多车道高速公路不同车道驾驶人视点位置研究

苏晓智，柳银芳，潘兵宏，白浩晨，王 松

(1.长安大学 运输工程学院，陕西 西安 710064；2. 中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075；3. 长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)

0 引言

随着交通量的迅速增加，我国早期建设的大量双向4车道与6车道公路现已进入改扩建阶段，新建道路以多车道高速公路为主。车道数的增加使车辆行车自由度提高，多车道高速公路独特的管理方式也将影响各车道驾驶人视点横向位置分布。鉴于多车道视点横向位置分布的差异对高速公路平曲线半径选取的影响不同，故应针对我国现阶段多车道高速公路交通组成特点，分析不同车道驾驶人视点横向位置，确定合理的横净距，检验高速公路各条车道的停车视距，为多车道高速公路设计中平曲线半径参数的确定以及安全性评价中合理确定停车视距，采取科学的安全措施提供参考。

国外学者对驾驶人视点位置的研究主要侧重于利用眼动仪分析驾驶人的视觉特性[1-5]。如ZHANG等[1]通过在大雾环境下进行了实车测试，分析了驾驶人注视区域的分布特征。Hudák等[2]基于实车试验，研究了路侧广告牌对驾驶人视线的吸引时长，利用眼动仪追踪驾驶人眼动轨迹。Antonson[3]等通过驾驶模拟器和问卷调查研究了路侧植被疏密和有无护栏对驾驶人运行速度、车辆横向位置、扫视幅度的影响。对视觉特性的研究主要集中在自动驾驶[5]以及驾驶人分心上[6-8]。国内学者对驾驶人视点的研究主要包括：驾驶人视野范围内注视点分布、车辆横向位置对驾驶人视点位置的影响，以及驾驶人的行车状态。对注视点分布的研究一般利用眼动仪记录眼动数据，陈芳[9]等人采用眼动仪研究山区高速公路弯道路段在不同转向、不同弯道半径条件下驾驶人视点分布的规律。杨运兴[10]等人利用眼动仪记录驾驶人在山区挖方路段行驶时的眼动数据，结果表明挖方路段的路侧边坡容易使驾驶人产生紧张感，视点位置分布较为分散。而对驾驶人视点位置多在讨论车辆视距时涉及[11-12]，杨龙清[13]基于隧道照明区段，分析了驾驶人视点、视野和视距等特征，以彩色路面隧道为试验段，通过眼动试验，获取了注视点位置。孟云龙等[14-15]在计算平曲线横净距时均对驾驶人视点位置与车道左侧边缘线进行了界定，但并未深入分析取值依据。

综上所述，国内外对视点位置的研究主要借助眼动仪对驾驶人眼动特性进行分析，缺乏对驾驶人视点位置进行探讨，尤其对多车道高速公路不同车道管理条件下的驾驶人视点位置研究较为匮乏。驾驶人视点位置和道路横断面设计是决定横净距的重要参数，而平曲线路段横净距又是影响停车视距的一个主要因素[16-17]，我国《公路工程技术标准》(JTG B01—2014)(以下简称《公路标准》)[18]和《公路路线设计规范》(JTG-D20—2017)[19](以下简称《路线规范》)规定高速公路每条车道都应满足停车视距的要求，因此有必要对不同车道驾驶人的视点位置进行深入分析，解决一直以来因视点位置不同，导致停车视距检验结果不同的争议。本研究以无人机实测数据为基础，针对多车道高速公路不同车道、不同车型驾驶人的视点位置展开研究，提出不同车道、不同车型驾驶人视点位置取值，为高速公路设计和安全性评价中停车视距的分析提供更加合理的检验参数。

1 目前常用视点位置分析

由于驾驶习惯和心生理特征，车辆在车道上的横向分布位置存在一定规律。目前相关研究和规范中采用视点位置有1.2，1.5 m和行车道中心(1.875 m)3种。赵永平[20]通过调查，认为行驶时车体位于行车道中线，驾驶人视点位置在距离车道左侧边缘线1.2 m处(图1)。王晓楠、孟云龙等[15,21]取小客车的视点位置为1.2 m；同时王晓楠[21]等取大型车的视点位置为车道中心，由于大型车宽度的原因，与距离车道左侧边缘线1.2 m相差不大。杨帆等[16]根据《路线规范》对路缘带和路缘石距离护栏的位置规定，将视点位置定在距离左侧路缘带1.2 m处。但研究表明，不同的路侧设施、道路断面组成对驾驶人的横向位置存在影响，导致车辆横向位置存在偏移中线的现象[22-24]。但相关研究中均没有试验调查数据支撑该结论。《新理念公路设计指南》[25](2005版)(以下简称《指南》)中指出驾驶人的视点位置距离行车道左侧边缘线1.5 m(图2)。目前研究中对《指南》中所建议的视点位置值的应用较少。《路线规范》中指出驾驶人视点位置位于车道宽度的1/2处，即车道中心线，视点位置为1.875 m或者1.75 m(图3)。当车辆在靠近中央分隔带的第1车道行驶，由于左侧存在中央分隔带，受“墙壁效应”的影响，小车驾驶人有向右远离中央分隔带的倾向。此时视点位置取行车道中心角合适，而大型车由于车身较宽，若视点保持在行车道中心，则右侧车身将侵入相邻车道。

图1 驾驶人视点位置示意图1(单位：cm)

图2 驾驶人视点位置示意图2(单位：cm)

图3 第一车道驾驶人视点位置3(单位：cm)

2 多车道高速公路视点位置影响因素分析

随着我国多车道高速公路建设与管理模式的改进，高速公路交通运行特性随之改变，驾驶人在不同车道的驾驶行为呈现出新的规律。目前我国交通管理部门对同向行驶的大、小型车辆采用分车道行驶的管理方式。多车道高速公路主要是采取分车道限车型、限车速的交通组织管理方式。多车道高速公路不同车道管理方式不同，一般采用如下的管理方式：双向6车道第1车道(最内侧车道)一般专供小客车行驶，第2、3车道供客货车混合行驶；双向8车道第1车道专供小客车行驶，第2车道供小客车和各种客车(有的也供中小型货车)行驶，第3、4车道以大货车为主，其他各类型车辆的混合通行；双向10车道一般为第1、2车道为小客车专用车道，禁止大型车辆通行，大型车辆可以在其他车道行驶。目前多车道高速公路上交通分布特点为：第1车道以小客车居多，最外侧车道主要供载重车辆通行；行车道上限制速度与运行速度由内侧至外侧呈递减趋势。不同行驶速度下驾驶人的速度感知、侧向余宽不同，也可能导致驾驶人在各行车道上的视点位置分布不同。

由于第1车道一般为小客车专用车道，靠近中央分隔带，在高速行驶的情况下将增加驾驶人行车压迫感；相比于其他车道，左侧视野较为局限，尤其是在左偏平曲线路段，驾驶人视线受到中分带防眩设施遮挡，一般认为驾驶人有靠车道右侧行驶的倾向。中间车道多为客货混行车道，视野较为宽阔，驾驶人倾向保持车身在车道中间行驶。最外侧车道大型车占比较大，因大型车车身尺寸较大，驾驶人更倾向于靠左边线行驶，其视点位置与小型车辆相差较大。因此不同车道位置的侧向干扰不同，驾驶行为也不同，导致视点在车道内的位置也可能不同。另外，不同车型的驾驶人视线高度和车体结构宽度也会对驾驶人的视点位置产生影响，因此，确定驾驶人视点位置应区分车型。

3 高速公路不同车道驾驶人视点位置研究

3.1 数据采集方法与路段

实际车辆行驶中视点位置调查路段选择了连霍高速陕西段(双向8车道高速公路)，调查设备选择大疆御MavicAir无人机，采用全景高清录像调查的方式采集一定范围内不同车道内车辆行驶的视频数据，以获取目标车道上行驶车辆在不同行车道内的横向位置。将无人机平飞在高速公路车道正上方，飞行高度为300 m左右，采集视频视距。数据采集期间天气晴朗无风、车流状态为自由流，无拥堵现象。获得高清视频数据后，通过回放，对不同车道内车辆行驶的状态截图，将提取断面处的图像置于AutoCAD中量取图中两车道边线距离a、车身边缘至行车道左边线的距离b，再通过两车道边线实际距离为3.75 m，建立比例方程式，计算得到车身边缘至行车道左边线的距离D1(图4)，驾驶人视点位置D可通过式(1)计算。

图4 视点位置处理过程

D=D1+D2,

(1)

式中，D1为车身横向位置，是指左车身边缘至左侧行车道边线距离；D2为车座横向位置，是指驾驶人车座中心至车身左边缘的距离；D为驾驶人视点横向位置。

为表述方便将多车道高速公路的车道按照车道功能进行分类(图7)。第1车道为靠近中分带外侧的第1条车道，与左侧路缘带相邻。在多车道高速公路中多为小客车专用车道，具备超车功能。行驶时驾驶人视线易受左侧中分带护栏和防眩设施的遮挡，影响停车视距。中间车道(按行车方向，以中分带为最左侧。从左到右第2车道记为中间车道1，第3车道记为中间车道2)除严格规定外一般为混行车道(图5)。中间车道的车辆驾驶人除了要注意保持与两侧车道边缘线的距离外，还要留意与左、右两侧车辆之间的距离。第4车道为靠近右侧硬路肩的车道，一般为货车专用车道，停车视距易受路基侧的护栏以及挖方边坡的遮挡。

图5 车道分类

3.2 车身横向位置

在多车道高速公路的管理方式下，在第1车道仅调查小客车的车身横向位置数据；最外侧车道仅调查货车左侧车身横向位置数据；调查中间车道的全部代表车型。

最内侧车道与中间车道大部分车辆的车身横向位置相差不大；而最外侧车道货车的车身横向位置明显小于前者。利用Origin软件进行样本数据的K-S正态性检验(表1)。

表1 车身横向位置数据单样本K-S检验结果

当取置信水平为95%时，P值均大于0.5(表1)，即数值在0.5的水平下，样本数据均符合正态分布，具有数理统计意义。由数理统计相关知识可知，当样本数据服从正态分布时，样本均值即为期望值。为使视点位置符合大多数驾驶人的特点，分析不同车道样本85%车身横向位置分布。

根据车身横向位置分布情况，可得到各车道85%的车身横向位置(表2)。由表2可看出，车身横向位置的均值由内侧车道向外侧车道呈递减趋势；85%位视点位置在最内侧车道与中间车道内也呈现递减趋势，而在最外侧车道货车驾驶人85%位车身横向位置则最大。

表2 不同车道不同车型车身横向位置

3.3 车座横向位置

车座横向位置D2为驾驶车座中心距左侧车身边缘的距离。调查表明(表3)，不同车辆驾驶人车座中心至行车道边缘的距离是不同的，主要是因为在驾驶舱中，不同类型的车辆两个驾驶座和副驾驶座之间的距离不同。

表3 不同车型车座横向位置调查数据K-S检验

根据表3得知本次调查样本数据均符合正态分布，具有数理统计意义，样本均值即为期望值，在后续计算过程中，小客车、中型车、大型车车座横向位置分别取值0.5，0.55，0.60 m。

3.4 不同车道驾驶人视点位置

根据式(1)，可知驾驶人视点位置为车身横向位置与车座横向位置之和，计算得到驾驶人视点位置如表4所示。第1车道85%位小客车驾驶人的视点位置为1.2 m，该值与文献[16-17,21-22]采用值一样；第4车道大型车驾驶人的视点位置为1.5 m，该值与文献[16]采用值一致；中间车道驾驶人的视点位置为1.1 m。也与文献[15-16,20-21]采用值非常接近。由实测数据分析结果可以看出，《路线规范》提出的驾驶人视点位置1.875 m较大，不利于安全；因货车车身较宽，若视点保持在行车道中心，则右侧车身距离行车道中心1.9 m，大于1.875 m，所以货车必然会侵入相邻车道，而实际情况并非如此，这说明《路线规范》的规定可能存在问题。受中分带防眩设施的影响，第1车道小客车的视点位置要略大于第2车道。从安全角度考虑，当用视点位置确定横净距，检验停车视距时，应考虑大多数驾驶人的安全需求，建议选取第85%位的视点位置作为参考标准。

表4 不同车道驾驶人视点位置取值

4 结论

为解决一直以来在停车视距检验中应视点位置不同，导致停车视距检验结果不同的争议。分析了多车道高速公路视点位置影响因素，采用无人机实测了多车道高速公路不同车道内车身横向数据，数据有效性检验结果表明车身横向位置符合正态分布，分析了不同车道、不同车型驾驶人视点位置特征，在此基础上提出了多车道高速公路不同车道、不同车型85%为驾驶人视点位置建议值。研究成果为停车视距检验中合理确定横净距提供了参考。主要研究结论如下：

(1)现有相关研究中视点位置统一取1.2,1.5 m或行车道中心线存在不合理之处，应分车型、分车道考虑。

(2)研究结果显示多车道高速公路第1车道小客车和中间车道驾驶人视点位置宜取1.2 m，第4车道大型车驾驶人视点位置宜取1.5 m。

由于篇幅和时间的原因本研究仅调查研究了双向8车道高速公路不同车道、不同车型驾驶人的视点位置，双向4车道和6车道高速公路驾驶人视点位置与双向8车道高速公路也许存在差异，下一步将专门针对双向4车道和6车道高速公路驾驶人视点位置开展研究。