【文章內(nèi)容簡介】 在運行車速、車輛穩(wěn)定性、線形指數(shù)設計、駕駛員工作負荷等領域。最初的道路設計一致性研究方法來源于美國聯(lián)邦公路局的早期研究“鄉(xiāng)村雙 車道公路的平面線形設計一致性”，其核心成果是開發(fā)了基于平面線形指標的設計一致性分析模型，這是一個速度斷面圖模型（ Speed Profile Mode）。隨后又進行了拓展研究，除了繼續(xù)拓展速度斷面圖模型以外，還研究了另外三種一致性分析方式，即速度分布法（ Speed Distribute Measure）、線形指數(shù)法（ Alignment Indices）、駕駛工作量與視線需求法（ Driver Workload/Visual Demand）。這三種方法已得到廣泛的認可。 Leisch方法是在美國最早建立并被用來評 價道路平面縱面幾何線形一致性的方法。這種方法認為，只單獨使用設計速度作為道路設計的控制原則會導致非期望幾何設計的出現(xiàn)。 Leisch方法是基于平均速度變化的。它主要是根據(jù)路線平面及縱斷面路況估計小客車及大貨車的可能平均速度（經(jīng)過研究得到一系列不同設計標準以及線形條件下小客車與大貨車的平均速度估計值），將其繪制成車速變化圖，再根據(jù)其評價準則，確定線形上的速度是否達到設計一致性 [4]。 瑞士使用一個理論速度模型用于分析平面線形的一致性。這種方法類似于美國的Leisch方法，它使用速度分布圖解法去鑒別項目設計速度上 的突然變化（這里的項目設計速度概念與運行車速相似）。速度分布圖中使用速度圖解表示出道路設計不一致性的位置。 德國使用運行車速控制道路的設計標準，其定義的運行車速反映的是干燥和潮濕路面狀況下自由流狀態(tài)客車的分位車速。與美國的 Leisch方法以及瑞士方法對比，在德國的設計指南中使用不同方法。德國所采用的曲率變化率 (CCRs)方法指標去描述整體路段線形，并避免位于同一路段間運行車速的突變 (不一致性的表現(xiàn) )。研究發(fā)現(xiàn) :在具有相似特性的路段長度上，當運行車速相對恒定時它與曲率變化率具有很強的相關性。與曲率變化率相關的 運行車速的列線圖將用于預測路段的運行車速。德國設計指南中規(guī)定任何給定路段的預測運行車速應不超過其設計速度 12mph，并且要求兩個連續(xù)路段之間的運行車速差允許的最大限制值為 6mph，以確保道路設計的一致性，并提供一個整體平衡設計。如果對于特定的路段不能達到這一要求，平面線形設計必須進行調(diào)整 [4]。 目前國際上發(fā)布的唯一的、專門的、系統(tǒng)化的道路安全設計的計算機應用系統(tǒng)是美國 8 的交互式道路安全設計模型 IHSDM， 該模型除了評價已建成道路的安全狀況之外 ,主要用于對設計方案進行安全評價 ,目的是在方案設計階段盡可能消除安 全隱患 ,減少道路建成以后交通事故的發(fā)生和道路改建的費用。 IHSDM的核心思想是將整個道路安全評價系統(tǒng)分為 8個子模塊 (如圖 3,紅色模塊表示還未開發(fā)），設計者用 CAD軟件完成公路平、縱、橫設計，從 8個方面進行全面評價 ,然后再用 CAD調(diào)整設計方案 ,使之符合道路安全審計規(guī)范。目前網(wǎng)上公布的最新版本是（ 2021， ），本文介紹的版本是（ 2021， ），僅適用于鄉(xiāng)村雙車道公路。 IHSDM是目前比較領先的交互式評價道路安全性能的工具，已經(jīng)在很多國家應用了隨著人們的不斷研究，它也在不斷地完善。 政 策 評 價 P R M事 故 預 測 C P M交 叉 口 評 價 I R M交 通 流 分 析 T A M道 路 設 施車 輛 動 態(tài) 分 析I H S D M模 型設 計 一 致 性 D C M駕 駛 員 心 理初 步 設 計方 案最 終 設 計方 案 圖 3 IHSDM模型結(jié)構圖 設計一致性模塊 DCM（ Design Consistency Module） 利用美國雙車道公路微觀仿真軟件 （ TWOPAS） ，擬合駕駛員在某一路段的真實行車狀態(tài)得到不同路段的車速斷面圖。 它包括車速的一致性分析、線形一致性分析等內(nèi)容，其核心內(nèi)容就是預測設計元素上的運行速度 V85，根據(jù)評價標準來判定道路是否連續(xù)， 實現(xiàn)對道路設計的一致性安全分析。 （ 1） DCM工作原理 [16] 1）評價標準 Nicholson指出：人們所看到的車速變化，實質(zhì)上是幾 何線形設計上的非連續(xù)性表現(xiàn)。1999年 Lamm等人推薦了連續(xù)性評價標準（如表 3），這一標準已通過 Anderson等人實際碰撞資料（ 1999年，實驗 5287次）所證實。 9 表 3 連續(xù)性評價標準 評價結(jié)果 標準一 標準二 標準三 好 V85－ Vd≤ 10km/h △ V85≤ 10 △ fR＝ fR－ fRD≥ 中 10＜ V85－ Vd≤ 20km/h 10＜△ V85≤ 20 － ≤△ fR＜ 差 V85－ Vd＞ 20km/h △ V85＞ 20 △ fR＜ － 2）基本假設： ○ 1 車速只受線形變化的影響； ○ 2 不考慮緩和曲線的影響，加減速度發(fā)生在圓曲線之外，在圓曲線上車速保持不變； ○ 3 在長直線上的車速可以達到期望車速 3）預測模型 ○ 1 車速預測模型（如表 4） ○ 2 加減速度預測模型（如表 5） 美國聯(lián)邦局通過調(diào)查美國 Minnesota, New York, Pennsylvania, Oregon, Washington,和 Texas6個洲 176個地點得到 大量的數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析建立的模型。 表 4 運行車速預測模型 編號 線形條件 預測模型 R2 均方差誤差 1 平曲線上 有坡度 9%＜ G＜ 4% V85=－ R 2 4%＜ G＜ 0% V85=－ 3 0%＜ G＜ 4% V85=－ R 4 4%＜ G＜ 9% V85=－ 5 平曲線與凹豎曲線相連 V85=－ 6 平曲線與凸豎曲線相連 無視距限制 見注釋 N/A N/A 7 平曲線與凸豎曲線相連 有視距限制（即 K＜ 43m/%） V85=－ R 8 直線與凹豎曲線相連 V85=期望車速 N/A N/A 9 直線與凸豎曲線相連 無視距限制（即 K＜ 43m/%） V85=期望車速 N/A N/A 10 直線與凸豎曲線相連 有視距限制（即 K＜ 43m/%） V85=－ *注釋：選擇公式 1或 2（下坡）和公式 3或 4（上坡）預測的最低車速 10 表 5 加減速度預測模型及其評價標準 減速度（ m/s2） 線形條件 加速度（ m/s2） 速度斷面圖 半徑 R（ m） d 1 ～ 4 有坡度的平曲線 9%＜ G＜ 9% 半徑 R（ m） a R＞ 436 R＞ 875 175＜ R＜ 436 － R 436＜ R＜ 875 250＜ R＜ 436 R＜ 175 175＜ R＜ 250 5 平曲線和凹豎曲線相連 同 1～ 4 6 平曲線和凸豎曲線相連 無視距限制 同 1～ 4 7 平曲線和凸豎 曲線相連 有 視距限制（即 K＜ 43m/%） N/A 8 直線和凹豎曲線相連 N/A N/A 9 直線和凸豎曲線相連 無視 距限制（即 K＞ 43m/%） N/A 10 直線和凸豎曲線相連 有視 距限制（即 K＜ 43m/%） 設計一致性（所有線形條件） ～ 好 ～ ～ 一般 ～ ＞ 差 ＞ 4）評價結(jié)果輸出 評價結(jié)果輸出包括圖表和評價報告兩個部分。其中圖表是沿著幾何線形不斷變化的速度模型（如 圖 4），小旗表示評價路段在評價標準里屬于的級別，如紅色表示該路段為第三級屬于線形連續(xù)性較差的路段存在嚴重的安全問題。 圖 4 設計一致性模塊輸出結(jié)果圖 （ 2） DCM分析 1） DCM優(yōu)點： DCM比較直觀的輸出了線形設計非一致性的路段，標出了存在安全問題 11 和隱患的路段，有利于道路的不良路段及時得到改善，在評價線形安全性方面得到了極大的成就。 2） DCM缺點：速度方面，速度的預測值和實測值之間有著較大的差異，另外它沒有考慮緩和曲線的作用等。加減速度方面，豎曲線和平縱組合曲線上的加減速度變化規(guī)律有待進一步研究。 2． 1． 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 交通安全在我國主要是以高等院校為主的學者從理論體系的角度引入道路交通評價的理念，并著手開展理論與應用研究。如北京工業(yè)大學開發(fā)了基于 windows操作系統(tǒng)的道路安全設計研究系統(tǒng)，從機理層面上分析各線形設計要素及各元素組合作用對事故的影響運用統(tǒng)計分析手段建立了線形元素對事故的預測模型借助計算機的輔助手段，實現(xiàn)了道路設計的安全水平量化的算法，并為整體的研究提供了數(shù)據(jù)維護、成果轉(zhuǎn)換的集成的環(huán)境。該研究系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)“基礎數(shù)據(jù)庫調(diào)用”、“輔助統(tǒng)計研究子系統(tǒng)”以及“輔助機理研究子系統(tǒng)”構成 [6]。同濟大學郭忠印教授及其課題組多年來也一直致力研究道路線形與道路交通安全的關系。 1995年該課題組在國內(nèi)率先對道路安全進行系統(tǒng)的研究，首先開展的是道路安全評價和道路黑點鑒別與改善技術的研究 [7]。 交通部自 1999年起開始委托有關單位進行公路交通安全方面的研究 ,已經(jīng)頒布了適用于高速公路和一級公路的《公路項目安全性評價指南》 (JTG/TB052021)。 目前國內(nèi)基于高速公路的車速預測模型和安全評價的研究已取得一定的成果。如北京工業(yè)大學王廣山碩士論文《高速公路設計一致性評價模型研究》，從高速公路交通事故規(guī) 律以及公路幾何線形關系入手，研究了高速公路設計一致性對道路安全的影響，并建立的相關評價模型。北京工業(yè)大學的陳永勝博士論文《高速公路安全設計基礎理論及關鍵技術研究》，首先研究了道路安全設計的原理，然后給出了道路安全水平的量化模型。但基于雙車道公路車速預測和安全評價體系就相對較少，主要有長安大學徐道涵《雙車道公路線形安全評價研究與應用》，提出了雙車道公路線形安全評價子課題，評價指標主要有線形指標、速度指標、經(jīng)濟學指標、駕駛員負荷指標、側(cè)向摩阻力指標和環(huán)境指標等六個方面，采用綜合模糊評價方法，將線形安全評價體系應 用到基于 ADAMS仿真安全評價試驗。同濟大學杜博英等人《我國雙車道公路車速、事故率建模方法研究》，提出了我國雙車道公路運行車速一致性預測模型。 我國正處于開始全面關注和系統(tǒng)研究道路安全問題這樣一個機遇之中，但目前我國學者對于道路線形與交通安全關系的研究相對比較少，更沒有提出較為完善的道路線形安全 12 評價體系。因此對于評價道路線形安全的研究工作急待進一步深入研究。 2． 2 車速一致性理論分析 2． 2． 1 車速理論概述 與道路交通安全相關的車速主要有設計車速，運行車速和期望車速，下面就對這三種車速及其相互關系進行 分析。 （ 1）設計車速 Vd。設計車速即計算行車速度，是指汽車條件良好、公路設計要素均起控制作用的情況下安全行駛于給定路段時的允許速度。設計車速是一個設定值，通常作為通用基礎參數(shù)用于規(guī)定一個路段的最低設計標準。它是公路技術標準的主要指標之一，是控制公路幾何線形、視距、超高、加寬等設計要素最低標準的核心指標，一條公路的設計車速確定后，相應的最小圓曲線半徑、超高、最大縱坡、坡長等指標也就隨之確定了 [9]。 從 20世紀 50年代我國開始引入設計速度的概念至今，基于設計速度的路線設計方法已被所有設計人員所掌握。但是，經(jīng) 過多年來的實踐發(fā)現(xiàn)，這種設計方法本身存在一定的缺陷。因為設計速度對一特定路段而言是一個固定值，用于規(guī)定某一路段的最低設計標準，但在實際的駕駛行為中，沒有一個駕駛員自始至終地去恪守這一固定車速。實際的行駛速度總是隨著公路線形、車輛動力性能及駕駛員特性等各種條件的改變而變化。只要條件允許，駕駛者總是傾向于采用較高的速度行駛。 經(jīng)過多年的設計實踐 ,國內(nèi)外的設計發(fā)現(xiàn)這種設計方法存在一些不足： 1）線形設計要素與實際行車速度不相容。 2）線形設計要素之間不相容。 3）線形的行車速度標準不一致。 （ 2）運行車速 V85。運 行車速是指中等技術水平的司機在良好的氣候條件、實際道路狀況和交通條件下所能保持的安全車速。運行車速是一個隨機變量，不同的駕駛員在行駛過程中隨車輛及行車路段的不同，其行車速度是不相同的。實際中通常用自由交通流狀態(tài)下各類小汽車在車速累計分布曲線上第 85位百分點的車輛行駛速度 V85來表征，將它作為確定限制汽車最大運行車速的依據(jù)，即 V運行 ≤ V85[10]。 國外通過大量的實況速度調(diào)查，將運行速度作為公路連續(xù)性設計的依據(jù)，并且采用 V85作為運行速度進行線形設計，可以滿足各指標取值協(xié)調(diào)和線形設計均衡的基本要求。以運行速 度概念為基礎來研究、解決道路線形設計具有以下優(yōu)點 [11]: 1)避免了設計速度作為一個固定值并用來進行公路線形設計的盲目性和不具體性； 13 2)運行速度是從實測數(shù)據(jù)中確定的，依據(jù)運行速度確定的線形設計要素滿足了車輛的行駛要求，解決了設計要素間的相容問題； 3)考慮了影響實際行駛車速的各種因素，如道路本身條件、駕駛員、汽車、路側(cè)自然景觀和環(huán)境等因素。因此，利用運行速度來研究道路線形問題，更加科學，考慮的因素也更加全面； 4)通過速度變化控制原則，保證各路段速度的一致性，不會出現(xiàn)速度突變點，從而保證公路線