摘要：為明確單個視線誘導(dǎo)設(shè)施在單洞雙向公路隧道不同路段對駕駛行為的影響，文章基于駕駛模擬技術(shù)提出了針對低等級公路隧道視線誘導(dǎo)設(shè)施綜合評估的一般性方法。采用UC-win/Road軟件構(gòu)建低等級公路隧道突起路標(biāo)、輪廓標(biāo)、反光環(huán)以及側(cè)壁涂料的仿真場景，并對33名駕駛?cè)苏归_模擬駕駛試驗，獲得眼動數(shù)據(jù)以及駕駛行為數(shù)據(jù)，以此選取7項評估指標(biāo)；采用單因素重復(fù)測量方差分析，排除無效指標(biāo)后采取TOPSIS方法實現(xiàn)量化評估。研究結(jié)果表明，在低等級公路隧道小半徑彎道段、直線段、大半徑彎道段對應(yīng)的最優(yōu)方案依次是反光環(huán)方案、側(cè)壁涂料方案、輪廓標(biāo)方案。

關(guān)鍵詞：交通工程；視線誘導(dǎo)設(shè)施；駕駛模擬；優(yōu)劣解距離（TOPSIS）評估方法

中圖分類號：U491.5

0 引言

隧道視線誘導(dǎo)設(shè)施在提高隧道交通安全方面發(fā)揮著十分重要的作用［1］，正確評估隧道視線誘導(dǎo)設(shè)施的情況并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，能夠提升隧道交通的安全性水平，降低交通事故的風(fēng)險，保障交通運(yùn)輸?shù)臅惩ㄅc安全。但是目前針對隧道視線誘導(dǎo)設(shè)施的研究以及相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)比較缺乏，針對隧道不同路段如何使用、評估、優(yōu)化視線誘導(dǎo)設(shè)施缺乏科學(xué)有效的、客觀的、綜合的評估方法。TOPSIS綜合評價法主要利用數(shù)據(jù)的信息［2］，客觀準(zhǔn)確地揭示各方案之間的優(yōu)劣水平差距。趙曉華等［3］針對國省干道無信號交叉口的交通安全設(shè)施配套設(shè)置問題，采用TOPSIS方法從交叉口安全性、預(yù)見性、舒適性3個方面實現(xiàn)交叉口組合方案的單目標(biāo)量化評估。戶佐安等［4］構(gòu)建了TOPSIS法和灰色關(guān)聯(lián)分析的多屬性決策模型，以成都市為例，對其交通信息網(wǎng)絡(luò)布局模式進(jìn)行了優(yōu)選。劉丹等［5］從道路交通事故視角出發(fā)，將因子分析引入TOPSIS法，建立區(qū)域交通安全評價指標(biāo)體系，以動態(tài)評價道路交通安全水平。江福才等［6］為對不同類型的水上交通風(fēng)險對象進(jìn)行準(zhǔn)確而高效的評價，綜合考慮現(xiàn)有風(fēng)險評價方法及軟件的優(yōu)劣，基于熵權(quán)TOPSIS模型，開發(fā)一種水上交通風(fēng)險評價軟件，發(fā)現(xiàn)基于熵權(quán)TOPSIS模型的水上交通風(fēng)險評價軟件功能正常、操作簡便、準(zhǔn)確性好，具有較強(qiáng)的實用性。

綜上所述，TOPSIS評價方法在各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，具有良好的適應(yīng)性與合理性。通過與其他評價方法的比較可以發(fā)現(xiàn)［7］，TOPSIS法在目標(biāo)量化評估方面具有明顯的優(yōu)勢，其結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠，而且可以很好地反映不同指標(biāo)之間的關(guān)系和權(quán)重。鑒于此，本文基于駕駛模擬技術(shù)運(yùn)用TOPSIS方法對低等級公路隧道不同路段視線誘導(dǎo)設(shè)施的設(shè)置效果進(jìn)行綜合評估，結(jié)果具有較強(qiáng)的客觀性和科學(xué)性，可為隧道視線誘導(dǎo)設(shè)施的優(yōu)化設(shè)置提供依據(jù)。

1 駕駛模擬試驗

1.1 隧道參數(shù)的選取

本次試驗搭建單洞雙向兩車道隧道模型，如圖1所示。隧道全長2 000 m，設(shè)計速度為50 km/h，車道寬度為2×3.75 m。

1.2 場景設(shè)計

在分析低等級隧道不同路段交通運(yùn)行環(huán)境特征的基礎(chǔ)上，搭建了空白組以及分別設(shè)置輪廓標(biāo)、反光環(huán)以及側(cè)壁涂料的仿真場景如圖2所示。

1.3 試驗流程

本次試驗共招募33名持照駕駛?cè)俗鳛槭茉囌?，其中男性駕駛?cè)?3名，女性駕駛?cè)?0名，年齡分布在24～54歲，駕齡均gt;2年，受試者均視力正?；蚺宕餮坨R后視力正常，身體健康，且都有過在隧道中的行駛經(jīng)歷。

試驗采用基于UC-win/Road的駕駛模擬器采集駕駛績效指標(biāo)，通過眼動儀采集試驗所需的瞳孔數(shù)據(jù)。

在正式試驗開始前，每個被試者都會從上述4個場景中隨機(jī)抽取2個進(jìn)行預(yù)試驗，確保被試者熟悉試驗的流程。為了減少誤差，被試者的試驗場景順序是隨機(jī)分布的。為避免被試者長時間駕駛造成疲勞，被試者一次只駕駛1個場景，每次駕駛至少間隔10 min。

2 低等級公路隧道視線誘導(dǎo)設(shè)施評估指標(biāo)

本文在考慮視線誘導(dǎo)設(shè)施對駕駛?cè)笋{駛行為和視覺影響的基礎(chǔ)上選取7項指標(biāo)構(gòu)建評價體系。

2.1 評估指標(biāo)數(shù)據(jù)分析

2.1.1 速度特性分析

平均速度可以反映整個行駛過程中的速度變化和行駛效率，研究表明較為緩慢的平均速度有利于駕駛安全［8］。由圖3可知，在直線段，空白組方案的平均速度高于其他3種方案的對應(yīng)值；在彎道路段，相較于視線誘導(dǎo)設(shè)施方案，空白組速度降低幅度大，減速程度急劇，說明視線誘導(dǎo)設(shè)施可以輔助駕駛?cè)丝刂扑俣取?/p>

速度標(biāo)準(zhǔn)差值越小，表明速度波動越小，駕駛行為越平穩(wěn)，車輛行駛越穩(wěn)定。由圖4可知，反光環(huán)和側(cè)壁涂料場景速度標(biāo)準(zhǔn)差小，輪廓標(biāo)場景在直線段的速度標(biāo)準(zhǔn)差明顯高于大半徑和小半徑輪廓標(biāo)場景的對應(yīng)值，可能是因為輪廓標(biāo)設(shè)置在直線段駕駛?cè)说乃俣儒e覺程度較高；在大半徑和小半徑輪廓標(biāo)的表現(xiàn)良好說明輪廓標(biāo)設(shè)置在彎道有較好的局部方向感，降低了駕駛?cè)说膹澋厘e覺。

2.1.2 加速度特性分析

研究表明，加速度能體現(xiàn)駕駛者心理上的緊張感，體現(xiàn)駕駛舒適性［9］。加速度絕對值越小，表明駕駛?cè)苏瓶厮俣鹊哪芰υ綇?qiáng)，可以用來評估車輛行駛的穩(wěn)定性。由圖5可知，加速度在小半徑分布最為離散，是因為相比于直線路段與大半徑彎道，駕駛?cè)说鸟{駛?cè)蝿?wù)更復(fù)雜?？傮w來說，視線誘導(dǎo)設(shè)施場景的加速度指標(biāo)值優(yōu)于空白組，駕駛?cè)嗽谝暰€誘導(dǎo)設(shè)施場景減速行為更少，表明駕駛?cè)苏瓶厮俣鹊哪芰υ綇?qiáng)。

加速度標(biāo)準(zhǔn)差越小，表明加速度變化越平穩(wěn)，駕駛?cè)丝刂栖囕v的能力越強(qiáng)，不容易出現(xiàn)危險的駕駛行為。由圖6可知，反光環(huán)方案的加速度以及加速度標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)在小半徑段均表現(xiàn)良好，反光環(huán)屬于大尺寸誘導(dǎo)設(shè)施，具有較強(qiáng)的可視性，在小半徑彎道段可以給駕駛?cè)颂峁┹^好的距離感和整體方向感，提升了駕駛?cè)藢Φ缆肪€形變化的感知。

2.1.3 軌跡偏移特性分析

軌跡偏移是指車輛在行駛過程中相對于預(yù)定道路中心線的偏離程度，其值越小，意味著駕駛?cè)四軌蚋泳_地判斷車輛與道路之間的相對位置，保持在所需的車道或道路中心位置上，駕駛?cè)藢囕v的操控越容易，轉(zhuǎn)向響應(yīng)準(zhǔn)確性越高。由圖7～8可知，在大半徑彎道和直線路段空白組的軌跡偏移均高于視線誘導(dǎo)設(shè)施場景，說明在隧道內(nèi)設(shè)置視線誘導(dǎo)設(shè)施之后增強(qiáng)了駕駛?cè)藢囕v橫向位置的感知，提升了車輛行駛的穩(wěn)定性。

2.1.4 瞳孔面積特性分析

瞳孔面積即駕駛?cè)藢ν饨绛h(huán)境的適應(yīng)程度，能夠反映駕駛?cè)诵睦怼⑸淼呢?fù)荷程度［10］，其值越小，表明駕駛?cè)说囊曈X負(fù)荷越小，緊張程度越低，駕駛舒適性越高。由圖9可知，空白組的瞳孔面積均高于視線誘導(dǎo)設(shè)施場景，說明設(shè)置不同視線誘導(dǎo)設(shè)施會降低駕駛?cè)说男睦碡?fù)荷，減少駕駛?cè)说木o張程度以及提升駕駛舒適性。值得注意的是，側(cè)壁涂料場景的瞳孔面積指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)秀，可能是因為在建模場景中，側(cè)壁涂料加強(qiáng)了場景整體亮度，駕駛模擬雖然有較高的保真度，但是無法避免與實車試驗存在一定感官上的差異。

2.2 評估指標(biāo)統(tǒng)計學(xué)意義分析

采用單因素重復(fù)測量方差分析對4種方案對應(yīng)的評價指標(biāo)進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果顯示平均速度指標(biāo)在大半徑未通過球形檢驗，在直線段和小半徑彎道段沒有顯著性差異，不具備統(tǒng)計學(xué)意義；其余6項指標(biāo)在隧道不同路段不同視線誘導(dǎo)設(shè)施方案間均存在顯著性差異，具備良好或一定程度上的統(tǒng)計學(xué)意義。

故在排除無效指標(biāo)平均速度的基礎(chǔ)上選取瞳孔面積、速度標(biāo)準(zhǔn)差、加速度、加速度標(biāo)準(zhǔn)差、橫向偏移、偏移標(biāo)準(zhǔn)差6個評估指標(biāo)來反映其對駕駛行為的影響。

3 TOPSIS綜合評估

不同指標(biāo)下視線誘導(dǎo)設(shè)施方案的優(yōu)劣不同。為全面客觀反映不同視線誘導(dǎo)設(shè)施對駕駛?cè)笋{駛行為的影響，采取TOPSIS方法實現(xiàn)低等級隧道不同路段不同視線誘導(dǎo)設(shè)施對提高駕駛績效的量化評估。

3.1 TOPSIS基本原理

（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理。首先確定需要進(jìn)行評估的決策對象，以及參考的評價指標(biāo)。利用原始試驗數(shù)據(jù)構(gòu)建決策矩陣X=Xiji= …，n；j= …，m。

（2）原始矩陣指標(biāo)正向化。極大型指標(biāo)X#ij=Xij，極小型指標(biāo)采用公式X#ij=1/Xij進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

（3）正向化矩陣標(biāo)準(zhǔn)化。為了消除不同指標(biāo)量綱的影響，對矩陣中的每一個元素有：

可知，0≤C*i≤ 且C*i越大，說明該視線誘導(dǎo)設(shè)施方案越接近該路段的理想方案，反之則與最劣方案越接近。

3.2 基于TOPSIS方法的視線誘導(dǎo)設(shè)施綜合評估

以大半徑彎道段為例敘述各視線誘導(dǎo)設(shè)施方案的TOPSIS綜合評估過程，試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)表2可以得出，TOPSIS綜合評估模型顯示，在各個路段3種視線誘導(dǎo)設(shè)施方案均優(yōu)于空白組，說明輪廓標(biāo)、反光環(huán)和側(cè)壁涂料等視線誘導(dǎo)設(shè)施能提高駕駛?cè)嗽谒淼佬旭傔^程中的安全性、舒適性與穩(wěn)定性。

在小半徑彎道段反光環(huán)方案和理想解最接近，其次是側(cè)壁涂料方案、輪廓標(biāo)方案、空白組方案，說明通過設(shè)置反光環(huán)豎向路線更加明確，可以很好地顯示隧道彎道線形走向，提升駕駛?cè)藢Φ缆肪€形變化的感知。反光環(huán)屬于大尺寸的誘導(dǎo)設(shè)施，可視距離遠(yuǎn)，使駕駛?cè)司哂辛己玫目梢暰嚯x。

在直線段側(cè)壁涂料方案和反光環(huán)方案與理想解都較接近，其次是輪廓標(biāo)方案、空白組方案，說明側(cè)壁涂料在直線段為駕駛?cè)颂峁┝烁玫目臻g感與速度能力［11］。在實際情況下，考慮到反光環(huán)設(shè)置成本較高，清洗維護(hù)較困難，一般會安裝在駕駛?cè)蝿?wù)更復(fù)雜的彎道路段。

在大半徑彎道段最優(yōu)方案的排序依次是輪廓標(biāo)方案gt;反光環(huán)方案gt;側(cè)壁涂料方案gt;空白組方案，說明輪廓標(biāo)在隧道彎道路段具有良好的視覺誘導(dǎo)效果，具有較好的可連續(xù)視認(rèn)的速度感和局部方向感，便于駕駛?cè)烁兄Q策、執(zhí)行。

4 結(jié)語

（1）本文針對低等級單洞雙向公路隧道構(gòu)建突起路標(biāo)、輪廓標(biāo)、反光環(huán)以及側(cè)壁涂料4種視線誘導(dǎo)設(shè)施設(shè)置方案，運(yùn)用駕駛模擬技術(shù)獲取駕駛?cè)说难蹌訑?shù)據(jù)以及駕駛行為數(shù)據(jù)，選取7項評估指標(biāo)。

（2）結(jié)果表明在速度控制方面視線誘導(dǎo)設(shè)施可以輔助駕駛?cè)丝刂扑俣?，使駕駛行為更平穩(wěn)；在加速度控制方面視線誘導(dǎo)設(shè)施可以緩解駕駛?cè)说男睦砭o張程度，提高駕駛?cè)丝刂栖囕v的能力；在軌跡偏移方面視線誘導(dǎo)設(shè)施能夠提升駕駛?cè)藢囕v橫向位置的感知以及操縱水平；在瞳孔面積方面，合理的視線誘導(dǎo)設(shè)施能夠顯著地改善駕駛?cè)艘曈X環(huán)境，提升交通安全性。

（3）TOPSIS綜合評估模型顯示，視線誘導(dǎo)設(shè)施能提高駕駛?cè)嗽谒淼佬旭傔^程中的安全性、舒適性與穩(wěn)定性，在低等級公路隧道小半徑彎道段、直線段、大半徑彎道段對應(yīng)的最優(yōu)方案依次是反光環(huán)方案、側(cè)壁涂料方案、輪廓標(biāo)方案。

（4）本文基于駕駛模擬技術(shù)提出了針對低等級公路隧道視線誘導(dǎo)設(shè)施綜合評估的一般性方法，結(jié)果具有較強(qiáng)的客觀性和科學(xué)性，可為隧道視線誘導(dǎo)設(shè)施的優(yōu)化設(shè)置提供依據(jù)。同時，駕駛模擬雖然有較高的保真度，但是無法避免與實車試驗存在一定感官上的差異。

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收稿日期：2023-10-17

基金項目：武漢理工大學(xué)襄陽示范區(qū)研究生創(chuàng)新實踐項目“基于心理旋轉(zhuǎn)的城市交叉口中分帶安全島優(yōu)化設(shè)計”（編號：XYDZ-2022C01）

作者簡介：王雨璇（1998—），碩士，研究方向：交通安全。