（道路与铁道工程专业论文）公路视距安全评价技术研究.pdf

摘要 视距是保证公路行车安全的一项重要设计指标，是公路工程建设标准强制性 指标之一。因此，公路沿线的每一车道应有足够的视距，使驾驶员能及时察觉潜 在的危险，并做出正确反应，保证行车安全。视距安全评价技术是道路安全保障 技术的重要组成部分，是对处于设计、施工及运营中的公路工程项目、交通工程 项目或任何与公路用户有关的工程项目正式地进行视距检查与评价，以发现项目 潜在的视距不足路段和消除由此引起的安全隐患的一种安全保障技术。 本文通过分析国内外公路视距的相关研究成果，总结了现有公路二维视距的 物理模型和计算方法，归纳整理了平面交叉口和互通式立体交叉的视距检查要点 和方法。通过对现有三维视距计算模型研究成果和优缺点分析的基础上，运用空 间解析几何原理，推导出了三维视距表达公式，建立了新的三维视距计算模型和 检测方法，为公路三维视距检查提供了理论与技术支持。根据公路初步设计、施 工图设计以及运营阶段视距评价的不同要求，分别建立了初步设计阶段、施工图 设计阶段及运营阶段的视距评价程序、内容与方法，并针对不同的视距不足问题 提出了相应的视距保障措施，进一步完善了我国公路视距安全评价技术。 关键词：公路，视距，三维视距，安全评价，程序，方法 a b s t r a c t s i g h td i s t a n c ei s t h ek e yt h a tr o a dt r a f f i cs a f e t y , a n dam a n d a t o r yi n d i c a t o ro ft h er o a d c o n s t r u c t i o ns t a n d a r d s a te a c hl a n eo ft h eh i g h w a y s ，s i n g h td i s t a n c es h o u l db es u f f i c i e n tt oe n a b l e t h e d r i v e rt ot i m e l yd e t e c tp o t e n t i a lh a z a r d s ，a n dm a k et h er i g h tr e s p o n s e ，a n de n s u r et r a f f i c s a f e t y s i g h td i s t a n c ee v a l u a t i o nm e t h o d so fr o a ds a f e t ya r ea ni m p o r t a n tc o m p o n e n to fr o a ds a f e t y m a i n t e n a n c es u p p o r tt e c h n o l o g y b ys u c has a f et e c h n o l o g y , h i g h w a yp r o j e c t su n d e rd e s i g n , c o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o n ，t r a n s p o r t a t i o np r o j e c t sa n dr o a du s e r so ra n yr e l a t e dp r o j e c t sc a r r i e d o u to f f i c i a ls i g h td i s t a n c ei n s p e c t i o na n de v a l u a t i o nt oi d e n t i f yp o t e n t i a lh a z a r d sa n de l i m i n a t e p o t e n t i a ls a f e t yp r o b l e m s t h r o u g ha n a l y s i so ft h er e l e v a n tr e s e a r c hr e s u l t sf r o mb o t hd o m e s t i ca n da b r o a d ，t h i sp a p e r s u m m e du pt h et w o - d i m e n s i o n a ls i g h td i s t a n c ep h y s i c a lm o d e la n dc a l c u l a t i o nm e t h o d so f e x i s t i n gh i g h w a y i ta l s os u m m e du pt h ep o i n t sa n dm e t h o d so fi n s p e c t i o nf o rt h ep l a n e i n t e r s e c t i o na n di n t e r c h a n g e b a s e do nt h er e s e a r c hr e s u l t sa n da n a l y s i so fe x i s t i n g3 dd y n a m i c s i g h td i s t a n c em o d e l s ，a n dt h ep r i n c i p l eo fu s i n ga n a l y t i cg e o m e t r yo fs p a c e ，af o r m u l ao f t h r e e - d i m e n s i o n a lo fs i g h td i s t a n c ei sd e r i v e d an e wt h r e e - d i m e n s i o n a lm o d e la n dd e t e c t i o n m e t h o da r ea l s oe s t a b l i s h e d ，w h i c hp r o v i d e sat h e o r e t i c a la n dt e c h n i c a ls u p p o r tf o r3 dd y n a m i c s i g h td i s t a n c ei n s p e c t i o n a c c o r d i n gt od i f f e r e n tr e q u i r e m e n t so ft h ee v a l u a t i o nf o rp r e l i m i n a r y h i g h w a yd e s i g n ，c o n s t r u c t i o np l a n sa n dd e s i g no ft h eo p e r a t i o n a lp h a s e ，t h ee v a l u a t i o np r o c e s s ， c o n t e n ta n dm e t h o d sa r ce s t a b l i s h e dr e s p e c t i v e l ya n dt h ec o r r e s p o n d i n gs e c u r i t ym e a s u r e sa i m i n g a tt h ep r o b l e ma r ep u tf o r w a r dt of u r t h e ri m p r o v eo u rh i g h w a y s e c u r i t ye v a l u a t i o nt e c h n i q u e s k e y w o r d s ：h i g h w a y ；s i g h td i s t a n c e ；3 ds i g h td i s t a n c e ；s e c u r i t ye v a l u a t i o n ；p r o c e s s ；m e t h o d u 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，均已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： 翟影阳 澎年多月争日 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： 翟衫芦访年多月4 日 导师签名：方1 产渺孑年多月垆日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 问题的提出及研究意义 视距是保证公路行车安全的一项重要设计指标，是公路工程建设标准强制性 指标之一。因此，公路沿线的每一车道应有足够的视距，使驾驶员能及时察觉到 潜在的危险，并做出正确反应，保证行车安全。 视距安全评价技术是道路安全保障技术的重要组成部分，在我国的研究刚刚 起步，目前没有确切的定义。一般理解，视距评价技术是对处于设计、施工及运 营中的公路工程项目、交通工程项目或任何与公路用户有关的工程项目正式地进 行视距检查与评价，以发现项目潜在的视距不足路段和消除由此引起的安全隐患 的一种安全保障技术。 平原微丘区公路沿线地形平坦，路线采用良好的平纵线形，视距( 有中间带 公路只需满足停车视距，无中间带公路至少需保证会车视距) 容易保证，视距没 有引起足够的重视。但随着社会经济和公路交通事业的蓬勃发展，公路尤其是高 速公路建设的重心已由平原微丘区转向山区。山区多数为崇山峻岭、沟壑纵横， 地形、地质、水文、气候条件十分复杂，环境保护工作难度大，与平原区公路相 比，山区公路具有路线指标偏低、长大纵坡多、高填挖路基段落普遍、桥隧构造 物众多及互通式立体交叉设置困难的特点，许多路段视距不易保证。除了在平面 上的暗弯( 处于挖方路段的曲线和内侧有障碍物的曲线) 、纵断面上的凸形竖曲 线以及下穿式立体交叉的凹形竖曲线上通常有可能存在视距不足的路段外，在小 半径曲线的中央分隔带外侧超车道上、曲线隧道内、主线处于连续长下坡路段坡 底的互通式立体交叉上、小半径平纵曲线组合路段等已成为视距不易保证的难点 路段，给安全保障带来了很多隐患。同时，公路项目安全性评价指南( j t g t b 0 5 - 2 0 0 4 ) ( 以下简称指南) 中对停车视距要求采用运行速度进行验算，但在 设计速度相对较低的山区公路上，较大的连续纵坡对小客车的运行车速影响较 小，小客车的运行车速高于设计车速，有些路段高出的幅度还较大，造成采用小 客车运行车速计算的停车视距长度大于用设计速度计算的长度，使这些路段陷入 视距不足的困境。导致公路较大长度路段视距不足的原因，既有停车视距计算物 理模型及其参数取值的缺陷问题，也有视距评价阶段和程序不清的问题，更有对 第一章绪论 视距评价技术、方法研究和重视不够的问题，因而，系统研究公路各种易引起视 距不足路段的视距检查模型和方法以及建立一套实用性可操作性强的视距保障 技术已刻不容缓。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国内研究现状 国内针对视距的研究主要集中于道路平、纵线形上，随着山区公路的建设越 来越广泛，平面、纵断面的视距研究成果也越来越多，计算方法也相对比较全面， 但是结合平纵的三维视距研究相对较少。在国内视距安全方面，具有代表性的研 究及成果现归纳为以下几个方面： ( 1 ) 公路视距检验的常规方法 公路行车视距检验的常规方法主要有最大横净距计算方法和图解法( 绘制视 距包络图) 等2 】【5 】【6 1 ，这些方法简便实用，前者能检查曲线上某一位置处平面视 距是否满足要求，后者可以较精确的确定平曲线( 或竖曲线) 上影响视距的范围。 同时，国内研究人员对常规的视距检查方法进行了更深一步的研究，总结提出了 道路横净距计算的新方法，文献8 1 利用道路中线上任意单程桩号的坐标和切线角 计算公式，建立其横断面直线方程式；分析了视距曲线的数学特征，建立了对应 的视距直线方程式；将两方程联合求解，采用逼近方法，编写了相应的计算程序， 从而完成任意里程桩号的横净距计算。文献【9 1 根据汽车在超车道上的行驶特性分 析了高速公路中央分隔带外侧超车道的视点位置及其横净距。在高速公路中央分 隔带外侧超车道的停车视距不能满足规范要求时提出了解决问题的方案和措施 供高速公路设计时参考。 ( 2 ) 基于运行速度的公路视距检查 公路设计时，都会选取一定的速度作为公路的设计速度，而整条公路的设计 过程中会围绕选取的设计速度进行参数的调整和指标的选取。但是实际在公路运 营过程中，由于车辆性能的不断提高，恒定的设计速度与驾驶员在公路上行使的 实际速度往往不符合，实际车速常常随着道路条件的变化而改变，这就对视距检 查中提出了新的要求。所以包括我国在内的许多国家已经开始应用运行速度进行 公路安全设计检验和交通安全审计。对应运行速度提出了运行视距的概念，即车 2 长安大学硕十学位论文 辆以实际的运行速度行驶时对应要求的视距。由于车辆在路段上的实际运行速度 是不断变化的，对应的运行速度所需的安全行车视距也在不断变化，运行速度较 高时所需视距数值亦就越大。指南中要求高速公路的停车视距采用路段的运 行速度计算值进行计算和评价，要求设计速度对应的视距应不小于采用运行速度 计算值计算的小客车停车视距，在以货车交通量为主以及其他货车或大客车可能 多发事故的路段，设计视距还应同时满足按货车运行速度计算值计算的货车停车 视距要求。这种要求对平原微丘区公路容易满足，但对地形困难、纵坡大的山区 公路，小客车的运行速度往往超过设计速度较多，很多路段的视距不易满足，如 何解决这个问题，指南并没有提出合理的解决方案，而且在我国多条公路的 施工图设计安全性评价中均出现了此类问题，都没有得到很好解决。 ( 3 ) 公路三维视距检查 在我国二维的平面、纵断面视距检查已经相对较多，但是二维视距的检查方 法，不能综合计算空间三维视距。近年来，国内不少研究人员对准确和便捷计算 三维条件下的行车视距进行了有益的探索。其中具有代表性的是文献 1 1 由北方 交通大学王福建、曾学贵提出的公路行车视距检验的三维表面模型方法，以及文 由中交第一公路勘察设计研究院王佐、郭腾峰、刘建蓓提出的利用空间两点通视 原理计算分析空间视距的三维视距面法等。 视距三维表面模型方法 采用三角网式模型表示复杂多变的公路设计表面( 如图1 1 ) 。通过检验 b ，置绚啊式横j 静 图1 1 公路设计表面三角网式模型意图 司机视线与该模型是否相交而得到司机在任一桩位p ( 如图1 2 ) 处公路所能提 第一章绪论 图1 2 某公路填方路段平面示意图 供和保证的视距l ，绘出视距沿线分布图l - p ，及时发现影响行车视距的不利因 素，以便改进设计。其基本思路是借鉴三角网式数字地面模型( d t m ) 表示地形曲 面的原理和方法，对公路设计表面也建立三角网式表面模型，即把两相邻横断面 间的公路表面划分成若干相连的三角形平面，如图1 1 所示，这样整条路线或其 中某一路段的设计表面就可表示成三角网模型。图1 1 中b 。和h - s 分别为中央分 隔带宽度和高度( 当没有中央分隔带时，两者均为0 ) ；b ，为行车道路面宽度( 当 设有加宽时，包括加宽) ；b 。为路肩宽度；b d 为挖方边沟底宽。当图1 1 ( a ) 中 具有人工构造物时，其外表面亦可按图1 1 ( b ) 那样进行三角形划分。当考虑 图1 1 ( a ) 填挖方边坡以外地表面五一五和l 一瓦对视距有影响时，亦可建 立该地表面的三角网模型并增加到图1 1 ( b ) 所示模型中。当图1 1 ( a ) 中央分 隔带及路肩上设有护栏并可能影响视距时，可根据护栏形式建立其三角网式表面 模型并增加到图1 1 ( b ) 所示模型中。显然，正如三角网式数字地面模型是对地 形曲面的近似表示那样，图1 1 ( b ) 所示三角网模型也是对公路设计表面的近似 表示，图1 1 中两横断面桩距d 愈小，三角形划分愈密，三角网模型愈逼近真实 的公路设计表面，即精度愈高。 在完成公路表面的三角网模型后，把任意地面三角形a b c 用公式表示为： a x + 8 y + c z + d = 0 ( 1 1 ) 其中元= 彳，b ，c 为该平面的法向量。由该三角形三个顶点a ( x 。，y 。，z 。) 、b ( x 。，y 。，z b ) 和c ( k ，y 。，z 。) ，系数a 、b 、c 和d 为： 4 长安大学硕十学位论文 z 。 z 6 z c 艺 艺 艺 z 。1 l z 61 i 乙1 i 匕z 。i z - i y7i 1 c o c l 同时，定义司机的视点为d ，再把所算出视距根据车道线截取满足所需视距s ( 停 车视距或会车视距) 的点e ，连接该点e 和司机的视点d 得到空间上的一条线段 d e ，求解该线段d e 是否与三角形a b c 相交( 如图1 3 所示) 。 图1 3 直线d e 与三角形平面a b e 相交 当图1 3 中空间直线段d e 的两端点d ( x 。，y 。，z 。) 和e 伍，y 。，z 。) 满足式( 1 2 ) 时，则该两端点在平面a b c 的同侧向量幽与法向量刀垂直即数量积如木胛= 0 时向 0 x d + 曰匕+ c z d + d ) 0 置+ b 艺+ c z 。+ d ) 0 ( 1 2 ) 量一d e 与平面a b c 平行。当直线段d e 不平行于平面a b e 又不满足式( 1 2 ) 即d 、e 在平面a b c 异侧时则d e 与平面a b c 相交于一点f ( x ，y ，z f ) lx ，= 虬一f 瓦i 弓= 匕一f x 如 ( 1 3 ) 【z i2z d t x 如j 其中f ：等等尝掣， x 出：x 。一毛，圪：匕一匕， 彳义2 + b 圪+ c z 如 ”。“ z 如= z 。一z d 。当所得交点在平面a b c 边界内时才为有效交点。判定f 是否在平 面a b c 边界内可采用点是否在封闭多边形内的铅垂线算法。由此，称直线段d e 与三角形平面a b c 相交，是指交点f 为有效交点。 5 口 6 c 阢懈以t 一1i = 一一 曰 d 阢阢阢阮阮阢 = = 彳 c 第一章绪论 上述直线段与空间三角形平面的相交计算方法可判定空间直线段d e 是否与 公路表面三角网式模型相交，有如下两种情况：( 1 ) 若相交，则d e 路线长度 l = 只一一丁，即为司机在a 点时公路所能提供和保证的视距。显然，若l 小 于所要求的停车视距或会车视距s ，则说明该路段不能满足视距要求。( 2 ) 若不 相交，则证明满足视距要求。 此方法结合了道路的平、纵线形进行了三维视距的分析，提出了详细的三维 视距计算方法和计算步骤。但该方法仅仅局限于对汽车在行驶过程中不改变车道 的情况下进行检查，对视距的检查不完全，没有考虑到汽车在行驶过程中改变车 道或者出现其它情况下出现的视距问题。同时对周围的其他环境因素考虑的较 少，且计算量较大，大部分设计工作者不易利用此方法进行视距检查。 视距的三维视距面法 视距的三维视距面法是研究利用空间两点通视原理计算分析空间视距的方 法，进而基于计算机虚拟仿真技术实现空间视距检测。提出将设计视距、运行视 距与空间视距三种视距对比分析发现视距不足的方法，对公路行车安全评价分析 提供依据。 该方法不再把司机的视线定义为在前进方向上的一条线，而是把司机的视线 定义为在可视范围内的一个由若干条视距线组成的视距面。其基本的计算原理 是：建立公路区域的全三维模型，利用计算机仿真技术模拟公路交通条件下的行 车状态，车辆分别在单向行驶的两个车道的中心点位置，延伸利用空间两点通视 原理，计算出驾驶员视点位置所能看到前方路面上物体的最远距离，即得到空间 三维视距。其中：小客车对应规定视点高1 2 m ，物高0 1 m ；大货车对应视点高 2 0 m ，物高o 1 m 。在仿真环境中实现空间视距计算的原理如下： 初始设定。首先在人眼视觉范围内，给定一个视点距目标点的范围值，将 它设置成变量。同时设定视点为e l ( x l ，y l ，z ，远处目标桩号的路面最左侧边缘 目标点位、目标桩号路面最右侧目标点位，这三点构成“视线三角面”。 将公路区域模型中的任意曲面，离散成若干三角面。通过视线三角面与公 路区域内其它三角面的相交计算，将交线投影变换，得到实际的空间视距。 在具体的推导和计算过程中，先分别求出视点p 。、路面最左边缘目标点p ：、 6 长安大学硕士学位论文 路面最右边缘目标点p ，的坐标公式，再通过三点p ( x iy l ， z i ) ，p 2 x 2sj ，2 , z 2 ) ， p 3 ( 屯，y ，z ，) 可确定“视平面 ，其方程如下： 其中： z1 z l 1 z 2 1 z 3 1 = 0 或 出+ 缈- i - c z - i - d = 0 除以= f i 矛订就可以化为法线式： y y l y 2 。y l y 3 。y l 曰= l 三：二三：x x 2 3 二二：il z 3 一z 1一x l l d = 一( 血l + 砂l4 - c z l ) ( 1 4 ) x c o s a + y c o s f l + z c o s 7 一p 20 ( 1 5 ) 其中口，y 为计算平面法线的方向角。 在计算出视线平面后再检查视线平面是否与三角网化后的路面以及周围地 面线是否相交，判断出存在视距不足的路段。 三维视距面法也是运用三维表面模型中两点通视是否穿越被三角网化的障 碍物的基本原理，但是在此基础上进行了进一步的深化研究和补充。但是实现的 时候同样存在计算复杂，在每一个公路线形点上都需要进行一次三维视线面计 算，对大规模视距检查要求的工作量十分巨大，需要编辑较为复杂的计算机程序 进行计算机辅助计算，在推广和应用中存在较大的难度。 1 2 2 国外研究现状 视距评价技术作为一种安全评价技术，在我国才刚刚起步。但行车视距作为 公路工程技术标准的强制性指标和设计控制要素，对其长度计算模型的研究和在 公路路段应用中的保证要求，在世界公路发展的初期就已经开始，并随着公路建 7 o = _ 屹 z 乞乃 _ 吖 一 x 而而 y m 儿虼为哺隅阮阮黻其 毛乙 m 以 一 一 一 一 2 3 2 3 z z y y 乃乃 一 一 一 一 儿乃 屯屯 = = 彳 c 第一章绪论 设的发展和计算实现工具的改进仍在不断发展。美国绿皮书公路与城市道路几 何设计2 0 0 0 年之前的版本，均对视距计算物理模型及其参数进行了研究，其 中计算的重要的参数是轮胎与路面之间的纵向摩阻系数，并对纵坡等因素对视距 长度的影响进行了修正，日本的标准中均采用了类似的计算模型和参数。文献 1 6 b r u n oc r i s m a n 、a u r e l i om a r c h i o n n a 和p a o l op e r c o 提出了新的视距计算模型， 采用减速度而非纵向摩阻系数作为计算参数，更真实地反映了遇到紧急情况时的 交通特点，在美国绿皮书2 0 0 1 年版中采用了b r u n oc r i s m a n 等的研究成果。同 时，各国标准中对视距的计算均只考虑了直线路段的车辆的行驶状况，忽略了事 故多发的小半径曲线路段的情况，没有综合考虑弯道超高横坡、平纵线形组合的 影响。世界各国的规范和设计指南或要领中，均对纵断面上满足视距要求的凸形 竖曲线和凹形竖曲线的半径和长度计算模型进行了研究：对由于挡土墙、防眩设 施、护栏、隧道内侧墙、挖方边坡等妨碍不能获得足够视距时，提出了视距保证 的计算方法、模型以及措施，1 9 9 7 年f a m b r o 、d b ，r k o p p a 和k f i t z p a t r i c k 在文献 1 7 】提出了路基、长大桥、隧道路段保证视距的临界曲线半径，以保证在 设计阶段确定曲线半径时选择大于满足视距的临界曲线半径。但上述模型一般均 为二维模型，不能全面、精确地反映公路需要的视距需求。 2 0 0 2 年美国的y a s s e rh a s s a n 和t a r e ks a y e d 在文献 2 2 提出通过计算机 仿真研究驾驶员特征和公路几何参数对视距的影响，在统计分析的基础上建立了 线性的视距模型；2 0 0 7 年k i s m a il 和t s a y e d 将公路行车道和路肩等几何特 征以参数化的形式来描述，提出了计算三维视距的方法和数学模型；这些三维视 距模型的建立为世界公路三维视距的研究提出了新的思路。 1 3 研究内容与技术路线 1 3 1 研究内容 本文旨在对公路视距现有计算方法和检查方法进行归纳和分析的基础上，推 导提出一种切实可行的三维视距计算模型，总结一套公路视距安全评价技术，对 公路视距进行安全评价研究，进而提出视距不足路段切实有效的公路视距安全保 8 长安大学硕十学位论文 障措施。本论文的主要研究内容如下： ( 1 ) 现有的视距计算方法和检查方法分析 调查分析现有的视距计算方法和检查方法，归纳现有的视距计算方法中存在 的优缺点。 ( 2 ) 简单可行的三维视距计算模型研究 通过全面分析我国现有视距计算模型的基础上，针对公路的特点，运用空间 几何的基本原理，提出简单可行的三维视距计算模型。 ( 3 ) 视距评价的阶段、内容与程序研究 当施工图完成或运营阶段进行视距评价时，许多视距不足的路段往往受到多 方面因素的影响和限制，要保证视距需要付出较大的代价。通过分析设计和安全 评价各阶段视距评价的需求，提出公路视距安全评价的阶段、程序及内容。 ( 4 ) 公路视距保证的对策与措施 在吸收和采用已有成果基本思想的基础上，结合国内外的相关研究成果，对 视距不足路段提出保证视距和行车安全的对策与措施。 1 3 2 技术路线 本论文旨在通过全面分析我国现有视距计算模型的基础上，针对公路的特 点，运用空间几何的基本原理，提出简单可行、便于计算的三维视距计算模型。 同时，对公路的视距评价方法、内容及其程序进行较为系统的研究，为提高公路 的交通安全和通行能力提供技术保障，为设计人员路线设计提供技术支撑和理论 支持。 9 第二章视距概念和视距物理模型分析 第二章视距概念和视距物理模型分析 2 1 视距的基本概念和要求 为了行车安全，驾驶人员应能随时看到汽车前面相当远的一段路程，一旦发 现前方路面上有障碍物或迎面来车，能及时采取措施，避免相撞，这一必需的最 短距离称为行车视距。行车视距是否充分，直接关系到行车的安全与迅速，它是 道路使用质量的重要指标之一。 行车视距可分为停车视距、会车视距、超车视距以及判断视距等。 2 1 1 停车视距( s s d ) 停车视距指驾驶人员自看到前方障碍物时起，至障碍物前能安全停车所需的 最短行车距离。停车视距是以下两种距离之和：( 1 ) 从驾驶员看见一个物体而需 要停车的瞬时到使用制动的瞬时汽车所行驶的距离；( 2 ) 从开始使用制动到汽车 停车所需要的距离。这两种距离分别定义为制动反应距离和制动距离。 制动反应时间是指驾驶员从意识到道路前方存在一个物体需要刹车的瞬时 起到实际采用制动的瞬时止所经过的时间。在某些情况下，例如用闪光信号或闪 光灯指示的紧急情况下，驾驶员几乎是在瞬时完成上述工作的。在其他许多情况 下，驾驶员不仅要看到物体，还必须参照道路和其他固定物( 如挡墙、篱笆、树 木、柱杆或桥梁) 来判断前面的物体是静止的还是缓慢移动的。作此判断所需时 间的长短差异很大，主要取决于：到物体的距离、驾驶员的视觉敏锐度、驾驶员 反应的本能速度、大气的能见度、道路的类型和条件，以及障碍物的属性等。车 速和道路环境也可能影响反应时间。通常，以等于或接近于设计速度运行的驾驶 员比以较低速度运行的驾驶员更为警觉。驾驶员在城市道路上运行由于面临着与 停放的车辆、专用车道、相交道路发生冲突的无数可能性，较之自己在几乎不存 在这些冲突情况的控制出入的公路上运行也可能更为警觉。 公路工程技术标准( j t gb 0 1 2 0 0 3 ) ( 以下简称标准) 条文说明3 0 1 2 中解释停车视距：小客车行驶时，当目高为1 2 m ，物高为0 1 m 时，驾驶人员自 看到前方障碍物时起，至障碍物前能安全停车所需的最短行车距离，即为小客车 停车视距( 简称停车视距) 。载重货车行驶时，当目高为2 o m ，物高为0 1 m 时， l o 长安大学硕上学位论文 驾驶人员自看到前方障碍物时起，至障碍物前能安全停车所需的最短行车距离， 即为货车停车视距。 标准第3 0 1 2 条规定：不同设计速度的停车视距应符合表2 1 规定。 表2 1 不同设计速度下的停车视距 设计速度( k m h ) 1 2 01 0 08 06 04 03 02 0 停车视距( m ) 2 1 01 6 011 07 54 03 02 0 各级公路停车视距是对应设计车速下汽车行驶安全的重要保障条件之一，也 是公路几何设计的主要依据。各国对停车视距的规定不同，就设计车速分别为 1 2 0 k m h 、l o o k m h 、8 0 k m h 的停车视距作比较，美国分别为2 1 0 - 2 5 5 m 、1 6 0 1 9 0 m 、 1 2 0 1 3 0 m ，英国分别为3 0 0 m 、2 1 0 m 、1 4 0 m ，日本分别为2 1 0 m 、1 6 0 m 、l l o m 。我 国公路的停车视距与日本的规定相同，欧美国家的停车视距普遍比我国大。 驾驶人员行车时注视的位置是在车道的前进中心线上，其目高是以车体低的 小客车为标准。近来，因考虑行车速度、制造成本等因素，小客车的全高有所降 低。日本采用的目高为1 2 m ，美国采用4 5 f t = 1 3 7 m ，加拿大采用1 0 5 m 。我国 从驾驶员的身高、车型等多种因素考虑，公路工程技术标准( j t gb 0 1 2 0 0 3 ) 第3 0 1 2 条文说明：停车视距计算中规定：目高为1 2 m ，物高为0 1 m 。 公路路线设计规范( j t gd 2 0 - 2 0 0 6 ) ( 以下简称规范) 第7 9 6 条规 定：平曲线内侧设置的人工构造物，或平曲线内侧，或中间带设置防眩设施时， 应对视距予以检查与验算。不符合规定要求时，可加宽路肩或中间带，或将构造 物后移，或设置交通安全设施。 标准第3 0 1 2 条文说明：高速公路、一级公路以及大型车比例高的二、 三级公路，应采用货车停车视距对相关路段进行检验。 表2 2 不同设计速度下的货车停车视距 设计速度( k m h ) 1 2 01 0 08 06 04 03 02 0 货车停车视距( m ) 2 4 51 8 01 2 58 55 03 52 0 公路工程技术标准( j t gb 0 1 2 0 0 3 ) 第3 o 1 2 条文说明：货车停车视距 在下坡路段，应随坡度大小进行修正，其值如表2 3 。 第二章视距概念和视距物理模型分析 表2 3 货车停车视距 1 2 01 1 01 0 09 08 07 06 0 5 0 4 03 0 2 0 o2 4 52 1 01 8 01 5 01 2 51 0 08 5 6 55 03 52 0 下32 6 52 2 51 9 01 6 01 3 01 0 58 96 6 5 03 52 0 4 2 7 32 3 01 9 51 6 11 3 21 0 69 16 7 5 03 52 0 5 2 3 6 2 0 0 1 6 51 3 61 0 89 36 85 03 52 0 61 6 91 3 91 1 09 56 9 5 03 52 0 坡 77 05 03 52 0 8 3 52 0 92 0 2 1 2 会车视距( m s o ) 会车视距是在同一车道上两对向汽车相遇，从相互发现时起，至同时采取制 动措施使两车安全停止，所需的最短距离。双车道公路应满足会车视距的需要。 标准第3 o 1 2 条规定：不同设计速度的会车视距，应符合表2 4 规定： 表2 4 二、三、四级公路会车视距 设计速度( k m h ) 8 06 04 03 02 0 会车视距( m ) 2 2 01 5 08 06 04 0 公路路线设计规范 第7 9 2 条规定：二级公路、三级公 路、四级公路的视距应满足会车视距的要求，其长度不小于停车视距的2 倍。受 地形条件或其他特殊情况限制而采取分道行驶措施的地段，可采用停车视距。 2 1 3 超车视距( p s d ) 大部分公路和许多城市道路都是双车道，行驶在这种双向道路的汽车经常超 越低速车辆，因而必须占用对向车辆所使用的车道进行超车。如要求安全超车， 则驾驶员应当能看到前面足够距离内无车辆，才能在遇到对向车辆出现之前完成 超车，而不致阻碍被超越的车辆。如驾驶员在超车运行只完成一部分时，看到对 向来车过于接近，必要时即可不超车而折回右边车道。许多超车是在驾驶员没有 看到前面安全超车路段的情况下完成的，但根据这种超车运行而进行的设计，不 可能有合理的安全系数。由于许多谨慎的驾驶员不希望在这种条件下超车，故在 此基础上的设计将会降低公路的使用质量。 1 2 长安大学硕士学位论文 设计采用的超车视距，应根据安全地完成一种正常的超车运行所需的长度来 确定。可能偶尔要考虑多车性超车，即两辆或更多车辆超越或者被超越。但是按 照这种条件去推导最小设计标准是不实际的，而实际上代之以单车超越单车来确 定视距更具有代表性。在设计中出现较长的视距的路段能满足偶尔出现的多车性 超车。 超车视距是在双向双车道公路上必须提供的最短视距，这个视距能使一辆车 的驾驶员安全从容超过另一辆车，而不会干扰超车动作开始后才发现的按设计车 速迎面驶来的车辆的行车速度。 标准第3 0 1 2 条规定：不同设计速度的超车视距，应符合表2 5 规定： 表2 5 二、三、四级公路超车视距 设计速度( k m h ) 8 06 04 03 02 0 超车视距( m ) 5 5 03 5 02 0 01 5 01 0 0 规范第7 9 4 条规定：二级公路、三级公路、四级公路应设置符合规范 的超车路段。当地形及其它原因不得已时，超车视距长度可适当缩减，最短不应 小于表2 6 中所列的低限值。 表2 6 超车视距 公路等级二级 三级四级 设计速度( k m h ) 8 04 06 03 0 4 02 0 超车视距一般值( m ) 5 5 02 0 03 5 01 5 02 0 01 0 0 超车视距低限值( m ) 3 5 01 5 02 5 01 0 01 5 07 0 注：“一般值”为正常情况下的采用值；“最小值”为条件受限制时可采用的值。 欲提高道路的服务水平，双车道对向行车的公路应按一定的间隔提供可以超 车的条件。为实现这一目标，应采取以下的措施： ( 1 ) 应提供充分的超车机会，使驾驶员不必忍受在慢行车辆后面行驶6 k m 以 上还无法超车。在其它车辆后面跟行待机超车的时间不宜超过3 - 4 m i n ( 且p 约行驶 4 , - - 5 k m 路程) 。 ( 2 ) 理想情况是驾驶员在一般公路上至少应有3 0 的超车机会。 规范第7 9 5 条规定：具干线功能的二级公路宜在3 m i n 的行驶时间内， 提供一次满足超车视距要求的超车路段。其他双车道公路可根据情况间隔设置具 有超车视距的路段。 1 3 第二章视距概念和视距物理模型分析 在双车道公路上会经常遇到适合于超车的视距，当超车路段前方视距等于或 大于最小超车视距时，超车路段的长度应尽可能长些。公路超车路段的出现频率 和长度主要取决于地形、公路的设计速度和投资，而对于经过入口密集区的公路 则主要考虑交叉的问题。由于自然界条件和投资的限制，不可能直接指出在双车 道公路上应保证的超车路段的出现频率。在陡峻山区一些双车道道路上，修建采 用停车视距的间断的四车道路段以取代采用超车视距的双车道路段，可能是比较 经济的。 2 1 4 判断视距( 识别视距d s d ) 判断视距是指驾驶员在可能引起视距混乱的道路交通环境中，以发觉意外 的或难以感觉的信息源或危险、判别危险或其潜在迹象、选择适当的速度和路线、 安全有效地完成驾驶操作所需的距离。通常下述位置需要满足判断视距：互通式 立体交叉和平面交叉口、收费广场和车道数发生变化的横断面处以及各种信息来 源竟相出现处。普通路段停车视距所用反应时间是2 5 s ，但在复杂情况下发觉、 识别、判断所需时间约为1 0 1 5 s ，因此需要提供更长的视距，才能保证安全停 车和避让。 不同交通管制条件下所需的判断距离不同。 ( 1 ) 主路优先交叉 在主路优先交叉口处，视认距离为能保证车辆在正常行驶条件下，驾驶员能 看清标志内容，并采取制动措施停车所需距离。这一距离可用式( 2 1 ) 计算： 噩= 去，+ 暑c m ， 式中：s 。交叉口的识别距离( m ) ； y 路段行驶速度( k a n h ) ； 口减速度( m s 2 ) ，取a = 2 m s 2 ； ，识别时间( s ) 。 对主路优先交叉口，一般为主要道路和次要道路交叉，主次关系明确，识别 时间为2 s 计算。 ( 2 ) 无优先交叉 对于无优先交叉口，通常都是等级低、交通量小及车速不高的次要交叉口， 1 4 ( 2 1 ) 长安人学硕士学位论文 识别距离应满足安全要求，可采用各相交道路的停车视距，但计算停车视距速度 采用的是设计速度，该评价中采用路段行驶速度。具体数值见表2 7 所示。 表2 7 无优先交叉口识别距离 行驶速度( k i n h )8 06 0 5 04 03 02 0 停车视距一般值 1 1 07 56 04 03 02 0 ( m ) 低限值 7 55 54 53 02 51 5 ( 3 ) 信号交叉 对设置信号控制的交叉口，在车辆正常行驶条件下，识别距离为使驾驶员能 看清交通信号和显示内容，能有足够时间制动减速直至停车，但这种制动停车并 非急刹车。也可采用式( 2 1 ) 计算，识别时间f 包括驾驶员的反应时间和制动生 效时间，在公路上识别时间可取l o s 。 主路优先交叉和信号交叉的识别距离见表2 8 。 表2 8 主路优先和信号控制交叉口的识别距离 行驶速度 主路优先交叉口信号控制交叉口 ( k m h ) 计算值( i n )采用值( m )计算值( m )采用值( m ) 8 01 6 81 7 03 4 83 5 0 6 0 1 0 41 0 52 3 7 2 4 0 4 05 4 5 5 1 4 31 4 0 3 0 3 53 5 1 0 21 0 0 2 01 92 06 46 0 2 2 视距的物理模型分析 停车视距作为控制指标在所有行车视距要求中的重要性相当显著，其他行车 视距往往以此为基础进行相应换算( 如会车视距约等于停车视距的两倍等) ，所 以通过分析现有物理模型，结合实际行驶状态和道路条件，推导出更具有一般意 义的视距计算公式并进行参数修正，具有重要意义。 2 2 1 国内停车视距物理模型 1 ) 国内停车视距物理模型 停车视距是指驾驶人员发现前方障碍物到车辆在障碍物前停住所需的最短 距离。停车视距可分解为反应距离和制动距离两部分来研究。s ( 停车视距) = 墨( 反应距离) + 最( 制动距离) 。 第二章视距概念和视距物理模型分析 反应距离s ，是当驾驶人员发现前方的障碍物，经过判断决定采取制动措施的 那一瞬间到制动器真正开始起作用的那一瞬间汽车所行驶的距离。可见这一过程 的时间是由驾驶者的“感觉时间 和“反应时间 组成，而车辆的行驶速度仍保 持不变( 制动器还没有工作) ，故此时间内汽车行驶的距离为： s ：旦t( 2 2 ) 3 6 式中：v 一车辆行驶速度( k m h ) ； ，一感觉时间+ 反应时间( 一般取t = 2 5 s ) ( s ) ； s 一反应距离( m ) 。 制动距离& 是汽车从制动生效到汽车完全停住，这段时间内所走的距离。 此过程车辆以减加速度a 使行驶速度从y 降至零。鼠可用式( 2 3 ) 计算： s ：二( 2 3 ) 2 a2 5 9 2 a 传统公式采用的是直线平面的物理模型，即车辆行驶于直线路段。此时车辆 制动的极限状态下( 即车轮发生滑移的临界状态) ，车辆所受到的路面附着力和 道路阻力全部用来提供减加速度，如图2 1 所示。 咎耱绛 图2 1 互线路段平面图 = g + g g = m a 式中：一制动力( n ) ； g 一车辆重力( n ) ； 矽一附着系数，取决于路面粗糙程度、潮湿程度、轮胎花纹、气压以及 1 6 长安大学硕士学位论文 车速，荷载等( 计算视距时取路面潮湿状态) ； 缈一道路阻力系数，甲= 滚动阻力系数f + 道路纵坡度i ： 肌一车辆质量( k g ) ： a 一加速度( m s 2 ) 。 将上式化简为： “ g ( + y ) = a ( 2 4 ) 式中：g 一重力加速度。 将式( 2 4 ) 代入式( 2 3 ) 得： s z = 医调v 2硐v 2 ( 2 5 ) s z2 医调硐 ( 2 5 综上，停车视距传统的直线平面物理模型为： 驴趾s 2 = 去t + 丽v 2 ( 2 6 ) 2 ) 国内停车视距物理模型在弯道上的修正 作为传统的视距物理模型考虑的范围相对简单，仅仅考虑直线段的车辆行使 状态，忽视了事故多发的弯道路段情况，应从安全设计的角度出发综合考虑弯道 超高横坡、平纵线形组合的影响，使视距的计算更为严谨合理，以下是通过对车 辆在弯道处行驶特点的分析，寻到停车视距计算的“更不利位置，并在该物理 模型上对其进行修正，以期得到更合理、准确的计算值。 当车辆行驶于弯道时，其制动的极限状态( 即车轮发生滑移的临界状态) 下 的物理模型如图2