多車道高速公路不同車道駕駛人視點位置研究

蘇曉智，柳銀芳，潘兵宏，白浩晨，王 松

(1.長安大學 運輸工程學院，陜西 西安 710064；2. 中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075；3. 長安大學 公路學院，陜西 西安 710064)

0 引言

隨著交通量的迅速增加，我國早期建設的大量雙向4車道與6車道公路現已進入改擴建階段，新建道路以多車道高速公路為主。車道數的增加使車輛行車自由度提高，多車道高速公路獨特的管理方式也將影響各車道駕駛人視點橫向位置分布。鑒于多車道視點橫向位置分布的差異對高速公路平曲線半徑選取的影響不同，故應針對我國現階段多車道高速公路交通組成特點，分析不同車道駕駛人視點橫向位置，確定合理的橫凈距，檢驗高速公路各條車道的停車視距，為多車道高速公路設計中平曲線半徑參數的確定以及安全性評價中合理確定停車視距，采取科學的安全措施提供參考。

國外學者對駕駛人視點位置的研究主要側重于利用眼動儀分析駕駛人的視覺特性[1-5]。如ZHANG等[1]通過在大霧環境下進行了實車測試，分析了駕駛人注視區域的分布特征。Hudák等[2]基于實車試驗，研究了路側廣告牌對駕駛人視線的吸引時長，利用眼動儀追蹤駕駛人眼動軌跡。Antonson[3]等通過駕駛模擬器和問卷調查研究了路側植被疏密和有無護欄對駕駛人運行速度、車輛橫向位置、掃視幅度的影響。對視覺特性的研究主要集中在自動駕駛[5]以及駕駛人分心上[6-8]。國內學者對駕駛人視點的研究主要包括：駕駛人視野范圍內注視點分布、車輛橫向位置對駕駛人視點位置的影響，以及駕駛人的行車狀態。對注視點分布的研究一般利用眼動儀記錄眼動數據，陳芳[9]等人采用眼動儀研究山區高速公路彎道路段在不同轉向、不同彎道半徑條件下駕駛人視點分布的規律。楊運興[10]等人利用眼動儀記錄駕駛人在山區挖方路段行駛時的眼動數據，結果表明挖方路段的路側邊坡容易使駕駛人產生緊張感，視點位置分布較為分散。而對駕駛人視點位置多在討論車輛視距時涉及[11-12]，楊龍清[13]基于隧道照明區段，分析了駕駛人視點、視野和視距等特征，以彩色路面隧道為試驗段，通過眼動試驗，獲取了注視點位置。孟云龍等[14-15]在計算平曲線橫凈距時均對駕駛人視點位置與車道左側邊緣線進行了界定，但并未深入分析取值依據。

綜上所述，國內外對視點位置的研究主要借助眼動儀對駕駛人眼動特性進行分析，缺乏對駕駛人視點位置進行探討，尤其對多車道高速公路不同車道管理條件下的駕駛人視點位置研究較為匱乏。駕駛人視點位置和道路橫斷面設計是決定橫凈距的重要參數，而平曲線路段橫凈距又是影響停車視距的一個主要因素[16-17]，我國《公路工程技術標準》(JTG B01—2014)(以下簡稱《公路標準》)[18]和《公路路線設計規范》(JTG-D20—2017)[19](以下簡稱《路線規范》)規定高速公路每條車道都應滿足停車視距的要求，因此有必要對不同車道駕駛人的視點位置進行深入分析，解決一直以來因視點位置不同，導致停車視距檢驗結果不同的爭議。本研究以無人機實測數據為基礎，針對多車道高速公路不同車道、不同車型駕駛人的視點位置展開研究，提出不同車道、不同車型駕駛人視點位置取值，為高速公路設計和安全性評價中停車視距的分析提供更加合理的檢驗參數。

1 目前常用視點位置分析

由于駕駛習慣和心生理特征，車輛在車道上的橫向分布位置存在一定規律。目前相關研究和規范中采用視點位置有1.2，1.5 m和行車道中心(1.875 m)3種。趙永平[20]通過調查，認為行駛時車體位于行車道中線，駕駛人視點位置在距離車道左側邊緣線1.2 m處(圖1)。王曉楠、孟云龍等[15,21]取小客車的視點位置為1.2 m；同時王曉楠[21]等取大型車的視點位置為車道中心，由于大型車寬度的原因，與距離車道左側邊緣線1.2 m相差不大。楊帆等[16]根據《路線規范》對路緣帶和路緣石距離護欄的位置規定，將視點位置定在距離左側路緣帶1.2 m處。但研究表明，不同的路側設施、道路斷面組成對駕駛人的橫向位置存在影響，導致車輛橫向位置存在偏移中線的現象[22-24]。但相關研究中均沒有試驗調查數據支撐該結論。《新理念公路設計指南》[25](2005版)(以下簡稱《指南》)中指出駕駛人的視點位置距離行車道左側邊緣線1.5 m(圖2)。目前研究中對《指南》中所建議的視點位置值的應用較少。《路線規范》中指出駕駛人視點位置位于車道寬度的1/2處，即車道中心線，視點位置為1.875 m或者1.75 m(圖3)。當車輛在靠近中央分隔帶的第1車道行駛，由于左側存在中央分隔帶，受“墻壁效應”的影響，小車駕駛人有向右遠離中央分隔帶的傾向。此時視點位置取行車道中心角合適，而大型車由于車身較寬，若視點保持在行車道中心，則右側車身將侵入相鄰車道。

圖1 駕駛人視點位置示意圖1(單位：cm)

圖2 駕駛人視點位置示意圖2(單位：cm)

圖3 第一車道駕駛人視點位置3(單位：cm)

2 多車道高速公路視點位置影響因素分析

隨著我國多車道高速公路建設與管理模式的改進，高速公路交通運行特性隨之改變，駕駛人在不同車道的駕駛行為呈現出新的規律。目前我國交通管理部門對同向行駛的大、小型車輛采用分車道行駛的管理方式。多車道高速公路主要是采取分車道限車型、限車速的交通組織管理方式。多車道高速公路不同車道管理方式不同，一般采用如下的管理方式：雙向6車道第1車道(最內側車道)一般專供小客車行駛，第2、3車道供客貨車混合行駛；雙向8車道第1車道專供小客車行駛，第2車道供小客車和各種客車(有的也供中小型貨車)行駛，第3、4車道以大貨車為主，其他各類型車輛的混合通行；雙向10車道一般為第1、2車道為小客車專用車道，禁止大型車輛通行，大型車輛可以在其他車道行駛。目前多車道高速公路上交通分布特點為：第1車道以小客車居多，最外側車道主要供載重車輛通行；行車道上限制速度與運行速度由內側至外側呈遞減趨勢。不同行駛速度下駕駛人的速度感知、側向余寬不同，也可能導致駕駛人在各行車道上的視點位置分布不同。

由于第1車道一般為小客車專用車道，靠近中央分隔帶，在高速行駛的情況下將增加駕駛人行車壓迫感；相比于其他車道，左側視野較為局限，尤其是在左偏平曲線路段，駕駛人視線受到中分帶防眩設施遮擋，一般認為駕駛人有靠車道右側行駛的傾向。中間車道多為客貨混行車道，視野較為寬闊，駕駛人傾向保持車身在車道中間行駛。最外側車道大型車占比較大，因大型車車身尺寸較大，駕駛人更傾向于靠左邊線行駛，其視點位置與小型車輛相差較大。因此不同車道位置的側向干擾不同，駕駛行為也不同，導致視點在車道內的位置也可能不同。另外，不同車型的駕駛人視線高度和車體結構寬度也會對駕駛人的視點位置產生影響，因此，確定駕駛人視點位置應區分車型。

3 高速公路不同車道駕駛人視點位置研究

3.1 數據采集方法與路段

實際車輛行駛中視點位置調查路段選擇了連霍高速陜西段(雙向8車道高速公路)，調查設備選擇大疆御MavicAir無人機，采用全景高清錄像調查的方式采集一定范圍內不同車道內車輛行駛的視頻數據，以獲取目標車道上行駛車輛在不同行車道內的橫向位置。將無人機平飛在高速公路車道正上方，飛行高度為300 m左右，采集視頻視距。數據采集期間天氣晴朗無風、車流狀態為自由流，無擁堵現象。獲得高清視頻數據后，通過回放，對不同車道內車輛行駛的狀態截圖，將提取斷面處的圖像置于AutoCAD中量取圖中兩車道邊線距離a、車身邊緣至行車道左邊線的距離b，再通過兩車道邊線實際距離為3.75 m，建立比例方程式，計算得到車身邊緣至行車道左邊線的距離D1(圖4)，駕駛人視點位置D可通過式(1)計算。

圖4 視點位置處理過程

D=D1+D2,

(1)

式中，D1為車身橫向位置，是指左車身邊緣至左側行車道邊線距離；D2為車座橫向位置，是指駕駛人車座中心至車身左邊緣的距離；D為駕駛人視點橫向位置。

為表述方便將多車道高速公路的車道按照車道功能進行分類(圖7)。第1車道為靠近中分帶外側的第1條車道，與左側路緣帶相鄰。在多車道高速公路中多為小客車專用車道，具備超車功能。行駛時駕駛人視線易受左側中分帶護欄和防眩設施的遮擋，影響停車視距。中間車道(按行車方向，以中分帶為最左側。從左到右第2車道記為中間車道1，第3車道記為中間車道2)除嚴格規定外一般為混行車道(圖5)。中間車道的車輛駕駛人除了要注意保持與兩側車道邊緣線的距離外，還要留意與左、右兩側車輛之間的距離。第4車道為靠近右側硬路肩的車道，一般為貨車專用車道，停車視距易受路基側的護欄以及挖方邊坡的遮擋。

圖5 車道分類

3.2 車身橫向位置

在多車道高速公路的管理方式下，在第1車道僅調查小客車的車身橫向位置數據；最外側車道僅調查貨車左側車身橫向位置數據；調查中間車道的全部代表車型。

最內側車道與中間車道大部分車輛的車身橫向位置相差不大；而最外側車道貨車的車身橫向位置明顯小于前者。利用Origin軟件進行樣本數據的K-S正態性檢驗(表1)。

表1 車身橫向位置數據單樣本K-S檢驗結果

當取置信水平為95%時，P值均大于0.5(表1)，即數值在0.5的水平下，樣本數據均符合正態分布，具有數理統計意義。由數理統計相關知識可知，當樣本數據服從正態分布時，樣本均值即為期望值。為使視點位置符合大多數駕駛人的特點，分析不同車道樣本85%車身橫向位置分布。

根據車身橫向位置分布情況，可得到各車道85%的車身橫向位置(表2)。由表2可看出，車身橫向位置的均值由內側車道向外側車道呈遞減趨勢；85%位視點位置在最內側車道與中間車道內也呈現遞減趨勢，而在最外側車道貨車駕駛人85%位車身橫向位置則最大。

表2 不同車道不同車型車身橫向位置

3.3 車座橫向位置

車座橫向位置D2為駕駛車座中心距左側車身邊緣的距離。調查表明(表3)，不同車輛駕駛人車座中心至行車道邊緣的距離是不同的，主要是因為在駕駛艙中，不同類型的車輛兩個駕駛座和副駕駛座之間的距離不同。

表3 不同車型車座橫向位置調查數據K-S檢驗

根據表3得知本次調查樣本數據均符合正態分布，具有數理統計意義，樣本均值即為期望值，在后續計算過程中，小客車、中型車、大型車車座橫向位置分別取值0.5，0.55，0.60 m。

3.4 不同車道駕駛人視點位置

根據式(1)，可知駕駛人視點位置為車身橫向位置與車座橫向位置之和，計算得到駕駛人視點位置如表4所示。第1車道85%位小客車駕駛人的視點位置為1.2 m，該值與文獻[16-17,21-22]采用值一樣；第4車道大型車駕駛人的視點位置為1.5 m，該值與文獻[16]采用值一致；中間車道駕駛人的視點位置為1.1 m。也與文獻[15-16,20-21]采用值非常接近。由實測數據分析結果可以看出，《路線規范》提出的駕駛人視點位置1.875 m較大，不利于安全；因貨車車身較寬，若視點保持在行車道中心，則右側車身距離行車道中心1.9 m，大于1.875 m，所以貨車必然會侵入相鄰車道，而實際情況并非如此，這說明《路線規范》的規定可能存在問題。受中分帶防眩設施的影響，第1車道小客車的視點位置要略大于第2車道。從安全角度考慮，當用視點位置確定橫凈距，檢驗停車視距時，應考慮大多數駕駛人的安全需求，建議選取第85%位的視點位置作為參考標準。

表4 不同車道駕駛人視點位置取值

4 結論

為解決一直以來在停車視距檢驗中應視點位置不同，導致停車視距檢驗結果不同的爭議。分析了多車道高速公路視點位置影響因素，采用無人機實測了多車道高速公路不同車道內車身橫向數據，數據有效性檢驗結果表明車身橫向位置符合正態分布，分析了不同車道、不同車型駕駛人視點位置特征，在此基礎上提出了多車道高速公路不同車道、不同車型85%為駕駛人視點位置建議值。研究成果為停車視距檢驗中合理確定橫凈距提供了參考。主要研究結論如下：

(1)現有相關研究中視點位置統一取1.2,1.5 m或行車道中心線存在不合理之處，應分車型、分車道考慮。

(2)研究結果顯示多車道高速公路第1車道小客車和中間車道駕駛人視點位置宜取1.2 m，第4車道大型車駕駛人視點位置宜取1.5 m。

由于篇幅和時間的原因本研究僅調查研究了雙向8車道高速公路不同車道、不同車型駕駛人的視點位置，雙向4車道和6車道高速公路駕駛人視點位置與雙向8車道高速公路也許存在差異，下一步將專門針對雙向4車道和6車道高速公路駕駛人視點位置開展研究。