基于駕駛行為特性的超多車道高速公路左側(cè)硬路肩設(shè)置

張于平

(廣深高速公路改擴建管理處，廣州 510699)

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，早期建設(shè)的高速公路通行能力已難以滿足日益增長的交通需求。特別是粵港澳大灣區(qū)等經(jīng)濟活躍地區(qū)，越來越多高速公路提質(zhì)擴容的需求被提上日程，且高速公路改擴建整體趨勢從車道數(shù)“四改八”逐漸往“六改十”方向發(fā)展。

根據(jù)《公路工程技術(shù)標準》(JTG B01-2014)條文4.0.5和《公路路線設(shè)計規(guī)范》(JTG D20-2017)條文6.4.2，高速公路車道數(shù)達八車道及以上時，宜設(shè)置寬度不小于2.5m的左側(cè)硬路肩，為內(nèi)側(cè)車道故障車輛提供臨時?？康目臻g[1-2]。鑒于現(xiàn)行標準規(guī)范對十車道及以上高速公路是否設(shè)置左側(cè)硬路肩未進行強制規(guī)定，且國內(nèi)也尚無已實施的工程案例，越來越多的“六改十”車道的高速公路對于左側(cè)硬路肩是否設(shè)置的論證結(jié)論也不一致。因此，科學合理地論證分析對于左側(cè)硬路肩的設(shè)置決策顯得尤為重要。

廣深高速公路全長122.8km，雙向六車道，設(shè)計速度120km/h。作為聯(lián)系廣州、東莞、深圳、香港的重要通道，一直以來被譽為國內(nèi)交通最繁忙的高速公路之一，目前全線年平均交通量已達12.3萬pcu/d，部分路段如太平至五點梅段已高達18.7萬pcu/d。

廣深高速公路改擴建工程北起廣州黃村立交，南止于深圳市皇崗收費站，改造里程全長118.2km，采用整體拼接擴建成十車道，局部交通量較大的路段采用分離式擴建成十四車道的方案進行擴建，設(shè)計速度100～120km/h。在進行十車道改擴建方案論證過程中，因國內(nèi)關(guān)于左側(cè)硬路肩設(shè)置相關(guān)的技術(shù)標準尚不完善，就左側(cè)硬路肩的設(shè)置問題產(chǎn)生了較大分歧。

本文采用模擬駕駛實驗對有無左側(cè)硬路肩情況下的駕駛行為特性進行分析，提出基于駕駛行為特性分析的超多車道高速公路左側(cè)硬路肩論證方法，結(jié)合廣深高速公路改擴建工程實例，為后續(xù)相似工程項目和研究提供參考。

1 左側(cè)硬路肩定義及功能

硬路肩是指與行車道相鄰并輔以具有一定強度路面結(jié)構(gòu)的路肩部分，它可承受汽車荷載的作用力。我國高速公路將右側(cè)硬路肩稱為應(yīng)急車道、緊急停車帶或救援通道等，主要作用是為行車提供有效停車視距，供故障車輛緊急停車、救援車輛通行等。

左側(cè)硬路肩是指位于行車道左側(cè)的硬路肩，當同向單幅車道數(shù)達到四車道及以上時，由于車道數(shù)的增加，行駛在內(nèi)側(cè)車道上的車輛需要經(jīng)過三次甚至以上的換道操作，才能到達最右側(cè)硬路肩停靠。多次換道不僅使得故障車道?？康倪^程變得困難，而且多次換道需要較長的行駛距離，也會對其他車道上正常行駛的車輛帶來不利影響[2]。因此，左側(cè)硬路肩的設(shè)置可提高八車道及以上高速公路行車的安全性和舒適性。

2 左側(cè)硬路肩設(shè)置對駕駛行為特性影響實驗

2.1 實驗?zāi)康?/h3>

針對超多車道高速公路的不同路側(cè)形式，建立相關(guān)的實驗場景，通過駕駛模擬實驗，采集駕駛?cè)松硇睦硖卣鲾?shù)據(jù)，采用深度學習算法挖掘潛在規(guī)律，分析不同路側(cè)方案對駕駛?cè)诵熊嚢踩约笆孢m性的影響，從而為超多車道高速公路左側(cè)硬路肩的設(shè)置提供理論支持。

2.2 實驗場景

設(shè)計有左側(cè)硬路肩、內(nèi)側(cè)兩車道封閉和無左側(cè)硬路肩、內(nèi)側(cè)兩車道封閉兩種實驗場景，根據(jù)國內(nèi)外調(diào)研結(jié)果，初步設(shè)定左側(cè)硬路肩寬度為3m，如圖1和圖2所示。

圖1 左側(cè)3m硬路肩

圖2 左側(cè)無硬路肩

2.3 實驗儀器和設(shè)備

實驗采用日本FORUM8公司的UC-win/Road 13.0進行場景建模，使用基于真實汽車駕駛座艙開發(fā)的駕駛模擬器進行模擬駕駛實驗并采集數(shù)據(jù)(圖3)。

圖3 駕駛模擬平臺

2.4 實驗被試

為了確保實驗結(jié)果的準確性，盡量避免由于駕駛?cè)说鸟{駛經(jīng)驗、駕駛習慣差異等原因?qū)嶒灁?shù)據(jù)產(chǎn)生較大的影響，本次共招募24名被試進行模擬駕駛實驗，包括8名職業(yè)駕駛?cè)?代駕及出租車司機)和16名非職業(yè)駕駛?cè)恕?/p>

2.5 實驗流程

根據(jù)實驗?zāi)康囊约皩嶒瀳鼍霸O(shè)置，每位被試按照以下流程進行模擬駕駛實驗，如圖4所示。

圖4 實驗流程

實驗過程中要求駕駛?cè)吮M可能保持最高限速120km/h的速度穩(wěn)定行駛，實驗場景中每個過渡段放置120km/h的限速標志。實驗場景全程約為16km，駕駛時間需要10min/次/人。每個場景之間相隔2～3km，通過普通路段連接，車輛均在最左側(cè)行駛，遇到車道封閉時，駕駛?cè)俗灾鬟x擇避險繞行。通過每個場景后還需進行主觀問卷調(diào)查。

圖5 被試實驗過程

2.6 實驗數(shù)據(jù)采集

通過填寫的基本信息問卷獲得駕駛?cè)诵彰?、性別、年齡、駕齡等基本信息；通過主觀感受問卷獲得駕駛?cè)藢Σ煌穫?cè)布置形式的主觀評價。

本次模擬駕駛實驗采集到24人次的有效實驗數(shù)據(jù)，其中包括24份車輛運行數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的主觀問卷和基本信息問卷。

圖6 UC-win/Road采集的數(shù)據(jù)文件

3 左側(cè)硬路肩設(shè)置對駕駛行為特性影響分析

根據(jù)調(diào)研分析，不同路側(cè)設(shè)置方式會影響突發(fā)交通狀況下路段的通行能力、安全特性和舒適性。本次以交通安全性和舒適性為目標進行分析。首先，車輛操控參數(shù)直接反映駕駛?cè)嗽诰o急情況下的駕駛行為特征，體現(xiàn)行車安全性和舒適性；其次，安全替代指標也用于評價緊急避險過程中的安全性；此外，駕駛?cè)说闹饔^感受也是重要的評價指標。

3.1 不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置下的車速特性

車輛運行速度是反映道路安全性的重要指標，特別是縱向車速的穩(wěn)定性體現(xiàn)了道路環(huán)境的協(xié)調(diào)性。在模擬駕駛過程中，采集主線靜止車輛上游500m、下游100m范圍的車速。每50m設(shè)為一個斷面(斷面11為停車點)，一共分析了13個斷面的車速。利用SPSS軟件對不同標線段上行駛速度數(shù)據(jù)進行分析，斷面車速分布情況如圖7所示。

圖7 不同路側(cè)設(shè)置方式車輛通過障礙的車速

對比分析發(fā)現(xiàn)：在不設(shè)左側(cè)硬路肩的情形下，車速波動最大，多數(shù)在最內(nèi)側(cè)行駛的小型車都有減小到接近0km/h的車速，在越過障礙物后逐漸加速；而設(shè)置了3m連續(xù)左側(cè)硬路肩情況時，車輛路過前方停駛車輛時車速稍高一些，越過障礙車的車速可達到84km/h。

出現(xiàn)這種結(jié)果的原因主要是：沒有設(shè)置左側(cè)硬路肩時，在遇到極端情形(左側(cè)2車道被占用)，車輛在短時間內(nèi)無法進行較大的車道變換，只能采取減速或停車避讓措施，然后再繞過障礙車。而設(shè)置了左側(cè)硬路肩的情況下，左側(cè)硬路肩可為內(nèi)側(cè)車道上高速行駛的車輛提供必要的避險空間。同時，在遇到極端情形(左側(cè)2車道被占用)，左側(cè)硬路肩可為在內(nèi)側(cè)車道行駛的車輛提供臨時停車避險的地點。從進行的實驗來看，部分駕駛?cè)瞬扇×藦淖髠?cè)繞行的避險行為，而沒有采用向右側(cè)合流，這在特殊情況下，可避免惡性交通事故的發(fā)生?？偟膩碚f，當事發(fā)路段正好有左側(cè)硬路肩時，駕駛績效都較好。

3.2 不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置下的安全替代指標

為研究不同路側(cè)設(shè)置方式下車輛遇到緊急情況的避險特性，本文選取了典型的交通安全替代指標量化分析，如碰撞時間(Time to collision,TTC)體現(xiàn)了車輛與前方車輛距離碰撞所剩的時間，可以表達車輛的安全性能。

在主線左側(cè)車道有車輛停止而實驗車在左側(cè)行駛的情形下，本節(jié)將分析不同的左側(cè)路側(cè)設(shè)置對最小TTC的影響，評價其在交通安全方面的效果。最小TTC是指在一例緊急避險過程中，整個避險時間序列的TTC的最小值，TTC的最小值能夠體現(xiàn)安全裕度，最小TTC越小表明越危險。對不同左側(cè)路側(cè)形式的避險行駛數(shù)據(jù)進行提取分析，統(tǒng)計出各例駕駛最小TTC的位置，如圖8所示。

圖8 不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置下最小TTC點分布

對比分析發(fā)現(xiàn)，在不設(shè)左側(cè)硬路肩的情形下，車輛遇到停駛車輛時，最小TTC均值為1.91s，最小TTC值為0.2s，情況較為危險；設(shè)置了3m左側(cè)硬路肩的情形下，車輛遇到停駛車輛時，最小TTC均值為3.20s，最小TTC值為1.3s，安全狀況有較大的改善。

3.3 不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置下的駕駛負荷

為了分析不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置對駕駛?cè)耸孢m性的影響，采用主觀駕駛負荷測量方法進行分析。駕駛負荷代表了駕駛?cè)藢ν獠凯h(huán)境的實時感知，是其駕駛?cè)蝿?wù)強度的直接體現(xiàn)，也反映了其駕駛過程中舒適程度的高低。

實驗使用NASA-TLX量表進行駕駛?cè)笋{駛負荷的評價。NASA-TLX主觀評定量表是多維的腦力負荷評價量表，共涉及到六個負荷維度，分別是腦力需求、體力需求、時間需求、績效水平、努力程度和受挫程度等。采用10分量表表示各維度的強弱，1分表示最低、10分表示最高，如圖9所示。

圖9 NASA-TLX駕駛負荷量表

模擬駕駛過程中每完成一例駕駛片段，均通過問卷采集駕駛?cè)嗽诘湫蛥^(qū)域的主觀駕駛負荷。針對是否設(shè)置左側(cè)硬路肩兩種場景，分別計算出腦力需求、體力需求、時間需求、績效水平、努力程度和受挫程度等，最后可得出綜合駕駛負荷。

假設(shè)遇到前方停車，統(tǒng)計不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置情形下主觀駕駛負荷發(fā)現(xiàn)：不設(shè)任何路側(cè)形式下，綜合駕駛負荷為8.22，綜合駕駛負荷高；設(shè)置3m硬路肩情況下，綜合駕駛負荷為6.87，綜合駕駛負荷水平相對較低?？偟膩碚f，在遇到兩個車道被占用的情形下，駕駛?cè)颂幚磉@種緊急情形的駕駛負荷都較高，而有左側(cè)路側(cè)空間時，駕駛負荷有較大程度的降低。

表1 不同左側(cè)路側(cè)設(shè)置下的主觀駕駛負荷結(jié)果

4 結(jié)語

本次研究共招募24名被試進行模擬駕駛實驗，研究左側(cè)硬路肩設(shè)置對駕駛行為特性的影響。結(jié)果表明，在不設(shè)左側(cè)硬路肩的情形下，車輛遇到停駛車輛時，最小TTC均值較小，綜合駕駛負荷值較高；設(shè)置了左側(cè)硬路肩的情形下，車輛遇到停駛車輛時，安全狀況得到較大改善，綜合駕駛負荷同樣有較大緩解。

為了提高行車安全性和舒適性，本文建議超多車道高速公路設(shè)置左側(cè)硬路肩。廣深高速公路改擴建工程可行性研究階段已采用該建議。