雙車道干線公路交通安全設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

任 煒

(新疆新紀(jì)元公路設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 烏魯木齊市 830000)

0 引言

在我國交通運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快的背景下，公路建設(shè)里程不斷增長，據(jù)交通運(yùn)輸部發(fā)布的統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示[1]，我國的公路建設(shè)里程已達(dá)501.41萬公里，其中二級到四級公路總里程達(dá)到441.51萬公里，占比高達(dá)88.01%。此類公路建設(shè)常采用雙車道形式，在城鄉(xiāng)居民車輛保有率不斷提高的影響下，交通事故壓力也在隨之加劇，現(xiàn)已成為嚴(yán)重的社會問題。因此針對交通事故發(fā)生的潛在特點(diǎn)和內(nèi)在緣由進(jìn)行分析，并針對雙車道干線公路設(shè)計(jì)工作提出安全性建議是亟待解決的重要問題。

在交通事故發(fā)生的特點(diǎn)及緣由研究分析方面，國內(nèi)外已有諸多經(jīng)驗(yàn)：本世紀(jì)初，Nancy等人就針對載貨車輛的起火事故發(fā)生緣由展開過分析討論[2]，其中也有駕駛員因素對車輛事故發(fā)生的影響研究，包括其操作熟練度以及駕駛時(shí)長等[3]；劉詠梅[4]在統(tǒng)計(jì)分析交通事故特征的基礎(chǔ)上，針對道路、人員以及車輛等因素進(jìn)行探討，認(rèn)為交通事故的發(fā)生源自其中某一或兩種因素的失調(diào)導(dǎo)致；此外也有專家學(xué)者集中于道路條件本身的路口參數(shù)設(shè)置對事故率影響規(guī)律、時(shí)間節(jié)點(diǎn)對事故率影響規(guī)律以及公路橫斷面形式對事故率影響規(guī)律等某單一因素進(jìn)行研究。在針對超車行為引起交通事故發(fā)生的研究分析方面，周澤民等[5]認(rèn)為在雙車道干線公路場景，如遇交通量較大時(shí)段且有一定量的慢速行駛車輛，駕駛?cè)藛T借用對向車道超車行為容易失敗，在多次失敗后易引起駕駛員心理焦躁從而導(dǎo)致強(qiáng)行超車，引發(fā)事故發(fā)生；伍光祥等[6]綜合運(yùn)動學(xué)、交通學(xué)以及統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，提出了一種有效控制超車視距的計(jì)算方案。

綜上所述，針對交通事故發(fā)生特點(diǎn)及緣由的分析已有一定基礎(chǔ)，但現(xiàn)有研究在分析過程中未能有效結(jié)合事故特點(diǎn)和緣由提出針對性的處理方法，而在針對超車行為引發(fā)的事故分析研究方面則主要著眼于視距分析角度，未能做到全面性分析。因此，本文針對交通事故發(fā)生潛在特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，在此基礎(chǔ)上分析事故發(fā)生內(nèi)在緣故，著眼于超車問題提出交通安全設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)理論并進(jìn)行深入分析。研究成果可為雙車道干線公路的交通安全設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)，從而減少事故發(fā)生率。

1 交通事故特點(diǎn)分析

1.1 事故類型分析

常見的交通事故類型有碰撞固定物、車輛間碰撞(包括車輛正面碰撞、側(cè)面碰撞以及追尾碰撞等)、翻車和其他等。針對甘肅省某雙車道干線公路在2019年度發(fā)生的交通事故按照上述事故類型進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，如圖1所示。

圖1 事故類型占比分析圖

可發(fā)現(xiàn)，車輛正面碰撞占據(jù)雙車道公路中車輛事故發(fā)生類型中的31.20%，之所以車輛正面碰撞比率最高，是源于雙車道公路的公路設(shè)計(jì)特征，駕駛員經(jīng)常借用對向車道進(jìn)行超車操作，雙向車流將發(fā)生頻繁會車。如果在超車時(shí)對與對向車輛的車距判斷出現(xiàn)偏差，則極易發(fā)生正面碰撞的交通事故。尤其是在雙車道公路交通量較大以及超車視距不合理時(shí)，發(fā)生車輛正面碰撞的概率會顯著提升。車輛側(cè)面碰撞占據(jù)了雙車道公路中車輛事故發(fā)生類型中的23.50%，這主要是源于平面交叉口的路權(quán)設(shè)置不明確、視距受限等。

1.2 事故時(shí)刻分析

雙車道公路交通事故發(fā)生時(shí)刻可劃分為兩大類，一類是將一天劃分為多個(gè)時(shí)段，另一類則是將事故統(tǒng)計(jì)按照一年中的12個(gè)月份來統(tǒng)計(jì)，針對上述雙車道干線公路事故發(fā)生時(shí)刻分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：

(1)將一天中的7時(shí)至19時(shí)按每小時(shí)一個(gè)區(qū)間進(jìn)行劃分、將交通事故發(fā)生量較少的19時(shí)至次日7時(shí)進(jìn)行合并分析，統(tǒng)計(jì)如圖2所示。

圖2 每天平均事故小時(shí)分析圖

可以發(fā)現(xiàn)，交通事故的發(fā)生數(shù)量占比情況有著兩個(gè)明顯的高峰，分別是早高峰7時(shí)至8時(shí)階段以及晚高峰17時(shí)至19時(shí)階段。在這兩個(gè)時(shí)刻階段的車流量相對較大，常發(fā)生車輛緩行的情況，駕駛員容易作出超車行為，這也直接引起了交通事故發(fā)生量的增加。

(2)將時(shí)刻按照一年中的12個(gè)月份進(jìn)行劃分，分析各時(shí)刻交通事故發(fā)生比例，分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 每年平均事故月份分析圖

可以發(fā)現(xiàn)，交通事故發(fā)生的季節(jié)性特征較為明顯，在夏季和冬季車輛事故發(fā)生比例最高。在8月至9月，主要是源于高溫天氣常易引起車輛機(jī)械故障，同時(shí)高溫也易導(dǎo)致駕駛者煩躁、乏力；在1月至2月則是主要源于返鄉(xiāng)季節(jié)雙車道公路車流量明顯增大以及公路路面結(jié)冰等問題。

2 事故原因分析

針對雙車道干線公路交通事故發(fā)生的內(nèi)在原因進(jìn)行深入分析，主要體現(xiàn)在駕駛員自身和道路條件兩個(gè)方面。

2.1 駕駛員行為分析

針對引發(fā)交通事故發(fā)生當(dāng)事駕駛者的行為特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 當(dāng)事駕駛員行為分析圖

可以發(fā)現(xiàn)，未保持安全距離是引發(fā)雙車道公路交通事故的最主要因素，而未保持安全距離很大程度上就體現(xiàn)在超車時(shí)的車距判斷上。

2.2 道路條件分析

針對引發(fā)交通事故的道路條件進(jìn)行分析，主要集中于公路平曲線設(shè)置及縱坡坡度設(shè)置兩個(gè)方面，分別見圖5～圖6。其中曲率(單位：1/km)為平曲線半徑(單位：km)的倒數(shù)。

圖5 平曲線曲率的影響分析圖

圖6 縱坡坡度的影響分析圖

可以發(fā)現(xiàn)，雙車道公路的平曲線曲率超過10以后，車輛事故率驟然提升，這表明過大平曲線曲率能顯著增加車輛事故發(fā)生率；而當(dāng)雙車道公路的坡度超過7%后，車輛事故率同樣提升明顯。

3 交通安全設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析

針對上文所得出的結(jié)論，針對雙車道公路的車輛超車安全性不足問題，對交通安全設(shè)計(jì)關(guān)鍵理論技術(shù)進(jìn)行深入分析，主要體現(xiàn)在視距理論分析和公路平曲線理論分析兩方面。

3.1 視距理論分析

在雙車道公路實(shí)施超車行為，主要可劃分為三個(gè)階段，其具體示意圖見圖7。

圖7 超車過程示意圖

(1)壓線跟隨階段。后方車輛實(shí)施超車行為時(shí)，會被前方車輛的視線遮擋作用所限制，因此需轉(zhuǎn)移至對向車道以增加視線角度，觀察對向車輛距離并判斷能否實(shí)施超車行為。在這一過程中往往伴隨著壓線行為，稱為壓線跟隨階段。

(2)提速超越階段。當(dāng)駕駛?cè)藛T判斷認(rèn)為可以實(shí)施超車行為時(shí)，將會提速將車輛行駛至對向車道，并超越原本前方車輛。

(3)勻速返回階段。當(dāng)完成原本前方車輛的超越行為后，駕駛?cè)藛T將恢復(fù)原本行車速度，并在觀察確認(rèn)安全后回到原車道。

因此，在設(shè)計(jì)過程中須保證具備超車視距，超車視距與雙車道公路的設(shè)計(jì)時(shí)速相關(guān)，具體應(yīng)參照表1所示。

表1 超車視距參照表

為滿足超車視距的設(shè)置要求，在雙車道干線公路設(shè)計(jì)過程中需要遵循“3min超車?yán)碚摗保窜囕v在以設(shè)計(jì)速度行駛3min內(nèi)應(yīng)確保有一可超車路段，經(jīng)過換算后的對應(yīng)超車路段長度如表2所示。

表2 超車路段長度參照表

3.2 公路曲線理論分析

在雙車道公路平曲線設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮超車視距的設(shè)計(jì)要求，最小超車視距與平曲線半徑間的關(guān)系如圖8所示。

圖8 轉(zhuǎn)彎超車過程示意圖

首先明確超車視距Sc與超車軌跡半徑Rs和橫凈距h之間的關(guān)系如式(1)和式(2)所示：

(1)

(2)

考慮到：

(3)

經(jīng)換算后可以得到：

根據(jù)上述計(jì)算公式，以雙車道公路的單車道寬度作為橫凈距，即h取3.75m；超車視距Sc取表1中擬定的數(shù)值，根據(jù)不同設(shè)計(jì)時(shí)速分別進(jìn)行取值計(jì)算；此時(shí)等式中僅剩余一個(gè)未知數(shù)，即超車軌跡圓曲線半徑Rs，最終得到不同設(shè)計(jì)時(shí)速對應(yīng)的圓曲線半徑設(shè)計(jì)值。該等式為一元五次計(jì)算等式，可利用matlab對上式進(jìn)行迭代數(shù)據(jù)計(jì)算，可得出具體數(shù)值，如表3所示。

表3 圓曲線半徑參照表

4 結(jié)語

針對交通事故發(fā)生的事故類型、時(shí)刻以及分布等潛在特點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在此基礎(chǔ)上分析事故發(fā)生的駕駛員和道路方面內(nèi)在緣故，提出了包括視距理論分析以及平曲線在內(nèi)的交通安全設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)理論，得出如下結(jié)論：

(1)車輛正面碰撞比率最高，占據(jù)了雙車道公路中車輛事故發(fā)生類型中的31.20%。

(2)交通事故的發(fā)生數(shù)量占比情況分別有早高峰7時(shí)至8時(shí)階段以及晚高峰17時(shí)至19時(shí)階段。

(3)駕駛員未保持安全距離是引發(fā)雙車道公路交通事故的最主要因素。

(4)明確了40～80km/h設(shè)計(jì)時(shí)速的雙車道干線公路超車視距以及超車路段長度。

(5)通過迭代數(shù)據(jù)計(jì)算得出40～80km/h設(shè)計(jì)時(shí)速的雙車道干線公路圓曲線半徑設(shè)計(jì)范圍。