（交通运输规划与管理专业论文）山区高速长坡路段安全等级评估研究.pdf

摘要 山区高速公路由于受地形地势等复杂自然条件限制，且受生态环境的制约，往往存 在坡度大、坡道长的长坡路段。据调查，与长坡路段相关的交通事故占山区交通事故的 4 0 。长坡路段重特大交通事故发生率高，面临着严峻的交通安全形势。目前，有不少 都是针对长坡路段安全改善方面的研究，然而在实施改善项目时，会面临如何确定被选 改善段的优先级和如何确定改善资金安排的重点等问题。因此，对山区高速长坡路段进 行安全等级划分，能够对长坡路段安全改善提供一定的理论依据，使安全改善更有层次 性和目的性。 本文在通过对山区高速公路长坡路段调研数据的整理的分析，首先利用统计的方法 和系统的观点对山区高速长坡路段的安全性进行了研究，包括长坡路段的事故特征和长 坡路段的安全影响因素。 其次，本文在对山区高速长坡路段安全影响因素分析的基础上，对长坡路段安全等 级进行了划分，从系统思想考虑，参照一般评估指标选取及评估体系建立的原则，构建 了山区高速长坡路段安全等级评估指标体系，利用层次分析法，构造评估体系各层指标 要素之间的判断矩阵，并对判断矩阵的权重进行计算和一致性检验，确定各项评估指标 的权重。 通过对安全等级评估指标的定量化描述，本文利用灰色聚类理论的基础上，对经典 白化权函数进行了适当改进，建立了山区高速长坡路段灰色定权聚类评估模型，对长坡 路段安全等级进行评估，给出了评估应用流程，并结合实例对该方法进行了验证。 最后，本文从预防长坡路段车辆制动失效的主动性安全防护、车辆制动失效后的被 动性安全防护和包含对驾驶员教育管理及车辆治理改善的其他安全防护三方面给出了 对山区高速长坡路段的交通安全改善措施。 关键词：山区高速，长坡路段，安全性分析，安全等级评估，安全改善 a b s t r a c t d u et ot h ec o m p l e xt o p o g r a p h yo fn a t u r a lc o n d i t i o n sa n de c o l o g i c a lc o n s t r a i n t s ，t h e r ea r e o f t e ns t e e ps l o p ea n dr a m p - l o n gs e c t i o no fal o n gs l o p ef o rh i g h w a yi nm o u n t a i na r e a s a c c o r d i n gt ot h ec r a s hs t a t i s t i c s ，l o n gs l o p i n gs e g m e n tr e l a t e da c c i d e n t sa c c o u n tf o r4 0 o f m o u l l t a i na c c i d e n t s l o n gs l o p es e c t i o n sh a v ew i t n e s s e dh i g ht r a f f i ca c c i d e n t sr a t e ，a n dt r a f f i c s a f e t ys i t u a t i o ni sm o r es e v e r et h a na n yo t h e ra r e a s h o w e v e r , t h o u g hm a n yr e s e a r c h e sh a v e f o c u s e do nt h et r a f f i cs a f e t yi m p r o v e m e n ti s s u eo fl o n gs l o p i n gs e g m e n t sf o rh i g h w a yi n m o u n t a i na r e a sa tp r e s e n t ，t h e r ea r es t i l ls o m ep r o b l e m su n s o l v e d ，s u c ha sd e t e r m i n i n gt h e p r i o r i t i e so ft h es a f e t yi m p r o v e m e n ts e g m e n t s ，a r r a n g i n gf u n d s ，e t c t h e r e f o r e ，t h a ts a f e t y l e v e li sc l a s s i f i e df o re x i s t i n gl o n gs l o p es e g m e n t sc o u l dp r o v i d eat h e o r e t i c a lb a s i sf o rs a f e t y i m p r o v e m e n to fl o n gs l o p i n gs e g m e n t s ，s oa st os e ta c l e a r e rp u r p o s ef o rs u c ha p r o j e c t i nt h i sp a p e r , t h ed a t aa b o u tl o n gs l o p es e g m e n t so fm o u n t a i n o u sh i g h w a yi sa n a l y z e d f i r s t l ya n dt h es a f e t yo f t h e i rl o n gs l o p es e c t i o n sa r ea d d r e s s e db ys t a t i s t i c s ，i n c l u d i n ga c c i d e n t c h a r a c t e r i s t i c s ，t h ec o n t r i b u t o r yf a c t o r so nt r a f f i cs a f e t ye t c ，f r o mt h ea s p e c to fs y s t e m t h e n , o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h em a i nf a c t o r sc o n t r i b u t i n gt ot r a f f i ca c c i d e n t s o c c u r r i n ga tl o n gs l o p es e g m e n t si nm o u n t a i n o u sh i g h w a y , f r o mas y s t e m i cp r o s p e c t i v e ，t h e e v a l u a t i o ni n d i c a t o rs y s t e mi sd e v e l o p e dt od e s c r i b et h es a f e t yl e v e lo fl o n gs l o p es e g m e n t so f m o u n t a i n o u sh i g h w a y b ya h pa p p r o a c h ，t h ej u d g i n gm a t r i xi se s t a b l i s h e db e t w e e nt h e d i f f e r e n tl a y e r s t h ec o n s i s t e n c yi sc h e c k e db yc ia n dr iv a l u e s ，a n dt h u st h ew e i g h ti s o b t a i n e d a f t e rd e s c r i b i n gt h ei n d i c a t e sa n d s a f e t yl e v e l d i v i s i o no fl o n g s l o p es e g m e n t s ， q u a n t i t a t i v e l y , w h i t e n i n gw e i g h tf u n c t i o ni sc o n s t r u c t e db yg r e yt h e o r y , a n dt h e nf i x e dw e i g h g r e yc l u s t e rm o d e li sd e v e l o p e dt ou n d e r s t a n dt h es a f e t yl e v e lo fl o n gs l o p es e g m e n t s ，i n w h i c ht h ee v a l u a t i o np r o c e s si sp r o v i d e da n dc a s ee x a m p l ei su s e dt oc h e c kt h ee f f e c t i v e n e s s o ft h i sp r o p o s e dm o d e l f i n a l l y , t h i sp a p e rg i v e st h et r a f f i cs a f e t yi m p r o v e m e n tm e a s u r e sf r o mt h r e ea s p e c t so n t h el o n g s l o p es e g m e n t so ft h em o u n t a i n o u sl o n gs l o p es e g m e n t so f h i g h w a y ：p r e v e n t i n gl o n g s l o p es e g m e n to fv e h i c l eb r a k i n gs e c u r i t yi n i t i a t l y , p a s s i v es a f e t yp r o t e c t i o no f b r a k ef a i l u r e ， a n dd r i v e r & v e h i c l es a f e t ye d u c a t i o na n dp r a c t i c e k e y w o r d s ：h i g h w a yi nm o u n t a i na r e a , l o n gs l o p es e g m e n t ，s a f e t ya n a l y s i s ，s a f e t yl e v e l a s s e s s m e n t , s a f e t yi m p r o v e m e n t i i 长安大学硕士学位论文 1 1 选题背景 第一章绪论 1 1 1 我国山区高速公路的发展建设 在我国上世纪8 0 年代末期，第一条高速公路一沪嘉高速公路建成通车，此后 我国高速公路建设得到了持续、快速、有序的发展。高速公路以其高效、快捷、 方便等特点，在我国的交通运输领域起着举足轻重的作用。我们国家仅用了1 0 多 年的时间，走过了许多发达国家需要3 0 4 0 年才能走完的路，创造了世界瞩目的 中国速度。 随着我国高速路网规划的不断完善和高速公路的不断发展建设，尤其是西部 大开发战略的实施以来，我国高速公路建设重点目前已开始向山区偏移，山区高 速公路的建设迎来了新的发展时期。近些年来，我国内陆一些山区省份的高速公 路已经陆续建成并顺利通车，这对促进我国多山地区的经济发展，多山地区同外 部发达城市的经济物质文化交流也起到了积极的意义。 我国山区高速公路快速的建设发展，在很大程度上提高了我国高速公路网的 整体技术水平，提升了我国公路运输的综合能力，交通运输结构也得到了优化， 有效缓解了交通的发展落后对我国国民经济的制约。 1 1 2 我国山区高速公路的建设特点 我国地势有着东低西高的特点，其中高原、山地和丘陵地区大约占全国国土 面积的4 3 左右，我国的中西部地区地理位置特殊，其中重丘、山岭和高原地区 比重多，地势落差大，地形条件特殊，在这些地区建设高速公路，由于受现有技 术和建设资金投入的限制，为了克服地形地势条件，克服高展线差，现实中大都 是根据自然地理条件修筑，不可避免地存在桥隧、长坡路段和平曲线小半径路段 等不利于交通安全和交通管理的特殊路段。 1 1 3 我国山区高速公路安全现状 由于地形、地质、水文等自然条件复杂，结合较大生态环境制约，山区高速 公路较平原区高速公路往往存在较多的特殊路段。与特殊路段相关的交通事故占 山区交通事故总数的6 0 。特殊路段交通事故发生频率高，面临着严峻的交通安 第一章绪论 全形势。当前，山区高速公路还有夜间行车中货车比重大，且严重超载，超速等 现象，虽然驾驶员的违规驾驶及操作不当是山区高速公路重特大交通事故发生的 主要原因，但山区高速的道路线形差、路面状况不良、缺乏合理的交通安全设施 和交通安全管理是山区高速公路交通事故高发的主要诱因。 1 1 4 山区高速长坡路段安全状况 在2 0 0 4 年，国家安全生产监督管理局结合公安部研究确定了两部局督办治理 的全国危险路段多达2 9 处。这些路段大多处在山岭区，急弯、坡陡、路窄，加上 由于气候不良，多雨雾，视线不良，路面湿滑，这些因素都不利于车辆安全通行。 在督办治理的这2 9 处危险路段中，有1 6 处属于长坡路段的事故多发路段，比例 达5 5 之高，通过上述情况可见，高速公路连续长坡路段和普通公路的平均事故 水平相比，重特大交通事故的发生率高，其面临着严峻的交通安全形势。京珠高速 公路k 3 9 - k 5 2 ( 南行) 路段全长有十二公里左右，该路段的平均纵坡值为2 9 7 ，最 大纵坡值高达5 。2 0 0 3 年4 月 - - - 2 0 0 5 年8 月期间统计数据显示该路段上发生的交通事 多达3 6 6 起，受伤7 2 人，死亡2 9 人【1 】。山区高速公路中连续长坡路段严峻的交通安 全形势给国家西部大开发战略的实施带来了一定程度的负面影响，也引起了政府 相关部门和社会各界的高度关注。在山区建设高等级公路，由于受地形地势和经 济条件的限制，连续的长坡路段几乎不可避免，随着我国西部地区公路基础设施 建设的快速发展，长坡路段的交通安全问题将会越来越突显。 车辆在高速公路长坡路段上行驶过程中，驾驶人容易采取长时间行车制动的 措施，这会造成车辆制动器温度急剧升高，产生制动“热衰退 的现象，严重情 况下运行车辆会完全丧失制动能力，所以在长坡路段经常会有重特大交通事故的 发生，长坡路段是山区高速公路常见的特殊路段之一，同时也是事故高发路段。 我国目前现有的技术规范没有对长坡路段的线形做出明确的定义，在本文研究中 定义的长坡路段指的是那些在道路条件下出现的容易造成驾驶人空挡滑行或采取 长时间制动措施的大坡度、长距离的坡段。长坡路段常伴随长下坡和连续弯道， 在山区高速公路中，这些长坡路段依山傍崖，地势落差相对较大，交通组成中载 重货车比重相对较高，驾驶员在长坡路段上驾驶车辆易采取长时间制动措施，从 而引起车辆( 尤其是载重货车) 制动鼓过热，最终导致车辆制动性能减弱或者失 效，这会使车辆失控进而引发恶性交通事故。 2 长安大学硕士学位论文 1 2 问题的提出 山区高速公路长坡路段是事故多发段，为了改善山区高速公路的安全问题， 对长坡路段的安全整治显得尤为重要，为了提升长坡路段上车辆运行的安全性， 国内外通常采取三方面的措施：道路条件改善措施，交通工程改善措施和安全管 理措施。由于受地形地势和改造资金的限制，目前道路条件改善措施很难通过线 路改造来提高长大坡段的交通安全水平，一般常采取的是设置避险车道，通过避 险车道的合理设置，为制动失灵的车辆提供一定坡度的匝道，使其减速并停车。 交通工程改善措施主要是通过设置交通诱导、警示标志、标线等主动性安全改善 措施和设置护栏等被动性安全改善措施。安全管理措施主要是在长大坡段之前对 车辆尤其是货车进行停车强制检查，并配设制动器冷却设施，必要时，在有些长 坡路段对货车禁行等。以上的安全改善措施在一定程度上能够降低事故的发生率 和事故的严重程度但现实中，由于对长坡路段安全性的认识不够，所以在长坡路 段的安全改善方面还带有一定的盲目性。 为了更有效地对山区高速公路长大坡段进行安全改善，能够合理的利用现有 的资金和资源，获取更大的安全效益，在针对山区高速公路长坡路段安全问题实 施项目改善时，工程技术人员往往会面临这样一系列棘手的问题，主要体现在以 下几个方面： 如何识别需要安全整治的备选路段； 如何确定这些备选路段的优先级； 如何确定资金安排的重点，使有限的资金投入获得更大的交通安全效益。 回答上述问题的一个简洁的思路就是对山区高速公路中不同长坡路段的安全 性进行评估并分级，通过不同的级别来区分长坡路段的危险等级，从而对其进行 合理的安全整治。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 道路安全评价方面的研究 安全评价是安全系统工程的一项基本内容。安全评价技术起源于上世纪3 0 年代的 美国，是随着保险业为衡量风险程度而发展起来的，近年来取得了很快的发展。道路安 全评价能够有效提高交通安全，不少专家学者对这方面进行了研究。在这里引用世界道 3 第一章绪论 路协会( p i a r c ) 道路安全委员会对道路安全性评价的定义：利用系统的理论及方法【2 】， 将道路交通安全评价方面的知识，应用到道路规划、设计和运营的各个阶段中去，从而 达到减少交通事故的目的。当前，道路交通安全评价主要体现在实行道路安全审计制度， 实行道路安全审计制度已作为有效预防道路交通事故的重要手段之一【3 】。在19 8 7 年英国 开始进行安全审核方面的研究工作，于1 9 9 6 年明确规定了安全审查的实施流程和实施 方法，并提出了安全评价清单；澳大利亚、新西兰在9 0 年代早期，美国、加拿大在9 0 年代的中后期也普遍推行了道路安全审计制度；意大利、马来西亚、新加坡、丹麦、南 非和荷兰等国家都开展了这项工作。国外的相关研究表明，道路安全审计制度可以有效 地预防交通事故，降低交通事故数量及事故严重程度，可减少道路开通后改建完善和运 营管理的费用，提升交通安全，其投资回报是1 5 - - 4 0 倍。美国的安全审核报告( 1 9 9 5 ) 对道路安全性和环境对道路的影响，保证道路安全性的设计参数都做出了详细的论述。 此后，美国联邦公路局建立了交互式道路安全设计模型( i h s d m ) ，该模型是一个集成 化的应用软件包，内嵌在c a d 环境中，主要功能是辅助道路规划与设计工程师评估道 路几何设计方案或运营道路所体现出来的安全性能，帮助道路设计人员从道路安全的角 度评价设计方案并在设计阶段对方案进行适当调整。交互式道路安全设计模型( i h s d m ) 提供了一种实用的道路安全评估方法，可以比对不同道路设计方案的性能，使设计人员 在设计阶段就能侦测到设计方案潜在的安全隐患，进而制定安全措施，使道路几何设计 要素的安全效益与设施成本比更趋于合理【4 】【5 1 。i h s d m 结构如图1 1 所示。 图1 1i i - i s d m 基本框图 i h s d m 模型主要由五个分模块构成，分别是设计一致性模块、事故分析模块、法 规政策模块、人车模块和交通流分析模块，各个模块功能不同。美国和欧盟等发达国家 在进行道路交通安全评价和道路安全设计技术研究过程中，广泛采用前后分析法和归纳 总结法两种方法。前后分析法式通过道路构造物改造前后事故数的变化情况的对比分析 4 长安大学硕七学位论文 进行研究。该方法是在对事故黑点进行改造时，为合理提出改造方案和评估改造效益而 逐渐发展起来的。归纳总结法也称为因果分析法，通过对大量数据进行详细的分析，得 出某种道路环境影响因素对道路交通事故的影响，这种研究成果常以方程式或事故模型 的形式呈现。 z e g e e r 等人最早提出了道路路侧安全分级，他们根据路侧净区的宽度、边坡坡度、 是否设置了护栏、是否存在危险物的路侧特征，将路侧危险程度划分为7 个等级，级别 越高表示路侧危险程度越高，路侧安全等级现已经作为一个变量纳入到美国交互式安全 设计模型( i h s d m ) 中，在乡村双车道事故预测模型中得到了很好的应用。我国在借鉴 国外路侧等级分级的基础上，提出了路侧危险程度4 级的划分方法，具体划分方法最早 见于2 0 0 4 年交通部颁布的公路安全保障实施技术指南( 试行本) ，并指出应根据路 侧危险状况设置相应等级的护栏【6 】【7 】。 我国的交通安全评价研究起步于上世纪9 0 年代中期，在吸收国外研究成果的基础 上进行了大胆的创新。以前的研究主要偏重于宏观方面的评价，评价方法中采用的评价 指标除了人们所熟知的“四项指数，【引，( 交通事故的发生数，受伤人数，死亡人数，直 接经济损失) 外，还增设了一些适合我国国情的指标，评价方法大致可以归纳为三种： 统计法、经验法和强度法。由于影响道路交通安全的因素众多，有些影响因素的量纲也 各不相同，对道路交通安全的影响程度也不同，所以通过计算所得的综合事故率缺乏明 确的物理意义，另外计算模型选取的参数也缺乏严谨的科学依据，导致上述的三种方法 在应用方面受到了一定限制。目前，我国对微观层次的道路交通安全评价研究较少，最 近几年来，部分研究人员相继提出了道路交通安全多层次灰色关联综合评价方法、交通 安全系统的模糊综合评价方法、基于量化理论的高速公路交通安全评价模型、道路交通 安全等级评估方法等新的方法和理论。现实中，由于影响道路交通安全的因素很多，对 交通安全的定义及事故统计标准不一致，统计资料的欠缺甚至严重遗漏，至今尚无行之 有效被大家公认的方法，对提出的方法大致可以归纳为三种类型：第一种是利用数学方 法中的综合评价功能确定相应的数学模型对道路交通安全状况进行评价【9 】【1 0 l ；第二种是 引入安全管理的概念【1 1 1 ，将一些非直接影响道路交通安全的因素量化，代入预先确定的 安全性等级计算公式，直接计算出安全等级；第三种是特定行车条件下的道路交通安全 评价1 1 2 1 1 1 3 】，即引入特定条件下影响道路交通安全的评价因子，其评价方法大多都是模型 法。 5 第一章绪论 1 3 2 长坡路段安全方面的研究 国外也普遍存在山区公路长坡路段，各个国家也结合自身国家的情况在这方面展开 研究。目前国外对长坡路段的安全研究主要体现在以下五个方面：修订相关规范，限制 长坡路段纵坡的坡长及坡度指标在相对较安全的范围内；纵坡的坡长与坡度对长坡路段 交通安全的影响；改善车辆的性能( 如制动性能等) ，通过实施工程措施对长坡路段进 行改善；对驾驶员进行安全教育；使车辆适应长坡路段的特殊行驶环境。 在长坡路段安全改善方面，国外通常采取服务设施、交通工程设施和一些其他被动 安全改善设施，并取得了实用性的效果。国外在这方面主要针对解体消能设施设计理论， 安全护栏材料以及实施效果，避险车道的合理设置，障碍物碰撞消能防护设施等进行研 究。 在长下坡路段的安全改善措施中，设置避险车道通常是最有效的工程措施之一，它 最早起源于美国，到目前已有5 0 多年的发展历史。美国针对避险车道的研究方面展开了 大量的工作。美国公路与运输协会( a a s h t o ) 制定的公路和城市道路几何设计原则 中对避险车道的设置作出专门规定【1 4 】。美国联邦公路管理局在1 9 7 9 年出版了有关避险车 道设计技术建议书避险车道设计的临时指南，该指南成为在长坡路段设置避险车道 的第一本技术性指导。美国各州，如华盛顿、纽约州、俄勒冈、加利福尼亚等的公路设 计手册中均对避险车道的设置作了相应规定。 不仅在美国，避险车道在世界上许多国家都获得了认可并被广泛应用。英国、南非 和澳大利亚等国家在其公路设计标准和规范中都对避险车道的设置作出了具体规定【1 5 】。 如英国的雷克( i b l a k e r ) 分别于1 9 6 6 年和1 9 7 1 年对避险车道进行了研究，包括确定 制动床设计参数的试验研究和松散砾石制动床对车辆的减速度影响研究。1 9 8 2 年，库克 斯( c o c k s ) 在澳大利亚西部建造了两个试验性避险车道，研究了车重对减速效果，避 险车道的减速度以及制动材料粒径。南非的道路几何设计手册中对长坡路段做了以下规 定，在有发生过车辆失控事故的山区道路上，应当考虑设置带有制动床的避险车道；而 对于新建道路，在那些长坡路段无法避免的地方以及由失控车辆引起的伤害后果比正常 情况大的地方，在项目的设计阶段就应该设置带有制动床的避险车道【1 6 l 。 近些年来，国内不少专家学者和研究机构在致力于长坡路段交通安全设施方面新技 术、新材料的应用开发，同时也在加强长坡路段相应安全设施检测技术的研究工作。同 时，以“安全、舒适、和谐、环保 为宗旨的公路设计理念也逐步运用到安全设施的设 计工作当中，这主要体现在视线诱导设施设计、路侧安全设施交通标志标线设计、以及 6 长安大学硕士学位论文 安全设施系统与景观协调等，这些研究成果已部分应用到安保工程的实践中，并取得了 一定的效果。 交通部公路科学研究院编制的道路交通标志标线和公路交通安全设施设计规 范中，对长坡路段应该设置的标志标线做了较为详尽的规定说明【1 7 】【1 8 1 。长安大学汽车 学院陈荫三教授结合长坡路段的特点做了交通标志合理化设计方面的研究，并取得了良 好的实施效果【1 9 1 。另外，长安大学汽车学院在长坡路段减速装置，长坡路段重型车辆制 动系统对车辆制动性能的影响等方面也进行了相关研究，并且取得了一定的研究成果 【2 0 l o 交通部公路科学研究所的周荣贵等人通过排除其他因素影响的实地试验，对车辆车 辆刹车效能、制动器温度以及坡度坡长之间的对应关系的研究，提出了车辆制动器温度 一旦超过3 0 0 ，车辆运行危险性会增大，结合长坡路段交通事故的分析，提出了山区 高速长坡路段在车辆配载和各种制动设备完好的情况下对平均纵坡和坡长的限制要求。 任意相连3 公里的路段，平均纵坡不宜大于5 5 ，当平均纵坡坡度度为4 ，连续坡长 为3 k m 以上时，适宜设置避险车道【2 l 】。北京工业大学刘倩文等研究人员以国内某高速 公路典型事故案例和重特大交通事故的统计分布为基础数据，通过查阅国内外大量相关 资料【2 2 1 ，研究发掘了长坡路段事故发生的要点及规律，分析了若干个长坡路段安全隐患 中存在的一些关键问题，系统地总结了长坡路段避险车道的考虑因素、设计方法、设置 位置及需要注意事项，并提出了提高长坡路段安全性能的改善措施。 综上所述，道路安全评价技术对于道路交通事故的预防和道路的合理安全改善能够 起到重要的作用，目前国内外对长坡路段的安全性研究主要集中在安全改善措施方面， 没有将道路安全评价技术应用到长坡路段安全研究方面。本文在借鉴国内外研究成果的 基础上，将层次分析法和灰色系统理论中的灰色聚类方法应用到山区高速长坡路段的安 全等级评估方法中，研究过程中对经典的灰色聚类模型进行了适当的改进，建立了基于 灰色聚类理论的山区高速长坡路段安全等级评估方法，对长坡路段的交通安全改善提供 一定的理论依据。 1 4 研究内容及技术路线 1 4 1 研究内容 本文的主要研究内容是对山区高速公路长坡路段的安全等级进行评估，在研 究过程中通过资料的收集、现状的分析，首先对山区高速长坡路段的安全性进行 7， 第一章绪论 了研究，在此基础上选取安全评估指标，构建了安全评估指标体系，利用改进的 灰色定权聚类法对其进行安全等级评估，并结合实例进行计算，最终提出安全改 善措施。本文主体内容共分为五章。 第一章绪论主要分析了本论文的选题背景及国内外研究现状，从我国山区高速公路 的建设发展和建设特点，其中长坡路段交通安全问题突出，针对长坡路段的安全研究主 要集中在安全改善措施方面来论述论题研究的必要性，在分析国内外研究现状的基础上 提出了本文的研究框架和思路。 第二章通过对山区高速长坡路段交通事故资料分析，系统研究了了山区高速公路长 坡路段交通事故特征，从肇事车辆分布特征及交通事故时间、空间、形态分布特征来揭 示山区高速公路长坡路段交通事故的发生规律，并从驾驶人、车辆、道路条件和交通环 境分析了长坡路段的安全影响因素。 第三章在对山区高速长坡路段安全性分析的基础上，首先对山区高速公路长坡路段 安全等级进行了划分，结合评估指标的选取原则，构建了山区高速长坡路段安全等级评 估指标体系，最后根据专家经验利用层次分析法计算得到各指标变量的权重。 第四章对道路安全评估方法分析的基础上，结合山区高速公路长坡路段安全等级评 估系统的特点，选用灰色聚类理论中的定权聚类评估法并对该方法进行了适当的改进， 利用改进的灰色定权聚类评估法对山区高速公路长坡路段进行安全等级评估，最后结合 实例对该方法进行了验证。 第五章通过对山区高速长坡路段的安全性分析，安全等级评估，本章主要从预 防车辆制动失效的主动性安全防护、车辆制动失效后的被动性安全防护和包含对 驾驶员教育管理及车辆治理改善的其他安全措施这三方面入手提出了对山区高速 长坡路段的交通安全改善。 本文最后总结了全文研究内容，并提出了有待进一步研究的问题。 1 4 2 技术路线 根据本文的研究内容确定本文研究的技术路线如图1 2 所示： 8 长安大学硕士学位论文 准备阶段资料的收集整理 危险识别卜_ 一山区高速长坡路段安全性分析 安全评估 危险控制 长坡路段安全等级划分、选取指标、构 建安全等级评估指标体系 利用层次分析法确定各指标权重 构 造 判 断 矩 阵 判 断 矩 阵 权 重 计 算 致 性 检 验 确 定 指 标 绝 对 权 重 长坡路段安全等级评估 评 估 方 法 的 选 取 指 标 灰 类 级 别 取 值 经 典 模 型 改 进 构 建 白 化 权 函 数 评 估 应 用 流 程 长长长 坡坡坡 路路路 段段段 安事的 全故界 影特定 响征 因分 素析 分 析 实例应用 长坡路段交通安全改善措施 利用m a t l a b i 具编程计算 图1 2 论文研究的技术路线图 9 长安大学硕士学位论文 第二章山区高速公路长坡路段安全性分析 我国山区地域广阔，近年来山区交通运输业得到了快速发展，山区高速公路 里程还在逐年增加，但是受山区地形地势的限制，我国山区高速公路建设普遍存 在填挖方较大，展线困难的问题。在已建成的山区高速公路中，由于桥隧和长坡 路段等特殊路段众多，交通事故多发的严峻形势已严重影响到我国的社会经济发 展和人民的生命财产安全。对于车辆，尤其是重型车辆，在连续的下坡行驶中， 很容易导致车速过快，车速失灵的现象发生，从而引发交通事故。本章主要根据 事故调研资料结合现有的技术规范对山区高速公路长坡路段的安全性进行分析。 2 1 长坡路段的界定 目前我国还没有明确的技术规范对长坡路段的线形做出界定，日本和欧美发 达国家在这方面的研究起步较早，他们通过长期大规模的研究最终给出了在不同 设计速度下长坡路段纵坡坡度与坡长的限制规定犯3 】【2 4 】。 ( 1 ) 日本 日本高速公路设计要领对纵坡坡度及坡长标准的限制如下表2 1 ： 表2 1日本高速公路设计要领 对长坡路段纵坡坡度标准的规定 设计速度最大容许纵坡( ) ( k m h ) 标准最大纵坡( )绝对最大纵坡( ) 1 2 025 ( 4 ) l o o36 ( 5 ) 8 0 4 7 ( 6 ) 6 058 ( 6 ) 依据设计速度，长坡路段的纵坡坡度设计值要尽可能小于左栏所示的标准最 大纵坡值。当地形地势条件差，不得已的情况下可以用到表格右栏所提供的长坡 路段绝对最大纵坡值；在一些寒冷容易积雪的地区，长坡路段的绝对最大纵坡坡 度要尽可能小于表格右栏括弧内的数值，另外，对于那些必须超出标准规定的最 大纵坡的长坡路段，对其坡长的限制如表2 2 ： 第二章山区高速公路长坡路段安全性分析 表2 2 采用标准规定最大纵坡以上的坡度时对坡道长度的限制 设计车速( k m h )坡度值( )限制长( r n ) 3 8 0 0 1 2 04 5 0 0 54 0 0 4 7 0 0 1 0 05 5 0 0 64 0 0 56 0 0 8 065 0 0 7 4 0 0 65 0 0 6 074 0 0 83 0 0 ( 2 ) 美国 美国a a s h t o ( 美国公路运输协会) 根据质量功率比为1 2 0 k g k w 的典型货 车的爬坡性能，在不同的设计速度下，根据不同的地形条件分别给出了在全国应 用范围最广的长坡路段纵坡控制值，如表2 3 所示： 表2 3 美国各级公路对长坡路段最大纵坡的控制 设计车速( k m h ) 1 2 0l o o8 0 地形山岭平原丘陵山岭平原丘陵山岭平原丘陵 最大纵坡( ) 53 47 3 47 45 另外，美国还根据公路运输的典型货车数据，进入纵坡路段的车速按1 1 0 k m h 考虑，研 究了在不同的减速度下，纵坡坡度与坡长的关系。 ( 3 ) 联邦德国 联邦德国对事故与长坡路段的纵坡长度关系进行了深入的调查研究，结果表 明车辆在单方向行车的路段上行驶时，下坡方向发生的交通事故数量明显比上坡 方向要多，长坡路段的纵坡坡度大于6 的情况下，交通事故数量会明显超出平均 数量，所以在其道路设计规范中，主要以安全性和经济性为出发点，对允许的长 1 2 长安大学硕士学位论文 坡路段最大纵坡值作了如表2 4 的规定。 表2 4 联邦德国长坡路段最大纵坡设计标准参照表 设计车速( k n f f h ) 4 05 06 07 08 09 01 0 01 2 0 最大纵坡( ) 8765 4 5 4 ( 4 ) 东盟 其公路设计标准主要是根据公路的不同等级进行规定的，如表2 5 、2 6 所示。 表2 5 东盟长坡路段最大纵坡控制表 公路等级分类重要公路一级公路 地形分类平原丘陵山岭平原丘陵山岭 设计速度( k m h ) 1 0 0 - 1 2 08 0 1 0 06 0 8 08 0 1 1 06 0 8 05 0 7 0 最大纵坡( ) 456567 公路等级分类二级公路( 两车道)三级公路( 三车道) 地形分类平原丘陵山岭平原丘陵山岭 设计速度( k m h ) 8 0 1 0 06 0 8 04 0 6 06 0 8 05 0 7 04 0 - 6 0 最大纵坡( ) 678678 表2 6 东盟公路提供长坡路段爬坡车道的临界坡长 地形分类重要公路一级公路 3 名o o m3 - 9 0 0 m 平原 4 一5 0 0 m 4 _ 7 0 0 m 4 7 0 0 m4 - 8 0 0 m 丘陵 5 一5 0 0 m 5 缶o o m 5 击o o m5 _ 7 0 0 m 山岭 6 一0 0 m 7 一5 0 0 m ( 5 ) 中国 我国现行的公路工程技术标准( j t g b 0 1 2 0 0 3 ) 中规定的长坡路段最大纵坡 值和临界坡长值如表2 7 和2 8 所示【2 5 1 。 表2 7 不同设计车速下长坡路段最大纵坡标准值 设计速度 1 2 0 ( k m h )1 0 0 ( k m h )8 0 ( k m h )6 0 ( k m h ) 最大纵坡( ) 3456 1 3 第二章山区高速公路长坡路段安全性分析 表2 8 设计车速下不同纵坡对应坡长限制 一 1 2 0 1 0 08 0 6 0 纵坡坡度( ) 39 0 01 0 0 01 1 0 01 2 0 0 4 7 0 08 0 09 0 01 0 0 0 5 6 0 07 0 08 0 0 6 5 0 06 0 0 中国公路工程技术标准同时还作出如下规定，即便纵坡为2 的高速公路，长 坡路段的坡长也不适宜过长设计，对于二级以下的公路，当其长坡路段的连续纵 坡值大于5 的情况下，应该在不大于表2 8 限制的长度处设置缓和坡段，其纵坡 值的设置应当不大于3 ，缓和破段的长度应当符合纵坡最小长度的规定。 通过各国对长坡路段的规定标准进行对比，从各国的规定情况看：由于国外 经济、技术较为发达，公路交通组成中小汽车在整个交通组成中比例较高，车辆 ( 尤其是载重车) 的动力性能相对较为良好，所以和我国规定的标准相比较，国 外对长坡路段线形的规定普遍较大，实际操作中并且可以根据其地形地势条件灵 活地采用。 通过比较各国对长坡路段最大纵坡的规定，可看出我国对长坡路段最大纵坡 值的规定居中，和美国相比稍低，和日本相比稍高，和德国最为接近。考虑到我 国载重货车性能与国外相比还有一定差距，因此在我国的标准中对长坡路段没有 设置更高的最大纵坡值。 各国对长坡路段临界坡长的规定都对不同的设计速度和不同的地形条件进行 了考虑。在同样的纵坡、同一设计速度的条件下，东盟和日本对长坡路段坡长的 限制基本相同，和我国相比短l o o m 。事实上，较短的坡长限制对行车舒适性和顺 畅性有利，如果纵坡坡度大的长坡路段坡长过长，在山岭地区，很容易导致下坡 方向事故高发，这主要是由于长距离的下坡，很造成车辆长期制动致使制动效能 衰退甚至失效。美国依据速度折减1 5 k m h 给出了对长坡路段的坡长限制，假定长 坡路段坡段前是平坡引道，长坡路段的坡长限制也比我国的限制稍短，而且要求 一旦超过限制坡长，必须设置避险车道。 2 2 长坡路段事故特征分析 1 4 长安大学硕士学位论文 通过对若干事故高发的山区高速公路长坡路段统计资料分析：尽管长坡路段 在设计时的技术指标均满足公路工程技术标准和规范的要求，但仍然事故高发， 事故以货车制动失灵为主，并且随下坡里程的增加呈递增的趋势，事故车辆境外 车辆多于境内车辆。下面结合对陕西省黄延高速等若干条山区高速公路交通事故 的调研情况对长坡路段的交通事故特征进行分析。 2 2 1 肇事车辆分布特征 不同类型的车辆对交通事故的影响不同，车辆自身的动力性能、行驶车速、 爬坡能力、外形尺寸、负载程度密切影响着事故的严重程度【2 6 1 。通过交通组成对 交通安全影响的研究表明：车辆混合的类型越多，交通流速度差的范围就会扩大， 交通流运行状况越复杂，交通事故发生的可能性就会明显增大。根据实际调研收 集的交通事故中所涉及到的不同车辆进行分类整理，本文对事故车型分为小客车、 大客车、小货车、大货车以及其他五种类型，车辆的所属地分为过境车辆( 省外 车辆) ，省内其他地区车辆和本地车辆三种类型。 肇事车辆类型分布如图2 1 所示： 图2 1 图肇事车辆类型分布图 肇事车辆所属地区分布如图2 2 所示： 图2 2 肇事车辆所属地区分布 1 5 第二章山区高速公路长坡路段安全性分析 根据以上的统计结果，从肇事车辆类型来看，大货车发生的事故占整个交通 事故的比例最高，小客车次之。究其原因是由于技术发展不够成熟，我国货车自 身性能和其他车型相比较差，另外，货车驾驶员素质普遍较低，对车辆的日常维 护不够及时，车辆机械故障发生频率较高，受经济利益的驱使货车驾驶员超载和 疲劳驾驶现象极为严重，结合长坡路段不良的道路环境，当驾驶员驾驶大货车在 长坡路段高速行驶时极易发生制动失灵从而引发交通事故。对于小客车而言，车 辆性能比货车高很多，这就造成了小客车驾驶员在驾驶时超速、超车现象严重， 一旦遇到紧急情况，驾驶员容易制动不及时操作失误从而引发交通事故。从肇事 车辆所属地的分布状况可以看出，省外地区的过境车辆在长坡路段发生的事故最 为突出，本地车辆最少，这主要是因为省外驾驶员对路况掌握的比较生疏，对路 况信息判断不准确，在高速行驶时容易麻痹大意，而本地车辆的驾驶员对路况比 较熟悉，故正常情况下不会发生操作失误，能够安全驾驶。所以在对长坡路段的 安全进行分析时，有必要对车辆的组成进行调研研究。 2 2 2 交通事故时间分布特征 对调研路段的交通事故进行统计显示，夜间事故数居多，将全天2 4 小时划分 为四个时段：0 ：0 0 6 ：0 0 ，6 ：0 0 - 1 2 ：0 0 ，1 2 ：0 0 - 1 8 ：0 0 ，1 8 ：0 0 - - 2 4 ：0 0 。 事故时间分布特征如图2 3 所示： 图2 3 交通事故时间分布特征 上图显示夜间尤其凌晨是事故的高发时段，凌晨时段交通事故高发的主要原 因有：夜间小客车交通流量较白天小，驾驶员驾驶车辆时自由度较大，高速行驶， 在遇到危急状况时很容易反应不及时从而操作失误酿成交通事故；夜间货车交通 量较白天多，并且车辆超载现象严重，而货车在长坡路段上行驶时最易发生制动 失灵，再加上夜间行驶驾驶员存在一定的违章行为，不太注意交通标志标线，对 1 6 长安大学硕一 ：学位论文 路况的信息缺乏认知，对车辆的检查容易疏忽，从而增加了事故隐患；凌晨时分 由于人的生理状况，驾驶员不能得到较好的休息，夜间的长时间行车造成驾驶员 睡眠不足并且不断积累，到凌晨时分达到了生理极限，这时的疲劳形成累计疲劳。 驾驶疏忽大意、对路况交通环境判断失误以及疲劳驾驶是凌晨时分交通事故高发 的主要诱因。另外凌晨时分，由于光线昏暗，驾驶员注意力不容易集中，驾驶员 极易产生身体困乏，反应迟钝，也易引发交通事故。 2 2 3 交通事故空间分布特征 图2 4 制动失效地点分布情况 通过对制动失效事故的调查发现，随着坡长的增加，事故数目也在增加。大 多数事故发生在下坡方向的坡底地段。 2 2 4 交通事故形态分布特征 交通事故形态，即交通参与者之间发生冲突或自身失控肇事所表现出来的具 体形态。按照我国道路交通管理的有关规定，道路交通事故主要分为碰撞、碾压、 刮擦、翻车、坠车、失火和其它等事故形态【2 刀。由于山区高速公路长坡路段的交 通条件与其他特殊路段有较大差别，从调研的数据来看，长坡路段的交通事故主 要是由于驾驶车辆刹车失灵导致车辆追尾、冲出路外或者穿越中央分隔带与对向 车辆发生碰撞等。因此，根据山区高速公路长坡路段的交通事故特点，将长坡路 段的交通事故形态分为追尾碰撞、正面碰撞、撞护栏、冲出路外、和其他。统计 结果如图2 5 2 7 所示。 1 7 第二章山区高速公路长坡路段安全性分析 图2 5 事故形态分布情况 图2 6 按事故形态分布的死亡人数情况 图2 7 按事故形态分布的受伤人数情况 1 8 长安大学硕士学位论文 2 3 长坡路段安全影响因素