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第12期“同路人”交通安全技术论坛 由驾驶任务进阶至道路交通工程设计系列报告之五

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报告纪要:由驾驶任务进阶至道路交通工程设计——交叉路口情景之驾驶任务分析
主讲人:徐耀赐教授
日期:2021年10月3日
讲座专家介绍:徐耀赐,博士、副教授。1979年毕业于台湾中央大学土木工程系,1989年取得美国马里兰大学土木工程博士学位。曾任职美国马里兰大学桥梁工程中心、美国康州工程顾问公司,长期从事道路、交通工程规划与设计,是美国注册之土木工程技师(PE)。1999年,入选世界土木工程名人录。

报告整理:石若琳、刘倩、王雪松
审核:徐耀赐
会议截屏:

图1 会议照片


1. 绪论
1.1. 交叉路口简介
1.1.1规划阶段应深入评估交叉口路口类型

在进行规划时要由上位区域道路路网着眼,不能单纯的关注交叉口,需要掌握交叉路口设计的五大特征,慎选交叉路口的类型,才能合理进行交通规划。

平面交叉路口设计包括五大特性,交叉口的物理特性、运行特性、交通特性、区位特性、用路人特性。如图2所示,其中交叉口的物理特性会影响后续的交通控制,交叉口的物理特性不同,相关的交通控制、配套设施也将变化。道路交通工程是一个系统的工程,牵一发而动全身。


 
图2 交叉口造型对交通控制的影响图

 

1.1.2 平面交叉口物理区与功能区

任何平面交叉口都有物理区和功能区,物理区和功能区的组合决定车流动线是否可以平稳有序通过平面交叉口。物理区、功能区是否正确布局,攸关交叉路口能否发挥正常交通功能。

如图3所示,车辆由交叉路口上游功能区进口道驶入物理区,然后进入下游功能区出口道,这是一个连续的过程。此连续驾驶过程代表着车辆行驶时间、行驶距离的延续与车辆运行速度的持续与变化历程。

图3 车辆在交叉口中的驾驶过程

 

道路物理区(图4)在道路设计中很重要,针对任一车流动线,物理区具有“承先启后”的作用,在设计时应能同时适用上下游功能区的车道配置。

4 交叉口物理区位置

 

物理区形状愈不规则,代表驾驶任务中的控制愈复杂,驾驶人的驾驶负荷度(Driver Work Load,DWL)程度愈高。如图5所示,物理区的外形非常影响各交通动线的运行效率,不同的动线影响程度不同。右转所需的物理区面积较小,而直行与左转需要经过大片物理区,因此物理区对直行动线、左转动线运行的影响远大于右转转向动线。

图5 交叉口物理区对交通动线的影响情况

 

1.2 信号灯的排列顺序

如果信号灯是横向排列则红灯位于最左侧,竖向的话红灯应在最上边。根据人因工程,驾驶人万一错过或未看清,错失红灯的后果最严重,又由于红灯的明视角最小(图6),因此形成了现有的信号灯排列顺序。同时,车道对应式信号灯布设必须确保不可有“偏光效应”现象(偏光效应即在本车道却看到其他车道的信号灯情况,图7)。需要注意的是,任何优质的信号配时计划均不能用来弥补交叉口几何条件的缺失。也就是说,交叉路口一旦有畸形特质,无法用信号配时设计来解决道路路网不佳与交叉口车道配置瑕疵形成的问题。

图6 红灯明视角与观测角大小

图7 偏光效应


1.3 畸形路口
1.3.1 畸形路口形成原因

由于前期路网规划任务不合理、都市计划不佳、生活圈计划不良,造成了后期道路阶差太大(大干道接小巷道);交叉路口外型怪异,交通控制复杂,形成了很多畸形路口(图8);相邻交叉路口间距太短;交叉口面积过大等情况。以日本为例,七成的畸形交叉口都是由于规划不足造成的。

图8 畸形路口示例

 

而交叉口路口的几何条件会影响动线的流畅程度,连带波及信号灯的配时计划。畸形路口越多,影响区域面积越大,对该区域道路路网交通运行绩效、安全的伤害越大。


1.3.2 畸形路口的整治

在我们生活中畸形路口有很多且十分复杂,畸形路口的问题严重性使得绘制畸形路口点位图(图9)以及影响范围图(图10)成为都市道路交通工程与管理工作的重点。一个都市治理时要有配套的畸形路口点位图,畸形等级越高是路口,必须优先整治,经费和警力配置也要相应越高。

在整治畸形路口时,首先要梳理区域路网,检查路口结构合理性,发现畸形交叉口的位置,之后进行区域路线重整,有些道路可以新建、改建、封闭来改进,最后才是畸形路口的整治改善。

9 畸形路口点位图示例

 

图10 畸形路口影响区

 

1.4 交叉口路口安全隐患由来

如图11所示,交叉路口的安全隐患由以下几个方面造成:
 (1)都市计划、土地使用分区、人口分布、运输系统在最初规划时没有整合起来进行总体规划,而是各部门分别进行规划;
 (2)上游规划设计留下的后遗症最多,例如:几何线形组合不佳、交通控制设置不当、交通动线不佳、车流混合复杂等;
 (3)交叉口路口处时距、视区条件不佳;
 (4)渠化设计不佳等。

图11 交叉口安全隐患因素图

 

如图12所示,从人车路角度来看安全隐患的由来,可以看到人的原因最大,例如不守交通法规,驾驶行为不佳等。

图12 人车路角度下的交叉口安全隐患因素图

 

2. 交叉路口是否有设计速度

道路设计时已有相对应的设计速度,如果交叉路口存在设计速度,两道路形成的交叉路口的设计速度低于路段,路段限速和路口限速不同,这之间必有速差现象,就会造成一定的问题。

再者说,车辆通过交叉口是一个极短时间的连续驾驶过程。进行平面交叉口路口车道配置时,必须考虑到交叉口路口上下游的车道配置,同时也必须考虑到车辆由交叉口上游功能区进口道,然后驶入物理区,最后在进入下游功能区出口道的连续驾驶过程,驾驶员的驾驶任务内容连续、不间断。如果交叉口存在设计速度,那么在此过程中,这个连续的驾驶过程就会受到影响,因此可以得到平面交叉路口的规划设计与设计速度无关,交叉口路口没有独立的设计速度,从以下四个方面进行证实:

2.1 由道路交通功能而言

交叉路口的交通功能由两相交道路的交通功能共同决定,即任一交叉路口必须考虑相交道路而独立定位其交通功能,因此交叉路口没有独立的设计速度。

2.2 由道路设计速度定义来看

AASHTO Green Book (2018)中的道路设计速度是由于道路几何设计而选取的某个速度值。平面交叉口路口本身的主要几何条件,例如交角、偏角、纵坡等由两相交道路共同制约而决定,所以没有自己独立的设计速度。

2.3 从道路容量分析中的6种分析对象来看

在道路通行能力手册(Highway Capacity Manual,HCM,TRB2016)道路容量分析中的6种分析对象里(图13),平面交叉口是一个点,长度视为“零”,“点”的交通特性与其他对象不同,车流运行特性也不同,因此没有设计速度。

图13 道路容量分析6种分析对象

2.4 从交叉路口车辆接近速度来看

如图14所示,ITE(Institute of Transportation Engineers)中提及的85%位交叉口车辆接近速度(Intersection Approach Speed)受到该路段的限制速度(Post Speed Limit,PSL)值影响,可以得到直行左转车流PSL与85%的关系如下:

直行车流:V_85=PSL+7mph(英制)=PSL+11kph(公制)
左转车流:V_85=PSL-5mph(英制)=PSL-8kph(公制)

图14 交叉口限制速度与V85

 

驾驶人在直行遇到黄灯时(图 15),于停止线上游端可能有加速现象。

当驾驶员面对黄灯结束后的红灯(全红时段)时,左转车流V_85与限速值无关系。

V_85=20mph(英制)=32kph(公制)    (1)
因此可以看到交叉口没有设计速度。


图15 交叉口黄灯时V85计算

 

如图16所示,除了转向弯道外,交叉口范围内的设计细节与设计速度无关,右转动线(动线③)受到交叉路口信号配时的制约,但转向弯道车流动线与信号配时无关。

图16 车流动线与转向弯道示意图

 

但是严格来讲,转向弯道存在设计速度,需要据此设计超高。因此限速标志应该布设于路段,不可设置于交叉路口范围内,限速标志不可与信号灯同挂一个柱子,图17所示为错误安装位置。

图17 限速标志不可设于交叉口范围内

 

3. 信号交叉路口的驾驶情节任务分析

针对非畸形信号灯交叉路口进行规划设计时,与驾驶任务相关的重点考虑项目有车道配置;视距、视区;路权指派;信号灯系统。当交叉路口的规划设计合乎道路交通工程设计的科学原理时,驾驶任务就会变得简单易行。

3.1车道配置

平面交叉路口的车道配置是交叉路口几何设计考虑的一部分,对于各交通动线的安全性、交通控制设施布设、交叉路口设计容量有较大影响。交叉路口车道配置不佳,其造成的影响无法全然用交通控制设施来克服。区域道路路网的服务绩效,绝大部份系于平面交叉路口的车道配置,尤其是左转向动线。在确定平面交叉路口无畸形特质的前提下,探讨车道配置合理性才符合道路交通工程设计的完整逻辑性。
如图18所示,平面交叉口有专用或共享车道、直行车道、左转向车道、右转向车道、右转向弯道、回转车道(掉头)组成。其中右转向车道没有导向岛,右转向弯道有导向岛。

图18 大型交叉口通道类型

 

如图19所示,进行平面交叉路口车道配置(Lane Layout)时,必须考虑到交叉路口上下游各路段的车道配置,同时亦必须考虑到车辆由交叉路口上游功能区进口道进入,然后驶入物理区,最后在进入下游功能区出口道的连续驾驶过程。

此连续驾驶过程代表着车辆行驶时间、行驶距离的延续与车辆运行速度的持续与变化历程。车道配置的合理性愈高,代表驾驶任务愈单纯,驾驶人的驾驶负荷度(Driver Work Load,DWL)愈低。

需要注意到是交叉路口的物理区、功能区及两交叉路口的间距。两相邻交叉路口间距如果不足,则功能区可能受损,即使车道配置合理,亦无法发挥应有的交通功能。

图19 交叉口功能区

 

平面交叉口路口车道配置的合理性有五大检核准则,包括:
 (1)
车道数准则
 (2)车道宽准则
 (3)视距、视区准则
 (4)行车轨迹准则
 (5)路权指派准则

如图20所示,五大准则皆须详实检核。任一准则不合规,其背后乃是交通安全隐患、车流运行不顺畅。

图20 交叉口车道配置合理性检测流程


3.1.1 车道数准则

由道路容量分析(Capacity Analysis)领域中的容量转移原理(Capacity Transmission Theory)可知,针对任一动线,位于下游功能区出口道的车道数(Nds)必须大于或等于上游功能区进口道的车道数(Nus),否则便形成瓶颈(Bottleneck)。

如图21所示,对直行动线来说,交角75度以内均算直行动线。由车道数准可知上游功能区进口道直行的车道数N_us与下游功能区出口道直行的车道数N_ds的关系为:

N_ds≥N_us,直行动线需求流率可顺利转移
N_ds<N_us,会形成瓶颈

针对同一平面交叉路口,双向的直行动线皆应符合车道数准则,任一方向不符皆应视为不合理,亦即具有畸形路口的的特质。

图21 直行动线示意图

 

新旧道路交叉形成不合理的交叉口,不符合车道数准则,可以通过渠化进行改善。如图22所示。

图22 通过渠化改善交叉口问题示意图

 

如图 23,对于左转动线驾驶人可以自由选择进入某车道,要求出口道对应的车道数>=进口道车流动线车道数,除此之外,还对视距、视区有要求。

图23左转动线的车道线设置图


3.1.2 视距、视区准则

视距、视区(图24)涵盖上下游功能区与物理区,因此视距、视区准则必须考虑以下两大重点:

1)车辆可能于停止线前暂时停等;

2)车辆由上游功能区进口道经过物理区至下游功能区出口道平面交叉路口。

图24平面交叉口的视距视区

如图25所示,交叉口植被对于视距有较大影响,因此交叉路口的设计必须考虑植栽规划。

图25 交叉口植栽规划与视距

 

(1)如图26所示,信号灯交叉路口的基本视距、视区需求包括:

1)每个动线停止线前方,第一部停止的车辆为此〝等候车列〞的〝领头羊〞,必须可清楚明视交叉路口物理内的各信号灯显示、各方向车流动线。

2)第一部停止于停止线的车辆驾驶人必须可明视整个路口物理区。

3)亦与减少信号灯起驶时间损失(Start-up Lost Time)有关。
 车辆通过停止线后,驾驶人可清楚明视其出口道在何处位置。

4)此范围的内,除依信号灯控制运行中的车辆与停止中的左转弯待转区车辆,其余部分应处于净空状态。

图26 交叉口物理区内的视距需求

 

(2)交叉路口车辆直行动线的视距、视区条件

1)停止线前方绘制禁止变换车道白实标线的主要原因在于避免直行车流于停止线前方产生交织现象,同时可帮助驾驶人的视距、视区集中在前方的物理区(图27 a)。

2)驾驶人的视区集中在下游功能区出口道的范围,主要原因是驾驶人必须注意相邻车道动态,找寻可进入的出口道位置。突出路面岛头应有警示设施,应具有夜间反光功能。在交叉路口所有动线中,直行速度是最快的,所以直行的视区更重要,反光设施在夜间很重要(图27 b)。

图27 交叉路口车辆直行动线的视距、视区条件

 

(3)交叉路口车辆左转向时的视距、视区准则
交叉路口车辆左转向时的视距、视区准则有以下三条:

1)车辆已进入左转向专用车道,驾驶任务的重点在于注意车前交通状况及路口信号灯显示,调控速度、减速或依信号灯显示左转向(图28 a)。
    2)驾驶人欲左转向时,由进口道进入物理区的过程中,驾驶人必须能完全明视出口道的明确位置。亦即驾驶人应可自主选择进入某出口道(图28 b)。

图28 交叉路口车辆左转向时的视距、视区准则

 

3)有左弯待转区的左转向专用车道,视距、视区比无左弯待转区的左转向专用车道更佳(图29)。

图29 交叉路口车辆左转向时的视距、视区准则

 

(4)中央分向设施必须检核视距、视区准则

图30所示的中央分向设施是一种具有争议的做法,它可能解决了信号灯问题,但违反了视距、视区准则,那么该做法是否合理,是否安全成为一个需要继续思考的点。

图30 某中央分向设施


3.1.3 路权指派的缺失

在信号灯交叉路口,需要设置指向标线进行路权指派,驾驶人能够按照路权来行驶。图31左图为错误案例,停止线上游无任何指向箭头,代表此处交叉口路口没有路权指派,容许直行与左、右转向。图31右图为正确的做法,应该在a处告知此处只准直行,b处告知只准左转向,c处告知此处只准右转向。

图31 路权指派的缺失例

3.1.4 行车轨迹与人因

目的地位于何处,是驾驶人心中自定的,它与驾驶任务中的Navigation有关。当目的地位于左前方位,驾驶人未达交叉路口前,必定考虑行驶在最左车道;当目的地位于右前方位,驾驶人未达交叉路口前,必定考虑行驶在最右车道,这是符合人因的。

图32 行车轨迹与人因

 

(1)车辆右转向动线

针对车辆右转向动线,车辆驶至最右车道再进行右转向,这是符合人因的。交通控制(如标志、标线、信号灯)策略也应遵循此原则。然后才能进一步思考是否需要专用的右转车道(Exclusive Right Turn Lane)。当右转流量大很大时,设置右转的专用车道。

图33 车辆右转向动线

(2)车辆左转向动线

针对车辆左转向动线,应让车辆驶至最左车道再进行左转向,这是符合人因的,交通控制策略也应遵循此原则。当左转流量大时,设置左转的专用车道。
交叉路口事故最频繁的是左转向动线,因此左转车流动线的处置应严谨。

图34 车辆左转向动线

 

图35为左转右置,是错误的做法。一方面它违反人因的原理,另一方面,即使当地人熟知该做法,但外地人第一次到该路口会不知如何行驶。这类畸形路口在形成后,再使用信号灯进行处理是不对的。
利用信号灯控制不能治堵,信号灯配时计划的调整对提升交叉路口容量的可能性低,而认为使用智能信号灯系统可治堵,是毫不遮掩的忽悠。

图35 左转右置案例


3.2 信号灯配时
3.2.1 信号灯配时计划目标的设定

都市交通管理的新思维体现在无需保证一个城市永远不拥堵,但应该保证这个城市至少是合理的拥堵。以两个例子进一步说明,医生面对某病人,最优先目标是完全治愈病人,只有在无法完全治愈的前提下,医生退而求其次,设法让病人承受的痛苦减至最小;考试时无法保证100分,何不实际面对,将目标设定在80分,较易达成且态度务实。

从传统思维转变为新思维,针对明显不合理的拥堵,短期内如果无法“治本”,增加道路供给量,在不可能完全治堵的情况下,何不采取“治标”导向。需要思考如何“缓堵”?“缓堵”到何程度?“缓堵”绩效如何评定?信号灯配时优化仅可视为“缓堵”的思维。

图36 信号灯配时计划目标的设定


3.2.2 畸形路口的信号配时

畸形路口的信号配时比正常路口复杂很多,设置时应特别谨慎。现有的作法没有先鉴别路口的畸形特性,直接依照一般正规路口及设计规范进行信号配是不正确的。正确的做法是深入研究路网结构合理性,鉴别交叉路口的畸形属性(16种类型),然后再针对畸形路口特性安排合理的周期相位。
信号灯配时必须“与秒数较真”,极短暂的每秒都代表一段可观的距离。

图37 畸形路口的信号配时


3.3. 信号交叉路口处的驾驶任务分析

以圆形绿灯左转为例,圆形绿灯是一种容许时相(Permitted Phase),容许车辆左转,但需要寻找合理的间距,是一种相对路权非绝对路权。

在信号设计时可以加入驾驶任务分析,针对交叉路口的任何车辆动线皆可建立速度历程图(Speed Profile Diagram),车辆从远处到接近路口,然后到达路口,最后进行左转向或右转向,绘制每个阶段的速度和时间变化。速度历程图对检核交叉路口的各项设计细节极有帮助。速度历程图可用于车辆、行人、自行车等,可以在道路设计手册(Highway Design Manual,HDM)中进行配套使用。

38 速度历程图(Speed Profile Diagram)

 

对信号灯交叉路口进行驾驶情节任务分析,可以得到实质的帮助,如下所示:
(1)可检核车辆沿路段进入路口停止
线前,应具备的标志、标线是否有遗漏?
(2)可搭配合理的减速率(3.4m/s2),检核辅助车道(左转向专用车道或右转向专用车道)的设计细节是否合宜?
(3)可检核信号灯配时策略是否合宜?尤其针对信号灯的清道时段(车辆Vehicles,自行车Bicycles…)。
(4)可检核车辆由进口道驶入物理区的标线设计细节,例如停止线上游端的禁止变换车道线。

 

4. 无信号交叉路口的驾驶情节任务分析

为了提升道路安全,美国联邦高速公路总署(Federal Highway Administration,FHWA)于2012年开始推动进行的九大优先核心研究项目计划包括:

(1)交叉路口(Intersections),尤其是无信号灯路口

(2)防止车辆驶出行车道范围之外(Roadway Departure)

(3)行人与自行车骑士(Pedestrians and Bicyclists)

(4)重型机车(Motorcycles)

(5)市区与地区道路(Urban and Local Roads)衔接

(6)速度管理(Speed Management)

(7)反光/照明议题(Visibility / Lighting)

(8)人为因素(Human Factors)

(9)增进安全的广泛性措施(Comprehensive Approach to Safety)

 

4.1左方车礼让右方车

a车因受右侧A柱阻挡的范围较小,进入路口瞬间较能看清楚b车。b车因受左侧A柱阻挡的范围较大,进入路口瞬间可能无法看清楚a车(图39)。左方车驾驶人的视区条件优于右方车,因此左方车礼让右方车。

图39 左方车礼让右方车

 

但驾驶人可能面临左右方区分的疑惑,左右方是两个驾驶人的相对方位,许多的驾驶人没有正确的左右方概念。驾驶人如果想判定两车的相对左右方向,进入路口前必然要减速慢行,甚至停等。那么,为了解决这种疑惑,何不思考采用停字标志(Stop Sign),先到先停、先停先行。在美国的统一交通控制设施手册(Manual on Uniform Traffic Control Devices,MUTCD)中采用了停字标志来解决驾驶人对区分左右方的疑惑。

40 左方车礼让右方车案例

 

在每个方向设置停字标志,如图41所示,每辆车在到达交叉口停止标志前,车辆必须完全停车,先到先停、先停先行。

图41 无信号交叉路口设置停字标志

 

4.2 停字标志应在国内推广的原因

(1)无信号灯交叉路口大多视距合规,视区不足。

针对无信号灯交叉路口的设计,理论上都应确保驾驶人视距、视区都符合规定。但在现实条件下,视区遮挡的情况并无法全然克服,尤其是已建成的合法建筑物。在全球范围内,可以发现无信号灯交叉路口的总事故量远高于信号灯交叉路口。

图42 无信号灯交叉路口的视区不足

 

(2)以驾驶人正确应对交叉路口交通控制设施的程度而言:信号灯路口>闪红、闪黄>只有标线或标志>什么都没有。

在第四类(什么交通控制设施都没有)交叉口路口,驾驶人是最不适应的,最不清楚的,也最容易犯错的。如果把第三类(只有标线或标志)和第四类变为停字标志的话,事故量会明显减少。

图43 无信号灯交叉路口的交通控制设施对比

 

(3)停字标志(Stop Sign)具有主动引导(Positive Guidance)的含义,针对车-路互制,直接停下,别无选择,因此,驾驶人较不易疏忽犯错。

(4)即使交通法规有明文规定,驾驶人亦可能有ROW Dilemma的现象。

当三辆车都到达图44 a中的无信号交叉路口,三个驾驶人可能还会无法判断是否该让行。而当设置停字标志后(图44 b),先到先停,拥有先行的路权,ROW Dilemma的现象减少。特殊状况下,如各方向车辆同时到达停止线,无法确实分辨先后顺序,也应鼓励驾驶人具备礼让行为。

图44 设置停字标志的前后对比

 

(5)接入管理技术在人行道-自行车道的应用。

如果将停字标志推广至接入管理,停字标志对保护行人、自行车骑行者,具正面明显效果。

图45 接入管理技术在人行道-自行车道的应用

 

4.3 有主次路特性的无信号灯交叉路口

(1)为保持主路通行路权优先,主路不可放置慢字标志,应放置叉路标志提示(Defensive Driving)。在主路放置慢字标志违反主路通行权优先的原则,放置指示标志或警告标志可以提示驾驶员具有防御驾驶意识,图46 a是正确的,图46 b为错误的。

图46 有主次路特性的无信号灯交叉路口的标志放置

(2)主路、次路的判别方法:从交通功能位阶来看,主路较高,次路较低;从交通量来看,主路明显较高,次路较稀疏。

图47 判定主路、次路的判别方法

 

凡有主、次路特性的无信号灯交叉路口必须遵循“主路通行路权优先”的原则,依此原则布设标志、标线。

如果某路段的设计车流型态为非干扰性车流(Uninterrupted Flow),使用错误的标志、标线布设,等于变相将非干扰性车流变成Interrupted Flow,不符合道路交通工程设计逻辑。

 

4.4 无信号灯交叉路口-Gap 和Lag

叉路左转向主路,以驾驶任务和驾驶负荷的困难程度而言,可以判定远程Gap > 近端Gap > 近端Lag (图48)。必须特别注意,驾驶人的判断是基于主观认知的距离,道路交通工程规划设计者则以车辆运行时间及速度为准。

图48 无信号灯交叉路口的Gap 和Lag

 

驾驶人考虑Gap的影响因素包括:等待时间(Wait Times),转弯方向(Direction of Turn),道路熟悉度(Familiarity with the Roadway),驶近大型车(Oncoming Vehicle Size),交通量(Traffic Volume),车灯眩光(Headlamp Glare)。这些设计的概念在AASHTO Green Book 2018、NCHRP 600,2012、NY DOT 2021等文件中都有所涉及(图49)。

图49 驾驶人考虑Gap的影响因素

 

(1)等待时间(Wait Times)

当主线车流量较大时,次路车辆驾驶人可接受的Gap通常有较小的倾向,主要原因是主线车辆平均运行速度较低。

图50 等待时间

 

(2)转弯方向(Direction of Turn)

当车辆由左侧驶来,驾驶人可接受的Gap通常大于由右侧驶来车辆的Gap,这是左驾车辆驾驶人的特性,视距、视区较易感知。

图51 转弯方向

 

(3)道路熟悉度(Familiarity with the Roadway)

居住在当地附近的驾驶人可接受的Lag及Gap均较短,主要原因是熟悉路况。

图52 道路熟悉度

 

(4)驶近大型车(Oncoming Vehicle Size)

大型车被驾驶人主观感知的接近速度会大于小型车,这是因为视觉感知效应所导致。

图53 驶近大型车

 

(5)交通量(Traffic Volume)

主路的车流量愈大,次路车辆驾驶人可接受的Lag及Gap普遍变短,这是人因的原因。

图54 交通量

 

(6)车灯眩光(Headlamp Glare)

夜间情况下,远方来车的车头灯光可能对想左转向车辆驾驶人造成眩光效应,致使驾驶人可接受的Lag与Gap会大为增加。

图55 车灯眩光


4.5 阻滞因子(Impedance Factor)

针对直行-左转共享车道,左转向车辆影响直行车减速,甚至被阻挡,进而造成直行车辆通过交叉路口物理区流量减少的现象称为阻滞效应(Impeditive Effect)(图56)。描述阻滞效应影响程度的因子,称为阻滞因子(Impedance Factor)。

56 阻滞效应

 

如图57所示,当红色左转车是第一辆车,阻挡了后方车辆直行,此时If=1.0;当红色左转车在车队中间,不影响其前方车辆,阻挡了后方车辆直行,此时If=0.5;当红色车辆位于队尾,不影响前方车辆,此时If=0.0。透过长期的流量、动线调查,可以确认直行-左转向车道的配置是否合理。

图57 阻滞因子

 

由阻滞因子验证,可以得知布设By-Pass Lane与右转向专用车道的必要性。如图58 a所示,当左转向车流量较多的话,为了避免阻滞效应,可以设置By-Pass Lane,右转向专用车道类似。

图58 避免阻滞效应案例


4.6 储车空间遮挡(Storage Bay Blocking)

当左转向车列受制于直行等候车列而无法进入左转向专用车道,致使左转向专用车道的空间闲置(图59)。由HDM大数据平台的长期验证,此状况如频繁发生,可间接证明左转向需求车流量可能被高估。

图59 储车空间遮挡

 

4.7 储车空间溢流(Storage Bay Spillback)

当左转向车辆多,会遮挡直行车流,造成停止线上游端之空间闲置(图60)。由HDM大数据平台的长期验证,此状况如频繁发生,可间接证明左转向需求车流量可能被低估。

驶情景任务分析也可以应用到冲突点分析,清楚地确定冲突点如何减少。任何无信号灯交叉路口皆可进行驾驶情节任务分析,以得知更详实的设计细节。

图60 储车空间溢流


5. 转弯线、导流线
5.1 转弯线、导流线的意义

(1)转弯线可有效辅助驾驶人进行驾驶任务中的“Control”,且必须绘制于驾驶人的左侧(图61 a)。
(2)转弯线、导流线可与大型平面交叉路口的渠化设计整合考虑(图61 b)。

图61 转弯线、导流线的意义

 

5.2 正确的左转向行车动线

(1)无转弯线、导流线时

车辆在离开进口道进入物理区时,后轮必须完全通过停止线之后,再进行左转向,依此行车轨迹,驾驶人便可轻易选择欲进入的出口道(图62 a)。

(2)有转弯线、导流线时

交叉路口物理区内如有转弯线、导引线,驾驶人必须确保车辆左转向时,车身紧邻左侧转弯线,且轮胎至始至终不可辗压转弯线(图62 b)。转弯线必须符合通行路权边界的原则。

图62 正确的左转向行车动线

 

5.3 判定左转向车辆有抢先左转向的实证

(1)由车辆撞击点(Point of Impact)与肇事车辆行向便可约略推估左转向车辆是否有抢先左转向的行为。抢先左转向车辆系左转向车辆尚未完全通过停止线下游端时,即做出转向的动作,此动作会间接造成后车轮跨越双黄线的行为。转弯车未礼让直行车先行,驾驶任务中的Control有问题,在错误的时间进入路口。

图63车辆撞击点与肇事车辆行向

 

(2)行车轨迹图的比对在道路交通事故鉴定中极有帮助。确定行车轨迹图后,才能进一步画转弯线和导流线。

图64 行车轨迹图对比

 

5.4 斜交路口的转弯线、导流线

(1)斜交路口的转弯线绘制必须有“行车轨迹分析”的根据,不可仅凭直觉。可进行现场目视检核转弯标线被车辆辗压的程度(图65 a)。

(2)左转向速度愈大,进入外侧出口道的机会愈大,因此绘制转弯线亦有间接制约转向车辆运行速度的功能(图65 b)。

图65 斜交路口的转弯线、导流线


5.5 双左转向车道

对于多个左转向车道,导流线要特别考量,以引导左转车辆完成左转向,还要调整喉宽以适应多转向专用车道(图66 a)。同时,也要检查两辆车同时左转向时,距离m是否足够(图66 b),此距离必须满足两对向左转向车辆同时进行左转向,实际距离须根据实际状况而定。

图66 双左转向车道


6. 交叉路口的渠化设计
6.1 渠化设计的使用区域

渠化(Channelization)可适用于所有道路路网中有必要之处,由最高交通功能位阶的高速公路至最低位阶的接入皆可辅以渠化设计(图67)。

图67 高速公路和接入的渠化设计


6.2. 渠化的主要功用

依AASHTO Green Book 2018,渠化的主要功用可归纳为以下三大类:

(1)利用渠化的技巧,可顺利引导转向车流,典型的案例是高、快速公路出入口匝道的三角区(Gores)及平面交叉路口的左、右转向车流。

(2)可达到将不同向车流进行“分向”及将同向车流进行“分隔”的目的。

(3)可提供运具暂时停等的庇护区(Refuge Area)及车流失稳紧急状况下的回复区(Recovery Area)

6.3. 影响渠化设计的因素

影响渠化设计的两大主要因素:①道路、交叉路口的几何线形、物理特性;②车辆的行车轨迹。

以大型车左转为例(图68),左转中有三个最重要的数据,分别是方向盘的转动角度(Steering Angle),中心线转弯半径(Centerline Turning Radius,CTR),扫过的道路宽度(Swept Path Width,SPW)。在模拟大型车转弯时应该采用低速度,在AASHTO中采用的是10mph(15kph),如果采用高速度会容易造成失真。

图68 大型车左转的重要数据

 

在某些转弯段、大型车、组合型车辆转弯时可以“合法”辗压渠化标线(图69),交通法规应明确规定,原因是平时车流量以小汽车为主,大型车极少。

图69 SPW与渠化设计


6.4建立合理性路网结构

路网结构组成具合理性的前提下,渠化设计是确保交通流顺畅且可顾及交通安全的“收边工程”。了解交叉路口的驾驶情节任务分析对交叉路口的渠化设计极有帮助。

在进行渠化前需要保证路网结构的合理性,道路路网结构具合理性位于道路交通工程领域的最上位角色。渠化设计无法用来解决路网结构不佳造成的残局(图70)。

图70 路网结构不佳与渠化的关系

 

过度渠化(Over-Channelized)相当于增加驾驶人的驾驶负荷度。需要避免渠化不足和过度渠化。

 

6.5 标线渠化区

标线渠化区是动线回复区(Recovery Area),回复区内不得有任何硬质物,凡标线渠化岛内均不可布设硬质杆件。图71是标线渠化岛内布设硬质杆件的错误案例。
寒带易下雪,温带雨量多的地区,应尽量少采用标线型渠化岛。

71 标线渠化岛内布设硬质杆件的案例

 

【“同路人”交通安全技术论坛简介】

“同路人”交通安全技术论坛由同济大学、公安部交通管理科学研究所、交通部公路科学研究院共同发起,依托交通安全学科创新引智基地(“111项目)、道路与交通工程教育部重点实验室、道路交通安全与环境教育部工程研究中心、交通安全国际合作联合实验室、交通安全研究信息共享平台,就中国道路交通安全的重点问题展开深入讨论,推动国家道路交通安全科研水平的提升和应用技术深化。

2016年开始,同路人交通安全技术论坛已经开展了如下主题的研讨:美国《统一交通控制设施手册》、高速公路安全重点问题、基于行为分析的营运驾驶人安全教育、道路安全设计、事故多发道路判别与改善、速度管理、人因与道路交通安全、道路路网结构合理性与整改思维、道路路网结构之接入规划设计理念、路权之工程、法律意涵与实务应用、统一交通工程控制手册。

本次系列论坛主办单位为同济大学、公安部交通管理科学研究所、交通运输部公路科学研究院、“一带一路”国际交通联盟(BRITA)、上海市交通工程学会、上海市交通委员会科学技术委员会、中国公路学报、中国智能交通协会交通安全专委会。将邀请逢甲大学徐耀赐教授就由驾驶任务进阶至道路交通工程设计进行讲座,活动由交通安全学科创新引智基地(“111项目)资助。

 


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