高速公路改扩建夜间交通安全设施设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究背景及意义

随着我国经济的快速增长，高速公路总通车里程数也在逐年上升，但机动车总保有量也随之迅速提升，此外由于早期建设的资金限制以及对远期交通量的预测不足，现有的高速公路不能满足日益增大的交通需求。针对这些问题，本着“资源节约、绿色环保”的原则，高速公路改扩建成为现在很多地区的选择。根据相关规划，目前我国在十四五时期拟进行改扩建的高速公路达到3万公里以上。

然而目前国内绝大部分高速公路改扩建都是采取施工与通车并行的保通方案，且改扩建施工多在白天进行，会对原有道路正常通行产生干扰，使得改扩建施工区比正常行驶的高速公路存在更大的安全隐患。考虑到夜间交通量较少，施工产生的交通干扰相对较小，不易发生拥堵，施工设施容易运输^[1]。此外美国高速公路合作研究组织第627号研究报告^[2]通过采用标准化的事故成本分析，发现在夜间封闭部分车道施工比白天施工的事故成本要低得多，在道路的平均日交通量为250,000 pcu时，夜间每英里工作区100个小时的工作与白天的工作相比，减少的碰撞事故成本超过40,000美元。联邦公路管理局在2001年对13个州的施工作业区进行了调查研究。该研究表明有33％的人主要从事夜间工作^[3]。此外考虑到施工期限原因，部分改扩建项目会在夜间进行施工。

但考虑到改扩建施工所造成夜间驾驶环境的特殊性，其不同于夜间高速公路正常路段，道路断面结构发生变化且道路照明设施严重不足，致使道路能见度降低，严重影响驾驶人的辨认性，导致驾驶人容易产生驾驶疲劳，产生交通事故。夜间道路环境相对于白天对于驾驶人员需要更高的视觉和信息接收能力，因此夜间的事故更加频发^[4-6]。Ullman^[7]调查了德克萨斯州五个城市的高速公路改扩建项目，这些项目要求在晚上封闭车道进行施工活动，白天在行车道外进行的其他类型的工作。经过分析发现在施工期间（白天或晚上），碰撞事故的增加幅度更大。而在夜间工作活动中，碰撞事故比在白天的发生的要频繁。

随着我国高速公路改扩建工程的不断开展，夜间施工作业区的安全问题也变得越发突出。特别是近年来夜间施工区发生了较多的交通事故，不仅影响了高速公路的正常通行和施工进度，还造成了严重的人身财产损失。随着高速公路改扩建工程成为我国高速公路建设项目的主要方向，高速公路夜间施工作业区的交通安全问题应当引起重视。因此本文以半幅通车半幅封闭的高速公路改扩建施工路段（即单向全封闭施工区）为研究对象，开展夜间施工区交通安全相关研究。

1.2国内外现状研究

1.2.1夜间施工事故特征研究

随着高速公路的不断建设发展，在夜间开展施工维护作业逐渐成为常态。以美国为首的许多国家从上世纪80年代开始，对施工作业区内交通事故数据进行统计分析并开展了相应的研究，发现在夜间施工时对施工区域交通安全的影响较大。

Arditi^[8]根据美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）提供的事故报告分析系统的百科全书（FARS）^[9]对伊利诺伊州1996-2001年间高速公路施工作业区事故数据进行分析，数据见表1.2所示，从表中可以看出，车辆在夜间通过施工作业区比白天更易发生事故,夜间的发生的平均事故数是白天的五倍。

表1.1白天夜间发生的致命事故

注：表中白天和夜间的平均发生事故数是经过校准系数校准的

美国高速公路合作研究组织第627号报告《白天和夜间施工区交通安全评价》（Traffic Safety Evaluation of Nighttime and DaytimeWork Zones）中对加利福尼亚、北卡罗来纳、俄亥俄和华盛顿这四个州进行了高速公路施工作业区交通事故的统计，统计数据见表1.2所示，从中可以发现，夜间在施工作业区范围内发生追尾事故和侧碰事故的概率较不施工而言比例较高。

表1.2 车辆事故比例表

Arditi^[10]通过分析夜间施工人员的伤亡事故的历史数据，并对施工人员的反光衣进行了相关研究，确定夜间施工事故的部分原因是由于照明不佳导致的。

Cottrell^[11]通过调查问卷的形式向美国50个州交通运输部门的政府人员调查夜间施工作业区事故原因，通过分析调查问卷结果发现管理人员和技术人员都将“可见性低”认为是导致夜间施工作业区事故发生的首要因素。

Wood^[12]通过对撞车统计数据的分析发现，照明减少和能见度低是与这些高撞车事故率相关的主要因素，而不是由于昼夜驾驶之间发生的其他因素。

1.2.2夜间视认性特征研究

夜间发生交通事故主要就是由于夜间行车的环境能见度低，导致驾驶员视野变窄、视线变短，进而降低行车安全水平。如果交通标志设置的不合理、驾驶人将无法精准地获取前方道路信息，容易造成驾驶人行驶决策的失误，从而使夜间行车发生的交通事故量久居不下。

康国祥^[13]从交通心理学角度出发，测定夜间行车试验中车速和驾驶员辨识距离并对数据进行分析发现：远光灯照明产生的反射眩光使不同距离下辨识距离随车速的变化趋势存在差异：距离间隔X=25m时，辨识距离误差值随车速的提高而逐渐增大； X=75m时，辨识距离误差值先是随车速提高而增大，当车速超过40km/h时逐渐稳定；X=125m时，辨识距离误差值先是随车速提高而增大，当车速超过40km/h时趋于实际距离值。

Konstantopoulos^[14]等学者通过记录机动车驾驶教练员和学员白天、夜间和雨天情况下采用驾驶模拟器的眼球运动轨迹，对比分析发现能见度降低会减少驾驶员视觉搜索的有效性，而夜间不利的驾驶环境会导致夜间交通事故率的上升。

Said^[15]等学者通过实验分析夜间灯光照度对驾驶员的影响，发现当光照条件从0.6cd/增加至2.5cd/时，驾驶人直线段行驶时对标志的视认能力有所提高，但在曲线段行驶时视认能力下降。

赵炜华^[16]等设计并完成了实车道路试验，让驾驶人在昼夜环境下不同距离和车速条件下进行空间距离判识。并通过BP神经网络对数据进行相应的距离判断结果。研究发现当车速增大时判识距离增大，此外驾驶员在夜间的判识距离大于白天。

姜军^[17]等通过试验获取不同光照强度下驾驶员视认交通标志的眼动和视认距离数据，并分析处理了驾驶员眼动特性数据，据此建立交通标志设置参数评价模型，该模型表明在夜间光照环境下驾驶员注视时间大于其在顺光条件的注视时间，视认距离则小于顺光条件下的距离。

吴立新^[18]通过在长松高速公路开展实地行车实验， 得到不同行驶速度下白天和夜间驾驶员对交通标志的识别距离数据。通过分析发现夜间驾驶人识别距离在曲线路段均显著小于白天。

程国柱^[19]等采用数量统计与回归分析方法，对驾驶员白夜识别距离数据进行了对比分析，研宄了车数、道路平曲半径、道路纵坡与驾驶员白夜识别距离的量化影响，基于这四方面建立了多元关系评价模型。研宄结果表明，驾驶员夜间识别距离比白天平均下降8.5％，最高可达30.4％。

魏建国^[20]通过开展实际道路试验，针对夜间黑暗环境下车速、驾驶室环境照度、障碍物颜色、障碍物与道路环境颜色对比度等不同因素对驾驶人夜间视认距离的影响进行研究，并通过数学方法进行分析发现，车速和驾驶室环境照

度对障碍物视认距离影响明显，此外道路上的试验障碍物的颜色与背景色的对比度对视认距离影响不显著。

李建国^[21]等过工效学原理对影响驾驶人交通标志视认性的因素进行分析，发现夜间的标志信息对比度和信息过载严重影响驾驶人的视认，并且不能过于强调标志亮度对视认距离增加的作用。

1.2.3夜间视认性特征研究

国内外对夜间驾驶行为的研究主要体现在驾驶人的感知速度和反应时间上。

潘振斌和杨荫^[22]等人通过研究公路暗视场条件下驾驶人的视觉持性，发现驾驶人视力随照度降低而降低，且视认能力受物体颜色影响。

Suh^[23]通过现场实验来研究驾驶人在不同道路条件和光照条件下的驾驶行为，经过对数据进行分析发现发现，夜间有限的照明条件会使驾驶人产生车辆行驶速度过低的错觉，导致驾驶人高速甚至超速行驶。

Pasetto^[24]等对白天夜间的公路上的驾驶行为开展研究，经过分析发现，驾驶人在夜间感知速度不稳定，且有45％的驾驶人在夜间弯道行驶时会有延迟反应。

Jagerbrand^[25]调查了瑞典2012年—2014年间25个地区车速与不同光照、天气条件的数据进行分析，基于多元自适应回归和非参数统计检验方法对数据进行分析，发现驾驶员不会因夜间驾驶能见度降低而降低速度。

Bassani和Mutani^[26]调查了影响意大利都灵主干道路上驾驶员速度的主要因素,经过分析发现，随着照度的增加，白天的运行速度会增加，而夜间的速度会更高。

程国柱^[27]通过驾驶人夜间距离识别与车速感知试验构建了高速公路驾驶人夜间识别距离模型与感知速度模型；基于模型分析发现驾驶人夜间识别距离与行驶速度呈负线性相关，与平曲线半径呈正对数相关，与公路纵坡坡度呈负指数相关；驾驶人夜间感知速度与纵坡坡度无关，与实际行驶速度呈正线性相关，与平曲线半径呈负对数相关。

王海玮^[28]以夜间环境下的驾驶行为为研究对象,基于驾驶模拟器开展了四类驾驶实验,运用统计学方法综合分析了驾驶模拟实验过程中的生理参数变量变化规律，发现在夜间驾驶人的驾驶负荷更大，精神更为紧张。

Wood^[29]对现有研成功进行分析，发现在夜间驾驶的照明条件下，视觉功能会降低，并且随着年龄的增长，视觉障碍的影响会加剧。

1.2.4夜间安全设施布设研究

美国联邦高速公路管理局在2000年收集了各州许多优秀的施工作业区的案例，汇总编制成《施工作业区最佳实践手册》（Work Zone Operations Best Practices Guidebook）^[30]一书，其中的不少案例均对施工作业区夜间临时交通安全设施的布设进行了详细总结。美国还制定了《夜间移动施工交通控制手册》（Traffic Control Handbook for Mobile Operation night）^[31]、《施工作业区指导书》（Work Zone Guidebook）等，另外各州都自行制定了夜间施工作业区的相关规范或者手册，对施工作业区夜间临时交通安全设施的规划、设计、实施设置均有详细规定。

Homburger^[32]通过对加利福尼亚州4个工程项目夜间施工作业区的研究发现，在夜间封闭主线车道或者匝道进行施工时需要高水准的交通控制设施，并建议夜间施工作业区使用便携式可变信息标志。

张圣^[33]通过对高速公路改扩建施工作业区夜间驾驶人特性、道路环境特性、交通特性等进行分析，结合我国高速公路改扩建道路与交通条件的具体现状，对施工作业区夜间临时交通安全设施设置提出了相应的观点。

1.2.5研究综述

在夜间行车过程中，驾驶员视力减弱，视野变窄，车辆灯光照射范围有限，加之改扩建时期夜间高速公路的道路断面结构发生变化且道路照明设施严重不足，会导致驾驶人不易获得周围交通信息，加之车灯照射反光标志所引起的眩光效应，可能导致驾驶人对距离、车速方位、标志信息等预判的失误；此外在夜间行驶过程中，高速公路改扩建部分路段布设的交通标志过为繁杂，容易产生驾驶疲劳，继而造成交通事故的发生。鉴于此，本文以均衡夜间驾驶的合理照度和信息标识的合理布设为目标，提出合理有效的夜间安全设施布设原则，进而保障了高速公路施工区的夜间行车安全。

随着高速公路夜间施工的常态化，国内外学者纷纷对夜间的各个方面开展了相关研究。综上，从现有研究对象上看，主要从夜间施工区的事故特征、夜间驾驶人的视认性和夜间驾驶行为特征开展夜间施工驾驶的相关研究，利用数据分析、实车试验、模拟仿真等方法对夜间的视认距离、速度感知、驾驶负荷等开展研究。然而这些研究主要集中在夜间的驾驶特性上，没有从夜间照度的角度开展照度对交通安全的影响，也没有基于照度影响对夜间反光标志的合理布设开展相关研究研究。

因此本文以夜间高速公路改扩建半幅双向四车道通行的基本路段为对象，从夜间照度视认的角度开展了夜间高速公路施工区交通安全研究。针对现阶段对其夜间交通安全研究的不足，对该路段的道路环境进行调查来得到道路环境特征；并通过微波雷达来观测交通流来获取驾驶人的驾驶行为特征。之后从视认性机理出发，开展驾驶人夜间视认性研究并构建驾驶行为模型，通过调查的驾驶行为特征对模型进行补充。最终基于“位置—照度、车速—视认”驾驶行为模型对夜间安全设施的布设开展相关研究，通过模拟仿真实验和工程经济性评价的方法实现动态优化，提出合理有效的夜间安全设施布设原则，进而保障了高速公路施工区的夜间行车安全。

2. 研究的基本内容与方案

2.1设计的基本内容

本文的研究内容主要包括以下几个方面：

（1）夜间道路环境特征及驾驶行为特征研究

通过开展高速公路改扩建典型半幅双向四车道通行路段的夜间交通流观测和道路环境调查，采集相应的交通流特征和道路特征数据，并结合相应技术分析半幅双向四车道通行路段的道路环境特征和驾驶行为特征；

3. 研究计划与安排

第1-3周，查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需要理论观点、相关实例。确定方案，完成开题报告。

第4-10周，完成相关研究设计。

第11-15周，完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] price d a.nighttime paving[j], 1986.

[2] finley m d, ullman g l,bryden j e, et al. nchrp report 627: traffic safety evaluation of nighttime anddaytime work zones[m]. 2008.

[3] wunderlich k, hardesty d. asnapshot of summer 2001 work zone activity[j], 2003.