程國柱，程 瑞，薛長龍，劉興旺

(1.東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院, 哈爾濱 150040; 2.吉林省高等級公路建設(shè)局, 長春 130033;3.北京中交華安科技有限公司, 北京 100088)

高速公路改擴(kuò)建工程引起的行車條件惡化導(dǎo)致交通事故頻發(fā). 據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)生在高速公路作業(yè)區(qū)的交通事故占事故總數(shù)的2%～3%，受傷、死亡事故數(shù)比正常路段高約17.3%，而夜間交通事故死亡率是白天的2.5倍[1]，且事故原因多為超速行駛，因此有必要在高速公路作業(yè)區(qū)設(shè)置限速標(biāo)志. 與高速公路一般施工作業(yè)不同，由于改擴(kuò)建工程工期長且施工復(fù)雜，使得路側(cè)設(shè)置的交通標(biāo)志多而繁雜，行車環(huán)境也更為惡劣，導(dǎo)致駕駛?cè)穗y以從大量交通信息中發(fā)現(xiàn)限速信息. 另外，由于改擴(kuò)建工程中嚴(yán)格的車速限制導(dǎo)致車速驟降，更易造成追尾事故. 因此設(shè)置在改擴(kuò)建作業(yè)區(qū)的限速標(biāo)志不僅要能夠及時、有效地提醒駕駛?cè)税踩熊?，更要從人機(jī)工程學(xué)角度考慮位置設(shè)置的科學(xué)性、合理性. 若限速標(biāo)志設(shè)置過于密集，不僅增加了施工成本，而且會對駕駛?cè)嗽斐梢曈X負(fù)擔(dān)；若限速標(biāo)志設(shè)置太稀疏，就達(dá)不到提示駕駛?cè)税踩邓俚哪康? 漸變限速標(biāo)志通過對限速標(biāo)志的連續(xù)設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)逐級限速，這樣不僅能夠保證駕駛?cè)思皶r發(fā)現(xiàn)限速信息，而且考慮了速度降低的連續(xù)性和過渡性，保證了車輛安全平穩(wěn)降速，能夠有效減少追尾事故的發(fā)生. 中國《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》[2]規(guī)定：養(yǎng)護(hù)作業(yè)控制區(qū)的逐級限速標(biāo)志可按照每200 m降低20 km/h的方式設(shè)置. 上述規(guī)定只給出了限速標(biāo)志設(shè)置間距的一般取值，并沒有針對不同限速值的漸變限速標(biāo)志間距進(jìn)行量化分析.

國外主要開展限速標(biāo)志的識別及限速系統(tǒng)整體優(yōu)化研究，文獻(xiàn)[3]通過虛擬駕駛試驗(yàn)，驗(yàn)證了重復(fù)設(shè)置限速標(biāo)志能夠有效地控制車速，強(qiáng)調(diào)了在某些特殊路段重復(fù)設(shè)置限速標(biāo)志的必要性. 文獻(xiàn)[4]通過建立雙層規(guī)劃模型并結(jié)合具體的案例分析，得到了高速公路作業(yè)區(qū)合理的限速值及可變限速標(biāo)志的設(shè)置方案. 文獻(xiàn)[5]通過遺傳算法對高速公路可變限速系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析，證實(shí)了優(yōu)化后的可變限速系統(tǒng)能保障高速公路的安全暢通. 文獻(xiàn)[6-8]為了提高惡劣天氣條件下的行車安全，先后開展了夜間和大霧條件下限速標(biāo)志的識別方法研究.

國內(nèi)對于限速標(biāo)志的前置距離以及限速值重復(fù)設(shè)置間距的研究較多，文獻(xiàn)[9]基于駕駛?cè)说囊曈X特性以及信息短時記憶特性建立了最小前置距離計(jì)算模型，確定了路側(cè)限速標(biāo)志的最佳設(shè)置位置. 文獻(xiàn)[10]通過實(shí)車試驗(yàn)，給出了城市道路人行橫道處夜間限速標(biāo)志前置距離建議值. 文獻(xiàn)[11]建立了駕駛?cè)硕唐谟洃浰p規(guī)律指數(shù)模型，給出高速公路限速標(biāo)志重復(fù)設(shè)置的合理間距. 相對于重復(fù)設(shè)置的限速標(biāo)志，漸變限速標(biāo)志具有良好的過渡性、穩(wěn)定性，容易被駕駛?cè)怂邮? 因此，文獻(xiàn)[12]通過VISSIM仿真軟件對多種漸變限速方案實(shí)施了效果評價. 文獻(xiàn)[13]通過現(xiàn)場試驗(yàn)，證實(shí)了漸變限速優(yōu)化后的交通標(biāo)志能夠有效降低車速.

綜上所述，目前國內(nèi)外涉及到漸變限速標(biāo)志設(shè)置間距的研究較少. 另外，由于夜間復(fù)雜的行車條件會影響駕駛?cè)说囊暰€，導(dǎo)致視認(rèn)能力變差，使得夜間事故風(fēng)險率高于白天，因此有必要開展夜間限速標(biāo)志設(shè)置間距的研究. 為此，本文以前人的研究為基礎(chǔ)，從駕駛?cè)藭円剐熊囘^程中的視認(rèn)性角度出發(fā)，并結(jié)合駕駛?cè)酥苿犹匦?，進(jìn)一步開展高速公路改,擴(kuò)建作業(yè)區(qū)晝夜?jié)u變限速標(biāo)志的設(shè)置間距研究. 研究成果有助于提高高速公路改擴(kuò)建作業(yè)區(qū)上游的行車安全性和穩(wěn)定性，為今后高速公路相關(guān)作業(yè)規(guī)程的修訂提供了一定的理論依據(jù).

1 駕駛?cè)藭円挂曊J(rèn)性分析

無論白天還是夜晚，駕駛?cè)嗽隈{車過程中，面臨著復(fù)雜的行車環(huán)境及各種交通信息和指示，只有獲得及時的視覺信息和有效的肢體反應(yīng)，才能順利完成各種操作. 另外，由于駕駛?cè)司Σ患谢蛘哂^察不及時可能導(dǎo)致駕駛?cè)藳]能看到限速標(biāo)志或者減速發(fā)生滯后，為了確保駕駛?cè)四軌蛴行Й@取減速信息并順利減速，駕駛?cè)俗x取路側(cè)限速標(biāo)志的視認(rèn)過程(如圖1所示)可描述為：駕駛?cè)诵旭傊罙點(diǎn)發(fā)現(xiàn)限速標(biāo)志F點(diǎn)并開始讀取，直到C點(diǎn)讀完，在讀取標(biāo)志的過程中，駕駛?cè)藴?zhǔn)備采取制動措施并從B點(diǎn)開始制動，隨著車輛前進(jìn)，標(biāo)志點(diǎn)F會消失在駕駛?cè)艘曇爸校藭r對應(yīng)消失點(diǎn)E，整個制動過程直到D點(diǎn)完成. 其中LAF為駕駛?cè)说囊曊J(rèn)距離，LAB為制動反應(yīng)距離，LBD為制動距離，LDF為標(biāo)志的前置距離，LEF為標(biāo)志的消失距離.

圖1 視認(rèn)過程

1.1 駕駛?cè)艘曊J(rèn)距離

駕駛?cè)藢?shí)際駕車過程中，行駛至路段某一位置時可以發(fā)現(xiàn)前方的路側(cè)標(biāo)志，那么此時車輛至前方路側(cè)標(biāo)志的距離稱為視認(rèn)距離，視認(rèn)距離包括讀取距離和識別距離. 駕駛?cè)嗽谧x取標(biāo)志的時間段內(nèi)車輛行駛的距離為讀取距離；駕駛?cè)俗R別限速值后，車輛至限速標(biāo)志的距離為識別距離. 其中，讀取距離為

(1)

式中：t1為讀取標(biāo)志時間，s；V0為車輛行駛速度，km/h.

駕駛?cè)俗x取標(biāo)志的時間主要受光照強(qiáng)度的影響，通過相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果[14]分析可得，當(dāng)光照強(qiáng)度大于500 lx，即白天條件下，駕駛?cè)俗x取標(biāo)志的時間約為1.4～3.1 s；當(dāng)光照強(qiáng)度小于100 lx，即夜間條件下，駕駛?cè)俗x取標(biāo)志的時間約為2.4～3.4 s. 為了從安全角度考慮，計(jì)算時均取上限值.

假設(shè)車輛行駛在單向雙車道外側(cè)車道上，構(gòu)建的限速標(biāo)志識別距離計(jì)算模型為

(2)

式中：I為限速標(biāo)志中心點(diǎn)與駕駛?cè)艘暰€高差，m；S為限速標(biāo)志與駕駛?cè)说臋M向距離，m；h1為限速標(biāo)志下邊緣離地高度，m；h2為路肩高度，m，取0.2 m；R為限速標(biāo)志半徑，m；h3為駕駛?cè)说囊暩撸琺，取1.2 m；m為限速標(biāo)志內(nèi)邊緣距離最外側(cè)行車道的距離，m；W為行車道寬度，m；α為駕駛?cè)艘曇胺秶?°). 計(jì)算原理如圖2所示.

圖2 識別距離計(jì)算原理

路側(cè)限速標(biāo)志通常采用圓形結(jié)構(gòu)，根據(jù)中國《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》[15]的規(guī)定：圓形結(jié)構(gòu)標(biāo)志半徑R一般為0.5 m，柱式標(biāo)志下邊緣離地高度為1.5～2.5 m，標(biāo)志內(nèi)邊緣距離最外側(cè)行車道不小于0.25 m. 考慮到限速標(biāo)志可能會被其他車輛遮擋，為了確保駕駛?cè)四軌蚣皶r發(fā)現(xiàn)限速標(biāo)志，標(biāo)志應(yīng)盡可能設(shè)置在較高位置，且不宜距離車道太遠(yuǎn)，故本研究采用標(biāo)志下邊緣最大離地高度為2.5 m，以及標(biāo)志內(nèi)邊緣距最外側(cè)行車道最小距離為0.25 m.

由人體工程學(xué)可知，車輛在白天高速行駛狀態(tài)下，由于近處物體在眼前快速閃過而難于認(rèn)清，駕駛?cè)藭A向性地關(guān)注遠(yuǎn)方物體，因此導(dǎo)致視線變長、視野范圍變窄. 根據(jù)文獻(xiàn)[16]研究成果可得，駕駛?cè)税滋煲曇胺秶话汶S車速變化而改變，當(dāng)車速分別為40、60、80、100、120 km/h時，對應(yīng)白天視野范圍α′分別為100°、86°、60°、40°、22°. 實(shí)際上，車輛在白天行駛過程中，駕駛?cè)藶榱思骖櫬访鏍顩r，其視野范圍往往小于上述值，并且研究認(rèn)為駕駛?cè)艘曞F邊緣處的認(rèn)讀能力極差，為了正確辨識路側(cè)交通標(biāo)志，駕駛?cè)俗罾硐氲囊曇胺秶鸀?0°[17]. 因此，當(dāng)車輛在低速行駛狀態(tài)下，視野范圍大于30°時，計(jì)算時取30°；視野范圍小于30°時，計(jì)算時取實(shí)際視野范圍.

車輛在夜間行駛過程中，由于駕駛?cè)说囊暳κ艿接绊?，駕駛?cè)藭A向性地關(guān)注近處物體，因此導(dǎo)致視線變短、視野范圍變寬. 駕駛?cè)酥饕柚囕v開啟的燈光觀察周圍路況，因此駕駛?cè)说囊曇胺秶饕Q于車燈開啟的幾何可見度. 通常遠(yuǎn)光燈幾何可見度α1、α2≥5°，近光燈幾何可見度α1=45°，α2=10°[18]. 駕駛?cè)诉M(jìn)入作業(yè)區(qū)之前，隨著交通指示信息的增多，需要時刻注意周圍行車條件的不斷變化，應(yīng)開啟近光燈. 由此可近似計(jì)算夜間駕駛?cè)笋{車過程中的視野范圍為

α″=180°-2(90°-α1).

(3)

式中α1為車輛外側(cè)車燈的幾何可見度，(°). 計(jì)算原理如圖3所示.

圖3 駕駛?cè)艘归g視野范圍計(jì)算原理圖

1.2 限速標(biāo)志前置距離

為了保證車輛行駛至道路某一位置時能夠減速到規(guī)定的限速值，限速標(biāo)志應(yīng)設(shè)置在該位置之前的一定距離處，這個距離稱為限速標(biāo)志前置距離LDF. 為了保證駕駛?cè)嗽谙匏贅?biāo)志消失之前，能夠發(fā)現(xiàn)限速標(biāo)志，根據(jù)圖1所示的視認(rèn)過程，需滿足：LAE=LAB+LBD-LEF-LDF≥0，即LDF≤LAB+LBD-LEF. 由關(guān)系式可知，限速標(biāo)志前置距離取決于限速標(biāo)志消失距離、駕駛?cè)酥苿臃磻?yīng)距離和制動距離.

1.2.1 限速標(biāo)志消失距離

當(dāng)車輛行駛到距離限速標(biāo)志牌某一點(diǎn)處時，標(biāo)志將消失在駕駛?cè)说囊曇爸?，這一點(diǎn)為標(biāo)志的消失點(diǎn)，消失點(diǎn)到標(biāo)志的距離即為限速標(biāo)志消失距離. 通常認(rèn)為只有當(dāng)限速標(biāo)志的下邊緣從駕駛?cè)说囊曇爸邢r，限速標(biāo)志才完全消失. 因此，基于限速標(biāo)志識別距離模型，可以推算出限速標(biāo)志消失距離模型為

(4)

式中M為駕駛?cè)艘暰€與限速標(biāo)志標(biāo)志下邊緣的垂直距離，m. 為了更好地與識別距離模型區(qū)分開，圖4給出了消失距離與識別距離的計(jì)算簡圖.

圖4 消失距離與識別距離計(jì)算簡圖

1.2.2 駕駛?cè)酥苿臃磻?yīng)距離

當(dāng)發(fā)現(xiàn)前方有限速標(biāo)志時，駕駛?cè)诵枰?jīng)過對前方物體識別、判斷決策、右腳對加速踏板、制動踏板的轉(zhuǎn)換操作及車輛逐漸產(chǎn)生制動力等過程，在上述過程中車輛所行駛的距離即為制動反應(yīng)距離，計(jì)算公式為

(5)

式中t2為制動反應(yīng)時間，s.

由于駕駛?cè)税滋旌鸵归g駕車過程中的身體機(jī)能不同，心生理變化規(guī)律不一致，導(dǎo)致制動反應(yīng)時間不一樣. 大部分研究認(rèn)為，駕駛?cè)说闹苿臃磻?yīng)時間隨著車速、駕駛?cè)似诔潭群湍挲g的增加而增大，一般低于2 s，為了從安全角度考慮，計(jì)算時白天制動反應(yīng)時間取2 s；考慮到夜間駕駛?cè)巳菀灼?，其疲勞程度可用覺醒水平來描述. 由于人的反應(yīng)時間與覺醒水平呈正相關(guān)，可通過駕駛?cè)藭円瓜鄬τX醒水平和白天制動反應(yīng)時間計(jì)算夜間制動反應(yīng)時間，計(jì)算公式為

t″2=mt′2.

(6)

式中：t′2為白天制動反應(yīng)時間，s；t″2為夜間制動反應(yīng)時間，s；m為駕駛?cè)艘归g制動反應(yīng)時間修正系數(shù)平均值.

文獻(xiàn)[19]給出了夜間不同時間段的駕駛?cè)酥苿臃磻?yīng)時間修正系數(shù)，當(dāng)夜間時段分別為18:00—21:00、21:00—24:00、00:00—03:00和03:00—06:00時，對應(yīng)修正系數(shù)分別為0.9、1.1、1.3和1.5，由此可得修正系數(shù)平均值m為1.2，進(jìn)而求得夜間制動反應(yīng)時間為2.4 s.

1.2.3 駕駛?cè)酥苿泳嚯x

當(dāng)駕駛?cè)藢囕v開始制動，隨著制動力上升，車輛減速度逐漸增大，在t3時刻達(dá)到最大減速度amax，隨后amax保持不變，車輛在t3—t4時段內(nèi)進(jìn)行全制動. 整個制動過程如圖5所示.

圖5 車輛減速度變化過程

由于0—t3時段內(nèi)的車輛減速度時刻處于變化的狀態(tài)，難以利用一般的運(yùn)動學(xué)公式進(jìn)行求解. 為此，根據(jù)文獻(xiàn)[20]的研究成果，0—t4時間段內(nèi)的車輛制動距離為

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式中：t3為制動力上升時間，s，取0.2 s；V為限速標(biāo)志限速值，km/h；amax為車輛最大減速度，m/s2，取3.4 m/s2[21].

通過構(gòu)建限速標(biāo)志消失距離、駕駛?cè)酥苿臃磻?yīng)距離和制動距離模型，整理得到限速標(biāo)志前置距離計(jì)算模型為

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2 漸變限速標(biāo)志設(shè)置間距計(jì)算

根據(jù)中國《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》[2]的規(guī)定，高速公路改擴(kuò)建作業(yè)區(qū)分為警告區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、工作區(qū)、下游過渡區(qū)和終止區(qū)，其中警告區(qū)、上游過渡區(qū)和緩沖區(qū)較其他區(qū)域更容易發(fā)生交通事故，通常認(rèn)定為事故多發(fā)區(qū)，這里統(tǒng)稱為作業(yè)區(qū)上游，如圖6所示. 為了保證車輛安全平穩(wěn)地經(jīng)過施工作業(yè)區(qū)，作業(yè)區(qū)上游均應(yīng)設(shè)置限速標(biāo)志. 由于漸變限速標(biāo)志考慮到了速度降低的連續(xù)性和過渡性，更容易被駕駛?cè)怂邮? 因此，本文主要針對高速公路改擴(kuò)建作業(yè)區(qū)上游進(jìn)行晝夜?jié)u變限速標(biāo)志的設(shè)置間距研究.

2.1 基于運(yùn)動學(xué)的計(jì)算方法

假設(shè)車輛在兩個相鄰的限速標(biāo)志之間保持均減速直線運(yùn)動，可利用運(yùn)動學(xué)公式計(jì)算限速標(biāo)志間距為

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式中：x為限速標(biāo)志設(shè)置間距，m；V11為第1個限速值，m/s；V22為第2個限速值，m/s；a為車輛減速度，m/s2，取值需根據(jù)駕駛?cè)艘曊J(rèn)特征分析來獲取.

圖6 作業(yè)區(qū)上游示意圖

2.2 基于駕駛?cè)颂匦缘挠?jì)算方法

考慮到駕駛?cè)嗽谛熊囘^程中要源源不斷地接受各種交通指令和路況信息，同時視線也會受到道路環(huán)境的干擾，因此限速標(biāo)志空間位置的設(shè)置應(yīng)符合駕駛?cè)诵熊囘^程中的視認(rèn)規(guī)律. 基于對駕駛?cè)藭円挂曈X特性以及視認(rèn)過程的分析，本文提出了一種高速公路作業(yè)區(qū)漸變限速標(biāo)志間距的計(jì)算方法，計(jì)算步驟如下所述，計(jì)算原理如圖7所示.

圖7 計(jì)算方法原理圖

設(shè)第i個限速標(biāo)志和第i+1個限速標(biāo)志的間距為li，對應(yīng)的限速值分別為Vi和Vi+1(Vi>Vi+1). 如果車輛以速度Vi-1駛過第i-1個限速標(biāo)志， 首先根據(jù)式(8)計(jì)算第i個限速標(biāo)志的前置距離Hi. 此刻車輛行駛至G點(diǎn)的速度值應(yīng)為Vi，這時認(rèn)為駕駛?cè)艘呀?jīng)發(fā)現(xiàn)前方第i+1個限速標(biāo)志，記為點(diǎn)B(B點(diǎn)和G點(diǎn)重合). 于是對駕駛?cè)岁P(guān)于第i+1個限速標(biāo)志的視認(rèn)距離可根據(jù)式(1)、(2)進(jìn)行求解，即讀取點(diǎn)B至第i+1個限速標(biāo)志的距離Bi+1. 由此可得間距l(xiāng)i的計(jì)算方法為

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3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 工程概況

琿烏高速公路吉林至龍嘉機(jī)場段高速公路(G12)改擴(kuò)建工程全長63.247 km. 施工組織采用半幅通車半幅施工的交通組織方式. 施工道路原為雙向四車道，路基寬度為34.5 m，中央分隔帶寬度為10.5 m，左側(cè)路緣帶寬度為2×0.75 m，行車道寬度為2×2×3.75 m，硬路肩寬度為2×3.00 m，土路肩寬度為2×0.75 m，設(shè)計(jì)速度為120 km/h. 本次對現(xiàn)有高速公路中央分隔帶預(yù)留的兩車道進(jìn)行恢復(fù)建設(shè)，形成完整的設(shè)計(jì)速度為120 km/h的雙向六車道高速公路，路基寬度維持原有路基寬度.

3.2 限速標(biāo)志設(shè)置

為了減小事故損失，保證工程施工作業(yè)順利進(jìn)行. 根據(jù)項(xiàng)目的交通組織方案，施工作業(yè)區(qū)上游應(yīng)進(jìn)行區(qū)段降速設(shè)置. 根據(jù)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》[2]中關(guān)于作業(yè)區(qū)最終限速值的規(guī)定，設(shè)定作業(yè)區(qū)上游限速值為40 km/h，限速標(biāo)志采取遞減量為10 km/h的方式設(shè)置，具體限速值分布情況如圖8所示. 為避免駕駛?cè)艘暰€被相鄰車道的車輛遮擋而未能及時發(fā)現(xiàn)限速標(biāo)志，道路兩側(cè)均應(yīng)同步設(shè)置限速標(biāo)志，即位于內(nèi)側(cè)車道行駛的駕駛?cè)酥饕P(guān)注中央分隔帶處的限速標(biāo)志，位于外側(cè)車道行駛的駕駛?cè)酥饕P(guān)注外側(cè)車道邊緣處的限速標(biāo)志.

圖8 作業(yè)區(qū)上游限速值分布圖

3.2.1 白天作業(yè)區(qū)上游限速標(biāo)志間距計(jì)算

根據(jù)式(8)計(jì)算距離作業(yè)區(qū)最近的限速標(biāo)志的前置距離為28 m，根據(jù)式(10)計(jì)算各個限速標(biāo)志之間的距離分別為：l7=H7+B8=92 m；l6=H6+B7=108 m；l5=H5+B6=125 m；l4=H4+B5=142 m；l3=H3+B4=158 m；l2=H2+B3=175 m. 對于l1的計(jì)算，本文認(rèn)為車輛以最高限速為120 km/h的速度進(jìn)入減速路段，由此可得：l1=H1+B2=192 m.

3.2.2 夜間作業(yè)區(qū)上游限速標(biāo)志間距計(jì)算

同理，根據(jù)式(8)得到距離作業(yè)區(qū)最近的限速標(biāo)志的前置距離為39 m，根據(jù)式(10)得到各個限速標(biāo)志之間的距離分別為：l7=102 m、l6=120 m、l5=139 m、l4=158 m、l3=176 m、l2=195 m、l1=214 m.

通過以上計(jì)算分別得到作業(yè)區(qū)上游限速標(biāo)志的晝夜設(shè)置間距，如表1所示，并繪制了限速標(biāo)志晝夜設(shè)置間距與限速值的關(guān)系圖，如圖9所示. 從表1和圖9中可以看出，隨著限速標(biāo)志限速值的增大，相鄰限速標(biāo)志設(shè)置間距隨之增大，二者呈正線性相關(guān)，且夜間設(shè)置間距比白天設(shè)置間距增幅大. 另外，夜間限速標(biāo)志設(shè)置間距大于白天限速標(biāo)志設(shè)置間距，分析認(rèn)為由于夜間復(fù)雜的行車條件導(dǎo)致駕駛?cè)说囊暰€和反應(yīng)能力受到影響，駕駛?cè)诵枰嗟臅r間來獲取交通指示信息，然后及時進(jìn)行相應(yīng)的操作. 因此，適當(dāng)?shù)卦黾右归g限速標(biāo)志的設(shè)置間距能夠給駕駛?cè)颂峁┮欢ǖ姆磻?yīng)距離進(jìn)行減速操作，保障了行車安全性和穩(wěn)定性.

表1 作業(yè)區(qū)上游限速標(biāo)志設(shè)置間距

圖9 晝夜設(shè)置間距與限速值的關(guān)系

根據(jù)相鄰限速標(biāo)志的設(shè)置間距，利用式(9)可求相鄰限速標(biāo)志之間的車輛平均減速度值，如表2所示，并繪制了車輛晝夜平均減速度特性散點(diǎn)圖，如圖10所示. 從表2和圖10中可以看出，隨著限速標(biāo)志限速值的減小，車輛晝夜平均減速度隨之減小，且減小幅度越來越大，二者近似呈正線性相關(guān)，夜間平均減速度小于白天平均減速度. 對于上述變化特點(diǎn)，分析認(rèn)為：駕駛?cè)说?次看到限速標(biāo)志，一般會集中注意力，采取較強(qiáng)的制動，對應(yīng)于圖10中的110 km/h到90 km/h的限速區(qū)段；隨著對漸變限速標(biāo)志的適應(yīng)，駕駛?cè)藢囕v的制動程度逐漸減弱，對應(yīng)于90 km/h到60 km/h的限速區(qū)段；隨著限速值的繼續(xù)減小，駕駛?cè)藭鶕?jù)不同路段的限速值不斷地調(diào)節(jié)車輛減速度的大小以保證順利減速到作業(yè)區(qū)上游規(guī)定的限速值，對應(yīng)于60 km/h到40 km/h的限速區(qū)段.

通過以上分析可得，本文基于視認(rèn)性的計(jì)算方法得到的晝夜間距值符合駕駛?cè)藭円剐熊囘^程中不同的視覺特性和反應(yīng)特性，同時得到的車輛平均減速度特性能夠反應(yīng)駕駛?cè)诵熊嚋p速過程中的心生理特征，證明了該方法考慮了駕駛?cè)说鸟{駛行為特點(diǎn)，確定了更為合理的間距值.

表2 相鄰限速標(biāo)志之間的車輛平均減速度

圖10 車輛晝夜平均減速度特性

為了全面保障高速公路改擴(kuò)建工程安全順利的進(jìn)行，白天和夜間均應(yīng)在作業(yè)區(qū)上游設(shè)置限速標(biāo)志. 若針對白天和夜間分別在路側(cè)設(shè)置兩套限速標(biāo)志，這樣會加重駕駛?cè)说囊曈X負(fù)擔(dān)，增加駕駛?cè)藢?biāo)志的視認(rèn)時間、判斷時間，不僅起不到安全限速的目的，反而會增加事故率. 基于本文的研究結(jié)果，由于夜間限速標(biāo)志設(shè)置間距小于白天限速標(biāo)志設(shè)置間距，若只按照夜間限速方案進(jìn)行設(shè)置，不僅能夠保證夜間車輛的安全限速，又能滿足白天行車安全的需求. 由此確定了將夜間限速標(biāo)志設(shè)置方案作為琿烏高速公路吉林至龍嘉機(jī)場段高速公路改擴(kuò)建工程的限速方案并予以應(yīng)用. 為了進(jìn)一步驗(yàn)證限速方案的應(yīng)用效果，對上述改擴(kuò)建工程路段各個限速標(biāo)志所處位置的車輛行駛速度進(jìn)行了實(shí)地采集，車速分布情況如圖11所示，并計(jì)算得到各個采集點(diǎn)的車速均值和標(biāo)準(zhǔn)差，見表3. 結(jié)果表明：被觀測車輛通過各個限速標(biāo)志位置處的車速均值基本維持在相應(yīng)的限速值附近，對應(yīng)車速標(biāo)準(zhǔn)差為1.3～2.2，說明車速離散性較小，實(shí)際車速與期望車速相接近. 由此證實(shí)了本文提出的限速方案的實(shí)用性和有效性.

圖11 實(shí)際車速與限速值的關(guān)系

表3 車速均值與標(biāo)準(zhǔn)差

4 結(jié) 論

1)基于對駕駛?cè)说囊曊J(rèn)性分析，研究確定了駕駛?cè)藭円柜{車過程中的視野范圍，構(gòu)建了駕駛?cè)艘曊J(rèn)距離計(jì)算模型；基于對駕駛?cè)说闹苿犹匦苑治?，?gòu)建了限速標(biāo)志前置距離模型.

2)提出了一種基于駕駛?cè)颂匦缘臐u變限速標(biāo)志間距計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了對限速標(biāo)志間距值的量化分析. 研究結(jié)果顯示：隨著限速值的增大，相鄰限速標(biāo)志設(shè)置間距隨之增大，二者呈正線性相關(guān)，且夜間設(shè)置間距比白天設(shè)置間距增幅大，夜間限速標(biāo)志設(shè)置間距大于白天限速標(biāo)志設(shè)置間距.

3)利用基于運(yùn)動學(xué)的計(jì)算方法得到了漸變限速標(biāo)志之間的車輛晝夜平均減速度，分析了車輛逐級減速過程中的平均減速度特性. 研究結(jié)果顯示：隨著限速值的減小，車輛晝夜平均減速度隨之減小，二者近似呈正線性相關(guān)，且夜間平均減速度小于白天平均減速度.