基于無人駕駛車輛特性的傳統(tǒng)道路交通規(guī)劃設(shè)計理念革新

薛冰冰 白子建

（1.天津大學(xué)城市規(guī)劃設(shè)計研究院 天津市 300073 2.天津市市政工程設(shè)計研究院 天津市 300051）

0 引言

近年來，無人駕駛汽車在5G、車聯(lián)網(wǎng)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)的助力下，得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。無人駕駛時代的到來已經(jīng)不再是一個技術(shù)問題，而只是時間問題。無人駕駛汽車與傳統(tǒng)汽車的交通特性存在根本性差異，而當(dāng)前道路交通系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)和相關(guān)規(guī)范的編制均以傳統(tǒng)汽車的行駛特性和駕駛員的駕駛特性為基礎(chǔ)和依據(jù)，因此，無人駕駛汽車對道路空間規(guī)劃、道路設(shè)計、交通規(guī)劃和交通管控等方面提出了新的要求。

1 無人駕駛汽車的交通特性

無人駕駛汽車通過車載傳感系統(tǒng)感知道路交通環(huán)境，自動規(guī)劃行車路線并控制車輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)，其整個駕駛行為可抽象為“環(huán)境探測（感知）-動態(tài)決策（認(rèn)知）-控制響應(yīng)（反應(yīng)）”[1]。與傳統(tǒng)汽車相比，無人駕駛汽車具有以下交通特性優(yōu)勢：①環(huán)境探測全方位與實時；②信息實時互聯(lián)互通[2]；③智能精準(zhǔn)決策；④動態(tài)決策零延時；⑤控制響應(yīng)無差錯。因此，在微觀層面，無人駕駛汽車比傳統(tǒng)汽車的行駛更舒適、高效和安全；在宏觀層面，由無人駕駛汽車匯成的交通流也將更安全、更穩(wěn)定和更高效。

2 無人駕駛汽車與道路交通系統(tǒng)的聯(lián)系

無人駕駛汽車的舒適性必然會吸引更多的人群選擇乘坐無人駕駛汽車出行，但其便利性（自動駕駛和泊車），以及智能化和人性化的交通誘導(dǎo)服務(wù)、區(qū)塊鏈技術(shù)和智能合約帶來的去“中心化”和信息與資金的安全可靠等必將促進(jìn)共享汽車（拼車和分時共享）的發(fā)展。因此，無人駕駛時代的車輛利用率將大大提高，機動車人均保有量將大大減少。

通行能力是度量道路疏導(dǎo)交通能力的性能指標(biāo)，也是道路設(shè)計、交通規(guī)劃和管控、道路交通設(shè)施改造的重要參數(shù)。根據(jù)《美國道路通行能力手冊》，道路基本通行能力（N）由交通流平均車速（V）和最小車頭間距（L）決定，即“N=1000V/L”，其 L 中 L=l車+l安+l反。式中，l車為前車車長，小型車車長取值6.0m，大型車車長取值12.0m；l安為安全距離，參照國家規(guī)范，取值5.0m；l反為從司機發(fā)現(xiàn)前方車輛制動時開始到制動生效車輛所走過的距離，l反=v*t，t為反應(yīng)時間，參照國家規(guī)范，取值1.2s。因此，對于無人駕駛汽車，l反可近似為零。當(dāng)v取值60～120km/h時，小型和大型無人駕駛汽車的最小車頭間距分別是傳統(tǒng)汽車的21.6%～35.5%和29.8%～45.9%。因此，無人駕駛時代，道路基本通行能力將大約提高2.6～4.2倍。

道路可能通行能力N可能=N*∏修正系數(shù)αi，其中修正系數(shù)包括車道寬度、側(cè)向凈空、縱坡度、行車視距、重型車、沿途交通條件等修正系數(shù)。上述修正系數(shù)中，無人駕駛汽車與行車視距之間存在直接影響，與車道寬度、側(cè)向凈空、沿途交通條件等存在間接影響，均會導(dǎo)致這些修正系數(shù)的上升。因此，在無人駕駛時代，排除了駕駛員對交通流特性的主客觀影響，應(yīng)針對無人駕駛汽車的交通流特性進(jìn)行研究分析，重新確定各修正系數(shù)對基本通行能力的影響系數(shù)。

無人駕駛汽車在一條車道上行駛時將基本保持相同的速度行駛，減少了車輛換道次數(shù)，交通流更加穩(wěn)定，交通安全性更高。同時，交通流的平均速度更高（接近車輛行駛的安全限速值）、最小車頭間距更短，從而交通流的交通效率更高，道路通行能力也將大大提高。再加上道路交通事故的減少，車道縮窄（車道寬度取決于車身寬度和車輛行駛中橫向的必要安全距離，由于無人駕駛汽車行駛穩(wěn)定性更高，其橫向安全距離可以更?。碥嚨罃?shù)的增加，必然使得整個道路交通系統(tǒng)的通行能力的大大提高，從而緩解交通擁堵。

通行能力的提高將降低道路用地的增長速度，甚至直接減少該用地的投入。另外，無人駕駛汽車的即停既離將大大降低路側(cè)停車位的需求，自助泊車和共享汽車也將降低路外停車場用地的需求。因此，在無人駕駛時代，基于道路交通量基本保持不變的前提下，未來城市中的道路與交通設(shè)施用地將有所減少。

3 傳統(tǒng)道路交通規(guī)劃設(shè)計理念的革新分析

3.1 道路空間再分配

在一條道路交通需求不變的情況下，單車道通行能力的提高可使得道路的車道數(shù)減少，再加上車道縮窄和路側(cè)停車位需求的減少，那么未來道路空間也將發(fā)生重大變革。

無人駕駛時代，機動車道占用的部分道路空間資源將得以釋放，可重新分配給慢行交通，或者壓縮道路紅線。此時，道路紅線、綠線和建筑退線內(nèi)的空間布局需重新安排，慢行空間、街道景觀與建筑前庭共享空間的設(shè)計將會有更大的施展空間[3]。道路空間的彈性分配和集約利用，將大大提高街道空間的適應(yīng)性與使用的靈活性，兼顧機動車出行和慢行的交通需求，塑造更加人性化的、充滿活力的生活空間。特別是對于新建道路，適當(dāng)縮窄機動車道也有利于突破用地條件限制，在道路建設(shè)中變被動為主動。

無人駕駛時代，城市道路內(nèi)每一路段的每條機動車道都可雙向控制。在不同時間段，城市交通管理控制中心根據(jù)道路交通系統(tǒng)實時交通數(shù)據(jù)，合理分配每一路段每條車道的行駛方向、路權(quán)、限制速度和轉(zhuǎn)向等要求，確保道路系統(tǒng)與交通系統(tǒng)的最佳匹配，確保道路空間資源更加集約、高效。另外，為滿足即停既離的車輛停車需求和確保交通便利性，路側(cè)停車位應(yīng)在大型人流集散點附近的合理位置，按照整體分散和區(qū)域集中的原則布設(shè)滿足停車需求的港灣式停車位，避免干擾道路的交通正常通行，以及減少道路修建資金和用地資源的浪費。

另外，共享汽車和自助泊車減少了對路外停車場地的需求，使得這部分用地可以用于其他用途，比如汽修店、充電樁和加氣站、綠地等。

3.2 道路設(shè)計

當(dāng)前許多道路設(shè)計技術(shù)指標(biāo)均與駕駛員的交通特性息息相關(guān)，而在無人駕駛時代，所有與駕駛員交通特性相關(guān)的道路設(shè)計技術(shù)指標(biāo)都需要一一調(diào)整，符合無人駕駛汽車人工智能自主駕駛的交通特性。

駕駛員的交通特性主要包括視覺/感知特性（視力、視野、色感和視覺適應(yīng)等）、反應(yīng)特性（判斷、決策和操控時間）和心理素質(zhì)（緊急應(yīng)變能力、疲勞或興奮駕駛等），并依據(jù)駕駛過程的不同階段可將駕駛員的交通特性分為感知特性、判斷特性和操作特性[4]。因此，傳統(tǒng)汽車在行駛過程中，駕駛員的視覺/感知特性可能會導(dǎo)致駕駛員出現(xiàn)視覺疲勞和錯覺等，其反應(yīng)特性也將直接影響了左右兩側(cè)車輛間的橫向安全距離，前后兩側(cè)車輛間的縱向停車距離和換道距離。這些將直接影響道路設(shè)計中的長直段最大長度、車道寬度、視距、高速公路和快速路出入口間距、環(huán)形交叉口的交織段長度等技術(shù)指標(biāo)。

目前道路設(shè)計速度（交通管控時道路限制速度的主要制定依據(jù)）主要從交通效率和交通安全兩方面綜合確定，從而保障車輛行車安全，減少交通事故和降低事故損害程度，同時盡量提高交通運行效率。其中，交通安全的最主要影響因素為駕駛員的交通特性。因此，相比于駕駛員，無人駕駛汽車的行駛安全性更高，道路設(shè)計速度應(yīng)該提高到無人駕駛汽車安全行駛的最高車速，不再受限于駕駛員的交通特性。

在道路平縱斷面設(shè)計中，從道路設(shè)計角度考慮，道路設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的主要因素是道路等級和道路通行能力。道路等級決定了設(shè)計速度，而設(shè)計速度是道路設(shè)計中圓曲線和豎曲線的半徑和長度、縱坡坡度和坡長，超高橫坡坡度和加寬，以及車道寬度、視距、高速公路和快速路出入口間距、環(huán)形交叉口的交織段長度等技術(shù)指標(biāo)的設(shè)計依據(jù)。因此，在無人駕駛時代，當(dāng)前道路設(shè)計規(guī)范中上述指標(biāo)均需要做出相應(yīng)調(diào)整。另外，道路通行能力直接決定了車道數(shù)，從而間接影響了道路寬度和橫斷面布局。

在道路橫斷面設(shè)計時，應(yīng)優(yōu)先考慮行人和騎行者等慢行出行者的權(quán)益，改變傳統(tǒng)機動車優(yōu)先的路權(quán)分配形式，重新分配步行、非機動車、機動車的道路空間比例，并給予步行和非機動車更多的道路空間，而且機動車道縮窄和路緣帶的取消將帶來給予步行和非機動車更多的道路空間的可行性。另外，當(dāng)前道路交通標(biāo)志標(biāo)線的形狀、尺寸、顏色、字符和圖形，均以駕駛員的視覺特性為主要設(shè)計依據(jù)，利于駕駛員識別和認(rèn)知。道路交通標(biāo)志和標(biāo)線應(yīng)根據(jù)無人駕駛汽車的交通特性重新分類和設(shè)計，刪除不再需要的標(biāo)志標(biāo)線的同時增加全新的標(biāo)志標(biāo)線，確保無人駕駛汽車的交通安全[5]。

3.3 交通規(guī)劃

無人駕駛的舒適性必然吸引一部分步行和非機動車轉(zhuǎn)化為機動車出行，用于短距離出行和接駁公共交通出行，還將會使更多機動車出行者接受長距離出行。這將一方面導(dǎo)致機動車出行比例的上升和交通出行方式結(jié)構(gòu)的全面調(diào)整，從而引起整個城市交通規(guī)劃工作的重點和關(guān)注點的變化，另一方面將引發(fā)的城市低密度蔓延，進(jìn)一步擴(kuò)大城市規(guī)模，導(dǎo)致整個城市規(guī)劃工作的變革。

無人駕駛時代，交通規(guī)劃理論方法應(yīng)針對無人駕駛汽車的微觀交通特性和其交通流的宏觀交通特性，不斷地創(chuàng)新、發(fā)展與完善。同時，城市土地利用與道路交通系統(tǒng)之間存在著客觀的互動反饋關(guān)系，城市規(guī)劃的理論方法應(yīng)與時俱進(jìn)，應(yīng)符合無人駕駛時代的道路交通系統(tǒng)的交通特征，且重點針對道路與交通設(shè)施用地占城市建設(shè)用地的比例和道路與交通設(shè)施用地的內(nèi)部細(xì)化分配結(jié)構(gòu)展開系統(tǒng)研究。另外，無人駕駛汽車的便利性和舒適性將促使自駕游更受大眾喜愛，房車基地的需求也將隨之增加，因此在城市規(guī)劃中應(yīng)予以考慮，并研究該類用地的土地管理政策、交通特征，以及與其他用地之間的內(nèi)在聯(lián)系。為有效抑制無人駕駛汽車帶來的城市無序擴(kuò)張和蔓延，城市規(guī)劃應(yīng)科學(xué)合理明確各功能用地的比例和開發(fā)強度，并科學(xué)規(guī)劃各功能用地的布局，及與其交通需求相匹配的道路交通網(wǎng)。

無人駕駛汽車可為交通規(guī)劃和城市規(guī)劃工作提供海量準(zhǔn)確可靠的交通數(shù)據(jù)和OD出行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將成為城市交通系統(tǒng)交通流預(yù)測和城市道路網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以及城市土地利用規(guī)劃的定量依據(jù)，確保交通規(guī)劃和城市規(guī)劃的科學(xué)合理和準(zhǔn)確可靠。

4 結(jié)語

無人駕駛汽車終將會改變?nèi)藗儌鹘y(tǒng)的交通出行理念，對城市道路空間、道路設(shè)計、交通規(guī)劃和交通管控等諸多方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。為更好地迎接無人駕駛時代，我們應(yīng)充分關(guān)注無人駕駛汽車對道路交通系統(tǒng)的影響，并從規(guī)劃設(shè)計層面做好研究工作。同時，政府也應(yīng)提前研究并制定相關(guān)政策，通過經(jīng)濟(jì)手段、行政手段甚至法律手段促進(jìn)無人駕駛汽車引導(dǎo)城市公共交通系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，配合優(yōu)先發(fā)展公共交通、高密度土地開發(fā)和混合利用等緊湊城市發(fā)展策略，避免陷入無人駕駛時代以小汽車交通為導(dǎo)向的城市發(fā)展模式，抑制城市的惡性蔓延。