小學(xué)門前交通安全設(shè)施組合優(yōu)化實驗研究

趙曉華，李佳輝，李劍鋒，榮 建

（1.北京工業(yè)大學(xué) 城市交通學(xué)院，北京100124；2.北京市公安局公安交通管理局交通設(shè)施管理處，北京100077）

小學(xué)門前交通安全設(shè)施組合優(yōu)化實驗研究

趙曉華*1，李佳輝1，李劍鋒2，榮 建1

（1.北京工業(yè)大學(xué) 城市交通學(xué)院，北京100124；2.北京市公安局公安交通管理局交通設(shè)施管理處，北京100077）

學(xué)校地區(qū)作為交通安全重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，已受到各界的廣泛關(guān)注.本文以提高小學(xué)地區(qū)的交通安全為目的，并以北京市小學(xué)門前交通安全設(shè)施對車速的影響為出發(fā)點(diǎn)，通過實地調(diào)查小學(xué)地區(qū)道路交通環(huán)境、人車之間的沖突等對小學(xué)類型進(jìn)行劃分.并通過問卷調(diào)查獲取不同類型小學(xué)門前交通參與者對交通安全設(shè)施的需求，進(jìn)而利用駕駛模擬實驗方法對不同的交通安全設(shè)施組合方案進(jìn)行評估.選取平均速度、相對速度變化率、加速度標(biāo)準(zhǔn)差作為方案評價指標(biāo)，提出不同類型學(xué)校門前所應(yīng)設(shè)置的交通安全設(shè)施最優(yōu)組合方案.希望能夠為規(guī)范小學(xué)地區(qū)交通安全設(shè)施設(shè)置提供依據(jù).

交通工程；交通安全設(shè)施；駕駛模擬實驗；學(xué)校地區(qū)；車速；組合優(yōu)化設(shè)計

1 引 言

學(xué)校地區(qū)尤其是中小學(xué)地區(qū)作為未成年人的聚集地，是交通安全重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域.近年來，引起了各級政府管理部門，以及相關(guān)研究人員的廣泛關(guān)注.研究表明：家長接送孩子誘發(fā)的學(xué)校地區(qū)交通擁堵[1]、學(xué)校地區(qū)交通安全設(shè)施設(shè)置不健全[2]、中小學(xué)生交通安全意識淡薄等[3]，是引起學(xué)校地區(qū)交通安全事故的主要原因，而交通安全設(shè)施不健全是其中重要原因之一.交通安全設(shè)施屬于道路基礎(chǔ)設(shè)施，是道路的重要組成部分，在行車過程中具有安全保護(hù)、交通誘導(dǎo)等多方面的功能，對降低車速、減輕事故的嚴(yán)重程度起著重要的作用[4].

我國相關(guān)法律法規(guī)對學(xué)校地區(qū)交通安全設(shè)施有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)定，例如國標(biāo)《道路交通標(biāo)志標(biāo)線》[5]的第八部分是有關(guān)學(xué)校地區(qū)標(biāo)志、標(biāo)線的一份草案.但是該草案內(nèi)容寬泛，可操作性不強(qiáng)，導(dǎo)致我國學(xué)校地區(qū)交通安全設(shè)施設(shè)置存在很大的隨意性和不合理性.

為了解決我國學(xué)校地區(qū)交通安全問題，大量學(xué)者針對學(xué)校地區(qū)的交通安全事故進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到影響學(xué)校地區(qū)交通安全的原因并提出了一些政策性的措施[3，6]，但是可實施性不強(qiáng).相比我國，國外有關(guān)學(xué)校地區(qū)的研究更具有針對性，對提高學(xué)校地區(qū)的交通安全具有實際應(yīng)用意義[7，8].

目前，雖然國外有較成熟的學(xué)校地區(qū)交通設(shè)施設(shè)置規(guī)范及研究成果，但是由于駕駛習(xí)慣和駕駛文化的差異，這些規(guī)范和成果不具有可移植性.另外，我國有關(guān)學(xué)校地區(qū)交通安全設(shè)施設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的草案內(nèi)容較寬泛，并且在有關(guān)學(xué)校地區(qū)的研究中提及交通安全設(shè)施組合優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容不多.因此本文以學(xué)校門前交通安全設(shè)施的組合優(yōu)化設(shè)計為著眼點(diǎn)，為避免外界其他因素的干擾，采取駕駛模擬實驗為研究手段，通過評價學(xué)校門前交通安全設(shè)施組合方案的有效性，最終確定不同學(xué)校地區(qū)交通安全設(shè)施最優(yōu)設(shè)置方案，以降低學(xué)校門前車輛運(yùn)行速度.對于提高學(xué)校地區(qū)的交通安全，指導(dǎo)工程實踐具有重要意義.

2 實地調(diào)查

2.1 學(xué)校類型劃分

對北京市20所位于道路路段兩側(cè)的小學(xué)進(jìn)行實地調(diào)查，依據(jù)小學(xué)門前學(xué)生的過街方式、學(xué)校所處路段的道路交通條件、學(xué)生過街與車輛運(yùn)行之間的沖突關(guān)系等情況，將小學(xué)分為A、B、C三類.

A類：位于城市快速路或主干道的輔路路側(cè)，學(xué)生通過天橋或地下通道過街，與車輛運(yùn)行不存在沖突；

B類：位于城市主干道輔路或次干道兩側(cè)，學(xué)生按人行過街信號燈過街，與車輛運(yùn)行存在潛在沖突；

C類：位于次干道及支路兩側(cè)，部分學(xué)校位于小區(qū)內(nèi)部，學(xué)生按斑馬線過街或直接穿行，與車輛運(yùn)行存在較大沖突.

由于A類小學(xué)的學(xué)生過街與車輛運(yùn)行不存在沖突，安全隱患較小，故本文選取調(diào)查范圍內(nèi)具有代表性的B類和C類小學(xué)各一所作為具體研究對象.

2.2 交通安全設(shè)施需求調(diào)查

對B類和C類各一所典型小學(xué)進(jìn)行實地問卷調(diào)查，調(diào)查以減少沖突、增加學(xué)校地區(qū)安全性為目的，獲取交通參與者對學(xué)校地區(qū)的交通安全設(shè)施需求.共有505位交通參與者（包括駕駛員、行人、周邊市民、接送孩子的家長等）參與調(diào)查，問卷共涉及18種交通安全設(shè)施，研究者將需求比例超過50%的6種設(shè)施作為進(jìn)一步研究對象，如表1所示.調(diào)查結(jié)果顯示B、C兩類學(xué)校門前交通參與者對交通安全設(shè)施的需求沒有差異性.其余12種設(shè)施的需求比例較小，不再進(jìn)行討論.

表1 交通安全設(shè)施需求統(tǒng)計結(jié)果Table1 Statistical result of traffic control devices

3 駕駛模擬實驗

前人的研究大多采用實地測試的方法采集數(shù)據(jù)，針對單個設(shè)施開展研究.本文為了更好地控制實驗條件，節(jié)約實驗成本，避免多因素之間的交互影響，利用駕駛模擬器對交通安全設(shè)施需求調(diào)查中得到的6種設(shè)施的組合方案進(jìn)行有效性評價，進(jìn)而獲得學(xué)校門前交通安全設(shè)施最優(yōu)設(shè)置方案.

3.1 實驗設(shè)備

實驗使用的駕駛模擬實驗平臺，即屬于真實車輛駕駛模擬器，以30 Hz的頻率記錄車輛運(yùn)行參數(shù)，從而準(zhǔn)確反映駕駛員的駕駛行為，包括速度、加速度等車輛參數(shù).

3.2 實驗場景

實地調(diào)查結(jié)果表明，90%的學(xué)校都設(shè)有學(xué)校地區(qū)宣傳提示標(biāo)志和學(xué)校地區(qū)注意兒童標(biāo)志，因此在方案設(shè)計時兩種標(biāo)志作為基礎(chǔ)設(shè)施.場景制作的過程中將設(shè)有兩種標(biāo)志的場景作為現(xiàn)狀組，其他4種標(biāo)志均在基礎(chǔ)設(shè)施的前提下進(jìn)行排列組合設(shè)置，排列組合會產(chǎn)生15種方案.另外增加一組空白組作為對照組，因此每所學(xué)校最終有17種組合設(shè)置方案.對于以上6種交通安全設(shè)施，根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)及實際應(yīng)用狀況，排列順序如圖1所示.

圖1 交通安全設(shè)施設(shè)置順序Fig.1 Order of different traffic control devices

為了避免長時間駕駛產(chǎn)生的疲勞，實驗場景分為5條模擬道路，分別編號為1、2、3、4、5，每條模擬道路長約12.8 km.每條道路由B類和C類中的兩所典型小學(xué)的模擬場景交叉排列，且相鄰兩所學(xué)校之間由800 m的過渡段連接，以消除環(huán)境的熟悉程度對駕駛員造成的影響.其中一條模擬道路環(huán)境設(shè)計參數(shù)和設(shè)計方案如圖2和表2所示，其他實驗場景類似.

表2 實驗?zāi)M道路1方案設(shè)置Table 2 Programs of test road 1

圖2 駕駛模擬實驗道路Fig.2 Test road in driving simulator

3.3 被試選擇

選取均不熟悉2所學(xué)校周邊環(huán)境的30名駕駛員作為實驗被試，其中包括4名女性被試.被試年齡分布為21-57歲（平均年齡=31,SD=9.6），駕齡均在2年以上（平均駕齡=7.96,SD=7.17），身體狀況良好，無色弱、色盲.

3.4 實驗流程

實驗過程包括5部分內(nèi)容：

（1）宣讀實驗指導(dǎo)語：告知駕駛員在實驗過程中的注意事項.

（2）選擇被試階段：被試在隨機(jī)抽取的駕駛模擬實驗場景中駕駛10 min左右，熟悉駕駛模擬器操作方法及實驗場景.如果試駕階段被試出現(xiàn)頭暈等不良現(xiàn)象，該駕駛員不能參加正式實驗.

（3）記錄初始狀態(tài)：被試填寫個人信息表，記錄被試實驗前的基本信息及疲勞程度.

（4）正式實驗：正式實驗分為兩個階段，第一階段被試完成模擬道路1和2的駕駛?cè)蝿?wù)，休息15 min后完成模擬道路5、3、4的駕駛?cè)蝿?wù).

（5）填寫駕后主觀問卷：獲取被試對駕駛模擬艙的有效性評價及被試實驗后的疲勞狀態(tài).

4 實驗數(shù)據(jù)分析

4.1 評價指標(biāo)選取

本文選取平均速度、相對速度變化率、加速度標(biāo)準(zhǔn)差作為方案有效性的評價指標(biāo)，3項評價指標(biāo)定義及其功能如下：

·平均速度，即第一剎車點(diǎn)與校門口之間所有速度數(shù)據(jù)的平均值，反映方案的總體效果，且平均速度越小越好.

·相對速度變化率，即為第一剎車點(diǎn)速度和校門口速度之差，與第一剎車點(diǎn)速度的商，反映駕駛員的減速程度，且相對速度變化率越大越好.

·加速度標(biāo)準(zhǔn)差，反映方案中標(biāo)志標(biāo)線的連貫性，以及駕駛員減速過程中的行駛平穩(wěn)性，且加速度標(biāo)準(zhǔn)差越小越好.

基于評價指標(biāo)的最優(yōu)方案選擇方法如下：

·針對每所學(xué)校以上3項評價指標(biāo)分別利用重復(fù)測量方差分析，檢驗各方案之間是否存在顯著性差異.

·若存在顯著性差異，則進(jìn)一步利用對比分析方法，將17種方案進(jìn)行分組，選擇其中相應(yīng)指標(biāo)下較優(yōu)的方案組作為進(jìn)一步研究對象.

·選擇3項指標(biāo)同時較優(yōu)的方案組，作為該學(xué)校的最優(yōu)設(shè)置方案.

4.2 最優(yōu)方案選擇

數(shù)據(jù)分析部分以平均速度數(shù)據(jù)為例，說明最優(yōu)方案的選擇過程.圖3為2類學(xué)校各方案下的平均速度對比圖.

對于B類典型小學(xué)，重復(fù)測量方差分析結(jié)果顯示，各方案對應(yīng)的平均速度之間存在顯著性差異(F(16,464)=2.442；p=0.027).利用對比分析方法將各方案進(jìn)行分組，17種方案被分為2組，其中速度較低的一組即為較優(yōu)組，作為進(jìn)一步研究對象.由分組結(jié)果得到，除了空白組和現(xiàn)狀組，其余15種方案均屬于較優(yōu)組.

圖3 兩類學(xué)校各方案的平均速度Fig.3 Average speed of different program for the two typical schools

對于C類典型小學(xué)，重復(fù)測量方差分析結(jié)果顯示，各方案對應(yīng)的平均速度之間也存在顯著性差異(F(16,464)=6.758；p≤0.001).同樣采用對比分析方法，17種方案被分為3組，其中平均速度較低的兩組方案分別是：紅路面、黃閃+限速.

對比兩所典型小學(xué)的平均速度可以發(fā)現(xiàn)，對于同一種方案，兩所學(xué)校對應(yīng)的平均速度差異性很大.而且，并不是方案中包含的標(biāo)志、標(biāo)線越多方案就越好.對于兩類學(xué)校平均速度最大值均出現(xiàn)于空白組，與事實相符.而最小值點(diǎn)兩類學(xué)校對應(yīng)的方案是不同的，這可能與兩所學(xué)校門前的道路、交通條件有關(guān).

由于本文篇幅有限，只選取3項指標(biāo)中的平均速度指標(biāo)為例說明數(shù)據(jù)分析的過程，其余2項指標(biāo)的分析過程省略.3項指標(biāo)的最終分析結(jié)果匯總于表3，表中“*”代表相應(yīng)評價指標(biāo)下，各方案之間存在顯著性差異，“√”表示方案屬于相應(yīng)指標(biāo)下的較優(yōu)組.

表3 最優(yōu)組合方案匯總表Table 3 Summary of optimal programs

由表3可知，對于同類型的典型小學(xué)，17種方案在不同評價指標(biāo)下分組結(jié)果是不同的.

對于C類典型小學(xué)，由3項指標(biāo)的共同作用最終確定了一種最優(yōu)方案，即為鋪設(shè)紅色路面標(biāo)線.

圖4 B類典型小學(xué)加速度標(biāo)準(zhǔn)差Fig.4 Standard Deviation of Acceleration of typical school B

而對于B類典型小學(xué)，只由平均速度和相對速度變化率2項指標(biāo)共同確定了7種最優(yōu)方案，分別為：限速+紅路面、黃閃+限速+慢行+紅路面、限速+慢行+紅路面、慢行+紅路面、黃閃+限速+紅路面、黃閃+慢行+紅路面、黃閃+紅路面.但是由圖4加速度標(biāo)準(zhǔn)差變化曲線可知，7種方案中黃閃+慢行+紅路面方案的加速度標(biāo)準(zhǔn)差最小，所以優(yōu)先推薦黃閃+慢行+紅路面方案.

5 研究結(jié)論

本文利用駕駛模擬技術(shù)初步探討學(xué)校地區(qū)交通安全設(shè)施組合設(shè)置問題，得到不同交通安全設(shè)施組合設(shè)置方案對降低車速的有效性評價.根據(jù)小學(xué)門前的道路交通條件及行人過街與車輛運(yùn)行之間的沖突關(guān)系，將北京市位于路側(cè)的小學(xué)分為三大類.從速度控制的角度分別對B類和C類典型小學(xué)門前交通安全設(shè)施設(shè)置方案進(jìn)行效用評估，并給出了交通安全設(shè)施設(shè)置的最優(yōu)方案.

·B類型小學(xué)，建議設(shè)置學(xué)校地區(qū)宣傳提示標(biāo)志、學(xué)校地區(qū)注意兒童警告標(biāo)志、學(xué)校地區(qū)注意兒童與黃閃組合標(biāo)志、慢行注意兒童標(biāo)志、前方學(xué)校紅色路面標(biāo)線.

·C類型小學(xué)，建議設(shè)置學(xué)校地區(qū)宣傳提示標(biāo)志、學(xué)校地區(qū)注意兒童警告標(biāo)志、前方學(xué)校紅色路面標(biāo)線.

本文采用駕駛模擬技術(shù)對學(xué)校地區(qū)交通安全設(shè)施進(jìn)行有效性評價，為進(jìn)一步提出學(xué)校地區(qū)交通安全設(shè)施設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ).文中的研究方法也可以應(yīng)用于評價其他交通設(shè)施的有效性.另外，盡管模擬環(huán)境與真實環(huán)境略有不同，駕駛員行駛過程中，其絕對行駛速度數(shù)值與實際道路環(huán)境中存在一定的差異，但駕駛模擬實驗結(jié)果用于交通評價具有一定的相對有效性.當(dāng)然，駕駛模擬實驗與實地測試相結(jié)合是開展示范應(yīng)用的關(guān)鍵，也是下一步的工作重點(diǎn).

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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錄用日期：2014-06-26

國家自然科學(xué)基金青年項目(51108011).

趙曉華（1971-），女，山西太谷人，副教授. *

zhaoxiaohua@bjut.edu.cn

1009-6744（2014）06-0207-06

U491.5

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