CN101727744B - 一种普通公路路侧限速标志最佳设置位置的确定方法 - Google Patents

Abstract

一种普通公路路侧限速标志最佳设置位置的确定方法涉及在普通公路交通环境下，确定路侧限速标志的最佳设置位置，具体包括以下步骤：采集普通公路道路和交通条件相关参数，获取驾驶人的视觉、认知特征参数；计算路侧限速标志的最大前置距离和最小前置距离；确定路侧限速标志的最佳设置位置。本发明可以达到提高普通公路限速标志设置有效性和普通公路车速管理效率的目的。本发明简单实用，可操作性和有效性强。

Description

一种普通公路路侧限速标志最佳设置位置的确定方法

技术领域

本发明涉及在普通公路交通环境下，根据驾驶人的视觉、认知特性参数和道路条件参数，确定路侧限速标志的最佳设置位置，以达到提高普通公路路侧限速标志设置有效性、提高普通公路车速管理效率的目的。属于公路交通安全领域。

背景技术

我国普通公路交通混合状况严重，车速离散性较大，普通公路的交通安全受到了严重影响。根据普通公路交通事故的成因分析发现，超速行驶、高速行驶、速度离散是目前我国普通公路交通事故发生的重要原因。对车速进行有效控制已成为改善普通公路交通安全的重要对策。

通过在路侧设置限速标志来向驾驶人提供前方路段的限速信息是交通管理部门最常采用的一种车速控制手段。路侧限速标志的设置位置是影响其有效性的一个重要因素，如果路侧限速标志的前置距离过长，驾驶人在较长的一段时间内还没有到达车速控制点，则驾驶人对限速标志信息的记忆将变得模糊，从而无法判断限速的起点位置，甚至会对限速标志产生不信任感；如果路侧限速标志的前置距离过短，则驾驶人没有充分的时间来进行相应的操作，限速标志也未能达到实际的效果。然而，目前普通公路路侧限速标志设置所依据的规范《公路交通标志标线设置指南》中，未能根据驾驶人的视觉和认知特征来确定路侧限速标志的设置位置，并且限速标志的设置位置没有考虑设置道路的道路条件，从而使路侧限速标志的设置位置具有很大的随意性，导致普通公路上路侧限速标志的实际效果不佳。

经发明人长期研究发现，限速标志是交通管理部门与驾驶人信息交流的载体，限速标志所提供的信息，需要经过驾驶人的感觉、知觉和判断然后决定其操作行为。驾驶人在视认限速标志的信息时往往又受到自身特性、道路、交通与环境的影响。因此，根据驾驶人的视觉反应、认知特性和道路条件的相关参数建立一种路侧限速标志最佳设置位置的确定方法，则能大大提高限速标志的有效性，进而改善普通公路的交通安全状况。

发明内容

技术问题：本发明的主要目的是提供一种普通公路路侧限速标志最佳设置位置的确定方法。本发明能与驾驶人的视认特征和认知行为相适应，并能有效避免现有规范中不能针对不同道路条件设置路侧限速标志的缺陷，具有针对性强的优点。

技术方案：为达到上述目的，本发明提出的普通公路路侧限速标志最佳设置位置的确定方法为：

1)采集普通公路道路和交通条件相关参数，所述的普通公路道路和交通条件相关参数包括道路车道数、车道宽度、路肩宽度、道路侧向净空距离；获取驾驶人的视觉、认知特征参数，所述视觉、认知特征参数包括：驾驶人对限速标志的觉察时间、认读时间、决策时间、反应时间，驾驶人换道时间，驾驶人的横向视角，驾驶人最大视野范围，驾驶人对限速标志的短时记忆保持时间，

2)根据驾驶人对限速标志的觉察时间、认读时间、决策时间、反应时间，驾驶人换道时间，驾驶人的横向视角，驾驶人最大视野范围，确定驾驶人对限速标志的觉察距离s₁、认读距离s₂、决策距离s₃、反应距离s₄、行动距离L，标志消失距离m，标志视认距离S，

3)根据驾驶人对限速标志的短时记忆保持时间，采用路侧限速标志前置距离的计算方法，得到该路段路侧限速标志的最大前置距离和最小前置距离，并确定路侧限速标志的最佳设置位置。

根据以上基本思路，提出普通公路路侧限速标志最佳设置位置的确定方法：

1、确定驾驶人对限速标志的觉察距离s₁、认读距离s₂、决策距离s₃、反应距离s₄、行动距离L，标志消失距离m，标志视认距离S所采用的方法为：

1.1)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁和驾驶人对限速标志的觉察时间t₁，确定驾驶人对限速标志的觉察距离 $s_1=\frac{V_1}{3.6}\×t_1;$

1.2)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁和驾驶人对限速标志的认读时间t₂，确定驾驶人对限速标志的认读距离 $s_2=\frac{V_1}{3.6}\×t_2;$

1.3)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁和驾驶人对限速标志的决策时间t₃，确定驾驶人对限速标志的决策距离 $s_3=\frac{V_1}{3.6}\×t_3;$

1.4)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁和驾驶人对限速标志的反应时间t₄，确定驾驶人对限速标志的反应距离 $s_4=\frac{V_1}{3.6}\×t_4;$

1.5)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁、限速值V₂、车辆有无变道参数η、驾驶人换道时间t₅和变道次数n、车辆减速度a，确定驾驶人对路侧限速标志的行动距离 $L=\mathrm{\η}\×n\×\frac{V_1}{3.6}\×t_5+\frac{V_1^2-V_2^2}{2\×{3.6}^2\×a};$

1.6)根据限速路段的车道数N和车道宽度W，确定车辆与路侧行车道边缘线的距离d₂＝(N/2-0.5)×W；

1.7)根据限速标志的路侧净空距离d₁、车辆与路侧行车道边缘线的距离d₂、驾驶人与车道中心线的偏移距离d₃以及驾驶人的横向视角θ，确定驾驶人视认限速标志的限速标志消失距离 $m=\frac{d}{\tan \mathrm{\θ}}=\frac{d_1+d_2+d_3}{\tan \mathrm{\θ}};$

1.8)根据驾驶人最大视野范围和行车安全性确定驾驶人对路侧限速标志的视认距离：

①根据路侧限速标志与驾驶人视线平面高差ΔH、路侧限速标志与驾驶人视线的横向侧距d、驾驶人最大视野范围α、驾驶人对限速标志的视认时间t，确定考虑驾驶人动态视觉特征的视认距离 $S_1=\frac{V_1}{3.6}\×t+\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{H}^2+d^2}{\tan \mathrm{\α}}};$

②以驾驶人在标志消失前认读完限速标志信息为原则，确定考虑驾驶人行驶安全性的视认距离 $S_2=m+s_1+s_2=\frac{d}{\tan \mathrm{\θ}}+s_1+s_2;$

③驾驶人对限速标志的视认需同时满足以上两方面要求，可确定视认距离的最终值 $S=\max \{\frac{V_1}{3.6}\×t+\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{H}^2+d^2}{\tan \mathrm{\α}}},\frac{d}{\tan \mathrm{\θ}}+s_1+s_2\};$

2、路侧限速标志前置距离的计算方法为：

2.1)确定路侧限速标志的最小前置距离，所述路侧限速标志的最小前置距离为：D_min＝s₁+s₂+s₃+s₄+L-S，

2.2)确定路侧限速标志的最大前置距离，所采用的方法为：

①根据驾驶人对限速标志的短时记忆保持时间T，确定驾驶人在经过决策、反应和行动之后剩余的记忆保持时间内所行驶的距离 $z=\frac{V_2}{3.6}\×(T-t_3-t_4-t_6),$

②确定路侧限速标志的最大前置距离为：D_max＝s₃+s₄+L+z+S-m，

2.3)取路侧限速标志最小前置距离和最大前置距离的中值为其最佳前置距离，确定限速标志的最佳前置距离为：D＝(D_min+D_max)/2，并取整数。

有益效果：

本发明根据驾驶人的视觉、认知特征参数和道路横断面的车道组成、设计尺寸等道路特征参数进行路侧限速标志的设置，可以提高普通公路路侧限速标志设置的有效性。

1、根据驾驶人视觉和认知特征相关参数确定路侧限速标志的最佳设置位置。所得到的路侧限速标志最佳设置位置能与驾驶人的视认特性和认知行为相适应，体现了“以人为本”的交通设计理念，可有效提高路侧限速标志设置的有效性，改善普通公路的交通安全状况。

2、本发明提出的普通公路路侧限速标志最佳设置位置的确定方法考虑了路侧限速标志设置所在路段的道路条件，能有效避免现有规范中不能针对不同道路条件设置路侧限速标志的缺陷。

附图说明

图1为确定普通公路路侧限速标志最佳设置位置的流程图；

图2为驾驶人对路侧限速标志的视认过程示意图；

图3为驾驶人视认路侧限速标志过程中的路侧限速标志消失距离计算示意图；

图4为路侧限速标志最大前置距离计算示意图；

图5为示例路段横断面设计尺寸图。

具体实施方式

本发明提出的普通公路路侧限速标志最佳设置位置的确定方法为：

1)采集普通公路道路和交通条件相关参数，所述的普通公路道路和交通条件相关参数包括道路车道数、车道宽度、路肩宽度、道路侧向净空距离；获取驾驶人的视觉、认知特征参数，所述视觉、认知特征参数包括：驾驶人对限速标志的觉察时间、认读时间、决策时间、反应时间，驾驶人换道时间，驾驶人的横向视角，驾驶人最大视野范围，驾驶人对限速标志的短时记忆保持时间，

2)根据驾驶人对限速标志的觉察时间、认读时间、决策时间、反应时间，驾驶人换道时间，驾驶人的横向视角，驾驶人最大视野范围，确定驾驶人对限速标志的觉察距离s₁、认读距离s₂、决策距离s₃、反应距离s₄、行动距离L，标志消失距离m，标志视认距离S，

3)根据驾驶人对限速标志的短时记忆保持时间，采用路侧限速标志前置距离的计算方法，得到该路段路侧限速标志的最大前置距离和最小前置距离，并确定路侧限速标志的最佳设置位置。

根据以上基本思路，提出普通公路路侧限速标志最佳设置位置的确定方法：

1、确定驾驶人对限速标志的觉察距离s₁、认读距离s₂、决策距离s₃、反应距离s₄、行动距离L，标志消失距离m，标志视认距离S所采用的方法为：

1.1)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁和驾驶人对限速标志的觉察时间t₁，确定驾驶人对限速标志的觉察距离 $s_1=\frac{V_1}{3.6}\×t_1;$ 限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁可以通过本专业领域的交通观测方法得到；驾驶人对限速标志的觉察时间t₁可以从2007年东南大学出版的范红静的硕士论文《驾驶人动态视觉特征及对交叉口通行能力的影响研究》的第21页查阅得到，为400ms；

1.2)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁和驾驶人对限速标志的认读时间t₂，确定驾驶人对限速标志的认读距离 $s_2=\frac{V_1}{3.6}\×t_2;$ 驾驶人对限速标志的认读时间t₂可以从美国联邦公路管理局出版的《Manual on Uniform Traffic Control Devices for StreetsandHighways》(2003版)中查阅得到，根据路侧限速标志牌上的字数、文字种类及汉字复杂性确定驾驶人对限速标志的认读时间为1.1s；

1.3)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁和驾驶人对限速标志的决策时间t₃，确定驾驶人对限速标志的决策距离 $s_3=\frac{V_1}{3.6}\×t_3;$ 驾驶人对限速标志的决策时间t₃一般为2.0～2.5s，此处取2.0s，

1.4)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁和驾驶人对限速标志的反应时间t₄，确定驾驶人对限速标志的反应距离 $s_4=\frac{V_1}{3.6}\×t_4;$ 驾驶人对限速标志的反应时间t₄一般为1.5～2.0s，此处取1.5s；

1.5)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁、限速值V₂、车辆有无变道参数η、驾驶人换道时间t₅和变道次数n、车辆减速度a，确定驾驶人对路侧限速标志的行动距离 $L=\mathrm{\η}\×n\×\frac{V_1}{3.6}\×t_5+\frac{V_1^2-V_2^2}{2\×{3.6}^2\×a};$ 车辆有无变道参数η表示驾驶人是否有变换车道行为，如果变换车道，则η＝1，否则η＝0；驾驶人换道时间t₅为驾驶人完成一次车道变换所需时间，一般为6～15s，此处取6s；变道次数n为驾驶人通过限速路段起点后在限速路段实施变换车道的次数；车辆减速度a为驾驶人采取减速措施后车辆的减速度，根据交通工程学理论，考虑驾驶人的行车舒适度，取车辆的最佳减速度为2.5m/s²；

1.6)根据限速路段的车道数N和车道宽度W，确定车辆与路侧行车道边缘线的距离d₂＝(N/2-0.5)×W；限速路段的车道数N和车道宽度W可以通过本专业领域的交通测量得到；

1.7)根据限速标志的路侧净空距离d₁、车辆与路侧行车道边缘线的距离d₂、驾驶人与车道中心线的偏移距离d₃以及驾驶人的横向视角θ，确定驾驶人视认限速标志的限速标志消失距离 $m=\frac{d}{\tan \mathrm{\θ}}=\frac{d_1+d_2+d_3}{\tan \mathrm{\θ}};$ 根据《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)，一级以下的普通公路一般采用宽为0.75～1.5m的土路肩，而《公路交通标志标线设置指南》规定，路侧标志板外缘距路肩边缘不应小于0.25m，此处限速标志的路侧净空距离d₁为路肩宽度与路侧标志板外缘距路肩边缘之和，取1.8m；考虑我国车辆为左侧驾驶，取驾驶人与车道中心线的偏移距离d₃为0.45m；驾驶人的横向视角θ可以从2007年武汉理工大学出版的彭武雄的硕士论文《驾驶人视线诱导设施设置合理间距研究》第14页中查阅得到，为15°；

1.8)根据驾驶人最大视野范围和行车安全性确定驾驶人对路侧限速标志的视认距离：

①根据路侧限速标志与驾驶人视线平面高差ΔH、路侧限速标志与驾驶人视线的横向侧距d、驾驶人最大视野范围α、驾驶人视认标志所需时间t，采用人民交通出版社1984年出版的渡边新三等编写的《交通工程》中驾驶人视认距离的计算方法，确定考虑驾驶人动态视觉特征的视认距离 $S_1=\frac{V_1}{3.6}\×t+\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{H}^2+d^2}{\tan \mathrm{\α}}};$ 路侧限速标志与驾驶人视线平面高差ΔH可以从《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)中查阅得到，为1.3m；驾驶人最大视野范围α可以从根据驾驶人的视野范围与车速关系得到，为了读取交通标志，驾驶人视轴最大的偏移角度为10°，此时视锥边缘位于行车方向上，对交通标志的视认性极差，而当视轴偏移角度移动5°，交通标志视认性为最佳，取驾驶人最大视野范围α为15°；驾驶人视认标志所需时间t为驾驶人对限速标志的认读时间t₂与反应时间t₄之和，为2.6s；

②以驾驶人在标志消失前认读完限速标志信息为原则，确定考虑驾驶人行驶安全性的视认距离 $S_2=m+s_1+s_2=\frac{d}{\tan \mathrm{\θ}}+s_1+s_2;$

③驾驶人对限速标志的视认需同时满足以上两方面要求，可确定视认距离的最终值 $S=\max \{\frac{V_1}{3.6}\×t+\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{H}^2+d^2}{\tan \mathrm{\α}}},\frac{d}{\tan \mathrm{\θ}}+s_1+s_2\};$

2、路侧限速标志前置距离的计算方法为：

2.1)确定路侧限速标志的最小前置距离，所述路侧限速标志的最小前置距离为：D_min＝s₁+s₂+s₃+s₄+L-S，

2.2)确定路侧限速标志的最大前置距离，所采用的方法为：

①根据驾驶人对限速标志的短时记忆保持时间T，确定驾驶人在经过决策、反应和行动之后剩余的记忆保持时间内匀速行驶的距离 $z=\frac{V_2}{3.6}\×(T-t_3-t_4-t_6);$ 驾驶人对限速标志的短时记忆保持时间T可以从北京大学出版社2006年出版的王甦、汪安圣编写的《认知心理学》第107页中查阅得到，取15s；

②确定路侧限速标志的最大前置距离为：D_max＝s₃+s₄+L+z+S-m，

2.3)取路侧限速标志最小前置距离和最大前置距离的中值为其最佳前置距离，确定限速标志的最佳前置距离为：D＝(D_min+D_max)/2，并取整数。

结合附图5，对发明做进一步说明：

示例：选择某一双向四车道的普通公路路段为本发明的研究对象，道路断面组成如附图5所示。假设每条车道通行能力为1800pcu/h/ln，饱和度为0.7，车道1小车平均速度为60km/h，车道2大车平均速度为40km/h。路段前方车速限速值为30km/h。

1、确定驾驶人对路侧限速标志视认过程的相关参数

1.1)觉察距离s₁＝(60/3.6)×0.4＝6.67m；

1.2)认读距离s₂＝(60/3.6)×1.1＝18.33m；

1.3)决策距离s₃＝(60/3.6)×3.0＝33.33m；

1.4)反应距离s₄＝(60/3.6)×1.5＝25m；

1.5)行动距离L＝41.67m；

1.6)车辆位置与车道边缘线的距离d₂＝(N/2-0.5)×W＝(4/2-0.5)×3.75＝5.625m；

1.7)消失距离m：d＝1.8+3.75+3.75×0.5+0.45＝7.875m，消失距离m＝d/tan15°＝29.39m；

1.8)视认距离S：

①从驾驶人动态视觉特征方面，视认距离 $S_1=\frac{V_1}{3.6}\×t+\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}{H}^2+d^2}{\tan \mathrm{\α}}}=58.75m;$

②从驾驶人行驶安全性方面，视认距离S₂＝m+s₁+s₂＝29.39+6.67+18.33＝54.39m；

由①、②，取二者最大值，得到视认距离S＝58.75m。

2、确定路侧限速标志的最佳设置位置：

2.1)路侧限速标志的最小前置距离：D_min＝s₁+s₂+s₃+s₄+L-S＝66.25m；

2.2)路侧限速标志的最大前置距离：

①驾驶人在经过决策、反应和行动之后剩余的记忆保持时间内所行驶的距离为：

$z=\frac{V_2}{3.6}\×(T-t_3-t_4-t_6)=\frac{30}{3.6}\×(15-2-1.5-\frac{60-30}{2.5\×3.6})=68.05m;$

②根据路侧限速标志最大前置距离的计算公式，确定路侧限速标志的最大前置距离为：D_max＝s₃+s₄+L+z+S-m＝197.42m；

因此，该路段的路侧限速标志前置距离设置范围为：66.25～197.42m；

2.3)路侧限速标志的最佳前置距离：取路侧限速标志的最小和最大前置距离的中值为其最佳前置距离，则此例中路侧限速标志的最佳前置距离为131.84m，一般取整数采用132m。

Claims (1)

1.一种普通公路路侧限速标志最佳设置位置的确定方法，其特征在于，所述方法为：

1.1)采集普通公路道路和交通条件相关参数，所述的普通公路道路和交通条件相关参数包括道路车道数、车道宽度、路肩宽度、道路侧向净空距离；获取驾驶人的视觉、认知特征参数，所述视觉、认知特征参数包括：驾驶入对限速标志的觉察时间、认读时间、决策时间、反应时间，驾驶人换道时间，驾驶人的横向视角，驾驶人最大视野范围，驾驶人对限速标志的短时记忆保持时间，

1.2)根据驾驶人对限速标志的觉察时间、认读时间、决策时间、反应时间，驾驶人换道时间，驾驶人的横向视角，驾驶人最大视野范围，确定驾驶人对限速标志的觉察距离s₁、认读距离s₂、决策距离s₃、反应距离s₄、行动距离L，标志消失距离m，标志视认距离S，

1.3)根据驾驶人对限速标志的短时记忆保持时间，采用路侧限速标志前置距离的计算方法，得到该路段路侧限速标志的最大前置距离和最小前置距离，并确定路侧限速标志的最佳设置位置，

确定驾驶人对限速标志的觉察距离s₁、认读距离s₂、决策距离s₃、反应距离s₄、行动距离L，标志消失距离m，标志视认距离S所采用的方法为：

2.1)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁和驾驶人对限速标志的觉察时间t₁，确定驾驶人对限速标志的觉察距离

2.2)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁和驾驶人对限速标志的认读时间t₂，确定驾驶人对限速标志的认读距离

2.3)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁和驾驶人对限速标志的决策时间t₃，确定驾驶人对限速标志的决策距离

2.4)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁和驾驶人对限速标志的反应时间t₄，确定驾驶人对限速标志的反应距离

2.5)根据限速路段起点前车辆平均行驶速度V₁、限速值V₂、车辆有无变道参数η、驾驶人换道时间t₅和变道次数n、车辆减速度a，确定驾驶人对路侧限速标志的行动距离

2.6)根据限速路段的车道数N和车道宽度W，确定车辆与路侧行车道边缘线的距离d₂＝(N/2-0.5)×W；

2.7)根据限速标志的路侧净空距离d₁、车辆与路侧行车道边缘线的距离d₂、驾驶人与车道中心线的偏移距离d₃以及驾驶人的横向视角θ，确定驾驶人视认限速标志的限速标志消失距离

2.8)根据驾驶人最大视野范围和行车安全性确定驾驶人对路侧限速标志的视认距离：

①根据路侧限速标志与驾驶人视线平面高差ΔH、路侧限速标志与驾驶人视线的横向侧距d、驾驶人最大视野范围α、驾驶人对限速标志的视认时间t，确定考虑驾驶人动态视觉特征的视认距离

②以驾驶人在标志消失前认读完限速标志信息为原则，确定考虑驾驶人行驶安全性的视认距离

③驾驶人对限速标志的视认需同时满足以上两方面要求，可确定视认距离的最终值

路侧限速标志前置距离的计算方法为：

3.1)确定路侧限速标志的最小前置距离，所述路侧限速标志的最小前置距离为：D_min＝s₁+s₂+s₃+s₄+L-S，

3.2)确定路侧限速标志的最大前置距离，所采用的方法为：

①根据驾驶人对限速标志的短时记忆保持时间T，确定驾驶人在经过决策、反应和行动之后剩余的记忆保持时间内所行驶的距离

V₂为限速值，t₃为驾驶人对限速标志的决策时间，t₄为驾驶入对限速标志的反应时间，t₆为行动之后剩余的记忆保持时间，

②确定路侧限速标志的最大前置距离为：D_max＝s₃+s₄+L+z+S-m，

3.3)取路侧限速标志最小前置距离和最大前置距离的中值为其最佳前置距离，确定限速标志的最佳前置距离为：D＝(D_min+D_max)/2，并取整数。

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