基于驾驶模拟试验的立体复合高速公路出口指路标志布设_冯移冬.pdf

第 40 卷第 2 期2023 年 2 月公路交通科技Journal of Highway and Transportation esearch and DevelopmentVol.40No.2Feb 2023收稿日期:20230110基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(20179055)作者简介:冯移冬(1990)，男，北京人，硕士.(fengyidong001 )通讯作者:马国翔(1997)，男，陕西扶风人，硕士研究生.(1220169300 )doi:10.3969/j.issn.10020268.2023.02.025基于驾驶模拟试验的立体复合高速公路出口指路标志布设冯移冬1，马国翔*2，董文慧3，廖军洪1，张旭冉1(1.交通运输部公路科学研究院公路交通安全技术交通运输行业重点实验室，北京100088;2.瑞士酒店管理大学，蒙特勒沃州 CH1824，瑞士;3.北京工业大学，北京100124)摘要:为了提高立体复合高速公路互通区域的安全性，以深圳某高速公路为例，结合国内外相关规范及案例，设计了 4 种标志布设方案，并通过驾驶模拟试验进行了驾驶行为对比分析和方案优选。考虑驾驶人驶出匝道出口时对指路标志的视认、反应及决策等特征，选取了反应时间、反应起始位置、方向盘转角、速度、加速度等在感知判断、操纵行为、车辆运行方面的表征指标对试验数据进行了分析。通过重复方差分析，探究了各项指标的显著性，进而得到了不同指路标志设置方法对驾驶人行为的影响程度，并据此对立体复合高速公路转换匝道处的标志设置综合效用进行了评估。结果表明:不同指路标志设置方法对驾驶人引导效果存在显著差异，增加方向分隔信息和分车道指引信息，能够使驾驶人反应时间缩短、反应起始位置提前，在一定程度上提升车辆操纵水平和速度调控能力，使车辆运行状态更加平稳;通过模糊综合评估可知，在立交匝道出口处增加方向分隔信息和分车道指引信息同时减少指路标志目的地信息量的设计方案，最有利于行车安全，能够以“空间换取时间”，使驾驶人提前做出反应，更加安全、平稳的驶出匝道。关键词:交通工程;立体复合高速公路;指路标志;驾驶模拟技术;模糊综合评价模型;驾驶行为中图分类号:U491.5文献标识码:A文章编号:10020268(2023)02020608Layout of Exit Guide Signs for 3D Composite Expressway Based on Driving Simulation TestFENG Yi-dong1，MA Guo-xiang*2，DONG Wen-hui3，LIAO Jun-hong1，ZHANG Xu-ran1(1 Key Laboratory of Highway Traffic Safety Technology of Transport Industry，esearch Institute of Highway，Ministry ofTransport，Beijing 100088，China;2 Swiss Hotel Management School，Montreux Vaud CH-1824，Switzerland;3 Beijing University of Technology，Beijing 100124，China)Abstract:In order to improve the safety of the interchange areas of 3D composite expressways，taking anexpressway in Shenzhen for example，combining with relevant domestic and foreign specifications and cases，4 sign layout schemes are designed，and the driving behavior comparative analysis and scheme optimizationare carried out through driving simulation test Considering the characteristics of the drivers recognition，reaction and decision-making to the guide signs when driving off the ramp，by selecting the representationindicators in perception and judgment，handling behavior and vehicle operation such as reaction time，reaction starting position，steering wheel angle，speed，acceleration，etc，the test data are analyzed Byrepeated analysis of variance，the significances of various indicators are explored，and the influences ofdifferent methods of setting guide signs on driver behavior are obtained，and the comprehensive effectivenessof sign setting at the transfer ramp of 3D composite expressway is evaluated The result shows that(1)There第 2 期冯移冬，等:基于驾驶模拟试验的立体复合高速公路出口指路标志布设are significant differences in the guiding effect of different setting methods of guide signs on drivers Theaddition of direction separation information and lane separation guidance information can shorten the driversreaction time，respond to the starting position in advance，improve the vehicles handling level and speedcontrol ability to a certain extent，and make the driving state more stable(2)Through fuzzy comprehensiveevaluation，it can be seen that the design scheme of adding directional separation information and laneseparation guidance information at the exit of interchange ramp while reducing the amount of information ofthe traffic sign at destination is most conducive to traffic safety It can“exchange space for time”to make thedriver react in advance and drive out of the ramp more safely and smoothlyKey words:traffic engineering;3D composite expressway;traffic sign;driving simulation technology;fuzzycomprehensive evaluation model;driving behavior0引言随着我国高速公路迅猛发展，其路网密度增加的同时，结构和形式也愈加复杂，部分地区甚至出现了双层复合式立体高速公路。复杂的高速公路互通区域是交通事故的高发区，据统计，日本高速公路约 20%的交通事故发生在互通式立交区域1;美国发生在出口匝道的事故数占互通式立交范围内总事故数的约 45%2。相关研究表明，高速公路互通区域发生事故的主要原因是车速过高、交通流转换交织频繁3。张琪，王雪松等4 研究发现，相比无匝道路段，有匝道路段事故风险较高，其中先进后出路段风险最高。在事故与道路交通设施的关联性方面，张云娇5 研究发现，我国高速公路因交通标志导致的交通事故率逐年攀升，与交通标志相关的事故占事故总数的 63.03%。如何在立体复合式高速公路互通区域设置恰当的交通标志，给驾驶人传递恰当引导信息以保障行车安全，已成为标志研究领域的重点和难点问题。对于高速公路交通标志，大多数学者主要针对标志的信息量、版面设计及布设位置进行探究。美国的 NCHP 发现，指路标志信息过载会致使驾驶人无法做出恰当的反应6。徐洪亮7 针对高速公路和快速路进出口端的三角区域内的交通指路标志信息量过载问题，提出了不同类型指路信息采用嵌入式设计的理念。事实上，不同环境下驾驶人对相同交通标志的识认特性也不同。在立体复合高速公路互通立交区域，由于连接不同方向、不同层级道路的匝道数量较多且间距较小，驾驶人获取标志信息的工作负荷要更大，需在较短时间内完成标志识别、视认、反应、判断、减速和转换车道等操作，极易因漏看或反应不及时导致操作失误。对此，本研究针对立体复合高速公路出口匝道变换处的复杂情况，依托驾驶模拟试验，研究了不同指路标志设置方法对驾驶行为的影响，并给出推荐设置方案。研究成果可为立体复合高速公路指路标志优化设置提供参考。1基于驾驶模拟试验的标志视认研究1.1试验人员本研究基于预期方差、目标置信度和误差幅度计算所需最小样本量为 20。实际共招募 32 名持有驾照、身体健康、视力正常的驾驶人作为被试，其中男性占 62.5%，女性占 37.5%，年龄区段为 1855岁。被试的性别比例和年龄分布基本符合中国驾驶员统计特征。同时，为了更好的试验效果，被试驾龄均多于 2 a，且 86%的被试有高速公路驾驶经验。1.2试验设备出于行车安全方面的考虑，本研究采用驾驶模拟器开展试验探究。实际上，驾驶模拟器可以较好获取驾驶人的真实反应，是研究不同条件下驾驶行为的有效工具8。驾驶模拟器的性能对试验结果有较大的影响，因此选取了高还原度的驾驶模拟器，并在使用前对驾驶模拟器相关参数进行了全面的校准和验证。本研究所采用驾驶模拟器由一辆试验车辆、数据处理计算机和视频、音频输出设备组成，具有 3个运动自由度。可实时采集车辆运行状况主要数据(速度、加速度、横向偏移、加速踏板功效、刹车、方向盘转角等)，采集频率可达 20 Hz。1.3场景设计试验场景原型为深圳某双层复合式高速公路，该高速公路是我国首个空间结构的上下分层高速公路，由立体层和地面层组成 8+8 车道复合高速公路通道断面，设计速度 100 km/h;长距离及过境交通主要从立体层通过，中、短距离及城市组团内部交702公路交通科技第 40 卷通则选择地面层，立体层与地面层之间设置有多处上下转换匝道。通过对该高速公路路网结构及运行环境进行分析，梳理出路网中信息指引需求最高的某复合式互通立交节点。在该互通驾驶人既需要出口目的地信息的指引，又需要上下层级转换信息的指引，因此该节点也是标志指引最为困难的关键节点。考虑到模拟驾驶的连贯性，试验选取了该互通前后共6.5 km长的路段作为试验路段。在场景设计中，共有 3 个标志关键设置点位，分别为决策点 1(出口匝道渐变段起点)、决策点 2(匝道内转换