【文章內(nèi)容簡介】 在運(yùn)行車速、車輛穩(wěn)定性、線形指數(shù)設(shè)計(jì)、駕駛員工作負(fù)荷等領(lǐng)域。最初的道路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)一致性”，其核心成果是開發(fā)了基于平面線形指標(biāo)的設(shè)計(jì)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(jìn)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(rèn)可。 Leisch方法是在美國最早建立并被用來評 價(jià)道路平面縱面幾何線形一致性的方法。這種方法認(rèn)為，只單獨(dú)使用設(shè)計(jì)速度作為道路設(shè)計(jì)的控制原則會導(dǎo)致非期望幾何設(shè)計(jì)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(jì)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及線形條件下小客車與大貨車的平均速度估計(jì)值），將其繪制成車速變化圖，再根據(jù)其評價(jià)準(zhǔn)則，確定線形上的速度是否達(dá)到設(shè)計(jì)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(xiàng)目設(shè)計(jì)速度上 的突然變化（這里的項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度概念與運(yùn)行車速相似）。速度分布圖中使用速度圖解表示出道路設(shè)計(jì)不一致性的位置。 德國使用運(yùn)行車速控制道路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其定義的運(yùn)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(shè)計(jì)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(biāo)去描述整體路段線形，并避免位于同一路段間運(yùn)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(dāng)運(yùn)行車速相對恒定時(shí)它與曲率變化率具有很強(qiáng)的相關(guān)性。與曲率變化率相關(guān)的 運(yùn)行車速的列線圖將用于預(yù)測路段的運(yùn)行車速。德國設(shè)計(jì)指南中規(guī)定任何給定路段的預(yù)測運(yùn)行車速應(yīng)不超過其設(shè)計(jì)速度 12mph，并且要求兩個連續(xù)路段之間的運(yùn)行車速差允許的最大限制值為 6mph，以確保道路設(shè)計(jì)的一致性，并提供一個整體平衡設(shè)計(jì)。如果對于特定的路段不能達(dá)到這一要求，平面線形設(shè)計(jì)必須進(jìn)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(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是美國 8 的交互式道路安全設(shè)計(jì)模型 IHSDM， 該模型除了評價(jià)已建成道路的安全狀況之外 ,主要用于對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行安全評價(jià) ,目的是在方案設(shè)計(jì)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(fèi)用。 IHSDM的核心思想是將整個道路安全評價(jià)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(shè)計(jì)者用 CAD軟件完成公路平、縱、橫設(shè)計(jì)，從 8個方面進(jìn)行全面評價(jià) ,然后再用 CAD調(diào)整設(shè)計(jì)方案 ,使之符合道路安全審計(jì)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(lǐng)先的交互式評價(jià)道路安全性能的工具，已經(jīng)在很多國家應(yīng)用了隨著人們的不斷研究，它也在不斷地完善。 政 策 評 價(jià) P R M事 故 預(yù) 測 C P M交 叉 口 評 價(jià) I R M交 通 流 分 析 T A M道 路 設(shè) 施車 輛 動 態(tài) 分 析I H S D M模 型設(shè) 計(jì) 一 致 性 D C M駕 駛 員 心 理初 步 設(shè) 計(jì)方 案最 終 設(shè) 計(jì)方 案 圖 3 IHSDM模型結(jié)構(gòu)圖 設(shè)計(jì)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(shí)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(yù)測設(shè)計(jì)元素上的運(yùn)行速度 V85，根據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來判定道路是否連續(xù)， 實(shí)現(xiàn)對道路設(shè)計(jì)的一致性安全分析。 （ 1） DCM工作原理 [16] 1）評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) Nicholson指出：人們所看到的車速變化，實(shí)質(zhì)上是幾 何線形設(shè)計(jì)上的非連續(xù)性表現(xiàn)。1999年 Lamm等人推薦了連續(xù)性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（如表 3），這一標(biāo)準(zhǔn)已通過 Anderson等人實(shí)際碰撞資料（ 1999年，實(shí)驗(yàn) 5287次）所證實(shí)。 9 表 3 連續(xù)性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 評價(jià)結(jié)果 標(biāo)準(zhǔn)一 標(biāo)準(zhǔn)二 標(biāo)準(zhǔn)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(shè)： ○ 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(dá)到期望車速 3）預(yù)測模型 ○ 1 車速預(yù)測模型（如表 4） ○ 2 加減速度預(yù)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(diǎn)得到 大量的數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)分析建立的模型。 表 4 運(yùn)行車速預(yù)測模型 編號 線形條件 預(yù)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(yù)測的最低車速 10 表 5 加減速度預(yù)測模型及其評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 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(shè)計(jì)一致性（所有線形條件） ～ 好 ～ ～ 一般 ～ ＞ 差 ＞ 4）評價(jià)結(jié)果輸出 評價(jià)結(jié)果輸出包括圖表和評價(jià)報(bào)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(jià)路段在評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)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(yán)重的安全問題。 圖 4 設(shè)計(jì)一致性模塊輸出結(jié)果圖 （ 2） DCM分析 1） DCM優(yōu)點(diǎn)： DCM比較直觀的輸出了線形設(shè)計(jì)非一致性的路段，標(biāo)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(shí)得到改善，在評價(jià)線形安全性方面得到了極大的成就。 2） DCM缺點(diǎn)：速度方面，速度的預(yù)測值和實(shí)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(jìn)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(xué)者從理論體系的角度引入道路交通評價(jià)的理念，并著手開展理論與應(yīng)用研究。如北京工業(yè)大學(xué)開發(fā)了基于 windows操作系統(tǒng)的道路安全設(shè)計(jì)研究系統(tǒng)，從機(jī)理層面上分析各線形設(shè)計(jì)要素及各元素組合作用對事故的影響運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析手段建立了線形元素對事故的預(yù)測模型借助計(jì)算機(jī)的輔助手段，實(shí)現(xiàn)了道路設(shè)計(jì)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(hù)、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(chǔ)數(shù)據(jù)庫調(diào)用”、“輔助統(tǒng)計(jì)研究子系統(tǒng)”以及“輔助機(jī)理研究子系統(tǒng)”構(gòu)成 [6]。同濟(jì)大學(xué)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(guān)系。 1995年該課題組在國內(nèi)率先對道路安全進(jìn)行系統(tǒng)的研究，首先開展的是道路安全評價(jià)和道路黑點(diǎn)鑒別與改善技術(shù)的研究 [7]。 交通部自 1999年起開始委托有關(guān)單位進(jìn)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(xiàng)目安全性評價(jià)指南》 (JTG/TB052021)。 目前國內(nèi)基于高速公路的車速預(yù)測模型和安全評價(jià)的研究已取得一定的成果。如北京工業(yè)大學(xué)王廣山碩士論文《高速公路設(shè)計(jì)一致性評價(jià)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(guān)系入手，研究了高速公路設(shè)計(jì)一致性對道路安全的影響，并建立的相關(guān)評價(jià)模型。北京工業(yè)大學(xué)的陳永勝博士論文《高速公路安全設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵技術(shù)研究》，首先研究了道路安全設(shè)計(jì)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(yù)測和安全評價(jià)體系就相對較少，主要有長安大學(xué)徐道涵《雙車道公路線形安全評價(jià)研究與應(yīng)用》，提出了雙車道公路線形安全評價(jià)子課題，評價(jià)指標(biāo)主要有線形指標(biāo)、速度指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)學(xué)指標(biāo)、駕駛員負(fù)荷指標(biāo)、側(cè)向摩阻力指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)等六個方面，采用綜合模糊評價(jià)方法，將線形安全評價(jià)體系應(yīng) 用到基于 ADAMS仿真安全評價(jià)試驗(yàn)。同濟(jì)大學(xué)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(yùn)行車速一致性預(yù)測模型。 我國正處于開始全面關(guān)注和系統(tǒng)研究道路安全問題這樣一個機(jī)遇之中，但目前我國學(xué)者對于道路線形與交通安全關(guān)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(jià)體系。因此對于評價(jià)道路線形安全的研究工作急待進(jìn)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(guān)的車速主要有設(shè)計(jì)車速，運(yùn)行車速和期望車速，下面就對這三種車速及其相互關(guān)系進(jìn)行 分析。 （ 1）設(shè)計(jì)車速 Vd。設(shè)計(jì)車速即計(jì)算行車速度，是指汽車條件良好、公路設(shè)計(jì)要素均起控制作用的情況下安全行駛于給定路段時(shí)的允許速度。設(shè)計(jì)車速是一個設(shè)定值，通常作為通用基礎(chǔ)參數(shù)用于規(guī)定一個路段的最低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。它是公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的主要指標(biāo)之一，是控制公路幾何線形、視距、超高、加寬等設(shè)計(jì)要素最低標(biāo)準(zhǔn)的核心指標(biāo)，一條公路的設(shè)計(jì)車速確定后，相應(yīng)的最小圓曲線半徑、超高、最大縱坡、坡長等指標(biāo)也就隨之確定了 [9]。 從 20世紀(jì) 50年代我國開始引入設(shè)計(jì)速度的概念至今，基于設(shè)計(jì)速度的路線設(shè)計(jì)方法已被所有設(shè)計(jì)人員所掌握。但是，經(jīng) 過多年來的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這種設(shè)計(jì)方法本身存在一定的缺陷。因?yàn)樵O(shè)計(jì)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但在實(shí)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(shí)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(shè)計(jì)實(shí)踐 ,國內(nèi)外的設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)方法存在一些不足： 1）線形設(shè)計(jì)要素與實(shí)際行車速度不相容。 2）線形設(shè)計(jì)要素之間不相容。 3）線形的行車速度標(biāo)準(zhǔn)不一致。 （ 2）運(yùn)行車速 V85。運(yùn) 行車速是指中等技術(shù)水平的司機(jī)在良好的氣候條件、實(shí)際道路狀況和交通條件下所能保持的安全車速。運(yùn)行車速是一個隨機(jī)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(shí)際中通常用自由交通流狀態(tài)下各類小汽車在車速累計(jì)分布曲線上第 85位百分點(diǎn)的車輛行駛速度 V85來表征，將它作為確定限制汽車最大運(yùn)行車速的依據(jù)，即 V運(yùn)行 ≤ V85[10]。 國外通過大量的實(shí)況速度調(diào)查，將運(yùn)行速度作為公路連續(xù)性設(shè)計(jì)的依據(jù)，并且采用 V85作為運(yùn)行速度進(jìn)行線形設(shè)計(jì)，可以滿足各指標(biāo)取值協(xié)調(diào)和線形設(shè)計(jì)均衡的基本要求。以運(yùn)行速 度概念為基礎(chǔ)來研究、解決道路線形設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn) [11]: 1)避免了設(shè)計(jì)速度作為一個固定值并用來進(jìn)行公路線形設(shè)計(jì)的盲目性和不具體性； 13 2)運(yùn)行速度是從實(shí)測數(shù)據(jù)中確定的，依據(jù)運(yùn)行速度確定的線形設(shè)計(jì)要素滿足了車輛的行駛要求，解決了設(shè)計(jì)要素間的相容問題； 3)考慮了影響實(shí)際行駛車速的各種因素，如道路本身?xiàng)l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(yùn)行速度來研究道路線形問題，更加科學(xué)，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(diǎn)，從而保證公路線