小学门前交通安全设施组合优化实验研究

赵晓华，李佳辉，李剑锋，荣 建

（1.北京工业大学 城市交通学院，北京100124；2.北京市公安局公安交通管理局交通设施管理处，北京100077）

小学门前交通安全设施组合优化实验研究

赵晓华*1，李佳辉1，李剑锋2，荣 建1

（1.北京工业大学 城市交通学院，北京100124；2.北京市公安局公安交通管理局交通设施管理处，北京100077）

学校地区作为交通安全重点保护区域，已受到各界的广泛关注.本文以提高小学地区的交通安全为目的，并以北京市小学门前交通安全设施对车速的影响为出发点，通过实地调查小学地区道路交通环境、人车之间的冲突等对小学类型进行划分.并通过问卷调查获取不同类型小学门前交通参与者对交通安全设施的需求，进而利用驾驶模拟实验方法对不同的交通安全设施组合方案进行评估.选取平均速度、相对速度变化率、加速度标准差作为方案评价指标，提出不同类型学校门前所应设置的交通安全设施最优组合方案.希望能够为规范小学地区交通安全设施设置提供依据.

交通工程；交通安全设施；驾驶模拟实验；学校地区；车速；组合优化设计

1 引 言

学校地区尤其是中小学地区作为未成年人的聚集地，是交通安全重点保护区域.近年来，引起了各级政府管理部门，以及相关研究人员的广泛关注.研究表明：家长接送孩子诱发的学校地区交通拥堵[1]、学校地区交通安全设施设置不健全[2]、中小学生交通安全意识淡薄等[3]，是引起学校地区交通安全事故的主要原因，而交通安全设施不健全是其中重要原因之一.交通安全设施属于道路基础设施，是道路的重要组成部分，在行车过程中具有安全保护、交通诱导等多方面的功能，对降低车速、减轻事故的严重程度起着重要的作用[4].

我国相关法律法规对学校地区交通安全设施有关内容进行了规定，例如国标《道路交通标志标线》[5]的第八部分是有关学校地区标志、标线的一份草案.但是该草案内容宽泛，可操作性不强，导致我国学校地区交通安全设施设置存在很大的随意性和不合理性.

为了解决我国学校地区交通安全问题，大量学者针对学校地区的交通安全事故进行统计分析，得到影响学校地区交通安全的原因并提出了一些政策性的措施[3，6]，但是可实施性不强.相比我国，国外有关学校地区的研究更具有针对性，对提高学校地区的交通安全具有实际应用意义[7，8].

目前，虽然国外有较成熟的学校地区交通设施设置规范及研究成果，但是由于驾驶习惯和驾驶文化的差异，这些规范和成果不具有可移植性.另外，我国有关学校地区交通安全设施设置标准的草案内容较宽泛，并且在有关学校地区的研究中提及交通安全设施组合优化设计的内容不多.因此本文以学校门前交通安全设施的组合优化设计为着眼点，为避免外界其他因素的干扰，采取驾驶模拟实验为研究手段，通过评价学校门前交通安全设施组合方案的有效性，最终确定不同学校地区交通安全设施最优设置方案，以降低学校门前车辆运行速度.对于提高学校地区的交通安全，指导工程实践具有重要意义.

2 实地调查

2.1 学校类型划分

对北京市20所位于道路路段两侧的小学进行实地调查，依据小学门前学生的过街方式、学校所处路段的道路交通条件、学生过街与车辆运行之间的冲突关系等情况，将小学分为A、B、C三类.

A类：位于城市快速路或主干道的辅路路侧，学生通过天桥或地下通道过街，与车辆运行不存在冲突；

B类：位于城市主干道辅路或次干道两侧，学生按人行过街信号灯过街，与车辆运行存在潜在冲突；

C类：位于次干道及支路两侧，部分学校位于小区内部，学生按斑马线过街或直接穿行，与车辆运行存在较大冲突.

由于A类小学的学生过街与车辆运行不存在冲突，安全隐患较小，故本文选取调查范围内具有代表性的B类和C类小学各一所作为具体研究对象.

2.2 交通安全设施需求调查

对B类和C类各一所典型小学进行实地问卷调查，调查以减少冲突、增加学校地区安全性为目的，获取交通参与者对学校地区的交通安全设施需求.共有505位交通参与者（包括驾驶员、行人、周边市民、接送孩子的家长等）参与调查，问卷共涉及18种交通安全设施，研究者将需求比例超过50%的6种设施作为进一步研究对象，如表1所示.调查结果显示B、C两类学校门前交通参与者对交通安全设施的需求没有差异性.其余12种设施的需求比例较小，不再进行讨论.

表1 交通安全设施需求统计结果Table1 Statistical result of traffic control devices

3 驾驶模拟实验

前人的研究大多采用实地测试的方法采集数据，针对单个设施开展研究.本文为了更好地控制实验条件，节约实验成本，避免多因素之间的交互影响，利用驾驶模拟器对交通安全设施需求调查中得到的6种设施的组合方案进行有效性评价，进而获得学校门前交通安全设施最优设置方案.

3.1 实验设备

实验使用的驾驶模拟实验平台，即属于真实车辆驾驶模拟器，以30 Hz的频率记录车辆运行参数，从而准确反映驾驶员的驾驶行为，包括速度、加速度等车辆参数.

3.2 实验场景

实地调查结果表明，90%的学校都设有学校地区宣传提示标志和学校地区注意儿童标志，因此在方案设计时两种标志作为基础设施.场景制作的过程中将设有两种标志的场景作为现状组，其他4种标志均在基础设施的前提下进行排列组合设置，排列组合会产生15种方案.另外增加一组空白组作为对照组，因此每所学校最终有17种组合设置方案.对于以上6种交通安全设施，根据相关法律法规及实际应用状况，排列顺序如图1所示.

图1 交通安全设施设置顺序Fig.1 Order of different traffic control devices

为了避免长时间驾驶产生的疲劳，实验场景分为5条模拟道路，分别编号为1、2、3、4、5，每条模拟道路长约12.8 km.每条道路由B类和C类中的两所典型小学的模拟场景交叉排列，且相邻两所学校之间由800 m的过渡段连接，以消除环境的熟悉程度对驾驶员造成的影响.其中一条模拟道路环境设计参数和设计方案如图2和表2所示，其他实验场景类似.

表2 实验模拟道路1方案设置Table 2 Programs of test road 1

图2 驾驶模拟实验道路Fig.2 Test road in driving simulator

3.3 被试选择

选取均不熟悉2所学校周边环境的30名驾驶员作为实验被试，其中包括4名女性被试.被试年龄分布为21-57岁（平均年龄=31,SD=9.6），驾龄均在2年以上（平均驾龄=7.96,SD=7.17），身体状况良好，无色弱、色盲.

3.4 实验流程

实验过程包括5部分内容：

（1）宣读实验指导语：告知驾驶员在实验过程中的注意事项.

（2）选择被试阶段：被试在随机抽取的驾驶模拟实验场景中驾驶10 min左右，熟悉驾驶模拟器操作方法及实验场景.如果试驾阶段被试出现头晕等不良现象，该驾驶员不能参加正式实验.

（3）记录初始状态：被试填写个人信息表，记录被试实验前的基本信息及疲劳程度.

（4）正式实验：正式实验分为两个阶段，第一阶段被试完成模拟道路1和2的驾驶任务，休息15 min后完成模拟道路5、3、4的驾驶任务.

（5）填写驾后主观问卷：获取被试对驾驶模拟舱的有效性评价及被试实验后的疲劳状态.

4 实验数据分析

4.1 评价指标选取

本文选取平均速度、相对速度变化率、加速度标准差作为方案有效性的评价指标，3项评价指标定义及其功能如下：

·平均速度，即第一刹车点与校门口之间所有速度数据的平均值，反映方案的总体效果，且平均速度越小越好.

·相对速度变化率，即为第一刹车点速度和校门口速度之差，与第一刹车点速度的商，反映驾驶员的减速程度，且相对速度变化率越大越好.

·加速度标准差，反映方案中标志标线的连贯性，以及驾驶员减速过程中的行驶平稳性，且加速度标准差越小越好.

基于评价指标的最优方案选择方法如下：

·针对每所学校以上3项评价指标分别利用重复测量方差分析，检验各方案之间是否存在显著性差异.

·若存在显著性差异，则进一步利用对比分析方法，将17种方案进行分组，选择其中相应指标下较优的方案组作为进一步研究对象.

·选择3项指标同时较优的方案组，作为该学校的最优设置方案.

4.2 最优方案选择

数据分析部分以平均速度数据为例，说明最优方案的选择过程.图3为2类学校各方案下的平均速度对比图.

对于B类典型小学，重复测量方差分析结果显示，各方案对应的平均速度之间存在显著性差异(F(16,464)=2.442；p=0.027).利用对比分析方法将各方案进行分组，17种方案被分为2组，其中速度较低的一组即为较优组，作为进一步研究对象.由分组结果得到，除了空白组和现状组，其余15种方案均属于较优组.

图3 两类学校各方案的平均速度Fig.3 Average speed of different program for the two typical schools

对于C类典型小学，重复测量方差分析结果显示，各方案对应的平均速度之间也存在显著性差异(F(16,464)=6.758；p≤0.001).同样采用对比分析方法，17种方案被分为3组，其中平均速度较低的两组方案分别是：红路面、黄闪+限速.

对比两所典型小学的平均速度可以发现，对于同一种方案，两所学校对应的平均速度差异性很大.而且，并不是方案中包含的标志、标线越多方案就越好.对于两类学校平均速度最大值均出现于空白组，与事实相符.而最小值点两类学校对应的方案是不同的，这可能与两所学校门前的道路、交通条件有关.

由于本文篇幅有限，只选取3项指标中的平均速度指标为例说明数据分析的过程，其余2项指标的分析过程省略.3项指标的最终分析结果汇总于表3，表中“*”代表相应评价指标下，各方案之间存在显著性差异，“√”表示方案属于相应指标下的较优组.

表3 最优组合方案汇总表Table 3 Summary of optimal programs

由表3可知，对于同类型的典型小学，17种方案在不同评价指标下分组结果是不同的.

对于C类典型小学，由3项指标的共同作用最终确定了一种最优方案，即为铺设红色路面标线.

图4 B类典型小学加速度标准差Fig.4 Standard Deviation of Acceleration of typical school B

而对于B类典型小学，只由平均速度和相对速度变化率2项指标共同确定了7种最优方案，分别为：限速+红路面、黄闪+限速+慢行+红路面、限速+慢行+红路面、慢行+红路面、黄闪+限速+红路面、黄闪+慢行+红路面、黄闪+红路面.但是由图4加速度标准差变化曲线可知，7种方案中黄闪+慢行+红路面方案的加速度标准差最小，所以优先推荐黄闪+慢行+红路面方案.

5 研究结论

本文利用驾驶模拟技术初步探讨学校地区交通安全设施组合设置问题，得到不同交通安全设施组合设置方案对降低车速的有效性评价.根据小学门前的道路交通条件及行人过街与车辆运行之间的冲突关系，将北京市位于路侧的小学分为三大类.从速度控制的角度分别对B类和C类典型小学门前交通安全设施设置方案进行效用评估，并给出了交通安全设施设置的最优方案.

·B类型小学，建议设置学校地区宣传提示标志、学校地区注意儿童警告标志、学校地区注意儿童与黄闪组合标志、慢行注意儿童标志、前方学校红色路面标线.

·C类型小学，建议设置学校地区宣传提示标志、学校地区注意儿童警告标志、前方学校红色路面标线.

本文采用驾驶模拟技术对学校地区交通安全设施进行有效性评价，为进一步提出学校地区交通安全设施设置标准奠定了基础.文中的研究方法也可以应用于评价其他交通设施的有效性.另外，尽管模拟环境与真实环境略有不同，驾驶员行驶过程中，其绝对行驶速度数值与实际道路环境中存在一定的差异，但驾驶模拟实验结果用于交通评价具有一定的相对有效性.当然，驾驶模拟实验与实地测试相结合是开展示范应用的关键，也是下一步的工作重点.

[1] Rosenbloom T,BenEliyahu A,Nemrodov D.Children’s Crossing behavior with a companying adult[J].Safety Science,2008,(46):1248-1254.

[2] Albert R,Dolgin K D.Lasting effects of short-term training on preschoolers’street crossing behavior[J]. Accident Analysis and Prevention,2010(42):500-508.

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[4] 王峰.交通安全设施的质量管理[J].现代经济信息, 2013(16).[WANG F.Quality management of traffic control devices[J].Modern Economic Information,2013 (16).]

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Experimental Research on Optimal Design of School Zone Traffic Safety Facilities

ZHAO Xiao-hua1，LI Jia-hui1，LI Jian-feng2，RONG Jian1
（1.College of Metropolitan Transportation，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China；2.The Traffic Facilities Management Office of Beijing Traffic Management Bureau，Beijing 100077，China）

As the key traffic protection zone,school zone has attracted attention of all circles.In order to improve the traffic safety of school zones,this paper focuses on the traffic safety facilities around primary schools in Beijing.A field investigation of road traffic condition and conflict between people and vehicles is conducted,aiming to classify the types of schools.Meanwhile,the demand for traffic safety facilities around primary schools base on different groups of traffic participants is obtained through a subjective questionnaire.Afterwards,a driving simulator experiment is performed to evaluate the effects of different programs with various traffic safety facilities.The differences in performances are discussed with three dependent variables including average speed,relative speed difference,standard deviation of acceleration. Finally,the optimal program is got for different types of schools.It provides a theoretical basis for the optimal setting program of traffic safety facilities for different school zone.

traffic engineering;traffic safety facilities;driving simulator experiment;school zone;speed; optimal design

2014-04-09

2014-06-06录用日期：2014-06-26

国家自然科学基金青年项目(51108011).

赵晓华（1971-），女，山西太谷人，副教授. *

zhaoxiaohua@bjut.edu.cn

1009-6744（2014）06-0207-06

U491.5

A