城市道路指路標(biāo)志設(shè)置位置研究

李 昕，賈志絢，解 晅

(太原科技大學(xué)交通與物流學(xué)院，太原 030024)

隨著城市規(guī)模不斷擴(kuò)張，外來(lái)人口大量涌入，城市路網(wǎng)狀態(tài)、交通組織也隨之發(fā)生了極大變革，大量非職業(yè)駕駛員成為城市路網(wǎng)“熟悉的陌生人”，出行時(shí)，對(duì)交通標(biāo)志(特別是指路標(biāo)志)的依賴性增加。在此背景下，道路交通標(biāo)志的作用日益凸顯。而指路標(biāo)志作為交通標(biāo)志的一種，其設(shè)置位置不當(dāng)，會(huì)造成駕駛者讀取標(biāo)志信息后的可操作距離過(guò)短，出現(xiàn)緊急變換車道、插隊(duì)等不當(dāng)行為，造成人為擁堵而埋下安全隱患。

關(guān)于指路標(biāo)志的研究，劉浩學(xué)[1]、鄭安文和牛倬民[2]等人從事故特征、視認(rèn)距離兩方面開(kāi)展了公路、高速公路的交通標(biāo)志設(shè)置研究。張?zhí)m芳和方守恩[3]從駕駛?cè)说某鲂行睦沓霭l(fā)，提出了“逐級(jí)引導(dǎo)、由遠(yuǎn)及近、分級(jí)指引”的指路標(biāo)志系統(tǒng)設(shè)置方法。祖永昶[4]分析了城市路網(wǎng)的功能，提出從信息量和駕駛員路徑選擇特點(diǎn)對(duì)指路標(biāo)志進(jìn)行合理布設(shè)。歷版國(guó)標(biāo)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》[5-7](簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)用于規(guī)范交通標(biāo)志標(biāo)線的實(shí)施，但是未針對(duì)各級(jí)道路給出標(biāo)志確切的設(shè)置位置。使得在工程實(shí)施中，各地道路標(biāo)志的設(shè)計(jì)與設(shè)置較為混亂。在同濟(jì)大學(xué)和上海市公安局交警總隊(duì)于2009年頒布的《上海市城市道路交通標(biāo)志、標(biāo)線設(shè)置補(bǔ)充規(guī)定》(簡(jiǎn)稱《上海補(bǔ)充規(guī)定》)中僅針對(duì)一般道路按照不同設(shè)計(jì)車速給出了交通標(biāo)志設(shè)置距離的建議值，如表1所示。未具體考慮車道數(shù)這一影響因素。

表1 《上海補(bǔ)充規(guī)定》指路標(biāo)志設(shè)置位置建議值Tab.1 The recommended value of the road sign setting position in “Shanghai Supplementary Provisions”

本文以駕駛員動(dòng)態(tài)視認(rèn)特性、反應(yīng)操作特性為基礎(chǔ)，研究了在不同設(shè)計(jì)車速、不同車道數(shù)下，城市道路的指路標(biāo)志的設(shè)置位置，以提高道路交叉口交通流的安全性。

1 不同設(shè)計(jì)車速、車道下設(shè)置距離計(jì)算

如圖1所示，指路標(biāo)志的作用主要為傳遞道路方向、地點(diǎn)信息。指路標(biāo)志位置的確定關(guān)乎駕駛員在行駛過(guò)程中能否及時(shí)、準(zhǔn)確獲取指路信息，能否安全、快捷到達(dá)目的地。

圖1 城市指路標(biāo)志Fig.1 City road sign

影響指路標(biāo)志設(shè)置位置的因素[8]包括：駕駛員視覺(jué)特性、標(biāo)志的信息復(fù)雜性、字號(hào)、車道數(shù)、車道寬度、車道變換時(shí)間、標(biāo)志牌的支撐方式等。城市道路中由于道路網(wǎng)密度大、交叉口間距短的特點(diǎn)，很少設(shè)置指路標(biāo)志預(yù)告標(biāo)志。而《標(biāo)準(zhǔn)》中給出指路標(biāo)志的告知標(biāo)志設(shè)在交叉路口前150 m～500 m；若設(shè)置預(yù)告標(biāo)志時(shí)，如條件所限，可適當(dāng)靠近交叉路口，但距交叉路口不應(yīng)少于100 m，且不應(yīng)阻擋交叉路口的指路標(biāo)志告知標(biāo)志。

《標(biāo)準(zhǔn)》中只給出指路標(biāo)志設(shè)置范圍，未根據(jù)不同設(shè)計(jì)車速、不同車道數(shù)等因素給出更為具體的參考值?？紤]到交叉口左轉(zhuǎn)、直行及右轉(zhuǎn)三股車流中，左、右轉(zhuǎn)車流較直行車流需跨越更多的車道，反應(yīng)-操作時(shí)間更長(zhǎng)，指路標(biāo)志設(shè)置位置應(yīng)滿足左、右轉(zhuǎn)車流的行車要求。故以城市道路右轉(zhuǎn)車流為例，分析駕駛員的視認(rèn)過(guò)程，計(jì)算指路標(biāo)志的設(shè)置位置。車輛駕駛員從讀取標(biāo)志牌信息到車輛完成換道行動(dòng)的距離分為：駕駛員讀取標(biāo)志距離S、判別距離Lq、車道變換Lj及導(dǎo)流段Ld四部分，如圖2所示。

圖2 典型的城市道路交叉口斷面駕駛員變換車道過(guò)程Fig.2 The change lane process of typical urban road intersection section driver

右轉(zhuǎn)車輛行駛過(guò)程為：駕駛員在是視認(rèn)點(diǎn)A處發(fā)現(xiàn)標(biāo)志E(圖2中指路標(biāo)志假定在E點(diǎn)路側(cè)安裝)，在A點(diǎn)開(kāi)始讀取標(biāo)志信息，到B點(diǎn)把標(biāo)志內(nèi)容完全讀完，這段距離稱為讀標(biāo)志距離(S).駕駛員讀完標(biāo)志后，應(yīng)做出采取的判斷，這段距離(BD)稱為判別距離(Lq).此時(shí)車輛已行駛到點(diǎn)D，然后，開(kāi)始行動(dòng)。從行動(dòng)點(diǎn)D到行動(dòng)完成點(diǎn)F的距離稱為行動(dòng)距離(Lj)，而后進(jìn)入導(dǎo)流段排隊(duì)等待通過(guò)交叉口。

1.1 判別距離Lq

根據(jù)研究數(shù)據(jù)[9]，駕駛員對(duì)指路標(biāo)志的判斷時(shí)間大約為2.32 s，腳從加速器移到剎車器進(jìn)行減速需要0.23 s，而汽車剎車的機(jī)械反應(yīng)時(shí)間大約為0.25 s，結(jié)合城市道路中駕駛環(huán)境復(fù)雜，需考慮機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人等因素的影響，本文選取駕駛員綜合判斷時(shí)間t0=3 s.通過(guò)公式(1)計(jì)算，得到不同速度下Lq值，如表2所示。

Lq=t0v0

(1)

其中：v0為路段的設(shè)計(jì)速度，m/s；

表2 判別階段駕駛者行駛距離Lq

1.2 指路標(biāo)志設(shè)置位置到停止線長(zhǎng)度L

根據(jù)上述分析，右轉(zhuǎn)車輛必須在行動(dòng)距離D點(diǎn)到F點(diǎn)之間完成減速、車道變換及停車等操作。指路標(biāo)志設(shè)置位置距離停止線的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，通過(guò)式(2)-(6)計(jì)算可得。

L=Lq+Lj+Ld-W

(2)

(3)

W=f(h*)

(4)

f(h*)=5.67h*

(5)

h*=K1K2K3h

(6)

其中：b為車道數(shù)；t1為車輛單車道變換所需時(shí)間(s)，h*為文字有效高度(cm)；h為文字實(shí)際高度(cm)，K1為文種修正系數(shù)，9劃內(nèi)漢字，K1=0.6；K2為漢字復(fù)雜性修正系數(shù)，筆劃小于10，K2=1，10～15劃，K2=0.9，15劃以上，K2=0.85；K3為行駛速度修正系數(shù)，如表3所示。系數(shù)5.67是根據(jù)日本土木研究所的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得的，該距離對(duì)外國(guó)人和老年人均能適應(yīng)。

表3 K3值(日本土木研究所實(shí)驗(yàn)結(jié)果)

若讀完點(diǎn)B到標(biāo)志E的距離(W)比標(biāo)志消失距離(m)短，表明無(wú)法在該距離內(nèi)讀完標(biāo)志，產(chǎn)生安全隱患。因此，這一約束條件表達(dá)為：W≥m.

(7)

其中：m為消失點(diǎn)到指路標(biāo)志的距離；d為司機(jī)視高(1.2 m)到標(biāo)志的側(cè)距(路側(cè)安裝標(biāo)志)或司機(jī)視高到標(biāo)志中心的距離(門(mén)架式安裝標(biāo)志)；θ為在消失點(diǎn)與路測(cè)標(biāo)志或頭頂標(biāo)志的夾角(一般路側(cè)標(biāo)志θ角為15°，頭頂標(biāo)志從消失點(diǎn)與標(biāo)志頂邊的仰角θ為7°)，如圖3所示。

F點(diǎn)為導(dǎo)向車道線的終點(diǎn)?！稑?biāo)準(zhǔn)》中要求導(dǎo)向車道線的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)路口的幾何線形及交通管理需要確定，一般不小于30 m，本文選取導(dǎo)向車道線Ld=30 m、60 m進(jìn)行計(jì)算。

圖3 指路標(biāo)志的消失距離Fig.3 The disappearance distance of the guiding sign

表4所示為不同車型單車道變換所需時(shí)間。城市道路交通中小客車占比高，而取不同車型單車道變換所需時(shí)間的平均值大于實(shí)際小客車單車道變換時(shí)間，對(duì)小客車安全性有利。

表4 不同車型單車道變換所需時(shí)間t1

讀完點(diǎn)B到標(biāo)志E的距離W如表5所示。

表5 讀完點(diǎn)到標(biāo)志的距離W

上述計(jì)算結(jié)果代入公式(2)中可得在不同設(shè)計(jì)車速和車道數(shù)下，指路標(biāo)志設(shè)置位置距離停止線長(zhǎng)度L所對(duì)應(yīng)的數(shù)值，結(jié)果如表6所示。

表6 指路標(biāo)志設(shè)置距離計(jì)算值(Ld=30 m、60 m)Tab.6 Directional sign setting distance calculation value(Ld=30 m、60 m)

2 計(jì)算結(jié)果分析

與《上海補(bǔ)充規(guī)定》比對(duì)分析，除進(jìn)口道為兩車道的指路標(biāo)志設(shè)置位置外，本文的設(shè)置位置計(jì)算值均大于《上海補(bǔ)充規(guī)定》，造成差異的原因就是考慮了進(jìn)口道車道數(shù)增多對(duì)指路標(biāo)志視認(rèn)性的影響；目前城市道路進(jìn)口道為兩車道的情況，僅出現(xiàn)在小街巷中，設(shè)計(jì)車速一般在30 km/h以下，速度低，駕駛員反應(yīng)操作時(shí)間相對(duì)較為充裕，其設(shè)置距離參考《上海補(bǔ)充規(guī)定》中給出的推薦值，足以保證安全視認(rèn)；《上海補(bǔ)充規(guī)定》沒(méi)有給出城市道路中普遍存在的設(shè)計(jì)車速為50 km/h的道路推薦值，本文給予補(bǔ)充計(jì)算。

設(shè)計(jì)車速在80 km/h以上快速路不建議采用平交方式。若采用平交方式，其指路標(biāo)志設(shè)置，可參照高速公路出口標(biāo)志的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，即設(shè)置在距離交叉口500 m處。

3 結(jié)論

基于駕駛員的視認(rèn)特性，考慮了不同設(shè)計(jì)車速及車道數(shù)對(duì)城市指路標(biāo)志設(shè)置位置的影響，給出了針對(duì)指路標(biāo)志設(shè)置距離的推薦值，主要結(jié)論如下：

(1)在實(shí)際道路中各交叉口受車流量和車道數(shù)的影響，導(dǎo)向車道線的長(zhǎng)度不同。交通量大時(shí)，導(dǎo)向車道線長(zhǎng)度可按30 m的倍數(shù)增加，本文選取30 m，60 m兩個(gè)值進(jìn)行計(jì)算。

(2)指路標(biāo)志設(shè)置距離的推薦值，考慮了設(shè)計(jì)車速及車道數(shù)的影響，還考慮了車道指示標(biāo)志在指路標(biāo)志的下游布設(shè)?！稑?biāo)準(zhǔn)》中只說(shuō)明車道行駛方向標(biāo)志應(yīng)設(shè)在導(dǎo)向車道線之前適當(dāng)位置，并未給出具體數(shù)值，考慮到指示標(biāo)志以圖形為主，易識(shí)別，且標(biāo)志間距應(yīng)不小于30 m，本文指路標(biāo)志的設(shè)置距離推薦值在計(jì)算值的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)大，如表7所示。若無(wú)法滿足標(biāo)志間最小設(shè)置距離時(shí)，建議采用互不遮擋的結(jié)構(gòu)形式。

(3)考慮到視認(rèn)性、車道數(shù)和排隊(duì)長(zhǎng)度等因素的影響，可采用增大字號(hào)、使用LED主動(dòng)發(fā)光標(biāo)志[10-11]等方法，增大視認(rèn)距離，保證駕駛員有足夠的反應(yīng)操作時(shí)間，從而提高行車安全。

(4)目前國(guó)內(nèi)城市寬幅多車道道路已較為普遍，交叉口間距較短，指路標(biāo)志的架設(shè)方式建議采用門(mén)架式、雙側(cè)懸臂式，以提高標(biāo)志視認(rèn)性。

表7 指路標(biāo)志設(shè)置距離推薦值(Ld=30 m、60 m)