，是指左車身邊緣至左側(cè)行車道邊線距離；D2為車座橫向位置，是指駕駛?cè)塑囎行闹淋嚿碜筮吘壍木嚯x；D為駕駛?cè)艘朁c(diǎn)橫向位置。

為表述方便將多車道高速公路的車道按照車道功能進(jìn)行分類(圖7)。第1車道為靠近中分帶外側(cè)的第1條車道，與左側(cè)路緣帶相鄰。在多車道高速公路中多為小客車專用車道，具備超車功能。行駛時(shí)駕駛?cè)艘暰€易受左側(cè)中分帶護(hù)欄和防眩設(shè)施的遮擋，影響停車視距。中間車道(按行車方向，以中分帶為最左側(cè)。從左到右第2車道記為中間車道1，第3車道記為中間車道2)除嚴(yán)格規(guī)定外一般為混行車道(圖5)。中間車道的車輛駕駛?cè)顺艘⒁獗３峙c兩側(cè)車道邊緣線的距離外，還要留意與左、右兩側(cè)車輛之間的距離。第4車道為靠近右側(cè)硬路肩的車道，一般為貨車專用車道，停車視距易受路基側(cè)的護(hù)欄以及挖方邊坡的遮擋。

圖5 車道分類

3.2 車身橫向位置

在多車道高速公路的管理方式下，在第1車道僅調(diào)查小客車的車身橫向位置數(shù)據(jù)；最外側(cè)車道僅調(diào)查貨車左側(cè)車身橫向位置數(shù)據(jù)；調(diào)查中間車道的全部代表車型。

最內(nèi)側(cè)車道與中間車道大部分車輛的車身橫向位置相差不大；而最外側(cè)車道貨車的車身橫向位置明顯小于前者。利用Origin軟件進(jìn)行樣本數(shù)據(jù)的K-S正態(tài)性檢驗(yàn)(表1)。

表1 車身橫向位置數(shù)據(jù)單樣本K-S檢驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)取置信水平為95%時(shí)，P值均大于0.5(表1)，即數(shù)值在0.5的水平下，樣本數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布，具有數(shù)理統(tǒng)計(jì)意義。由數(shù)理統(tǒng)計(jì)相關(guān)知識(shí)可知，當(dāng)樣本數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布時(shí)，樣本均值即為期望值。為使視點(diǎn)位置符合大多數(shù)駕駛?cè)说奶攸c(diǎn)，分析不同車道樣本85%車身橫向位置分布。

根據(jù)車身橫向位置分布情況，可得到各車道85%的車身橫向位置(表2)。由表2可看出，車身橫向位置的均值由內(nèi)側(cè)車道向外側(cè)車道呈遞減趨勢(shì)；85%位視點(diǎn)位置在最內(nèi)側(cè)車道與中間車道內(nèi)也呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，而在最外側(cè)車道貨車駕駛?cè)?5%位車身橫向位置則最大。

表2 不同車道不同車型車身橫向位置

3.3 車座橫向位置

車座橫向位置D2為駕駛車座中心距左側(cè)車身邊緣的距離。調(diào)查表明(表3)，不同車輛駕駛?cè)塑囎行闹列熊嚨肋吘壍木嚯x是不同的，主要是因?yàn)樵隈{駛艙中，不同類型的車輛兩個(gè)駕駛座和副駕駛座之間的距離不同。

表3 不同車型車座橫向位置調(diào)查數(shù)據(jù)K-S檢驗(yàn)

根據(jù)表3得知本次調(diào)查樣本數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布，具有數(shù)理統(tǒng)計(jì)意義，樣本均值即為期望值，在后續(xù)計(jì)算過程中，小客車、中型車、大型車車座橫向位置分別取值0.5，0.55，0.60 m。

3.4 不同車道駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置

根據(jù)式(1)，可知駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置為車身橫向位置與車座橫向位置之和，計(jì)算得到駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置如表4所示。第1車道85%位小客車駕駛?cè)说囊朁c(diǎn)位置為1.2 m，該值與文獻(xiàn)[16-17,21-22]采用值一樣；第4車道大型車駕駛?cè)说囊朁c(diǎn)位置為1.5 m，該值與文獻(xiàn)[16]采用值一致；中間車道駕駛?cè)说囊朁c(diǎn)位置為1.1 m。也與文獻(xiàn)[15-16,20-21]采用值非常接近。由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以看出，《路線規(guī)范》提出的駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置1.875 m較大，不利于安全；因貨車車身較寬，若視點(diǎn)保持在行車道中心，則右側(cè)車身距離行車道中心1.9 m，大于1.875 m，所以貨車必然會(huì)侵入相鄰車道，而實(shí)際情況并非如此，這說明《路線規(guī)范》的規(guī)定可能存在問題。受中分帶防眩設(shè)施的影響，第1車道小客車的視點(diǎn)位置要略大于第2車道。從安全角度考慮，當(dāng)用視點(diǎn)位置確定橫凈距，檢驗(yàn)停車視距時(shí)，應(yīng)考慮大多數(shù)駕駛?cè)说陌踩枨?，建議選取第85%位的視點(diǎn)位置作為參考標(biāo)準(zhǔn)。

表4 不同車道駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置取值

4 結(jié)論

為解決一直以來在停車視距檢驗(yàn)中應(yīng)視點(diǎn)位置不同，導(dǎo)致停車視距檢驗(yàn)結(jié)果不同的爭(zhēng)議。分析了多車道高速公路視點(diǎn)位置影響因素，采用無人機(jī)實(shí)測(cè)了多車道高速公路不同車道內(nèi)車身橫向數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)有效性檢驗(yàn)結(jié)果表明車身橫向位置符合正態(tài)分布，分析了不同車道、不同車型駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置特征，在此基礎(chǔ)上提出了多車道高速公路不同車道、不同車型85%為駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置建議值。研究成果為停車視距檢驗(yàn)中合理確定橫凈距提供了參考。主要研究結(jié)論如下：

(1)現(xiàn)有相關(guān)研究中視點(diǎn)位置統(tǒng)一取1.2,1.5 m或行車道中心線存在不合理之處，應(yīng)分車型、分車道考慮。

(2)研究結(jié)果顯示多車道高速公路第1車道小客車和中間車道駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置宜取1.2 m，第4車道大型車駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置宜取1.5 m。

由于篇幅和時(shí)間的原因本研究?jī)H調(diào)查研究了雙向8車道高速公路不同車道、不同車型駕駛?cè)说囊朁c(diǎn)位置，雙向4車道和6車道高速公路駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置與雙向8車道高速公路也許存在差異，下一步將專門針對(duì)雙向4車道和6車道高速公路駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置開展研究。