山区公路网安全保障技术体系研究＊——课题二成果综述

李爱民

（交通运输部公路科学研究院 北京100088）

0 引 言

针对我国重特大道路交通事故多发的山区公路网，《国家道路交通安全科技行动计划》课题二应用科学和技术的手段，分析了山区公路网交通事故的产生原因，通过技术创新和集成应用，构建了山区公路网安全保障技术体系，形成了一系列国家和行业山区公路安全保障技术指南和标准，达到降低交通事故的发生率，特别是大幅度的减少群死群伤等重特大交通事故的目标。

1 山区公路网安全问题特征分析

为了进一步改善山区公路网交通安全环境，针对山区高速公路、国省干线及农村公路，首先开展山区公路网安全问题特征分析。

1．1 山区高速公路

山区高速公路具有大型车辆比例上升、超载严重、客货车运行速度差大等交通特征。在事故特征方面，呈现“死亡人数上升、万车死亡率下降”的趋势（见图1），追尾、撞固定物、对撞是主要事故形态，货车在连续下坡路段制动失灵导致的重特大事故越来越突出，不利气象条件对行车安全的影响明显，见图2［1－2］。

1．2 山区国省干线

山区国省干线技术等级低，车型以客货车为主。其事故特征是：①货车和摩托车是重特大事故主要肇事车型（见图3）；②大客车、中型客车是一次死亡10人以上的特大事故主要肇事车型；③坠车事故是1次死亡10人以上的特大事故的主要事故类型，见图4；④恶劣气象引发的事故多［2］。

图1 1994～2011年高速公路事故死亡人数变化Fig．1 Fatalities of expressway crashes 1994～2011

图2 2011年高速公路交通事故形态分布Fig．2 Morphological distribution of expressway crashes in 2011

图3 重特大事故主要肇事车型分布图Fig．3 Perpetrator vehicle type distribution in serious crahes

图4群死群伤事故形态分析Fig．4 Serious crash morphology analysis

1．3 山区农村公路

山区农村公路傍山临崖，技术等级及指标均低，交通量小，运行速度低，见图5。其事故特征是：①重大事故中，刮撞行人事故最多；②坠车是农村公路死亡10人以上特大交通事故的主要事故形态；③摩托车是一般事故、重特大事故肇事比例最高的车型；④中型客车是1次死亡10人以上肇事比例最高的车型，见图6［3］。

图5 农村公路道路等级比例图Fig．5 Proportion of rural highway grade

图6 农村公路死亡10人以上特大交通事故肇事车型分布图Fig．6 Perpetrator vehicle type distribution in serious crahes with more than 10fatalities in rural highway

2 山区公路网安全保障技术体系

根据山区公路网安全问题特征分析，针对山区高速公路、国省干线及农村公路的特点，从设施（静态）和路网运行（动态）2个方面，提出成套安全保障支撑技术，构成山区公路网安全保障技术体系及标准体系，见图7。

图7 山区公路网安全保障技术体系架构图Fig．7Mountain highway network safety enhancement technology architecture diagram

该体系与以往安全保障技术应用模式的区别在于：

1）通过开展路网级的交通安全风险评估和路段级的安全评价，能够实现区域安保工程实施路段的科学选取。

2）通过应用安保决策支持技术，能够合理安排区域年度安全保障实施计划，实现区域安全保障效果与安全效益的最优。

3）该体系对于设施安全保障能力的提升给出了以路网风险评估为支撑的周期性循环模式，构建了持续改进的区域安全保障实施体系。

4）该体系给出了针对路网运行日常监管和恶劣气象条件下的安全保障技术支撑。

2．1 交通安全风险评估技术

路网风险评估是从道路基础设施提供的平均交通运行风险水平角度，量化测评路网各组成部分交通事故发生情况及损失的可能程度并分级，基于评估结果制定最优化的安全完善策略，量化未来安全效果。主要研究成果有：

1）研发了先进的公路网交通安全风险评估信息采集技术及装备，可实现公路线形、标志标线特征等40多个风险评估要素进行连续、动态、标准化采集和分析提取。

2）对采集到的公路线形、防护设施、路侧情况等基础数据，按照各项数据要素的阈值进行分类编码。

3）首次建立了适合我国国情的山区公路网交通安全风险评估模型，包含风险评估变量17个，囊括综合交通事故、道路设施、交通运行3方面特征指标。

4）集成上述成果，研发了公路网交通安全风险评估系统，可直观展现路网交通安全风险时空演化规律，制定路网安全保障工程策略，见图8、9。

图8 交通安全风险评估信息采集车及车载系统界面Fig．8 Traffic safety risk assessment information collection vehicles ＆on board system interface

图9 公路网交通安全风险评估系统软件界面Fig．9 Highway network traffic safety risk assessment system software interface

2．2 安全评价技术

通过交通事故资料、交通流数据以及驾驶操作行为等的分析，建立基于交通事故因联关系、驾驶期望、交通流特性和三维动态视距的安全评价技术。对现有基于安全检查表的安全评价方法进行了补充和完善，对基于安全性能预测的评价方法进行了验证分析。针对山区公路桥梁、隧道、连续长下坡、跨线桥等特殊路段较多的特点，提出了相应的交通安全与运行安全评价技术，以及山区公路养护路段的安全评价技术。基于上述成果，构建了山区公路网安全评价技术体系，见图10。

2．3 主动诱导技术

主动诱导技术的目的是通过静态安全保障设施的设置，创造安全、满足驾驶期望的行车环境，其主要支撑技术包括标志标线设置技术和速度管理技术。

图10 山区公路网安全评价技术体系结构图Fig．10 Mountain highway network safety evaluation technology architecture diagram

1）标志标线设置技术。交通标志是预防交通事故的成本效益比最高的安全设施。依托指路标志信息分级技术构建了基于路网功能属性的指引系统，实现了高速公路、国省干线公路网、乡村公路网的指路标志的系统衔接。研发了解体消能交通标志结构（见图11）、低风载交通标志板新结构产品，开创了我国标志宽容设计的理念。

图11 解体消能交通标志结构Fig．11 Disintegration of the energy dissipation of traffic signs structure

标线是适用各种环境的低成本诱导设施，标线与标志、轮廓标、警示桩等诱导警告设施配合使用能够增强诱导功效。

2）速度管理技术。速度管理技术主要解决公路限速值决策与行驶速度控制2类技术问题：通过运行速度预测模型，限速值确定方法与程序，基于安全、高效、节能、减排的限速值决策模型和公路运行速度协调控制策略软件系统等实现了公路限速值决策技术；通过薄层铺装、减速标线、视错觉标线以及考虑驾驶员心生理因素的新型速度管理设施实现了车辆行驶速度控制技术，见图12、13。

图12 急弯路段速度管理设施Fig．12 Sharp bends sections speed management facilities

图13 交叉口速度管理设施Fig．13 Intersection sections speed management facilities

2．4 被动防护技术

被动防护技术的目的是通过路侧、中央分隔带及桥梁防护设施等被动安全防护设施设置，当发生路侧事故时，降低事故严重程度，其主要支撑技术包括新安全性能评价标准，路侧危险程度评价技术，在用防护设施的验证，新型防护设施开发。

以当前交通参数为基础，建立了新的公路交通安全设施安全性能评价标准。增加活动护栏、护栏端头、护栏过渡段碰撞实验条件，细化完善护栏碰撞试验一般规定，制定新的设施安全性能评价指标体系，形成了公路护栏安全性能评价标准（JTG／T F83）修订报批稿。

建立了路侧安全性量化分级体系，考虑可操作性和易用性，将路侧安全等级定为4级（I级，II级，III级，IV级），等级越高表示路侧危险程度或安全隐患越大。

应用本研究制订的《公路护栏安全性能评价标准》（JTG／T F83修订报批稿）、美国标准（MASH2009）和欧盟标准（EN1317）［4－5］对目前普遍使用的15种安全设施的安全性能进行验证评价，对于不通过的设施提出改进措施，达到护栏安全性能评价标准。

研发了箱式填石护栏、延展式基础护栏、桥梁轻质防侧翻护栏等9种适用于国省干线及农村公路的新型安全防护设施（见图14～17），构建了国省干线及农村公路多级防护体系。

图14 箱式填石护栏Fig．14 Box－type fill stone guardrail

图15 桥梁轻质防侧翻护栏Fig．15 Bridge lightweight anti－rollover guardrail

图16 延展式基础护栏Fig．16 Extended foundation guardrail

图17 改进型钢筋混凝土护栏Fig．17 Improved reinforced concrete guardrail

基于上述研究形成了我国的安全防护体系，提出了“高速公路无缝安全防护、国省干线针对性防护、农村公路诱导为先”的理念。

2．5 安保决策支持技术

被动防护技术的目的是基于安全保障决策模型，实现有限资源条件下科学有效的开展山区公路网安全保障工程，优化利用资源。

通过山区公路网安全保障工程总体效果和典型措施效果分析，实现对典型措施的成本效益分析，形成安全保障决策技术，建立了对策库，在安保资金预算约束条件下，实现公路网安全保障效益最大。完善了《公路安全保障工程实施技术指南》，编写了《农村公路安全保障工程实施技术指南》。

2．6 区域路网监管技术

为提升山区公路网区域路网监管水平，重点从路网监测、路网运行状态评价、设施运行状态评价、区域公路网态势分析等方面建立区域路网监管技术体系。在路网监测方面，重点面向高速公路及国省干线，对路网监测点位布设和监测内容提出具体指导性要求；从用户和管理部门两类用户群体出发，建立路段及路网交通状态评价指标体系；提出了设施运行状态评价方法及养护决策支持技术，以及区域公路网态势分析技术；通过构建公路网运行于设施状态监管系统（见图18），实现对公路安全和设施异常状态报警和区域公路网安全运行监管决策支持，实现对重大事件条件下的大范围山区公路网交通安全协调、组织和应急指挥策略支持。

图18 公路网运行与设施状态监管系统设计图Fig．18 Highway network operation ＆facilities state regulatory system design

2．7 恶劣气象条件下安全保障技术

1）公路交通气象预报预警技术。通过新型能见度与路面状态传感器的研发与应用（见图19），并与现有监控系统进行整合，增强公路交通气象监测水平；实现公路交通气象精细化预报（见图20），使1km以下能见度预测精度达到80%，路面温度误差在±3℃内的累计频率达到70%；实现雨雪雾等典型不利气象条件对交通安全和路网运行影响评价，综合灾害天气、公路设施、交通状况、地形条件等因素，实现公路网恶劣气象交通影响分级预警。

2）恶劣气象交通管控技术。建立了恶劣气象条件下速度管理与安全控制对策库，给出雾天、雨天、冰雪天不同能见度和交通流下的推荐限速值，实现典型恶劣气象条件下的交通安全管理决策支持。并在此基础上建立恶劣气象条件下交通安全管理预案。

图19 主被动一体化路面传感器Fig．19 Active and passive integrated pavement sensors

3）恶劣气象安全保障技术。提出雾区行车安全智能引导技术，通过控制布设在路侧的主动发光诱导设施的发光亮度、颜色、闪烁频率等工作状态，实现不同能见度和交通状况下道路轮廓强化、行车主动诱导、防止追尾警示等多种引导策略。

图20 路面状况预报技术方案Fig．20 Pavement condition forecasting technology program

3 成果转化及应用效果

对山区公路网安全保障技术体系中各项技术进行总结提升，形成山区公路网安全保障技术标准规范体系，共包括19项标准规范。

在云南、贵州、四川、重庆、广东、湖北、河南、河北、新疆、北京、安徽共11个省市地区进行山区公路网安全保障技术体系的工程示范。经验证：与示范工程实施前3年相比，示范工程实施后事故整体亿车公里事故率下降幅度达到23．3%，重特大事故亿车公里事故率下降幅度达到33．1%；恶劣气象条件下的交通通行效率平均提高28%，应急物资到位平均时间缩短23%。

图21 防止追尾警示系统示意图Fig．21 Rear－end collision warning system schematic diagram

表1 山区公路网安全保障技术标准规范Tab．1 Mountain highway network safety technology standards

图22 云贵渝3省市示范路网亿车km事故率变化情况Fig．22 Demonstration highway network billion vehicle kilometers crash rate changes in Yunnan，Guizhou ＆Chongqing Province

图23 恶劣气象条件下的交通通行效率变化Fig．23 Traffic efficiency under harsh weather conditions change

［1］ 公安部交通管理局．我国道路交通事故统计资料汇编（1993～2002）［G］．北京：公安部交通管理局，2003．

［2］ 公安部交通管理局．中国道路交通事故统计公报（2003～2011年度）［R］．北京：公安部交通管理局，2012．

［3］ 交通运输部公路科学研究院．中国道路交通安全蓝皮书（2008～2011）［M］．北京：人民交通出版社，2012．

［4］ Ross H E，Sicking，Jr D L，et al．NCHRP report 350：recommended procedures for the safety performance evaluation of highway features［R］．Washington，D．C：Transportation Research Board of the National Academies，1993．

［5］ Neuman T R，Pfefer R，Slack K L，et al．Volume 6：aguide for addressing run－off－road collisions，NCHRP500report［R］．Washington，D．C：Transportation Research Board of the National Academies，2003．