基于視認特性的公路隧道限速標志位置研究

劉國貴 勞春江 陸遠迅

(重慶交通大學交通運輸學院，重慶 400000)

基于視認特性的公路隧道限速標志位置研究

劉國貴 勞春江 陸遠迅

(重慶交通大學交通運輸學院，重慶 400000)

在對駕駛員視認標志過程與駕駛特性進行分析的基礎上，建立了駕駛員對隧道限速標志的視認距離公式和車輛減速距離公式，進一步得到隧道限速標志縱向前置距離，為確定隧道限速標志的位置提供依據。

隧道，限速標志，視認距離，前置距離，標志位置

隨著我國高速公路建設的推進，高速公路建設取得了長足進步。東部和沿海等地區高速公路路網密度相對較高，高速公路建設正在向中西部等欠發達地區推進。為了優化道路線形、穿越山嶺、減少大填大挖等，高速公路常修建隧道，隧道也成為山區高速公路的重要構造物。在一些已建成的高速公路中，隧道占比也十分的高。由于隧道路段行車環境突變，導致其易成為事故多發區，因此，在隧道路段常常采用降低行車速度的方法來應對。在交通工程中，通常采用在隧道進口前設置隧道限速標志把限速信息提供給駕駛員。隧道限速標志是禁令標志的一種，其所示的限速信息具有限制作用，駕駛人員應嚴格遵守[1]。GB 5768.2—2009道路交通標志和標線和《公路交通標志和標線設置手冊》等雖對警告標志的設置位置(前置距離)進行了說明，但針對隧道限速標志的設置位置卻未詳細說明，所給標志前置距離的計算方法也是根據十字路口設置指路標志來說明的[2]。在行車過程中駕駛員對交通標志的認知過程可分為：覺察—識別—認讀理解—決策—動作反應五個階段[2]。本文將通過駕駛員對隧道限速標志視認過程和駕駛特性進行分析，建立隧道限速標志設置的前置距離公式，并給出應用實例，希望對交通設計人員有所幫助。

1 隧道限速標志的視認和減速分析

1.1 駕駛員視認和減速過程

駕駛員在隧道進口段對隧道限速標志的視認和減速過程見圖1。圖1中標明了該過程的幾個特征點，分別是發現點A、認讀點B、讀完點C、消失點D、行動點E、限速標志點F和減速完成點G等。在A點駕駛員發現前方限速標志，但并未開始讀取限速標志上信息；在認讀點B處駕駛員開始讀取標志上的限速信息，并在讀完點C完成限速信息識讀；在完成限速標志信息識讀后，駕駛員有一個信息處理和反應過程，此時車輛已行至行動點E，在E點開始采取減速措施(車輛已開始制動減速，不包括換腳和踩下制動踏板等動作距離)；由于視角等因素，行駛到消失點D處駕駛員已無法看到標志上的信息。

結合圖1，駕駛員要完整的獲得限速信息并在行駛至隧道進口之前完成減速動作，需滿足以下條件：1)要保證完成點G處在隧道進口之前，這需要駕駛員有足夠的時間和空間來完成減速操作；2)消失點D在讀完點C之后，否則駕駛員不能獲得完整的限速信息。本文主要討論滿足條件1)的隧道限速標志設置位置，條件2)本文不作討論。

1.2 車輛減速距離求解

1.2.1 限速標志的認讀距離

中國公路學會編寫的《交通工程手冊》中，將認讀點B到讀完點C的這段距離稱為認讀距離[3]，本文用L0表示，認讀標志所需時間為1 s～2 s。文獻[4]基于限速標志內容為固定數字，且限速值為“10”的倍數的原因，而將認讀點B與讀完點C合并，把限速標志的認讀時間作省略簡化處理。目前，由于隧道分車型限速標志等的采用，對行駛車輛隧道限速管理越來越細化，限速標志的版面復雜程度有所增加，也增加了駕駛員認讀限速標志的時間。因此，在對隧道限速標志做視認分析時，標志的認讀時間/距離不宜作省略處理。考慮隧道限速標志復雜程度沒有指路標志那么繁復，結合《交通工程手冊》中的標志認讀時間，并考慮行車安全，取隧道限速標志認讀時間為1.5 s，此時車輛行駛速度為路段行駛速度V0(m/s)，故認讀距離L0為：

L0=1.5×V0

(1)

1.2.2 駕駛員反應距離

駕駛員在C點認讀完限速信息后，并未立即采取減速措施，這是由于駕駛員有一個反應時間，在這一時間內駕駛員要做出是否采取減速措施的判斷，在反應時間內還包括了駕駛員換腳和踩制動踏板的時間。根據相關研究[5]，駕駛員識讀完限速標志后的反應時間在0.5 s～1 s之間，為保證駕駛員都有充足的反應時間，本文取其極限值，反應時間為1 s。根據相關研究[4]，換腳和踩下制動踏板動作時間共約為0.3 s。因此，駕駛員反應時間為1.3 s。在反應時間內行駛車輛仍保持路段行駛速度V0，那么車輛在該段時間內的行駛距離L1為：

L1=1.3×V0

(2)

1.2.3 車輛減速距離

駕駛員在行動點E開始制動減速，在減速完成點F完成減速動作，這一過程又可分為兩個階段。第一階段內，車輛對駕駛員的制動動作開始做出響應，制動踏板逐漸下壓，車輛作變減速運動；第二階段內，駕駛員根據行駛經驗，已將制動踏板下壓到位，車輛開始做勻減速運動。

1)第一階段行駛距離L2。

該時間段內行駛車輛做變減速運動，減速度由0開始增加到一個確定的值a1，速度由V0降到V1，V1(m/s)為車輛做變減速運動的末端速度。根據車輛工程學的相關原理，a1與車輛的路段行駛速度V0有如下關系式：

a1=0.052 4V0-0.121 5

(3)

由變減速到勻減速運動這一過程持續時間一般為0.3 s，且a1服從線性關系，那么在該過程的末端速度V1可表示為：

(4)

則第一階段車輛行駛的距離L2為：

(5)

2)第二階段行駛距離L3。

這一時間段內車輛做勻減速運動，減速度值為a1，其速度由V1降到VC，VC(m/s)為隧道限速標志確定的限速值。由運動學知識，可得第二階段內車輛行駛距離為：

(6)

3)減速距離公式。

綜合以上分析，可得出駕駛員在讀完隧道限速標志后，到減速完成點G的減速距離L′為：

L′=L1+L2+L3

(7)

2 隧道限速標志的視認距離

2.1 標志的視認距離公式

(8)

其中，LV為隧道限速標志視認距離；h為限速文字高度；α為駕駛員對文字識別的視角。

2.2 隧道限速標志的視認距離

GB 5768.2—2009道路交通標志和標線對限速標志的版面尺寸有相應規定[1]，見表1。

表1 限速標志版面尺寸

通過在AutoCAD軟件中畫出表1尺寸的限速標志，可測出限速數字高度，見表2。

表2 限速值字高

用2.1節視認距離公式，取視角α=13′，可求得不同運行速度下的視認距離，見表3。

表3 視認距離LV

3 隧道限速標志設置位置分析

隧道限速標志的設置目的在于降低車輛在隧道段的運行速度，減少交通事故的發生。因此，需在車輛行駛至隧道洞口之前使車輛速度降到限速值下，即減速完成點G需在隧道進口之前。結合圖1，可得隧道限速標志前置距離FG：

FG=L0+L′-LV=L0+L1+L2+L3-LV

(9)

隧道限速標志到隧道入口距離需不小于FG，行駛車輛才能在行駛至隧道洞口之前使車輛速度滿足限速要求。

4 實例應用

以某新建高速公路為例，該路地處山區，主線采用雙向六車道標準設計。主線一般段采用分車型限速方案，具體限速值為：小型車120 km，大型車100 km。在進入隧道路段前，設置組合式隧道限速標志，隧道內限速值為：小型車100 km，大型車80 km。通過以上的公式計算可得視認距離LV=128.2 m，對于小型車：L0=49.99 m，L1=43.33 m，L2=9.88 m，L3=99.46 m，故小型車限速標志前置距離FG1=74.46 m；對于大型車：L0=41.67 m，L1=36.11 m，L2=8.17 m，L3=99.97 m，故大型車限速標志前置距離FG2=57.71 m。因此，對于組合型隧道標志，其前置距離FG=max{FG1,FG2}=max{74.46,57.71}=74.46 m。最后，本項目選擇限速標志的合理前置距離為75 m，即隧道限速標志的位置設在隧道洞外距離隧道進口75 m處。

5 結語

隧道作為公路的重要構造物，其也是交通事故常發路段，對隧道路段進行限速可以降低交通事故率。本文基于駕駛員對隧道限速標志的視認分析和減速過程中的駕駛特性分析，建立了駕駛員對隧道限速標志的視認距離公式和車輛減速距離公式，并進一步求得了隧道限速標志縱向前置距離的求解公式，并給出了工程應用實例，其結論對交通工程設計人員有一定借鑒意義。

[1] GB 5768.2—2009，道路交通標志和標線[S].

[2] 交通部公路科學研究院.公路交通標志和標線設置手冊[M].北京：人民交通出版社，2009：31-33.

[3] 中國公路學會《交通工程手冊》編委會.交通工程手冊[M].北京：人民交通出版社，1998：1002-1003.

[4] 姜 明.基于駕駛員視認與駕駛特性的速度控制類標志前置距離計算模型研究[J].公路,2011(11):99-104.

[5] 李中原,李爽爽.基于人因工程學的交通信息顯示屏設計方案研究[J].智能建筑與城市信息,2010(2):85- 87.

Research on positions of speed-limit signs of roads and tunnels based on visual recognition

Liu Guogui Lao Chunjiang Lu Yuanxun

(TrafficandTransportationCollege,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400000,China)

Based on the analysis of drivers’ visual recognition process of signs and driving features, the paper establishes the visual recognition distance formula of tunnel speed-limited signs and vehicle speed-limit distance formula, and concludes the longitudinal front distance of tunnel speed-limit signs, so as to provide some reference for the location of tunnel speed-limit signs.

tunnel, speed-limit sign, visual recognition distance, front distance, sign location

1009-6825(2015)07-0128-02

2014-12-31

劉國貴(1988- )，男，在讀碩士； 勞春江(1988- )，男，在讀碩士； 陸遠迅(1990- )，男，在讀碩士

U491.52

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