張于平

(廣深高速公路改擴(kuò)建管理處，廣州 510699)

0 引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，早期建設(shè)的高速公路通行能力已難以滿足日益增長(zhǎng)的交通需求。特別是粵港澳大灣區(qū)等經(jīng)濟(jì)活躍地區(qū)，越來越多高速公路提質(zhì)擴(kuò)容的需求被提上日程，且高速公路改擴(kuò)建整體趨勢(shì)從車道數(shù)“四改八”逐漸往“六改十”方向發(fā)展。

根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01-2014)條文4.0.5和《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20-2017)條文6.4.2，高速公路車道數(shù)達(dá)八車道及以上時(shí)，宜設(shè)置寬度不小于2.5m的左側(cè)硬路肩，為內(nèi)側(cè)車道故障車輛提供臨時(shí)停靠的空間[1-2]。鑒于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)十車道及以上高速公路是否設(shè)置左側(cè)硬路肩未進(jìn)行強(qiáng)制規(guī)定，且國內(nèi)也尚無已實(shí)施的工程案例，越來越多的“六改十”車道的高速公路對(duì)于左側(cè)硬路肩是否設(shè)置的論證結(jié)論也不一致。因此，科學(xué)合理地論證分析對(duì)于左側(cè)硬路肩的設(shè)置決策顯得尤為重要。

廣深高速公路全長(zhǎng)122.8km，雙向六車道，設(shè)計(jì)速度120km/h。作為聯(lián)系廣州、東莞、深圳、香港的重要通道，一直以來被譽(yù)為國內(nèi)交通最繁忙的高速公路之一，目前全線年平均交通量已達(dá)12.3萬pcu/d，部分路段如太平至五點(diǎn)梅段已高達(dá)18.7萬pcu/d。

廣深高速公路改擴(kuò)建工程北起廣州黃村立交，南止于深圳市皇崗收費(fèi)站，改造里程全長(zhǎng)118.2km，采用整體拼接擴(kuò)建成十車道，局部交通量較大的路段采用分離式擴(kuò)建成十四車道的方案進(jìn)行擴(kuò)建，設(shè)計(jì)速度100～120km/h。在進(jìn)行十車道改擴(kuò)建方案論證過程中，因國內(nèi)關(guān)于左側(cè)硬路肩設(shè)置相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，就左側(cè)硬路肩的設(shè)置問題產(chǎn)生了較大分歧。

本文采用模擬駕駛實(shí)驗(yàn)對(duì)有無左側(cè)硬路肩情況下的駕駛行為特性進(jìn)行分析，提出基于駕駛行為特性分析的超多車道高速公路左側(cè)硬路肩論證方法，結(jié)合廣深高速公路改擴(kuò)建工程實(shí)例，為后續(xù)相似工程項(xiàng)目和研究提供參考。

1 左側(cè)硬路肩定義及功能

硬路肩是指與行車道相鄰并輔以具有一定強(qiáng)度路面結(jié)構(gòu)的路肩部分，它可承受汽車荷載的作用力。我國高速公路將右側(cè)硬路肩稱為應(yīng)急車道、緊急停車帶或救援通道等，主要作用是為行車提供有效停車視距，供故障車輛緊急停車、救援車輛通行等。

左側(cè)硬路肩是指位于行車道左側(cè)的硬路肩，當(dāng)同向單幅車道數(shù)達(dá)到四車道及以上時(shí)，由于車道數(shù)的增加，行駛在內(nèi)側(cè)車道上的車輛需要經(jīng)過三次甚至以上的換道操作，才能到達(dá)最右側(cè)硬路肩?？俊６啻螕Q道不僅使得故障車道?？康倪^程變得困難，而且多次換道需要較長(zhǎng)的行駛距離，也會(huì)對(duì)其他車道上正常行駛的車輛帶來不利影響[2]。因此，左側(cè)硬路肩的設(shè)置可提高八車道及以上高速公路行車的安全性和舒適性。

2 左側(cè)硬路肩設(shè)置對(duì)駕駛行為特性影響實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

針對(duì)超多車道高速公路的不同路側(cè)形式，建立相關(guān)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，通過駕駛模擬實(shí)驗(yàn)，采集駕駛?cè)松硇睦硖卣鲾?shù)據(jù)，采用深度學(xué)習(xí)算法挖掘潛在規(guī)律，分析不同路側(cè)方案對(duì)駕駛?cè)诵熊嚢踩约笆孢m性的影響，從而為超多車道高速公路左側(cè)硬路肩的設(shè)置提供理論支持。

2.2 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

設(shè)計(jì)有左側(cè)硬路肩、內(nèi)側(cè)兩車道封閉和無左側(cè)硬路肩、內(nèi)側(cè)兩車道封閉兩種實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，根據(jù)國內(nèi)外調(diào)研結(jié)果，初步設(shè)定左側(cè)硬路肩寬度為3m，如圖1和圖2所示。

圖1 左側(cè)3m硬路肩

圖2 左側(cè)無硬路肩

2.3 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

實(shí)驗(yàn)采用日本FORUM8公司的UC-win/Road 13.0進(jìn)行場(chǎng)景建模，使用基于真實(shí)汽車駕駛座艙開發(fā)的駕駛模擬器進(jìn)行模擬駕駛實(shí)驗(yàn)并采集數(shù)據(jù)(圖3)。

圖3 駕駛模擬平臺(tái)

2.4 實(shí)驗(yàn)被試

為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，盡量避免由于駕駛?cè)说鸟{駛經(jīng)驗(yàn)、駕駛習(xí)慣差異等原因?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的影響，本次共招募24名被試進(jìn)行模擬駕駛實(shí)驗(yàn)，包括8名職業(yè)駕駛?cè)?代駕及出租車司機(jī))和16名非職業(yè)駕駛?cè)恕?/p>

2.5 實(shí)驗(yàn)流程

根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊约皩?shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)置，每位被試按照以下流程進(jìn)行模擬駕駛實(shí)驗(yàn)，如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)過程中要求駕駛?cè)吮M可能保持最高限速120km/h的速度穩(wěn)定行駛，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中每個(gè)過渡段放置120km/h的限速標(biāo)志。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景全程約為16km，駕駛時(shí)間需要10min/次/人。每個(gè)場(chǎng)景之間相隔2～3km，通過普通路段連接，車輛均在最左側(cè)行駛，遇到車道封閉時(shí)，駕駛?cè)俗灾鬟x擇避險(xiǎn)繞行。通過每個(gè)場(chǎng)景后還需進(jìn)行主觀問卷調(diào)查。

圖5 被試實(shí)驗(yàn)過程

2.6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

通過填寫的基本信息問卷獲得駕駛?cè)诵彰?、性別、年齡、駕齡等基本信息；通過主觀感受問卷獲得駕駛?cè)藢?duì)不同路側(cè)布置形式的主觀評(píng)價(jià)。

本次模擬駕駛實(shí)驗(yàn)采集到24人次的有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其中包括24份車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的主觀問卷和基本信息問卷。

圖6 UC-win/Road采集的數(shù)據(jù)文件

3 左側(cè)硬路肩設(shè)置對(duì)駕駛行為特性影響分析

根據(jù)調(diào)研分析，不同路側(cè)設(shè)置方式會(huì)影響突發(fā)交通狀況下路段的通行能力、安全特性和舒適性。本次以交通安全性和舒適性為目標(biāo)進(jìn)行分析。首先，車輛操控參數(shù)直接反映駕駛?cè)嗽诰o急情況下的駕駛行為特征，體現(xiàn)行車安全性和舒適性；其次，安全替代指標(biāo)也用于評(píng)價(jià)緊急避險(xiǎn)過程中的安全性；此外，駕駛?cè)说闹饔^感受也是重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.1 不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置下的車速特性

車輛運(yùn)行速度是反映道路安全性的重要指標(biāo)，特別是縱向車速的穩(wěn)定性體現(xiàn)了道路環(huán)境的協(xié)調(diào)性。在模擬駕駛過程中，采集主線靜止車輛上游500m、下游100m范圍的車速。每50m設(shè)為一個(gè)斷面(斷面11為停車點(diǎn))，一共分析了13個(gè)斷面的車速。利用SPSS軟件對(duì)不同標(biāo)線段上行駛速度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，斷面車速分布情況如圖7所示。

圖7 不同路側(cè)設(shè)置方式車輛通過障礙的車速

對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)：在不設(shè)左側(cè)硬路肩的情形下，車速波動(dòng)最大，多數(shù)在最內(nèi)側(cè)行駛的小型車都有減小到接近0km/h的車速，在越過障礙物后逐漸加速；而設(shè)置了3m連續(xù)左側(cè)硬路肩情況時(shí)，車輛路過前方停駛車輛時(shí)車速稍高一些，越過障礙車的車速可達(dá)到84km/h。

出現(xiàn)這種結(jié)果的原因主要是：沒有設(shè)置左側(cè)硬路肩時(shí)，在遇到極端情形(左側(cè)2車道被占用)，車輛在短時(shí)間內(nèi)無法進(jìn)行較大的車道變換，只能采取減速或停車避讓措施，然后再繞過障礙車。而設(shè)置了左側(cè)硬路肩的情況下，左側(cè)硬路肩可為內(nèi)側(cè)車道上高速行駛的車輛提供必要的避險(xiǎn)空間。同時(shí)，在遇到極端情形(左側(cè)2車道被占用)，左側(cè)硬路肩可為在內(nèi)側(cè)車道行駛的車輛提供臨時(shí)停車避險(xiǎn)的地點(diǎn)。從進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)來看，部分駕駛?cè)瞬扇×藦淖髠?cè)繞行的避險(xiǎn)行為，而沒有采用向右側(cè)合流，這在特殊情況下，可避免惡性交通事故的發(fā)生?？偟膩碚f，當(dāng)事發(fā)路段正好有左側(cè)硬路肩時(shí)，駕駛績(jī)效都較好。

3.2 不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置下的安全替代指標(biāo)

為研究不同路側(cè)設(shè)置方式下車輛遇到緊急情況的避險(xiǎn)特性，本文選取了典型的交通安全替代指標(biāo)量化分析，如碰撞時(shí)間(Time to collision,TTC)體現(xiàn)了車輛與前方車輛距離碰撞所剩的時(shí)間，可以表達(dá)車輛的安全性能。

在主線左側(cè)車道有車輛停止而實(shí)驗(yàn)車在左側(cè)行駛的情形下，本節(jié)將分析不同的左側(cè)路側(cè)設(shè)置對(duì)最小TTC的影響，評(píng)價(jià)其在交通安全方面的效果。最小TTC是指在一例緊急避險(xiǎn)過程中，整個(gè)避險(xiǎn)時(shí)間序列的TTC的最小值，TTC的最小值能夠體現(xiàn)安全裕度，最小TTC越小表明越危險(xiǎn)。對(duì)不同左側(cè)路側(cè)形式的避險(xiǎn)行駛數(shù)據(jù)進(jìn)行提取分析，統(tǒng)計(jì)出各例駕駛最小TTC的位置，如圖8所示。

圖8 不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置下最小TTC點(diǎn)分布

對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，在不設(shè)左側(cè)硬路肩的情形下，車輛遇到停駛車輛時(shí)，最小TTC均值為1.91s，最小TTC值為0.2s，情況較為危險(xiǎn)；設(shè)置了3m左側(cè)硬路肩的情形下，車輛遇到停駛車輛時(shí)，最小TTC均值為3.20s，最小TTC值為1.3s，安全狀況有較大的改善。

3.3 不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置下的駕駛負(fù)荷

為了分析不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置對(duì)駕駛?cè)耸孢m性的影響，采用主觀駕駛負(fù)荷測(cè)量方法進(jìn)行分析。駕駛負(fù)荷代表了駕駛?cè)藢?duì)外部環(huán)境的實(shí)時(shí)感知，是其駕駛?cè)蝿?wù)強(qiáng)度的直接體現(xiàn)，也反映了其駕駛過程中舒適程度的高低。

實(shí)驗(yàn)使用NASA-TLX量表進(jìn)行駕駛?cè)笋{駛負(fù)荷的評(píng)價(jià)。NASA-TLX主觀評(píng)定量表是多維的腦力負(fù)荷評(píng)價(jià)量表，共涉及到六個(gè)負(fù)荷維度，分別是腦力需求、體力需求、時(shí)間需求、績(jī)效水平、努力程度和受挫程度等。采用10分量表表示各維度的強(qiáng)弱，1分表示最低、10分表示最高，如圖9所示。

圖9 NASA-TLX駕駛負(fù)荷量表

模擬駕駛過程中每完成一例駕駛片段，均通過問卷采集駕駛?cè)嗽诘湫蛥^(qū)域的主觀駕駛負(fù)荷。針對(duì)是否設(shè)置左側(cè)硬路肩兩種場(chǎng)景，分別計(jì)算出腦力需求、體力需求、時(shí)間需求、績(jī)效水平、努力程度和受挫程度等，最后可得出綜合駕駛負(fù)荷。

假設(shè)遇到前方停車，統(tǒng)計(jì)不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置情形下主觀駕駛負(fù)荷發(fā)現(xiàn)：不設(shè)任何路側(cè)形式下，綜合駕駛負(fù)荷為8.22，綜合駕駛負(fù)荷高；設(shè)置3m硬路肩情況下，綜合駕駛負(fù)荷為6.87，綜合駕駛負(fù)荷水平相對(duì)較低?？偟膩碚f，在遇到兩個(gè)車道被占用的情形下，駕駛?cè)颂幚磉@種緊急情形的駕駛負(fù)荷都較高，而有左側(cè)路側(cè)空間時(shí)，駕駛負(fù)荷有較大程度的降低。

表1 不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置下的主觀駕駛負(fù)荷結(jié)果

4 結(jié)語

本次研究共招募24名被試進(jìn)行模擬駕駛實(shí)驗(yàn)，研究左側(cè)硬路肩設(shè)置對(duì)駕駛行為特性的影響。結(jié)果表明，在不設(shè)左側(cè)硬路肩的情形下，車輛遇到停駛車輛時(shí)，最小TTC均值較小，綜合駕駛負(fù)荷值較高；設(shè)置了左側(cè)硬路肩的情形下，車輛遇到停駛車輛時(shí)，安全狀況得到較大改善，綜合駕駛負(fù)荷同樣有較大緩解。

為了提高行車安全性和舒適性，本文建議超多車道高速公路設(shè)置左側(cè)硬路肩。廣深高速公路改擴(kuò)建工程可行性研究階段已采用該建議。