基于運行速度的隧道行車安全分析研究

丘曉堅

(廈門中平公路勘察設計院有限公司 廈門市 361009)

1 概述

我國的公路隧道建設里程及速度的增長均十分迅速[1]。截止2018年，全國共有公路隧道17738處、總長1723.61萬米，其中特長隧道1058處、470.66萬米，長隧道4315處、742.18萬米[2]。近十年公路隧道的增加如圖1所示。但是在隨著公路里程和數量增加的同時，隧道的安全運營也面臨著巨大的考驗。在隧道區段內發生交通安全事故會造成極大的經濟損失和社會影響。

圖1 隧道的數量及里程變化趨勢圖

針對特長隧道的交通安全改善研究近年來受到越來越多學者的關注。張晉偉在充分考慮駕駛員影響因素的基礎上，分析了隧道內的車速變化規律，為隧道內的車速分析提供了參考[3]。張生瑞以北京-珠海高速公路韶關段背椅山隧道為對象，分析了高速公路隧道前路段、入口段等幾個典型區段的車速變化特性，給出了以運行車速為控制目標的交通安全策略[4]。2010年張文斌等人以秦嶺隧道和朱雀隧道的速度特性和空間特性，提出了隧道危險區段的識別方案，為高速公路隧道的交通安全分析提供了較高的參考價值[5,6]。王亞群則分析了秦嶺隧道內的小客車車速變化規律，得到了隧道入口處和中間段的車速變化過程，為特長隧道全長的車速變化規律研究提供了重要的研究基礎。而方靖則通過跟車試驗研究了不同長度的隧道內大型車車速的變化規律。因此研究車速對評價道路的運行安全具有重要的作用。

目前針對隧道的安全評價方法較多，主要通過線形指標、駕駛員的生理心理參數等[7-9]進行研究。在隧道內行車是人-車-隧道耦合作用的過程。隧道及其環境是影響駕駛員視看環境的主要因素，人通過觀察分析隧道行車環境和交通情況，產生不一樣的行車安全，造成不同的生理心理特征，從而產生不一樣的駕駛行為，從而表現出車輛運行狀態的差異。不同行駛狀態的車輛是造成交通事故的直接原因。因此分析特長隧道內的車輛運行車速的變化過程，對研究隧道的行車安全具有重要的作用。

2 現場試驗概述

2.1 試驗目的

通過現場實測特長隧道內的實際運行車速，分析特長隧道內的行車安全性，從而得到隧道內車輛的車速變化規律，為評價特長隧道內的行車安全提供參考價值。

2.2 試驗概述

雷達測速儀具有攜帶方便、測速精度高的優點，因此是最常用的測速手段之一。本次試驗采用雷達窄波測速方式，能有效地在300m以內對車速進行測量，測量精度±2km/h，測量范圍5～320km/h，特別適用于運動的車輛測速，具有操作簡單、測量反應速度快、精度高的優點。

通過前期的調研，選取了某特長隧道為試驗對象。該隧道車流量較少，其車輛的運行速度受交通的影響較小。利用高精度的雷達測速儀對特長隧道的入口、過渡段、中間段、出口段等不同斷面的小車車速進行實測并及時記錄。在測量的過程中盡量保證自己的隱蔽性，避免對車輛運行造成干擾，從而影響實驗結果。

2.3 數據記錄

每段斷面足夠的數據樣本數量是保證測量結果準確的前提。樣本的數量由下式計算確定[10]:

n=(σk/E)2

(1)

式中：N—最小樣本量；

E—車速觀測值允許誤差(km/h)，其值取決于平均車速要求的精度，根據測速儀的性能和試驗要求，本次允許誤差取E=2.5km/h；

K—置信水平系數，正太分布的k值如表2所示。

表2 k值取值表[11]

3 試驗數據處理及分析

實際駕車過程中，個別司機存在嚴重超速等極端行為，因此可能對測量的數據結果產生影響，因此需要對車速的正態性進行檢驗，只有滿足正態分布的地點車速才能代表該斷面的車速分布規律。

SPSS軟件是集數據錄入、整理、分析功能于一身的統計分析軟件，能夠進行描述性統計、正態分析等多種數據處理。因此通過整理隧道各個斷面的車速數據，并采用SPSS軟件對不同斷面的車速進行數據分析，將其中的異常值進行分析篩選，得到了不同斷面的車速分布規律，如圖2～圖5所示。

圖2 隧道入口處的地點車速分布

圖3 隧道照明過渡段的地點車速分布

圖4 隧道中間段的地點車速分布

圖5 隧道出口段的地點車速分布

由圖2～圖5可知，從整體上來看，特長隧道各個斷面的測速都滿足正態分布規律。在每個斷面的車速分布中，處于車速分布范圍中間的觀察頻數最多，也就是說每個斷面中，處于中間行車速度的車輛數最多，而車速過大或者過小的車輛數都比較少。

(1)在隧道的入口段，絕大部分的車輛行車速度都在74～89km/h，占到了該斷面車速的51%。而出現頻率最高的是84～89km/h，占到了該斷面車速分析的43%，由此可見，在隧道入口處的小車存在比較嚴重的超速現象。這是因為駕駛員在進入隧道之前，行車速度比較快，在到達隧道口時未能將車速控制在安全車速80km/h范圍內。由于隧道入口處存在明顯的“黑洞”效應，因此隧道入口處存在一定的行車安全隱患。

(2)分析圖3可知，在隧道的照明過渡段范圍內，車輛的整體車速都呈現出降低的趨勢。最高車速未超過88km/h。出現頻率最高的車速分布在68～78km/h之間，占到了該斷面車速的52%。但從交通心理學的角度可以分析得出，由于駕駛員在隧道中不能及時看清隧道內的環境和交通情況，為了保證行車安全，在進入隧道后有一個明顯的減速過程。

(3)而在隧道中間段的車速分布規律可以看出，分布在73～78km/h的車速區間的車輛最多，占到了該斷面觀察頻率的41%。但車速在80km/h及以上的車輛數明顯高于隧道過渡段，這說明車輛在隧道內行駛一段時間之后，駕駛員存在提速離開隧道的心理狀態。由交通心理學可知，由于特長隧道內的環境比較單調，駕駛員在隧道內長時間行車之后，會出現急躁不安的心理狀態，有快速逃離隧道的“逃逸”心理，因此車速比隧道過渡段斷面的車速更高。

(4)在隧道出口段時，絕大部分車輛的車速都在78km/h以上，超過隧道規定限速80km/h的車輛數占到了觀察總數的89%，存在嚴重的超速行為。究其原因，經過在隧道內的長時間行車后，在駕駛員到達洞口時，駕駛員壓抑的情緒得到了充分的釋放。出隧道后駕駛員的視野變得明朗，因此車速呈現出巨大的上升趨勢。

通過以上的分析可以看出，車輛在隧道入口和出口存在明顯的超速行為，是特長隧道行車的危險地段。因此需要隧道出入口設置一定的交通安全措施，改善隧道的行車安全。在隧道出入口一定距離范圍內，設置振動減速標線及重復設置限速標志牌等，起到提醒駕駛員合理控制車速，將車速降低到安全車速范圍內，對保證隧道的行車安全具有重要的意義。

4 結論與建議

4.1 結論

通過以上對特長隧道內多個斷面的車速分布的規律研究，得到了以下幾個重要的結論：

(1)隧道入口處車速在74～89km/h范圍內的車輛占到了觀察數的51%，出現頻率最高的車速范圍為84～89km/h，存在一定的超速現象。

(2)由于駕駛員不能及時看清隧道內的交通情況，為了保證行車安全，車輛在隧道過渡段具有明顯的降速過程。

(3)由于隧道內的環境比較單調，駕駛員在隧道中間段的行車速度比過渡段有一定的增加，表現出快速逃離隧道的駕駛心理。

(4)由于駕駛員長時間在隧道內行車的壓抑心理得到釋放，車輛在隧道出口段存在明顯的上升趨勢，存在嚴重的超速行為。

4.2 建議

根據隧道各個斷面的車速分布規律，提出了隧道出入口是行車的危險斷面，該區段需要采用較為包容性的路線平縱指標，并采取相應的交通安全措施提升特長隧道的行車安全。