大型露天矿交通标志设置位置研究

杨国华，王晓俊，董朝辉

(1.中国神华哈尔乌素煤炭分公司露天煤矿，内蒙古 准格尔旗 017000；2.中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

道路交通标志是指导驾驶员驾驶行为的一种专用符号语言，驾驶员识别交通标志的过程包括检测、识别、理解[1]。交通标志的检测、识别、理解主要通过视觉媒介进行信息传导。交通标志的可视效果受道路条件、车速等多方面限制后会产生视角盲区，盲区会阻碍驾驶员获得完整的交通信息。露天矿区所用车型设备外廓尺寸大，车速小，驾驶员静态盲区较大，动态盲区较小，对标志牌的设置限制与传统公路标准存在差异，传统公路标志难以满足标志牌的功能需求。

目前黑岱沟、哈尔乌素露天矿采用了新的露天煤矿矿山道路交通标志制作使用企业标准。为了指导露天矿生产作业区道路交通标志的位置设置，满足生产作业区的驾驶人员的认读需求，达到露天煤矿安全生产目的。也为了实现我国露天煤矿安全、绿色、高效可持续发展，本文对露天煤矿矿山道路交通标志设置位置与视认行为关系进行了研究。

1 驾驶员视认行为分析

1.1 驾驶员视认行为基本过程

驾驶员对于交通标志的认知过程[2]如图1所示。假定交通标志设置于道路右侧，距离道路右侧边界1m距离。驾驶员自A点发现交通标志开始至C点完全获取交通标志信息，完成对于交通标志的初始认知过程；由C点至E点进行交通标志的信息分析与操作行为判断；E点至H点为操作行为开始到完成的距离。

图1中给读点B至读完点C的距离为阅读距离j、读完点C至动作点E为决策距离i、动作点E至动作结点H为行动距离L。给读点B至标志G的距离称为视认距离s；读完点C至标志G的距离称为读后距离y；消失点D至标志G的距离称为消失距离k。为保证驾驶员从容读完标志内容，读后距离y不应小于消失距离k。

y+x-i≥L；y≥k

图1 驾驶员获取标志信息并进行驾驶操作过程

1.2 驾驶员视认限制因素

1.2.1 盲区

交通标志的检测、识别、理解主要通过视觉媒介进行信息传导，因此人的眼球功能是制约驾驶员获取交通标志上指示信息的主要因素[3]。驾驶员视野随着道路条件、车速、车型等存在较大范围的变化，驾驶盲区分为静态盲区与动态盲区两类。动态盲区受车辆运行速度控制，车速越高驾驶员视角越小，注视点越远，车辆外部不可视范围增加；道路条件越复杂，影响驾驶员注意力的无关信息越多。

图2 驾驶员视角与车速关系

驾驶员视角阈值与车辆速度关系如图2所示，视线角度以内为可视区域，视角线以外为驾驶盲区。研究表明[4，5]，驾驶员竖直向动态视角比静态视角降低10%～40%不等。由哈尔乌素与黑岱沟露天矿提供的相关数据可知，露天矿矿区卡车运行限制速度为40km/h；即露天矿矿区卡车驾驶员水平双侧理论最大视角为100°，竖直上侧理论最大视角为60°，下侧理论最大视角为70°。

静态盲区为车辆静止时驾驶员可通过车窗观察到的车辆前方、左方、和右方的不可视范围，静态盲区由车辆尺寸决定。露天矿区卡车车型较普通车型视窗小，基于矿方提供的常用车辆盲区数据得到的大型卡车可视视角最大值见表1。由表1分析可得，矿区常用车型产生的静态盲区小于限制速度为40km/h时产生的动态盲区，因此盲区限制下的标志牌最小可视距离由静态盲区确定。交通标志有效设置位置如图6所示。

表1 各大型卡车最大视角对应值

1.2.2 文字高度

驾驶员读完后到标志的距离y=5.67K1K2K3h；式中，K1、K2、K3分别表示文种修正系数、汉字复杂度修正系数、行车速度修正系数[6-8]。本文所涉及标志内容以汉字为主，车辆行驶速度以40km/h为准。

1.2.3 车辆制动

车辆制动与驾驶员反应能力和车辆性能有关[9-11]。图1中i为驾驶员判断采取措施时车辆行驶的距离，所用时间一般为2.0～2.5s；L为就车辆制动开始至车辆完成制动效果之后车辆行驶的距离，矿区卡车一般以停车距离作为制动限制距离，即v2=0m/s。

2 标志牌设置位置与视认行为关系

2.1 平面位置关系研究

露天矿矿区车辆驾驶室位于车辆行进方向左侧，交通标志平面认读距离阈值根据交通标志尺寸与设置位置综合确定，如图3所示。

图3 水平视角与标志牌位置关系

2.2 纵面位置关系研究

露天矿矿区交通标志纵面认读距离阈值由驾驶员视角、标志尺寸、及车辆尺寸综合确定。O2O3为竖向盲区限制下的的标志牌最小可视距离，O1O2为驾驶员从开始识别交通标志到完全理解并判断其文字内容为止所需要的距离。c、d分别为驾驶员上视与下视限制视角。n1为标志牌尺寸高度，n2为标志牌下缘至混凝土基座底面高度。MQ为安全挡墙高度，标志牌按要求可设置于地面或安全挡墙上。

图4 竖直视角与标志牌位置关系

综合考虑平面、竖向盲区所限制的标志牌消失距离k应满足：

k=max(k1，k2，k3)≤5.67K1K2K3h

3 标志牌设置位置

以禁令标志为例，标志板外廓尺寸及内容如图5所示。混凝土基座尺寸为1800mm×1000mm×300mm，汉字高度40mm，标志板下缘至基座顶部高度1500mm，挡墙高度1.5m，标志牌左侧边缘至道路边缘1m。计算得竖向上视角盲区与下视角盲区限制下标志牌最小可视距离见表2。视线高度高于标志板顶部，上视角盲区不影响标志牌的可视性。

图5 禁令标志板(mm)

已知黑岱沟行车道宽度为32m，哈尔乌素行车道宽度为30m，以道路宽度32m为例进行计算。矿区道路为双向单车道，单条道路宽度为16m。假定车辆居中行驶，计算得水平右视角盲区限制下消失距离见表2。

表2 不同车型在各视角盲区限制下标志牌最小可视距离 m

汉字高度为40mm时标志牌读后距离y=5.67K1K2K3h=5.67×0.6×0.85×0.91×40=105.3m。

综上，k=max(k1，k2，k3)=32.5m≤5.67K1K2K3h=105.3m满足要求。

假设，危险点至卡车制动动作结束点的距离e=0。交通标志设置位置距危险点距离以x表示。x、k之间应同时满足x≥L+i-y=4.9m。得交通标志设置位置距危险点最小距离4.9m。即，在认读距离j=28.9m范围以内，保证驾驶员视线不被遮挡时，交通标志理论设置位置距危险点最小距离4.9m。实际进行标志牌位置设置时，为保证安全生产，应在危险点和卡车制动动作结束点之间预留一定安全距离。即交通标志设置位置距危险点最小距离为(49+e)m。交通标志有效设置位置如图6所示。

4 结 论

本文通过理论与实际结合分析论证了交通标志设置位置与驾驶员视认行为之间的关系。由分析结果可知，露天矿区车辆车速较小，矿区道路交通标志视认性受静态盲区限制比动态盲区大。在满足矿区常用车辆制动性、静态盲区等多个限制因素后得到了1.2m×2.0m矩形标志的有效设置位置。在认读距离j范围以内，保证驾驶员视线不被遮挡时，1.2m×2.0m交通标志有效设置位置距离危险点最小距离(4.9+e)m(e为保证安全条件下的标志牌前置的距离)。基于相同方法可针对其余类型标志牌进行有效设置位置的计算。

本文仍存在以下不足有待后续研究：①矿区道路为双向单车道道路，不存在同向行驶车辆之间相互遮挡的情况；②1.2m×2.0m标志牌高度低，未涉及上视角盲区限制。矿区危险因素多，标志设置频繁，且标志牌尺寸较大，可针对标志牌设置间距进行相关研究。