双车道干线公路交通安全设计关键技术研究

时间：2024-07-28

任炜

(新疆新纪元公路设计有限责任公司乌鲁木齐市 830000)

0 引言

在我国交通运输经济发展速度加快的背景下，公路建设里程不断增长，据交通运输部发布的统计公报显示[1]，我国的公路建设里程已达501.41万公里，其中二级到四级公路总里程达到441.51万公里，占比高达88.01%。此类公路建设常采用双车道形式，在城乡居民车辆保有率不断提高的影响下，交通事故压力也在随之加剧，现已成为严重的社会问题。因此针对交通事故发生的潜在特点和内在缘由进行分析，并针对双车道干线公路设计工作提出安全性建议是亟待解决的重要问题。

在交通事故发生的特点及缘由研究分析方面，国内外已有诸多经验：本世纪初，Nancy等人就针对载货车辆的起火事故发生缘由展开过分析讨论[2]，其中也有驾驶员因素对车辆事故发生的影响研究，包括其操作熟练度以及驾驶时长等[3]；刘咏梅[4]在统计分析交通事故特征的基础上，针对道路、人员以及车辆等因素进行探讨，认为交通事故的发生源自其中某一或两种因素的失调导致；此外也有专家学者集中于道路条件本身的路口参数设置对事故率影响规律、时间节点对事故率影响规律以及公路横断面形式对事故率影响规律等某单一因素进行研究。在针对超车行为引起交通事故发生的研究分析方面，周泽民等[5]认为在双车道干线公路场景，如遇交通量较大时段且有一定量的慢速行驶车辆，驾驶人员借用对向车道超车行为容易失败，在多次失败后易引起驾驶员心理焦躁从而导致强行超车，引发事故发生；伍光祥等[6]综合运动学、交通学以及统计学原理，提出了一种有效控制超车视距的计算方案。

综上所述，针对交通事故发生特点及缘由的分析已有一定基础，但现有研究在分析过程中未能有效结合事故特点和缘由提出针对性的处理方法，而在针对超车行为引发的事故分析研究方面则主要着眼于视距分析角度，未能做到全面性分析。因此，本文针对交通事故发生潜在特点进行系统统计，在此基础上分析事故发生内在缘故，着眼于超车问题提出交通安全设计关键技术理论并进行深入分析。研究成果可为双车道干线公路的交通安全设计提供理论指导，从而减少事故发生率。

1 交通事故特点分析

1.1 事故类型分析

常见的交通事故类型有碰撞固定物、车辆间碰撞(包括车辆正面碰撞、侧面碰撞以及追尾碰撞等)、翻车和其他等。针对甘肃省某双车道干线公路在2019年度发生的交通事故按照上述事故类型进行分类统计，如图1所示。

图1 事故类型占比分析图

可发现，车辆正面碰撞占据双车道公路中车辆事故发生类型中的31.20%，之所以车辆正面碰撞比率最高，是源于双车道公路的公路设计特征，驾驶员经常借用对向车道进行超车操作，双向车流将发生频繁会车。如果在超车时对与对向车辆的车距判断出现偏差，则极易发生正面碰撞的交通事故。尤其是在双车道公路交通量较大以及超车视距不合理时，发生车辆正面碰撞的概率会显著提升。车辆侧面碰撞占据了双车道公路中车辆事故发生类型中的23.50%，这主要是源于平面交叉口的路权设置不明确、视距受限等。

1.2 事故时刻分析

双车道公路交通事故发生时刻可划分为两大类，一类是将一天划分为多个时段，另一类则是将事故统计按照一年中的12个月份来统计，针对上述双车道干线公路事故发生时刻分别进行统计，统计结果如下：

(1)将一天中的7时至19时按每小时一个区间进行划分、将交通事故发生量较少的19时至次日7时进行合并分析，统计如图2所示。

图2 每天平均事故小时分析图

可以发现，交通事故的发生数量占比情况有着两个明显的高峰，分别是早高峰7时至8时阶段以及晚高峰17时至19时阶段。在这两个时刻阶段的车流量相对较大，常发生车辆缓行的情况，驾驶员容易作出超车行为，这也直接引起了交通事故发生量的增加。

(2)将时刻按照一年中的12个月份进行划分，分析各时刻交通事故发生比例，分析结果如图3所示。

图3 每年平均事故月份分析图

可以发现，交通事故发生的季节性特征较为明显，在夏季和冬季车辆事故发生比例最高。在8月至9月，主要是源于高温天气常易引起车辆机械故障，同时高温也易导致驾驶者烦躁、乏力；在1月至2月则是主要源于返乡季节双车道公路车流量明显增大以及公路路面结冰等问题。

2 事故原因分析

针对双车道干线公路交通事故发生的内在原因进行深入分析，主要体现在驾驶员自身和道路条件两个方面。

2.1 驾驶员行为分析

针对引发交通事故发生当事驾驶者的行为特征进行统计，结果如图4所示。

图4 当事驾驶员行为分析图

可以发现，未保持安全距离是引发双车道公路交通事故的最主要因素，而未保持安全距离很大程度上就体现在超车时的车距判断上。

2.2 道路条件分析

针对引发交通事故的道路条件进行分析，主要集中于公路平曲线设置及纵坡坡度设置两个方面，分别见图5～图6。其中曲率(单位：1/km)为平曲线半径(单位：km)的倒数。

图5 平曲线曲率的影响分析图

图6 纵坡坡度的影响分析图

可以发现，双车道公路的平曲线曲率超过10以后，车辆事故率骤然提升，这表明过大平曲线曲率能显著增加车辆事故发生率；而当双车道公路的坡度超过7%后，车辆事故率同样提升明显。

3 交通安全设计关键技术分析

针对上文所得出的结论，针对双车道公路的车辆超车安全性不足问题，对交通安全设计关键理论技术进行深入分析，主要体现在视距理论分析和公路平曲线理论分析两方面。

3.1 视距理论分析

在双车道公路实施超车行为，主要可划分为三个阶段，其具体示意图见图7。

图7 超车过程示意图

(1)压线跟随阶段。后方车辆实施超车行为时，会被前方车辆的视线遮挡作用所限制，因此需转移至对向车道以增加视线角度，观察对向车辆距离并判断能否实施超车行为。在这一过程中往往伴随着压线行为，称为压线跟随阶段。

(2)提速超越阶段。当驾驶人员判断认为可以实施超车行为时，将会提速将车辆行驶至对向车道，并超越原本前方车辆。

(3)匀速返回阶段。当完成原本前方车辆的超越行为后，驾驶人员将恢复原本行车速度，并在观察确认安全后回到原车道。

因此，在设计过程中须保证具备超车视距，超车视距与双车道公路的设计时速相关，具体应参照表1所示。

表1 超车视距参照表

为满足超车视距的设置要求，在双车道干线公路设计过程中需要遵循“3min超车理论”，即车辆在以设计速度行驶3min内应确保有一可超车路段，经过换算后的对应超车路段长度如表2所示。

表2 超车路段长度参照表

3.2 公路曲线理论分析

在双车道公路平曲线设计过程中应充分考虑超车视距的设计要求，最小超车视距与平曲线半径间的关系如图8所示。

图8 转弯超车过程示意图

首先明确超车视距Sc与超车轨迹半径Rs和横净距h之间的关系如式(1)和式(2)所示：

(1)

(2)

考虑到：

(3)

经换算后可以得到：

根据上述计算公式，以双车道公路的单车道宽度作为横净距，即h取3.75m；超车视距Sc取表1中拟定的数值，根据不同设计时速分别进行取值计算；此时等式中仅剩余一个未知数，即超车轨迹圆曲线半径Rs，最终得到不同设计时速对应的圆曲线半径设计值。该等式为一元五次计算等式，可利用matlab对上式进行迭代数据计算，可得出具体数值，如表3所示。

表3 圆曲线半径参照表