（载运工具运用工程专业论文）山区公路交通标志及减速振动标线的优化.pdf

摘要 近年来，随着我国公路里程的增加，道路交通事故的发生呈上升趋势，特别是在山 区公路上表现的尤为突出。交通标志和减速振动标线对于防止交通事故有重要的作用， 也是山区公路主要的交通安全设施。当前，山区公路交通标志和减速振动标线的设计和 设置较为混乱，有必要对它们进行优化，减少交通事故发生的概率。 本文通过建立影响山区公路安全的危险因子集，分析了人、车、路和交通环境对标 志、标线的设置和设计过程中的影响，确定了山区公路主要的危险因素。在此基础上， 研究山区公路标志和减速振动标线的优化方法。在交通标志方面，提出了从驾驶员视觉 原理出发，对交通标志的版面大小、文字高度进行优化设计。在已有国标的基础上，根 据山区公路危险路段的事故隐患进行了标志内容的优化。在急弯路段，根据车辆在急弯 路段的转弯特性，提出了分车型限速的理论，并设计了符合路面特点的“非标准”标志。 在长下坡路段，用图案加文字的形式设计了各种易读易懂的标志。在减速振动标线方面， 设计了符合山区公路特点的标线，提出了振动标线的设计原则、减速原理，并确定了它 的各项设计参数。 基于前视距离理论，分析并确定了山区公路危险路段( 长下坡路段和急弯路段) 交通 标志设置的前置距离，以及了不同标志间的设置间距。论述了各种标志和减速振动标线 在山区危险路段的设置位置。最后结合实例，对山区公路具体路段交通标志和减速振动 标线做了实例设计和设置。 关键词：山区公路，减速振动标线，交通标志，优化，长下坡，弯道 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ei n c r e a s ei nc h i n a sh i g h w a ym i l e a g e ，r o a dt r a f f i c a c c l d e n t s1 s r i s i n 岛e s p e c i a l l yi nt h em o u n t a i nr o a d s ，p a r t i c u l a r l y i nt h ep e r f o r m a n c e 。i 脚- 1 1 cs l g n sa n d d e c e l e r a t i o nv i b r a t i o nm a r k i n ga 1 ei m p o r t a n tf o rt h ep r e v e n t i o no f t r a f f i ca c c i d e n t s ，i tl sa l s ot h e m a i nm o u n t a i nr o a ds a f e t y f a c i l i t i e s a tp r e s e n t ，t h em o u n t a i nr o a d t r a f f i cs l g n sa n d d e c e l e r a t i o nv i b r a t i o nm 破i n gd e s i g i la n d s e tu pm o r ec o n f u s i o n ，i ti sn e c e s s a r y t oo p t l 删z et h e m t or e d u e et h ep r o b a b i l i t yo ft h eo c c u r r e n c eo f t r a f f i ca c c i d e n t s i nt h i sp a p e r ，t h ei m p a c to fm o u n t a i na r e a st h r o u g h t h ee s t a b l i s h m e n to f an s kf a c t o rf o r r o a ds a f e t ys e t ，a i la n a l y s i so fp e o p l e ，v e h i c l e s ，r o a da n dt r a f f i ce n v i r o n m e n t o nt h es l g n s m a r k i n gt h es 嘶n g sa 1 1 dt h ei m p a c to f t h ed e s i g np r o c e s s ，t h em a i nm o u n t a mr o a d1 d e n t i t l e d r i s kf a c t o r s o nm i sb a s i s ，t h es t u d yo f m o u n t a i nr o a ds i g n sa n dd e c e l e r a t i o nv i b r a t i o nm a r k i n go f 舭o p t i m i z a t i o nm e t h o d o nt h i sb a s i s ，t h es t u d yo f h o wt h em o u n t a i nr o a dt r 斫t l cs l g n s 趾d d e c e l e r a t i o nv i b r a t i o nm a r k i n gt oo p t i m i z e r e s e a r c h o nt h ep e o p l e ，v e h i c l e sa n dr o a ds a t e t yo n t h ei m p a c to fr o a d si nm o u n t a i n o u sa r e a s t r a f f i cs i g n s i nt h ea r e a , p u tf o n 棚t h ep r i n c i p l e 毗 s t a r t i n gf r o mt h ep i l o tv i s u a l l y , t h e1 ，o u to ft r a f f i cs i g n sa n d s m a l l ，h i g h l yo p t i m i z e dt e x t h a sb e e n t h e s u b i e c to ft h ec o u l l 缸yb a s e do nt h ed a n g e r o u ss e c t i o no fm o u n t a i nr o a d a c c l d e n t sw e r e o d t i “z et h ec o n t e n to fs i g n s i ns h a r ps e c t i o n s ，i na c c o r d a n c ew i t h s e c t i o n so tv e h t c i e s t u n l i n gi ns h a r pf i e 籼e s ，i tp r o p o s e da t h e o r e t i c a lm o d e lo ft h es p e e dl i m i ta n d r o a dd e s l g n c h a r a c t e r i s t i c si nl i n ew i t ht h e ”n o n - s t a n d a r d ”s i g n s b a s e do nt h ed i s t a n c e ，a st h et h e o r y ，a n a l y s i sa n d t od e t e r m i n et h er i s ko fas e c t i o no f m o u n t a i nr o a d ( 1 0 n ga n ds h 唧d o w n h i l ls e c t i o n s ) t r a f f i cs i g n so f t h ep r e - s e td l s t a n c e ，a sw e n a sad i f f e r e n ts e ts p a c i n gb e t w e e ns i g n s o na v a r i e t yo fs i g n sa n ds l o wd o w n t h ev i b r a t i o nm t h em o u n t a i n sm a r k i n gt h el o c a t i o no fd a n g e r o u sr o a ds e c t i o n s f i n a l l y ，e x a m p l e so f s p e c l i l c s e c t i o n so ft h em o u n 协i nh i 曲w a yt r a f f i cs i g n sa n ds l o wd o w n t h ev i b r a t i o no ft h ee x a r r l p l e s o f m a r k i n gt od ot h ed e s i g na n d s e t t i n g s k e y w 。r d s ：麟眦1 协i nr 。a d ；d e c e l e r a t i 。n v i b r a t i o nm a r k i n g ；t r a f f i cs i g n s ；。p t i m i z a t i o n ；l o n g d o w n h i l l ；s h a r ps e c t i o n s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 王秀晕 口绎9 月啦 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 土 导师签名： 锣罗年9 月上扣 刀多年孓月2 ，扫 够争 氏 p ，衫眵，a 长安大学硕士学位论文 1 1 论文研究的背景 第一章绪论弟一早三百。下匕 中国是一个多山的国家，山区面积占国土面积的7 0 以上。山区公路在中国公路网 中也占有相当大的比例。而山区公路中，绝大多数都是二级和二级以下的公路。这些公 路大都是根据自然地理条件修筑，很多修筑在崇l i j 峻岭之中，受地形、地质条件的限制， 技术等级比较低，很难通过提高道路线形指标来提高道路的安全性。因此导致很多山区 公路交通安全设施设置不合理，致使山区公路交通事故频发。根据2 0 0 7 年事故统计结 果。从表1 1 和1 2 中可以看出，二、三级公路发生交通事故的概率和伤亡率最高。2 0 0 7 年，我国二、三级公路的通车里程占等级公路总里程的比例仅为2 7 0 4 ，占全国公路 总里程的1 7 8 6 。而二三级公路发生的交通事故死亡人数却占每年交通事故死亡总人 数的一半左右( 平均为5 0 4 6 ) 【l 】。山区公路大部分是一些二三级及等外级公路。因此山 区公路成为减少交通事故的重点对象。 表1 1 我国2 0 0 7 年各级公路事故情况统计表 道路类型次数死亡人数受伤人数 数量占总数数量占总数数量占总数 高速 1 2 3 6 4 6 4 8 6 0 3 0l o 0 0 1 4 6 2 86 4 3 一级2 4 7 9 91 3 0 0 7 6 1 l1 2 6 3 2 7 9 3 01 2 2 7 二级 6 5 0 6 03 4 0 9 2 1 8 9 93 6 3 3 7 6 7 8 83 3 7 3 三级 4 6 8 6 92 4 5 6 1 4 3 7 22 3 8 5 5 6 7 9 32 4 9 5 四级2 3 5 3 21 2 3 3 6 0 9 81 0 1 2 2 9 1 1 41 2 7 9 等外级 1 8 2 0 l9 5 4 4 2 6 l7 0 7 2 2 3 6 99 8 3 合计 1 9 0 8 2 51 0 0 6 0 2 7 1l o o 2 2 7 6 2 21 0 0 表1 2 我国2 0 0 7 年不同地形条件的事故统计数据 事故起数死亡人数 受伤人数 数量占总数数量占总数数量占总数 平原 2 1 7 8 7 l6 6 5 8 5 1 3 0 7 6 2 8 4 2 4 1 9 8 3 6 3 6 1 丘陵7 2 5 7 42 2 1 8 1 7 6 9 02 1 6 7 9 0 7 1 02 3 8 4 山区3 6 7 6 41 1 2 4 1 2 6 5 21 5 4 9 4 7 7 4 91 2 5 5 合计 3 2 7 2 0 91 0 0 8 1 6 4 91 0 0 6 8 0 4 4 21 0 0 交通标志、标线作为向驾驶员提供诱导、管理信息的载体，是一类以图形、符号、 线条、文字向驾驶员及行人传递法定信息，用以管制、警告及引导交通的安全设施。据 统计，交通标志、标线的投入还不到道路建设总造价的2 ，但国外研究表明标志、标 线与事故的相关率却高达7 0 ，合理设置标志标线可以提高运输效率3 0 【到。所以在不 第一章绪论 改变原有道路线形，不进行大规模的土木工程改造的前提下，通过完善公路交通标志标 线，给驾驶人员提供必要的交通安全信息，是减少交通事故的有效途径之一。 为了完善公路交通安全设施，降低公路交通事故的发生率，交通部公路司于2 0 0 3 年4 月计划实施“公路安全保障 工程。对山岭重丘区二级以下( 含二级) 技术等级公路 中的危险路段，采用交通标志、标线等交通工程措施来提高目前我国山区公路的安全服 务水平。 1 2 国内外研究情况 交通标志所提供的信息，只能依靠驾驶员的视觉感应来获得。因此从驾驶员角度， 运用人机工效学原理研究标志一直是讨论的焦点。早在2 0 世纪6 0 年代初期，国外学者 就开始了对驾驶员因素的研究，尤其是驾驶行为。有些学者采用降速的措施来测量驾驶 员对信号的回忆( h a k k i n e n ，1 9 6 5 ) t 3 i ，还有些研究则测试了交通标志的灯光和亮度对用户 和驾驶员反应时间的影响( d r o r va n ds h i n e r 1 9 8 2 ) f 4 1 。 我国相对于发达国家来说，在交通标志方面的研究起步较晚，1 9 9 8 年交通部公路科 学研究所发布了道路交通标志、标线的新国家标准( g b5 7 6 8 1 9 9 9 ) 道路交通标志和 标线，规定了交通标志的设计、制造、设置的要求。并进行了高速公路汉字视认性及 标志形式的研究，主要探求了司机视力、行驶速度等因素与汉字绝对大小、字型结构、 熟悉性、笔划粗细、宽高比、笔划数、字体、字间距、行间距的关系，获得了满足高速 公路行驶条件的标志汉字特征【5 】。标志的设置主要是考虑设置场所的选定，设置方式， 标志设置位置的计算，标志版的安装角度，标志版的并设等。 如今，我国的道路交通标志除主标志中的指路标志区分高速公路标志外，另外五种 标志并没有区分高速公路和低等级公路标志，目前只有针对高速公路的交通安全设施设 计规范，却没有关于山区公路的专门规范。 减速振动标线是一种较为常用的非强制性控速设施。日本对减速振动标线的研究最 为突出。目前，日本的道路标线研究发展的非常快，减速振动标线的应用也比较广泛， 减速振动标线的设置比较合理，在弯道处、坡道段、等需要减速的路段都设有比较完善 而合理的减速振动标线。国内关于减速振动标线的研究较少。其中，国家标准道路交 通标志和标线( g b5 7 6 8 1 9 9 9 ) 中规定的减速标线主要有两种，一是禁止标线中的减 速让行线，二是警告标线中的减速振动标线。还有一种是视错觉标线，它的应用范围相 对比较狭窄，国标中规定的尺寸以及设置长度仅适用于高速公路出入口，对于山区公路 2 长安大学硕上学位论文 并不适用【6 】。目前对于减速振动标线还没有国家标准出台，对它的设计和设置也比较混 乱。在国内，长安大学的付东华在基于视频处理技术的虚拟道路减速标一文中，基 于视频处理技术对减速振动标线进行了研究；徐翔，罗青在振动标线在宁杭高速公路 上的应用与体会一文中对振动标线在宁杭高速上的运用做了总结。 综上所述，目前国内外交通工程领域对交通标志和减速振动标线方面的研究很多， 但是对山区公路交通标志的版面内容和设置研究方面，缺乏系统化研究；在振动标线方 面未有提出在山区公路应用的规范和设置标准。 1 3 论文研究的目的和意义 交通系统是一个由人、车、路、环境构成的动态系统，交通事故是道路交通系统中 诸要素配合失调而偶然突发的事件。在道路交通系统中，人是四大要素中唯一的自主型 变量，只有人是主动的、有意识的，他接受来自道路、车辆、环境以及交通流当前状态 的各种信息，经过判断和加工后而作出决策，并对车辆实施操作和控制，因此，人是交 通事故的核心；车是唯一的可控变量，是可以通过人的控制来改变其运行状态的；而路 和环境则是不可控制的客观因素【7 1 。 交通信息是驾驶员决策驾驶操作，控制车辆行驶状态的重要的依据，交通信息的服 务水平的高低直接关系到交通的安全和畅通。因此，交通标志作为道路信息发布的重要 载体，对交通运行状态起着至关重要的作用，在山区公路设计设置合理的标志，在危险 路段上及时有效的对减速振动标线的设置可以有效地提高山区公路的使用效率和安全 性【8 】o 目前我国公路信息服务水平与驾驶员实际需求还有很大差距。作为面向驾驶员提供 交通信息的交通标志无论在标志版面的内容设计，还是在标志标线的合理设置方面都存 在很大欠缺。交通标志往往机械的照搬标准的规定，特别是山区公路缺少标志标线和交 通标志标线设置过量的问题并存。 山区公路在道路条件、交通流特性、路侧环境等方面有自身的鲜明特点。在交通标 志和减速振动标线方面，其合理的设计和设置能够有效地提高山区公路的安全性；另一 方面，交通标志减速标线也应该根据影响山区公路安全的危险因子进行设计和设置。 因此，探讨交通标志和减速振动标线在山区公路的设计设置问题，对它们存在的问 题进行某些改进是一件非常有意义的工作，对山区公路标志和减速振动标线的内容以及 位置设置的优化。这对保障山区公路交通安全、健康、快速发展，推动山区公路交通安 3 第一章绪论 全状况的根本改善将具有十分重要的理论意义和现实意义。 1 4 论文研究的主要内容 本文将通过建立影响山区公路安全的危险因子集，在此基础上，结合已有的经验对 山区公路标志的文字高度、版面大小以及版面内容、设置位置进行优化；对于减速振动 标线的设计参数和设置位置进行研究。使山区公路交通标志和减速振动标线的设置更加 合理，达到减少山区公路交通事故的目的。 以下是本文研究的结构： 第二章建立影响山区公路安全的危险因子集。主要从人、车、路和交通环境等方 面探讨影响山区公路交通安全的诱因。 第三章根据山区公路的危险因子集，从人的视觉特性出发，研究如何对交通标志 的版面内容，文字高度，版面大小进行优化设计。并确定了减速振动标线的设计原则和 技术参数。 第四章基于前视距离的原理，确定山区公路特殊路段的标志和减速振动标线的前 置距离，并对设置位置点进行优化。 第五章实例设计。 1 5 小结 本章介绍了论文的研究背景、国内外的研究现状、论文研究的目的和意义以及论文 研究的思路和内容，为论文的展开做铺垫。 4 长安大学硕上学位论文 第二章影响山区公路安全的危险因子集 山区公路以二、三级公路为主，其地形特点决定了其自身的安全特性。标志标线作 为保障山区公路交通安全的重要工程设施，应该结合山区公路存在的危险因子进行设计 和设置。人、车辆、道路、环境、是影响交通安全的五个基本因素嘲，本文主要从这五 个基本因素出发，来分析和建立影响山区公路安全的危险因子集。 2 1 驾驶员的因素 道路交通系统是由人、车、路等要素构成的一个动态闭环系统，作为交通参与者的 人是交通事故发生原因中起主导作用的因素。 影响山区公路交通标志和标线的设计和设置的主要因素是驾驶员的心理特征、视 觉特征和驾驶行为。驾驶员的心理特征和视觉特征综合表现为人的反应能力、视觉能力。 2 1 1 驾驶员的反应能力 驾驶员的反应能力主要体现在制动反应时间上。驾驶员从发现障碍物( 刺激) n n 动 器起作用，这段延滞时间称为制动反应时间【9 1 。这一过程可用图2 1 来表示。 图2 1 驾驶员制动反应时同 制动反应时间实际包括两部分，一是反射时间；二是动作时间。反射时间加上动作 时问共需0 6 9 s ，但考虑到交通安全要适当留有余地，故这两个时间之和一般取1 0 s 。在 实际汽车运行过程中，驾驶员发现障碍物后，要观察障碍物的动作，再经大脑思考与判 断，采取何种操作行为，这段时间为判断时间大约1 5 s 。因此，一般说的驾驶员制动反 应时间，是指反射时间、判断时间和动作时间的总和，其值为2 5 s t l o l 。 驾驶员反应的快慢与驾驶安全关系极为密切。驾驶员在行车过程中不仅要及时地感 知交通条件的变化，而且需要对交通信息做出及时、准确地反应，否则就容易导致交通 5 第二章影响山区公路安全的危险冈子集 事故的发生。因此，反应能力的强弱是衡量驾驶员水平高低的一个重要指标。 2 1 2 驾驶员的视觉能力 视觉是驾驶员获得行车信息的主要渠道，研究表明：驾驶员在行驶过程中，所需的信 息8 0 以上都来自于视觉1 8 】。通过对驾驶员视觉能力的研究，可以估计出驾驶员对交通 环境信息的认知情况，进而可以推断出在什么地方适宜设置相关的交通标志。衡量驾驶 员视觉能力最重要的指标有动视力和视野f 1 。 l 、动视力 动视力与车速有关，随着车速的提高，视力明显下降，为保证驾驶员能有足够的时 间来辨认前方的标志，我们希望车速提高时视认距离能相应的增加，但受生理条件的限 制，情况恰恰相反，车速越高，动视力越低，辨认距离越近。在观察者运动，被观察物 体静止时，人的视力要降低5 左右【1 2 】；在观察者静止，被观察物体运动时，人的视力 要降低1 0 左右；而观察者和被观察物体同时运动时人的视力下降最大。因此在标志距 离的设计时要综合考虑二者的关系，选择合适的标准来计算。 2 、视野 在静止时，人的两眼视野约为1 9 0 。，随着行驶速度的加快，驾驶员前方的有效视 野呈逐渐变窄的趋势【1 2 】。在以l o o k m h 的速度行驶时，驾驶员的有效视野只有4 0 。， 在前方停车视距远处( 1 6 0 m ) ，实际仅能看到道路一侧横向宽度为5 8 m 的范围，这一范 围小于车速为6 0 k r n h 时的停车视距，此时一旦疏忽，就可能导致与横向来车发生严重 冲突乃至酿成事故。 2 1 3 驾驶员的驾驶行为 驾驶员在山区公路上行车，由于各种原因，会表现出不同的驾驶行为，其中不良的 驾驶行为主要是：超车和超速。 1 、超载 根据多年江苏省公路网及其它省市若干山区公路货车载重调查表明，我国绝大多数 货车有超载行为，超载多在2 - - 4 倍。而一旦车辆超载8 0 行驶，不仅直接导致下坡力增 加，而且纵坡坡度也相当于增大了近一倍”】。因此，驾驶员若依据常规驾驶经验按原档 位速度继续下坡，就必须长时间地持续强制制动。但长时间的制动，必将使制动片温度 急剧升高，制动失效而导致事故发生。另外，车辆因超载上坡只能以很慢的速度行驶， 长时间上坡容易使汽车出现“开锅”现象，导致发动机温度急剧增加。而且，货车超载 6 长安大学硕士学位论文 时，货物重心太高，且偏向车厢的一侧，当转弯车速过高、转弯过急时，会导致离心力 太大时，容易发生侧翻。 2 、超速 山区公路普遍存在超速行驶现象，超速行驶会严重降低了驾驶员的各项生理指标。 交通心理学研究表明，汽车行驶速度升高时，驾驶员的视力要比静止状态时的视力下降， 并且车速越高，视力下降就越大【。超速行驶使驾驶员的判断能力降低，保持合理车距 是安全行驶的重要保证，但随着车速的提高，驾驶员对车间距离的判断误差也随之增加， 往往由于以上判断失误而导致事故发生。在山区公路的急弯路段，超速行驶，很容易因 疲劳而造成反应迟钝、出现操作动作不协调的现象，导致碰撞、侧翻事故的发生。而且， 超速使车辆制动距离增长、出现操纵性和稳定性被严重破坏的现象。 因此，为了增加驾驶员的行车安全性，保障车辆的正常运行，有必要在一些容易超 车的危险路段设置相应的标志、标线，控制超速现象的发生。 2 2 车辆的因素 在山区公路上，汽车要安全行驶，必须保证车辆有良好的技术状况。最主要的性能 指标包括动力性、制动性、操纵稳定性等。汽车制动性能的主要指标有：制动效能的恒 定性、制动时汽车的方向稳定性。汽车的稳定性主要是：横向稳定性、侧滑、轮胎侧偏 特性。山区公路出现事故的重要原因是制动系统出现问题。 2 2 1 车辆的制动特性 车辆的制动性能包括了制动效能和制动时汽车的方向稳定性两个方面。前者是指汽 车以一定的初速度制动到停车的制动距离或制动中的制动减速度，后者是指汽车在制动 过程中不发生跑偏、侧滑或丧失转向能力，而按照驾驶员给定方向行驶的性能。在山区 公路发生的事故主要是制动失效和制动跑偏。 由车辆的刹车原理可知，制动器的温度升高量是由车辆的动能和势能转化而来，如 果在下坡时要把车辆停住，则制动器温度升高量为【1 5 l ： r ：m y 2 + m g h( 2 1 ) 2 m k 式中：t 制动器温度升高量； m 一车辆整车质量； 卜坡顶车辆速度； 7 第二章影响山区公路安全的危险冈子集 m 车辆制动散热部件的质量； k _ 制动器比热； h 车辆下坡落差高度； g _ 重力加速度。 当在道路和车辆条件一定时，制动器的温度升高量t 主要与车辆在坡顶的速度有 关。如果车辆到达坡顶时的车速较高，则车辆的动能就相应地较大，汽车所拥有的势能 和动能应转化为制动器的热能，而制动器的温度会急剧提高，导致制动器失去制动效能。 2 2 2 车辆的速度特性 影响车速的一个重要原因就是车型。一条路段上行驶着不同车型。当大型车和小车 这两种体型与性能相差迥异的车型，前后行驶在同一路段上时，大车为了保持自身行驶 的安全性与稳定性，会将速度控制的很低，而相较起各项车辆性能都较好的小车，前面 慢速行驶的大货车就成了其顺畅行驶的障碍。当车速较快的小型车无法忍受前车的速度 速度跟驰行车时，就会尝试超车，但山区公路多是双向双车道公路，因此超车时只能借 用对向车道进行超车，当上坡路段或急弯路段视距不足时，很容易驶入对向车道后发现 对向车辆，如果躲避不及就会发生迎头碰撞事故。 另外车型不一样，在刹车过程中车辆的刹车距离也不一样，对标志设置时的设置位 置也会产生影响。根据： s ：上婴 ( 2 2 ) 6 = 一 i 么zj 2 5 4 ( f + f + 9 ) 、7 车辆的初速v i 对标志的设置位置有重要的影响。因此，汽车的速度特性对山区公 路的交通安全有重要的影响。 2 3 道路的因素 道路因素是影响山区公路交通安全的一个关键因素，比如道路的几何线性( 平曲线 半径、竖曲线半径、纵坡坡度等) 、道路的环境因素( 主要是气候条件) 等。山区公路 主要存在5 类安全隐患( 如图2 2 ) ： 8 长安大学硕_ ：学位论文 5 类安全隐患 夕j r _ 1 急弯一陡坡连续下坡视距不良路翻险要 li 图2 2 山区公路安全隐思 2 3 1 平曲线的影响 平曲线路段是山区公路交通事故的常发路段，平曲线主要是包括曲线半径、弯道超 高、视距等。 l 、平曲线半径 汽车在平曲线上行驶，将产生离心力( 其值与车速的平方成正比，与曲线半径成反 比) ，由于离心力的作用，汽车将产生横向倾覆或侧向滑移，造成驾驶员心理紧张，引 起操作失误，危及行车安全。离心力的大小与曲线的曲率有关系。 在同一速度条件下，曲率越大，即曲线半径越小，离心力越大。因此，为保证人身 安全，对曲线最小半径有如下规定2 舶，见式( 2 3 ) 。 r ： 竺： ( 2 3 ) 1 2 7 ( p i o 式中：r 曲线最小半径，m ； v 计算车速，k m h ； “最大超高横坡； p 横向力系数。 横向力系数的大小，影响到驾驶员和乘客的情绪紧张或舒适，如果“值过小，驾驶 员为减少离心力会采用大回转，车辆容易离开车道，增大了发生事故的可能性。表2 1 建议取用的“值f 1 6 】。 表2 1 建议取用的斗值 计算行车速度，k m h 8 06 04 03 0 p0 1 2 0 1 4 0 1 4 0 1 5 有1 0 o - - - 2 的道路交通事故发生的平曲线上，并且在半径愈小的曲线路段上，发生 的交通事故也愈多，即曲率愈大，事故率愈大。尤其曲率在1 0 以上时事故率急速增高， 9 第二章影响山区公路安全的危险因子集 曲率与交通事故率的关系见表2 2 。 表2 2曲线与交通事故率的关系 曲率 每百万车公里交通事故率( ) 0 1 94 2 2 3 94 8 4 5 9 5 6 6 , - - 9 96 1 1 0 - 1 4 92 1 9 另外，弯道上行驶的汽车在横向力作用下轮胎会产生横向变形，使轮胎的中间平面 与轮迹前进方向形成一个横向偏移角，从而造成汽车方向操纵困难，特别是汽车的车速 较高时，如果横向偏移角超过5 0 ，司机就很难保持驾驶方向的稳定。从而导致翻车事故 的发生。国标对各级公路的平曲线半径的最小值做了规定。( 如表2 3 ) 表2 3 各等级公路对应的弯道( 平曲线) 半径的最小值 公路等级 二级三级四级 地形平原 山岭 平原 山岭平原山岭 微丘重丘微丘 重丘微丘重丘 极限半径( m ) 2 5 06 01 2 53 06 01 5 一般最小半径( m ) 4 0 0 1 0 0 2 0 06 51 0 0 3 0 不设超高最小半径( m ) 2 5 0 06 0 01 5 0 03 5 06 0 01 5 0 山区公路平曲线路段出现的主要事故隐患是单个急弯和连续弯道。 ( 1 ) 单个急弯 单个急弯主要位于平原区进入山区的过渡段，在过渡路段上线形技术指标会有很大 变化，要求驾驶员尽快地适应这种变化。一方面，当进入急弯前的车速没有及时降低到 该路段所能提供的最大的运行车速以下，就会发生侧滑、倾覆、冲出路外等事故。另一 方面，车辆在弯道上行驶的过程中有向道路中心靠拢的倾向，特别是在在弯道外侧行驶 的车辆，甚至会出现利用对向车道转弯的现象，而山区的大部分急弯内侧多有树木、山 体会遮档行车视线，使驾驶员不能及时了解前方道路的交通情况，极易发生事故。 ( 2 ) 连续急弯 连续急弯路段的事故率往往比单个急弯路段的要高，原因是连续急弯路段的线形较 为复杂，而且常常连续使用极限设计指标，要求通视距离大于或等于安全行车视距【l 。 ； 另外，连续弯道会使不同类型、性能车辆的速度差加大，增加连续弯道上超车需求，长 1 0 长安大学硕上学位论文 时间的跟车行驶会增大强行超车的可能性，而连续弯道路段可以提供的超车条件有限， 因此在连续弯道上还存在强行超车的安全隐患。 2 、视距 道路设计要求的行车视距分为停车视距、会车视距、错车视距、超车视距四种类型。 其中最为基础的是停车视距。在山区公路上的平曲线路段、竖曲线路段是容易出现视距 不良的路段。在平曲线与竖曲线上超车时发生的道路交通事故，经常是由于视距不足。 由于山区公路多为双向双车道公路，对于这种公路来说，应在一定间距路段内提供 通视距离大于超车视距的路段，超车路段长度与路线总长度之比，应满足超车需要。如 果对超车问题考虑不当，比如说超车带在路线中分配不均或设置过少，就会造成在有的 路段要么汽车排长队缓慢跟行，要么强行超车发生危险。交通事故数不仅与存在视距不 足的路段有关，而且与这种路段的分布概率有关。 图2 3 为美国事故率与行车视距的关系曲线【1 9 】，可见事故率随视距的增加而降低。 割 斑 i _ f 焱 垃 菸 、一， 繇 辏 2 一j r 2 = o 9 1 ： j ， 、- 1 0 02 0 04 0 06 0 01 0 0 0 税冰( m ) 图2 3 事故率与视距的关系 2 3 2 纵坡度的影响 山区公路普遍存在陡坡路段。纵坡度愈大，事故率愈高。所以，从交通安全角度出 发，纵坡度要有一定限制，同时要控制坡长。 1 、上坡 在公路纵坡较大的路段上，载重车爬坡时需克服较大的坡度阻力，使输出功率与车 重之比值降低，车速下降，大型车与小汽车的速差变大，超车频率增加，当大型载重车 的混合率大时，必将降低小型车的行驶自由度，影响上坡路段的通行能力。而且不同性 能的车辆在上坡时频繁换档，增加驾驶员的负担，且容易造成低速车辆“压道行驶， 第二章影响山区公路安全的危险因子集 后车着急，盲目超车而出现事故。 2 、下坡 在山区长下坡路段从肇事车型分布、事故原因分析，二级以上公路的肇事车型主要 是大型货车，且车辆制动性能不良；常见事故形态为翻车、追尾碰撞等，常见的事故原 因是制动失效、超载、超速【1 3 】。驾驶员在连续下坡空档行驶时，由于重力分力的作用。 车辆速度会越来越快，需要频繁使用制动器控制车速。会导致车辆失控。 另一方面，最短坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的。若坡长过短， 势必会增加变坡点，变坡点过多，从行车来看，纵向起伏变化频繁，会使车辆行驶在连 续起伏的地段产生增重与失重的频繁变化，对驾驶员的身体带来严重不良影响，车速愈 高程度愈明显。因此，过短的坡长设计在很大程度上影响了行车的舒适性和安全性。 由于山区公路上，大型载重汽车占主要部分，在长下坡行驶对其非常不利，故国内 对纵坡的最大纵坡和坡长做了不同的限制规定。( 如表2 4 、2 5 ) 表2 4 最大纵坡公路工程技术标准j t g b 0 12 0 0 3 ) ) i 设计车速( k m h )8 06 04 03 02 0 i 最大纵坡( ) 56789 附注l ：驻越岭路线连续上坡( 或下坡) 路段，相对高差为2 0 0 5 0 0 m 时，平均纵坡不应大于5 5 ： 相对高差大于5 0 0 m 时，平均纵坡不应大于5 。任意连续3 k m 路段的平均纵坡不应大于5 5 。 表2 5 不同纵坡最大坡长公路工程技术标准j t g b 0 12 0 0 3 ) 设计速度( k m h ) 8 06 04 03 02 0 纵坡度( ) 3l 1 0 01 2 0 0 49 0 01 0 0 01 1 0 01 1 0 01 2 0 0 56 0 08 0 09 0 09 0 01 0 0 0 65 0 06 0 07 0 07 0 08 0 0 75 0 05 0 06 0 0 83 0 03 0 04 0 0 92 0 03 0 0 1 02 0 0 2 3 3 竖曲线的影响 竖曲线是在坡顶或坡底插入的过渡曲线，竖曲线分两种：凸型曲线用于山顶；凹型 曲线用于坡底。凸型曲线中最重要的是满足安全性的视距要求。对于驾驶员来说，在凸 型曲线估计合适的视距很困难【1 7 】。在视距达不到足够安全的要求时，驾驶员也会超车。 人的视觉对坡度和坡度差的敏感度是不同的。人的视觉对坡度虽不那么敏感，但对坡度 1 2 长安大学硕士学位论文 差却十分敏感。在连续几条过短的竖曲线上行车会把曲线看成折线。在凹曲线下坡时会 把下坡坡度估计过小，而把对面上坡坡度估计过大，所以行车往往采用下坡加速来冲坡， 这样常常酿成事故。 2 3 4 平纵线型组合的影响 山区公路线形组合是否协调影响交通事故的发生，由于地形条件的限制，山区公路 组合的线形指标大部分采用了公路设计标准的极限值，在这些地方驾驶员很难操控车 辆，稍有疏忽，就容易出现事故。主要的危险组合如下： l 、线形突变，长直线末端接小半径的过急弯道，长下坡道突然急拐弯等； 2 、在凸形竖曲线与凹形竖曲线的顶部或底部插入急转弯的平曲线。前者因为没有 视线引导而必须急打方向盘；后者在超出汽车设计车速的地方仍然要急打方向盘，这些 都是极易引起交通事故的隐患【2 0 】； 3 、在凹形竖曲线的底部或凸形竖曲线的顶部设置断背曲线的情况。前者会感觉视 线失去诱导效果，而且因接近顶点才知道线形开始向相反的方向弯曲，容易使驾驶员因 紧张而操作失误：而后者会形成排水不畅，看起来道路是扭曲的也易使驾驶员产生视觉 错觉； 4 、在一平面曲线内，纵断面反复凹凸的情况。每当产生这样的问题，即形成只能 看见脚下和前头，而看不见中间凹陷的线形，这样的线形容易发生事故； 5 、坡顶急弯处，视线不连续，常引起驾驶员的疑惑，造成翻车【2 。 2 4 交通环境的因素 山区水文、气候条件复杂。气候因素对交通安全的影响主要体现在对路面条件、能 见度和驾驶员心理和生理机能的影响。对交通安全影响最大的灾害天气是：雨、雾、雪 和冰冻。 2 4 1 雾的影响 雾是一种对环境与人类无害的自然天气现象，但却危害山区公路的交通安全。大雾 对山区公路交通安全的影响主要表现在两个方面： 1 、雾使能见度下降。由于雾对光的散射及吸收的作用，目标物轮廓的清晰度下降， 特别是在长下坡路段，驾驶员对交通标志、路面状况和车辆识别产生困难，容易造成追 尾事故； 1 3 第二章影响山区公路安全的危险因了集 2 、雾水与尘土混合，导致轮胎与路面的附着系数减小，特别是北方冬季时，冰雾 会在山区公路路面形成一层薄冰，轮胎与路面的附着系数下降更为明显，从而导致制动 距离延长、制动跑偏等现象发生。 2 4 2 雨的影响 驾驶员在下雨时行车，容易影响视线，干燥路面上，车辆加速，附着系数变化不大； 而在潮湿路面上，随着车速增加，路面的摩擦系数急剧减小，车辆制动距离相应增大， 影响行车安全。不同状况下道路摩擦系数和车辆的制动距离( 如表2 6 、0 7 ) 。 表2 6 各类路面上附着系数( p 的平均值i 冽 路面状况 路面类型 干燥潮湿泥泞冰滑 水泥混凝土路面o 70 5|l 沥青混凝土路面 0 6o 4| 过渡式低级路面 0 50 30 2o 1 表2 7 不同车速下的制动距离( 单位：m ) i 絮， 5 06 07 08 09 01 0 01 l o 路面、 干沥青混凝十路 1 2 31 7 8 2 4 o3 1 53 9 94 9 25 9 5 湿沥青混凝土路2 4 63 5 54 8 26 37 9 79 8 41 1 9 1 同时，雨水易造成路面积水和视线不良，雨天在山区公路行驶时，因轮胎与路面问 的积水不能及时排除，水的阻力使轮胎上浮，严重时将产生“水膜溜滑现象”，易造成 车辆失控，导致事故发生；如果轮胎花纹沟槽变浅或气压变低时，更易出现这种危险。 2 4 3 雪的影响 山区公路上冰雪堆积使路面变滑，汽车转向及制动的稳定性下降。在冰雪天气条件 下，路面附着系数降低很多，车速越高，路面附着系数越小，车辆制动距离增大，制动 困难，对行车安全威胁极大。 2 5 小结 本章建立了影响山区公路交通安全危险因子集，在因子集里，从人、车、路、环境 四个方面出发分析了影响交通安全的主要因素。以建立的危险因子集为依据，为山区公 路标志和减速振动标线的优化做准备。 1 4 长安人学硕士学位论文 第三章山区公路标志、减速振动标线的优化设计 由于当前山区公路的标志标线设计，国标中并没有单独的规定，所以导致各地在山 区公路标志标线设计方面很随意。标志的内容有歧义，标志文字高度不合适，版面大小 不合理的问题比较突出；在标线( 主要是减速振动标线) 方面，在山区公路的危险路段， 应当警告限速的地方，虽然有标志或减速振动标线但是设计不合理，导致标志标线未完 全发挥作用。因此，本文根据驾驶员的视认性的要求，结合已有经验对山区公路标志和 减速振动标线的设计进行了合理的优化。 3 1 交通标志版面文字高度的确定 标志的大小必须保证在某一距离处能看清标志板的汉字和图案的内容，并且保证在 汽车到达危险点之前，驾驶员能安全、顺利地按照标志内容进行减速，变换车道或采取其 它必要的措施，完成标志内容所要求的交通行为。 一般情况，车辆在行驶过程中，驾驶员从发现标志到危险点需经过下列过程( 如图 3 1 ) 口= h ，口口 二f 二m li 渭；毪皂离细 认凝觏 l判断距剐 行动霆e 离l u 麓竺竺 韵置 霆e 离d 图3 1驾驶员发现标志到采取行动的过程图 行驶中的车辆在a 点处发现标志，在b 点时开始认读标志内容，到c 点可以读完标 志，b c 点距离称为认读距离r ；到e 点时司机开始采取行动，c e 点的距离称为判断距离 j ；从开始动作到危险点的距离为行动距离l 。b f 的距离为视认距离s 。d f 间的距离称 为消失距离m 。 交通标志版面的大小，主要取决于行车速度和标识信息量的多少。这是因为，汽车 的车速决定版面文字的大小而信息的多少又直接影响标志版面的大小。可见汉字的高度 的合理确定，直接关系到版面大小的确定。 在一定的行驶车速下，视认距离( s ) 随着汉字高度尺寸( h ) 的增加而增加，而在一定 1 5 第三章山区公路标志、减速振动标线的优化设计 的汉字高度尺寸下，视认距离随车速的增加而减小。所以，视认距离的大小不仅与汉字 的高度有关，还与行车速度、标志本身的亮度和对比度有关。目前我国国内还没有这方 面成熟可靠的计算公式，普遍认为在一般情况下，视力为0 9 的驾驶员认读标志上汉字 的内容所需距离s 约为汉字高度的2 0 0 倍即： s = 2 0 0 h ( 3 1 ) 那么要算汉字的最小高度h 只要知道s 的最小值即可，由图3 1 可知，要使s 的值 最小，只有当读完点c 与消失点d 重合时才能满足要求，此时： s = m + r ( 3 2 ) 对于m 与r 的计算可以通过图3 2 的几何分析来考虑： 图3 2 汽车行驶模型图