（道路与铁道工程专业论文）基于预览视距的山区高速公路线形安全性评价.pdf

摘要 本文的研究目标在于分析山区高速公路线形安全性，构建一种山区高速公路安全水 平的评价方法。 安全的道路设计可以保证道路的运营安全质量。目前对道路安全的分析与评价多以 运行车速为中介，而对驾驶员在道路安全事故中的作用重视不够，道路安全水平评价在 这一方面更缺乏量化的方法，因此本论文的研究在理论及实践两方面都具有一定的意义。 道路交通事故的主体是人，因此研究道路安全的关键，也在于分析道路线形等条件 如何作用于驾驶员的行为。本文基于驾驶行为理论和驾驶员的视觉特性提出了预览视距 的概念，用于量化驾驶员的视觉信息，构建了预览视距模型，并以预览视距模型为切入 点，根据一些山区高速公路的实际数据和资料，通过理论分析和试验验证的方法，探讨 了驾驶行为中的信息与道路线形安全之间的关系，确立了“单位长度的视距差”作为衡 量山区高速公路线形安全水平的指标，并结合运行车速建立了山区高速公路线形安全性 评价模型。 最后，针对试验道路，具体应用本文中的研究成果，计算得到了道路各点的预览视 距值，并对道路线形安全性进行了评价，验证了评价模型的可行性。 关键词：道路交通安全预览视距运行车速线形安全评价 a b s t r a c t t h e 糟a 曲g o a lo ft h i sd i s 鼹n a t i 帆l i e si nt h ea n a l y s i s a l i 霉l m c n t 朝庇哆o f m 讲m a i n s 如w a y s ；b u n d 山ew a yo fs a 蕾e 锣e v a l 眦i t i o nm e 血o df o rm 明m 场i 删口u s 脑w a y s 办e 强f e 删d c 葫芦m a y g u 跏t 删o p 删es a f b 哆q h a l i 够a l p 嘲蛐t ，柚a 】y s i s a d 鞠击e t ya n d 叩雪嚅i s a lr a i do p e 枷o n 印悌d 勰m o mi n 咖e d i a i i e s hi s 似印o u g ht op a y 眦咖血t of i | 删o no f t h ed d v 盯o nr o a d 鞠f c t yy d 壬，a 印l el a c kt h eq i l 舡吐z e dm e t h o dj nl h i 8 圮s p e = c te v e nm o 缸m a ds a f b 哆l c v c l t h e 卸c ho fm i sd i s r t a d o nh a v ec 烈t a j n m e 卸j n g t k m a j n f h c t o fo f a d 锄伍c 附酣“s p 咖。山锄 f o 】咖d y t h e c m c i a l m l eo f a d 翻f e 哆，a n da l h e i n h o w t o 锄蛳t h ec ( m 僦o n 嗽h 髓a dg 蛐e t r y t oa c t 眦i m p a c t t h e b e h a 、，i o ro f v e h i c l ep c 碍o n b a s e do n m c 也哆o fd | i v i n gt h eb e h 撕a n d v i s i o nc h 缸a c t e ro f d i i v ac c e p to fp 砖v i e ws i g h t 面s 啪吼sp 眦f o 】嘲q u 锄蜊t h ei n 】f 0 咖嘶o f v i s i o n ，a n dt h em o d do fp 砖v i e ws i g h t 碰拙e 啦a b h s h e d 1 1 1 i sd i s s e r t a d h 强d l e st h e p m v i c ws i g h t 碰s t 觚m o d d 嬲t h e 面g i n a c c o r d i n gt o 蛐em a ld a t aa n dm a 嗡i a l so f 丘1 w a y ，也i sd i s 鼹n a l i o nd i s c u s s e dt h e l a t i o nb d w 咖i o a da l i 掣m l e m 觚dd i i v eh 出a v i o rb y t h i y 觚a i y z ea n d 既p e d m t a lv a l i d a l i n g ，d e 丘i ”t h eo o n p t”o | h 甄b e t w e 瞰p r e v i e w s i 曲t 碰s t a n c c sp 盯m i k 竹雒t h ci n d 既o f a ds a f b t y 蛔吐a n dt h em o d e io fe m m a l 她 a l i 盟m e n to f c l 姗a y8 出yi sc 吼a ：b n 出e d f i n a l l y ，戤o i d i n gt ot e s t 五啪y ，m c s i c hi 8m o d i 矗c da n dt e s 自e d i kv a l u co f p 姒惋w 啦h t 砸s 咖嘴吼慨w a yi s 丘n i 出e d ，雅di ti s 础a 勺e dt 0 “舯m 蛐to f m c 矗啪y 髓f b 哆f h i t h 锄o ，c s t j 岫a t i i sp s s e dt om a l 【cs 吡et h em o d 吼f e 懿i b i l i 够 k e yw o r d s ：a dn a 伍cs a 矗嚏y p i e v i c ws i g h t - d i s t 趾q 眦a t i 雌即o e d a 啦田删翻盎哆e v a l u a t i n g 重庆交通大学学位论文原刨性声明 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： 坼，玩八争一 1 日期： 0 7 年月y 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 印或扫搐等复制手段保存和汇编本学位论文。 靴敝赭鹕5 和舡 艚一玺 日期：刁年p 月s 日 脯5 节归日 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 我国道路安全状况 第一章绪论 作为发展中国家的我国，其道路安全状况是个比较严重的问题，是世界上道 路交通事故最多的国家之一世界卫生组织的资料显示，1 9 7 5 年至1 9 9 8 年，中国 道路交通伤害病死率上升了2 4 3 。【1 】1 9 9 9 年中国的道路交通伤害导致损失1 2 6 0 万潜在的生产寿命年，估计价值为1 2 5 亿美元，几乎相当于中国每年卫生经费预 算的四倍。【2 】而根据我国公安部全国道路交通事故情况通报显示，2 0 0 3 年全国公 安交通管理部门共受理一般以上道路交通事故6 6 7 5 0 7 起，造成1 0 4 3 7 2 人死亡、 4 9 4 1 7 4 人受伤、直接经济损失3 3 7 亿元，分别比2 0 0 2 年下降1 3 7 、4 6 、1 2 1 和上升1 4 。事故起数比2 0 0 2 年减少1 0 5 6 3 0 起，死亡人数减少5 0 0 9 人，受伤人 数减少6 7 9 0 0 人。其中，共发生一次死亡l o 人以上特大道路交通事故4 l 起，造 成“5 人死亡、5 6 7 人受伤。事故起数与2 0 0 2 年持平，死亡人数增加6 0 人，上升 l o l 3 ，受伤减少7 0 人，下降l l 。发生一次死亡3 0 人以上事故2 起，造成6 5 人死亡、1 9 人受伤。一次死亡2 0 人以上、2 9 人以下事故7 起，造成1 6 2 人死亡， 7 0 人受伤。【3 】 表1 1 我国近年来的道路交通事故统计结果【4 1 t 加l e l 1s t a t i s t i c a ir e s u i to fr o a dt r a 仟i ca c c i d o n to fo h l n 鲁r e n ty e a r - 事故次数死亡人数受伤人数直接经济损失汽车保有量 年份 ( 万次)( 万人)( 万人)( 亿元)( 万辆) 1 9 9 52 7 1 87 1 51 5 9 31 5 21 0 4 0 1 9 9 62 8 7 77 3 71 7 4 41 7 21 1 0 0 0 8 1 9 9 73 0 4 27 3 9 l1 9 o l1 8 5 1 2 1 9 0 9 1 9 9 83 4 6 l7 8 l2 2 2 7 1 9 3 1 3 1 9 3 1 9 9 94 1 2 98 3 52 8 6 1 2 1 2 1 4 5 2 9 4 2 0 0 06 1 79 44 1 92 6 71 6 0 8 9 1 2 0 0 17 61 0 65 4 93 0 91 8 0 2 0 4 2 0 0 27 7 31 0 95 6 2 3 3 2 2 0 5 3 1 7 2 0 0 36 6 7 5l o 4 44 9 “3 3 72 4 2 1 1 6 2 0 0 45 6 7 89 9 7 54 5 1 82 7 7一 第一章绪论 2 上表显示了我国近年来的道路交通事故的状况。从中可见，我国道路交通事 故情况虽有所好转，但事故数量以及伤亡人数仍然很多，交通安全依然面i 晦着严 峻的形势。 1 1 2 高速公路交通安全 高速公路近年来在我国得到突飞猛进的发展，截至2 0 0 6 年底，我国的高速公 路通车里程已达4 5 万公里，稳居世界第二位。 与此同时，我国已建成的高速公路，出现了相对较为严重的安全问题。 根据统计资料，1 9 9 7 年我国高速公路每百公里发生交通事故1 8 9 4 起，同期 所有等级公路每百公里发生交通事故1 5 8 起；高速公路事故每百公里受伤6 6 9 人， 同期所有等级公路的平均事故受伤为1 1 2 人，百公里；当年每百公里高速公路交通 事故死亡2 4 8 人，而所有等级的平均指标为4 7 人，百公里唧1 6 j 【7 】。 上述数据说明了高速公路的单位里程的事故指标严重偏高于我国公路整体水 平，尤为突出的指标为高速公路交通事故的单位里程死亡人数高达2 4 8 人，百公里， 这一指标远高于我国公路的平均水平。 尤为值得关注的是，目前我国高速公路的交通事故的累积规律显示了：几乎 在每条已运营的高速公路上，都存在着事故多发点，这些交通安全“黑点”的存 在证明了造成高速公路安全运营现状不佳的起因是多样的。 高速公路的建设成本高昂，道路交通设施完善，而国家、用路者更寄予高速 公路极大的期望，希望它成为国家运输体系中的快速通道，实现运输的安全、快 捷，承担起公路运输网络。主动脉”的职能。而在我国现阶段，高速公路的安全 运营状况并不令人满意，需要进行深入的研究，以期高速公路的安全质量能够与 其在国家公路网络中的重要地位、与其高昂的建设成本相一致【町唧。 1 2 研究现状 为提高高速公路交通安全性，国内外道路安全工作者对道路交通安全进行了多 方面的研究，提出了一些道路安全评价模型与方法。 ( 1 ) 基于事故预测的安全评价方法 h a d i 事故预测模型i l o 】 i i a d i 根据高速公路事故严重程度、地区类型( 如：城市、乡村) 、车道数的不 同，将事故预测模型分为三类，即乡村高速公路事故预测模型、四车道城市高速 公路事故预测模型和六车道城市高速公路事故预测模型。 第一章绪论3 ( a ) 四车道或者六车道的乡村高速公路事故预测模型 模型表达如下： c 置f = o 2 5a d ro 9 5 卵( 1 0 工) o 9 1 0 7f 曰腰 其中， 曰置f = 一1 4 0 3 2 0 0 4 0 7 矸+ o 2 1 2 7 二 式中： c 脬高速公路合流点的事故频率，起，年； a r _ _ 平均日交通量，辆，日； 工高速公路路段长，英里； w 么内侧路肩宽，英尺； ，高速公路路段交换车道的数量。 ( 1 1 ) ( 1 2 ) 四车道城市高速公路事故预测模型 模型由式( 1 3 ) 、( 1 4 ) 描述： 劬4 = o 2 5 a 砑1 1 8 3 2 ( 1 0 0 0 d n 7 7 3 3 口卯” ( 1 3 ) 其中， 丑【坍4 = 一l o 6 l o 3 0 7 _ 唧一o 0 2 3 2 甲一o 0 1 5 4 y + o 2 4 x o 0 6 ( 矸k ) o 5 ( 1 - 4 ) 式中 l 明 4 四车道城市快速路合流点的事故频率，起，年； 车道宽，英尺； w i 外侧路肩宽，英尺； y 蘧度限制，m p h ； w m 中央分隔带宽，英尺。 ( c ) 六车道城市高速公路事故预测模型 模型描述如下： c 汗6 = o 2 5 a 砑1 4 0 5 萨9 3 e 断6 其中， 。晒6 = 一1 4 一o 3 3 9 聊一o 0 5 9 4 盯一o 0 3 1 ( ) o 5 式中： ( 1 5 ) ( 1 6 ) 第一章绪论 4 q ，邓六车道城市快速路合流点的事故频率，起f 年。 i i a d i 事故预测模型只是估计受伤事故率，而不包括财产损失和死亡事故率。 w m g 事故预测模型【1 w 锄g 事故预测模型是针对乡村多车道分隔式公路的一种事故预测模型，而很 少或者没有出入口的乡村分隔式公路的驾驶行为与高速公路的驾驶行为是相似 的。模型可用式( 1 7 ) 、( 1 8 ) 描述： c 脚= 0 0 0 0 2 3 3a d r 1 町3r 肌3 p 8 。( 1 一o 0 1p d d ) ( 1 7 ) 其中， 雪口= 0 1 3 1 r 概一0 1 5 1 ，。+ 0 0 3 4 d 4 + 0 1 6 3 d 。+ o 0 5 2 d 。 一o 5 7 2 ，e 一0 0 9 4 ，一o 啷+ 0 4 2 9 ，。 = o 1 3 1 ( 1 ) 一0 1 5 l ( 1 ) + 0 0 3 4 ( o ) + o 1 6 3 ( o ) + 0 0 5 2 ( o ) 一o 5 7 2 ( 1 ) 一0 腆形一0 彻h 0 + o 4 2 9 ( o ) = _ 0 5 9 2 0 o 蛳：一o 0 0 3 矸，_ ( 1 8 ) 式中， o m 乡村多车道公路汇合点处严重事故的频率，起，年； k 路侧危险等级( 1 ，2 ，7 ；从安全的角度看：l 代表最好，7 代 表最差) ； 1 。进口控制( 1 为部分控制，o 为无控制) ； 工行车道密度，条，英里； 地有转向车道的无信号交叉口密度，个，英里； 上k 无转向车道的无信号交叉口密度，个，英里； 扣动能等级( 1 为主干道，0 为其他) ； e 外侧路肩宽，英尺； 1 - 地区位置类型( 1 为乡村多车道公路，l 为其他) j ? z ) d 乡村多车道分隔式公路财产损失事故百分数( = 6 2 5 ) ( 2 ) 基于运行车速的线形安全性评价模型”l i ”】l 嘲 运行车速方法在国内外的研究中最为常用。运行车速作为道路几何线形、道 路环境、汽车性能以及驾驶员心理行为等多方面综合作用于汽车的最终结果，在 道路安全性评价中越来越得到国内外研究人员的重视，在统计分析的基础上已得 第一章绪论5 出了多种基于运行车速的道路安全性评价方法。下面是其中几种比较典型的方法。 相邻路段车速差值y 法 相邻路段车速差值y 是保证线形设计质量的关键参数，也就是保证同一设 计区段内，驾驶员能够采取连贯的驾驶方式行车，从而避免或最大程度的减少由 于出乎意料或判断失误造成的操作错误，提高驾驶的稳定性和安全性公式如下： a 矿= i ，一i ( 1 9 ) 7 瞍调查断面上的8 5 车速； 7 - i 连续的前一断面的8 5 车速： 车速差值法建议，当两相邻路段上的运行车速不超过1 0 l 皿h 时，线形设计为 “优”；当两相邻路段上的运行车速在l o 2 0 l 【m h 之间时，线形设计为“一般”； 当两相邻路段上的运行车速超过2 0 l 【h 时，线形设计为“差气 表1 2 平曲线事故率与道路安全水平 t b l e l 2r o a dt r a f f i or a t e oo fc u r v ea n dr ds a f e t yl e v e 道路安全水平平曲线个数3 年事故累积数百万车公里百万车公里事故率 优秀4 5 1 81 4 8 33 2 0 6 0 6o 4 6 一般配22 1 71 5 0 4 61 4 4 差1 4 7 4 7 l7 0 5z 7 6 合计 5 2 8 71 7 4 73 3 7 3 5 7 o 5 2 美国对大量事故调查后发现，运行车速差与道路事故率有一定关系，表1 2 为研究人员对5 2 8 7 个平曲线调查后的结果。从表中可以看出道路安全水平优秀 ( ys 1 0 k h ) 的路段仅为道路安全水平一般( 1 0 虹h 2 0 k m h ) 接近一般性路段事故率 的倍，说明相邻路段运行车速差值( a y ) 与道路事故率有着非常明显的相关性， 这种将y 作为评价交通安全的手段，在美国及欧洲许多国家得到广泛的应用。 车速降低系数法一艘c ( s p e e dr e d u c t i c 笳c i e n t ) 在车辆实际运行中，车辆从6 0 k m h 减速到3 0 h h 和从1 2 0 l 哑 i 减速刭 9 0 蛔h 的速度变化率是不一样的。所以，速度降低系数勰c 方法应运而生。职c 采用的计算公式如下： v 歙c = ：；坠 ( 1 1 0 ) 第一章绪论 6 ，调查断面上的8 5 车速； “连续的前一断面的8 5 车速； 莫斯科国立大学曾作过这方面的研究，对1 5 0 0 0 多辆汽车进行了观测。收集 的数据按初始速度分为三组，( 1 ) 6 0 k m h 8 0 k m h ；( 2 ) 8 0 k m h 1 0 0 k m h ；( 3 ) l o o k m h 1 2 0 l 【m h 每组根据减速度值又分三个小组，( a ) 1 7 0 美国公路部门的研究指出，= 0 1 l o 1 6 为舒适界限。 综合行车安全、经济舒适各方面的要求，参考试验数据，可按表3 2 取用值。 表2 2 建议采用的值【2 0 】 t a b l e 2 2s u g g e s t i o nt oa p p i yfv a i u 调查统计表明，l o 1 2 的交通事故发生在平曲线处，高速公路平曲线路段 第二章线形对山区高速公路运营安全的影响分析1 6 的事故率与平曲线半径大小存在着密切关系。统计运三高速公路不同平曲线半径 的事故分布，得到如图2 2 所示结果。 图2 2 曲线半径与事故率 f i g u 旺2 2r e i a t i o nb e h e o nf r e 蝴yc u r v r a d i u a n dt r a f f i c c i d 帅tr a t 从图中可以看出，曲线半径越小，发生交通事故的风险也就越大，反之，则 相反。当曲线半径大于l 0 m 时，曲线半径对交通安全的影响不大。 2 2 1 3 缓和曲线 缓和曲线是设置在直线与圆曲线之间或者圆曲线与圆曲线之间的一种曲率连 续变化的曲线。通常缓和曲线采用回旋线，即曲率随曲线长度成正比变化的曲线， 可使驾驶员匀速转动方向盘，使汽车以一定的速度由直线驶入圆曲线、由圆曲线驶 入直线或由一曲线驶入另一曲线的轨迹相符，增进线形的连续和美感；使车辆在正 常转弯行驶时减少对道路摩擦力的需求，增强道路交通的安全性，并为平曲线超 高和加宽提供了宜于布设的过渡段。 缓和曲线长度应满足下式： l 二一f g 2 ) 3 6 式中：l 为缓和曲线长( m ) ；y 为行车速度a n n ，h ) ；f 为最短行程时间( s ) ，世界上 多数国家采用3 5 j 【2 ”。同时，根据回旋线特点，有： a 2 = r ，= r ，( 2 3 ) 式中：a 为回旋线参数，表示缓和曲线曲率变化的缓急程度；，为缓和曲线任意点 的曲率半径( 埘) ；f 为由缓和曲线起点到任意点的弧长( m ) ；l 为回旋线型的缓和 第二章线形对山区高速公路运营安全的影响分析1 7 曲线长度( 小) ；矗为缓和曲线所连接的圆曲线半径( m ) 根据对高速公路的调查统计发现，不设缓和曲线或缓和曲线a 值为r ，2 2 r ，3 和2 r 3 r 时，事故率均与全部平曲线的平均事故率存在显著性差异。不设缓和 曲线时，事故率小于全部平曲线的平均事故率；当缓和曲线a 值为r 尼2 r ，3 和 2 r 8 r 时，事故率大于全部平曲线的平均事故率。 下图为高速公路回旋线参数a 、平曲线半径r 与单位回旋线长度上的事故分 布情况。 圈2 3 回旋线与交通事故 f l g 啄e 2 3r i a t i o nb t - e 帅a n 叫v ro u r v _ n dt r a 什i o c i d 硼t 从图中可以看出，随着回旋线参数a 数值的增长，单位回旋线上事故数量呈 下降趋势；随着平曲线半径r 的增大，单位回旋线上事故数量也呈下降趋势。 2 2 1 4 直线与平曲线组合 直线与平曲线组合情况对行车安全也有重要影响，根据对样本高速公路的调 查发现，高速公路直线长度与其两端连接的平曲线的事故之间存在一定的联系， 如图所示。 第二章线形对山区高速公路运营安全的影响分析1 8 围2 4 直线平曲线组合与交通事兹 f i g u 旺2 4r e i a t i o nb e e 帅t r a 仟i oa i d 鲫t 曲i n a t i 硼o f - i g m e n t - n do u r v e 从图中可以看出，夹直线长度在8 0 0 恤左右时，与其连接的平曲线的单位长度 上的事故数较低，而当夹直线长度不在这个范围内，不管是增大还是减小，与其 连接的平曲线的单位长度上的事故数都有增大的趋势。这说明平曲线前后直线过 长或者过短对曲线路段的行车安全都不利。 2 2 1 5 视距 视距是确定道路行车安全与否的最重要因素之一，在平曲线与竖曲线上超车 时发生的交通事故，常常与视距不足有关 国外的研究成果表明，8 1 0 的交通事故与视距不足有关，并且进一步的 研究成果表明，在视距不足的曲线段事故率远高于其它曲线段同时，事故的数 量不仅取决于视距不足路段的存在，而且取决于这种路段分布的频率。在山区高 速公路上，交通事故的危险性，在相当程度上由提高驾驶员的注意力来补偿，这 时汽车的行驶速度要比在道路条件较有利的平原区道路上要慢得多，道路交通事 故数反而减少。这可以用美国的资料加以证明： 表2 4 视距与事故 t 船l e 2 4b l a t i o nb e t 们帅v i s u a ir a n pa n dt r a 仟i c _ i d 硼t i 3l 在l 公里中视距受限的处数 o 511 52 l 在l 百万车公里上的事故数2 1 92 5 62 3 72l - 7 5 相反，在设计的几何线形要素能保证较高车速的道路上，个别不大出现的视 距不足路段常是具有较高道路交通事故危险性的地点。 第二章线形对山区高速公路运营安全纳影响分析 道路个别路段的视距受限制，不仅迅速地反映在事故数量的增加上，而且还 反映在道路运输经营质量的恶化上，因为交通流的速度随着视距的减小而降低。 经对样本高速公路调查，视距与交通事故的关系下图2 5 。 图2 5视距与事故 f i g u r e 2 5 胁i a t i o nb t - e 帅v i o u a ir 锄pa n dt r a f f i oa