公路隧道行车安全关键影响因素

1. 隧道行车速度安全隐患分析及研究手段

影响隧道行车安全的另一大因素就是车速，过高的车速带来过长的制动距离，这种危害在隧道这种半封闭式结构中尤为显著，而且驾驶人的车辆驾驶稳定性会减弱，在躲避隧道壁和障碍物时的控制性也会降低，因此在隧道行车的安全方面，学者们也致力于隧道行车车速的控制研究。

Yang 等设计的高速公路隧道入口处的“线性视觉引导”方案，能够提醒驾驶人提前准备做好进入隧道的准备，采用该方案后，减速起点提前了 41% ，轨迹变化起点提前了 153% ，轨迹变化长度增加了 44% ，改进后的减速和轨迹变化更早且更加平滑，有效解决了隧道入口处速度变化剧烈的问题。驾驶人对于车速的选择还与隧道的长度存在关系在隧道行驶时，随着隧道长度的增加，驾驶人对于外界的感知能力会减弱，伴随着还有车速的增加，研究发现在特长隧道行驶时，驾驶人的车速为其他隧道的 1-1.06 倍，且对于隧道侧壁的避让明显减弱：左侧侧壁的偏移累积频率减少了 7%-25% ，右侧侧壁的偏移累积减少了38%-56% 。因而可通过在隧道设立警示标志的方法，警示标志的数量也随着隧道长度的增加而增加，如短隧道在隧道入口前 110m 处设立一个警示标志；基于快速发展的车辆网技术，有学者通过开发新技术来协助隧道行车时的速度控制。Ge 等开发的 AVLL（Accompanying Vehicle Lighting Length）技术，对速度控制有显著影响，尤其是在低速行驶时，建议至少使用 4 倍的 AVLL 来稳定车速并增强驾驶人对于转弯的控制。在高速行驶时，2 倍的 AVLL 已足以维持稳定的驾驶行为，同时不会过度消耗能源。Zhenlong L等研究了 Human Machine Interface(HMI) 系统对于驾驶人隧道行车时的影响。发现链接了 HMI 的驾驶人在警告区的速度控制更为优秀，减速行为也更加积极，驾驶人在隧道入口前 100m 处的驾驶稳定性得到提高，平均加速度由 -0.43m/s ² 降低为 -0.16m/s ² ；在进入隧道 300m 后，驾驶稳定性也较对照组有明显提升。另有学者研发了一种新的可变的速度限制（VSL) 的控制策略，构建了相关的交通安全评价体系，并在基于真实的高速公路隧道交通环境中构建的模拟场景中，验证了拟议的 VSL 策略的有效性。其研究结果表明，与固定速度限制策略相比，其提出的策略将交通安全性评价显著提高，提升达到 14-19% ，交通效率提高了 2-4% 。胡立伟等用加速度的变化量建立模型并量化了驾驶人在隧道行车的风险指数，发现在隧道前减速段，行车风险低 ; 在隧道前交织段，行车风险增加 ; 在隧道前过渡段，行车危险性低 ; 在隧道入口段，行车风险较高，暗适应结束后，行车危险性较暗适应阶段低 ; 在隧道适应段，行车风险降低。还有学者开发了三种方案来应对隧道入口区域轨迹突变现象，该研究结果表明，低位方案的主要作用是减弱驾驶人对洞门的规避效应，达到了 82% 。高位方案的主要作用是提高轨迹变化段的渐变性，减弱驾驶人对隧道侧壁的规避效应，提高对隧道内环境的适应性，分别达到了 3.7 倍， 31% ， 75%_c 。组合式方案在减弱驾驶人提高轨迹变化段的渐变性、对洞门的规避效应、减弱驾驶人对隧道侧壁的规避效应、提高对隧道内环境的适应性这4 方面均是最佳的，分别达到了4.4 倍， 83% ， 41% ， 98% 。

2. 隧道线形安全影响原因及研究手段

隧道线型条件也对驾驶人的行车安全产生着不可忽视的影响，这些影响在特长隧道、弯曲隧道、螺旋隧道等线型特殊的隧道中体现地尤为明显。在特长隧道中行车，驾驶人易产生驾驶疲劳和对速度的感知力减弱的情况；而在半径较大的隧道中行驶时，驾驶人更易感到紧张，研究表明驾驶人在螺旋隧道行驶时相比弯曲隧道有更高的心理压力和生理负荷，有学者通过研究驾驶人的心率变异性，驾驶人在弯曲隧道行驶时，心率主要分布在 71-81 次 /min; 在螺旋隧道行驶时，心率分布主要在 77.5-85.5 次 /min 。并且，随着隧道半径减小，驾驶人表现出更长的注视持续时间和更少的注视频率。此外，转向的方向也对这些眼动参数有显著影响，在左转时，驾驶人有着更长的注视持续时间和更低的注视频率，而右转则相反。还有研究发现了弯曲隧道的半径对于驾驶人的 HRV（心率变异性）的重要影响，弯曲隧道的半径、转弯处和区域在影响驾驶员的各项心率变异性指标中起着至关重要的作用。其中，随着隧道半径的减小，驾驶员的平均 RMSSD（相邻 NN 间期之差的均方差根）和 SDNN（NN 标准差）呈减小趋势，而平均 LF（低频功率）和 LF/HF（高频功率）呈增加趋势。在转弯的情况下，与右转弯相比，左转导致 RMSSD 和 SDNN 值较低，但驾驶员的LF 和 LF/ 高频比率更高。此外，在弯曲隧道的不同区域内，驾驶员的入口区平均 RMSSD 和 SDNN 值最高，其次是中间区，出口区最低。出口区 LF 和 LF/HF平均值最高，其次是中间区，入口区最低。在特长隧道行驶过程中，相同行车条件下，对驾驶员反应时间特性影响较为显著的因素包括距隧道入口距离、平曲线线形及行车车速，隧道纵坡率对其影响不显著。特长隧道的反应时间沿距隧道入口距离呈先迅速减小，后缓慢增加的一个总体趋势，在距隧道入口750m附近处达到最小值，接近隧道出口处时驾驶员反应时间迅速增大；且隧道内行车时间越长，平均反应时间值及波动越大。

作者简介：于家宝（2004-）男，汉族，吉林省德惠市人，本科在读项目来源： 24 年大学生创新创业训练计划资助项目 项目编号：S202410191065 项目名称：隧道行车驾驶员生理及心理特征研究