張 敏,賈志絢

(太原科技大學(xué) 交通與物流學(xué)院,太原 030024)

道路交通標(biāo)線作為道路基礎(chǔ)設(shè)施的重要部分,在規(guī)范車輛的導(dǎo)向、行車路線和交通出行方面發(fā)揮著不可替代的作用。其中道路出入口標(biāo)線用于引導(dǎo)駛?cè)牖蝰偝鲕囕v的運(yùn)行軌跡,提供安全交匯,減少與突出緣石碰撞的可能,一般由出入口的縱向標(biāo)線和三角地帶標(biāo)線組成[1],其正確合理的設(shè)計(jì)不僅可提高道路使用者的通行速度和出行效率,同時(shí)可降低違章和交通事故的發(fā)生率,進(jìn)而提高道路通行水平和行駛安全性,維護(hù)良好的交通秩序。

在道路出入口標(biāo)線設(shè)計(jì)研究方面,MACE[2]等測(cè)試了交通標(biāo)志和標(biāo)線在不同速度下的可視性和駕駛?cè)说淖R(shí)別能力。秦兵杰[3]從出入口道長(zhǎng)度、出入口路緣石轉(zhuǎn)彎半徑、加減速車道以及交通視距、標(biāo)志牌設(shè)置等多個(gè)角度,提出了主干道機(jī)動(dòng)車出入口幾何設(shè)計(jì)方法以提高出入口的交通安全服務(wù)水平。朱彤[4]等提出車輛提前變道和提前減速對(duì)于提高交通安全水平極為重要,基于實(shí)驗(yàn)結(jié)論提出快速路渠化設(shè)計(jì)和安全設(shè)施設(shè)置原則。

在車輛換道行為研究方面,HEDRICK[5]等證明了梯形加速度法在換道時(shí)間和變量控制方面比傳統(tǒng)的正弦法、圓弧法、多項(xiàng)式法具有明顯優(yōu)勢(shì)。OLSEN[6]等基于美國(guó)自然駕駛數(shù)據(jù)對(duì)駕駛?cè)俗兊李l率、變道時(shí)長(zhǎng)、可接受間距及注視特征等變道行為進(jìn)行了全面的研究。王雪松[7]等基于上海自然駕駛試驗(yàn)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)俗兊李l率偏高且變道前極少查看盲區(qū),在不同道路上的變道行為存在差異。徐慧智[8]等通過(guò)分析大量的觀測(cè)數(shù)據(jù),揭示了車道變換行為與運(yùn)行速度的相關(guān)性,構(gòu)建車道變換行為對(duì)速度的影響模型,進(jìn)行量化分析。孫劍[9]等從分析擁擠狀況的交織區(qū)運(yùn)行行為特性出發(fā),在傳統(tǒng)的強(qiáng)制性車道變換模型中引入換道“協(xié)作”機(jī)制、換道沖突“協(xié)商”機(jī)制,建立了相應(yīng)的仿真模型 TESS.

道路出入口標(biāo)線設(shè)計(jì)與車輛行駛軌跡相結(jié)合的研究文獻(xiàn)尚不多見,本文以太原市玉門河南沿岸近西中環(huán)出入口為研究對(duì)象,通過(guò)實(shí)地調(diào)查,利用Matlab建立車輛行駛軌跡模型,對(duì)該出入口標(biāo)線進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)。

1 調(diào)研數(shù)據(jù)

1.1 調(diào)研地點(diǎn)現(xiàn)狀

玉門河南沿岸近西中環(huán)出入口常有車輛換道碾壓實(shí)線的違章現(xiàn)象,這與標(biāo)線設(shè)計(jì)不合理有一定關(guān)系。該出入口參數(shù)見圖1.構(gòu)筑物之間的總長(zhǎng)度為80 m.主路為準(zhǔn)快速路,車道寬度為3.25 m,輔路車道寬度為3.3 m,構(gòu)筑物寬度為1.82 m.圖中①車道是主路入輔路的主要換道車道,②車道是輔路入主路的主要換道車道,輔路設(shè)置有機(jī)非分隔護(hù)欄,無(wú)非機(jī)動(dòng)車干擾。

圖1 調(diào)研地點(diǎn)現(xiàn)狀

1.2 最小樣本量確定

最小樣本量按式(1)計(jì)算[10]:

(1)

式中:n為最小樣本量;E為允許誤差,取值范圍≤8 km/h;σ為估計(jì)母體的標(biāo)準(zhǔn)差,建議取σ=8 km/h;t為決定于置信水平和自由度的t分布統(tǒng)計(jì)量;ν為常數(shù)。

取置信度水平為95%,t=1.96,σ=8 km/h,v=1.04,E=2 km/h得n=93.43.至少應(yīng)觀測(cè)94輛車,實(shí)際樣本量取150輛。

1.3 數(shù)據(jù)采集

利用激光測(cè)距儀、秒表等儀器進(jìn)行調(diào)研地點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。車輛換道運(yùn)行數(shù)據(jù)調(diào)查人員布點(diǎn)情況見圖2.其中速度調(diào)查時(shí)應(yīng)用了表1中的推薦行程長(zhǎng)度[10]。觀測(cè)時(shí)段天氣均為晴朗,且觀測(cè)路段無(wú)施工、路面障礙物和臨時(shí)?？寇囕v的影響。該道路隧道較多,行駛車輛基本為中小型汽車。

表1 地點(diǎn)車速調(diào)查推薦行程長(zhǎng)度

圖2 車輛換道運(yùn)行數(shù)據(jù)調(diào)查人員布點(diǎn)

2 數(shù)據(jù)處理分析

換道速度和時(shí)間均是反映車輛換道行駛軌跡的重要指標(biāo)。根據(jù)所調(diào)查不同時(shí)段的換道速度和時(shí)間,繪制換道速度分布和換道時(shí)間分布箱形圖,如圖3、圖4所示。

圖3 換道速度分布箱形圖

圖4 換道時(shí)間分布箱形圖

統(tǒng)計(jì)所調(diào)查不同時(shí)段的換道速度和換道時(shí)間,表中數(shù)據(jù)取眾數(shù),見表2.

表2 不同時(shí)段換道速度和時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果

數(shù)據(jù)分析可得,工作日平峰時(shí)段的換道速度要高于高峰時(shí)段,這是由于高峰時(shí)段交通量較平峰時(shí)段高,車間干擾所致。周六、日換道速度無(wú)明顯差別。

3 車輛換道軌跡確定

3.1 車輛換道起點(diǎn)確定

通過(guò)觀測(cè)測(cè)量確定換道起終點(diǎn)區(qū)間。以車頭為基準(zhǔn),主路入輔路的換道起點(diǎn)距出口起點(diǎn)[3,7]m,終點(diǎn)距出口起點(diǎn)[31,36]m.輔路入主路的換道起點(diǎn)距出口起點(diǎn)[47,50]m,終點(diǎn)距出口起點(diǎn)[73,78]m.

3.2 車輛換道速度和換道時(shí)間確定

因此路交通量較小,工作日平峰時(shí)段的車速基本為自由流車速,高峰時(shí)段車流介于自由流與穩(wěn)定流之間,故選取工作日早高峰時(shí)段的相關(guān)數(shù)據(jù)用于車輛換道軌跡的確定。該時(shí)段的車速累計(jì)頻率分布如圖5所示。

圖5 車速累計(jì)頻率分布

根據(jù)圖5的車速累計(jì)頻率分布曲線,得到車輛15%位、85%位換道車速和相應(yīng)換道時(shí)間,見表3.

表3 車輛換道15%位車速、85%位車速和相應(yīng)換道時(shí)間

根據(jù)表3數(shù)據(jù)得,主路入輔路車輛換道速度v=[36,46]km/h,相應(yīng)換道時(shí)間t=[2.28,2.77]s.輔路入主路車輛換道速度v=[36,47]km/h,相應(yīng)換道時(shí)間t=[2.02,2.84]s.

3.3 車輛換道軌跡確定

車輛換道過(guò)程中行駛軌跡示意圖如圖6所示。

圖6 車輛換道行駛軌跡示意圖(單位:m)

假設(shè)車輛的速度為v,車輛換道所需的時(shí)間為t1.行駛軌跡[9]如下所示:

(2)

(3)

式中:yd為車輛換道完成后的縱坐標(biāo)值,m;x0為車輛換道前的初始橫坐標(biāo)值,m;y0為車輛換道前的初始縱坐標(biāo)值,m;v為車輛運(yùn)行速度,km/h;t為仿真時(shí)間步長(zhǎng),s;t1為換道時(shí)間,s;θ為車輛換道角度,一般為10°.

4 標(biāo)線精細(xì)化設(shè)計(jì)

4.1 現(xiàn)狀車輛運(yùn)行仿真

觀測(cè)發(fā)現(xiàn),車輛由主路入輔路,壓線車輪多為左后輪;而由輔路入主路,壓線車輪多為左前輪,因此實(shí)際計(jì)算仿真中,可將車輛的簡(jiǎn)化質(zhì)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)為左后輪和左前輪。仿真時(shí)應(yīng)做相應(yīng)換算,換算后主路入輔路的換道起點(diǎn)距出口為[-2,2]m,輔路入主路的換道起點(diǎn)坐標(biāo)不變。

利用Matlab[11]進(jìn)行現(xiàn)狀仿真。取yd=車道寬度+構(gòu)筑物寬度=5.1 m.主路換道至輔路的行駛軌跡,取x0=[-2,2]m,v=[36,46]km/h,t1=[2.28,2.77]s,輔路換道至主路的行駛軌跡,取x0=[47,50]m,v=[36,47]km/h,t1=[2.02,2.84]s.導(dǎo)出現(xiàn)狀標(biāo)線下車輛換道軌跡圖,如圖7所示。

圖7 現(xiàn)狀車輛換道軌跡圖

由圖7可得,現(xiàn)狀標(biāo)線下仿真由主路換道至輔路的車輛換道起點(diǎn)在距出口起點(diǎn)[-2,2]m,換道終點(diǎn)在距出口起點(diǎn)[25.7,31.13]m,與觀測(cè)吻合,部分車輛存在碾壓實(shí)線現(xiàn)象。

由輔路換道至主路的車輛換道起點(diǎn)在距出口起點(diǎn)[47,50]m,換道終點(diǎn)在距出口起點(diǎn)[73.37,78.4]m,絕大多數(shù)車輛均存在碾壓實(shí)線現(xiàn)象,這是由于駕駛員的視覺錯(cuò)覺造成,對(duì)縱向距離的判斷產(chǎn)生小于實(shí)際距離的判斷性視覺誤差,駕駛員會(huì)為避免碰撞前方構(gòu)筑物,增大方向盤轉(zhuǎn)角幅度而造成風(fēng)險(xiǎn)性換道,因此一般駕駛員會(huì)采取提前換道的措施來(lái)保證安全性。

4.2 標(biāo)線精細(xì)化設(shè)計(jì)

考慮車輛的實(shí)際運(yùn)行車速-行駛軌跡,對(duì)觀測(cè)地點(diǎn)的標(biāo)線進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)。將主路入輔路的標(biāo)線設(shè)置為虛線長(zhǎng)32 m,實(shí)線長(zhǎng)48 m,將輔路入主路的標(biāo)線設(shè)置為虛線長(zhǎng)33 m,實(shí)線長(zhǎng)47 m.如圖8所示。

圖8 精細(xì)化設(shè)計(jì)后的標(biāo)線(單位:m)

標(biāo)線精細(xì)化設(shè)計(jì)后利用Matlab和VISSIM[12]分別進(jìn)行車輛運(yùn)行仿真。

4.3 標(biāo)線精細(xì)化設(shè)計(jì)后車輛運(yùn)行仿真

4.3.1 Matlab仿真

利用Matlab仿真車輛運(yùn)行。依舊將車輛的簡(jiǎn)化質(zhì)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)為左后輪和左前輪,即主路換道至輔路的行駛軌跡,取x0=[-2,2]m,v=[36,46]km/h,t1=[2.28,2.77]s;輔路換道至主路的行駛軌跡,取x0=[47,50]m,v=[36,47]km/h,t1=[2.02,2.84]s.導(dǎo)出標(biāo)線精細(xì)化設(shè)計(jì)后車輛換道軌跡圖,如圖9所示。

圖9 標(biāo)線精細(xì)化設(shè)計(jì)后車輛換道軌跡圖

由圖9可看出,標(biāo)線精細(xì)化設(shè)計(jì)后仿真中車輛換道并未碾壓實(shí)線,車流運(yùn)行穩(wěn)定,該標(biāo)線設(shè)計(jì)較設(shè)計(jì)前合理。

4.3.2 VISSIM仿真

VISSIM仿真路網(wǎng)如圖10所示,車輛運(yùn)行圖見圖11.

圖10 調(diào)研地點(diǎn)路網(wǎng)圖

圖11 VISSIM仿真車輛運(yùn)行

仿真表明,標(biāo)線精細(xì)化設(shè)計(jì)后,車輛換道不會(huì)碾壓實(shí)線,避免了壓線違章、風(fēng)險(xiǎn)性換道所致的交通通事故的發(fā)生。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)太原市玉門河南沿岸近西中環(huán)出入口的實(shí)地調(diào)查獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和車輛行駛軌跡的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得:

(1)標(biāo)線設(shè)計(jì)應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的指導(dǎo)下結(jié)合道路的實(shí)際物理結(jié)構(gòu)、運(yùn)行車速、車輛行駛軌跡等進(jìn)行,具體問(wèn)題具體分析。

(2)考慮運(yùn)行車速-車輛行駛軌跡的標(biāo)線設(shè)計(jì)更符合車輛的實(shí)際運(yùn)行情況,可減少因設(shè)計(jì)不合理而造成車輛碾壓實(shí)線的違章現(xiàn)象。

(3)為提高安全性水平,在進(jìn)行道路出入口物理設(shè)計(jì)時(shí),構(gòu)筑物間出入口應(yīng)保證足夠距離,確保交織段(出入口間的雙實(shí)線段)具有一定長(zhǎng)度,具體的合理長(zhǎng)度值有待后續(xù)進(jìn)行深入研究。