劉國(guó)貴 勞春江 陸遠(yuǎn)迅

(重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400000)

基于視認(rèn)特性的公路隧道限速標(biāo)志位置研究

劉國(guó)貴 勞春江 陸遠(yuǎn)迅

(重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400000)

在對(duì)駕駛員視認(rèn)標(biāo)志過(guò)程與駕駛特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立了駕駛員對(duì)隧道限速標(biāo)志的視認(rèn)距離公式和車輛減速距離公式，進(jìn)一步得到隧道限速標(biāo)志縱向前置距離，為確定隧道限速標(biāo)志的位置提供依據(jù)。

隧道，限速標(biāo)志，視認(rèn)距離，前置距離，標(biāo)志位置

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的推進(jìn)，高速公路建設(shè)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。東部和沿海等地區(qū)高速公路路網(wǎng)密度相對(duì)較高，高速公路建設(shè)正在向中西部等欠發(fā)達(dá)地區(qū)推進(jìn)。為了優(yōu)化道路線形、穿越山嶺、減少大填大挖等，高速公路常修建隧道，隧道也成為山區(qū)高速公路的重要構(gòu)造物。在一些已建成的高速公路中，隧道占比也十分的高。由于隧道路段行車環(huán)境突變，導(dǎo)致其易成為事故多發(fā)區(qū)，因此，在隧道路段常常采用降低行車速度的方法來(lái)應(yīng)對(duì)。在交通工程中，通常采用在隧道進(jìn)口前設(shè)置隧道限速標(biāo)志把限速信息提供給駕駛員。隧道限速標(biāo)志是禁令標(biāo)志的一種，其所示的限速信息具有限制作用，駕駛?cè)藛T應(yīng)嚴(yán)格遵守[1]。GB 5768.2—2009道路交通標(biāo)志和標(biāo)線和《公路交通標(biāo)志和標(biāo)線設(shè)置手冊(cè)》等雖對(duì)警告標(biāo)志的設(shè)置位置(前置距離)進(jìn)行了說(shuō)明，但針對(duì)隧道限速標(biāo)志的設(shè)置位置卻未詳細(xì)說(shuō)明，所給標(biāo)志前置距離的計(jì)算方法也是根據(jù)十字路口設(shè)置指路標(biāo)志來(lái)說(shuō)明的[2]。在行車過(guò)程中駕駛員對(duì)交通標(biāo)志的認(rèn)知過(guò)程可分為：覺(jué)察—識(shí)別—認(rèn)讀理解—決策—?jiǎng)幼鞣磻?yīng)五個(gè)階段[2]。本文將通過(guò)駕駛員對(duì)隧道限速標(biāo)志視認(rèn)過(guò)程和駕駛特性進(jìn)行分析，建立隧道限速標(biāo)志設(shè)置的前置距離公式，并給出應(yīng)用實(shí)例，希望對(duì)交通設(shè)計(jì)人員有所幫助。

1 隧道限速標(biāo)志的視認(rèn)和減速分析

1.1 駕駛員視認(rèn)和減速過(guò)程

駕駛員在隧道進(jìn)口段對(duì)隧道限速標(biāo)志的視認(rèn)和減速過(guò)程見圖1。圖1中標(biāo)明了該過(guò)程的幾個(gè)特征點(diǎn)，分別是發(fā)現(xiàn)點(diǎn)A、認(rèn)讀點(diǎn)B、讀完點(diǎn)C、消失點(diǎn)D、行動(dòng)點(diǎn)E、限速標(biāo)志點(diǎn)F和減速完成點(diǎn)G等。在A點(diǎn)駕駛員發(fā)現(xiàn)前方限速標(biāo)志，但并未開始讀取限速標(biāo)志上信息；在認(rèn)讀點(diǎn)B處駕駛員開始讀取標(biāo)志上的限速信息，并在讀完點(diǎn)C完成限速信息識(shí)讀；在完成限速標(biāo)志信息識(shí)讀后，駕駛員有一個(gè)信息處理和反應(yīng)過(guò)程，此時(shí)車輛已行至行動(dòng)點(diǎn)E，在E點(diǎn)開始采取減速措施(車輛已開始制動(dòng)減速，不包括換腳和踩下制動(dòng)踏板等動(dòng)作距離)；由于視角等因素，行駛到消失點(diǎn)D處駕駛員已無(wú)法看到標(biāo)志上的信息。

結(jié)合圖1，駕駛員要完整的獲得限速信息并在行駛至隧道進(jìn)口之前完成減速動(dòng)作，需滿足以下條件：1)要保證完成點(diǎn)G處在隧道進(jìn)口之前，這需要駕駛員有足夠的時(shí)間和空間來(lái)完成減速操作；2)消失點(diǎn)D在讀完點(diǎn)C之后，否則駕駛員不能獲得完整的限速信息。本文主要討論滿足條件1)的隧道限速標(biāo)志設(shè)置位置，條件2)本文不作討論。

1.2 車輛減速距離求解

1.2.1 限速標(biāo)志的認(rèn)讀距離

中國(guó)公路學(xué)會(huì)編寫的《交通工程手冊(cè)》中，將認(rèn)讀點(diǎn)B到讀完點(diǎn)C的這段距離稱為認(rèn)讀距離[3]，本文用L0表示，認(rèn)讀標(biāo)志所需時(shí)間為1 s～2 s。文獻(xiàn)[4]基于限速標(biāo)志內(nèi)容為固定數(shù)字，且限速值為“10”的倍數(shù)的原因，而將認(rèn)讀點(diǎn)B與讀完點(diǎn)C合并，把限速標(biāo)志的認(rèn)讀時(shí)間作省略簡(jiǎn)化處理。目前，由于隧道分車型限速標(biāo)志等的采用，對(duì)行駛車輛隧道限速管理越來(lái)越細(xì)化，限速標(biāo)志的版面復(fù)雜程度有所增加，也增加了駕駛員認(rèn)讀限速標(biāo)志的時(shí)間。因此，在對(duì)隧道限速標(biāo)志做視認(rèn)分析時(shí)，標(biāo)志的認(rèn)讀時(shí)間/距離不宜作省略處理?？紤]隧道限速標(biāo)志復(fù)雜程度沒(méi)有指路標(biāo)志那么繁復(fù)，結(jié)合《交通工程手冊(cè)》中的標(biāo)志認(rèn)讀時(shí)間，并考慮行車安全，取隧道限速標(biāo)志認(rèn)讀時(shí)間為1.5 s，此時(shí)車輛行駛速度為路段行駛速度V0(m/s)，故認(rèn)讀距離L0為：

L0=1.5×V0

(1)

1.2.2 駕駛員反應(yīng)距離

駕駛員在C點(diǎn)認(rèn)讀完限速信息后，并未立即采取減速措施，這是由于駕駛員有一個(gè)反應(yīng)時(shí)間，在這一時(shí)間內(nèi)駕駛員要做出是否采取減速措施的判斷，在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)還包括了駕駛員換腳和踩制動(dòng)踏板的時(shí)間。根據(jù)相關(guān)研究[5]，駕駛員識(shí)讀完限速標(biāo)志后的反應(yīng)時(shí)間在0.5 s～1 s之間，為保證駕駛員都有充足的反應(yīng)時(shí)間，本文取其極限值，反應(yīng)時(shí)間為1 s。根據(jù)相關(guān)研究[4]，換腳和踩下制動(dòng)踏板動(dòng)作時(shí)間共約為0.3 s。因此，駕駛員反應(yīng)時(shí)間為1.3 s。在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)行駛車輛仍保持路段行駛速度V0，那么車輛在該段時(shí)間內(nèi)的行駛距離L1為：

L1=1.3×V0

(2)

1.2.3 車輛減速距離

駕駛員在行動(dòng)點(diǎn)E開始制動(dòng)減速，在減速完成點(diǎn)F完成減速動(dòng)作，這一過(guò)程又可分為兩個(gè)階段。第一階段內(nèi)，車輛對(duì)駕駛員的制動(dòng)動(dòng)作開始做出響應(yīng)，制動(dòng)踏板逐漸下壓，車輛作變減速運(yùn)動(dòng)；第二階段內(nèi)，駕駛員根據(jù)行駛經(jīng)驗(yàn)，已將制動(dòng)踏板下壓到位，車輛開始做勻減速運(yùn)動(dòng)。

1)第一階段行駛距離L2。

該時(shí)間段內(nèi)行駛車輛做變減速運(yùn)動(dòng)，減速度由0開始增加到一個(gè)確定的值a1，速度由V0降到V1，V1(m/s)為車輛做變減速運(yùn)動(dòng)的末端速度。根據(jù)車輛工程學(xué)的相關(guān)原理，a1與車輛的路段行駛速度V0有如下關(guān)系式：

a1=0.052 4V0-0.121 5

(3)

由變減速到勻減速運(yùn)動(dòng)這一過(guò)程持續(xù)時(shí)間一般為0.3 s，且a1服從線性關(guān)系，那么在該過(guò)程的末端速度V1可表示為：

(4)

則第一階段車輛行駛的距離L2為：

(5)

2)第二階段行駛距離L3。

這一時(shí)間段內(nèi)車輛做勻減速運(yùn)動(dòng)，減速度值為a1，其速度由V1降到VC，VC(m/s)為隧道限速標(biāo)志確定的限速值。由運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)，可得第二階段內(nèi)車輛行駛距離為：

(6)

3)減速距離公式。

綜合以上分析，可得出駕駛員在讀完隧道限速標(biāo)志后，到減速完成點(diǎn)G的減速距離L′為：

L′=L1+L2+L3

(7)

2 隧道限速標(biāo)志的視認(rèn)距離

2.1 標(biāo)志的視認(rèn)距離公式

(8)

其中，LV為隧道限速標(biāo)志視認(rèn)距離；h為限速文字高度；α為駕駛員對(duì)文字識(shí)別的視角。

2.2 隧道限速標(biāo)志的視認(rèn)距離

GB 5768.2—2009道路交通標(biāo)志和標(biāo)線對(duì)限速標(biāo)志的版面尺寸有相應(yīng)規(guī)定[1]，見表1。

表1 限速標(biāo)志版面尺寸

通過(guò)在AutoCAD軟件中畫出表1尺寸的限速標(biāo)志，可測(cè)出限速數(shù)字高度，見表2。

表2 限速值字高

用2.1節(jié)視認(rèn)距離公式，取視角α=13′，可求得不同運(yùn)行速度下的視認(rèn)距離，見表3。

表3 視認(rèn)距離LV

3 隧道限速標(biāo)志設(shè)置位置分析

隧道限速標(biāo)志的設(shè)置目的在于降低車輛在隧道段的運(yùn)行速度，減少交通事故的發(fā)生。因此，需在車輛行駛至隧道洞口之前使車輛速度降到限速值下，即減速完成點(diǎn)G需在隧道進(jìn)口之前。結(jié)合圖1，可得隧道限速標(biāo)志前置距離FG：

FG=L0+L′-LV=L0+L1+L2+L3-LV

(9)

隧道限速標(biāo)志到隧道入口距離需不小于FG，行駛車輛才能在行駛至隧道洞口之前使車輛速度滿足限速要求。

4 實(shí)例應(yīng)用

以某新建高速公路為例，該路地處山區(qū)，主線采用雙向六車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。主線一般段采用分車型限速方案，具體限速值為：小型車120 km，大型車100 km。在進(jìn)入隧道路段前，設(shè)置組合式隧道限速標(biāo)志，隧道內(nèi)限速值為：小型車100 km，大型車80 km。通過(guò)以上的公式計(jì)算可得視認(rèn)距離LV=128.2 m，對(duì)于小型車：L0=49.99 m，L1=43.33 m，L2=9.88 m，L3=99.46 m，故小型車限速標(biāo)志前置距離FG1=74.46 m；對(duì)于大型車：L0=41.67 m，L1=36.11 m，L2=8.17 m，L3=99.97 m，故大型車限速標(biāo)志前置距離FG2=57.71 m。因此，對(duì)于組合型隧道標(biāo)志，其前置距離FG=max{FG1,FG2}=max{74.46,57.71}=74.46 m。最后，本項(xiàng)目選擇限速標(biāo)志的合理前置距離為75 m，即隧道限速標(biāo)志的位置設(shè)在隧道洞外距離隧道進(jìn)口75 m處。

5 結(jié)語(yǔ)

隧道作為公路的重要構(gòu)造物，其也是交通事故常發(fā)路段，對(duì)隧道路段進(jìn)行限速可以降低交通事故率。本文基于駕駛員對(duì)隧道限速標(biāo)志的視認(rèn)分析和減速過(guò)程中的駕駛特性分析，建立了駕駛員對(duì)隧道限速標(biāo)志的視認(rèn)距離公式和車輛減速距離公式，并進(jìn)一步求得了隧道限速標(biāo)志縱向前置距離的求解公式，并給出了工程應(yīng)用實(shí)例，其結(jié)論對(duì)交通工程設(shè)計(jì)人員有一定借鑒意義。

[1] GB 5768.2—2009，道路交通標(biāo)志和標(biāo)線[S].

[2] 交通部公路科學(xué)研究院.公路交通標(biāo)志和標(biāo)線設(shè)置手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2009：31-33.

[3] 中國(guó)公路學(xué)會(huì)《交通工程手冊(cè)》編委會(huì).交通工程手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，1998：1002-1003.

[4] 姜 明.基于駕駛員視認(rèn)與駕駛特性的速度控制類標(biāo)志前置距離計(jì)算模型研究[J].公路,2011(11):99-104.

[5] 李中原,李爽爽.基于人因工程學(xué)的交通信息顯示屏設(shè)計(jì)方案研究[J].智能建筑與城市信息,2010(2):85- 87.

Research on positions of speed-limit signs of roads and tunnels based on visual recognition

Liu Guogui Lao Chunjiang Lu Yuanxun

(TrafficandTransportationCollege,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400000,China)

Based on the analysis of drivers’ visual recognition process of signs and driving features, the paper establishes the visual recognition distance formula of tunnel speed-limited signs and vehicle speed-limit distance formula, and concludes the longitudinal front distance of tunnel speed-limit signs, so as to provide some reference for the location of tunnel speed-limit signs.

tunnel, speed-limit sign, visual recognition distance, front distance, sign location

1009-6825(2015)07-0128-02

2014-12-31

劉國(guó)貴(1988- )，男，在讀碩士； 勞春江(1988- )，男，在讀碩士； 陸遠(yuǎn)迅(1990- )，男，在讀碩士

U491.52

A