大丽高速公路长大下坡行车安全与防护

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｃｏｎｏｍｙ　ｉｎ　Ａｒｅａｓ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　交通科技与经济　２０１０年第３期（总第５９期）　大丽高速公路长大下坡行车安全与防护　张文斌，王　博，朱顺应，杜志刚　（武汉理工大学　交通学院，湖北武汉４３００６３）　摘要：为保障大丽高速公路长大下坡路段的行车安全，首先，用风险指数法选出几个危险性比较高的连续长大下　坡路段；然后，运用ＧＳＲＳ修正温升模型对危险车型在这些坡段上的制动毂温度进行分析；最后，根据坡段上制动毂　的温度变化和沿线的气候特征提出基于光流率和边缘率的改善方法，以及其他系统的安全管理措施和．ｒ－程改善建　议。为大丽高速和其他高速公路长大下坡的安全和防护提供参考。　关键词：高速公路；长大下坡；风险指数法；ＧＳＲＳ修正模型；光流率和边缘率；管理措施　中图分类号：Ｕ４９１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８—５６９６（２０１０）０３—０００５—０３　Ｄｒｉｖｉｎｇ　Ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｌｏｎｇ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｐ　Ｄｏｗｎｇｒａｄｅ　ｏｆ　ＤＡ—ＬＩ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｎ～ｂｉｎ，ＷＡＮＧ　Ｂｏ，ＺＨＵ　Ｓｈｕｎ－ｙｉｎｇ，ＤＵ　Ｚｈｉ—ｇａｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００６３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ￣Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｓａｆｅｔｙ　ｆｏｒ　ｌｏｎｇ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｐ　ｄｏｗｎｇｒａｄｅ　ｏｎ　Ｄａｌｉ—Ｌｉｊ　ｉａｎｇ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ｉｎ　Ｙｕｎｎａｎ，ａ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ｏｆ　ｄｏｗｎｇｒａｄｅ　ｓｅｃｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈ　ｌｏｗ　ｓａｆｅｔｙ　ｌｅｖｅｌ　ｗｅｒｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｒｉｓｋ　ｉｎｄｅｘ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｉｒｓｔｌｙ．　Ｔｈｅｎ　ｕｓｉｎｇ　ＧＳＲＳ　ｒｅｖｉｓｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ　ｂｒａｋｅ　ｄｒｕｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｒｉｓｋ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅｓｅ　ｓｌｏｐｅ　ｓｅｃｔｉｏｎｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　ｂｒａｋｅ　ｄｒｕｍ　ａｎｄ　ｃｌｉｍａｔｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ—　ｔｉｃｓ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ，ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｒｅ—　ｓｅａｒｃｈｅｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｆｏｒ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｎ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ；ｌｏｎｇ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｐ　ｄｏｗｎｇｒａｄｅ；ｄｒｉｖｉｎｇ　ｓａｆｅｔｙ；ｒｉｓｋ　ｉｎｄｅｘ　ｍｅｔｈｏｄ；ＧＳＲＳ　ｒｅｖｉｓｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ：ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅ　１典型坡段的筛选及其交通特征　名如表１所示。　１．１典型坡段的选取　表１长大下坡路段风险指数　国外长大下坡交通安全研究表明：坡长ｄ，ｍ及　平均坡度Ｐ与事故的严重程度及发生频率相关性　最大。研究认为，当ｄ・　＜１３０时，纵坡路段不会　发生过度风险；当ｄ・　≥１３０，且仅当　＞３时纵坡　路段事故率开始随着ｄ・Ｐ值的增大而增加。本文　将ｄ・Ｐ作为风险指数来评价长达下坡的安全性。　路线设计规范规定坡长超过３　ｋｍ的连续纵坡　要采取避险车道等工程措施进行防护。通过设计文　件找到大丽高速主线上坡长超过３　ｋｍ的连续长大　下坡路段，其具体的坡度、坡长、桩号和风险指数排　根据以上风险指数表和排名，大丽高速主线上　ｄ・Ｐ值大于１３０的长大下坡路段总共有７段，这７　收稿日期：２００９　１２　１６　基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０７７８１４２）　个坡段中坡度Ｐ大于３　有３段，根据上文分析，这　作者简介：张文斌（１９８３），男，硕士研究生，研究方向：交通运输规　３段长大下坡过度危险，需要进行特别评价。对于　划与管理．　其他ｄ・　＜１３０，或者ｄ・　≥１３０但是坡度ｐ＜３　交通科技与经济　第１２卷　的坡段治理，可以按照规范中的规定用设置避险车　道等方法改善。　１．２典型坡段交通特征　根据项目交通量的预测结果，２０１２、２０１５、２０２０、　安全，该高速研发了强制减速车道、消能减速护栏、　网索式避险车道三种新型交通安全设施，并成功应　用于蒙新高速公路。配合传统的限速、强制加水、合　法装载运输等形式，有效地解决了蒙新高速公路长　下坡行车交通安全。　２０３１年换算交通量分别为１２　２５６　ｐｃｕ／ｄ、　１７　９４１　ｐｃｕ／ｄ、２７　８０９　ｐｃｕ／ｄ、４７　７９５　ｐｃｕ／ｄ。２０３１　年大丽高速上货车比例为４５．３　，大货车比例达到　４基于光流率和边缘率的安全改善措施　２１．７　，项目影响区大货车平均实载率１４６．０　９／６。　２典型路段刹车毂温度分析　２．１刹车毂温升模型　目前，制动毂广泛采用的刹车片摩擦材料在　２５０℃以上时制动效能产生明显的衰退，所以把２６０　℃作为制动毂制动效能衰退的温度控制点。　ＧＳＲＳ是美国联邦高速公路管理局针对大货车　在下坡过程中容易出现刹车失灵而造成严重事故的　问题所研发的基于刹车系统温度评估系统。ＧＳＲＳ　中的车辆制动鼓温度预测模型假设车辆下坡速度不　变，不使用辅助刹车系统，主要考虑坡度、坡长、车辆　的重量的影响进行制动毂温度计算，计算式为　Ｔ一一４２３．８２＋１７０．８８ｇｌｎ（Ｇ）＋８１．５２ｇｌｎ（Ｇ）＋　８１．６９ｇｌｎ（Ｇ）＋Ｔｏ．　（１）　式中：丁为制动鼓温度，℃；Ｇ为下坡坡度影响因素；　为车辆下坡速度影响因素，ｋｉｎ／ｈ；Ｌ为距坡顶的　距离影响因素，ｋｍ；Ｔｏ为车辆制动毂进入研究路段　的最初温度，℃。　２．２本项目典型长大下坡路段刹车毂温度　在温度计算中，根据道路的实际情况，初始温度　采用１０２℃，分析车型车采用本路段交通流比例最　大的实载率为２００　水平下车重为４０　ｔ的大货车，　车速取７０　ｋｍ／ｈ。分别对３个危险连续长大下坡路　段的制动毂温度计算，如表２所示。　表２大货车制动毂温度　序号…号…号　１　Ｋ２９＋３００　Ｋ３８＋９２０　０．０３８　Ｋ３０＋１００　Ｋ３３＋８００　３９８　２　Ｋ１０６＋５００　Ｋ１２１＋９７０　０．０３１　Ｋｌｌ０＋０００Ｋ１１２十５００　５１４　３　Ｋ１２ｌ＋９７０　Ｋ１３５＋６１０—０．０３　Ｋ１２５＋２７０Ｋ１２８＋５７０　４２９　３云南省其他高速公路长下坡安全防护经验　蒙新高速公路位于云南省东南部，纵贯红河州　境内，是我国连接越南及东南亚国家的重要国际大　通道的一段。从蒙自的冷泉到个旧市蛮耗镇，海拔　从１　６００多米降到１５７　１２２，３８　ｋｍ的连续长大下坡是　全国高速公路建设中绝无仅有的工程。为保障行车　光流率是人运动时，空间中各点穿过视野的相　对速度，是物体速度估计、移动方向判断的重要线　索。Ｄｙｒｅ等定义整体光流率与物理速度成正比，与　眼睛距视野范围内各视点的平均距离成反比。　边缘率是单位时间内穿过观察者视野边缘或间　断的数目，如果纹理元素间距已知，边缘率就能告诉　观察者速度。在许多现实世界中，整体光流率与边　缘率是相关的，当边缘率（纹理变细）增大，观察者就　会知觉到速度提高。　驾驶员是通过视觉的光流率和边缘率变化来感　知车速，因此，可通过驾驶员的视觉光流率和边缘率　变化来使驾驶员产生速度高估错觉来达到控制车速　的目的。当边缘率为１２　Ｈｚ时，其感知速度最大。　因此，选用１２　Ｈｚ为合理边缘率密度，则标线间距，　当需要对车速为１００　ｋｍ／ｈ的车辆进行车速控制　时，其间距为２．３１　１３＂１。　５　其他辅助安全管理措施　５．１主动管理措施　５．１．１完善标志标线、视线诱导设施　标志的设置应当保持连续性和渐进性，并定期　进行检查维修和更新。特别在降温池、避险车道前　方应该设置标志牌，使驾驶员及时根据车辆的运行　情况采取措施，有效降低事故的发生。　线形诱导设施可以减少驾驶员判断失误，特别　在长大下坡接小半径曲线部分，应针对不同的平曲　线半径设置间距合理的诱导标。同时在重点路段应　有意识地在路侧护栏、中央分隔、车道分隔线等处应　用反光材料，加强夜间的辨识性。　５．１．２使用路肩隆声带　路肩隆声带由设置在路肩上的一系列凹槽状单　元组成，当车辆行驶到隆声带时，隆声带会产生噪声　和振动，提醒驾驶员采取纠正操作。它可以有效减　少疲劳驾驶、疏忽大意和判断错误等原因造成的偏　离道路事故。　５．１．３坡顶和坡段设置加水检修区　在连续长大下坡路段的坡顶和坡段中有条件的　地方处设置加水检修区，可以使车辆在下坡前和在　坡段上能够得到加水、检查和维修检验，使驾驶员到　得充分休息，能够最大限度的减少下坡过程中的交　第３期　张文斌，等：大丽高速公路长大下坡行车安全与防护　通事故。　５．１．４设置强制减速下坡车道　减速下坡车道是一种设置在路侧的跟主线平行　的一条车道，用来供失控和超速车辆减速，减速到安　全车速后又驶回主线的一种减速设施。它是解决连　续长大下坡交通安全问题的一种有效措施。　５．１．５设置制动毂降温池　制动毂降温池和制动毂冷却平台是让发热的刹车　片迅速降温的Ｊ路侧安全装置。应设于长大下坡路段中　制动毂温度较高但还没有达到安全界限的路段，使车　辆制动毂温度不过高，保证制动系统的制动效能。　５．１．６加强运营管理。严防超载　由制动毂温升模型可知，大货车超载是高速公　路长大下坡路段发生交通事故的重要原因。公路运　营商应该在公路运营时，采取各种措施严防大货车　超载。　５．２被动管理措施　１）设置消能减速护栏。消能减速护栏是将水泥混　凝土护栏做成波形，当失控车辆撞上护栏时，护栏下部　有效地固定车轮走向，上部波形部分则与车身摩擦，形　成减速，达到消能减速，防止事故发生的效果。　２）设置紧急停车带。在长达下坡上设置紧急停　车带，为车速过快和制动器温度过高车辆提供停车　检修的区域。　３）设置避险车道。避险车道是发生事故后的一　种紧急避险设施，是乘客和司机的最后一道安全防　线。避险车道应当由避险车道引道、避险车道、服务　车道及其他附属设施组成，平、纵线形都应是直线，　保证失控车辆能顺利进入避险车道，可以在避险车　道末端设置沙堆、碎石堆废旧轮胎、蜂窝铝、网索式　或是组合形式的防撞消能设施。　５．３灾害气候下的安全措施　大丽高速上灾害天气比较频繁，一旦遭遇雨、　雪、雾等恶劣天气，特别是在长大下坡等危险路段，　对行车的安全是个巨大的考验，所以需要对灾害气　候下的安全进行管理。　１）能见度不足５０　ｍ、路面全线结冰，不能保证　车辆安全通行时，实行全线或局部路段封闭管制，禁　止车辆通行。　２）能见度在５０ＩＴＩ以上１００ｍ以下，路面部分结　冰，不能保障车辆安全通行时，实行间断放行与限速　通行相结合、警车压速带道等措施，限速４０　ｋｍ行　驶。　３）能见度在１００　１ＴＩ以上２００　ｍ以下，实行限速　通行的管制措施，限速６０　ｋｍ／ｈ，保持车距不小于　１００　ｍ。　５．４典型坡段工程措施汇总　对大丽高速公路长大下坡采取的各种工程措　施，要紧密联系坡度、坡长和大货车制动效能衰减情　况，各个改造措施和改造位置桩号如表３所示。　表３长大下坡路段上改造措施　序号２６０℃桩号减速车道桩号避险车道桩号检修区桩号　降温池桩号　６　结束语　在高速公路建设中，由于资金和地形条件的限　制，连续长大下坡路段的出现不可避免，它一直是高　速公路上的事故多发地段，如何采用有效的安全防　护措施是高速公路建设和管理部门最重视的问题。　针对大丽高速公路上连续长大下坡众多，气候条件　复杂，行车安全性差的问题，笔者通过大货车制动毂　的温度分析，预测出坡段上的行车危险时的桩号，提　出了基于光流率和边缘率的改善措施和其他科学有　效的安全防护建议，为大丽高速的建设和管理提供　安全技术保障，同时为其他高速公路长大下坡的安　全设计和管理提供参考。　参考文献　［１３石飞荣，杨少伟．山区高速公路车辆下行最大纵坡及坡长　限制分析［Ｊ］．交通运输工程学报，２００ｌ，６（２）：６８—７３．　［２］陈斌，袁伟，付锐，等．连续长大下坡路段交通事故特征分　析［Ｊ］．交通运输工程学报，２００８，８（４）：７５—７９．　［３］张红卫，王文龙．车辆超限、超载与公路运输安全性分析　［Ｊ］．公路交通科技，２００４（３）：１３２—１３６．　［４３周正详，吴九财，王跃明．公路车辆超载超限的成因及治　理措施ＩＪ］．公路与汽车，２００４，１０（５）：９５—９７．　［５］陈荫三．运用经济杠杆长效治理超载超限运输［Ｊ］．中国　公路学报，２００４（２）：８４　８７．　［６３吴京梅，何勇．公路连续长大下坡安全处置技术［Ｍ］．北　京：人民交通出版社，２００８．　［７］苏波，方守恩．基于大货车制动性能的山区高速公路坡度　坡长限制研究［Ｊ］．重庆交通大学学报（自然科学版），　２００９，４（２）：２８７　２９８．　［责任编辑：王欣］