公路隧道交通安全研究现状与展望

王 健，潘福全，张丽霞，杨金顺，王 铮，邢 英

(青岛理工大学汽车与交通学院，青岛 266520)

相较于欧美等发达国家，我国高速公路隧道建设起步较晚，但近十多年来，随着国家对中西部地区的大力支持与开发，我国高速公路建设得到迅猛发展。公路隧道因在缩短翻山越岭里程、节省车辆运输时间、减少对自然环境的不可逆破坏等社会与经济方面的双重优势，在我国中西部多山或重丘的地理环境中得到广泛应用，其建设数量与长度也随之快速攀升[1]，从2000年的1 316处、总里程500.5公里，飞跃至2017年年底的16 229 处、总里程15 285.1公里，我国已然成为世界上隧道最多、最复杂、发展最快的国家。

与此同时，相对于平坦的露天高速公路，隧道空间近乎封闭且通道狭窄，很大程度上放大了其内交通量、车速、车型、车载状况以及构造线性、照度等因素对交通安全的潜在威胁和交通事故发生的严重性、危害性[2]。据相关数据统计，公路隧道交通事故发生率远高于洞外路段，某些地区或省份公路隧道内的交通事故率竟达洞外交通事故率的3倍以上[3]。面对如此严峻的公路隧道交通安全形势，对隧道交通安全进行研究，便具有了十分重要的现实意义。本文结合大量文献资料，总结国内外学者在隧道交通安全研究中所采用的理论方法及其研究成果，并展望这一研究领域所面临的挑战及未来发展趋势，旨在为今后公路隧道交通安全研究提供借鉴与参考。

1 国内外公路隧道交通安全研究现状

隧道交通安全的研究依托于隧道工程建设，公路隧道的建设与一个国家或地区的经济发展和地理环境关系密切。近现代以来，欧美等发达国家经济和科技发展水平较高，隧道交通建设起步较早，在隧道交通安全研究方面投入了更多的人力、物力和财力，在隧道交通安全相关领域的研究达到了较高的水平。相比之下，我国现代隧道建设起步较晚，对隧道交通安全方面的研究落后于欧美等发达国家。但近年以来，随着我国公路隧道建设的迅猛发展，实践与理论的相辅相成作用得到充分发挥，相关领域的研究也达到了非常可观的水平。本文通过总结国内外相关研究，发现其对隧道交通安全问题的研究主要集中在事故分布规律、事故影响因素、交通流特性、安全仿真与评价和安全保障措施等五个方面。

1.1 事故分布规律

F. H. Amundsen等[4]根据挪威公共道路管理局所调查的隧道交通事故数据，得出隧道交通与高标准的现代化道路同样安全，但在隧道入口区事故发生率较高，事故严重程度也高于露天路段。2009年，F.H. Amundsen等[5]单独针对2001～2006年挪威第二长公路隧道交通事故作出了分析。张生瑞等[6]运用统计分析、对比的方法研究了京珠高速公路韶关段靠椅山隧道不同区段的不同车型、车速变化特性，发现在隧道入口与隧道中间段交通事故发生更频繁，且小型车的车速变化幅度更大，交通事故发生率也高于大型车，并基于本研究提出了隧道车速控制对策。王少飞等[7]结合近年来国内外公路隧道重特大交通事故实例，对山区高速公路隧道交通事故的分布特点做出归纳分析。戴忧华等[8]基于高速公路隧道运行安全特性,对高速公路隧道路段和开放性道路的交通事故率进行对比，研究了我国隧道事故在路段、类型、车型等方面的特征。杨波等[9]对我国高速公路隧道交通安全现状、交通事故类型及特点进行了分析总结。J.S. Yeung等[10]对新加坡在2009～2011年期间发生在隧道的608起自驾交通事故进行研究，得出事故大多是由追尾造成，进隧道段的事故率高于出隧道段，且在平均伤亡人数方面内陆地区明显偏高。

1.2 事故影响因素

Hartmann E等[11]为了研究隧道交通中光亮对交通安全的影响，在汽车上安装带有记录仪器的光度计，并将所采集到的不同隧道的亮度数据作为亮度评估依据，计算出隧道的适宜亮度，同时也为描述隧道在生理光学方面的特点提供了依据。尚荣丽等[12]在对高速公路隧道交通事故特点进行分析的基础上，运用人机工程学原理探讨诱发高速公路隧道交通事故的因素。何家祥等[13]结合隧道特点和隧道交通事故特征，以人、车、路、环境等交通事故四要素为出发点，对公路隧道交通事故的成因进行了多因素分析。以色列学者V. Geva等[14]通过模拟隧道驾驶，探究车内显示器对道路隧道行车安全的影响，得出使用显示器尽管会轻微减弱车辆的车道稳定性，但并不危及行车安全，且有助于加强司机的速度控制。杨波等[9]在分析总结我国高速公路隧道交通安全现状、交通事故类型及特点的基础上，对高速公路隧道交通事故的主要成因进行了事故树分析。杜志刚等[15]研究了我国公路隧道照明运营中开灯率普遍较低问题，指出隧道弱视觉参照系是诱发隧道环境严重视错觉并导致交通事故的主要原因。

1.3 交通流特性

许宏科等[16]借助聚类数据挖掘法分析研究了某公路隧道交通流数据，得到了隧道交通流的一些特征信息。张生瑞等[17]利用雷达测速仪采集隧道群不同位置的车速，建立车速与速度采集位置的映射关系，分析车速在隧道群路段上的变化规律，计算不同位置对车辆加速度的干扰，并以加速度的变化率表示路段不同位置的危险程度，发现小型车危险系数远大于大型车，尤其是隧道入口段和隧道连接段的下行路段。Y. Xing等[18]通过构建基于VISSIM的公路隧道交通安全评价模型，研究了公路隧道内车速变化与道路交通安全相关的其他交通参数之间的关系。张正义等[19]基于驾驶速度与能见度之间的相互作用关系，提出了一种改进的元胞传输模型，模拟并检验了隧道内外不同照度下驾驶环境对交通流的影响，发现隧道内外的照度差与其对隧道入口交通流的扰动影响呈正相关，且交通流越大，这种干扰的后传导效果越明显。林丽等[20]利用加速度干扰计算模型对城市隧道出入口交通流进行研究，提出了基于加速度干扰值的城市隧道出入口交通流拥挤评价方法。周林英等[21]基于元胞自动机理论建立事件状态下的隧道群交通流模型，实现了对事件状态下高速公路隧道群交通流变化规律的研究与分析。

1.4 安全仿真与评价

1976年，Gabriel Bernd[22]针对双车道公路隧道的交通堵塞问题，提出了一种基于无变道超车发生的隧道交通运行效率的数学模型。杜益文等[23]通过确定公路隧道的安全评价指标，构建并检验了公路隧道安全模糊评价模型。张晶晶等[3]分别从安全风险评估和安全潜力评估两个角度研究了隧道交通安全的影响因素，并构建了基于两种评估方法的模糊评判矩阵，从而对隧道交通安全状况进行评价。新加坡学者Qiang Meng等[24]引入交通冲突暴露的概念，利用逆高斯回归模型建立碰撞时间及其影响因素之间的关系，采用负二项回归模型进一步建立交通冲突暴露与撞车次数之间的关系，最终得到城市道路隧道车辆追尾频率评估模型。意大利学者C. Caliendo等[25]通过研究2006～2009年的隧道监测数据，在随机效应二项回归模型和负多项式回归模型的基础上，利用隧道长度(L)、单车道年平均日交通量(aadtl)、货车率(TR)及车道数(NL)等回归参数构建了一种新的公路隧道碰撞预测模型，以预测判断碰撞的严重程度。葛敏莉等[26]在统计分析山区高速公路和隧道事故统计资料的基础上，结合隧道事故特点，建立了隧道安全评价清单。万红亮等[27]利用3ds Max、E-prime等软件对公路隧道中部极限车速感知心理进行仿真与实验，对高中频组合视觉信息在不同照度水平(100%、50%、25%标准照度)条件下的感知速度、反应时间进行了对比研究与定量分析。

1.5 安全保障措施

Richard W[28]从灯光照明角度对马赛港隧道的交通安全进行了探讨。Taniguchi H等[29]提出在隧道内安装交通流量测量传感器的方案，利用传感器所测道路时空图判断车辆速度和交通拥挤程度，进而采取相应的隧道交通管制，以有效减少追尾碰撞事故。冯勇[2]从消防安全、交通管理安全、二次事故等方面对我国高速公路隧道进行分析，为隧道安全管理提供了参考意见。马昌喜等[30]基于隧道交通事故特征，根据事故致因理论详细分析交通事故诱因，提出了一系列隧道交通安全改善措施，并为减少交通事故损失构建了公路隧道交通事故应急系统。姜学鹏等[31]通过分析公路隧道事故应急救援特性、隧道事故的危险性、应急救援的急迫性以及对现场交通造成的影响与危险程度等因素，提出了公路隧道事故分级标准及其相应的应急救援措施。王少飞等[32]从公路隧道的环境特点、司机驾车的心理反应、洞内车辆的行驶方式等三个方面探讨了公路隧道的交通特点，分析公路隧道交通事故成因，并提出了理论性应对策略。林杉等[33]利用人工智能中的知识表示方法和基于规则的专家系统，优化改进传统经验式公路隧道交通控制方法，提出了一种范例推理与规则推理相结合的公路隧道突发事件交通控制方法，建立了突发事件下公路隧道车辆诱导预案生成及管理系统。Chun Guo等[34]为预防交通事故和次生灾害的发生，对公路隧道群进行相关研究，初步提出了隧道群智能交通安全控制技术。宋白桦[35]拟采用现代技术手段设计一套智能的高速公路隧道安全联动控制系统，对交通事件进行抓取、预判、报警、预案实施等一系列智能化响应，实现对交通事件的有效预测、及早发现、及时处理，进一步保障隧道行车安全。斯洛伐克学者Jancarikova Eva等[36]探究利用隧道运营模拟器提升操作人员在正常和特殊情况下控制隧道的技术及操作水平，以提高公路隧道安全性。王少飞等[37]探讨了通过收集公路隧道人、车、建设和环境等数据信息，构建公路隧道大数据中心的技术方案，以期通过大数据应用技术实现公路隧道交通事故安全预警和管控。此外，还有不少专家和学者就预防和控制高速公路隧道交通事故提出了相应的措施及建议[9,12]。

通过对国内外公路隧道交通安全研究现状的分析总结，可知早期欧美发达国家的相关研究多集中在隧道的建造工艺与运营维护方面，直到20世纪90年代后期，特别是进入21世纪以来，汽车工业迅猛发展，交通压力突增，隧道交通安全形势越来越严峻，制约着社会发展，得到了更为广泛的关注。时至今日，不少发达国家开展了智能交通研究，并将研究成果付诸于实践，应用先进的通讯技术、电子技术、控制技术和互联网技术等构建隧道智能交通管理系统，在公路隧道交通安全的运营管控中发挥着重要作用。

我国公路隧道建设虽然起步较晚，但技术进步快、建设速度高、发展势头足，吸引了诸多专家学者的关注与研究，取得了可观的研究成果。然而，我国隧道交通的安全形势依旧严峻：隧道经营管理水平低；从业管理人员的专业技术不够硬；隧道护养不到位；信息智能化建设水准亟需提升等。这些因素制约着我国公路隧道交通安全水平，也是隧道交通事故频发的重要原因，需要专家和学者继续深入研究，寻求解决之道。

2 公路隧道交通安全研究趋势

上世纪90年代以来，隧道交通安全问题突出，引起了各国政府与学者的高度关注，相关研究成果不断涌现。目前，总体研究工作虽已取得较大进展，但在某些方面还不够深入透彻，或者不足以应对新问题，未能给公路隧道交通安全问题提供切实有效的解决办法，今后可重点从以下几个方面对公路隧道交通安全问题进行研究。

2.1 多种理论方法交叉融合

公路隧道交通是交通工程领域中的一个重要研究课题，具有系统性、交叉性和综合性等特点。驾驶行为是人、车、路、环境以及管理相互作用的体现，不同学者对公路隧道交通安全研究的侧重点不同，有的侧重于研究不同道路交通条件(如线性与光照)对隧道交通安全的影响；有的侧重于研究单调的隧道空间环境对驾驶人的心理和生理的影响，进而分析其对交通安全的影响；还有的侧重于利用模型对隧道交通流进行理论解析与数值仿真。每一种研究理论与方法都有其特定的优势和局限性，多角度分析才可将复杂的系统性问题剖析得更为透彻。

2.2 模型专门化、综合化及仿真技术改进

构建模型是一种重要的科研手段，研究公路隧道交通安全同样需要构建相应的模型，随着研究的深入化和系统化，所构建的模型也正朝着专门化和综合化的方向发展。其一，公路隧道交通安全具有很强的系统性和综合性，欲将特定因素影响下的隧道交通安全问题研究透彻，就需要精和专的模型；其二，欲对公路隧道交通安全进行整体或综合把握，就要求应用模型具备综合性特点。

同时，现代科研也离不开仿真技术，即以各种科学原理和信息技术为基础，构建出一套系统模型，利用计算机或专用设备进行实际或模拟的动态试验的方法。仿真技术可以很大程度上弥补缺乏真实试验环境的遗憾，它的出现进一步弱化了仿真结果的非真性，保证了研究结果更加准确可靠。

2.3 基于人的主观能动因素的深入研究

人是交通系统中的主动元素，驾驶行为的决策和操纵都是来自于驾驶人(目前无人驾驶还不成熟，在未来一段时间还难以形成主导)，所以不能将驾驶行为视为一种机械过程，而忽略人的主观能动性。目前，关于驾驶人的研究主要依赖于心理学的相关试验方法，从微观层面出发，在开放式公路驾驶条件下，基于刺激-反应理论，对驾驶员的心理波动或应急制动行为进行研究。事实上，驾驶人的驾驶特性会因驾驶状态的改变而产生差异，因此，应用心理学、生理学理论深入研究隧道交通安全中驾驶人的心理、生理行为特性是一个重要的研究方向。

2.4 交通安全智能管控系统建设

交通安全问题本质上是人、车、路的矛盾问题，解决这一矛盾可以通过控制交通量、改善道路基础设施和加强交通管理来实现。现代科技的进步与发展及日渐完善的道路基础设施让智能交通系统的实现成为可能。综合运用先进的信息技术、通信技术、传感技术、计算机技术等现代化高新技术，建立隧道交通安全智能管控体系，有利于提升隧道交通运行安全和效率。

此外，交通流是各种复杂微观因素共同作用而产生的一种宏观现象，将微观行为与宏观现象相统一的交通流模型也是今后研究的重点之一。

3 结语

随着我国中西部地区开发力度的加大，高速公路不断向山岭地带发展，公路隧道建设水平不断提高，建设里程日益增长。特殊的交通环境使公路隧道的安全问题更为复杂，越来越受到隧道建设、科研、运营等单位的高度重视。回顾公路隧道的发展历史，按时间序列总结国内外公路隧道交通安全的研究现状并简述其研究成果，指出公路隧道交通安全方面存在的问题及今后的研究发展趋势有其特殊的必要性。我国公路隧道发展迅速，但在隧道交通安全方面仍存在诸多急需解决的问题，与发达国家仍存在一定差距，尚需针对这些不足开展研究，以促进我国隧道交通安全的健康发展。