關(guān)鍵詞： 道路工程 山區(qū)公路 螺旋展線 橋隧相連 駕駛模擬 安全性評價

西部高原山區(qū)地形陡峭、地質(zhì)條件復(fù)雜、海拔高、落差大，區(qū)域內(nèi)的公路越來越多地采用螺旋展線，沿線構(gòu)筑物多以橋隧相接的方式布設(shè)。如何評價公路螺旋展線與橋隧相連組合的運營安全是一個新的問題。近年來，針對道路安全性評價方法和實例，已有學(xué)者或工程技術(shù)人員開展了相關(guān)研究。陸歡等人分析了高原山區(qū)公路交通事故特征，建立了基于事故形態(tài)視角的評價模型，分析了不同事故的致因[1]。蘇東蘭分析比較了國內(nèi)外道路安全評價系統(tǒng)，建立了基于IHSDM 的高原山區(qū)農(nóng)村公路安全評價系統(tǒng)[2]。WU Y P 等人開展了駕駛模擬實驗，研究了公路不同平面曲線半徑及線形誘導(dǎo)對公路安全行駛的影響[3]。黃炎等人提出了基于BIM 和駕駛模擬實驗的道路安全綜合評價方法，在某樞紐互通匝道路段進行了實例驗證[4]。黃曉明等人針對瀝青路面抗滑問題，研究了CarSim 軟件在道路工程安全性評價方面的實用性和適用性[5]。李荀[6]、郭啟明等人[7]開展了山區(qū)高速公路駕駛模擬實驗，研究了不同平面幾何指標設(shè)計的運行速度模型，提出了基于安全等級劃分的安全性評價方法及風(fēng)險識別。已有研究盡管在高原山區(qū)公路安全性評價方面已經(jīng)取得了豐富的成果，但缺乏針對高原山區(qū)公路螺旋展線與橋隧相接的安全性評價[8-11]。文章以四川省阿壩州某高原山區(qū)二級公路為例，通過駕駛模擬實驗，利用駕駛員視覺特性，開展對向雙車道的螺旋橋梁與隧道相接路段的安全性評價，識別運營風(fēng)險因素，提出交通安全措施改進建議，提高該公路的運營安全。

1 工程概況

研究路段為四川省阿壩州某高原山區(qū)國道公路，采用設(shè)計速度40 km/h、路基寬度8.5 m 的對向雙車道二級公路技術(shù)標準。根據(jù)圖1 示意圖可知，路線起點段設(shè)置螺旋展線，最小半徑為125 m，設(shè)置K1 線特大橋，長1.17 km，該橋梁為3.8% 的上坡，隨后接沙壩特長隧道，長3.54 km，該隧道為2.9% 的上坡，研究路段路線全長5.18 km。

2 駕駛員視覺特性模擬實驗

為研究高原山區(qū)公路螺旋展線與橋隧相接的安全性，開展基于駕駛員視覺特性的駕駛模擬實驗。模擬實驗采用UC-win/Road 進行建模。該軟件是一款三維虛擬仿真模擬軟件，包含地形輸入、道路定義、道路形成、編輯輸出和駕駛模擬等功能，具有兼容性強、仿真環(huán)境真實等優(yōu)點，可構(gòu)建研究路段的實際場景，分析駕駛員的駕駛行為特征。根據(jù)圖2、圖3 所示的圖形可知，利用該軟件的“平面線形編輯模塊”“縱斷面變坡點編輯模塊”“橫斷面編輯模塊”構(gòu)建橋梁和隧道模擬場景。其中緊急停車帶、交通標志等的設(shè)置位置和構(gòu)造尺寸均根據(jù)實際情況設(shè)置。

為提高駕駛模擬試驗可靠性，選取3 名具有一定駕駛經(jīng)驗的駕駛員參與模擬試驗。在模擬試驗開始前，要求被試駕駛員精神狀態(tài)良好，具體見圖4。反復(fù)進行實驗，采集足夠多的駕駛員視覺指標研究樣本。視覺指標對駕駛員所處行車環(huán)境及眼動行為反饋具有代表性，瞳孔直徑的變化真切地反映了駕駛員認知工作負荷和緊張程度，因此，選取駕駛員瞳孔直徑變化率、駕駛員眼動掃視特征作為駕駛員視覺評價指標，以客觀反映研究路段安全運營狀況。

3 實驗結(jié)果分析及安全性評價

3.1 駕駛員瞳孔實驗結(jié)果分析及評價

為客觀地衡量駕駛員的行車狀態(tài)，消除駕駛員之間的個體差異，利用瞳孔直徑變化率作為瞳孔直徑表征指標。將駕駛員于平直路段的瞳孔直徑作為基準值，以瞳孔直徑變量百分比（PPDV）作為瞳孔變動指標，其計算如式（1）所示。

式（1）中：PPDV 為駕駛員瞳孔直徑變量百分比，單位：%；d0為駕駛員瞳孔直徑的基準取值，單位：mm；di 為i 時刻行駛時駕駛員瞳孔直徑，單位：mm；Δt 為時間間隔，單位：s。

根據(jù)式（1）計算駕駛員瞳孔直徑變化百分比，為保證數(shù)據(jù)的有效性，將瞳孔直徑追蹤質(zhì)量小于0.5 的數(shù)據(jù)剔除，追蹤質(zhì)量數(shù)據(jù)由實驗眼動儀獲取。高原山區(qū)公路實驗路段正向上坡、反向下坡的駕駛員瞳孔直徑變化率分布具體見圖5、圖6。

進一步對普通路基路段、橋梁路段、隧道路段的瞳孔直徑變化率進行單因素方差分析，由結(jié)果顯示：3種路段在0.05 的水平下具有顯著差異，具體情況見圖7。

駕駛員在出入隧道，在明暗適應(yīng)過程中，瞳孔變動將最為敏銳、直觀地反映隧道路段的行車環(huán)境。根據(jù)圖5～圖7 所示的示意圖可知：駕駛員由特大橋駛?cè)肷硥嗡淼肋^程中，隧道洞口光線劇烈變化，駕駛員視覺經(jīng)歷暗適應(yīng)過程，瞳孔直徑呈現(xiàn)高頻率波動；駕駛員駛出沙壩隧道過程中，又經(jīng)歷了明適應(yīng)過程，瞳孔直徑先小幅減小，在到達隧道出口處，瞳孔直徑先急劇收縮，再急劇擴張。從駕駛員視覺特征瞳孔直徑變化分析，隧道出入口為風(fēng)險路段，建議沙壩隧道設(shè)置入口距離、出口距離標志，隧道出入口路面采用彩色防滑路面，提高隧道出入口的安全性。

通過對實驗路段駕駛員的瞳孔直徑變化數(shù)據(jù)分析，得到瞳孔直徑變化率的累計頻率曲線，具體見圖8。結(jié)果表明：瞳孔直徑變化率累計頻率曲線在瞳孔直徑變化率0.3 處形成平滑突變點，累計頻率曲線上升趨勢變化明顯，由此確定0.3 作為實驗路段瞳孔直徑變化率的風(fēng)險閾值。通過圖5、圖6 示意圖可知：駕駛員在橋梁路段行駛相對普通路段瞳孔直徑變化率偏高，多處超過累計頻率曲線確定的風(fēng)險閾值0.3，表明駕駛員橋梁路段行駛相對緊張。其主要原因為K1 特大橋路線平曲線半徑為125 m，且反向為3.8% 的下坡路段，因此，建議對特大橋路段采用限速措施，并設(shè)置加強型SS 級橋梁防撞護欄。

3.2 駕駛員掃視實驗結(jié)果分析及評價

駕駛員在行車過程中視覺搜索時出現(xiàn)眼球大幅度的運動過程被稱為掃視，從一次注視結(jié)束到下一次注視開始所消耗的時間被稱為掃視持續(xù)時間。掃視行為可作為研究駕駛員心生理特性的指標之一。駕駛員掃視持續(xù)時間越短，說明行車環(huán)境對于駕駛員越復(fù)雜，駕駛員行車警覺性和行車緊張感越高；掃視持續(xù)時間越長，說明駕駛員在視覺搜索范圍內(nèi)可以較為輕松的獲取行車信息，駕駛員行車警覺性和行車緊張感低。由于不同持續(xù)時間的掃視行為伴隨駕駛員整個行車過程，直接采用掃視持續(xù)時間難以表征駕駛員在具體路段行車時的心生理特性，故采用短時掃視頻率F（次/s）作為駕駛員掃視行為分析的心生理特性評價指標。

選取駕駛員在模擬實驗路段行車時的掃視持續(xù)時間數(shù)據(jù)，對駕駛員的掃視持續(xù)時間進行統(tǒng)計，駕駛員全線最小掃視持續(xù)時間為16.67 ms，最大掃視持續(xù)時間為483.33 ms。實驗路段正向上坡、反向下坡的掃視持續(xù)時間分布情況如具體見圖9、圖10。

為進行長短時間掃視的界定，分析不同持續(xù)時間掃視行為次數(shù)及累積頻率分布，并且擬合累計頻率分布曲線見圖11。

當掃視持續(xù)時間約為25 ms 和76 ms 時，累積頻率分別達到了25％分位和75％分位。根據(jù)掃視持續(xù)時間分布特征，可將掃視持續(xù)時間劃分為t≤25 ms、25 ms75 ms、t≥76 ms這3個區(qū)段，具體情況見表1，將掃視持續(xù)時間≤25ms的掃視行為定義為短時掃視，將掃視持續(xù)時間≥75ms的掃視行為定義為長時掃視。

由表1 可知，在橋梁路段行駛駕駛員的短時掃視占比最高，而駕駛員掃視持續(xù)時間越短，表明行車環(huán)境對于駕駛員越復(fù)雜，駕駛員行車警覺性和行車緊張感越高。對駕駛員行車緊張感最高的橋梁路段進行重點分析，根據(jù)橋梁路段每秒出現(xiàn)的短時掃視次數(shù)篩選出異常點位置，每秒出現(xiàn)3 次短時掃視次數(shù)對應(yīng)短時掃視頻率累計曲線約為80%。因此，將短時掃視頻率每秒3 次作為異常點判別的臨界值，實驗路段異常點位置如表2 所示。

由表2 可知，橋梁路段異常點與實驗路段直坡路段相比，小半徑彎坡路段的線形指標與行車環(huán)境更容易對駕駛員的掃視行為造成影響，建議加強小半徑曲線橋梁路段速度控制和交通安全設(shè)施設(shè)置，特別是線形誘導(dǎo)設(shè)施的設(shè)置。

4 結(jié)論

本文以四川省西部某高原山區(qū)二級公路為研究對象，通過駕駛模擬實驗獲取駕駛員視覺特征數(shù)據(jù)，選取駕駛員瞳孔直徑變化率、駕駛員眼動掃視特征作為駕駛員視覺評價指標，以客觀反映研究路段安全運營狀況，結(jié)論如下。

（1）駕駛員在出入隧道，經(jīng)歷明暗適應(yīng)過程，瞳孔直徑呈現(xiàn)高頻率波動，隧道出入口為風(fēng)險路段，建議沙壩隧道設(shè)置入口距離、出口距離標志，隧道出入口路面采用彩色防滑路面，提高隧道出入口的安全性。

（2）瞳孔直徑變化率0.3 為橋隧相連實驗路段瞳孔直徑變化率的風(fēng)險閾值，駕駛員在橋梁路段行駛相對普通路段瞳孔直徑變化率偏高，多處超過累計頻率曲線確定的風(fēng)險閾值0.3，表明駕駛員橋梁路段行駛相對緊張，建議對特大橋路段采用限速措施，并設(shè)置加強型SS 級橋梁防撞護欄。

（3）實驗路段短時掃視頻率每秒3 次作為異常點判別的臨界值，橋梁路段異常點與實驗路段直坡路段相比，小半徑彎坡路段的線形指標與行車環(huán)境更容易對駕駛員的掃視行為造成影響，建議加強小半徑曲線橋梁路段速度控制和交通安全設(shè)施設(shè)置，特別是線形誘導(dǎo)設(shè)施的設(shè)置。