隧道中央隔離設施安全效果的模擬評價研究＊

郭鳳香 熊 堅 劉洪啟 秦雅琴 萬華森

（交通部公路交通安全工程研究中心1） 昆明理工大學交通工程學院2） 650500）

0 引 言

中央隔離設施一般用于城市道路，以保證交通流的暢通和行車安全，其設置形式是人們普遍關注的一個問題.近年來，人們開始重視城市道路交通隔離設施的安全性分析的相關研究［1］，出現了利用虛擬現實技術對道路及其相關設施進行評價的方法［2－4］.本文以云南小磨路 K109＋600～K122＋024路段上的隧道群為樣本，對隧道內使用的3種中央隔離設施：可倒伏示警柱、視覺標線、常規標線（無設施）進行效果評價.通過駕駛模擬實驗，獲取汽車相關的動態參數，從速度、速度標準差、車輛行駛的橫向位置及標注差幾個方面進行對比分析，為非分離式隧道中央隔離設施的設置提供設置依據.

1 仿真實驗方法［5－6］

1.1 駕駛模擬實驗場景的建立

本次研究對象為樣本路段上的3個隧道：壩卡隧道、勐臘1號和2號隧道.研究中，將這3個隧道分別命名為1號隧道、2號隧道、3號隧道，根據相關數據資料，完成了包含3個樣本隧道在內的三維虛擬實驗路段的靜態模型.其中，在隧道內設置了上述3種隔離設施（用于評價），使隧道內駕駛實驗處于自然狀態，為保證車速在隧道內的平穩狀態在每個隧道前后延續了一定的路段距離.

根據研究及評價內容，為了增強實驗過程的隨機性和實驗結果的有效性，并考慮提高實驗效率，對3個樣本模型隧道進行了排列組合，建立了3個實驗場景組，分別表示為T1，T2，T3.各組的隔離設施的設置如表1所列.

表1 實驗場景組

為營造出真實的駕駛環境，在實驗樣本路段需要加載一定的車流，為了避免車流影響駕駛員（受試者）對車速的選擇，將交通流設置在對向車道；同時在駕駛模擬車輛的前、后方（同車道上）也設定了一定的車輛.另外，在2號隧道內加載了行人，以考察行人的影響；在3號隧道設置了前置車，以考察超車情況.圖1所示為模擬實驗場景隧道內外的拾取圖.

圖1 三維虛擬實驗場景

1.2 受試駕駛員

選取40名駕駛員進行駕駛模擬實驗，其中男性25人，女性15人，年齡在28～48歲之間，駕齡最低5 a，最高24 a，平均駕齡13 a.實驗前先讓受試駕駛員熟悉并適應駕駛模擬器，并在預備路段上進行預駕駛，適應后開始正式實驗.

1.3 實驗過程

每位駕駛員要完成3個實驗場景組（T1，T2，T3）的實驗（順序隨機抽取），這樣可以保證每種場景下都有40組數據進行分析.根據實驗場景隧道中有行人及無行人2種情況，又將實驗人員分為2個組，每組20人；第一組做有行人實驗，第二組做無行人實驗，見表2.實驗時實時的記錄下車輛的位置與車速等動態參數，駕駛員完成實驗后填寫問卷.

表2 受試人員分組

1.4 實驗數據采集及處理

在實驗時，模擬系統計算機每隔0.01 s記錄一次數據，記錄的數據包括車輛的行駛坐標、速度、加速度等.由于采集的參數都是基于時間記錄的，因此要將其轉換為基于道路里程的數據，以便分析車輛的軌跡及相關速度及加速度.為了便于分析，選取1號隧道的入口前200，100 m；隧道入口、入口后100，200 m；隧道中部、出口前200，100 m；隧道出口、出口后100，200 m等11個點；及2號隧道的入口前100，50 m；隧道入口、入口后50，100 m；隧道中部、出口前100，50 m；隧道出口、出口后50，100 m等11個點作為特征點，分析車輛速度及車輛行駛軌跡橫向位置（車輛中心與道路中樁之間的水平距離）.

2 實驗數據分析

2.1 速度分析

車速是評價隧道隔離設施的一個主要指標.汽車在公路上行駛速度的分布與事故率具有一定的性關系，一般說來，速度離散度越高，道路安全性越差［7］.在隧道內，由于空間、亮度的限制，速度離散程度對安全性的影響更為明顯.

圖2為1號隧道實驗路段各個特征點的速度分布情況.進一步統計了隧道入口段、中間段、出口段的平均速度標準差如表3所列.

表3 1號隧道各段的平均速度標準差 k m／h

圖2 1號隧道各特征點在3種設施下的速度復合誤差條圖

從圖2及表3中可以看出，在隧道各特征點處，3種設施下的速度大小及變化趨勢基本相同.但從速度的離散程度來說，在隧道入口處，常規標線的程度離散程度較小；在出口處，3種設施的速度離散程度差別不大；在隧道中間段，常規標線的速度離散程度遠遠大于可倒伏示警柱和視覺標線；3種設施中，可倒伏示警柱的離散度最低.

2.2 橫向位置分析

車輛行駛軌跡橫向位置的均值和標準差表征了車輛行駛時的橫向位置及波動情況，即考核汽車在車道內行駛的軌跡及橫向穩定性［8］.圖3為1號隧道內各特征點處車輛軌跡橫向距離及誤差條圖.進一步統計隧道入口段、中間段、出口段的軌跡橫向標準差如表4所列.

圖3 1號隧道特征點下3種設施的復合橫向位置誤差條圖

表4 1號隧道各段的軌跡橫向位置標準差 m

從圖3及表4中可以看出，在隧道入口段，中間段及出口段，可倒伏示警柱的車輛橫向位置均大與其它兩種設施，即車輛軌跡距中樁的距離最大，且波動小于另外兩種設施.

2.3 行人影響分析

為了分析了3種隔離設施在有行人時的車輛運行情況，在2號隧道對有無行人的情況進行了對比分析.表5為3種隔離設施在有無行人兩種情況下各特征點的速度對比情況，從表中看出，有行人時的平均車速降低，但從圖4有行人時2號隧道內3種設施下的車速分布情況來看，3種設施速度下降幅度不同，可倒伏示警柱隔離設施情況下降幅度最大；另一方面，有行人時，速度的離散程度減小，駕駛更為謹慎.從圖4中還可以看出，在隧道入口處速度的離散程度比較大，然而在進入隧道至出隧道的過程中有逐漸減弱的趨勢.

表5 2號隧道各特征點有無行人兩種情況平均速度對比表 k m／h

圖4 有行人時2號隧道內3種設施下的車速復合誤差條圖

表6為3種隔離設施在有無行人兩種情況下各特征點的車輛軌跡橫向位置對比情況，從表中可以看出，在3種設施下，有行人時的車輛行駛軌跡橫的向距離均小于無行人時的橫向距離，即車輛更靠近隔離設施行駛.圖7所示為行人對車輛軌跡的影響.但從圖中可以看出，從隧道入口到隧道出口的8個特征點，可倒伏示警柱的車輛軌跡橫向位置的波動情況小于其他2種設施.

表6 2號隧道各特征點有無行人兩種情況車輛軌跡橫向位置對比表 m

圖5 有行人時2號隧道各種設施的橫向位置復合誤差條圖

2.4 超車情況及問卷調查

為考察隧道內設置不同隔離設施時駕駛員的超車情況，在3號隧道內設置了速度為40 k m／h的前置車，但參與實驗的40名駕駛員行駛到該處時，無論對向車道是否有車，3種隔離設施下駕駛員都采取了剎車減速跟行，無一人超車.

為獲得駕駛員對3種隧道中央隔離設施完成模擬實驗后都進行了問卷調查，以獲得受試者主觀評價.問卷調查中，絕大多數駕駛員都認為模擬隧道的逼真性較好：67.5%的人認為模擬隧道的逼真度到80%以上，97.5%的人認為模擬隧道的逼真度到60%以上，并且認為駕駛時接近真車感覺；另外，對于實驗的內容，駕駛員僅以實際感覺駕駛，并不知道實驗目的；針對3種隔離設施的駕駛感覺，75%駕駛員認為可倒伏示警柱相對于另外兩種設施具有較好的安全感.

3 結 論

1）用于評價的3種隧道內隔離設施對車速的平均速度影響不大.

2）使用可倒伏示警柱和視覺標線隔離設施，隧道中車速的離散程度（標準差）相對于普通標線明顯減小，并且在整個隧道中車輛運行相對平穩.

3）可倒伏示警柱隔離下的車輛軌跡偏離隔離線最遠，其次是視覺標線，常規標線.說明由于視覺的影響，可倒伏示警柱隔離設施會使車輛略偏右行駛，但偏離變化的幅度較另外兩種設施小，說明車輛行駛的直線性較好.

4）在有行人的情況下，3種隔離設施下的車速均有下降，且速度的離散度總體減小，其中可倒伏示警柱速度下降最大；另外有行人時，車輛行駛更靠近隔離線.車輛的軌跡的橫向變化幅度也有所減少.

5）總體來看，可倒伏示警柱和視覺標線有利于隧道內的行車安全，除去成本因素，可倒伏示警柱的安全性會更高些.

［1］邵春福，曹曉飛.城市道路中央隔離設施的交通安全與景觀研究［J］.中國安全科學學報，2004，14（9）：39－42.

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［5］郭鳳香，熊 堅，秦雅琴，萬華森.基于駕駛模擬實驗的85%位車速預測模型［J］.交通科技與經濟，2010，12（3）：104－107.

［6］秦雅琴，熊 堅，劉洪啟.山區公路爬坡車道的交通特性及駕駛安全性模擬評價［J］.公路交通科技，2010，27（11）：122－126.

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