公路改、擴(kuò)建施工區(qū)設(shè)施與減速特征關(guān)系研究

梁健健，李晨新，魏田正，謝培

(1. 廣西桂海高速公路有限公司，廣西 南寧 530000；2. 長安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710064)

公路改、擴(kuò)建施工區(qū)給交通安全及交通流運(yùn)行會(huì)造成較大的影響，并存在著安全隱患。美國死亡分析報(bào)告系統(tǒng)(Fatality Analysis Reporting System，簡稱為 FARS)顯示[1]，近十年以來，美國道路施工區(qū)的死亡總?cè)藬?shù)約占交通事故導(dǎo)致的死亡總?cè)藬?shù)的 3%。在中國，每年在道路施工區(qū)發(fā)生的事故數(shù)也達(dá)到1 000余起，造成的死亡人數(shù)超過1 000人[2]。施工區(qū)發(fā)生的事故包括：車輛追尾、車輛與施工標(biāo)志或與隔離設(shè)施發(fā)生碰撞等[3-4]。為了給駕駛?cè)顺浞值奶崾竞鸵龑?dǎo)，在臨近施工區(qū)地點(diǎn)會(huì)放置交通標(biāo)志引導(dǎo)駕駛?cè)说鸟{駛行為。但過多的交通標(biāo)志又會(huì)導(dǎo)致信息過載而影響了駕駛?cè)说呐袛郲5]。因此，交通標(biāo)志標(biāo)線應(yīng)數(shù)量合理、布置科學(xué)[6]。在與施工區(qū)交通安全相關(guān)的研究中，往往需要結(jié)合駕駛?cè)说鸟{駛行為進(jìn)行分析。Benekohal[7]等人得到了貨車駕駛?cè)嗽诓煌┕^(qū)域不良駕駛行為的分布。Weng[8-9]等人對施工區(qū)的危險(xiǎn)駕駛行為產(chǎn)生進(jìn)行了探討。在高速公路交通標(biāo)志的研究中，可以通過分析駕駛?cè)说臏p速時(shí)間點(diǎn)來觀測交通標(biāo)志的警示效果[10-11]，還可以根據(jù)駕駛速度的變化規(guī)律來分析視錯(cuò)覺標(biāo)線的減速效果[12]。在研究不同的交通安全狀況時(shí)，需要選取合適的替代性安全指標(biāo)分析駕駛行為的變化[13-14]。通常，從駕駛?cè)说男袨槿胧郑芯渴┕^(qū)安全設(shè)施設(shè)置的影響，為優(yōu)化設(shè)施設(shè)置提供依據(jù)。而與駕駛安全相關(guān)的研究[15]中發(fā)現(xiàn)，減速常被作為一種替代性安全指標(biāo)。已有研究[16]表明，可以通過復(fù)制逼真的場景來檢查復(fù)雜情況下的駕駛?cè)诵袨?。因此，本研究擬設(shè)計(jì)駕駛模擬試驗(yàn)來獲得特定場景下的駕駛行為數(shù)據(jù)，探究減速行為的差異性。并且結(jié)合已有結(jié)論，為保障高速公路改、擴(kuò)建施工區(qū)安全行駛提出建議。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 駕駛模擬設(shè)備

通過UC-Win/Road駕駛模擬軟件，建立模擬場景，模擬車型為豐田COROLLA。由UC-Win/Road駕駛模擬軟件自帶的數(shù)據(jù)收集插件將駕駛數(shù)據(jù)以Excel表格的形式導(dǎo)出。研究中采集包括：實(shí)時(shí)速度和加速度等數(shù)據(jù)。

1.2 實(shí)驗(yàn)對象

通過網(wǎng)上招募的方式，共計(jì)招募了 32名志愿者參與試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，由于駕駛?cè)藢δM器眩暈或者其他因素，最終有30名駕駛?cè)送瓿闪嗽囼?yàn)。完成了試驗(yàn)的駕駛?cè)说幕厩闆r為：新手駕駛?cè)?男性11人，女性4人)和熟練駕駛?cè)?男性13人，女性2人)各15人。將每周駕駛里程不足300 km歸類為駕駛經(jīng)驗(yàn)不足的新手駕駛?cè)薣17]。

1.3 實(shí)驗(yàn)場景及設(shè)計(jì)

根據(jù)相應(yīng)規(guī)范[18]并結(jié)合研究內(nèi)容，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)場景，建立了雙向四車道的非施工區(qū)道路。每個(gè)車道的寬度為3.5 m，最外側(cè)設(shè)置了一個(gè)寬度為2 m的應(yīng)急車道。施工區(qū)分為警告區(qū)、上游過渡區(qū)(換道漸變段100 m，相鄰漸變段緩沖段200 m，車道偏移漸變段100 m)、工作區(qū)、下游過渡區(qū)和終止區(qū)。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[19]，設(shè)置場景內(nèi)標(biāo)志。每個(gè)施工區(qū)在警告區(qū)起始位置設(shè)置一個(gè)施工標(biāo)志，在距離封閉車道漸變段起始點(diǎn)400 m處設(shè)置改道，再在2個(gè)封閉車道漸變段起始點(diǎn)處各設(shè)置一個(gè)導(dǎo)向標(biāo)志，并配置一個(gè) LED指示燈。通過工作區(qū)后，在下游過渡區(qū)的漸變段起始點(diǎn)設(shè)置一個(gè)導(dǎo)向標(biāo)志，同樣配置一個(gè)LED指示燈。最后，在距離下游過渡區(qū)的結(jié)束點(diǎn)30 m處，設(shè)置一個(gè)解除速度限制標(biāo)志。除了基本的標(biāo)志布設(shè)，實(shí)驗(yàn)中還設(shè)置了2種不同的限速標(biāo)志擺放方式(分別如圖1,2所示)：①單一減速標(biāo)志，僅在距離施工標(biāo)志處1 km設(shè)置一個(gè)60 km/h的限速標(biāo)志；②逐級(jí)減速標(biāo)志，單一減速標(biāo)志的基礎(chǔ)上，距離施工標(biāo)志800 m處設(shè)置限速80 km/h的限速標(biāo)志。高速公路車輛相對較少，未設(shè)置其他車流。

圖1 單一限速標(biāo)志場景布置示意Fig. 1 Schematic layout of a single speed limit sign

圖2 逐級(jí)限速標(biāo)志場景布置示意Fig. 2 Schematic layout of the step-by-step speed limit sign scene

連續(xù)施工區(qū)之間的距離是指上一個(gè)施工區(qū)的下游過渡區(qū)的結(jié)束點(diǎn)到下一個(gè)施工區(qū)的上游過渡區(qū)的起始點(diǎn)之間的距離。根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[18-19]中關(guān)于該間距的取值范圍，選取2 000 m和5 000 m兩個(gè)施工區(qū)間距進(jìn)行了研究。將限速方式和施工區(qū)間距作為自變量，每一個(gè)被試對象需要進(jìn)行2×2次試驗(yàn)，駕駛4個(gè)場景，順序隨機(jī)出現(xiàn)，場景在一條路上設(shè)置。

2 實(shí)驗(yàn)流程

被試人員在實(shí)驗(yàn)前填寫一份包括：姓名和駕齡等信息的調(diào)查問卷，并熟悉駕駛模擬器操作。練習(xí)場景與實(shí)驗(yàn)場景類似。在練習(xí)過程中，被試者若有不適，則停止試驗(yàn)，也不能繼續(xù)下一項(xiàng)正式試驗(yàn)。在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)場景開始正式的試驗(yàn)過程中，被試者必須遵守交通規(guī)則。每名被試者進(jìn)行了一次試驗(yàn)，一次試驗(yàn)包含4個(gè)場景。

3 平均減速度數(shù)據(jù)分析

3.1 相關(guān)因素

4個(gè)場景中不同駕駛經(jīng)驗(yàn)的駕駛?cè)藴p速度均值如圖3所示。從圖3中可以看出，單一限速標(biāo)志的減速度平均值比逐級(jí)限速標(biāo)志的要大；新手駕駛?cè)说臏p速度平均值要比有經(jīng)驗(yàn)駕駛?cè)说拇蟆?個(gè)場景中不同駕駛經(jīng)驗(yàn)的駕駛?cè)藴p速起始點(diǎn)速度如圖4所示。從圖4中可以看出，不同的施工區(qū)間距對應(yīng)著不同的減速起始點(diǎn)速度。因此，也需要將影響減速起始點(diǎn)速度的施工區(qū)間距考慮在內(nèi)。此外，尚不可知施工區(qū)間距對減速度有怎樣的影響，考慮到減速起始點(diǎn)的速度往往會(huì)對加速度有影響。

圖3 不同場景下減速度平均值Fig. 3 The average deceleration in different scenarios

圖4 減速起始點(diǎn)速度Fig. 4 The speed of the deceleration starting point

3.2 相關(guān)性分析

分析駕駛經(jīng)驗(yàn)、施工區(qū)間距及限速標(biāo)志類型 3因素對減速度均值的影響。3因素的方差分析結(jié)果見表1。從表1中可以看出，限速標(biāo)志類型、駕駛經(jīng)驗(yàn)及施工區(qū)間距三者的交互作用對因變量的影響不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.081)。限速標(biāo)志類型和駕駛經(jīng)驗(yàn)這 2個(gè)因素之間有交互作用(P＜0.001)；限速標(biāo)志類型和施工區(qū)間距這2個(gè)因素也有交互作用(P=0.044)。

表1 3因素方差分析結(jié)果Table 1 Analysis of variance of three factors

1) 限速標(biāo)志類型和駕駛經(jīng)驗(yàn)主效應(yīng)分析

利用SPSS軟件，得到的單獨(dú)效應(yīng)結(jié)果分別見表 2,3。從表 2中可以看出，熟練駕駛?cè)嗽诓煌匏贅?biāo)志類型下減速度的估算邊際平均值有顯著差異，具體表現(xiàn)為在逐級(jí)限速標(biāo)志情況下的減速度要比單一限速標(biāo)志情況下的小，它們平均值的差約為0.472 m/s2。新手駕駛?cè)嗽诓煌匏贅?biāo)志類型下減速度的估算邊際平均值也有顯著差異，但新手駕駛?cè)嗽诓煌匏贅?biāo)志類型下減速度的估算邊際平均值之差比較熟練駕駛?cè)说拇?，約為 1.464 m/s2。對于新手駕駛?cè)藖碚f，在不同限速標(biāo)志情況下減速度的差會(huì)大些。從表3中可以看出，在單一限速標(biāo)志類型的情況下，具有不同駕駛經(jīng)驗(yàn)的駕駛?cè)似錅p速度的估算邊際平均值有顯著差異，具體表現(xiàn)為熟練駕駛?cè)说臏p速度比新手駕駛?cè)说男?，其平均值之差約為 1.335 m/s2。在逐級(jí)限速標(biāo)志類型的情況下，熟練駕駛?cè)说臏p速度平均值比新手駕駛?cè)说牡?0.343 m/s2。在單一限速標(biāo)志情況下，不同駕駛經(jīng)驗(yàn)的駕駛?cè)思铀俣绕骄抵顣?huì)大些。

表2 不同限速標(biāo)志類型的簡單主效應(yīng)檢驗(yàn)Table 2 Simple main effect tests for different types of speed limit signs

表3 不同駕駛經(jīng)驗(yàn)的簡單主效應(yīng)檢驗(yàn)Table 3 Simple main effect tests for different driving experiences

2) 限速標(biāo)志類型和施工區(qū)間距主效應(yīng)分析

利用SPSS軟件，得到的單獨(dú)效應(yīng)結(jié)果見表4，5。從表4中可以看出，在施工區(qū)間距為2 000 m的情況下，不同限速標(biāo)志類型對應(yīng)的減速度估算邊際平均值有顯著差異，具體表現(xiàn)為逐級(jí)限速標(biāo)志的減速度比單一限速標(biāo)志情況下的減速度小，它們平均值之差約為0.760 m/s2；在施工區(qū)間距為5 000 m的情況下，逐級(jí)限速標(biāo)志的減速度平均值比單一限速標(biāo)志的減速度平均值低 1.176 m/s2。在施工區(qū)間距更大時(shí)，減速度平均值的差也更大了。從表5中可以看出，在單一限速標(biāo)志的情況下，不同施工區(qū)間距對應(yīng)的減速度估算邊際平均值有顯著差異。在施工區(qū)間距為2 000 m的情況下對應(yīng)的減速度比間距為5 000 m的情況下對應(yīng)的減速度小，它們的平均值之差約為0.543 m/s2；但是，在逐級(jí)限速標(biāo)志下，不同施工區(qū)間距對減速度的影響則不顯著。

表4 不同限速標(biāo)志類型的簡單主效應(yīng)檢驗(yàn)Table 4 Simple main effect tests for different types of speed limit signs

表5 施工區(qū)間距的簡單主效應(yīng)檢驗(yàn)Table 5 Simple main effect test of construction area spacing

3.3 多元回歸模型

利用SPSS軟件，建立多元線性回歸模型。在建立回歸模型時(shí)，對于限速標(biāo)志類型，通常需要將其利用SPSS轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)化為虛擬變量進(jìn)行另存，駕駛經(jīng)驗(yàn)由駕齡來表示。減速度的平均值與其他變量的兩兩相關(guān)性分析結(jié)果表明：減速度平均值與 3個(gè)變量具有極為顯著的相關(guān)性。減速度平均值適合作為回歸分析的因變量，其模型為：

式中：y為減速過程中的減速度平均值；x1為與限速標(biāo)志類型相關(guān)的虛擬變量；x2為與駕駛經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的虛擬變量；x3為與施工區(qū)間距相關(guān)的虛擬變量。

4 結(jié)論及建議

1) 經(jīng)過分析各變量之間的相關(guān)性，得出的結(jié)論為：①限速標(biāo)志類型與駕駛經(jīng)驗(yàn)、限速標(biāo)志類型與施工區(qū)間距之間有交互作用；②在施工區(qū)間距最大，采取單一限速方式的施工區(qū)，新手駕駛員的平均減速度最大；③與警告區(qū)減速過程的減速度最相關(guān)的變量為限速標(biāo)志類型，這與相關(guān)論文中匯合標(biāo)志的研究結(jié)果較為類似，突出了提前預(yù)警的重要性[20]。

2) 建議：①應(yīng)在警告區(qū)設(shè)置逐級(jí)限速標(biāo)志，從而可以給新手駕駛?cè)烁嗟臏p速緩沖時(shí)間。②可以通過適當(dāng)減少施工區(qū)的間距來降低駕駛?cè)诉M(jìn)入施工區(qū)車速，使減速過程更加平穩(wěn)。