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高速公路雾区交通安全保障技术研究 摘要 本文是根据我国高速公路的交通特点、地形特点和交通动态系统中人、车、 路及环境的交通特性，对搜集到的雾天交通记录历史资料进行统计，分析雾对 交通状况的影响；同时研究高速公路雾区雾的观测内容和方法，分析雾的特性； 通过理论分析和实践检验的方法，并吸纳国内外先进的研究成果，建立高速公 路雾区监控系统；并针对不同道路情况制定合理的高速公路雾区限速以及交通 安全管理策略。最终从雾区监控系统的建立、交通管控措施等方面，研究高速 公路雾区安全保障技术，并形成有指导意义的成果，为我国多雾地区高速公路 的建设和管理提供依据。该成果一方面使高速公路在雾天无需封闭交通或大大 减少封闭交通的时间，对国民经济的发展具有十分重要的意义；另一方面为提 升我国高速公路在雾天低能见度条件下的交通安全水平，保障高速公路干线运 输的畅通、安全方面也具有极其重要的现实意义。 关键词：高速公路交通安全能见度监控限速 l h s e a r c ho n s a f e g u a r d s7 i b c h n o l o g yo fe x p r e s s w a yi nf o g a b s t r a c t a c c o r d i n g t ot r a f 拜cc h a r a c t e r i s t i c s ，g e o g r a p h i cc h a r a c t e r i s t i c so fo u rc o u n t r y s e x p r e s s w a ya n dt r a m cs p e c i a l i t i e sa b o u tp e o p l e ，c a r ，r o a da n de n v i r o n m e n ti n t r a m c d y n a m i cs y s t e m ，t h i sp a p e rg i v e ss t a t i s t i c so fc o l l e c t e dr e c o r dh i s t o r yd a t ai n f o g ，a n da n a l y s e sf b g si n n u e n c et ot r a f f i cc o n d i t i o n a tt h es a m et i m e ，i ts t u d i e s f o g s o b s e r v a t i o nc o n t e n t sa n dm e t h o d so n e x p r e s s w a y ， a n d a n a l y z e sf o g s c h a r a c t e r i s t i c s a n de x p r e s s w a ys u p e r v i s i n gs y s t e mf o rf o ga r e ai se s t a b l i s h e db y t h em e t h o do f t h e o r ya n a l y s i sa n dp r a c t i c ee x a m i n a t i o na n db ya b s o r b i n ga d v a n c e d d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e a r c h m o r e o v e r ，a i m i n ga td i f f b r e n tr o a dc o n d i t i o n ， t h i s p a p e re s t a b l i s h e s r e a s o n a b l ee x p r e s s w a ys p e e dl i m i ti nf b ga r e aa n dt r a f n c s a f e t ym a n a g e m e n ts t r a t e g y f i n a u y ，e x p r e s s w a ys a f e t ys a f e g u a r dt e c h n i q u e sa r e s t u d i e di n f b ga r e a ，a n df b r m i n s t r u c t j o n a lp r o d u c t i o nw h i c hp r o v j d eb a s i sf b f e x p r e s s w a y sd e v e l o p m e n t a n dm a n a g e m e n t 0 nt h eo n e h a n d ，t h ep r o d u c t i o n m a k e se x p r e s s w a yd o n tn e e dt oc l o s et r a n s p o r t a t i o no rr e d u c eg r e a t l yt h et i m eo f c l o s i n gt r a n s p o r t a t i o n ，w h i c hh a v et h ev e r yi m p o r t a n tm e a n i n gt ot h ed e v e l o p m e n t o ft h en a t i o n a le c o n o m y ；o nt h eo t h e rh a n d ，i ta l s oh a st h ev e r yi m p o r t a n tr e a l i s t i c m e a n i n g o ng u a r a n t e e i n gu n i m p e d e da n ds a f bt r u n kl i n et r a n s p o r to f e x p r e s s w a yi n o r d e rt op r o m o t et r a f 拜cs a f el e v e li nl o w v i s i b i l i t yo no u rc o u n t r y se x p r e s s w a y k e y w o r d s ：e x p r e s s w a y n 墒c s 娟e t ys i b i l 时s u p e r v i s i o n s p e e d l h n i t 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士 学位论文质量要求。 答辩委员会签名： 主席：( 工作单位职称) 委员： 导师： 【l 铷宅弓乞铆天 办澎班】、j 聊词句工 锯蟛 插图清单 图卜11 9 9 4 2 0 0 2 年事故起数统计图1 图卜21 9 9 4 2 0 0 2 年交通事故死亡人数统计图2 图卜31 9 9 4 2 0 0 2 年十万人死亡人数变化曲线图2 图卜41 9 9 4 2 0 0 2 年万车死亡人数变化曲线图，2 图卜5 澳大利亚十万人死亡率统计图3 图卜62 0 0 3 年各种道路类型的事故死亡人数构成示意图4 图卜72 0 0 3 年各种天气条件下的事故死亡人数构成示意图5 图卜8 洛杉矶大雾弥漫挡视线，2 0 0 辆车连环相撞5 图卜9 摩阻系数随车辆速度变化的关系7 图卜1 0 采用不同限速值( 3 0 k m h ，4 0 k m h ，5 0 k m h ) 时的车速分布9 图卜1 1 京珠北高速公路翻越南岭海拔高度示意图1 2 图2 一l 各合同段各旬间出现雾的情况1 9 图2 2 各合同段5 月份出现雾的情况2 0 图2 3 各合同段6 月份出现雾的情况2 0 图2 4 各合同段7 月份出现雾的情况2 1 图2 5 各合同段8 月份出现雾的情况2 1 图2 6 各合同段9 月份出现雾的情况2 2 图2 7 各合同段1 0 月份出现雾的情况，2 2 图2 8 各合同段出现雾的情况2 3 图3 1 由感应线圈获得的跟车数据2 5 图3 2 无雾条件下不同类型车速与能见度关系图2 7 图3 3 无雾条件下车头间距与能见度关系图2 7 图3 4 无雾条件下车头时距与能见度关系图2 8 图3 5 无雾条件下速度及车型与车头间距的关系图2 8 图3 6 无雾条件下速度及车型与车头时距的关系图2 9 图3 7 有雾和无雾条件下的累积分布3 0 图3 8 有雾条件下各车型车速与能见度关系3 1 图3 9 车头问距非线性回归拟合图3 2 图3 一l o 车头时距非线性回归拟合图3 3 图4 一l 雾区监控系统基本流程示意图3 7 图4 2 雾区监控系统构成3 9 图4 3 雾区外场监控设备布设图4 0 图4 4 雾天高速公路交通安全的影响因素 图4 5 停车视距组成分析图 图4 6 曲线上汽车的受力分析 图4 7 雾区小型车车速累积百分数图 图4 8 雾区大型车车速累积百分数图 图4 9 京珠北高速公路总平面示意图 图4 一l o 小型车车速与快车道限速对比 图4 1 1 中型、大型车车速与慢车道限速对比 蛇镐钙妁钧的肌肌 表格清单 表卜l 交通死亡事故率表1 表2 1 雾观测记录表1 6 表2 27 2 合同段( k 5 4 + 5 0 0 k 5 5 + 3 0 0 ) 雾区逐时能见度频率表1 7 表2 38 1 合同段( k 5 9 + 7 0 0 l k 0 + 2 2 0 ) 雾区逐时能见度频率表1 7 表2 48 2 合同段( k 6 4 + 7 7 0 k 6 5 + 6 0 0 ) 雾区逐时能见度频率表1 8 表2 59 合同段( k 6 8 + 0 0 0 k 6 9 + 0 0 0 ) 雾区逐时能见度频率表1 8 表2 61 0 合同段( k 7 3 + 9 0 0 k 7 4 + 9 0 0 ) 雾区逐时能见度频率表】8 表2 71 1 一l 合同段( k 8 3 + 3 2 0 ) 雾区逐时能见度频率表1 8 表2 81 2 合同段( k 9 5 + 0 5 2 ) 雾区逐时能见度频率表1 9 表3 一l 车头间距回归模型总体参数表3 1 表3 2 车头间距回归系数及显著性检验表3 l 表3 3 车头间距回归方差分析表3 l 表3 4 车头间距非线性回归系数表( 自变量：能见度) 3 2 表3 5 车头时距回归模型总体参数表3 2 表3 6 车头时距回归系数及显著性检验表3 2 表3 7 车头时距回归方差分析表3 3 表3 8 车头时距非线性回归系数表( 自变量：能见度) 3 3 表4 1 京珠北高速公路红云雾区外场监控设备布设表4 1 表4 2 高速公路圆曲线最小半径4 6 表4 3 不同设计车速对应的横向力系数4 6 表4 4 各级公路圆曲线部分最大超高值。4 6 表4 5 高速公路技术标准中规定的设计车速与按相应设计曲线半径计算出的限 速值4 7 表4 6 层次分析法标度表4 8 表4 7 京珠北高速公路设计指标5 0 表4 8 高速公路雾区控制管理策略5 6 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 盒越王些去堂或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：为搦箱 签字f 1 期： 叮年弓月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金胆至些盍堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权 金理工些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学 位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：却娲箱 签字日期： 够年弓月f 目 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 靳躲j 纵阻 签字日期：q 年弓月11 日 电话 邮编 致谢 本文是在张代胜副教授和交通部公路所高海龙副研究员的悉心指导下完成 的。张老师平和大气的处世风格、开拓进取的治学态度、勤奋踏实的工作作风 和淡泊名利的个人隋操是我终身学习的榜样。高老师渊博的学识、严谨的治学 风范、自强不息的工作作风、崇高的敬业精神和超然的处世态度也使我受益匪 浅。在本文即将完成之际，谨向两位导师致以最诚挚的谢意! 交通部公路所何勇教授、唐净净副研、张高强副研、张巍汉助研、北京工 业大学钟小明博士、合肥工业大学刘立强同学对本人的论文一直非常关心，并 给予了多方面的指导和帮助，在此，谨向他们表示衷心的感谢! 本人在读期间受到了陈朝阳副校长、石琴副教授、张树强副教授、尹安东 副教授、温千虹老师、王皖江副院长、陈无畏教授、王启瑞副教授、孙松良同 学、谷叶水同学等老师和同学的多方面支持和帮助，在此，谨向他们表示衷心 的感谢! 在实习期间，交通部公路所的包左军高工、吴京梅高工、李伟博士、候德 藻博士、李长城工程师、杨涛工程师、张铁军工程师、杨金花助工等都给予过 本人支持和帮助，在此，谨向他们表示诚挚的感谢! 我的家人、朋友为我的论文完成分担了我的一些工作和压力，为我付出了 许多，为此，向他们表示深深的谢意! 汤筠筠 2 0 0 5 年2 月1 8 日 第一章绪论 1 1 国内外高速公路交通安全状况 1 1 1 国外高速公路交通安全状况 6 0 多年前，第一条高速公路在德国诞生，刷新了人们的出行和时空观念。 回顾世界上道路交通事故与汽车的演变过程，人们发现六十年代末及七十年代 初以前，随着汽车保有量和高速公路建设的发展，国外的高速公路交通事故是 逐年增加的。进入七十年代以后欧美等国的交通事故有下降的趋势，比较明显 的转折点是在1 9 7 3 年，此时世界上发生了石油危机，致使车数减少，且车速受 到限制。石油危机过后，各国汽车保有量和车辆行驶里程都有较大幅度的增长， 但交通事故仍继续下降，表卜1 反映了这一趋势“。以上事实说明，这些国 家从六十年代开始实行的综合整治交通和减少交通事故计划及措施取得了一定 的成效，其中最引人注目的是日本。相反，目前世界上还有相当一部分国家的 道路安全仍没有得到改善，交通事故继续增加，其中以第三世界国家居多。 1 9 9 0 年起一些发展中国家的交通事故开始下降，但是印度、巴西和南亚一些国 家的道路交通事故却一直处于不断攀升的状态。 表卜1交通死亡事故率表 ( 1 ) 美国道路交通安全现状”。” 图卜1 至卜4 为近几年美国的道路交通事故统计图。 3 8 0 0 0 3 7 5 3 7 0 0 0 3 6 5 0 0 3 6 0 3 5 5 0 0 3 5 0 0 0 l 哇年l e e 5 年i 晦坞9 7 年1 9 9 e 年t 9 9 9 年2 0 0 0 年2 0 0 1 年2 0 。2 年 图卜11 9 9 4 2 0 0 2 年事故起数统计图 4 5 0 0 0 4 2 5 0 0 t 2 0 0 0 4 1 5 0 0 4 1 0 0 0 4 0 5 0 0 4 0 0 0 0 3 9 5 0 0 1 4 年1 9 9 5 年1 9 9 6 年1 9 9 7 年1 9 9 8 年1 9 9 9 年2 0 0 0 年2 0 0 1 年2 0 0 2 年 图卜2 1 9 9 4 2 0 0 2 年交通事故死亡人数统计图 1 6 15 ，8 1 5 6 1 5 4 1 5 2 1 5 14 8 1 t6 1 哇4 14 2 1 9 9 碑1 9 筛年1 9 9 6 年1 9 9 7 年1 9 9 8 年1 9 9 9 年2 0 0 0 年2 0 0 1 年2 0 0 2 年 图卜31 9 9 4 2 0 0 2 年十万人死亡人数变化曲线图 2 1 5 2 1 20 6 2 1 9 5 1 9 1 8 5 1 8 1 ，7 5 1 9 舛年1 9 9 5 年1 9 9 啤1 9 盯年1 9 9 e 年1 9 9 9 年2 0 0 0 年2 0 0 1 年2 0 0 2 年 图卜41 9 9 4 2 0 0 2 年万车死亡人数变化曲线图 ( 2 ) 日本道路交通安全现状 2 0 世纪6 0 年代，战后的日本经济发展进入快车道，车辆每年以l o 的速 度递增，交通事故也随之迅速增加。为了遏制急速上升的事故，1 9 9 6 年日本开 始制订和实施“交通安全计划”，经过十多年的努力，终于使r 本的交通事故死 亡人数从1 9 7 0 年的最高峰1 6 7 6 5 人，降至1 9 8 0 年的8 7 6 0 人，以后日本的交通 事故死亡人数虽有所反弹，2 0 世纪9 0 年代初上升为1 1 0 0 0 多入年，但目前基 本稳定在9 0 0 0 1 0 0 0 0 多人年。1 9 9 9 年，日本因交通事故死亡的人数为9 0 0 5 人，比上年减少2 0 6 人。这是日本交通事故死亡人数连续4 年下降，也是1 9 8 2 年以来这方面死亡人数最少的一年。且亿车公里死亡人数自1 9 6 7 年以来一直呈 下降趋势，1 9 9 4 年仅为1 5 人亿车k m ”! 。 ( 3 ) 澳大利亚道路交通安全现状 7 0 年代以前，除3 0 年代经济大萧条和二战时期以外，澳大利亚的道路交 通事故率一直呈上升趋势。7 0 年代以后，每十万人交通事故死亡率总体呈现下 降趋势，但近几年的交通事故情况没有得到明显的改善，甚至趋于停滞，图卜5 2 对该特点有所体现“3 。 k ，、，、 ry 1 图卜5澳大利亚十万人死亡率统计图 l 。1 2 国内高速公路交通安全状况 隼) 我国是目前世界上道路交通事故万车死亡率最高的国家之一。道路交通事 故引起人的伤亡和物资的损失，给国民经济带来了巨大的损失。同欧美国家相 比，我国的道路交通状况还存在巨大的差距。 高速公路在我国大陆虽然只有十余年的历史，但自从它诞生之日起，就以 其大容量、高效率的快捷运输方式，令人耳目一新。高速公路在我国的发展方 兴未艾，前景辉煌。然而，在给人们带来现代交通高效、快捷的全新感受的同 时，高速公路也一直以它的高事故率、惊人的事故损害困扰其管理者和使用者。 据有关资料统计，2 0 0 3 年我国高速公路上发生事故3 6 2 5 7 起，造成5 2 6 9 人死 亡、1 4 8 6 7 人受伤。虽然占总数的比例并不高，分别为5 4 、5 1 和3 o ，但 与2 0 0 2 年相比增长幅度较大。其中，事故起数增加6 6 4 6 起，死亡人数增加l3 4 2 人，受伤人数增加2 6 1 3 人，增长幅度分别为2 2 4 、3 4 2 和2 l _ 3 ”1 。 近十余年来，我国高速公路运输发展很快。截止2 0 0 3 年底，高速公路总罩 程己达2 9 7 4 5 k m ”1 。高速公路运输以其方便、快捷的独具优点在我国社会、经 济生活中发挥着愈来愈重要的作用。无论在设计、建造，还是交通管理方面， 高速公路都具有得天独厚的有利条件。另一方面，高速公路运输过程中重大、 恶性安全事故时有发生，给人民的生命财产造成了严重危害，这使得高速公路 交通安全受到愈来愈广泛的重视。与国外相比，我国高速公路的交通安全状况 有较大差距，其交通事故主要特点表现为：重特大事故比例较大；事故救 援体系不完备等。图卜6 是2 0 0 3 年我国各种道路类型的事故死亡人数构成示意 图。 一+万人翟奉) 图卜6 2 0 0 3 年各种道路类型的事故死亡人数构成示意图 由于高速公路在我国起步较晚，目前对高速公路交通安全问题尚缺乏规律 性认识。因而，深入分析当前我国高速公路交通安全中存在的各种问题，探讨 其内在的规律性，对有效预防我国高速公路交通事故、提高高速公路行车安全 具有重要意义。 1 2 高速公路交通安全的影响因素 高速公路网是国家和地区在防灾救灾和战争时期国家经济发展、人民生活 持续进行和国家安全的重要保障。高速公路以其顺畅的线形，宽阔的车道，全 封闭、全立交的交通控制以及各种有效的交通安全措施，为车辆提供了良好的 行车条件。车辆只有以较高的车速行驶，才能充分发挥高速公路的运营经济效 益，同时，人们也已经习惯了高速行驶。但在恶劣天气条件下，高速公路上极 易发生交通事故。 恶劣天气包括雾、雪、沙尘暴、冰、暴雨、闪电、大风等，是造成道路交 通事故的重要因素之一。据调查，在所有的交通安全事故中，有近四分之一是 由于恶劣天气引起的，可见其对交通安全的危害之大。恶劣天气的发生可以导 致：一是降低了车辆和道路之间的附着力( 如在冰雪、小雨等天气条件下) ：二 是降低空气的能见度( 雾、雪、暴雨和沙尘都可能引发此类后果) ；三是改变了 汽车的受力状态( 如大风的影响) ，使车辆所受的侧向力成倍增大，造成行车过 程中的侧向失稳而发生交通事故；四是对驾驶员心理的不良影响导致超速行驶。 2 0 0 3 年，我国公安交通管理部门共受理了6 6 7 5 0 7 万起道路交通事故案件， 死亡人数达1 0 4 3 7 2 万，受伤人数4 9 4 1 4 7 万人，直接经济损失达3 3 7 亿元，而 恶劣天气导致的交通事故就占总数的2 4 5 。图卜7 是2 0 0 3 年我国各种天气条 件下的事故死亡人数构成示意图”3 。 4 图卜7 2 0 0 3 年各种天气条件下的事故死亡人数构成示意图 道路交通事故已成为我国社会经济发展中严重的制约因素，时刻危害着人 民的生命和财产安全。如何保障恶劣天气下的公路通行能力和交通安全已经成 为每个国家都很重视的社会安全问题，其中高速公路雾区的交通安全保障就是 其重要组成部分。 据有关统计表明，全世界每十年因雾发生的交通事故，导致几乎6 0 0 0 人死 亡”。雾导致的能见度下降严重地影响了高速公路的行车安全，并带来了巨大 的经济损失和社会、交通、法律等问题。法国在1 9 8 6 年，有1 2 0 0 起交通事故 ( 不含市内) 是由于雾引起的，造成1 8 2 人死亡，1 7 5 人受伤，1 3 5 2 人轻伤； 美国每年因浓雾而引起的车辆碰撞损失高达3 亿美元以上；英国的伦敦、我国 的重庆和上海等许多城市都曾因大雾而使车辆减速行驶以至完全停止交通“。 虽然世界各国公路交通事故统计数据并未表明雾会在多大程度上增加交通事故 的危险性，但许多严重的交通事故都和雾有关，而且经常是多车连环追尾相撞 的重、特大恶性交通事故，其中的一些在世界范围内都产生了巨大的影响。如 以下在雾天发生的重大事故。 ( 1 ) 国外实例 2 0 0 2 年1 1 月3 日早上美国洛杉矶一条主要高速公路上因大雾而发生 严重的连环撞车事故，约2 0 0 辆汽车相撞，导致4 5 人受伤，造成7 1 0 高速公路 关闭l o 多个小时，如图卜8 。 图卜8 洛杉矶大雾弥漫挡视线，2 0 0 辆车连环相撞 2 0 0 2 年1 1 月5 日上午在普瓦提埃附近的第1 0 号高速公路上，3 3 辆汽车 接连相撞，造成至少6 人死亡，3 7 人受伤，其中6 人伤势严重。据报道，大雾 是造成这次事故的主要原因。 2 0 0 2 年1 1 月1 5 日，在丹麦日德兰半岛因大雾发生一起l5 0 多辆汽车追 尾相撞的恶性交通事故，造成1 人死亡和2 0 多人受伤。 ( 2 ) 国内实例 1 9 9 2 年8 月1 9 同凌晨，京津塘高速公路k2 7 + 5 0 0 处( 北京段) ，因雾 影响，致使发生1 5 辆汽车连续追尾的交通事故，死3 人，伤1 6 人，6 辆车报 废，直接经济损失达4 0 余万元。 1 9 9 3 年2 月，沈大高速公路南行线k 1 1 l 处，因大雾致使6 辆车连续追 尾相撞，死3 人，伤1 3 人，直接经济损失在1 0 万元以上。 1 9 9 5 年1 月8 日晨8 时，京石高速公路k 8 6 k 8 8 处，因突起浓雾造成 6 0 余辆汽车追尾相撞事故，死亡1 人，重伤多人，经济损失巨大。 1 9 9 6 年“月2 4 日晨7 时，沪宁高速公路无锡段因大雾造成4 4 辆汽车 首尾相撞，以致发生死9 人伤1 2 人的特大交通事故，经济损失无法估计。 1 9 9 7 年1 2 月1 7 日晨8 时，因雾大能见度低，在京津塘高速公路进京路 段，连续发生两起4 0 余辆汽车追尾事故，9 人死亡，4 1 人受伤，经济损失巨大。 1 9 9 8 年3 月1 7 日，沪宁高速公路因大雾发生多辆汽车追尾事故，造成3 人死亡，l o 人受伤。 1 9 9 9 年1 月3 日，上海出现大雾，沪杭高速公路松江段发生6 辆汽车追 尾事故。 2 0 0 0 年9 月4 日晨6 时，京沈高速公路k 2 6 8 k 2 7 0 处因突发团雾，造 成近百辆车追尾相撞，死伤6 0 余人。 2 0 0 1 年8 月2 2 日清晨，京沪高速公路山东临沂段因大雾弥漫，造成一 百多辆车追尾相撞，死伤2 0 余人。 由此可见，雾环境条件下的高速公路安全问题是一个全球性的重大问题。 根据法国1 9 8 6 年研究，虽然高速公路上因雾产生的事故率仅为该年度的4 ， 但死亡率却高达7 8 ，因此最大程度地减少因雾造成的交通事故是降低高 速公路交通事故发生率的重要途径。 雾有咀下几个特征：区域性、时段性、不均匀性、顽固性、产生危害的严 重性。下面从人、车、路、环境四个方面来分析影响雾天交通安全的因素“。 ( 1 ) 与驾驶员有关的因素 驾驶员良好的视力和高度集中的注意力，有利于尽早发现前方车辆。驾驶 员对紧急情况的反应能力因人而异，反应所需时间很大程度上取决于与前方车 辆的距离、道路条件、车速、前车尺寸和颜色等。据研究“，对于大约9 0 的 司机来讲，2 5 s 的反应时间已足够。 6 ( 2 ) 与车辆有关的因素 前方车辆几何尺寸的大小，车辆本身的颜色是否醒目，车后双尾灯是否 全部打开并闪烁，对后方车辆识别前方车辆的难易都有较大影响。 大型车辆司机视线位置较高，或者汽车 ； 挡风玻璃清洁、透光性良好， 都有助于及早发现前方目标。 发现前方目标后，司机采取制动措施，这时车辆的制动性能直接关系到 行车安全。小型车辆相对于大、中型车来讲，制动性能较好，但由于车速一般 较高，司机视线位置较低，因此综合而言危险程度是一样的。 ( 3 ) 与道路条件有关的因素 良好的道路平纵线形、合理的构造物设置位置有利于雾天的行车安全， 而在凸形竖曲线的顶端设置小半径平曲线，构造物设置在凹形竖曲线底部等情 况均不利于发现前方车辆。 高速公路交通量趋近饱和，行车密度过大，不利的纵坡、风力组合，路 边广告、交通管理设旋过多干扰司机视线，缺少情报板、标志、广播等有效提 示信息，也都不利于雾天的行车安全。 高速公路的路面应提供足够的汽车制动摩阻力。各种研究表明，摩阻系 数厂随车速的增大而减少，依不同的轮胎类型、路面类型、粗糙度和潮湿情况 而变化，而雾天的路面呈潮湿状况。将研究“23 所得最安全条件下摩阻系数厂和 汽车初速度v 的关系数据示于图卜9 中，用二次抛物线进行拟合得出厂一v 相关 公式：， = 1 8 9 1 0 。v 2 4 1 6 1 0 。3 v + o 5 1 3 ，拟合相关系数为o 9 8 6 。 年l - _ l ，h 图卜9摩阻系数随车辆速度变化的关系 ( 4 ) 与环境有关的因素 对于行车来说，很多天气( 如雨天、降雪和结冰等) 都会对其产生影响。 但是雾天是最恶劣的气象条件，国外称雾是道路上最凶狠的“刽子手”：这是因 为雾天最容易发生恶性交通事故”“。 大雾天气水平能见度低，严重影响驾驶员的视线，使之看不清运行前方 和周围的情况，对车间距离的判断和控制、对道路交通标志的识别都会产生困 难，在这种情况下极易发生与前方停止或慢行的车辆碰撞、与道路上的固定物 相撞等交通事故“。 雾天高速公路上的能见距离是影响行车安全最关键的因素。司机在雾天发 现并识别前方行驶车辆或障碍物，然后采取措施是一个比较复杂的过程，包括 前方目标出现，司机的眼睛移动，固定于目标的发现过程和识别清楚后准备采 取措施二个阶段。 道路上雾水和积累的油与泥土的混合，使轮胎与路面附着力减小，车轮 打滑，从而制动距离增加。 由于高速公路通常跨越距离较长，特别是很多高速公路都通过农村和山 区，使得高速公路的情况相对变得复杂。雾的分布往往很不均匀，有时会在一 个路段上视线相当明朗、而在另一个路段却大雾弥漫。由于这种情况通常发生 在夜间，高速行驶的车辆突然驶入大雾区，驾驶员会感到视觉突然变暗，有些 驾驶员不能适应视力的突然变化，便会产生一种恐慌感，从而容易引发交通事 故1 。 1 3 国内外对高速公路雾区交通安全保障技术的应用研究状况 高速公路雾区交通安全是一个世界性的问题，它给正常的交通运输带来了 严重的危害，多年来世界各国都给予了一定的重视，欧洲、美国和加拿大等发 达国家在这一领域已经取得了令人瞩目的成果。但由于受技术、设备和资金等 方面的限制，该项研究在世界各国的进展并不平衡。 1 3 1国外状况 目前，许多发达国家已经针对低能见度条件下的交通流分布、交通事故发 生、交通控制模式及交通管理的体系进行了一系列的研究”。2 “。 ( 1 ) 美国研究情况 美国对雾区高速公路的交通安全服务提出了具体要求，n t s b ( 美国运输安 全理事会) 就明确要求雾区高速公路具备以下控制措施：对交通流和雾的分布 进行及时检测，在雾区范围内降低并保持车速，努力降低不同车辆之间的速度 差异。并要求通过公共信息和教育使机动车驾驶员能够了解雾区行车的各种控 制措旌。 美国目前正在建立道路气象信息系统( r w i s r o a dw e a t h e r i n f o r m a t i o n s y s t e m ) 和图像监视系统作为智能交通系统的个组成部分。在为道路管理部 门提供服务的同时，道路气象信息系统也为道路用户的出行提供其它的信息服 务。为了能及时地得到准确的现实气象信息，r w i s 系统需要在道路沿线布设一 定数量的观测站，美国华盛顿卅i 已在全卅f 布设了2 0 0 个观测站( 是美国各州中 最多的) 。美国各州针对各自的具体情况，建立了合适的雾天行车措施，具体如 下”“：犹他州能见度预警系统；犹他州除雾系统；维吉尼亚州天气事故检测系 统；华盛顿州车速管理；新泽西州道路天气信息系统；加利福尼亚天气警示系 统；田纳西州低能见度预警系统；卡洛莱纳州低能见度提示系统。 美国在各州道路天气信息系统的基础上形成了国家级道路天气信息系统 ( r w i s ) ，并逐渐成为i t s 的一部分，其应用范围和功能也将随之扩大，并已经或正 在标准化。r w i s 标准包括定线标准、校准标准和通信标准，定线标准用来确定气 象传感器的类型、功能和设置位置，以便得到典型的和详尽的气象信息；校准标 准规定了传感器的标定测试程序，建立了标准的性能测试方法，保证传感器的质 量和品质，保证气象数据的准确性、精确性和可靠性。通信标准提供了r w i s 系统 内以及与其他i t s 设备间的数据交换协议和通信接口”。 虽然美国各州都已经建立了自己的雾天高速公路安全系统，但是美国并没 有停止相应的研究。1 9 9 9 年起，美国开始以犹他州为重点对已建成的低能见度 信息系统进行了全面评估，并于2 0 0 3 年7 月完成了全部评估工作。在评估中发 现了很多存在的问题，比如过低的限速值与驾驶员自己的判断不符时，就不能 达到控制速度的目的。图卜1 0 是美国某高速公路同一路段在能见度为1 0 0 1 5 0 米之间时采用不同限速值( 3 0 k m h ，4 0 k m h ，5 0 k m h ) 时的车速分布”，可见， 雾天高速公路的限速值并不是越低越安全，还应充分考虑到驾驶员的驾驶心理。 对于这些新暴露的问题，美国正在进一步深入研究。 n 0 m ， ，“、1 矿酞 一一一拶 心一一一一一一一一 臣愚 | = 竺塑冒 斑瞧 图卜1 0采用不同限速值( 3 0 k m ，h ，4 0 k m ，h ，5 0 k m h ) 时的车速分布 ( 2 ) 意大利研究情况 2 0 0 2 年意大利全国公路严重交通事故2 3 5 0 起，1 2 2 人死亡，3 5 0 0 受伤， 主要杀手就是大雾。鉴于欧洲各国交通事故频繁，欧盟已经做出明确规定：2 0 1 0 年内，必须减少一半的车祸死亡事故。为响应该决策，意大利有关部门于2 0 0 3 年秋推出了一项“抗雾智能公路”计划。 该计划由意大利交通部与意大利全国公路管理局以及菲亚特研究中心合 作。抗雾智能公路”系统结合了雷达和激光技术，它可以“穿透雾气，利于道 路畅通”。在雾环境下，公路沿途、方向指示牌和拐弯处，安全系统的高压钠灯 会频闪灯光，提高能见度，以减少司机驾车时的心理压力。意大利的公路和大 9 部分高速公路将为司机配置先进的安全系统，雷达、激光和自动驾驶仪将在雾 幔中安全导向公路车辆的驾驶，即使在雾气蒙蒙的情况下，各种车辆的司机仍 可放心驾驶。此技术将首先用于最易受大雾骚扰的北方帕多瓦一布雷西亚和都灵 一卡塞利公路段，然后逐渐向所有常见雾天的地区推广，目标是至少减少5 0 的 雾天车祸。 除上述技术外，一种与卫星连接的特殊技术将被采用，它可以在第一时间 向所有与该系统用户传送交通信息，例如突发的的交通事故情况和肇事地点等。 此外，“抗雾智能公路”计划还将引进一级方程式赛车的安全保护设置，以提高 汽车在险情下的行驶安全度。 ( 3 ) 澳大利亚研究情况 澳大利亚主要进行能见度与车辆速度以及速度差异性方面的研究，指出雾 天事故高发的原因主要是车速过高和速度差异引起的车辆间干扰增加。为提高 雾天行车的安全性，澳大利亚在高速公路上采取了设置动态情报板进行大雾预 警等措施，并对设置后的车辆速度降低与车速差异减小进行了分析，验证了设 施的有效性。 ( 4 ) 德国研究情况 德国于8 0 年代初期开始在道路沿线稚设天气检测设备以检测天气的变化 及其对道路交通的影响。在德国称r w i s 为s w i s ，s w i s 的建立进一步增加了气 象检测站的数量。而检测得到的信息将汇总到德国国家气象服务中心，由其发 布天气信息并研究新的天气预测方法。据德国汽车俱乐部( a d a c ) 统计，2 0 0 1 年，德国一些地区由于出现冷雾而发生4 6 4 起交通事故，伤7 5 7 人，死亡3 0 人。最近，德国柏林和勃朗登堡州的化学工程技术人员研制出一种新设备，它 能在不添加任何化学物质的情况下将空气中的冷雾去除掉，同时不污染环境。 新除雾办法的原理是将深冷二氧化碳，即干冰撒入雾中，让干冰担当结晶核的 作用。专家建议在公路两侧应固定安装该除雾设备。 ( 5 ) 瑞典研究情况 瑞典地处北欧，早在1 9 7 2 年就开始尝试简单的天气警报系统，此系统通过 电话网络来传递道路的结冰情况。现在瑞典r w i s 系统除6 5 0 个野外观测站外， 还有3 颗卫星和2 1 个雷达观测站，因此天气及道路交通数据来源非常广泛。但 就其使用功能来讲，该系统仍然主要对冰雪天气进行监测和发布信息，在雾天 观测和警报中应用较少。 ( 6 ) 日本研究情况 日本国土狭长，水汽丰富，因此也是大雾多发的国家，日本所采用的高速 公路控制措施除了能见度监测及速度、交通量控制以外，还采取了“慢车警告” 的控制措施。即通过路侧设置的小型情报板提醒驾驶员前方有慢行或停止的车 辆，并告知驾驶员前方慢车的距离，督促驾驶员预先做出反应，避免交通事故。 1 0 根据使用的情况，该措施被证明是十分有效的。 同时，在对能见度观测设备的研究上，世界各国都给予了一定的重视，也 进行了相应的设备开发。其中，包括有1 2 个国家参与的e v c d c 0 s t ( 全欧科学研 究技术委员会) 公路交通管理电子化的工程计划。在对高速公路交通与天气条 件关系的研究中，着重强调了能见度技术是计划的关键。欧美等国为适应目益 发展的公路管理的需要，己研究生产了多种公路散射式能见度仪，用于高速公 路的能见度监控。在芬兰，也研制生产出f d 1 2 雾况检测仪。经过数年试验，现 已用于高速公路、机场和港口码头以探测雾况。在加拿大，p e p 公司研制出了 p e p 9 0 1 2 能见度仪，用于公路的能见度监控。在美国，佐治颠研究所( g t i r ) 也 成功地研制了一种利用红外光探测雾气的自动化监测系统。当有雾能见度不好 时，它可自动地用电话线路通知监控中心，同时情报板上发出相应的提示信息， 要求车辆降低车速。如果能见度下降至需关闭高速公路时，系统将提供绕道行 驶的信息等。 这些国外的研究均表明，在雾天的低能见度条件下，为保证交通的安全， 需要将交通由驾驶员自发控制的自由状态转变为由交通管理部门统一协调管理 的受控状态。根据交通和气象的实际条件，可以采取的控制措施有：封闭交通、 速度控制、交通量控制、车道控制以及单车控制等，这些措施可以同时使用。 国外的这些相关研究为我们揭示了研究的方法和方向，但是我们不能简单 的接受国外的研究结论或重复他们的研究过程，而应根据我国雾区高速公路的 特点，吸收国外研究的先进理论，建立适用于我国国情的高速公路雾天安全保 障系统。而且国外在对雾区安全系统评估中发现的问题，也会使我们吸取经 验教训，避免走国外曾经走过的弯路。 1 3 2国内状况 与国外相比，国内雾区交通安全的研究工作起步较晚，研究也不够深入。 交通部公路科研所、广东省交通厅以及中国气象局广州热带海洋气象研究 所对京珠北高速公路红云雾区安全保障技术方面开展了相应研究，分别进行了 雾的结构与预测预报方法研究、雾的观测方法的研究、雾区交通安全与监控系 统以及雾的监控方案的研究等。并且在京珠北高速公路红云雾区路段建立了高 速公路监控系统，采用了交通检测器、气象检测器、v m s 、路侧雾灯等交通监 控、诱导技术。 北京市公路局开展了“高速公路雾警自动限速标志系统”的研究，着重解 决目前华北地区冬季由于大雾引起的高速公路安全事故和高速公路关闭问题。 江苏省气象局与江苏省宁沪高速公路股份公司合作，先后完成了“宁沪高 速公路( 江苏段) 秋冬季大雾灾害研究”、“江苏省高速公路大雾遥感监测业务 系统”、总装备部“低云大雾实时检测预报服务系统”。这些研究对大雾天气的 预报和适当的交通管理措施的采用有一定的指导意义。 上海市气象局建立的城市道路能见度监测预报系统。在对城市雾的研究方 面也取得了一系列的成果。 徐虹结合陕西省西宝、西渭、西铜几条高速公路，研究了秋冬大雾及其特 点，并提出了概念模型”“。在城市雾方面，李习明、杨文贤分别研究了西安地 区的雾，进行了个例分析。“。这些工作的开展为高等级公路和城市道路气象服 务奠定了较好的基础。 同时，同济大学在该方面也开展过一些研究，如杭卅i 湾大桥灾害性天气的 交通安全保障预案、高速公路灾害性天气事故预防管理系统( 上海市市政局) 等。 这些国内研究成果为本课题奠定了一定的基础，但重要的是我国至今也没 有进行雾天高速公路交通状态特征的研究。因此迫切需要在我国进行与雾区公 路安争有关的保障技术的研究，形成有指导意义的成果，为我国多雾地区高速 公路的建设和管理提供依据。 14 数据搜集区域简介 1 4 1 京珠北高速公路红云雾区 京珠北高速公路位于粤北山区，在乐昌、乳源境内翻越南岭主山脉大瑶山， 路线海拔商度从2 0 0 米左右上升至8 0 0 米，存在6 0 0 余米的高差，如图1 1 1 。 而且沿线地形复杂，山高沟深、起伏剧烈、降雨量大、气候条件也相当复杂。 尤其是在乐昌、乳源附近常年频繁发生浓雾现象，能见度极低 在冬季， 海拔较高的路段气温低于冰点，路面会出现结冰的现象，这些恶劣的气候条件 都是十分不利于交通安全的。 圈卜“京珠北高速公路翻越南岭海拔高度示意圈 1 4 2 思小高速公路 思( 茅) 小( 勐养) 高速公路位于云南省思茅地区和西双版纳州境内，起 于思茅市刀光寨，路线沿国道2 1 3 线经曼歇坝、南岛河、普文、麻地河、大干 坝、红沙河、关坪、三岔河、野象谷，止于景洪市小勐养。路线所经地区主要 属热带一亚热带气候区，干旱季节分明，夏秋多雨湿热。潮湿多雨的气候条件 加上植被繁茂的森林环境，导致许多路段常常有雾产生，且持续时间长。 本文将利用从京珠北和思小高速公