八車道高速公路出口指路標志設置方案優化研究

王偉成、吳雨濤、陳飛

（1.華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014；2.東南大學交通學院，江蘇 南京 210018）

0 引言

隨著我國交通運輸需求的增長，八車道及以上的多車道高速公路新建與改擴建也在如火如荼地展開。據資料統計，高速公路的里程受傷率是普通公路的2.3 倍，里程死亡率是普通公路的4.5 倍，高速公路事故帶來的人身危險與經濟損失更大，交通安全問題亟待解決。隨著我國對交通安全的重視，近年來事故發生率、事故死亡率趨于平穩，但與發達國家相比，仍然有著不小的差距。同時，互通式立交的安全性比一般路段更值得重視。相關研究表明，出口匝道以及出口分流區的危險性最高，在高速公路出口發生的事故數量往往占整條高速公路事故總數的30%以上。而在高速公路出口路段，設置合理的交通安全設施是保障高速公路安全的關鍵。在分流區，出口前置指路標志（advance guide sign，AGS）對駕駛員及時合理變道、避免或減少交通事故的發生具有重要意義。《道路交通標志和標線》(GB 5768.2—2022)規定高速公路出口預告標志分別設置在距減速車道漸變段起點2km、1km、500m 的地點和減速車道起點，但這個距離與高速公路的設計速度和車道數無關，值得商榷。因此，如何科學合理地選定高速公路出口標志的前置距離，成為出口標志設置亟待解決的關鍵問題之一。

目前對具體設置位置的研究較少，且大多基于交通流理論，對最后一塊出口指路標志的設置位置從理論計算模型角度進行分析，結論缺乏實際工程的有效性檢驗，且忽略了多級標志間的相互影響作用。綜合考慮駕駛負荷、交通運行效率、駕駛換道長度、駕駛員短時記憶理論以及規范標志設置要求等因素，提出四組多級出口指路標志設置優化方案，建立綜合評價模型，得到推薦方案。該研究為多車道高速公路出口路段的指路標志設置提供理論參考，對于提升高速公路交通安全具有一定指導意義。

1 擬定優化方案

在高速公路上，駕駛員對標志的記憶能力以及標志遮擋是影響標志設置間隔最主要的因素。根據目前的相關研究，駕駛員對于交通標志信息的記憶維持時間較短。

一方面，如果前置距離過長、間隔較大，駕駛員在大腦中記憶的相關信息很容易被其他信息沖散覆蓋，從而導致對道路信息無法清楚、持久感知。

另一方面，過長的行駛距離可能使駕駛員對交通標志的正確性產生疑慮，為安全行駛埋下隱患。研究表明，年齡、性別以及駕駛的熟練度能夠顯著影響短時記憶。根據現場實車試驗，發現駕駛員對交通標志信息的記憶量隨時間的變化規律為“先快后慢”，呈現指數型分布。駕駛員短時記憶回歸曲線見圖1，一般認為在25s 左右，駕駛員仍然能保持95%的標志信息記憶的準確率。

圖1 對于標志的短時記憶變化曲線

針對不同駕駛員的遺忘規律，考慮高速公路的運行速度為80～120km/h，將記憶時間換算為距離長度，得到記憶長度為500～1000m，因此認定高速公路上標志的重復間隔應該在500～1000m 之間。從道路安全的角度出發，對于新建多車道高速公路項目的互通出口標志牌需要增設級數基本已達成共識，但在設置四級、五級、六級指路標志的問題上研究較少，各工程項目也存在一定差異。綜合考慮駕駛負荷、交通運行效率、駕駛換道長度、駕駛員的短時記憶理論以及規范標志設置要求等因素，提出四組多級出口指路標志設置優化方案，如表1所示。

表1 多級標志設置優化方案

2 試驗方案設計

2.1 被試者招募

此次試驗共招募到30 名持有駕照的志愿者，男性21 名，女性9 名，男女試驗人員比例與目前我國男女駕駛人員比例相近。身體狀況良好，無色弱、色盲。經核查，依據中心極限定理經驗法則，樣本量不應小于30。試驗人員年齡分布在22～34 歲，平均年齡為25.22 歲，標準差3.78，駕齡分布在2～12年，平均駕齡為4.84年，標準差為2.76。

2.2 試驗儀器

采用設備有道路建模軟件UC-win/Road、眼動儀Tobii Pro Glasses、八通道生理反饋儀Infiniti 3000A、汽車模擬器Forum8。

2.3 試驗場景

以滬寧高速（江蘇段）的竣工數據作為現實依據，以其縱、橫斷面數據和平面數據為主要框架，駕駛仿真軟件UC-win/Road 建立八車道高速公路仿真模型，排除道路線形條件對試驗數據的干擾。

2.4 試驗過程

每名試驗人員根據設置方案進行模擬試驗，以隨機順序在按多級標志方案布置的5 個路段行駛，每次從出口匝道駛出。在每次試驗完成后，讓試驗人員對目的地搜尋記憶難度進行打分，分數為0～10 分。對目的地越了解，則分數越高。整個試驗分前期準備、駕駛練習、告知任務、駕駛開始和結束任務五個階段。試驗結束后，通過Bio-Neuro、Tobii Pro Lab 及UCwin/Road 相關軟件平臺，導出原始數據，進行初步數據預處理。

3 指標選取與分析

標志設置既要滿足規范性、實用性，也要綜合考慮整體的經濟性。從駕駛員、交通運行效率、經濟成本三個角度選取搜尋記憶難度打分、駕駛負荷、駕駛風格、換道次數、標志數量等五個指標進行分析，下面針對各個指標的具體含義做進一步闡述。

搜尋記憶難度打分：將指標定義為駕駛員對標志牌視認記憶的主觀感受，0 分代表記憶難度最低，10分代表記憶難度最高。

駕駛負荷：采用相應結論綜合駕駛負荷指標CIDL，由瞳孔直徑、腦電、心率、加速度、方向盤轉角等多維度綜合處理得到，用來表征駕駛員在高速公路出口的精神壓力、任務負荷程度，指標數值越大，則代表駕駛負荷越大。

駕駛風格：根據對試驗結果的初步觀察，雖然駕駛員的駕駛風格有差異，但是同一位駕駛員在不同場景下，有可能呈現出不同的駕駛表現。將延遲變道與多次交織定義為風險較大的駕駛風格，根據采取該行為人數的多少來對方案的優劣進行評判。

換道次數：換道次數越多對交通流造成的干擾越大，從而影響高速公路的通行能力。因此，換道次數越多，則優劣評判越低。

標志數量：在此次試驗中，默認標志設置形式為最后一塊門架型+其他路側型的組合結構。因此以標志的數量來衡量標志方案的經濟性，標志數量越多，則經濟性越差，評分越低。

通過SPSS 數據分析軟件，分析5 種指路方案對各個指標的影響，發現方案對駕駛員主觀感受、操控行為、車輛運行狀態方面的影響不同。對多級標志設置方案進行比選。各指標打分情況如表2所示。

表2 在5 種顯著指標下的優劣排序

多級標志設置方案比選表明：

其一，標志牌的數量能顯著影響駕駛員對目的地的視認搜索記憶；

其二，優化方案能顯著降低駕駛負荷，通過對比優化方案之間負荷，在設置多塊出口指路標志時，1.5km 處的出口指路標志至關重要，對駕駛行為有著較大的影響；

其三，不同的方案對駕駛風格有著顯著的影響，當標志牌數量過多時，換道次數增加，同時也帶來危險駕駛行為的增多。

4 綜合評價模型構建

在確定了具體的得分后，需要對各個指標的重要性進行衡量。權重系數的確定一般分為主觀法和客觀法兩種，客觀法更具優勢。目前比較常用的客觀賦權法有變異系數法、獨立性權數法、熵權法、標準離差法和CRITIC 法。CRITIC 法既考慮了指標之間的差異，也考慮了指標之間的共性，因此認為CRITIC 法是一種較為理想的客觀權重確定方法。

在確定權重系數后，需要選取合適的評價模型。線性綜合評價模型針對性強，簡單明晰，能清楚地展示幾個指標間的關系，并得到一個綜合的評價值。因此選擇線性綜合評價模型。

各指標的權重系數如表3所示。在構建的綜合評價模型時，目的地記憶在多級標志的設置中既是最為重要的因素，也是指路標志原本的作用。而駕駛負荷、駕駛風格、換道次數、標志數量等因素對出口指路標志的設置影響占比在15%～20%之間。

表3 評價指標的對比強度、沖突性、信息量和權重系數

對比三級標志設置，相比于現行方案如表4所示，優化方案1 中，最后一塊出口指路標志前置距離充足，駕駛員的駕駛負荷保持穩定水平，整體運行效率更高。如考慮對現狀標志牌設置基礎上優化，增加標志牌設置數量的優化方案2、3、4，也能有效降低駕駛員在高速公路出口段的駕駛負荷。但隨著標志牌數量的增加，并沒有展現出更大的優勢。總體上優化方案1（三級標志）與優化方案3（五級標志）的性能表現較為優異。考慮800-1500-2500 三級標志與目前規范的500-1000-2000 三級標志要求無法適應，相關成果可作為后續規范修訂完善時提供參考。采用五級標志，運營優勢更為明顯。

表4 綜合評價結果

5 結語

在八車道高速公路出口多級指路標志設置場景下，駕駛員駕駛換道行為更加多變，可以通過對標志設置方案的優化，實現對駕駛員駕駛行為的規范，從而達到保障交通安全、通暢運行的目的。

對八車道高速公路出口多級指路標志設置優化進行研究，優化后的三級標志與五級標志表現較為良好。考慮800-1500-2500 三級標志與目前規范的500-1000-2000 三級標志要求無法適應，采用500-1000-1500-2000-3000 五級標志，適宜于當前的工程建設，更具合理性與操作性，具體項目可結合出入口間距和工程造價因素參考應用。