城市道路人行橫道夜間最高車速限制研究

郭玉峰，程國柱，吳立新，徐 亮，莫宣艷

(1. 長春工程學院 土木學院,吉林 長春 130012； 2. 哈爾濱工業大學 交通科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150090； 3.吉林建筑大學 交通科學與工程學院，吉林 長春 130018)

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城市道路人行橫道夜間最高車速限制研究

郭玉峰1，程國柱2，吳立新3，徐 亮1，莫宣艷2

(1. 長春工程學院 土木學院,吉林 長春 130012； 2. 哈爾濱工業大學 交通科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150090； 3.吉林建筑大學 交通科學與工程學院，吉林 長春 130018)

通過駕駛人夜間對過街行人的視認距離試驗，分析了夜間過街行人特征對駕駛人視認能力的影響，以及不同照度條件下的駕駛人夜間視認距離隨行駛速度的變化規律，構建了3者間的關系模型，給出了城市道路人行橫道處夜間最高車速限制值的確定方法。研究結果表明：駕駛人夜間視認距離與行駛速度、平均光照強度分別呈負線性和正對數關系；應用所提出的方法實施最高車速限制，可以保證駕駛人夜間視認過街行人以后具有足夠的安全停車距離。

交通工程；人行橫道；夜間；視認距離；最高車速限制

據統計，城市道路夜間過街行人傷亡人數約占道路交通事故傷亡總人數的1/10[1]。因此，對城市道路人行橫道處實施機動車夜間最高車速限制，具有十分重要的意義，但我國的道路交通安全法并未給出明確的夜間車速限制值。基于此筆者擬開展城市道路夜間人行橫道處最高車速限制的研究。

國外相關研究主要包括：夜視系統研發、夜間駕駛人視認能力等。J.H.Lim等[2]分析了兩種夜視系統對駕駛人視認能力的影響；K.Fuchs等[3]評價了駕駛人與夜視系統的相互作用；T.Brown等[4]研究認為，夜視系統有助于改善駕駛人的視認能力，但會給駕駛人帶來額外的工作任務；J.H.Lim等[5]構建了夜視系統輔助條件下駕駛人對行人的視認行為模型；J.M.Wood等[6-7]研究認為，顏色、燈光種類、眩光是影響駕駛人夜間視認能力的主要因素；無論是青年、中年，還是老年，所有駕駛人夜間視認能力都有所降低，而老年駕駛人夜間視認能力降低最為顯著。

國內相關研究則包括：駕駛人夜間對障礙物、過街行人及交通標志的視認規律，高速公路夜間車速限制。趙煒華等[8-9]采用神經網絡方法研究了駕駛人對障礙物的距離辨識規律；潘曉東等[10]開展了駕駛人夜間對交通標志的視認特征研究；姜軍等[11]基于駕駛人夜間視認實驗構建了計算指路標志位置的模型；程國柱等[12-14]對高速公路駕駛人夜間車速感知、距離視認及車速限制進行了研究。

綜上所述，國內外的相關研究主要涉及夜視系統、駕駛人夜間視認特性、高速公路夜間最高車速限制等方面，但針對過街行人安全而開展的夜間最高車速限制研究則未見報道。鑒于此，筆者擬研究給出城市道路人行橫道夜間最高車速限制值計算方法并給出建議值。

1 駕駛人夜間視認距離試驗

1.1 過街行人特征的影響

過街行人特征包括：行人數量、運動狀態和衣服顏色，針對三個影響因素開展了兩種不同情況(過街行人數量分3名和1名、狀態分為1.5 m/s速度過街和靜止、衣服顏色分為深色與淺色)下的對比試驗。為消除不同因素的交互影響，第1組試驗的過街行人特征設定為靜止且著深色衣服；第2組試驗的過街行人特征設定為1名著深色衣服的行人；第3組試驗的過街行人特征設定為1名靜止行人。試驗總樣本量為448，駕駛人平均視認距離見圖1。

圖1 駕駛人夜間視認距離與過街行人特征之間的關系Fig.1 Relation between driver recognition distance at night and pedestrians’ feature

由圖1可見：過街行人數量較多時駕駛人能夠較早發現行人，有利于過街行人的安全；過街行人運動時，駕駛人對運動行人的視認距離比靜止行人有較大幅度的提高；夜間過街行人衣服顏色對駕駛人視認有一定的影響，與深顏色相比，淺顏色更易被駕駛人視認；此外，行駛速度越高，駕駛人對過街行人的視認性越差。

根據上述分析，筆者在設計試驗方案時考慮最不利情況，設定的過街行人特征為：1個行人、靜止、衣服深色。

1.2 試驗方案

本研究選擇哈爾濱市江北區總長6 km的6處試驗路段，試驗時間為20:00—24:00。8名駕駛人參加了本次測試，采用臺灣泰仕儀器儀表有限公司生產的TES-1330A型照度計測量人行橫道處的路燈照度值(路面單位面積上所接受可見光的能量，用于指示光照的強弱和路面表面積被照明程度的量)。

1) 在車輛行進一側的人行橫道上選擇路緣線與路中線之間的5個等分點，觀測各等分點的照度，取其均值作為平均光照強度E。

2) 駕駛人以速度V勻速行駛，當發現并辨別出布置于人行橫道處的過街行人時告知坐于副駕駛位置的記錄員，然后繼續保持速度V勻速行駛。

3) 記錄員采用秒表記錄駕駛人視認出過街行人的時刻 (記為T1)及車輛行駛到人行橫道處的時刻(記為T2)。

4) 計算駕駛人視認距離：S=V×(T2-T1)。

為每位駕駛人共設置7組不同行駛速度的試驗，7組試驗的行駛速度V分別取為20，30，40，50，60，70和80 km/h。

2 數據分析與模型構建

2.1 試驗數據分析

筆者采集的試驗數據見表1。從表1中可以看出，駕駛人夜間對過街行人的視認距離隨著行車速度的提高呈現為下降趨勢。由于城市道路均建有照明設施，駕駛員夜間通常會使用近光燈，而汽車近光燈照射距離一般僅為50～60 m，而觀測的駕駛員視認距離數據最小值為75 m，即不需要考慮車輛燈光對駕駛人視認過街行人的影響。當照度值高于80 lx時，駕駛人夜間對過街行人的視認距離差異不大，行車速度為20 km/h時，視認距離平均值為196 m；隨著車速度提高，駕駛人視認距離下降，當車速度提高到80 km/h時，駕駛人視認距離降低到94～97 m。當照度值低于60 lx時，駕駛人夜間對過街行人的視認距離值則存在差異，照度值分別為56，42和23 lx，行車速度為20 km/h時，駕駛員視認距離平均值分別為169，156和143 m；而隨著車速度提高，駕駛人視認距離亦隨之下降，當車速度提高到80 km/h時，駕駛人視認距離降低到81～85 m。

表1 駕駛人夜間視認距離數據

2.2 視認距離模型

對試驗采集到的336個數據進行多元回歸分析，可獲取多組模型[15]。選擇相關系數最高的模型作為駕駛人夜間視認距離與車速、平均光照強度的最優關系模型，模型具體形式如下：

SV=-1.5V+21.056ln(E)+120.5

(1)

式中：SV為駕駛人夜間視認距離，m；V為汽車行駛速度，km/h；E為人行橫道處平均光照強度，lx。

為驗證模型的有效性，選取E=150 lx時的實測值與模型計算值進行比較，計算得出模型計算誤差，結果如表2。

表2 E=150 lx時駕駛人視認距離實測值與模型計算值比較

由表2可知，模型相對誤差最大值為9.28%，最小值為0.51%，平均相對誤差為3.21%，可以滿足要求。

3 人行橫道處最高車速限制

3.1 安全行車條件判別

為確保駕駛人夜間行車時具有足夠的制動反應時間，需滿足式(2)的要求：

SV≥ST

(2)

ST=SR+SB+S0

(3)

式中：ST為汽車安全停車距離，m；SR為制動反應距離，即駕駛人制動反應時間內車行駛的距離，m；SB為制動距離，m；S0為安全距離，可取5～10 m，筆者取8 m(中間值)。

相關文獻提出的駕駛人制動反應時間數據如表3[16]，筆者取表3中的95%位特征值，即2.45 s，則：SR= 2.45v。

表3 駕駛人制動反應時間

注：平均值為駕駛人制動反應時間觀測樣本的期望與標準差。

制動距離可按式(4)計算[17]：

(4)

綜上，汽車安全停車距離ST可按式(5)計算：

(5)

3.2 夜間最高限速值確定方法

在光照強度確定的情況下，滿足行車安全的臨界條件為：SV=ST。將式(1)、式(5)代入，可計算得出最高安全速度值vf，如式(6)：

(6)

按照式(6)，對不同光照強度條件下的試驗路段限速值進行計算，結果如表4。

表4 不同光照強度下試驗路段限速值

由表4可見，隨著光照強度的降低，最高限速值遞減。此外，在實際應用時，參照交通管理部門制定的限速值均為5 km/h的整數倍的做法，應對表4中的限速計算值進行向下取整，如表4的最后1列。

4 結 論

1) 過街行人數量、運動狀態及衣服顏色是影響駕駛人夜間視認能力的主要因素。

2) 在夜間光照強度及過街行人特征相同的情況下，駕駛人視認距離與行駛速度負相關，即行駛速度越高，駕駛人對過街行人的視認距離越小。

3) 筆者給出的夜間最高車速限制值計算方法可以確保駕駛人在發現過街行人后具有足夠的制動反應時間，以避免人車碰撞事故發生。

值得指出的是，筆者所提出的限速值為夜間低照度條件下的安全車速值，若用于白天則趨于保守，因此，可以實施晝夜不同限速值，即在同一限速標志版面上分別給出晝夜限速值。

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[5] Lim J H,Liu Y,Tsimhoni O.Investigation of driver performance with night-vision and pedestrian-detection systems-part 2:queuing network human performance modeling [J].IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems,2010,11(4):765-772.

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Maximum Speed Limit for Crosswalk of Urban Road at Night

Guo Yufeng1, Cheng Guozhu2, Wu Lixin3, Xu Liang1, Mo Xuanyan2

(1. School of Civil Engineering, Changchun Institute of Technology, Changchun 130012, Jilin, China; 2. School of Transportation Science & Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, Heilongjiang, China; 3. School of Transportation Science & Engineering, Jilin Jianzhu University, Changchun 130018, Jilin, China)

Through experiment of driver distance recognition, the impacts of crossing pedestrian’s characteristics at night on driver recognition ability were analyzed. The regulation of driver recognition distance changing with driving speed at night was also studied under different average luminance. Relationship model among above three variants was established. Calculation method of maximum speed limit value for crosswalk of urban road at night was given. Results show that there are negative linear and positive logarithm relation between driver recognition distance at night and driving speed, average luminance respectively. The presented method is applied to carry out the maximum speed limit for crosswalk at night, which can ensure driver’s enough safe stopping distance after recognizing crossing pedestrian at night.

traffic engineering; crosswalk; night-time; recognition distance; maximum speed limit

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.05.21

2014-06-17；

2014-07-31

吉林省科技發展計劃項目(20140204026SF)；吉林省教育廳“十二五”科技研究規劃項目(120150056)

郭玉峰(1977—)，男，吉林長春人，副教授，主要從事道路交通安全方面的研究。E-mail：ccgcxygyf@163.com。

吳立新(1970—)，女，吉林長春人，教授，主要從事道路交通安全方面的研究。E-mail：wulixinjt@126.com。

U491

A

1674-0696(2015)05-106-04