基于驾驶安全舒适性的山区双车道速度限制研究

阚宇衡，邱 欣

（浙江师范大学，浙江金华 321004）

0 引言

交通事故是人、车、道路动态系统失调的结果。通过山区双车道的驾驶安全舒适性的研究限定行驶速度是制定道路安全性评价标准的依据，也是降低路段事故率的主要措施之一。当前国内外学者采用理论定性分析的手段，对急陡弯路段的安全性进行研究，其中吴立新[1]（2005）运用美国IHSDM一致性分析中速度分布法，从驾驶员的驾驶行为与道路线形的关系问题出发，进行了危险路段的事故成因分析；乔建刚[2]（2006）探讨了汽车行车速度、道路线形、道路环境与驾驶员行车心、生理需求的内在关系和规律；美国学者Leisch[3]提出运行速度概念，用来评价公路平、纵几何线形的一致性等。但已有研究成果未从人-车-路系统综合考虑山区速度限制。基于此，本文从道路线形属性与驾驶员心理变化两方面，限定行驶安全舒适性速度，对临界安全路段进行速度限制。

1 道路线形安全评价模型

1.1 评价指标

本文采用事故当量损失率P为道路线形安全的评价指标，事故当量损失率P是指事故当量损失与路段长度之比，事故当量损失为对事故死亡人员、事故受伤人员按照事故赔偿计算所得的金额与事故直接经济损失之和。

式中：P为事故当量损失率，万元/km，本文中均以3 a计；M为事故当量损失，万元；L为路段长度，km；D为死亡赔偿金，万元；I为残疾赔偿金，万元；F为丧葬费，万元；m为事故直接经济损失，万元。

1.2 道路线形指标与P的相关性分析

在干态（即路面干燥，下同）下，据资料[4]得双车道各因素与事故当量损失率数据值，见表1。

通过分析论证上述数据，可对 l—P、R—P、i—P进行回归分析，建立以下回归方程：

从三因素与P之间的相关系数值可知：平曲线半径R、坡度i、坡长l与事故当量损失率间均呈正相关性。通过对各回归方程的相关系数值比较得：平曲线半径、坡度与事故当量损失率的相关系数较高，相比于坡长有较高的相关性。因此，选取平曲线半径、坡度作为事故当量损失率评价体系的核心影响因素。

1.3 模型建立与验证

在对表1核心因素与指标数据分析的基础上，结合多元非线性数据回归技术，建立的道路线形安全性评价模型，如式(1)所示：

事实上进行数值回归分析时，由于选用小样本（例如5个变量）进行回归分析的缘故，往往会导致本不存在着相关性的变量之间，却得到了很强的相关系数。为了检验回归方程的可靠性，通常利用F检验，比较观测数据的F统计值与Fα（m,n）的大小关系，进而判定具有较高相关系数（R2）的回归方程偶然发生的可能性（α为显著性水平，越小表示置信概率越大；m为回归自由度；n为残差自由度）。如果观测数据的F统计值大于F0.01(m,n)，则表示回归方程高度显著[5]。

表1 双车道公路弯、坡路段事故当量损失率P、坡长l、坡度i、半径R

基于此，上述所建立的道路线形安全性评价模型的显著性F检验计算结果，见表2。由此可见，在显著性水平为0.01的条件下（下同），F观测统计值大于F0.01(2,11)，回归方程高度显著。

表2 评价模型显著性F检验

为了进一步验证所建立的道路线形安全性模型的合理性，P的预测值与理论值之间的相关性对比分析结果，见图2。由此可知，利用道路线形安全性模型获取的预测值与相同工况条件下的理论值之间具有较高的相关性，进而表明该模型合理可靠。

1.4 评价标准

选取安全性最高的一般弯、坡路段临界值R=600m，i=2.5%[6][7]，安全性最低的急弯、陡坡路段临界值R=60m，i=6.5%，带入式(5)计算得道路线形安全性评价模型标准，见表3。

表3 弯、坡路段线形安全性评价标准

2 驾驶员行驶舒适评价模型

2.1 评价指标及标准

车辆在行驶时中，由于道路状况，驾驶操作行为等不仅对驾驶员造成身体上的生理负担，更多时被认为是造成着神经紧张状态下的心理负担。这些心理负担在一定程度上会影响司乘人员的行车舒适性，增大作业负担，从而影响行车安全。

用心率来表示驾驶员的心理紧张程度，是符合实际的，而且有一定的规律性[8]，但是不同素质的驾驶员心率不同，不能定量反应驾驶员的紧张程度，故本文研究中用心率增长率来衡量人的紧张程度。其评价标准见表4。

表4 驾驶员负荷度分级标准[9]

2.2 实验设计及数据处理

实验设计：实验选取金华市双龙洞景区一条全长为4 km的弯坡路段，路线最大纵坡不大于6%，最大坡长不大于300 m，平曲线最大半径为550 m。驾驶员为具有15 a驾龄、身体素质良好的44岁男子，驾驶车辆为别克凯越1.6 L。根据金华市公路局所提供的道路线形数据及式(5)计算出事故当量损失率P，进行下坡试验。

试验方法：（1）在正式行驶车辆之前，测试驾驶员的静态心率10 min，作为基准心率，校准各仪器时间；（2）将动态心电测试仪PRINCE-180B安放在驾驶员身上记录心率值；（3）两台摄像机全程拍摄急陡弯车道路况及过弯速度，同时记录速度值及对应时间；（4）将每刻所对应的心率数据和过弯速度及弯道路况等数据进行归类处理，见表5。

2.3 模型建立与验证

对表5数据进行多元非线性数据回归技术，建立的行驶舒适性模型：

表5 R、i、P、V 对应的 N

对式（6）进行显著性F检验：F观测统计值=62.36＞F0.01(2,14)=6.51，说明回归方程高度显著。对比实测值与预测值之间的相关性，见图2，表明模型合理可靠。

3 速度限制及应用评价

山区双车道路段速度限定在考虑道路线形安全性与驾驶员行驶舒适性前提下，根据式(5)，在心率增长率N与事故当量损失率P确定的情况下，可推导出V的限定式：

根据表3及表4中事故当量损失率P与心率增长率N的临界状态，可以计算出速度V的限定值，见表6。

表6 临界P、N下的限定V取值

根据表6，在安全性最高弯坡路段，为司乘人员感觉不到曲线存在，平稳行驶时，限定速度V＜35 km/h，达到最佳行驶安全舒适性。为提高行驶速度，可适当降低驾驶舒适性，但速度不易超过45 km/h。在安全性最低的弯坡路段，司乘人员必能感觉到曲线的存在，因此需降低速度以提高行驶安全性，故V＜10 km/h。

在不同道路线形条件下，为使驾驶员能够舒适地通过山区弯坡路段，给定固定舒适N值，即可限定出速度V。通过道路线形安全性与行驶舒适性来设计道路限制速度，符合“以人为本”的设计理念。

4 结论

基于道路线形安全模型和驾驶员行驶舒适模型，在对模型进行显著性检验及可靠性验证的基础上，根据安全舒适性标准，推导限制速度V。具体分析结论如下：

（1）道路线形组合是影响山区道路安全性的主要因素，其核心参数为平曲线半径与坡度，建立以事故当量损失率P为指标的道路线形安全评价模型，验证模型预测值与理论值具有较高的相关性，据此得到了路段的安全性评价标准：当P≤80时，安全性较高，当P≥498时，安全性较低。

（2）驾驶员舒适性降低影响行车安全性，具体表现为驾驶员心率增长率增大，通过逐步回归分析，基于平曲线半径、坡度以及弯道行驶速度，通过实验建立了驾驶员行驶舒适评价模型，证明了该模型具有良好的精度要求。

（3）结合道路线形安全模型与驾驶员行驶舒适模型，推导限制安全舒适速度V，并进行应用评价：在安全性最高的一般弯、坡路段阈值P=80、N=20%时，V=35 km/h达到最佳行驶安全舒适性；在安全性最低的急弯、陡坡路段阈值P=498、N=40%时，V=10 km/h为最大限制速度。

[1]吴立新.交通事故中驾驶行为与道路线形的关系[J].吉林建筑工程学院学报.2005.

[2]乔建刚.基于驾驶员因素的山区双车道公路关键参数研究[D].北京工业大学.2006.

[3]Leish J.E，Leish J.P.New Concepts in Design Speed Application[J].Transportation Research Record 631,TRB,Washington,D.C.1997.

[4]李志宏.双车道公路线形安全性研究[D].同济大学博士学位论文,2009.

[5]David G.KleinbaumTH,HTLawrence L.KupperTH,Keith E.Muller.Azhar Nizam.Applied Regression Analysis and Multivariable Methods[M].USA Thomson,2000.

[6]牛世峰.公路弯道路段交通安全特性研究[D].吉林大学硕士学位论文，2008.

[7]JTGD20-2006,公路路线设计规范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[8]潘晓东.人体信息技术在道路几何构造安全性评价中的应用[R].同济大学,2002.

[9]交通部公路科学研究院.山区双车道公路路线设计参数研究[R].北京，2007.