（载运工具运用工程专业论文）山区二级公路事故黑点成因分析及改善对策研究.pdf

摘要 在众多的交通事故中，发生在山区二级公路上的交通事故无论从数量上还是 严重性都居于首要位置，严峻形式不容忽视。因此深入探讨山区二级公路交通事 故多发易发黑点路段形成的原因，提出解决措施，制定实施技术方案，对降低山 区二级公路重、特大交通事故的发生率，减少交通事故伤亡人数，积累形成公路 安全设施设置的经验与安全评价都有重要意义。 本论文在对山区二级公路大量的调研后，对事故黑点的影响因素，主要是道 路线形，路面情况，路基边坡、行车错觉及交通标志标线进行了相关分析，并在 此基础上运用粗集理论对事故黑点的产生原因进行数据挖掘，找到其最主要的原 因，从而确定事故诊治的方向和对策，并成功应用于g 3 1 9 线21 8 2 21 8 3 k m 事 故黑点。在山区二级公路事故黑点改善的关键性技术方面，主要研究了改善对策 及设计理念，并在此基础上提出了针对山区二级公路事故黑点改善的设计理念， 主要包括使车辆保持在车道内行驶的设计理念，路侧净区设计理念，防护设计理 念，控速设计理念，并探讨了事故黑点的改善措施的设计方法。最后针对山区二 级公路典型的事故黑点类型进行了详细的改善方案的介绍，主要包括单个急弯、 连续急弯、急弯陡坡路段、桥头接小半径曲线路段、陡坡路段、连续下坡路段、 视距不良路段、路侧险要路段，并根据以上分析成果对省道2 0 2 通渝隧道一大进 段的事故黑点进行了详细的安全改善措施的设置。 论文研究表明，基于粗集理论的道路事故黑点成因分析方法不仅在理论上是 可行的，同时分析的结果也是可用的，提出的针对山区二级公路事故黑点改善的 理念及改善措施设计，具有操作性，可以在一定程度上改善山区二级公路黑点路 段的交通状况，提高交通安全。本论文结合了重庆高等级公路建设投资有限公司 的研究课题“山区现有二级公路线形超限路段安全行车保障措施研究”。 关键词：山区二级公路，事故黑点，事故成因，改善措施 a b s t r a c t t h eq u a n t i t ya n ds e v e r i t yo f t r a f f i ca c c i d e n t sh a p p e n e di nt h em o u n t a i n o u ss e c o n d a r y h i g h w a y sa r et h em o s ts e r i o u so fa l lt h ea c c i d e n t s 耽e r o f o r e ，i ti sv i t a l l ys i g n i f i c a n tt o t h o r o u g h l yd i s c u s st h ec a u s e so ft h eb l a c ks p o t so fm o u n t a i n o u s8 伽l d a i yh i g h w a y s ， p r o p o s et h es o l u t i o n , a n dm a k et h et e c h n o l o g yp l a n ，w h i c hc a nr e d u c et h ed e a t ha n d i n j m yr a t e ，s i m u l t a n e o u s l ya l s op r o v i d ee x p e r i e n c eo fs a f e t ye q u i p m e n te s t a b l i s h m e n t a n dt h es a f ea p p r a i s a l t h i sp a p e rf i r s t l ya n a l y z e st h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so ft h eb l a c ks p o t s ，c o n c l u d i n gt h e m a dl i n e r , 8 1 k r f 撇。s u b g r a d es i d es l o p e ，d r i v i n gi l i n s i o n 。t r a f f i cs i g n sa n d 蛐c m a r k i n g s t h e nu s e st h er o u g hs c tt h e o r yt of i n dt h em a j o rr o a s o no ft h ec a n s e so ft h e b l a c ks p o t s ，a f t e rm a s s i v ei n v e s t i g a t i o na n ds t u d y ，i no r d e rt od e t e r m i n et h e i m p r o v e m e n td i r e c t i o na n dc o u n t e r m e a s u r e s ，w h i c hi ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt o21 8 2 2 1 8 3 k i nb l a c ks p o to fg 3 1 9 t h i sp a p e rs e c o n d l ys t u d i e st h ec r i t i c a l t e c h n o l o g yo f i m p r o v e m e n tm e a s u r e s ，m a i n l yt h ei m p r o v e m e n tc o t m t e r m e a s u r ea n dt h ed e s i g ni d e a , t h e np r o p o s e st h ei m p r o v e m e n td e s i g ni d e af o rt h em o u n t a i n o u ss c c 出i i yh i g h w a y s ， c o n c l u d i n gt h ei d e ao ft r a v e l i n gi nt h el a n e ，t h ei d e ao fc l e a rz o n eo fr o a ds i d e ，t h ei d e a o fs a f e g u a r d ，a n dt h ei d e ao fc o n t r o l l i n gv e l o c i t y ，f i n a l l yd i s c u s s e st h ei m p r o v e m e n t d e s i g nm e t h o d a tl a s t ，t h i sp a p e rc a r r i e so nt h ed e t a i l e di m p r o v e m e n tp l a ni n t r o d u c t i o n ， i n c l u d i n gt h es i n g l es h a r pc u i n e ，c o n t i n u o u ss h a r pl ：i 】t l v e ，s h a r pc l l r v ea n ds t e e ps l o p e s e c t i o n , s m a l lr i l l u s 栅b r i d g e ，s t e e ps l o p es e c t i o n , c o n t i n u o u ss l o p e c t i o n ， i n s u f f i c i e n ts i g h td i s t a n c es e c t i o n ，d a n g e r o u sr o a d s i d es e c t i o n , a n dt h e nt h es t u d yr e s u l t i sa p p l i e dt ot h ep r o v i n c i a lh i g h w a yn o 2 0 2 ，c a l l e dt o n g y ut u n n a l - d a j i nm a d o nt h ew h o l e ，t h i sr e s e a r c hi n d i c a t e st h a t , t h ea c c i d e n tb l a c ks p o tr e a s o na n a l y s i s m e t h o db a s e d0 1 1t h er o u g hs e tt h e o r yn o to n l yi nt h e o r yi sf e a s i b l e ，b u ta l s ot h ea n a l y s i s r e s u l ti sp r a c t i c a l s i m u l t a n e o u s l yt h ei m p r o v e m e n td e s i g ni d e aa n dm e a s u r e si nv i e wo f t h em o u n t a i n o u s 瞄o u d a r yh i g h w a ya c c i d e n tb l a c ks p o t sa 托o p e r a t i o n a l a n dm a y i m p r o v et h e t r a f f i cc o n d i t i o na n de n h a n c et h et r a f f i c s a f e t y o ft h em o u n t a i n o u s s e c o n d a 哆h i g h w a ya c c i d e n tb l a c ks p o t st o9 d m ee x t e n t t h i sp e p a rc o m b i n e st h ei t e m f n er e s e a r c ho fh i g h w a ys a f e t ye n h a n c e m e n tm e a s u m so l le x i s t i n gd i s s a t i s f a c t o r y d e s i g ns p e c i f i c a t i o ns e c t i o n so fs e c o n dc l a s sh i g h w a yi nm o u n t a i n o u s 龇e a ”f r o m c h o n g q i n gf i r s t - c l a s sh i g h w a yc o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n tl i m i t e dc o m p a n y k e y i m p r o v e m e n tm e a s u r e h i g h w a y s ，b l a c ks p o t , c a l i s eo fa c c i d e n t ， 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：己芳 开期：矿9 年眵月j 一日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部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和汇编本学位论文。 学位论文作者签名： 鹕 指导教师签名： 同期：词年p 月厂同开期：刀年月y - n 第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 我国是世界上交通事故发生最严重的国家之一，在众多的交通事故中，发生 在山区二级公路上的交通事故无论从数量上还是严重性都居于首要位置，严峻形 式不容忽视。表1 1 为重庆市2 0 0 3 年的交通事故统计资料，其中发生在二级公路 上的交通事故数，受伤人数，死亡人数分别占总数的4 7 7 4 ，4 5 9 6 ，5 0 7 4 0 1 。 从全国范围来看，2 0 0 5 年，二、三级公路上交通死亡事故最多，共造成4 7 4 4 8 人 死亡，占总数的4 8 1 。在4 7 起特大交通事故中，共发生单方事故2 8 起，占总 数的5 9 6 。其中，有2 l 起为坠车事故，多发生在西部多山地区，占总数的4 4 6 。非单方事故中，发生正面碰撞事故8 起，追尾碰撞事故7 起，两者合计占事 故总起数3 2 6 闭。 表1 1 重庆市2 0 0 3 年公路交通事故统计表 道路类型事故次数死亡人数受伤人数 高速 602 一级 3 4 43 41 5 l 二级3 4 2 8 3 2 43 0 2 8 三级2 5 6 62 6 8 1 8 2 5 四级 8 3 67 9 9 6 2 合计7 1 8 07 0 55 9 6 8 造成山区二级公路事故严峻状况的主要原因是因为山区道路受自然条件所限 以及经济条件的制约，山区二级公路的很多路段的技术指标较低，沿溪临崖路段 多，坡陡弯急，视距不足，防护设施匾乏，此外山区二级公路的交通标志标线在 设置上存在较为普遍的严重问题，很难起到正确引导驾驶员有效控制车辆，安全 通过危险路段的作用，加之混合交通的影响，致使道路交通事故频发，而且一旦 发生事故，严重性大，存在着群死群伤的重特大恶性事故隐患。 因此，深入探讨山区二级公路交通事故多发、易发黑点路段形成的原因，提 出解决措施，制定实施技术方案，具有重要的意义，因为从事故黑点位置本身来 看，它所占道路的长度通常很少，却集中了较大比例的交通事故，具有极大的危 害性，从工程的角度来看，事故黑点的改造是改善道路安全状况的有效技术途径， 第一章绪论 2 也是最为经济的，能以较少的投入、大幅度地降低道路的事故率，减轻事故的伤 亡程度，可以取得较大的经济和社会效益。 本论文以重庆市山区二级公路为背景，从山区二级公路的交通事故黑点入手， 从综合性角度探讨事故黑点成因因素和治理改造方案。 1 2 研究的现状 1 2 1 事故黑点的定义 道路交通事故的分布既有时间性，又有空间性。事故的空间性分布又分为分 散性和密集性两种。事故密集性分布的路段和交叉口通常为事故多发点或事故多 发路段，俗称黑点( a c c i d e n t - - p r o n el o c a t i o n ，b l a c k - - s p o t s ) 。 目前，在对交通事故黑点的定义上，美国 1 0 时，事故率急剧增加，如表 2 1 所示。 同时，从驾驶员与道路的互动影响分析，车辆在弯道上的安全行驶速度小于 直线，驾驶员应根据弯道的半径降低车辆速度，而速度降低的幅度并不一定能够 正确地把握，尤其当半径过小时，易引发车速相对于地点特征地过快现象。因而， 一部分的超速交通事故，也与弯道半径有着潜在地关联。 表2 1 曲率与交通事故率 t 柚蛆e 五lc m a m m ea n d 打a f f l ca c c i d e n tr a t e 曲率 0 1 92 3 9 4 5 96 9 91 0 1 4 9 1 5 l 事故率( 次l o s 车k m ) 1 6 21 8 62 1 72 3 6 8 4 59 2 6 回头曲线是一种特殊的平曲线，山区越岭线用的比较多，它的目的是延长路 线以克服较大的高差或绕避不良地质地段，在这种曲线上行驶车辆般会降低速 度。由于山坡地形变化复杂，需要克服的高差大，采用多次回头的现象很普遍， 众多回头曲线中一般总有一两处不满足最小半径要求，因此回头曲线处交通事故 常常多发。 ( 二) 缓和曲线的最小长度 缓和曲线是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲 线之间的一种曲率连续变化的曲线。由于车辆要在缓和曲线上完成不同曲率的过 渡行驶，所以要求缓和曲线有足够的长度，以使司机能从容的打方向盘，乘客感 觉舒适，线形美观流畅，圆曲线上的超高和加宽的过渡也能在缓和曲线内完成， 所以，缓和曲线要有最小长度要求。 汽车行驶在缓和曲线上，其离心加速度将随着缓和曲线曲率的变化而变化， 若变化过快，将会使旅客有不舒适的感觉。行车道从直线上的双坡断面过渡到圆 曲线上的单坡断面和由直线上的正常宽度过渡到圆曲线上的加宽宽度，如果缓和 段太短，路面会急剧的由双坡变为单坡而形成一种扭曲的面，车辆在这一过渡段 行驶中会急剧地左右摇摆而且也影响路容的美观，同时司机要在缓和曲线上完成 从直线到圆曲线的操作，如果缓和曲线长度不足会迫使司机必须在很短的行驶时 间内完成上述操作而使司机驾驶操纵过于匆忙而发生车祸。 ( - - )平曲线超高与加宽 平曲线超高 第二章山区二级公路事故黑点的道路环境因素分析 l l 设置平曲线超高是为了平衡离心力的影响。在车速较高的情况下为了平衡离 心力要用较大的超高，但超高如果过大，车辆会向内倾斜影响行车的舒适性并使 方向操纵困难，而且道路上行驶车辆的速度并不一致，特别是混合交通的道路上， 对于慢车乃至因故暂停在弯道上的汽车，其离，t l , 力接近于0 或等于0 ，超高率过大， 超出轮胎与路面间的横向摩阻系数，车辆在弯道停车时有沿着路面最大合成坡度 下滑的危险，常造成弯道范围内各种交通事故多发。 平曲线加宽 汽车行驶在曲线上，各轮轨迹半径不同，其中以后内侧轮轨迹半径最小，且 偏向曲线内侧，车后外轮轨迹半径最大，且偏向曲线外侧，因此车辆在弯道上行 驶占用的路面宽度比直道要宽，曲线段应增加路面宽度( 一般在曲线内侧加宽) ， 以确保曲线上行车的顺适与安全( 表2 2 为公路平曲线加宽标准) 。 表2 2 公路平曲线加宽1 t a b l e 2 2c u r v ew i d e n i n g f 平曲线半径( _ ) 2 5 0 2 0 0 2 0 0 1 5 0 1 5 0 1 0 0 1 0 0 7 0 7 0 5 0 加宽值( - ) 0 81 o1 52 02 6 如果弯道没有加宽或加宽不足，车辆在会车或超车时就很容易发生刮擦或碰 撞事故，所以，平曲线一般都要加宽，但是加宽值不可以过大，否则，道路侧向 余宽过大，驾驶员就会利用余宽，疏忽大意，高速行车而肇事。 ( 四)弯道个数 弯道的个数对于交通安全的影响也是非常大的，因为太多太密的弯道个数会 造成环境复杂，强迫驾驶员多而快地接受信息，驾驶操作因难，有时措手不及或 稍有疏忽便发生交通事故。因此，必须控制平面线形中的弯道个数。把重庆市几 条主干道上的交通事故率( 次亿车公里) 与弯道个数的关系进行统计，分析研 究后发现：单位长度的弯道个数即弯道密度与事故率有很强的相关关系： p = o 4 9 s 2 3 3 5 s + 8 3 0 ( 相关系数r = 0 9 9 ) 式中：s 弯道密度( 个公里) p 事故率( 次亿车公里) 该方程是开口向上的抛物线，最佳弯道密度是s 一2 3 4 个公里，即每公里弯 道个数平均约为3 4 个时，发生的交通事故最少，否则交通事故就会以抛物线的 形式增加”1 。当然不同的地理环境和道路等级其最佳弯道个数不一样，要具体分析。 第二章 山区二级公路事故黑点的道路环境因素分析 1 2 2 1 3 纵面线形设计要素 ( 一) 纵坡坡度 根据德国交通事故率与纵坡坡度的关系，当纵坡小于2 时，上下坡事故率基 本相同，且数值较小；当纵坡在2 4 之间时，下坡事故率开始大于上坡，而且下 坡事故率曲线迅速上升；当纵坡大于6 时，上坡事故率上升缓慢，下坡事故率迅 速上升，而且成倍增加。由此可见，下坡路段比上坡路段更危险，下坡路段的坡 度越陡，事故率越高。 1 9 9 4 年l i 等人根据英国哥伦比亚省的主要的双车道公路系统中的5 6 0 m 长路 段的数据标定了死伤事故的多变量模型，坡度是其中的一个参数。基于他们的模 型，事故修正函数关系式为“o ： 彳胛( ) 小瓮 式中： 好l 事故修正系数； 啦一坡度改变量( ) ； a c c i d e n t k 扩事故率( 起i m ) 。 根据式( 2 2 ) ，如果设计者把道路纵坡坡度从2 3 降到2 1 i a * 础= 一o 2 j ， 假设坡度2 3 的道路的事故率为 1 7 起i ( m ，则 彳 伊( - o 2 ) ：一1 + 0 1 3 6 产x ( 一- 0 2 ) ：0 9 7 9 。也就是说，事故率从1 7 j g k m 下降到 1 7 1 7x 0 9 7 9 = 1 6 6 起i a n 。据此可知，坡度每改变1 ，事故率大约有1 0 的改变。 1 9 9 5 年m i a o u 根据美国犹他州1 1 5 3 9 个路段的6 6 8 0 辆汽车冲出路外的事故统 计，建立了以下的模型“”： a m r f ( a 删) = “l + o 0 8 1 x a _ t m 式( 2 3 ) 根据上述模型可知坡度每减少1 ，交通事故数将减少8 1 。 分析坡道上交通事故率高的原因，主要是： 车辆速度差的影响 我国公路为混合交通，各种车辆技术性能不同，速度和爬坡能力差别很大， 车流在陡而长的坡道上，常出现前车妨碍后车行驶的现象。如果车速较高的后车 急于通过，不顾道路、交通和周围环境而超车，就有诱发事故的危险。在自然环 境恶劣的山区公路，受路宽限制，强行超车时稍一不慎，就有可能使一方车辆驶 第二章山区二级公路事故黑点的道路环境因素分析 1 3 出路外，坠入沟谷，酿成恶性事故。 操纵失误的影响 上坡受坡道阻力的限制，下坡受下滑力的作用，这在客观上就影响安全行车。 在上陡坡的行驶中，会出现起步后溜、动力保持不足、减档失误后溜、停车地点 选择不当、停车时后轮后没有垫三角木或石块而后溜，均有可能造成与后车相撞 或掉入悬崖。在下陡坡的行驶中，常因车速过快，挂档失误，频繁和长时间使用 脚制动，使制动鼓过热烧蚀摩擦片，储气筒气压不足，从而使制动发软或失效而 发生事故。此外，下陡坡的跟车距离过近，会因前车紧急制动而发生追尾事故； 会车速度过高，车体摆晃幅度大会发生刮擦事故。此外下坡时，驾驶员为节油常 采取熄火滑行的操作方法，一旦遇到紧急情况来不及采取应急措施，此类事故约 占坡道事故的2 4 。例如：分析渝黔公路上坡度和事故的关系结论为： m = 1 0 3 2 3 3 1 0 3 0 2 3 c o s 口( 相关系数r = 0 7 0 ) 式中：卜事故次数( 次) ； 口坡度( ) ( 0 ( 口( 5 ) 。 可见：坡度越大，事故越多，所以一定要控制最大坡度。表2 3 进一步说明： 道路的坡度越陡，事故率越高。 表2 3坡度与交通事故n 帕 t h b i e 2 3g r a 珊e a ta n dt r a f f i ca e c i d e n tt i t t e 坡度( )交通事故率( 次亿车公里) 0 1 9 94 6 5 2 3 9 96 7 2 4 5 9 91 9 0 o 6 8 0 0 2 1 0 5 对于小纵坡，理论上的分析表明，过小的纵坡将影响正常的纵坡向排水，容 易使积水渗入路基而影响其稳定性，尤其在雨天易造成雨水的淤积，还易在路面 上形成一层水膜，使车辆与道路的摩擦力明显下降，车辆行驶其上，可造成打漂、 失控等现象，危及行车安全。由此，从时间分布上分析，小纵坡对于交通安全的 负面效应集中体现于排水不利的时段。研究表明，纵坡小于0 5 的路段，是较显 著的( 雨天) 事故多发段。 ( 二) 纵坡长度 长距离的陡坡对汽车行驶极为不利。因为长时间爬坡，使行车速度显著下降， 甚至要换较低挡克服坡度阻力，这样会引起发动机过热，导致功率下降，而且易 第二章山区二级公路事故黑点的道路环境因素分析 1 4 使水箱“开锅”，导致汽车爬坡无力，甚至熄火；下坡行驶制动次数频繁，易使 制动器发热而失效，制动效能降低，造成车祸，影响安全。根据统计，大部分的 交通事故发生在坡顶的前后段中，且下坡行驶的事故较上坡行驶多。这主要是因 为下坡时车辆处于加速状态，至坡底时车速己超过道路设计车速分析渝黔路上 的长坡路段，把路段上所发生的事故次数进行分析得出它们之间的关系为： m = 0 0 1 5 l + 1 1 0 ( 相关系数r = 0 7 0 1 )式( 2 5 ) 式中：卜事故次数( 次) ； i 坡长( m ) ( 1 0 0 s l 4 0 0 ) 。 可见交通事故次数随坡长线性增加。所以要对坡长进行控制。 根据机理分析，坡长对于行车安全的影响是与坡度共同作用的，也即讨论坡 长与事故数的相关关系时，必须结合一定的坡度来考虑，当纵坡坡度值较小时， 略微的长纵坡也许危害不大，而当纵坡坡度取值较大时，对于车辆惯性的累加效 果将变为增强，坡长所造成的安全隐患也将大为增强。 根据研究成果显示，在长坡的情况下，坡度越陡，坡长越长，事故率越大， 以坡长、坡度对应于事故的相关模型“。为： y = 1 0 4 1 0 9 | i i + 1 2 2 8 3 6 5 1 式( 2 6 ) 模型的适用范围：0 3 纠 4 ，o 2 ， 2 0 时，就会认为是比较危险了。 2 4 2 坡道错觉 驾驶员在坡道上行车过程中，尤其是前后坡道有变化的情况，经常会对坡度 产生误判，产生坡道错觉，从而对汽车进行不必要甚至错误的操作，酿成事故。 第二章山区二级公路事故黑点的道路环境因素分析 深究原因就会发现：坡度的变化，引起驾驶员的心理生理反应不适应，产生坡度 错觉，才是真正的原因所在。比如明明是上坡，却认为已经是下坡了，从而盲目 换档，最终导致了交通事故发生。比如下坡行驶到坡度变缓的路段时，由于路边 景物与路面倾斜度降低所造成的影响，驾驶员会觉得下坡已完，开始上坡了，如 图2 3 所示那样，把a ) 中的情况看成b ) 那样。驾驶员的心理生理反应是直接和 道路纵坡的线形设计参数密切相关的，驾驶员行驶的前坡道长度越长，坡差愈大， 驾驶员愈会产生坡道错觉。 父 图2 3 坡遒错觉 f i g u r e 2 , 3 s l o p ei l l u s i o n 2 4 3 路堑地段的错觉 b ) 路堑地段的道路是把山坡地面挖低而修成的，道路两侧都是斜坡，类似山谷 形状。当车辆由开阔路段驶入路堑地段时，驾驶员的视野被两侧斜坡限制突然变 得狭窄起来，原来在开阔路段上赖以引导视线的注视目标可能失去或变得模糊不 清。此外，路侧斜坡还有一种视觉吸引作用于干扰驾驶员的注意力，使驾驶员产 生似乎要