基于駕駛安全舒適性的山區(qū)雙車道速度限制研究

闞宇衡，邱 欣

（浙江師范大學(xué)，浙江金華 321004）

0 引言

交通事故是人、車、道路動態(tài)系統(tǒng)失調(diào)的結(jié)果。通過山區(qū)雙車道的駕駛安全舒適性的研究限定行駛速度是制定道路安全性評價標準的依據(jù)，也是降低路段事故率的主要措施之一。當前國內(nèi)外學(xué)者采用理論定性分析的手段，對急陡彎路段的安全性進行研究，其中吳立新[1]（2005）運用美國IHSDM一致性分析中速度分布法，從駕駛員的駕駛行為與道路線形的關(guān)系問題出發(fā)，進行了危險路段的事故成因分析；喬建剛[2]（2006）探討了汽車行車速度、道路線形、道路環(huán)境與駕駛員行車心、生理需求的內(nèi)在關(guān)系和規(guī)律；美國學(xué)者Leisch[3]提出運行速度概念，用來評價公路平、縱幾何線形的一致性等。但已有研究成果未從人-車-路系統(tǒng)綜合考慮山區(qū)速度限制?；诖?，本文從道路線形屬性與駕駛員心理變化兩方面，限定行駛安全舒適性速度，對臨界安全路段進行速度限制。

1 道路線形安全評價模型

1.1 評價指標

本文采用事故當量損失率P為道路線形安全的評價指標，事故當量損失率P是指事故當量損失與路段長度之比，事故當量損失為對事故死亡人員、事故受傷人員按照事故賠償計算所得的金額與事故直接經(jīng)濟損失之和。

式中：P為事故當量損失率，萬元/km，本文中均以3 a計；M為事故當量損失，萬元；L為路段長度，km；D為死亡賠償金，萬元；I為殘疾賠償金，萬元；F為喪葬費，萬元；m為事故直接經(jīng)濟損失，萬元。

1.2 道路線形指標與P的相關(guān)性分析

在干態(tài)（即路面干燥，下同）下，據(jù)資料[4]得雙車道各因素與事故當量損失率數(shù)據(jù)值，見表1。

通過分析論證上述數(shù)據(jù)，可對 l—P、R—P、i—P進行回歸分析，建立以下回歸方程：

從三因素與P之間的相關(guān)系數(shù)值可知：平曲線半徑R、坡度i、坡長l與事故當量損失率間均呈正相關(guān)性。通過對各回歸方程的相關(guān)系數(shù)值比較得：平曲線半徑、坡度與事故當量損失率的相關(guān)系數(shù)較高，相比于坡長有較高的相關(guān)性。因此，選取平曲線半徑、坡度作為事故當量損失率評價體系的核心影響因素。

1.3 模型建立與驗證

在對表1核心因素與指標數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合多元非線性數(shù)據(jù)回歸技術(shù)，建立的道路線形安全性評價模型，如式(1)所示：

事實上進行數(shù)值回歸分析時，由于選用小樣本（例如5個變量）進行回歸分析的緣故，往往會導(dǎo)致本不存在著相關(guān)性的變量之間，卻得到了很強的相關(guān)系數(shù)。為了檢驗回歸方程的可靠性，通常利用F檢驗，比較觀測數(shù)據(jù)的F統(tǒng)計值與Fα（m,n）的大小關(guān)系，進而判定具有較高相關(guān)系數(shù)（R2）的回歸方程偶然發(fā)生的可能性（α為顯著性水平，越小表示置信概率越大；m為回歸自由度；n為殘差自由度）。如果觀測數(shù)據(jù)的F統(tǒng)計值大于F0.01(m,n)，則表示回歸方程高度顯著[5]。

表1 雙車道公路彎、坡路段事故當量損失率P、坡長l、坡度i、半徑R

基于此，上述所建立的道路線形安全性評價模型的顯著性F檢驗計算結(jié)果，見表2。由此可見，在顯著性水平為0.01的條件下（下同），F(xiàn)觀測統(tǒng)計值大于F0.01(2,11)，回歸方程高度顯著。

表2 評價模型顯著性F檢驗

為了進一步驗證所建立的道路線形安全性模型的合理性，P的預(yù)測值與理論值之間的相關(guān)性對比分析結(jié)果，見圖2。由此可知，利用道路線形安全性模型獲取的預(yù)測值與相同工況條件下的理論值之間具有較高的相關(guān)性，進而表明該模型合理可靠。

1.4 評價標準

選取安全性最高的一般彎、坡路段臨界值R=600m，i=2.5%[6][7]，安全性最低的急彎、陡坡路段臨界值R=60m，i=6.5%，帶入式(5)計算得道路線形安全性評價模型標準，見表3。

表3 彎、坡路段線形安全性評價標準

2 駕駛員行駛舒適評價模型

2.1 評價指標及標準

車輛在行駛時中，由于道路狀況，駕駛操作行為等不僅對駕駛員造成身體上的生理負擔(dān)，更多時被認為是造成著神經(jīng)緊張狀態(tài)下的心理負擔(dān)。這些心理負擔(dān)在一定程度上會影響司乘人員的行車舒適性，增大作業(yè)負擔(dān)，從而影響行車安全。

用心率來表示駕駛員的心理緊張程度，是符合實際的，而且有一定的規(guī)律性[8]，但是不同素質(zhì)的駕駛員心率不同，不能定量反應(yīng)駕駛員的緊張程度，故本文研究中用心率增長率來衡量人的緊張程度。其評價標準見表4。

表4 駕駛員負荷度分級標準[9]

2.2 實驗設(shè)計及數(shù)據(jù)處理

實驗設(shè)計：實驗選取金華市雙龍洞景區(qū)一條全長為4 km的彎坡路段，路線最大縱坡不大于6%，最大坡長不大于300 m，平曲線最大半徑為550 m。駕駛員為具有15 a駕齡、身體素質(zhì)良好的44歲男子，駕駛車輛為別克凱越1.6 L。根據(jù)金華市公路局所提供的道路線形數(shù)據(jù)及式(5)計算出事故當量損失率P，進行下坡試驗。

試驗方法：（1）在正式行駛車輛之前，測試駕駛員的靜態(tài)心率10 min，作為基準心率，校準各儀器時間；（2）將動態(tài)心電測試儀PRINCE-180B安放在駕駛員身上記錄心率值；（3）兩臺攝像機全程拍攝急陡彎車道路況及過彎速度，同時記錄速度值及對應(yīng)時間；（4）將每刻所對應(yīng)的心率數(shù)據(jù)和過彎速度及彎道路況等數(shù)據(jù)進行歸類處理，見表5。

2.3 模型建立與驗證

對表5數(shù)據(jù)進行多元非線性數(shù)據(jù)回歸技術(shù)，建立的行駛舒適性模型：

表5 R、i、P、V 對應(yīng)的 N

對式（6）進行顯著性F檢驗：F觀測統(tǒng)計值=62.36＞F0.01(2,14)=6.51，說明回歸方程高度顯著。對比實測值與預(yù)測值之間的相關(guān)性，見圖2，表明模型合理可靠。

3 速度限制及應(yīng)用評價

山區(qū)雙車道路段速度限定在考慮道路線形安全性與駕駛員行駛舒適性前提下，根據(jù)式(5)，在心率增長率N與事故當量損失率P確定的情況下，可推導(dǎo)出V的限定式：

根據(jù)表3及表4中事故當量損失率P與心率增長率N的臨界狀態(tài)，可以計算出速度V的限定值，見表6。

表6 臨界P、N下的限定V取值

根據(jù)表6，在安全性最高彎坡路段，為司乘人員感覺不到曲線存在，平穩(wěn)行駛時，限定速度V＜35 km/h，達到最佳行駛安全舒適性。為提高行駛速度，可適當降低駕駛舒適性，但速度不易超過45 km/h。在安全性最低的彎坡路段，司乘人員必能感覺到曲線的存在，因此需降低速度以提高行駛安全性，故V＜10 km/h。

在不同道路線形條件下，為使駕駛員能夠舒適地通過山區(qū)彎坡路段，給定固定舒適N值，即可限定出速度V。通過道路線形安全性與行駛舒適性來設(shè)計道路限制速度，符合“以人為本”的設(shè)計理念。

4 結(jié)論

基于道路線形安全模型和駕駛員行駛舒適模型，在對模型進行顯著性檢驗及可靠性驗證的基礎(chǔ)上，根據(jù)安全舒適性標準，推導(dǎo)限制速度V。具體分析結(jié)論如下：

（1）道路線形組合是影響山區(qū)道路安全性的主要因素，其核心參數(shù)為平曲線半徑與坡度，建立以事故當量損失率P為指標的道路線形安全評價模型，驗證模型預(yù)測值與理論值具有較高的相關(guān)性，據(jù)此得到了路段的安全性評價標準：當P≤80時，安全性較高，當P≥498時，安全性較低。

（2）駕駛員舒適性降低影響行車安全性，具體表現(xiàn)為駕駛員心率增長率增大，通過逐步回歸分析，基于平曲線半徑、坡度以及彎道行駛速度，通過實驗建立了駕駛員行駛舒適評價模型，證明了該模型具有良好的精度要求。

（3）結(jié)合道路線形安全模型與駕駛員行駛舒適模型，推導(dǎo)限制安全舒適速度V，并進行應(yīng)用評價：在安全性最高的一般彎、坡路段閾值P=80、N=20%時，V=35 km/h達到最佳行駛安全舒適性；在安全性最低的急彎、陡坡路段閾值P=498、N=40%時，V=10 km/h為最大限制速度。

[1]吳立新.交通事故中駕駛行為與道路線形的關(guān)系[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報.2005.

[2]喬建剛.基于駕駛員因素的山區(qū)雙車道公路關(guān)鍵參數(shù)研究[D].北京工業(yè)大學(xué).2006.

[3]Leish J.E，Leish J.P.New Concepts in Design Speed Application[J].Transportation Research Record 631,TRB,Washington,D.C.1997.

[4]李志宏.雙車道公路線形安全性研究[D].同濟大學(xué)博士學(xué)位論文,2009.

[5]David G.KleinbaumTH,HTLawrence L.KupperTH,Keith E.Muller.Azhar Nizam.Applied Regression Analysis and Multivariable Methods[M].USA Thomson,2000.

[6]牛世峰.公路彎道路段交通安全特性研究[D].吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

[7]JTGD20-2006,公路路線設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[8]潘曉東.人體信息技術(shù)在道路幾何構(gòu)造安全性評價中的應(yīng)用[R].同濟大學(xué),2002.

[9]交通部公路科學(xué)研究院.山區(qū)雙車道公路路線設(shè)計參數(shù)研究[R].北京，2007.