基于短時(shí)記憶的高速公路施工區(qū)可變信息標(biāo)志布設(shè)

李文虎，王志華，王 振，陸雨函，李勇強(qiáng)

(1.青海省交通工程技術(shù)服務(wù)中心，青海 西寧 810008；2. 蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210019)

0 引言

高速公路是連接城市與城市、城市與城鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)與城鎮(zhèn)居民出行的重要載體。城鎮(zhèn)居民出行需求的爆炸式增長(zhǎng)導(dǎo)致高速公路交通擁堵、居民出行體驗(yàn)較差、安全事故頻發(fā)等現(xiàn)象。為給出行者提供良好的出行環(huán)境，提升出行服務(wù)體驗(yàn)，高速公路管理部門(mén)一方面通過(guò)高速公路養(yǎng)護(hù)保證路況、路側(cè)環(huán)境始終處于良好狀態(tài)，另一方面通過(guò)改擴(kuò)建工程為居民出行提供更好、更優(yōu)、更充足的道路資源。無(wú)論是高速公路改擴(kuò)建工程還是養(yǎng)護(hù)工程，在實(shí)施的過(guò)程中都會(huì)對(duì)已有的交通運(yùn)行產(chǎn)生影響。為滿足居民出行需求，一般選擇“邊通車(chē)邊施工”的組織模式進(jìn)行高速公路改擴(kuò)建工程和養(yǎng)護(hù)工程施工。

駕駛?cè)嗽诮?jīng)過(guò)施工路段時(shí)，希望及時(shí)獲取施工和交通組織信息，以便及時(shí)采取相應(yīng)的措施減少交通擁堵和交通事故發(fā)生的概率。研究與調(diào)查表明，駕駛?cè)嗽隈{車(chē)過(guò)程中比較希望提前獲取的路況信息主要包括12類(lèi)(見(jiàn)圖1)，其中道路的施工信息是駕駛?cè)吮容^關(guān)注的路況信息。通過(guò)對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程和養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)安全施工統(tǒng)計(jì)分析，施工作業(yè)區(qū)安全事故中因機(jī)動(dòng)車(chē)闖入造成的交通事故占施工作業(yè)區(qū)安全事故的70%，主要原因由是駕駛?cè)宋刺崆矮@取施工信息與施工組區(qū)交通組織信息發(fā)布不及時(shí)造成的。因此，對(duì)改擴(kuò)建工程和養(yǎng)護(hù)工程而言，及時(shí)有效地發(fā)布施工信息和交通組織信息不僅是交通管理的重要內(nèi)容，而且對(duì)施工作業(yè)區(qū)安全管控具有重要支撐。

由于駕駛?cè)嗽诮邮苁┕ば畔⑦^(guò)程中存在短時(shí)記憶與認(rèn)知負(fù)荷問(wèn)題，導(dǎo)致其對(duì)傳統(tǒng)固定模式的信息發(fā)布指示牌難以辨別，基于可變信息標(biāo)志(Variable Message Sign，VMS)的信息發(fā)布策略被逐漸應(yīng)用于高速公路改擴(kuò)建工程和養(yǎng)護(hù)工程實(shí)施過(guò)程中，并且在實(shí)際工程中收到了良好效果。但是針對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程和養(yǎng)護(hù)工程而言，駕駛?cè)藢?duì)路面和環(huán)境特征的認(rèn)知過(guò)程與對(duì)VMS標(biāo)志發(fā)布的施工信息、交通組織信息的認(rèn)知過(guò)程具有明顯的差異。前者是當(dāng)駕駛?cè)嗽诿鎸?duì)路面和環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，從獲取信息到應(yīng)急處置結(jié)束的過(guò)程，多屬于應(yīng)急處置，后者是根據(jù)施工信息與交通組織信息提前向駕駛?cè)税l(fā)布信息，屬于預(yù)警、事前提醒范疇。在實(shí)際工程應(yīng)用中，基于VMS的信息發(fā)布策略可根據(jù)高速公路的運(yùn)行環(huán)境、施工狀態(tài)等劃分為正常與異常2種控制策略。正常控制策略主要是指高速公路改擴(kuò)建工程和養(yǎng)護(hù)工程實(shí)施過(guò)程中發(fā)布施工信息，如“前方施工，減速慢行”、“前方車(chē)道封閉”、“禁止通行”等。異常控制策略主要是指在施工過(guò)程中發(fā)布除施工信息以外的異常信息，如惡劣天氣、交通事故、突發(fā)事件等[1]。因此，基于VMS的信息發(fā)布系統(tǒng)不僅可為駕駛員提供施工信息，而且可以提供包括天氣、交通管制、交通誘導(dǎo)等其他信息發(fā)布與誘導(dǎo)服務(wù)。基于VMS的信息發(fā)布措施不僅是一種交通管控策略，而且是一種基于信息實(shí)時(shí)發(fā)布的智能交通誘導(dǎo)措施。

盡管相關(guān)的應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明了基于VMS信息發(fā)布策略的價(jià)值，但由于缺乏統(tǒng)一的VMS布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和布設(shè)規(guī)范，導(dǎo)致基于VMS的施工作業(yè)區(qū)信息發(fā)布策略的實(shí)際效果不一。為充分發(fā)揮基于VMS的信息發(fā)布策略的應(yīng)用價(jià)值，需要依據(jù)施工作業(yè)區(qū)的長(zhǎng)度和駕駛?cè)说恼J(rèn)知過(guò)程布設(shè)VMS。本研究以駕駛員短時(shí)記憶理論、駕駛員認(rèn)知負(fù)荷理論為依托，重點(diǎn)對(duì)VMS標(biāo)志發(fā)布施工信息與交通組織信息進(jìn)行研究，充分考慮駕駛員的信息接受程度與遺忘曲線，建立基于短時(shí)記憶的施工作業(yè)區(qū)VMS布設(shè)模型，并通過(guò)案例分析立柱式與懸臂式VMS標(biāo)志距離施工作業(yè)區(qū)的前置安全長(zhǎng)度，以期及時(shí)發(fā)布信息并提醒駕駛員采取措施，減少機(jī)動(dòng)車(chē)闖入施工作業(yè)區(qū)的交通事故發(fā)生概率。

1 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究

1.1 駕駛?cè)硕虝r(shí)記憶

記憶是人腦在接收外界刺激或信息后，感知、存儲(chǔ)、分析、反應(yīng)等一系列行為的集成[2]。對(duì)于駕駛?cè)硕裕凑沼洃浽谌四X中儲(chǔ)存的時(shí)間長(zhǎng)短可分為感覺(jué)記憶、短時(shí)記憶與長(zhǎng)時(shí)記憶。在駕駛過(guò)程中，駕駛?cè)私邮芡饨绲奶崾拘畔⒁话銓儆诙虝r(shí)記憶，即記憶時(shí)間不超過(guò)1 min，如果指示牌的信息不再重復(fù)出現(xiàn)，短時(shí)記憶信息就會(huì)按照遺忘曲線逐步消失。Pammer等[3]、Jia等[4]、Du等[5]、Wang等[6]基于駕駛?cè)说亩虝r(shí)記憶問(wèn)題分別從駕駛?cè)饲榫案兄芰Α⒛w色、面部表情、心率、聲音等維度構(gòu)建了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的駕駛行為識(shí)別模型及基于長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)的制動(dòng)意圖識(shí)別模型，論證了短時(shí)記憶對(duì)駕駛?cè)笋{駛意圖的影響。研究表明，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，駕駛?cè)怂苡涀〉闹甘九菩畔⒅鸩綔p少，記憶與時(shí)間的關(guān)系[7]如圖2所示。駕駛?cè)嗽讷@取指示牌信息后會(huì)形成短時(shí)記憶，但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，記憶力會(huì)驟然下降，直至達(dá)到感覺(jué)記憶。因此，為及時(shí)有效地向駕駛?cè)藗鬟f施工信息，高速公路改擴(kuò)建工程和養(yǎng)護(hù)工程在施工路段需要重復(fù)設(shè)置指示牌。

圖2 記憶力變化模型Fig.2 Memory change model

1.2 駕駛?cè)苏J(rèn)知負(fù)荷

駕駛?cè)嗽隈{駛過(guò)程中獲取指示牌信息時(shí)存在一個(gè)認(rèn)知的過(guò)程，如果指示牌的信息量過(guò)多，駕駛?cè)藙t無(wú)法對(duì)指示信息形成完整的認(rèn)度，而執(zhí)行指示牌信息時(shí)，加載在駕駛?cè)怂枷肷系呢?fù)荷就屬于認(rèn)識(shí)負(fù)荷[8]。沈家安[9]通過(guò)對(duì)駕駛?cè)巳蝿?wù)型駕駛與非任務(wù)型駕駛行為差異性的研究，認(rèn)為認(rèn)知負(fù)荷是導(dǎo)致駕駛?cè)俗⒁饬Ψ稚⒌闹饕颍籋e等[10]通過(guò)對(duì)駕駛?cè)饲榫w變化的研究認(rèn)為駕駛?cè)嗽隈{駛過(guò)程中啟動(dòng)車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)是導(dǎo)致駕駛?cè)苏J(rèn)知負(fù)荷的重要原因之一；陳肖欣[11]通過(guò)對(duì)城市道路交通量與標(biāo)志信息量、信息密度之間關(guān)系的研究認(rèn)為同等標(biāo)志信息量下，交通量越大，則駕駛?cè)说恼J(rèn)知負(fù)荷越高；Liu等[12]研發(fā)了一種近紅外光譜，可以對(duì)有或無(wú)外界干擾信息的情況下對(duì)駕駛?cè)说恼J(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行分類(lèi)，試驗(yàn)表明無(wú)外界干擾信息的情況下，光譜對(duì)駕駛?cè)说恼J(rèn)知負(fù)荷分類(lèi)準(zhǔn)確率更高。因此，在高速公路改擴(kuò)建工程和養(yǎng)護(hù)工程實(shí)施過(guò)程中，VMS的設(shè)計(jì)需要充分考慮駕駛?cè)说恼J(rèn)知負(fù)荷。

1.3 基于短時(shí)記憶的VMS認(rèn)知研究

在高速公路改擴(kuò)建工程和養(yǎng)護(hù)工程施工作業(yè)過(guò)程中，為使基于VMS的信息發(fā)布策略充分發(fā)揮作用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)相關(guān)研究取得了可觀的成效。Wu等[13]、Matowicki等[14]、杜建瑋[15]結(jié)合駕駛?cè)藢?duì)VMS認(rèn)知時(shí)間、認(rèn)知效果、駕駛速度及執(zhí)行效果等因素，認(rèn)為VMS中的信息不大于5條時(shí)，駕駛?cè)说囊曊J(rèn)效果最好，信息量大于90 bit時(shí)，會(huì)導(dǎo)致駕駛?cè)水a(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷，致使VMS信息過(guò)載；Reinolsmann等[16]基于沙漠公路的沙塵暴天氣能見(jiàn)度低的特征，構(gòu)建VMS的低能見(jiàn)度提前預(yù)警機(jī)制，認(rèn)為提前500 m 和300 m預(yù)設(shè)VMS能夠有效降低駕駛?cè)艘蛩俣炔贿m應(yīng)造成的安全事故；Huang等[17]、Ghulam等[18]通過(guò)對(duì)超過(guò)1 000名駕駛?cè)说脑L談?wù)J為VMS備受駕駛?cè)说那嗖A，并可以使駕駛?cè)说男旭偹俣冉档?3%～17%；Gan等[19]、Zhong等[20]、Jindahra等[21]、Antoniou等[22]、曹亞康[23]認(rèn)為駕駛經(jīng)驗(yàn)、對(duì)路網(wǎng)的熟悉程度、出行距離、路網(wǎng)環(huán)境等因素影響駕駛?cè)藢?duì)VMS信息的選擇，一般來(lái)說(shuō)駕駛經(jīng)驗(yàn)越豐富、對(duì)路網(wǎng)越熟悉、出行距離越短、路網(wǎng)環(huán)境越單一，駕駛?cè)嗽饺菀捉邮躒MS信息。

對(duì)駕駛?cè)硕裕赩MS的信息發(fā)布策略從信息獲取到看清標(biāo)志中的內(nèi)容、到做出判斷、再到實(shí)際操作是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過(guò)程，尤其是駕駛?cè)嗽讷@取VMS信息后存在一個(gè)短時(shí)記憶過(guò)程，如何保證駕駛?cè)嗽诙虝r(shí)記憶的時(shí)間內(nèi)快速、安全地做出響應(yīng)顯得尤為重要。對(duì)于高速公路改擴(kuò)建工程和養(yǎng)護(hù)工程，如何科學(xué)合理地設(shè)置施工作業(yè)區(qū)長(zhǎng)度、如何科學(xué)布設(shè)VMS使其發(fā)揮其最大作用，以此保障交通運(yùn)行安全是亟待解決的問(wèn)題。因此，本研究的重點(diǎn)以高速公路改擴(kuò)建工程和養(yǎng)護(hù)工程施工作業(yè)區(qū)VMS布設(shè)作為研究對(duì)象，探索駕駛?cè)硕虝r(shí)記憶條件下高速公路施工作業(yè)區(qū)VMS布設(shè)研究，以期為高速公路施工作業(yè)區(qū)交通標(biāo)志標(biāo)牌布設(shè)提供參考與指導(dǎo)。

2 基于短時(shí)記憶的施工作業(yè)區(qū)VMS布設(shè)前置距離模型

2.1 駕駛?cè)薞MS的認(rèn)知過(guò)程

為了及時(shí)向通過(guò)路段的駕駛?cè)税l(fā)布施工信息和交通誘導(dǎo)信息，在高速公路改擴(kuò)建工程和養(yǎng)護(hù)工程的相關(guān)路段中會(huì)布設(shè)多種指示標(biāo)志、限速標(biāo)志、交通誘導(dǎo)標(biāo)志等，駕駛?cè)嗽诮?jīng)過(guò)該路段時(shí)會(huì)接收大量的外界信息并結(jié)合記憶曲線對(duì)其做出響應(yīng)。由于駕駛?cè)藢?duì)VMS發(fā)布的信息存在一個(gè)短時(shí)記憶認(rèn)知的過(guò)程，使之對(duì)VMS信息存在相應(yīng)的感知、處理、判斷、響應(yīng)過(guò)程[24-26]，如圖3所示。

圖3 VMS信息認(rèn)知過(guò)程Fig.3 Cognitive process of VMS information

經(jīng)過(guò)施工區(qū)時(shí)，駕駛?cè)私邮盏绞┕^(qū)設(shè)置的VMS信息后將會(huì)形成短時(shí)記憶。在記憶力的驅(qū)使下，駕駛?cè)藭?huì)改變?cè)械鸟{駛行為，按照VMS信息的要求轉(zhuǎn)換駕駛速度、變換車(chē)道。駕駛?cè)藢?duì)VMS信息從看到、看清、分析、處理、響應(yīng)是一個(gè)完整的認(rèn)知過(guò)程[27]。如圖4所示，車(chē)輛在進(jìn)入施工區(qū)時(shí)，駕駛?cè)擞蛇h(yuǎn)及近對(duì)VMS信息的認(rèn)度逐漸提升，從A點(diǎn)開(kāi)始看到F點(diǎn)設(shè)置的VMS提示牌輪廓，到B點(diǎn)時(shí)看到提示牌的內(nèi)容，到C點(diǎn)時(shí)完全接收提示牌信息形成短時(shí)記憶，到D點(diǎn)時(shí)提示牌信息開(kāi)始逐漸消失，到E點(diǎn)時(shí)駕駛?cè)税凑仗崾九菩畔⒆鞒鲰憫?yīng)，到G點(diǎn)時(shí)完成提示牌要求的動(dòng)作。

由圖4可見(jiàn)，從看清提示牌信息的起點(diǎn)B至完全看不到提示牌信息的終點(diǎn)F之間的長(zhǎng)度稱(chēng)為駕駛?cè)说囊曊J(rèn)距離；從看清提示牌信息的起點(diǎn)B至解讀完提示牌的內(nèi)容之間的長(zhǎng)度稱(chēng)為駕駛員的認(rèn)讀距離；從駕駛員看完提示牌信息C點(diǎn)到看不到提示牌信息的終點(diǎn)F之間的長(zhǎng)度稱(chēng)為反應(yīng)校驗(yàn)距離；從提示牌信息開(kāi)始消失點(diǎn)的D點(diǎn)到看不到提示牌信息的終點(diǎn)F之間的長(zhǎng)度稱(chēng)為消失距離；從VMS標(biāo)志點(diǎn)F點(diǎn)到完成相關(guān)操作點(diǎn)G之間的距離稱(chēng)為安全前置距離[27]。

2.2 基于短時(shí)記憶的VMS布設(shè)前置距離計(jì)算模型

短時(shí)記憶模型主要是指視覺(jué)短時(shí)記憶(Visual Short-term Memory，VSTM)模型，即大腦從接收到外界環(huán)境刺激后形成感覺(jué)記憶、記憶單元，并對(duì)感覺(jué)記憶中獲取有用信息后所形成的記憶模型。當(dāng)短時(shí)記憶不停地復(fù)述后，就會(huì)在大腦中形成長(zhǎng)時(shí)記憶，稱(chēng)之為視覺(jué)長(zhǎng)時(shí)記憶(Visual Long-term Memory，VLTM)模型[28]。長(zhǎng)短時(shí)記憶模型自19世紀(jì)90年代被提出以來(lái)，率先被應(yīng)用于心理學(xué)研究并被稱(chēng)之為初級(jí)記憶(VSTM)與次級(jí)記憶(VLTM)，重點(diǎn)研究人類(lèi)在接收到外界信息后所做出的反應(yīng)，記憶模型邏輯關(guān)系如圖5所示。

圖5 長(zhǎng)短時(shí)記憶模型邏輯關(guān)系Fig.5 Logical relationships in long-term and short-term memory model

本研究根據(jù)駕駛?cè)薞MS的認(rèn)知過(guò)程建立了基于短時(shí)記憶的VMS布設(shè)前置距離計(jì)算模型。駕駛?cè)税凑帐┕^(qū)的要求行駛，完成車(chē)輛減速、變換車(chē)道，則需要滿足：

(1)

(2)

式中，M為指示牌提示信息的消失距離；H為VMS的安裝高度，即指示標(biāo)志頂部距離地面的高速度；H0為駕駛?cè)俗隈{駛座上平視正前方時(shí)視線距地面的高度，取1.2 m；α為駕駛?cè)颂幱贒點(diǎn)時(shí)的視線仰角，一般取7°或15°。

(1)變換車(chē)道過(guò)渡距離。

主要是指駕駛?cè)藴?zhǔn)確獲取VMS信息后，從原有車(chē)道變換至相鄰車(chē)道所需要的長(zhǎng)度，計(jì)算公式如下：

(3)

式中，t2為駕駛?cè)藴?zhǔn)確獲取VMS信息到完成車(chē)道變換所需時(shí)間，取6.2～6.9 s[29-30]。

(2)施工路段路面滾動(dòng)阻力系數(shù)及車(chē)輛輪胎與路面的附著系數(shù)。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)高速公路一般為瀝青混凝土路面，根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD50—2017)，在計(jì)算VMS前置距離時(shí)需要使用車(chē)輛輪胎與路面的滾動(dòng)阻力系數(shù)，瀝青路面的滾動(dòng)阻力系數(shù)一般取值區(qū)間為0.01～0.018。隨著機(jī)動(dòng)車(chē)輛性能的提升，無(wú)論是在干燥路面還是在潮濕路面，施工路段車(chē)輛輪胎與瀝青混凝土路面的附著系數(shù)基本不變，一般取值0.4。

(3)反應(yīng)距離

主要是指駕駛?cè)嗽谛旭傔^(guò)程中看到VMS信息，經(jīng)過(guò)判斷選擇、反應(yīng)、動(dòng)作執(zhí)行，車(chē)輛所行駛的距離。看到VMS之后存在記憶變換過(guò)程，大致分為2個(gè)階段，處理分析時(shí)間取1.5 s，采取判斷時(shí)間取1 s[31]，計(jì)算公式如下：

(4)

式中t1為駕駛?cè)双@取VMS信息后短時(shí)記憶變換的總時(shí)間，取值2.5 s。由式(1)～(4)計(jì)算可知，VMS的前置距離為：

t1-R。

(5)

為保證駕駛?cè)思皶r(shí)獲取施工信息與交通誘導(dǎo)信息，VMS的設(shè)置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離施工作業(yè)區(qū)并且要連續(xù)布設(shè)[32]。此時(shí)，只有標(biāo)志設(shè)置點(diǎn)的距離取最小值時(shí)，才能保證VMS的安全前置距離最大，經(jīng)計(jì)算可得：

(6)

(7)

針對(duì)高速公路改擴(kuò)建和養(yǎng)護(hù)工程而言，指示標(biāo)志的設(shè)置要滿足Tmin的理論計(jì)算值要求，還要預(yù)留一定的安全距離，確保VMS信息能夠被駕駛?cè)丝吹玫健⒖吹们澹⒂凶銐虻臅r(shí)間可以做出響應(yīng)。因此，VMS設(shè)置的前置距離為：

(8)

式中T安全為VMS的前置安全預(yù)留距離，一般取10 m。

3 案例分析

3.1 施工作業(yè)區(qū)VMS長(zhǎng)度測(cè)算

本研究以青海省某雙向四車(chē)道高速公路改擴(kuò)建工程為例，計(jì)算VMS距離施工作業(yè)區(qū)的前置安全長(zhǎng)度。該路段的設(shè)計(jì)速度為120 km/h，路面縱坡為2%，在施工過(guò)程中施工區(qū)的限制速度為80 km/h。依據(jù)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第4部分：作業(yè)區(qū)》(GB 5768.4—2017)和交通運(yùn)輸部《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》(JTG H30—2015)，高速公路養(yǎng)護(hù)工區(qū)可劃分為6個(gè)部分，具體如圖6所示：

圖6 高速公路施工作業(yè)區(qū)段劃分示意圖Fig.6 Schematic diagram of zoning in expressway construction area

當(dāng)駕駛?cè)塑?chē)輛即將進(jìn)入施工作業(yè)區(qū)之前，會(huì)先看到警告區(qū)前設(shè)置的VMS。駕駛?cè)藭?huì)根據(jù)短時(shí)記憶模型形成短時(shí)記憶并在記憶的支配下做出決策。對(duì)于高速公路施工作業(yè)區(qū)而言，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范從警告區(qū)到終止區(qū)長(zhǎng)度分別為2 000，300，150，50，30 m。警告區(qū)主要是為駕駛?cè)颂峁┚尽⑻嵝炎饔茫挥谧铋_(kāi)端。過(guò)渡區(qū)由上游過(guò)渡區(qū)與下游過(guò)渡區(qū)組成，其中上游緩沖區(qū)的主要功能是保證車(chē)輛由警告區(qū)到緩沖區(qū)能夠安全地變換至緩沖區(qū)行車(chē)道所需的安全距離。施工區(qū)中上游過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度是一個(gè)理論計(jì)算值，為了保證行車(chē)安全需要設(shè)置一個(gè)容錯(cuò)安全距離，即緩沖區(qū)，避免駕駛?cè)瞬僮魇д`闖入施工作業(yè)區(qū)。為確保高速公路施工對(duì)交通流的影響最小，需要充分考慮施工周期、施工資源配置、施工的難度系數(shù)、交通流量等多類(lèi)因素，同時(shí)也要滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。本研究建議高速公路改擴(kuò)建工程施工作業(yè)區(qū)長(zhǎng)度為4 km，養(yǎng)護(hù)工程作業(yè)區(qū)，尤其是臨時(shí)性養(yǎng)護(hù)工程作業(yè)區(qū)長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。終止區(qū)長(zhǎng)度主要是車(chē)輛由下游過(guò)渡區(qū)變換至下游行車(chē)道時(shí)，加速至正常行駛速度時(shí)所需要的長(zhǎng)度。針對(duì)高速公路施工作業(yè)區(qū)的路段劃分，借助建立的基于短時(shí)記憶的VMS前置距離計(jì)算模型，測(cè)算出不同區(qū)段的長(zhǎng)度[33]，如表1所示。本工程施工區(qū)長(zhǎng)度高于國(guó)標(biāo)要求的最低值，主要是通過(guò)增加警告區(qū)、上游過(guò)渡區(qū)、緩沖區(qū)的長(zhǎng)度，保證駕駛?cè)嗽谑┕^(qū)的時(shí)候能輕松變換車(chē)道，并完成行駛速度切換，保證行車(chē)安全，減少交通事故發(fā)生的概率。

表1 高速公路施工作業(yè)區(qū)不同段的長(zhǎng)度計(jì)算值與建議取值(單位：m)Tab.1 Calculated and recommended lengths of different sections in expressway construction area (unit：m)

此外，在本案例中，考慮了VMS的安裝方式—立柱式與懸臂式。為保證駕駛?cè)四軌蚩吹街甘緲?biāo)志內(nèi)容，根據(jù)規(guī)范要求采用立柱式安裝方式時(shí)，標(biāo)志的高×寬為1.6 m×1.6 m，采用懸臂式安裝方式時(shí)，標(biāo)志的高×寬為2 m×3.5 m。

3.2 VMS前置距離

根據(jù)2.2節(jié)中的模型，采用表2中的參數(shù)計(jì)算VMS的前置距離。經(jīng)過(guò)計(jì)算，立柱式與懸臂式的VMS距離施工作業(yè)區(qū)的理論最小長(zhǎng)度分別為328 m和326 m。在工程實(shí)踐過(guò)程中應(yīng)用基于駕駛?cè)硕虝r(shí)記憶的VMS布設(shè)模型時(shí)，為保障車(chē)輛運(yùn)行安全，避免因指示牌布設(shè)不規(guī)范誘發(fā)交通事故，在理論最小距離的基礎(chǔ)上需要增加10 m的安全距離，即立柱式與懸臂式的VMS距離施工作業(yè)區(qū)的前置安全長(zhǎng)度為338 m和336 m。此外，對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程施工作業(yè)區(qū)可采用便攜式立柱VMS對(duì)過(guò)往駕駛?cè)税l(fā)布相關(guān)信息，可采用UPS電源作為VMS的臨時(shí)供電。對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)區(qū)，可在預(yù)警防撞車(chē)設(shè)置VMS，供電采用預(yù)警防撞車(chē)發(fā)電機(jī)供電。現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范雖然對(duì)高速公路施工作業(yè)區(qū)的長(zhǎng)度作了規(guī)定，但是對(duì)VMS的具體布設(shè)位置(距離施工作業(yè)區(qū)的前置安全長(zhǎng)度)尚未明確。本研究結(jié)合駕駛?cè)藢?duì)VMS的認(rèn)知過(guò)程構(gòu)建了基于短時(shí)記憶的施工作業(yè)區(qū)VMS布設(shè)模型，并根據(jù)高速公路施工作業(yè)區(qū)的實(shí)際情況確定VMS的布設(shè)位置。

表2 VMS前置距離的計(jì)算因子及取值Tab.2 Calculation factors and values of VMS advance distance

4 結(jié)論

本研究以駕駛?cè)硕虝r(shí)記憶理論和認(rèn)知負(fù)荷理論為依托，充分考慮駕駛?cè)说男畔⒔邮艹潭扰c遺忘曲線，建立基于短時(shí)記憶的施工作業(yè)區(qū)VMS布設(shè)模型，并以雙向四車(chē)道高速公路改擴(kuò)建工程為例，分析并計(jì)算了立柱式與懸臂式VMS距離施工作業(yè)區(qū)的前置安全長(zhǎng)度。

本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在理論創(chuàng)新與實(shí)踐應(yīng)用兩個(gè)維度，通過(guò)駕駛員短時(shí)記憶、駕駛員認(rèn)知負(fù)荷、基于短時(shí)記憶的VMS認(rèn)知的理論研究與青海省某雙向四車(chē)道高速公路改擴(kuò)建工程VMS布設(shè)前置距離實(shí)踐應(yīng)用，既豐富了短時(shí)記憶模型理論，又經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，具有復(fù)制推廣應(yīng)用強(qiáng)的典型特點(diǎn)。其中，在理論研究層面，本研究所提出的基于短時(shí)記憶的VMS布設(shè)前置距離計(jì)算模型填補(bǔ)了當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中關(guān)于施工作業(yè)區(qū)VMS布設(shè)距離的空白，為VMS在施工作業(yè)情景下的布設(shè)距離提供計(jì)算方法和依據(jù)。在實(shí)踐應(yīng)用層面，本研究應(yīng)用模型計(jì)算了高速公路改擴(kuò)建下的施工作業(yè)區(qū)VMS布設(shè)前置距離，結(jié)合工程實(shí)際場(chǎng)景展示了模型的應(yīng)用方法和計(jì)算結(jié)果，為其他相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供支撐。同時(shí)，根據(jù)本研究理論確定的VMS前置距離，在青海省某雙向四車(chē)道高速公路改擴(kuò)建工程中得到的應(yīng)用，不僅及時(shí)有效地發(fā)布了管理者需要發(fā)布的信息，而且得到了沿途駕駛?cè)说恼J(rèn)可，以任務(wù)型的信息提醒駕駛?cè)思凶⒁饬Γ行е瘟塑?chē)輛安全順暢地通過(guò)施工路段，保障了駕駛?cè)说纳c財(cái)產(chǎn)安全。

然而，高速公路施工作業(yè)區(qū)的交通運(yùn)行安全不是單純地布設(shè)VMS就能解決的，還需綜合考慮交通流量、客貨比、交通運(yùn)行速度、施工作業(yè)內(nèi)容、路面質(zhì)量等多方面因素，力求為駕乘人員提供相對(duì)良好的交通運(yùn)行環(huán)境。在滿足短時(shí)記憶曲線的條件下，妥善布設(shè)VMS位置，提供信息發(fā)布、交通誘導(dǎo)服務(wù)，減少因施工作業(yè)信息發(fā)布不合理造成的交通安全事故。同時(shí)，可以考慮使用UPS電源作為高速公路改擴(kuò)建工程VMS的臨時(shí)供電，并定期更換。