公路隧道交通安全研究現(xiàn)狀與展望

王 健，潘福全，張麗霞，楊金順，王 錚，邢 英

(青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院，青島 266520)

相較于歐美等發(fā)達(dá)國家，我國高速公路隧道建設(shè)起步較晚，但近十多年來，隨著國家對中西部地區(qū)的大力支持與開發(fā)，我國高速公路建設(shè)得到迅猛發(fā)展。公路隧道因在縮短翻山越嶺里程、節(jié)省車輛運(yùn)輸時(shí)間、減少對自然環(huán)境的不可逆破壞等社會與經(jīng)濟(jì)方面的雙重優(yōu)勢，在我國中西部多山或重丘的地理環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用，其建設(shè)數(shù)量與長度也隨之快速攀升[1]，從2000年的1 316處、總里程500.5公里，飛躍至2017年年底的16 229 處、總里程15 285.1公里，我國已然成為世界上隧道最多、最復(fù)雜、發(fā)展最快的國家。

與此同時(shí)，相對于平坦的露天高速公路，隧道空間近乎封閉且通道狹窄，很大程度上放大了其內(nèi)交通量、車速、車型、車載狀況以及構(gòu)造線性、照度等因素對交通安全的潛在威脅和交通事故發(fā)生的嚴(yán)重性、危害性[2]。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，公路隧道交通事故發(fā)生率遠(yuǎn)高于洞外路段，某些地區(qū)或省份公路隧道內(nèi)的交通事故率竟達(dá)洞外交通事故率的3倍以上[3]。面對如此嚴(yán)峻的公路隧道交通安全形勢，對隧道交通安全進(jìn)行研究，便具有了十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文結(jié)合大量文獻(xiàn)資料，總結(jié)國內(nèi)外學(xué)者在隧道交通安全研究中所采用的理論方法及其研究成果，并展望這一研究領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)及未來發(fā)展趨勢，旨在為今后公路隧道交通安全研究提供借鑒與參考。

1 國內(nèi)外公路隧道交通安全研究現(xiàn)狀

隧道交通安全的研究依托于隧道工程建設(shè)，公路隧道的建設(shè)與一個(gè)國家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和地理環(huán)境關(guān)系密切。近現(xiàn)代以來，歐美等發(fā)達(dá)國家經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展水平較高，隧道交通建設(shè)起步較早，在隧道交通安全研究方面投入了更多的人力、物力和財(cái)力，在隧道交通安全相關(guān)領(lǐng)域的研究達(dá)到了較高的水平。相比之下，我國現(xiàn)代隧道建設(shè)起步較晚，對隧道交通安全方面的研究落后于歐美等發(fā)達(dá)國家。但近年以來，隨著我國公路隧道建設(shè)的迅猛發(fā)展，實(shí)踐與理論的相輔相成作用得到充分發(fā)揮，相關(guān)領(lǐng)域的研究也達(dá)到了非常可觀的水平。本文通過總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)其對隧道交通安全問題的研究主要集中在事故分布規(guī)律、事故影響因素、交通流特性、安全仿真與評價(jià)和安全保障措施等五個(gè)方面。

1.1 事故分布規(guī)律

F. H. Amundsen等[4]根據(jù)挪威公共道路管理局所調(diào)查的隧道交通事故數(shù)據(jù)，得出隧道交通與高標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代化道路同樣安全，但在隧道入口區(qū)事故發(fā)生率較高，事故嚴(yán)重程度也高于露天路段。2009年，F(xiàn).H. Amundsen等[5]單獨(dú)針對2001～2006年挪威第二長公路隧道交通事故作出了分析。張生瑞等[6]運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析、對比的方法研究了京珠高速公路韶關(guān)段靠椅山隧道不同區(qū)段的不同車型、車速變化特性，發(fā)現(xiàn)在隧道入口與隧道中間段交通事故發(fā)生更頻繁，且小型車的車速變化幅度更大，交通事故發(fā)生率也高于大型車，并基于本研究提出了隧道車速控制對策。王少飛等[7]結(jié)合近年來國內(nèi)外公路隧道重特大交通事故實(shí)例，對山區(qū)高速公路隧道交通事故的分布特點(diǎn)做出歸納分析。戴憂華等[8]基于高速公路隧道運(yùn)行安全特性,對高速公路隧道路段和開放性道路的交通事故率進(jìn)行對比，研究了我國隧道事故在路段、類型、車型等方面的特征。楊波等[9]對我國高速公路隧道交通安全現(xiàn)狀、交通事故類型及特點(diǎn)進(jìn)行了分析總結(jié)。J.S. Yeung等[10]對新加坡在2009～2011年期間發(fā)生在隧道的608起自駕交通事故進(jìn)行研究，得出事故大多是由追尾造成，進(jìn)隧道段的事故率高于出隧道段，且在平均傷亡人數(shù)方面內(nèi)陸地區(qū)明顯偏高。

1.2 事故影響因素

Hartmann E等[11]為了研究隧道交通中光亮對交通安全的影響，在汽車上安裝帶有記錄儀器的光度計(jì)，并將所采集到的不同隧道的亮度數(shù)據(jù)作為亮度評估依據(jù)，計(jì)算出隧道的適宜亮度，同時(shí)也為描述隧道在生理光學(xué)方面的特點(diǎn)提供了依據(jù)。尚榮麗等[12]在對高速公路隧道交通事故特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)原理探討誘發(fā)高速公路隧道交通事故的因素。何家祥等[13]結(jié)合隧道特點(diǎn)和隧道交通事故特征，以人、車、路、環(huán)境等交通事故四要素為出發(fā)點(diǎn)，對公路隧道交通事故的成因進(jìn)行了多因素分析。以色列學(xué)者V. Geva等[14]通過模擬隧道駕駛，探究車內(nèi)顯示器對道路隧道行車安全的影響，得出使用顯示器盡管會輕微減弱車輛的車道穩(wěn)定性，但并不危及行車安全，且有助于加強(qiáng)司機(jī)的速度控制。楊波等[9]在分析總結(jié)我國高速公路隧道交通安全現(xiàn)狀、交通事故類型及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對高速公路隧道交通事故的主要成因進(jìn)行了事故樹分析。杜志剛等[15]研究了我國公路隧道照明運(yùn)營中開燈率普遍較低問題，指出隧道弱視覺參照系是誘發(fā)隧道環(huán)境嚴(yán)重視錯(cuò)覺并導(dǎo)致交通事故的主要原因。

1.3 交通流特性

許宏科等[16]借助聚類數(shù)據(jù)挖掘法分析研究了某公路隧道交通流數(shù)據(jù)，得到了隧道交通流的一些特征信息。張生瑞等[17]利用雷達(dá)測速儀采集隧道群不同位置的車速，建立車速與速度采集位置的映射關(guān)系，分析車速在隧道群路段上的變化規(guī)律，計(jì)算不同位置對車輛加速度的干擾，并以加速度的變化率表示路段不同位置的危險(xiǎn)程度，發(fā)現(xiàn)小型車危險(xiǎn)系數(shù)遠(yuǎn)大于大型車，尤其是隧道入口段和隧道連接段的下行路段。Y. Xing等[18]通過構(gòu)建基于VISSIM的公路隧道交通安全評價(jià)模型，研究了公路隧道內(nèi)車速變化與道路交通安全相關(guān)的其他交通參數(shù)之間的關(guān)系。張正義等[19]基于駕駛速度與能見度之間的相互作用關(guān)系，提出了一種改進(jìn)的元胞傳輸模型，模擬并檢驗(yàn)了隧道內(nèi)外不同照度下駕駛環(huán)境對交通流的影響，發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)外的照度差與其對隧道入口交通流的擾動(dòng)影響呈正相關(guān)，且交通流越大，這種干擾的后傳導(dǎo)效果越明顯。林麗等[20]利用加速度干擾計(jì)算模型對城市隧道出入口交通流進(jìn)行研究，提出了基于加速度干擾值的城市隧道出入口交通流擁擠評價(jià)方法。周林英等[21]基于元胞自動(dòng)機(jī)理論建立事件狀態(tài)下的隧道群交通流模型，實(shí)現(xiàn)了對事件狀態(tài)下高速公路隧道群交通流變化規(guī)律的研究與分析。

1.4 安全仿真與評價(jià)

1976年，Gabriel Bernd[22]針對雙車道公路隧道的交通堵塞問題，提出了一種基于無變道超車發(fā)生的隧道交通運(yùn)行效率的數(shù)學(xué)模型。杜益文等[23]通過確定公路隧道的安全評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建并檢驗(yàn)了公路隧道安全模糊評價(jià)模型。張晶晶等[3]分別從安全風(fēng)險(xiǎn)評估和安全潛力評估兩個(gè)角度研究了隧道交通安全的影響因素，并構(gòu)建了基于兩種評估方法的模糊評判矩陣，從而對隧道交通安全狀況進(jìn)行評價(jià)。新加坡學(xué)者Qiang Meng等[24]引入交通沖突暴露的概念，利用逆高斯回歸模型建立碰撞時(shí)間及其影響因素之間的關(guān)系，采用負(fù)二項(xiàng)回歸模型進(jìn)一步建立交通沖突暴露與撞車次數(shù)之間的關(guān)系，最終得到城市道路隧道車輛追尾頻率評估模型。意大利學(xué)者C. Caliendo等[25]通過研究2006～2009年的隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)，在隨機(jī)效應(yīng)二項(xiàng)回歸模型和負(fù)多項(xiàng)式回歸模型的基礎(chǔ)上，利用隧道長度(L)、單車道年平均日交通量(aadtl)、貨車率(TR)及車道數(shù)(NL)等回歸參數(shù)構(gòu)建了一種新的公路隧道碰撞預(yù)測模型，以預(yù)測判斷碰撞的嚴(yán)重程度。葛敏莉等[26]在統(tǒng)計(jì)分析山區(qū)高速公路和隧道事故統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道事故特點(diǎn)，建立了隧道安全評價(jià)清單。萬紅亮等[27]利用3ds Max、E-prime等軟件對公路隧道中部極限車速感知心理進(jìn)行仿真與實(shí)驗(yàn)，對高中頻組合視覺信息在不同照度水平(100%、50%、25%標(biāo)準(zhǔn)照度)條件下的感知速度、反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了對比研究與定量分析。

1.5 安全保障措施

Richard W[28]從燈光照明角度對馬賽港隧道的交通安全進(jìn)行了探討。Taniguchi H等[29]提出在隧道內(nèi)安裝交通流量測量傳感器的方案，利用傳感器所測道路時(shí)空圖判斷車輛速度和交通擁擠程度，進(jìn)而采取相應(yīng)的隧道交通管制，以有效減少追尾碰撞事故。馮勇[2]從消防安全、交通管理安全、二次事故等方面對我國高速公路隧道進(jìn)行分析，為隧道安全管理提供了參考意見。馬昌喜等[30]基于隧道交通事故特征，根據(jù)事故致因理論詳細(xì)分析交通事故誘因，提出了一系列隧道交通安全改善措施，并為減少交通事故損失構(gòu)建了公路隧道交通事故應(yīng)急系統(tǒng)。姜學(xué)鵬等[31]通過分析公路隧道事故應(yīng)急救援特性、隧道事故的危險(xiǎn)性、應(yīng)急救援的急迫性以及對現(xiàn)場交通造成的影響與危險(xiǎn)程度等因素，提出了公路隧道事故分級標(biāo)準(zhǔn)及其相應(yīng)的應(yīng)急救援措施。王少飛等[32]從公路隧道的環(huán)境特點(diǎn)、司機(jī)駕車的心理反應(yīng)、洞內(nèi)車輛的行駛方式等三個(gè)方面探討了公路隧道的交通特點(diǎn)，分析公路隧道交通事故成因，并提出了理論性應(yīng)對策略。林杉等[33]利用人工智能中的知識表示方法和基于規(guī)則的專家系統(tǒng)，優(yōu)化改進(jìn)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)式公路隧道交通控制方法，提出了一種范例推理與規(guī)則推理相結(jié)合的公路隧道突發(fā)事件交通控制方法，建立了突發(fā)事件下公路隧道車輛誘導(dǎo)預(yù)案生成及管理系統(tǒng)。Chun Guo等[34]為預(yù)防交通事故和次生災(zāi)害的發(fā)生，對公路隧道群進(jìn)行相關(guān)研究，初步提出了隧道群智能交通安全控制技術(shù)。宋白樺[35]擬采用現(xiàn)代技術(shù)手段設(shè)計(jì)一套智能的高速公路隧道安全聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，對交通事件進(jìn)行抓取、預(yù)判、報(bào)警、預(yù)案實(shí)施等一系列智能化響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對交通事件的有效預(yù)測、及早發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理，進(jìn)一步保障隧道行車安全。斯洛伐克學(xué)者Jancarikova Eva等[36]探究利用隧道運(yùn)營模擬器提升操作人員在正常和特殊情況下控制隧道的技術(shù)及操作水平，以提高公路隧道安全性。王少飛等[37]探討了通過收集公路隧道人、車、建設(shè)和環(huán)境等數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建公路隧道大數(shù)據(jù)中心的技術(shù)方案，以期通過大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)公路隧道交通事故安全預(yù)警和管控。此外，還有不少專家和學(xué)者就預(yù)防和控制高速公路隧道交通事故提出了相應(yīng)的措施及建議[9,12]。

通過對國內(nèi)外公路隧道交通安全研究現(xiàn)狀的分析總結(jié)，可知早期歐美發(fā)達(dá)國家的相關(guān)研究多集中在隧道的建造工藝與運(yùn)營維護(hù)方面，直到20世紀(jì)90年代后期，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，交通壓力突增，隧道交通安全形勢越來越嚴(yán)峻，制約著社會發(fā)展，得到了更為廣泛的關(guān)注。時(shí)至今日，不少發(fā)達(dá)國家開展了智能交通研究，并將研究成果付諸于實(shí)踐，應(yīng)用先進(jìn)的通訊技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等構(gòu)建隧道智能交通管理系統(tǒng)，在公路隧道交通安全的運(yùn)營管控中發(fā)揮著重要作用。

我國公路隧道建設(shè)雖然起步較晚，但技術(shù)進(jìn)步快、建設(shè)速度高、發(fā)展勢頭足，吸引了諸多專家學(xué)者的關(guān)注與研究，取得了可觀的研究成果。然而，我國隧道交通的安全形勢依舊嚴(yán)峻：隧道經(jīng)營管理水平低；從業(yè)管理人員的專業(yè)技術(shù)不夠硬；隧道護(hù)養(yǎng)不到位；信息智能化建設(shè)水準(zhǔn)亟需提升等。這些因素制約著我國公路隧道交通安全水平，也是隧道交通事故頻發(fā)的重要原因，需要專家和學(xué)者繼續(xù)深入研究，尋求解決之道。

2 公路隧道交通安全研究趨勢

上世紀(jì)90年代以來，隧道交通安全問題突出，引起了各國政府與學(xué)者的高度關(guān)注，相關(guān)研究成果不斷涌現(xiàn)。目前，總體研究工作雖已取得較大進(jìn)展，但在某些方面還不夠深入透徹，或者不足以應(yīng)對新問題，未能給公路隧道交通安全問題提供切實(shí)有效的解決辦法，今后可重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面對公路隧道交通安全問題進(jìn)行研究。

2.1 多種理論方法交叉融合

公路隧道交通是交通工程領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究課題，具有系統(tǒng)性、交叉性和綜合性等特點(diǎn)。駕駛行為是人、車、路、環(huán)境以及管理相互作用的體現(xiàn)，不同學(xué)者對公路隧道交通安全研究的側(cè)重點(diǎn)不同，有的側(cè)重于研究不同道路交通條件(如線性與光照)對隧道交通安全的影響；有的側(cè)重于研究單調(diào)的隧道空間環(huán)境對駕駛?cè)说男睦砗蜕淼挠绊?，進(jìn)而分析其對交通安全的影響；還有的側(cè)重于利用模型對隧道交通流進(jìn)行理論解析與數(shù)值仿真。每一種研究理論與方法都有其特定的優(yōu)勢和局限性，多角度分析才可將復(fù)雜的系統(tǒng)性問題剖析得更為透徹。

2.2 模型專門化、綜合化及仿真技術(shù)改進(jìn)

構(gòu)建模型是一種重要的科研手段，研究公路隧道交通安全同樣需要構(gòu)建相應(yīng)的模型，隨著研究的深入化和系統(tǒng)化，所構(gòu)建的模型也正朝著專門化和綜合化的方向發(fā)展。其一，公路隧道交通安全具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性和綜合性，欲將特定因素影響下的隧道交通安全問題研究透徹，就需要精和專的模型；其二，欲對公路隧道交通安全進(jìn)行整體或綜合把握，就要求應(yīng)用模型具備綜合性特點(diǎn)。

同時(shí)，現(xiàn)代科研也離不開仿真技術(shù)，即以各種科學(xué)原理和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建出一套系統(tǒng)模型，利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ迷O(shè)備進(jìn)行實(shí)際或模擬的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的方法。仿真技術(shù)可以很大程度上彌補(bǔ)缺乏真實(shí)試驗(yàn)環(huán)境的遺憾，它的出現(xiàn)進(jìn)一步弱化了仿真結(jié)果的非真性，保證了研究結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

2.3 基于人的主觀能動(dòng)因素的深入研究

人是交通系統(tǒng)中的主動(dòng)元素，駕駛行為的決策和操縱都是來自于駕駛?cè)?目前無人駕駛還不成熟，在未來一段時(shí)間還難以形成主導(dǎo))，所以不能將駕駛行為視為一種機(jī)械過程，而忽略人的主觀能動(dòng)性。目前，關(guān)于駕駛?cè)说难芯恐饕蕾囉谛睦韺W(xué)的相關(guān)試驗(yàn)方法，從微觀層面出發(fā)，在開放式公路駕駛條件下，基于刺激-反應(yīng)理論，對駕駛員的心理波動(dòng)或應(yīng)急制動(dòng)行為進(jìn)行研究。事實(shí)上，駕駛?cè)说鸟{駛特性會因駕駛狀態(tài)的改變而產(chǎn)生差異，因此，應(yīng)用心理學(xué)、生理學(xué)理論深入研究隧道交通安全中駕駛?cè)说男睦怼⑸硇袨樘匦允且粋€(gè)重要的研究方向。

2.4 交通安全智能管控系統(tǒng)建設(shè)

交通安全問題本質(zhì)上是人、車、路的矛盾問題，解決這一矛盾可以通過控制交通量、改善道路基礎(chǔ)設(shè)施和加強(qiáng)交通管理來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代科技的進(jìn)步與發(fā)展及日漸完善的道路基礎(chǔ)設(shè)施讓智能交通系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為可能。綜合運(yùn)用先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代化高新技術(shù)，建立隧道交通安全智能管控體系，有利于提升隧道交通運(yùn)行安全和效率。

此外，交通流是各種復(fù)雜微觀因素共同作用而產(chǎn)生的一種宏觀現(xiàn)象，將微觀行為與宏觀現(xiàn)象相統(tǒng)一的交通流模型也是今后研究的重點(diǎn)之一。

3 結(jié)語

隨著我國中西部地區(qū)開發(fā)力度的加大，高速公路不斷向山嶺地帶發(fā)展，公路隧道建設(shè)水平不斷提高，建設(shè)里程日益增長。特殊的交通環(huán)境使公路隧道的安全問題更為復(fù)雜，越來越受到隧道建設(shè)、科研、運(yùn)營等單位的高度重視?；仡櫣匪淼赖陌l(fā)展歷史，按時(shí)間序列總結(jié)國內(nèi)外公路隧道交通安全的研究現(xiàn)狀并簡述其研究成果，指出公路隧道交通安全方面存在的問題及今后的研究發(fā)展趨勢有其特殊的必要性。我國公路隧道發(fā)展迅速，但在隧道交通安全方面仍存在諸多急需解決的問題，與發(fā)達(dá)國家仍存在一定差距，尚需針對這些不足開展研究，以促進(jìn)我國隧道交通安全的健康發(fā)展。