基于交通安全的高速公路线形组合综合效应分析

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　　摘  要：公路运输系统是一个由人——车——路——环境所组成的动态系统，系统依赖的基础条件是道路。进一步的分析表明，道路线形条件是造成事故多发的一个主要原因。首先浅析高速公路道路线形的几何要素与事故的关系，进而对高速公路线形组合的协同性与道路交通安全的关系进行深入探讨。分析高速公路线形组合综合效应对交通安全的影响，为道路设计和交通事故的预防提供依据。减少道路因素对事故的影响，是改善交通安全状况，遏制交通事故增长趋势的有效途径。

　　关键词：交通安全、高速公路、线形组合、综合效应

　　人们对交通事故成因的认识是一个逐渐发展、深入的过程。早期的研究认为事故的发生是由单因素造成的，即认为驾驶员失误是造成事故的主要原因，如何控制驾驶员行为是交通安全研究的重点。

　　近年来，交通安全科学不断发展，特别是系统工程原理在交通安全工作中的应用和研究，使人们开始从系统的角度来看待公路的交通安全问题，逐步认识到公路运输系统是一个由人——车——路——环境所组成的动态系统，该系统内各元素间是相互作用的。

　　人——车——路——环境系统的动态过程实质是对信息收集、处理并做出响应的过程。系统依赖的基础条件是道路，道路交通条件作为输入的信息可直接作用于驾驶员，也可通过车辆产生的响应最终传递给驾驶员。道路信息输入的正确性、信息量、信息水平是交通安全的重要条件，其信息传递的可靠性决定整个交通系统的安全性能。

　　研究道路条件与交通安全的关系，首先要研究道路线形条件与交通安全的关系。因为，影响安全的道路因素有很多，如：道路等级、平纵面线形、横断面设计（路面宽度、路肩宽度计状况、车道宽度）、路上的交通流特征（交通量、车辆组成、是否分向行驶）、道路所处的大环境（地理条件、气候状况）及路面状况等，其中除路面状况、平、纵面线形因素外，其他因素都是影响整条道路交通安全的宏观因素。因此具体到事故在道路中的分布或事故率在道路沿线上的变化主要由道路线形因素和路面状况来决定。但路面状况又是一个不确定因素（随时间和养护力度变化），因此从统计的角度长时间来看，道路线形条件才是决定事故在道路分布的主要因素。特别是对大量的高速公路事故多发地点进行调查研究后发现，道路线形条件是造成事故多发地点的一个主要原因。因而，本文从交通安全的角度出发，在浅析道路线形几何要素的基础上，对高速公路道路线形组合效应做深入探讨。

　　1. 高速公路道路线形的几何要素

　　道路线形是道路中心线的空间描绘线。它在水平面上的投影形状称为平面线形，在垂直平面上的投影形状称为纵面线形。

　　1.1 平面线形

　　道路平面线形主要由直线、平曲线和缓和曲线三部分构成。

　　直线是高速公路的主体线形。就直线与道路交通安全之间的关系而言，国外有资料指出：一次直线的最大长度小于3min行程对交通安全比较有利。实践证明：无论是一般公路还是高速公路，过长的直线段易使驾驶员因景观单调而产生疲劳，导致注意力分散，一旦遇见紧急情况，常因措手不及而肇事；另外，驾驶员在长直线路段容易开快车，致使车辆在进入直线路段末端后的曲线部分时速度仍然比较高，若遇到弯道超高不足或其他偶然干扰，往往导致交通事故的发生。

　　平曲线即弯道。平曲线路段与交通安全紧密相关的重要因素有：最小平曲线半径、超高、视距。

　　缓和曲线通常采用回旋线，是曲率随着曲线长度成比例变化的曲线。当回旋线参数C较大时，缓和曲线的曲率变化比较缓，驾驶员易感到线形的连续性，易于操作方向盘。反之，C较小时，驾驶员操作困难，容易产生事故。

　　1.1.1 最小平曲线半径

　　调查表明：当平曲线半径变小时，事故率倾向显著增加，原因多为驾驶员在开始转弯之初未能及时减速引起车辆行驶状态的突变所致。此外，小的平曲线半径可能使汽车在运行时视线盲区增大，特别是道路急弯和陡坡结合时，常引发重大交通事故。

　　1.1.2 视距

　　视距是确保道路行车安全的重要因素之一。在平曲线与竖曲线上超车时，视距不足是引起交通事故的主要原因。统计资料表明，道路平面线形上视距不足引起的道路交通事故数量，没有在纵断面线形上所反映的明显。由于高速公路有中央分隔带，无对向车流，所以主要考虑停车视距。在特殊情况下才考虑超车视距。

　　1.1.3 超高

　　为抵消车辆在曲线上行驶时所产生的离心力，将路面作成外侧高于内侧的单向横坡的超高形式。合理地设置超高，可以全部或部分抵消离心力，提高汽车行驶的稳定性与舒适性。

　　1.2 纵断面线形

　　纵断面线形主要是道路前进方向上坡、下坡的纵向坡度和在两个坡段的衔接处插入的竖曲线。其对交通事故的形成有着直接影响。一般情况下，下坡行驶时发生的交通事故数量要比上坡行驶时多出1～2倍，并且由于上、下坡行车条件的不同，发生事故的数量差异在较小纵坡条件下就开始反映出来。当在长距离的纵坡路段上行车时事故数量大大增加，表1数据来自德国高速公路的调查资料。可看出在长距离的纵坡路段上行车时容易造成交通事故，且随坡度的增加而增多。冬季路面有冰雪，情况更为不利。

　　2. 高速公路道路线形组合的协同性与道路交通安全

　　高速公路交通安全的可靠性不仅与道路的平竖线形、纵坡度大小有关，还与道路设计时选定的几何线形之间的组合是否协调密切相关。由于地形的复杂性，因此，任何一条高速公路的任何路段均存在着道路线形组合，且不同路段其线形组合是不相同的。对于高速公路，就任何路段在设计时所选用的每一种线形单独而言，一般都符合设计规范，但将多种线形组合在一起，其综合效应是否满足道路交通安全，则需针对具体路段进行分析评价。常见不良线形组合有以下几种：

　　2.1线形骤变

　　例如，长直线的末端设置小半径平曲线。长直线和小半径平曲线的组合，多处于平原向重丘区或山岭区的交界地带。从技术和经济指标方面进行选线时，平原区有条件采用规范许可的小纵坡长直线；重丘区、山岭区因地形、地质和工程量的限制有时不得不采用大纵坡与小半径曲线相连。在此类高速公路线形组合中行车的特征是载重车尤其超限运输车辆从小纵坡直线驶入有较大纵坡的小半径曲线时，速度急减。而小型车由于驾驶员在长直线行驶时容易超速，进入弯道后减速缓慢，造成相邻车辆存在较大速度差，很容易发生车毁人亡的追尾事故。

　　2.2小半径平曲线与陡坡的组合

　　在由平竖曲线构成的既转弯又上、下坡路段，车辆的运动既发生径向、法向、竖向的三维平动，又同时伴随以上所述三个方向为轴的转动。当车辆行驶在有平面曲线存在的纵坡路段时，驾驶员一方面要完成转弯动作，同时需要调整车辆状态完成下坡或上坡动作，两种动作的组合增加了驾驶员对车辆行驶状态控制的复杂程度；另外，陡坡区段易受障碍物的影响，形成视距阻碍区，从而使得高速公路上陡坡区段成为事故多发地。特别是转弯半径较小的平曲线与陡坡组合的路面常为事故多发地段。纵坡下坡区段衔接小半径曲线的陡坡衔接方式也被认为是具有危险倾向的线形衔接方式，对于高速公路更是如此。这是因为该衔接方式易造成在不自觉的高速情况下驶入平面线，车辆以高速实施平面转弯，事故隐患大为增加。

　　2.3断背曲线

　　短直线介于两个圆曲线之间，形成所谓的断背曲线，这样容易使驾驶员产生错觉，把线形看成反向曲线，从而发生操作错误，甚至酿成车祸。

　　2.4竖曲线与小半径平曲线的组合

　　高速公路凸形竖曲线与凹形竖曲线的顶部或底部插入小半径的平曲线的路段也是交通事故易发区。前者，因为没有视线引导而必须急转方向盘；后者，在超出汽车设计速度的地方仍然要急转方向盘，这些都极易引起交通肇事。

　　2.5纵断面凹凸反复组合

　　在一平面曲线内，如果纵断面反复凹凸，即形成只能看见脚下和远处，而看不见中间凹陷的线形，这样的线形容易发生事故。研究表明：车辆平动、转动的某种突变，或车辆的运动按某种方式做持续累加与延续，是造成车辆发生交通事故的根源之一。在高速公路上，能够造成车辆运动突变的，往往是道路线形按某种方式衔接的过渡点；而造成车辆运动的不良累加与延续的往往是多种线形组合的区段及衔接区段。

　　道路线形组合情况良好，可有效地减少交通事故的发生。优良的道路几何线形组合设计应保持视觉连续性，能使驾驶员自觉地对车辆行驶状态进行及时调整，并使驾驶员在遇到紧急情况时能及时采取安全措施。

　　3. 结论

　　（1）道路交通安全是整个人——车——路——环境系统信息运行处理的综合表现，系统中道路因素处于基础性地位，其对安全的影响形式多样并且客观存在。

　　（2）道路的平、纵线形和其中的几何要素，以及在其基础上产生的不同线形组合形式是影响交通安全的主要原因。

　　（3）优良的道路几何线形组合设计应为：保持视觉连续性，使驾驶员对车辆运行状态能够良好掌握并及时自觉地对车辆行驶状态进行必要调整，在遇到紧急情况时有时间采取安全措施以避免事故的发生。

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