（交通运输规划与管理专业论文）基于驾驶员期望的山区高速公路限速标志设置.pdf

摘要 山区高速公路的快速发展，极大提高了我国公路网的整体技术水平，优化了交通运 输结构，对缓解交通运输的“瓶颈 制约发挥了重要作用，有力地促进了我国经济发展 和社会进步，但随之而来的公路交通安全问题也成为了一个比较严重的社会问题。山区 高速公路地形复杂，线形指标较低，且桥、隧比例较大，因而运行速度多变，对行车安 全的影响较大。此外，由于山区气候情况的差别，导致车辆运行状况不连续，司机因判 断不足容易导致驾驶失控。研究发现车辆的超速行驶是公路发生交通事故的重要诱因之 一，超速行驶造成的道路交通事故，不但在事故总数中占有相当比例，而且多为重大事 故。因此非常有必要根据山区高速公路的特点，合理控制速度、设置限速标志，保障行 车安全。 但如何针对高速公路尤其是山区高速公路的特点，选择合理的限速值，合理设置限 速标志，平衡运输效益和交通安全的关系，使整体效益最大化，成为社会关注的热点和 摆在交通工程研究人员面前的难题。 本文首先从我国高速公路的发展现状、交通安全现状及我国高速公路的限速标准情 况这三方面的发展背景来论述研究的必要性，简要论述了论文研究的目的和意义，详细 综述了国内外在此方面的研究现状，在此基础上提出本文的研究框架和方法。基于速度 限制的重要性，详细分析了高速公路常用的限速方式和限速方法的特点及其设置要求。 其次，论文从驾驶员交通的生理、心理特性入手，综合分析了驾驶员在行车过程中 的生理、心理规律及特点，应用现代认知心理学理论、人机工效学理论，研究了驾驶员 限速条件下的驾驶行为。并基于驾驶员的期望和需求，采用s p 调查法采集驾驶员对山区 高速公路限速标志设置的态度、需求和响应，调查分析驾驶员对限速标志的偏好程度， 并以小客车驾驶员为代表并进行统计交叉分析，得出了驾驶员对山区高速公路限速值及 限速标志设置的期望与偏好，为国内山区高速公路限速标志的设置提供了有益的参考。 最后，论文提出了山区高速公路限速标志设置的原则及思路，并针对山区高速公路 的特点，以西汉高速为例，通过分析驾驶员对限速值的期望和对限速标志设置期望的 l o g i t 回归模型，提出了基于驾驶员期望的山区高速公路合理限速方案，包括限速值的确 定、限速标志的设置及配套设施三个方面。 关键词：山区高速公路、限速标志、驾驶员期望、标志设置、s p 调查 a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fm o u n t a i n o u se x p r e s s w a y , w h i c hg r e a t l yi m p r o v e dt h er o a d n e t w o r ki nc h i n a so v e r f l lt e c h n o l o g i c a ll e v e l ，t oo p t i m i z et h et r a n s p o r ts t r u c t u r e ，a n dt o a l l e v i a t et r a f f i c ”b o t t l e n e c k s ”t op l a ya l li m p o r t a n tr o l ei ne f f e c t i v e l yp r o m o t i n gc h i n a s e c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n ds o c i a lp r o g r e s s ，h o w e v e r , t h ee n s u i n gp r o b l e mo fr o a dt r a f f i c s a f e t yh a sb e c o m eas e r i o u ss o c i a lp r o b l e m c o m p l e xt o p o g r a p h yo fm o u n t a i n o u se x p r e s s w a y , al o w e rl i n e a ri n d i c a t o r s ，a n dt h eb r i d g e ，al a r g e rp r o p o r t i o no ft h et u n n e l ，t h u sc h a n g i n gt h e o p e r a t i n gs p e e d ，t h eg r e a t e rt h ei m p a c to ft r a f f i cs a f e t y i na d d i t i o n , d u et ot h ed i f f e r e n c e b e t w e e nm o u n t a i nc l i m a t i cc o n d i t i o n s ，l e a d i n gt od i s c o n t i n u o u so p e r a t i o no fv e h i c l e s ，l a c ko f d r i v e r st oj u d g ee a s i l yl e a dt od r i v i n go u to f c o n t r 0 1 s t u d yf o u n dt h a ts p e e d i n gv e h i c l e sa r e r o a dt r a f f i ca c c i d e n t s ，o n eo ft h ei m p o r t a n ti n c e n t i v e s ，s p e e d i n gc a u s e db yr o a dt r a f f i c a c c i d e n t s ，a c c i d e n t s ，n o to n l yi nac o n s i d e r a b l ep r o p o r t i o no ft h et o t a l ，a n dm o s tm a j o r i n c i d e n t t h e r e f o r ei ti sn e c e s s a r yi na c c o r d a n c ew i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fm o u n t a i n o u s e x p r e s s w a y , r e a s o n a b l ec o n t r o lo fs p e e d ，s e ts p e e dl i m i ts i g n s ，t r a f f i cs a f e t yp r o t e c t i o n b u th o wi sam o u n t a i n o u se x p r e s s w a yi np a r t i c u l a r , t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ee x p r e s s w a y , c h o o s ear e a s o n a b l ev a l u eo ft h es p e e dl i m i t , s p e e dl i m i ts i g n ss e tu par e a s o n a b l e ，b a l a n c e d t r a n s p o r te f f i c i e n c ya n ds a f e t y , s ot h a tt om a x i m i z et h eo v e r a l le f f i c i e n c y , b e c o m et h ef o c u so f a t t e n t i o n ，a n db e f o r et h et r a f f i ce n g i n e e r i n gs t a f fo ft h ep r o b l e mb e f o r e i nt h i sp a p e r , t h e d e v e l o p m e n to ft h ee x p r e s s w a yf r o mt h es t a t u sq u o ，t h es t a t u so fr o a ds a f e t ya n ds p e e do f c h i n a se x p r e s s w a ys t a n d a r d so ft h ed e v e l o p m e n to ft h e s et h r e ea r e a st od e s c r i b et h ec o n t e x t o ft h en e e df o rr e s e a r c h , ab r i e fp a p e rd i s c u s s e st h ep u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo ft h es t u d y , a d e t a i l e do v e r v i e wo fd o m e s t i ca n d f o r e i g nr e s e a r c hi nt h i sr e g a r dt h es t a t u sq u o ，i nt h i sb a s e d o nt h er e s e a r c hf r a m e w o r ko ft h i sa r t i c l ea n dm e t h o d s t h ei m p o r t a n c eo fs p e e dl i m i t sb a s e d o n ad e t a i l e da n a l y s i so ft h ee x p r e s s w a ys p e e dl i m i to fc o m m o n l yu s e dm e t h o d so fa p p r o a c h a n ds p e e dr e q u i r e m e n t so ft h ec h a r a c t e r i s t i c sa n ds e r i n g s s e c o n d l y , t h ep a p e rt r a n s p o r tf r o mt h ed r i v e rt h ep h y s i c a l ，p s y c h o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s s t a r t 谢mac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so ft h ed r i v e r si nt h er o a di nt h ep r o c e s so fp h y s i c a l ， p s y c h o l o g i c a la n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h el a w , t h ea p p l i c a t i o no fm o d e mt h e o r i e so fc o g n i t i v e p s y c h o l o g y , h u m a n - m a c h i n ee r g o n o m i c st h e o r y , t h ed r i v e ro ft h es i g n so fi n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g ，t h ee s t a b l i s h m e n to ft h ep i l o ts t r u c t u r eo ft h et r a f f i ci n f o r m a t i o np r o c e s s i n gm o d e l o ft h er o l ea n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h es i m p l ea n a l y s i s a n db a s e do nt h ee x p e c t a t i o n sa n dn e e d s o ft h ed r i v e r , t h ed r i v e rc o l l e c t e ds pi n v e s t i g a t i o nm o u n t a i n o u se x p r e s s w a ys p e e dl i m i ts i g n s o nt h ea t t i t u d eo fs e t t i n g s ，n e e d sa n d r e s p o n s ea n a l y s i st oi n v e s t i g a t et h ed r i v e r sp r e f e r e n c e s f o rt h ed e g r e eo fs p e e ds i g n s ，a n dd r i v e r so fs m a l lp a s s e n g e rc a r sf o rc r o s s - r e p r e s e n t a t i o na n d s t a t i s t i c a la n a l y s i so ft h ed r i v e r so nm o u n t a i n o u se x p r e s s w a ys p e e dl i m i t sa n ds p e e dl i m i t s i g n ss e t t h ev a l u eo ft h ee x p e c t a t i o n sa n dp r e f e r e n c e sf o rd o m e s t i cm o u n t a i ns e t t i n g e x p r e s s w a ys p e e dl i m i ts i g n st op r o v i d eau s e f u lr e f e r e n c e f i n a l l y , t h ep a p e rp r e s e n t sam o u n t a i n o u se x p r e s s w a ys p e e dl i m i ts i g n ss e tt h ep r i n c i p l e s a n di d e a s ，a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fm o u n t a i n o u se x p r e s s w a yi no r d e rt os p e e dt h ew e s t e r n h a nd y n a s t yf o re x a m p l e ，b ya n a l y z i n gt h ev a l u ed r i v e r so ft h es p e e dl i m i to nt h e e x p e c t a t i o n sa n ds e tt h ed e s i r e ds p e e dl i m i ts i g n sl o g i tr e g r e s s i o nm o d e l ，t h ed r i v e rb a s e do n r e a s o n a b l e e x p e c t a t i o n s o ft h em o u n t a i n o u se x p r e s s w a y s p e e dl i m i t , i n c l u d i n gt h e d e t e r m i n a t i o no fl i m i tv a l u e s ，s e tt h es p e e dl i m i ts i g n sa n dt h r e es u p p o r tf a c i l i t i e s k e yw o r d s ：m o u n t a i n o u se x p r e s s w a y ；s p e e d - l i m i ts i g n ；d r i v e l se x p e c t a t i o n ；t r a f f i cs i g n s e t t i n g ；s t a t e dp r e f e r e n c es u r v e y 长安大学硕士学位论文 1 1 选题背景 第一章绪论弟一早三百下匕 公路限速标志是道路设计、施工和运营管理中一个最重要的组成部分。它们不仅体 现了对道路交通流的交通控制和管理，同时也体现了交通法规和交通路权的执行手段。 正确完善地设置道路限速标志，不但能够体现道路交通法规和相应控制管理措施的落 实，同时能更大程度上提高道路交通通行率，有效增强交通安全性。随着中国道路建设 的飞跃发展，如何正确实施和设置限速标志在道路和公路系统中的作用和重要性已经越 来越明显。 1 1 1 金融危机下的高速公路建设 高速公路是国民经济和社会发展中的重要基础设施，是一个国家现代化水平的重要 标志之一。高速公路以其高效、快捷、便捷等优点，在我国交通运输领域发挥着举足轻 重的作用。经过二十多年的建设，截至2 0 0 9 年，我国高速公路通车里程达到6 5 万公 里，居世界第二位。 2 0 0 8 年的全球金融危机已经彻底触及中国的实体经济，而交通基础设施具有经济 “润滑剂”特性。为拉动内需，促进国民经济持续增长，2 0 0 8 年底，中国政府提出了将 投入4 万亿元的经济刺激方案。与此同时，交通运输部也在酝酿一项为期3 - 5 年的5 万 亿投资计划，其中绝大部分资金用于公路建设，尤其是高速公路建设。由此，我国的高 速公路发展又进入了一个新的春天。随着西部大开发战略的实施，高速公路建设重点也 开始向山区转移，掀起了山区高速公路建设的高潮。 1 1 2 超速诱发高速公路安全问题 我国快速的高速公路建设，对国家的经济发展和社会进步起到了很大的促进作用， 但随之而来的公路交通安全问题也成为了一个比较严重的社会问题。虽然近年来我国的 交通安全事故呈逐年下降的趋势，但形势依然严峻，事故数量和死亡人数仍然高居世界 前列【l 】- 【5 】o1 9 9 9 年一2 0 0 9 年我国道路交通事故情况如图1 1 、1 2 所示。 数据统计显示【6 】，2 0 0 9 年，全国共发生道路交通事故2 3 8 3 5 1 起，造成6 7 7 5 9 人死 亡、2 7 5 1 2 5 人受伤，直接财产损失9 1 亿元。与2 0 0 8 年相比【刀，事故起数减少2 6 8 5 3 起，下降1 0 1 ；死亡人数减少5 7 2 5 人，下降7 8 ；受伤人数减少2 9 7 9 4 人，下降9 8 ； 直接财产损失减少l 亿元，下降1 0 7 。由此可以看出，交通安全事故已发展为当前亟 第一章绪论 待解决的首要问题。 图1 11 9 9 9 年一2 0 0 9 年全国道路交通事故次数统计分布图 图1 21 9 9 9 年- 2 0 0 9 年全国道路交通事故死亡人数统计分布图 现有研究成果显示【9 】【，超速行驶是交通事故发生的一个主要原因。据我国公安交 通管理部门统计【8 】，2 0 0 5 年因超速行驶导致1 6 0 1 5 人死亡，占到死亡总人数的1 6 2 。 而在高速公路上，由于线形条件较好，超速驾驶行为导致的事故比一般路段更多在法国， 五分之三的驾驶员是由于违反限速而发生交通事故的。世界卫生组织( w h o ) 和世界 银行共同编写的2 0 0 3 年世界预防道路交通伤害报告中指出，人为因素是道路交通 事故的主因，违法违规驾驶导致死亡率高达8 0 以上，报告中还列出了十大影响事故发 生的危险因素，其中居于首位的就是“超速 。【1 1 】 1 1 3 我国尚无完善的限速标准 目前我国高速公路限速管理中还没有一套全面、详实、有针对性的合理限速及设置 2 长安大学硕士学位论文 限速标志的方法、指南或规范。我国高速公路尤其是山区高速公路近几年飞速发展，通 车里程不断增长，而限速问题也随之凸显出来。关于高速公路限速方面问题，我国开展 的研究还不足够，因此相应的限速标准、规范和指南没有及时出台，造成道路交通管理 者在选取限速值时，没有相应依据，限速设置混乱。 如何针对高速公路尤其是山区高速公路的特点，选择合理的限速值，合理设置限速 标志，平衡运输效益和交通安全的关系，使整体效益最大化，成为社会关注的热点和摆 在交通工程研究人员面前的难题。 1 2 问题的提出 山区高速公路地形复杂，线形指标较低，且桥、隧比例较大，因而运行速度多变， 对行车安全的影响较大。同时，山区高速公路气候条件复杂多变，恶劣天气管控难度大， 特别是在冬季，受寒冷、潮湿的气候条件影响，桥梁、涵洞极易积雪、结冰，因速度控 制不当引起的事故较多。此外，山区气候多变，雨、雪、雾、冰冻在不同的高程路段或 不同的位置，其情况有可能发生变化。由于山区气候情况的差别，导致道路运行状况不 连续，司机因判断不足容易导致驾驶失控【1 2 】。因此非常有必要根据山区高速公路的特点， 设置限速标志，合理控制速度，保障行车安全。 现行常用的控速方法主要有设置限速标志、减速丘及减速标线等，其中限速标志作 为道路交通管理的安全设施，在交通管理和速度管制中占据着重要地位，也是目前各个 国家采取的最普遍的一种车速控制方式。几乎所有的高速公路都设有限速标志，山区高 速公路尤为突出。我国所有的山区高速公路都设有不同类型的限速标志和辅助限速设 施，同时交管部门也加大了限速强制性和处罚的力度，但违反限速要求的驾驶员依然很 多，原因主要存在以下三个方面：一是部分路段限速标准过低，不能反应行车实际条件， 出现了“高速不高速，罚单满天飞”的现象，引起了广泛争议。二是限速标志设置的形 式和位置不尽合理，不能显现人性化。这种现象在我国道路上较为普遍，最突出的就是 限速标志的设置没有考虑驾驶员的需求，没有考虑限速标志对驾驶员的影响，缺乏预见 性和前瞻性，使驾驶员感到不适应。三是相关法律、法规及指导意见中的限速规定过于 笼统。中华人民共和国道路交通安全法、中华人民共和国道路交通安全法实施条例 等我国的基础性交通安全法规、政策对车速做了特别的规定；我国的很多省市针对自身 情况，在上述基础性法律、法规的基础上也相应的制定了本省市的限速指导意见。多数 地方性限速值设置的指导思路是：限速值的确定更多的依赖设计速度，并结合特殊条件 3 第一章绪论 进行绝对数值的折减。以该思路实施限速操作简单，但与发达国家普遍采用的基于v 3 5 速度确定限速值不同，这可能会导致限速值与实际道路条件不符从而使驾驶员不愿遵守 限速。有的省份指导意见指出：限速标志限值原则上不得小于设计时速，这表明限速标 志限值可以高于设计时速，但没有给出具体的确定方法。总体上讲，我国虽然有相应的 法律法规及地方性的条文对道路限速进行相关规定，但绝大部分仍没有摆脱以设计速度 作为限速主要依据的思路。 上述问题是我国高速公路建设和运营过程中存在的普遍问题，也是近年来专家学者 研究的热点，已经取得了很多的成果，然而问题仍没有得到最终的解决，最根本的原因 是限速标志的设置是为道路使用者服务的，在设置的过程中应充分考虑驾驶员的期望。 基于此，本文依托陕西省交通厅科技项目“山区高速公路行车安全保障系统应用研究 ( 项目编号：0 6 2 7 k ) ，通过对驾驶员的驾驶行为进行分析，研究限速标志对驾驶行为 的影响，并利用s p 调查问卷研究分析驾驶员对限速值及限速标志设置的期望。在此基 础上，提出基于驾驶员期望的山区高速公路合理限速方案，包括限速值的确定、限速标 志的设置及配套设施三个方面，对提高山区高速公路的管理水平，保障行车安全具有重 要意义。 1 3 研究目的和意义 1 3 1 研究目的 本论文主要针对我国山区高速公路的特点，借鉴认知心理学和人类工效学的相关理 论，对驾驶员的驾驶行为和限速标志对驾驶行为的影响进行分析，通过室外s p 调查问 卷和室内数据分析，研究基于驾驶员期望的山区高速公路合理限速方案。本文研究目的 主要体现在以下几点： ( 1 ) 分析驾驶员对交通标志的认知过程及对交通信息处理的机理，揭示山区高速 公路限速标志条件下驾驶员的驾驶行为规律。 ( 2 ) 通过室外问卷调查和室内数据分析，研究山区高速公路上驾驶员对限速标志 的需求和期望，运用认知心理学和人类工效学的思想，提出基于驾驶员期望的山区高速 公路合理限速方案，满足驾驶员的行车需求，保障行车安全。 ( 3 ) 为限速标志的设计及优化工作提供借鉴。本文提出的基于驾驶员期望的山区 高速公路合理限速方案，具有一定的先进性，实用性，可供设计人员参考。 1 3 2 研究意义 4 长安大学硕士学位论文 目前国内外对高速公路限速标志的研究不多，且多是从工程角度或是从驾驶员生理 角度出发，针对基于驾驶员期望的限速标志研究较为鲜见。本论文的研究成果可为山区 高速公路的安全保障设施建设以及公路运营服务，从而提升山区高速公路的运营安全水 平，减少人员伤亡和直接、间接经济损失。同时为我国其他公路的建设、运营和管理借 鉴采用，有助于全面提升我国山区高速公路交通工程安全领域的理论水平和创新能力。 ( 1 ) 理论意义 丰富和完善交通工程学科体系 交通工程学是典型的新兴交叉学科，交通工程作为国家的“生命血液循环系统涵 盖了广泛的工程应用领域，涉及交通规划、设计、管理和控制等多个研究方向，本文从 驾驶员需求特性和驾驶期望出发，将认知心理学、人类工效学与交通工程学相结合，做 了一些基础研究，丰富和完善了交通工程学科体系。 深化和完善了公路交通安全标志优化理论 随着我国道路“硬件水平不断提高，路网结构不断完善，公众出行越来越多地体 验到四通八达的道路网络给出行带来的便利。但是，在“软件 方面，管理和服务水平 不高，特别是交通标志尤其是限速标志的不合理设置，导致公众出行效率不高、交通安 全水平较低，从而制约了交通行业整体水平的提升。目前大多数研究成果均局限于对限 速标志设置位置的研究，而对设置形式、设置内容及设置标准方面的研究较少，针对驾 驶员期望的限速标志设置研究更为少见。本文将运用认知心理学、人类工效学及交通工 程学的相关理论，考虑了驾驶员交通生理心理特性及信息需求特性对限速标志设置的影 响，提出基于驾驶员期望的山区高速公路合理限速方案，包括限速值的确定、限速标志 的设置及配套设施三个方面，深化和完善了公路交通安全标志优化理论。 ( 2 ) 实际应用价值 从实际应用来看，本研究基于驾驶员交通生理、心理特性，运用认知心理学、人类 工效学及交通工程学的相关理论，提出基于驾驶员期望的山区高速公路合理限速方案， 其实际应用价值具体体现在以下几个方面： 节约改造成本，保障交通安全 在不改变原有道路线形，不进行大规模的土木工程改造的前提下，通过完善山区高 速公路的限速标志，给驾驶人员提供必要的交通安全信息，不仅能有效减少交通事故， 保障交通安全，而且能节约改造成本。 为相关技术规范的制定提供理论支持 第一章绪论 现有规范的制定多是从工程和驾驶员生理心理方面进行考虑，并未全面考虑驾驶员 的信息需求和信息接受特性，本研究提出的基于驾驶期望的合理限速，为现有交通安全 标志的优化以及未来限速标志的设计、施工提供参考依据 为相关法律的修订提供理论准备 本课题的研究为中华人民共和国道路交通安全法、中华人民共和国道路交通安 全法实施条例等我国的基础性交通安全法规的修订工作提供理论上的准备。 1 4 国内外研究现状及发展趋势 1 4 1 国外研究及发展现状 1 4 1 1 限速值的确定 美国的限速历史可分为四个阶段：第一阶段为1 9 7 4 年之前；第二阶段为1 9 7 仁1 9 8 7 年；第三阶段为1 9 8 7 - - 1 9 9 5 年；第四阶段为1 9 9 5 年至今。1 9 7 4 年国会通过法案确立了 全国最高限速法案，即n a t i o n a lm a x i m u ms p e e dl i m i t ，简称n m s l 。该法案出台的背 景主要是出于能源消耗方面的考虑，当时美国机动化水平已经与现在相差不大，而国际 石油供应非常紧张，油价持续走高，能源问题已经严重影响了经济发展甚至触及国家战 略，制定n m s l 的目的在于尽量使车辆行驶在经济燃油速度。随着石油供应问题的好转， 美国逐渐放宽了n m s l 的限制。1 9 8 7 年国会允许各州将乡村州际公路行车条件较好路 段的限速由5 5 英里d , 时( 9 0 公里d , 时) 提高到6 5 英里d , 时( 1 0 5 公里d , 时) 。美国 幅员辽阔，各地的公路交通状况因其地形条件、设计标准、气候、交通、人文特点等而 显现出较大差异，随着人们对安全、快捷的公路运输的呼声越来越高，在国家层面实施 统一的n m s l 不再适应现实发展要求。对此，1 9 9 5 年，国会取消了5 5 英里d , 时( 9 0 公里d , 时) 的全国最高限速，将限速的权限返还到各州【1 3 】【1 4 1 。 在限速值的确定方面，美国公路基本上采用虼5 限速。美国的研究机构通过观测良 好天气条件下的蚝o 及玛o 确定最大安全速度，而大部分道路管理机构更愿意用玩5 限速。美国研究人员的观测统计，平均速度附近1 0 英里d , 时( 1 6 k m h ) 最大车速概率 分布区间( 1 0 m i l ep a c e ) 包含了绝大部分( 7 0 以上) 车速值。研究还发现，车速位于 该区间的车辆累积频率越大，车辆速度的离散性就越小，美国部分州的限速指南中也有 将该区间上限值作为限速值的依据，但该区间的上限值与虼5 速度相差无几，两者在作 为限速值设定基础实际上是一致的，如图1 3 、图1 4 所示【1 5 】【1 6 】【1 7 1 1 引。 6 长安大学硕士学位论文 车 辆 速 度 累 计 频 率 分 布 值 3 5 3 0 总 箍2 5 测 募2 0 数 八 ： 7 j u j 小 x 概苹句如区| l j 上岛 搋 。缓； 一概：笨分硝区间 2 2 王忆3 荚【瑟州、时 缓i 缓if 。缓犷妄 ， 缓 ； 夸么 o10152 02 53 03 54 0 4 55 05 56 0 图1 3 速度分布直方图及典型的“b e l l ”拟和曲线 _ ，一 舅弱晒爿位递壁 吖 5 8 5 英垦，j 、bf r | 中盘 速座5 0 5壅里j 、时 l ( 第5 g酉分 蓟 。， f j l 7 _ 一 o51 0l52 02 53 03 54 04 55 05 56 06 57 07 58 0 图1 4 速度累积频率分布的“s ”形曲线 在确定限速值时，交通流及变化也是美国设置限速考虑的重要因素之一，限速实际 应该在运行时间和接受指定道路风险之间达成妥协。限速主要功能是提供速度控制的数 值及减少速度的离散性。美国a a s h t o 设计指南( 2 0 0 1 ) 及m u t c d ( f h w a ，2 0 0 0 ) 建议采用自由流交通状态下的蚝5 进行限速。美国运输研究部( t r b ，1 9 9 8 ) 建议：最 大限制速度是在良好天气及可视条件下，驾驶员合理、谨慎驾驶的最大速度【1 9 】【2 0 j 【2 l 】【2 2 1 。 此外，美国各州的法定限速、历史事故、路侧发展等因素也是制定限速值的重要依 据之一。“t h et r a f f i cd e v i c ec o n t r o lh a n d b o o k2 0 0 1 ”建议限速值应接近 7 5 o 5 o i i 第一章绪论 虼5 速度，并应考虑交通控制特征、历史事故、道路条件等因素。而1 9 6 4 年s o l o m o n 也发现在平均速度一个标准差范围内，以接近虼5 的速度行驶具有较低的事故风险【2 3 】。 另一方面，美国经过大量的观测及研究显示：以设计速度作为限速值，从安全角度 考虑是偏于保守的，会导致安全与运行效率的矛盾。并认为大多数的驾驶员可以对路段 适宜的安全行驶速度做出准确的判断。如某路段事故集中，说明道路安全水平低，这是 由于驾驶员的预期速度与实际道路条件所能提供的最大安全允许间距的偏差超过了允 许限度所致口4 】【2 5 】【2 6 】【2 7 】【2 引。 英国、加拿大、澳大利亚等多数国家限速的原则和美国基本相似，在圪5 速度的基 础上，综合考虑道路条件，历史事故记录适当折减。各国均接受s o l o m o n 关于事故与速 度关系的论证，即事故与速度差的关系呈u 形曲线，车辆在以平均速度一个标准差速度 范围内行驶时，事故率较低，在比平均速度大l o k m h 的附近位置( 接近蚝5 速度) ，事 故率最低，如图1 5 所示。而且，发达国家的车速分布非常相似，即约7 0 的车辆速度 集中在平均速度附近1 0 英里4 , 时( 1 6 k i n h ) 最大车速概率分布区间口9 1 1 3 0 】【3 1 】f 3 2 】。 1 0 亿 车 公 里1 事 故 室 一4 0 3 5 3 0 2 5 - 一1 5 一1 0 50 + 5 1 0 1 5 2 0 + 2 5 3 0 ，3 s + 4 0 速度均值偏差( k m h ) 图1 5 速度均值偏差与亿车英里事故率间的关系 德国大部分高速公路不限速，但是德国的法律条文建议限速1 3 0 k m h 。虽然发生在 高速公路上的事故少，但考虑到安全、环保等因素，德国计划在近几年实行限速。一些 因限速而带来良好安全益处的实例，加快了德国进行限速的进程。在实行限速以前，德 国的车辆制造商使车辆自动限制在2 5 0 k m h 范围内。虽然德国高速公路没有对限速执 法，但对于发生交通事故车辆，如其车速超过建议车速，保险赔偿可以被降低。一些地 区强制限速以降低车辆经过居民区时产生的噪音。由此看来，德国对运行速度的控制更 人性化【3 3 】1 3 4 1 。 囝 长安大学硕士学位论文 新西兰采用根据道路条件、周边环境、交通量等因素将道路分为若干安全等级，作 为限速依据，并j t $ , j 定了详细的流程图【3 5 】。 1 4 1 2 部分国家限速取值 由于限制最高车速可以提高安全性，各国一般都根据本国的实际情况对公路上行驶 的车辆进行最高车速限制。下表列出了部分国家高速公路的车速限制值3 6 】【3 刀。美国高速 公路各州的限速不尽相同，宾州、新泽西州和纽约州限速都是9 0k m h ，加州是1 2 0k m h ， 而很多其它的州限速是1 1 0k m h 。 1 4 1 3 驾驶员车速选择与限速标志设置 以上介绍了各国高速公路限速的发展现状，对于驾驶员的研究，国外的研究学者在 2 0 世纪6 0 年代初期就开始研究人的因素对交通安全的影响，包括交通标志设计和设置 对交通事故率、驾驶行为及其它交通参数的影响研究。但直接分析驾驶员在限速标志影 响下的行为的文献很少。 研究驾驶员车速选择的人为因素，是交通心理领域一个重要的研究方向。研究成果 显示，速度的选择和驾驶时间的长短是一致的。w a s i e l e w s k i 、h a g l u n d 分别在1 9 8 4 年、 2 0 0 0 年进行反复测试，得到单个驾驶员行驶速度的相关性系数，表明驾驶员在进行速度 选择时与某些考虑的原因具有一定的相关性和一致性【3 8 】【3 9 4 0 1 。 a b e r g 等研究者发现驾驶员的个人操作行为对其周围驾驶员的速度选择产生影响， 驾驶员的速度调节除了受到限速标志等设施的影响外，周围驾驶员速度的影响也是一个 重要的因素。他们通过试验还得出了其他驾驶员对其行驶速度的影响规律，并计算了驾 驶员估计速度与其他驾驶员估计速度之间的相关性以及驾驶员自身实际速度和其他驾 驶员估计速度的相关性【4 1 1 。 1 4 2 国内相关研究现状 国内的研究者在限速标志的速度值确定、标志的设置位置以及驾驶员对限速标志的 反应等方面作了相关的研究。 在限速标志的速度值确定方面，根据我国的公路工程设计有关规范和标准，公路设 置限速的唯一依据是设计速度，全国高速公路均以设计速度作为限速标志的取值依据。 但是，从目前我国高速公路限速标志实施现状上看，运用设计车速作为限速值存在着许 多问题。 张开冉、李国芳1 4 2 对驾驶员在有速度限制的道路上行车时其速度选择问题进行了研 究。研究结果表明，驾驶员对自身行车速度的判断是以所在路段的速度限制为依据的。 9 第一章绪论 即使在限速条件下，仍有6 1 的驾驶员超速行车。驾驶员行车速度的选择普遍受同向行 驶其他车辆的影响；驾驶员在有明确速度限制的道路上行车时普遍超速，给交通安全和 环境保护带来不利影响。 吴京梅【4 3 】在“浅析平均速度控制理论 一文中指出限速值应设在速度分布曲线的 8 5 以下。在8 5 以下具体位置的确定，需要综合考虑道路事故数量的减少率、道路车 辆分类及其所占比例、驾驶员违规的比例、实施的可能性、强制执行的费用等因素。 当然，仅从宏观交通状况方面对限速标志设置进行改善是不够的j 只有从驾驶员的 角度出发，通过研究驾驶员的人机工效特性，兼顾驾驶员的期望，才能使得标志的设置 更具人性化，更好的满足驾驶员行车的要求，从而提高限速标志的功效。 在限速标志的设置位置方面，江苏( 江苏省国省干线公路限速标志设置意见( 试 行) ) 、江西( 江西省公路交通限速标志设置指南( 试行) ) 和安徽( 安徽省公路限 速标志设置办法) 都出台了相关的办法和指南，对限速标志的设置位置有相应的规定， 但仍较为粗略，无法满足限速标志设计的要求。 限速标志的设置位置与驾驶员的生理心理特征有密切关系。驾驶员在读取交通标志 信息过程是一个复杂的心理过程，国内的许多学者对此都作过相关的研究。管连荣等在 对驾驶员动态视觉的研究中发现，不同车速下驾驶员对同一标志的判读距离是不一样 的，车速愈高，驾驶员判读标志的距离愈短，这种现象是由于司机高速驾车情况下所产 生的生理、心理负荷所造成的。 孙会元、孙黎等 4 4 1 在探讨新建公路限制车速与行车安全视距值之间关系的基础上， 对新建公路限制车速采用的行车安全视距值与影响因素进行量化，提供了新建公路限速 选用的行车安全视距范围。 李小华等对驾驶员在4 种车速条件下的速度估计正确性进行了测试研究，结果表明： 安全组人群与事故组人群在高速条件下差异显著，而事故多发组与安全组在高速和低速 长距离条件下均有显著差异，速度和距离对估计正确性有影响，并且两者之间存在显著 的交互作用，年龄对速度估计准确性无显著影响。 在驾驶员对限速标志的反应方面，目前国内的研究很多。例如：罗良鑫、李相勇等 4 5 】在分析道路交通系统中驾驶员信息处理过程的基础上，从人机工学的角度，在考虑人 的信息处理极限的基础上，探讨了基于人的信息处理过程的道路限速设置方法。从人的 信息传输速率的角度，推导了合理道路建议限速的计算公式，为道路交通系统合理限制 速度的设置提供了新的思路 4 6 1 1 4 7 。 1 0 长安大学硕士学位论文 张殿业、王武宏等【4 8 1 对驾驶员在不同条件下的反应能力进行了详细的测试研究，提 出不同反应能力的驾驶员应按一定的限速行车，以此来减少交通事故发生的频数。同时 该研究首次提出了行车最高时速的安全域范围。并在事故失误性分析的基础上，对影响 驾驶员反应能力的诸因素进行了判别，建立起合理的驾驶员失误率计算模型，对反应能 力不同的驾驶员确定不同的可靠性度量，提出了不同反应能力下的危险行车速度域和安 全行车速度域。 裴剑涛对3 种年龄组和3 种车速条件下司机的反应时间、动作时间及制动反应时间 进行了测试研究，结果表明：车速对驾驶员的反应时间及制动反应时间有显著影响，而 对动作时间影响不显著，年龄对反应时间、动作时间及制动反应时间均无显著影响。 1 4 3 国内外研究存在的问题及发展趋势 国外的研究学者在研究驾驶员速度的影响因素时，认为在设有限速标志的道路上， 驾驶员的行驶速度与驾驶员对标志的态度等因素可能有关系，但未做出具体的研究和解 释。除此之外，目前国内外交通工程领域对限速标志设计及其设置方面的研究，大多还 局限在从工程和驾驶员生理的角度去分析，而很少有人从驾驶员的行车期望出发来考虑 这一问题。即使道路条件相同，不同的区域经济发展水平，驾驶员的期望行驶车速会有 较大差异。主要是经济水平不同影响驾驶者的车辆性能、对行程时间( 运输效率) 的要 求。驾驶员的车辆性能、驾驶技术、生理心理因素、生活环境等，决定了其在不同路况 下对自由车速的选择、对限速条件的执行，个体之间存在很大差异。从驾驶行为的角度 考虑限速，既符合实际也充分做到“以人文本 。 在本文中，我们将在研究驾驶员人机特性和驾驶员期望的基础上，对限速标志影响 下的驾驶员行为模型进行分析，研究基于驾驶期望的山区高速公路合理限速方案。 1 5 研究内容、方法和技术路线 1 5 1 研究内容 目前交通安全问题已成为社会各界人员所关注热点问题，由于交通安全问题涉及面 较广，加之本人知识面和研究能力有限，论文只是有选择的涉及其中部分内容开展研究， 本文将定位在对山区高速公路限速标志的设置研究，试图研究驾驶员生理心理特征、驾 驶行为特性及信息需求特性条件下，基于驾驶员期望的山区高速公路合理限速方案。论 文研究内容主要涵盖我国限速标志设置情况、限速标志下的驾驶行为分析、驾驶员对限 速值及限速标着设置的期望及基于驾驶员期望的山区高速公路合理限速方案等，全文包 1 1 第一章绪论 括理论研究和理论应用的过程。论文分六章对以上内容进行系统论述，第一章是绪论， 最后一章是总结，研究内容主要集中在第二、三、四章。 第一章绪论分析了论文的研究背景，主要从我国高速公路的发展现状、交通安全现 状及我国高速公路的限速标准情况这三方面的发展背景来论述论题研究的必要性，并简 要论述了论文研究的目的和意义，详细综述了国内外在此