地下道路橫斷面對駕駛行為的影響

劉 碩，王俊驊，方守恩

（同濟大學 道路與交通工程教育部重點實驗室，上海201804）

隨著城市路網(wǎng)的發(fā)展與交通密度的提高，城市交通地下化開始成為適應現(xiàn)代城市高密度和高強度開發(fā)需要的一個發(fā)展方向.地下道路作為城市道路在地下的延伸，其作用在于引導長距離交通與地區(qū)性交通的分離，采取與常規(guī)交通分離的辦法疏解城市交通密集地區(qū)的交通，使城市各部分建立起快速直接的交通聯(lián)系［1］.由于地下道路環(huán)境的特殊性，不能簡單地將現(xiàn)有的地上道路建設的規(guī)范和經(jīng)驗套用在地下道路上.國內(nèi)外對城市地下道路的研究尚不多，為了保障駕駛的安全性和舒適性，有必要對城市地下道路進行有針對性的研究.

良好的道路設計應該是以道路使用者為中心，有效地降低危險行為產(chǎn)生的風險.而道路線形設計是影響駕駛行為的主要因素之一.車道寬度，側(cè)向凈寬，道路平縱線形都是影響駕駛行為的重要因素［2］.如何綜合研究這些因素對駕駛行為的影響就顯得十分必要.駕駛模擬器能夠快捷地改變道路條件及環(huán)境，獲取大量駕駛?cè)说鸟{駛信息，模擬各種危險的駕駛情況，拓寬了駕駛行為研究的范圍，可以有效地解決這一問題［3］.國內(nèi)外已有很多學者驗證了利用駕駛模擬器研究城市隧道駕駛行為的有效性［4－5］.

車道及道路寬度的增加，車輛有充足的行駛空間，行駛速度和橫向偏移也會增大.而車輛速度和橫向偏移的增大也會提高行車的風險.Wilde發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)舜嬖谀繕孙L險水平，通過改變駕駛操作來縮小主觀風險感受和目標水平之間的差距［6］.較寬的車道會降低主觀風險感受水平，因此駕駛?cè)藭捎酶唢L險性的操作，例如加快速度和增大偏移量.由于城市地下道路的環(huán)境較為單一，超速現(xiàn)象越來越嚴重，由此導致了大量的交通事故.因此，合理的設置地下道路車道寬度成為控制車速，提高行車安全性的有效方法之一.

側(cè)向凈寬為路緣帶與安全帶寬度之和，其作用包括提供側(cè)向余寬、增加行車舒適感、改善彎道處視距、提高行車安全等.城市地下道路受地形、周邊建筑等限制，無法設置較大的側(cè)向凈寬.側(cè)向凈寬小易引起車輛擦碰側(cè)墻事故，增加駕駛?cè)斯ぷ髫摵桑?］；另一方面，會使駕駛?cè)私档蛙囁?，注意力集中而降低風險［8］.

車輛在不同車道上行駛，駕駛行為也存在差異.有研究者發(fā)現(xiàn)地下道路中，左側(cè)和右側(cè)車道的車輛距離側(cè)墻的距離不同，而側(cè)墻對右側(cè)車道車輛的影響大于左側(cè)車道［1］.

以往對于道路橫斷面的研究大都是針對城市地上道路或公路隧道而進行的，而針對道路條件和交通環(huán)境較為特殊的城市地下道路卻不多.一方面，以往的研究多是考慮某單一因素對駕駛行為的影響，未能將各個因素之間的共同作用綜合考慮；另一方面，由于研究手段的局限，以往的研究未能將變量參數(shù)進行很好的控制.本研究通過模擬駕駛的方法，綜合研究以上三個因素對地下道路駕駛行為的影響.

1 試驗方法

試驗共招募了20位持有駕照的受試者（男性12名，女性8名），平均年齡34歲（23～51歲，標準偏差SD為2.4）.14人有使用駕駛模擬器的經(jīng)驗.試驗者在同一場景中試驗兩次，樣本量40.實驗儀器采用同濟大學交通行為與交通安全模擬實驗平臺，具有8自由度運動系統(tǒng)，平臺概況如圖1—4所示.

道路模型采用上海某地下道路的實際線形.隧道模型長度3.6km，單向三車道.主線設計車速40 km·h－1，平曲線最小半徑148m，豎曲線最小半徑1 200 m，最大縱坡5%.車輛模型為常用五座小客車，車身長5m，寬1.8m.在試驗車輛行駛車道上不添加其他仿真車輛，以避免其對試驗者控制車速及軌跡產(chǎn)生影響［9］.為模擬真實的道路環(huán)境，獲取有效的試驗數(shù)據(jù)，在另兩條車道添加自由流交通流.

試驗包括三個自變量，車道寬度，側(cè)向凈寬，車輛位置.變量取值主要參考了我國《城市道路工程設計規(guī)范》（CJJ37—2012）和法國CETU（Centre d’etude des tunnels）中的相關(guān)規(guī)定.變量取值及試驗場景見表1.每個場景包括左、中、右車道三組試驗.圖5列舉了不同變量組合下，同一位置的駕駛?cè)艘暯菆鼍?

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圖5 不同組合下的駕駛?cè)艘暯荈ig.5 Examples of road projected from driver view

系統(tǒng)連續(xù)采集車輛行駛速度和橫向偏移等信息，采集頻率為10Hz.橫向偏移為車輛中心與車道中心線之間的距離.偏移值為0，表明車輛在車道中心線上行駛；車輛中心位于車道中心線左側(cè)，偏移值為正值，反之為負.試驗結(jié)束受試者填寫問卷，問卷內(nèi)容包括駕駛?cè)嘶A信息、主觀影響評價等.按照主觀感知影響程度大小，評價標準分為三級：1分－影響較?。?分－有一定影響；3分－很大影響.

試驗包括4個階段：試驗指示，試駕15 min，模擬駕駛試驗，填寫問卷.其中，試駕練習一方面幫助駕駛?cè)耸煜ゑ{駛模擬器的各項操作，一方面能有效消除不具有模擬器駕駛經(jīng)驗的受試者與其他受試者的差別.受試者被要求根據(jù)道路環(huán)境條件，保持安全、合理、舒適的速度駕駛，盡可能不變道.為消除學習效應的影響，11個場景隨機排序.每一場景結(jié)束時安排短暫休息，保證駕駛?cè)瞬粫捎陂L時間試驗疲勞駕駛.

2 試驗結(jié)果分析

2.1 車速

2.1.1 車道寬度對速度的影響

單因素方差分析（one－way analysis of variance）結(jié)果顯示車道寬度對平均車速有顯著性影響（F檢驗：F＝1 234.369，顯著性水平P＜0.01）.如圖6所示，通過箱型圖比較不同車道寬度下平均車速的變化趨勢，車道寬度不超過3.75 m 時，車速與車道寬度呈正相關(guān).隨著車道寬度的增加，平均車速、最高車速及85位車速均不斷增大.車道寬度3.75m 時，平均車速最大，達到88km·h－1.車道寬度2.85m時，平均車速最小，為60.01km·h－1.

2.1.2 車道位置對車速的影響

圖6 車速分布箱型圖Fig.6 Box－plot of speed distribution

車輛在不同車道上的行駛速度存在差異，而在不同車道寬度下這種差異的顯著性也表現(xiàn)出不同.以側(cè)向凈寬0.75m為例，車道寬度較小時，車道位置對平均車速有顯著性影響；車道寬度較大時，左中右三條車道上的平均車速差別不大.方差分析（ANOVA）結(jié) 果 分 別 為2.85m（F＝211.67，P＜0.01），3m（F＝169.78，P＜0.01），3.25 m（F＝12.30，P＜0.01），3.5 m（F＝0.90，P＝0.41），3.75m（F＝2.53，P＝0.11）.從圖7 可以看出，大部分情況下，左側(cè)車道的平均車速最高，中間車道的平均車速最低.尤其當車道寬度為2.85 m 和3 m時，不同車道的平均車速差異性很明顯.隨著車道寬度增加，這種差異性逐漸降低.通過綜合對比分析車速和橫向偏移，可以發(fā)現(xiàn)當車道較窄時，兩側(cè)車道的駕駛?cè)藭栌脗?cè)向凈寬中的安全帶進行駕駛，而中間車道的車輛受兩側(cè)車道的限制，有效行車空間相對較小，因而車速較慢.當車道變寬，兩側(cè)車道的駕駛?cè)藘A向于按車道標線行駛，越線行為減少，此時，三個車道的有效行車空間基本相同，因而車速的差異較小.

圖7 三個車道的平均車速Fig.7 Effect of lane position on average speed

2.1.3 側(cè)向凈寬對車速的影響

側(cè)向凈寬對中間車道的平均車速無顯著性影響（F＝1.17，P＝0.35），而對左側(cè)車道（F＝242.32，P＜0.01）和右側(cè)車道（F＝387.15，P＜0.01）的車速存在顯著性影響.圖8顯示了各側(cè)向凈寬下兩側(cè)車道的平均車速.可以看出，駕駛?cè)嗽谳^寬的側(cè)向凈寬下會保持較高的行駛速度，這一現(xiàn)象類似于車道寬度對車速的影響.而觀測數(shù)據(jù)表明，當車道和側(cè)向凈寬增加相同的寬度時，車道寬度對車速影響更加明顯.

圖8 不同側(cè)向凈寬下的平均車速Fig.8 Effect of lateral clearance on average speed

2.2 橫向偏移

2.2.1 車道寬度對橫向偏移的影響

ANOVA 結(jié)果顯示車道寬度對車輛的橫向偏移有顯著性影響（F＝96.93，P＜0.01）.根據(jù)上述橫向偏移的定義，偏移值超過車道寬度的一半則表明車輛駛?cè)肓讼噜徿嚨?如圖9所示，車輛在橫向上的位置分布服從正態(tài)分布，橫向偏移范圍隨車道寬度的增加不斷增大.

2.2.2 車道位置對橫向偏移的影響

不同車道上車輛的橫向偏移有顯著性的差異（F＝216.17，P＜0.01）.在大部分情況下，左側(cè)車道和中間車道的橫向偏移值為負，即駕駛?cè)藘A向于沿著車道中心線偏右的位置行駛.而右側(cè)車道的橫向偏移值為正，即駕駛?cè)烁鼉A向于沿著車道中心線偏左的位置行駛.因此，橫向位置的分布并不是以車道中心線為中心，原因包括：第一，道路線形的影響.通常情況下，左彎處，車輛位于車道中心線右側(cè)，偏移值為負，相反，右彎處偏移值為正.當左彎與右彎的數(shù)量或長度不同時，車輛橫向偏移的均值不為0；第二，側(cè)墻的影響.當側(cè)向凈寬較小時，受試者傾向于遠離側(cè)墻行駛；第三，駕駛座位于車輛的左側(cè)，駕駛?cè)藢ψ髠?cè)環(huán)境的判斷相對于右側(cè)更加準確，因此會更靠近左側(cè)的標線或障礙物行駛.觀測結(jié)果同時顯示當車道寬度較窄時，在兩側(cè)車道行駛的車輛會遠離側(cè)墻行駛，隨著車道寬度的增加，車輛的橫向分布會更加均勻，橫向偏移的均值逐漸接近0.又如圖10所示，中間車道的橫向偏移范圍最大，而右側(cè)車道橫向偏移范圍最小.

2.2.3 側(cè)向凈寬對橫向偏移的影響

ANOVA 結(jié)果顯示側(cè)向凈寬對中間車道的橫向偏移沒有顯著性影響（F＝2.17，P＝0.12），但對左側(cè)車道（F＝66.17，P＜0.01）和右側(cè)車道（F＝45.31，P＜0.01）有較為顯著的影響.隨著側(cè)向凈寬的增大，兩側(cè)車道車輛的橫向偏移范圍會增大（圖11），分布也會更加均勻.此現(xiàn)象跟車道寬度的影響相似，但影響程度較小.

圖11 側(cè)向凈寬與橫向偏移范圍Fig.11 Effect of lateral clearance on lane deviation range

2.3 主觀客觀評價

2.3.1 主觀評價

主觀問卷結(jié)果顯示，所有受試者均認為車道寬度對主觀安全感知有很大影響.車道寬度影響程度平均得分2.85分（滿分3分）.有四分之三受試者認為側(cè)向凈寬會影響他們進行速度和軌跡的決策，影響程度平均得分2.25分.然而，只有不超過20%的駕駛?cè)苏J為在不同車道上行駛會對他們的駕駛行為產(chǎn)生影響，平均得分只有1.3分.然而，將上述車速及橫向偏移的分析結(jié)果和對駕駛?cè)酥饔^感知進行對比，可以看出駕駛行為有時與駕駛?cè)说闹饔^感知并不一致.

2.3.2 客觀評價

根據(jù)車輛與標線相對的位置關(guān)系，將車輛橫向運行狀態(tài)分為三種情況：車道內(nèi)正常行駛，壓線行駛，跨線行駛.分類標準見表2.表中，ld為橫向偏移，m；lw為車道寬度，m；vw為車輛寬度，m，取1.8m；mw為標線寬度，m，取0.15m.

各場景中，駕駛?cè)藟壕€行為和越線行為所占的比例如圖12所示.陰影部分為壓線行駛，方格部分為越線行駛.由圖12a可知，車道寬度越寬，駕駛?cè)藟壕€和越線行為越少，當車道寬度為3.75 m，幾乎沒有越線行為的發(fā)生.由圖12b 所示，側(cè)向凈寬增大，也會降低越線行為發(fā)生的比例，但對壓線行為的影響則不大.由圖12c可知，中間車道壓線行為所占比例最高，但越線行駛的比例卻最低.兩側(cè)車道相比，右側(cè)車道發(fā)生壓線和越線行為的比例更低.

表2 橫向偏移狀態(tài)Tab.2 Three levels of lane deviation

圖12 各條件下橫向偏移行為的比例Fig.12 Effects on lateral behavior，for lane width，lateral clearance and lane position

3 討論與結(jié)語

本試驗旨在研究地下道路橫斷面設計中三個要素（車道寬度，車道位置，側(cè)向凈寬）對駕駛行為的影響.為綜合考慮這些因素的作用，本研究采用多因素完全隨機實驗法，在11個場景中進行了模擬駕駛試驗.

試驗結(jié)果表明車道寬度，車道位置，側(cè)向凈寬對車輛速度和橫向偏移均產(chǎn)生影響.車道變寬時，駕駛?cè)擞谐渥愕臋M向空間，更安全的主觀感知；同時車速增加，橫向偏移范圍擴大，行車風險提高.當車道寬度為3m 時，平均車速超過60km·h－1.此結(jié)果與現(xiàn)實地下道路環(huán)境中行車速度較為吻合.我國現(xiàn)行《城市道路工程設計規(guī)范》（CJJ37—2012）中規(guī)定一條機動車車道最小寬度為3.25m.針對目前地下道路頻發(fā)的超速行駛的現(xiàn)象，合理地選擇車道寬度、提高設計車速、完善道路安全設施就顯得十分重要.側(cè)向凈寬對兩側(cè)車道的行車特征影響較大.側(cè)向凈寬較窄時，駕駛?cè)藘A向于遠離側(cè)墻行駛，甚至駛?cè)胫虚g車道.隨著側(cè)向凈寬變寬，車輛平均行駛軌跡逐漸接近車道中心線，橫向偏移危險行為的比例降低，駕駛?cè)擞懈踩闹饔^感受；同時，駕駛?cè)吮３州^快的車速和較大的橫向偏移范圍.兩者的影響趨勢相似，但車道寬度比側(cè)向凈寬對駕駛行為的影響更為顯著.這說明地下道路中，駕駛?cè)藘?yōu)先依靠識別道路標線的位置進行行車軌跡的決策，其次才是依據(jù)側(cè)墻和車輛之間的距離.研究還發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)酥饔^感知與其駕駛行為存在不一致的現(xiàn)象.盡管不同車道上，車輛的運行特征差異性顯著，但僅有少數(shù)駕駛?cè)苏J為車道位置對行車有影響.試驗結(jié)果表明不同車道存在一定的速度差，這一結(jié)論為地下道路車道組合提供了依據(jù).一方面可以通過分車道限速或適當降低左側(cè)車道限速來確保行車安全，也可以適當增加中間車道的寬度來減小其與兩側(cè)車道的速度差.另一方面，可以通過設計合理的路側(cè)環(huán)境及設置震蕩標線等安全設施，有效地平衡各車道的車速.

下一階段的研究中，將綜合考慮道路線形、車輛類型、駕駛?cè)塑嚨肋x擇、換道及跟馳行為等因素的影響，進一步研究城市地下道路中駕駛行為的特性.

綜上所述，本文研究了城市地下道路橫斷面設計對駕駛?cè)怂俣冗x擇及行車軌跡決策的影響，并為城市地下道路橫斷面設計提出了建議，為地下道路設計規(guī)范相關(guān)內(nèi)容的完善提供了理論依據(jù).

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