基于视认特性的公路隧道限速标志位置研究

刘国贵 劳春江 陆远迅

(重庆交通大学交通运输学院，重庆 400000)

基于视认特性的公路隧道限速标志位置研究

刘国贵 劳春江 陆远迅

(重庆交通大学交通运输学院，重庆 400000)

在对驾驶员视认标志过程与驾驶特性进行分析的基础上，建立了驾驶员对隧道限速标志的视认距离公式和车辆减速距离公式，进一步得到隧道限速标志纵向前置距离，为确定隧道限速标志的位置提供依据。

隧道，限速标志，视认距离，前置距离，标志位置

随着我国高速公路建设的推进，高速公路建设取得了长足进步。东部和沿海等地区高速公路路网密度相对较高，高速公路建设正在向中西部等欠发达地区推进。为了优化道路线形、穿越山岭、减少大填大挖等，高速公路常修建隧道，隧道也成为山区高速公路的重要构造物。在一些已建成的高速公路中，隧道占比也十分的高。由于隧道路段行车环境突变，导致其易成为事故多发区，因此，在隧道路段常常采用降低行车速度的方法来应对。在交通工程中，通常采用在隧道进口前设置隧道限速标志把限速信息提供给驾驶员。隧道限速标志是禁令标志的一种，其所示的限速信息具有限制作用，驾驶人员应严格遵守[1]。GB 5768.2—2009道路交通标志和标线和《公路交通标志和标线设置手册》等虽对警告标志的设置位置(前置距离)进行了说明，但针对隧道限速标志的设置位置却未详细说明，所给标志前置距离的计算方法也是根据十字路口设置指路标志来说明的[2]。在行车过程中驾驶员对交通标志的认知过程可分为：觉察—识别—认读理解—决策—动作反应五个阶段[2]。本文将通过驾驶员对隧道限速标志视认过程和驾驶特性进行分析，建立隧道限速标志设置的前置距离公式，并给出应用实例，希望对交通设计人员有所帮助。

1 隧道限速标志的视认和减速分析

1.1 驾驶员视认和减速过程

驾驶员在隧道进口段对隧道限速标志的视认和减速过程见图1。图1中标明了该过程的几个特征点，分别是发现点A、认读点B、读完点C、消失点D、行动点E、限速标志点F和减速完成点G等。在A点驾驶员发现前方限速标志，但并未开始读取限速标志上信息；在认读点B处驾驶员开始读取标志上的限速信息，并在读完点C完成限速信息识读；在完成限速标志信息识读后，驾驶员有一个信息处理和反应过程，此时车辆已行至行动点E，在E点开始采取减速措施(车辆已开始制动减速，不包括换脚和踩下制动踏板等动作距离)；由于视角等因素，行驶到消失点D处驾驶员已无法看到标志上的信息。

结合图1，驾驶员要完整的获得限速信息并在行驶至隧道进口之前完成减速动作，需满足以下条件：1)要保证完成点G处在隧道进口之前，这需要驾驶员有足够的时间和空间来完成减速操作；2)消失点D在读完点C之后，否则驾驶员不能获得完整的限速信息。本文主要讨论满足条件1)的隧道限速标志设置位置，条件2)本文不作讨论。

1.2 车辆减速距离求解

1.2.1 限速标志的认读距离

中国公路学会编写的《交通工程手册》中，将认读点B到读完点C的这段距离称为认读距离[3]，本文用L0表示，认读标志所需时间为1 s～2 s。文献[4]基于限速标志内容为固定数字，且限速值为“10”的倍数的原因，而将认读点B与读完点C合并，把限速标志的认读时间作省略简化处理。目前，由于隧道分车型限速标志等的采用，对行驶车辆隧道限速管理越来越细化，限速标志的版面复杂程度有所增加，也增加了驾驶员认读限速标志的时间。因此，在对隧道限速标志做视认分析时，标志的认读时间/距离不宜作省略处理。考虑隧道限速标志复杂程度没有指路标志那么繁复，结合《交通工程手册》中的标志认读时间，并考虑行车安全，取隧道限速标志认读时间为1.5 s，此时车辆行驶速度为路段行驶速度V0(m/s)，故认读距离L0为：

L0=1.5×V0

(1)

1.2.2 驾驶员反应距离

驾驶员在C点认读完限速信息后，并未立即采取减速措施，这是由于驾驶员有一个反应时间，在这一时间内驾驶员要做出是否采取减速措施的判断，在反应时间内还包括了驾驶员换脚和踩制动踏板的时间。根据相关研究[5]，驾驶员识读完限速标志后的反应时间在0.5 s～1 s之间，为保证驾驶员都有充足的反应时间，本文取其极限值，反应时间为1 s。根据相关研究[4]，换脚和踩下制动踏板动作时间共约为0.3 s。因此，驾驶员反应时间为1.3 s。在反应时间内行驶车辆仍保持路段行驶速度V0，那么车辆在该段时间内的行驶距离L1为：

L1=1.3×V0

(2)

1.2.3 车辆减速距离

驾驶员在行动点E开始制动减速，在减速完成点F完成减速动作，这一过程又可分为两个阶段。第一阶段内，车辆对驾驶员的制动动作开始做出响应，制动踏板逐渐下压，车辆作变减速运动；第二阶段内，驾驶员根据行驶经验，已将制动踏板下压到位，车辆开始做匀减速运动。

1)第一阶段行驶距离L2。

该时间段内行驶车辆做变减速运动，减速度由0开始增加到一个确定的值a1，速度由V0降到V1，V1(m/s)为车辆做变减速运动的末端速度。根据车辆工程学的相关原理，a1与车辆的路段行驶速度V0有如下关系式：

a1=0.052 4V0-0.121 5

(3)

由变减速到匀减速运动这一过程持续时间一般为0.3 s，且a1服从线性关系，那么在该过程的末端速度V1可表示为：

(4)

则第一阶段车辆行驶的距离L2为：

(5)

2)第二阶段行驶距离L3。

这一时间段内车辆做匀减速运动，减速度值为a1，其速度由V1降到VC，VC(m/s)为隧道限速标志确定的限速值。由运动学知识，可得第二阶段内车辆行驶距离为：

(6)

3)减速距离公式。

综合以上分析，可得出驾驶员在读完隧道限速标志后，到减速完成点G的减速距离L′为：

L′=L1+L2+L3

(7)

2 隧道限速标志的视认距离

2.1 标志的视认距离公式

(8)

其中，LV为隧道限速标志视认距离；h为限速文字高度；α为驾驶员对文字识别的视角。

2.2 隧道限速标志的视认距离

GB 5768.2—2009道路交通标志和标线对限速标志的版面尺寸有相应规定[1]，见表1。

表1 限速标志版面尺寸

通过在AutoCAD软件中画出表1尺寸的限速标志，可测出限速数字高度，见表2。

表2 限速值字高

用2.1节视认距离公式，取视角α=13′，可求得不同运行速度下的视认距离，见表3。

表3 视认距离LV

3 隧道限速标志设置位置分析

隧道限速标志的设置目的在于降低车辆在隧道段的运行速度，减少交通事故的发生。因此，需在车辆行驶至隧道洞口之前使车辆速度降到限速值下，即减速完成点G需在隧道进口之前。结合图1，可得隧道限速标志前置距离FG：

FG=L0+L′-LV=L0+L1+L2+L3-LV

(9)

隧道限速标志到隧道入口距离需不小于FG，行驶车辆才能在行驶至隧道洞口之前使车辆速度满足限速要求。

4 实例应用

以某新建高速公路为例，该路地处山区，主线采用双向六车道标准设计。主线一般段采用分车型限速方案，具体限速值为：小型车120 km，大型车100 km。在进入隧道路段前，设置组合式隧道限速标志，隧道内限速值为：小型车100 km，大型车80 km。通过以上的公式计算可得视认距离LV=128.2 m，对于小型车：L0=49.99 m，L1=43.33 m，L2=9.88 m，L3=99.46 m，故小型车限速标志前置距离FG1=74.46 m；对于大型车：L0=41.67 m，L1=36.11 m，L2=8.17 m，L3=99.97 m，故大型车限速标志前置距离FG2=57.71 m。因此，对于组合型隧道标志，其前置距离FG=max{FG1,FG2}=max{74.46,57.71}=74.46 m。最后，本项目选择限速标志的合理前置距离为75 m，即隧道限速标志的位置设在隧道洞外距离隧道进口75 m处。

5 结语

隧道作为公路的重要构造物，其也是交通事故常发路段，对隧道路段进行限速可以降低交通事故率。本文基于驾驶员对隧道限速标志的视认分析和减速过程中的驾驶特性分析，建立了驾驶员对隧道限速标志的视认距离公式和车辆减速距离公式，并进一步求得了隧道限速标志纵向前置距离的求解公式，并给出了工程应用实例，其结论对交通工程设计人员有一定借鉴意义。

[1] GB 5768.2—2009，道路交通标志和标线[S].

[2] 交通部公路科学研究院.公路交通标志和标线设置手册[M].北京：人民交通出版社，2009：31-33.

[3] 中国公路学会《交通工程手册》编委会.交通工程手册[M].北京：人民交通出版社，1998：1002-1003.

[4] 姜 明.基于驾驶员视认与驾驶特性的速度控制类标志前置距离计算模型研究[J].公路,2011(11):99-104.

[5] 李中原,李爽爽.基于人因工程学的交通信息显示屏设计方案研究[J].智能建筑与城市信息,2010(2):85- 87.

Research on positions of speed-limit signs of roads and tunnels based on visual recognition

Liu Guogui Lao Chunjiang Lu Yuanxun

(TrafficandTransportationCollege,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400000,China)

Based on the analysis of drivers’ visual recognition process of signs and driving features, the paper establishes the visual recognition distance formula of tunnel speed-limited signs and vehicle speed-limit distance formula, and concludes the longitudinal front distance of tunnel speed-limit signs, so as to provide some reference for the location of tunnel speed-limit signs.

tunnel, speed-limit sign, visual recognition distance, front distance, sign location

1009-6825(2015)07-0128-02

2014-12-31

刘国贵(1988- )，男，在读硕士； 劳春江(1988- )，男，在读硕士； 陆远迅(1990- )，男，在读硕士

U491.52

A