大型露天礦交通標志設置位置研究

楊國華，王曉俊，董朝輝

(1.中國神華哈爾烏素煤炭分公司露天煤礦，內蒙古 準格爾旗 017000；2.中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

道路交通標志是指導駕駛員駕駛行為的一種專用符號語言，駕駛員識別交通標志的過程包括檢測、識別、理解[1]。交通標志的檢測、識別、理解主要通過視覺媒介進行信息傳導。交通標志的可視效果受道路條件、車速等多方面限制后會產生視角盲區，盲區會阻礙駕駛員獲得完整的交通信息。露天礦區所用車型設備外廓尺寸大，車速小，駕駛員靜態盲區較大，動態盲區較小，對標志牌的設置限制與傳統公路標準存在差異，傳統公路標志難以滿足標志牌的功能需求。

目前黑岱溝、哈爾烏素露天礦采用了新的露天煤礦礦山道路交通標志制作使用企業標準。為了指導露天礦生產作業區道路交通標志的位置設置，滿足生產作業區的駕駛人員的認讀需求，達到露天煤礦安全生產目的。也為了實現我國露天煤礦安全、綠色、高效可持續發展，本文對露天煤礦礦山道路交通標志設置位置與視認行為關系進行了研究。

1 駕駛員視認行為分析

1.1 駕駛員視認行為基本過程

駕駛員對于交通標志的認知過程[2]如圖1所示。假定交通標志設置于道路右側，距離道路右側邊界1m距離。駕駛員自A點發現交通標志開始至C點完全獲取交通標志信息，完成對于交通標志的初始認知過程；由C點至E點進行交通標志的信息分析與操作行為判斷；E點至H點為操作行為開始到完成的距離。

圖1中給讀點B至讀完點C的距離為閱讀距離j、讀完點C至動作點E為決策距離i、動作點E至動作結點H為行動距離L。給讀點B至標志G的距離稱為視認距離s；讀完點C至標志G的距離稱為讀后距離y；消失點D至標志G的距離稱為消失距離k。為保證駕駛員從容讀完標志內容，讀后距離y不應小于消失距離k。

y+x-i≥L；y≥k

圖1 駕駛員獲取標志信息并進行駕駛操作過程

1.2 駕駛員視認限制因素

1.2.1 盲區

交通標志的檢測、識別、理解主要通過視覺媒介進行信息傳導，因此人的眼球功能是制約駕駛員獲取交通標志上指示信息的主要因素[3]。駕駛員視野隨著道路條件、車速、車型等存在較大范圍的變化，駕駛盲區分為靜態盲區與動態盲區兩類。動態盲區受車輛運行速度控制，車速越高駕駛員視角越小，注視點越遠，車輛外部不可視范圍增加；道路條件越復雜，影響駕駛員注意力的無關信息越多。

圖2 駕駛員視角與車速關系

駕駛員視角閾值與車輛速度關系如圖2所示，視線角度以內為可視區域，視角線以外為駕駛盲區。研究表明[4，5]，駕駛員豎直向動態視角比靜態視角降低10%～40%不等。由哈爾烏素與黑岱溝露天礦提供的相關數據可知，露天礦礦區卡車運行限制速度為40km/h；即露天礦礦區卡車駕駛員水平雙側理論最大視角為100°，豎直上側理論最大視角為60°，下側理論最大視角為70°。

靜態盲區為車輛靜止時駕駛員可通過車窗觀察到的車輛前方、左方、和右方的不可視范圍，靜態盲區由車輛尺寸決定。露天礦區卡車車型較普通車型視窗小，基于礦方提供的常用車輛盲區數據得到的大型卡車可視視角最大值見表1。由表1分析可得，礦區常用車型產生的靜態盲區小于限制速度為40km/h時產生的動態盲區，因此盲區限制下的標志牌最小可視距離由靜態盲區確定。交通標志有效設置位置如圖6所示。

表1 各大型卡車最大視角對應值

1.2.2 文字高度

駕駛員讀完后到標志的距離y=5.67K1K2K3h；式中，K1、K2、K3分別表示文種修正系數、漢字復雜度修正系數、行車速度修正系數[6-8]。本文所涉及標志內容以漢字為主，車輛行駛速度以40km/h為準。

1.2.3 車輛制動

車輛制動與駕駛員反應能力和車輛性能有關[9-11]。圖1中i為駕駛員判斷采取措施時車輛行駛的距離，所用時間一般為2.0～2.5s；L為就車輛制動開始至車輛完成制動效果之后車輛行駛的距離，礦區卡車一般以停車距離作為制動限制距離，即v2=0m/s。

2 標志牌設置位置與視認行為關系

2.1 平面位置關系研究

露天礦礦區車輛駕駛室位于車輛行進方向左側，交通標志平面認讀距離閾值根據交通標志尺寸與設置位置綜合確定，如圖3所示。

圖3 水平視角與標志牌位置關系

2.2 縱面位置關系研究

露天礦礦區交通標志縱面認讀距離閾值由駕駛員視角、標志尺寸、及車輛尺寸綜合確定。O2O3為豎向盲區限制下的的標志牌最小可視距離，O1O2為駕駛員從開始識別交通標志到完全理解并判斷其文字內容為止所需要的距離。c、d分別為駕駛員上視與下視限制視角。n1為標志牌尺寸高度，n2為標志牌下緣至混凝土基座底面高度。MQ為安全擋墻高度，標志牌按要求可設置于地面或安全擋墻上。

圖4 豎直視角與標志牌位置關系

綜合考慮平面、豎向盲區所限制的標志牌消失距離k應滿足：

k=max(k1，k2，k3)≤5.67K1K2K3h

3 標志牌設置位置

以禁令標志為例，標志板外廓尺寸及內容如圖5所示。混凝土基座尺寸為1800mm×1000mm×300mm，漢字高度40mm，標志板下緣至基座頂部高度1500mm，擋墻高度1.5m，標志牌左側邊緣至道路邊緣1m。計算得豎向上視角盲區與下視角盲區限制下標志牌最小可視距離見表2。視線高度高于標志板頂部，上視角盲區不影響標志牌的可視性。

圖5 禁令標志板(mm)

已知黑岱溝行車道寬度為32m，哈爾烏素行車道寬度為30m，以道路寬度32m為例進行計算。礦區道路為雙向單車道，單條道路寬度為16m。假定車輛居中行駛，計算得水平右視角盲區限制下消失距離見表2。

表2 不同車型在各視角盲區限制下標志牌最小可視距離 m

漢字高度為40mm時標志牌讀后距離y=5.67K1K2K3h=5.67×0.6×0.85×0.91×40=105.3m。

綜上，k=max(k1，k2，k3)=32.5m≤5.67K1K2K3h=105.3m滿足要求。

假設，危險點至卡車制動動作結束點的距離e=0。交通標志設置位置距危險點距離以x表示。x、k之間應同時滿足x≥L+i-y=4.9m。得交通標志設置位置距危險點最小距離4.9m。即，在認讀距離j=28.9m范圍以內，保證駕駛員視線不被遮擋時，交通標志理論設置位置距危險點最小距離4.9m。實際進行標志牌位置設置時，為保證安全生產，應在危險點和卡車制動動作結束點之間預留一定安全距離。即交通標志設置位置距危險點最小距離為(49+e)m。交通標志有效設置位置如圖6所示。

4 結 論

本文通過理論與實際結合分析論證了交通標志設置位置與駕駛員視認行為之間的關系。由分析結果可知，露天礦區車輛車速較小，礦區道路交通標志視認性受靜態盲區限制比動態盲區大。在滿足礦區常用車輛制動性、靜態盲區等多個限制因素后得到了1.2m×2.0m矩形標志的有效設置位置。在認讀距離j范圍以內，保證駕駛員視線不被遮擋時，1.2m×2.0m交通標志有效設置位置距離危險點最小距離(4.9+e)m(e為保證安全條件下的標志牌前置的距離)。基于相同方法可針對其余類型標志牌進行有效設置位置的計算。

本文仍存在以下不足有待后續研究：①礦區道路為雙向單車道道路，不存在同向行駛車輛之間相互遮擋的情況；②1.2m×2.0m標志牌高度低，未涉及上視角盲區限制。礦區危險因素多，標志設置頻繁，且標志牌尺寸較大，可針對標志牌設置間距進行相關研究。