基于驾驶行为的隧道交通标志影响特征及作用机理

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.220251

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2023, Vol. 51 ›› Issue (4): 88-100.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.220251

所属专题： 2023年交通运输工程

基于驾驶行为的隧道交通标志影响特征及作用机理

赵晓华¹ 董文慧¹ 李佳¹ 刘琪琪¹张常奋²

^1.北京工业大学北京市交通工程重点实验室，北京 100124
^2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381

收稿日期:2022-05-04 出版日期:2023-04-25 发布日期:2022-11-18
通信作者: 李佳（1990-），女，博士，讲师，主要从事道路交通安全、驾驶行为研究。 E-mail:lijia18@bjut.edu.cn
作者简介:赵晓华（1971-），女，博士.教授，主要从事交通安全、驾驶行为研究。E-mail:zhaoxiaohua@bjut.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划项目(2019YFB1600500)

Influence Characteristics and Action Mechanism of Tunnel Traffic Signs Based on Driving Behavior

ZHAO Xiaohua¹DONG Wenhui¹ LI Jia¹ LIU Qiqi¹ ZHANG Changfen²

^1.Beijing Key Laboratory of Traffic Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China
^2.North China Municipal Engineering Design & Research Institute Co. ，LTD. ，Tianjin 300381，China

Received:2022-05-04 Online:2023-04-25 Published:2022-11-18
Contact: 李佳（1990-），女，博士，讲师，主要从事道路交通安全、驾驶行为研究。 E-mail:lijia18@bjut.edu.cn
About author:赵晓华（1971-），女，博士.教授，主要从事交通安全、驾驶行为研究。E-mail:zhaoxiaohua@bjut.edu.cn
Supported by:
the National Key R&D Program of China(2019YFB1600500)

摘要/Abstract

摘要：

合理设置隧道交通标志能够在一定程度上缓解隧道特殊环境引发的“时空隧道效应”。文中研究了高速公路隧道内部交通标志（限速标志、出口预告标志）对驾驶行为的影响特性，首先选取特长隧道作为实验路段，通过驾驶模拟实验测试获取驾驶人细粒度微观行为数据，然后再考虑随机效应影响的条件下构建线性混合效应模型，揭示了隧道内部交通标志对驾驶行为的影响特征及作用机理。结果表明：不同影响区段内交通标志对驾驶行为的作用存在差异；在隧道内部设置限速标志能够一定程度上降低事故风险的发生概率，限速标志的重复设置一定程度上能提高驾驶人的操控能力；在隧道内部设置限速标志及出口距离预告标志有助于改善驾驶人空间控制能力、提高驾驶舒适度，其中，在距离隧道出口约小于1 km的影响区段内设置隧道出口距离预告标志有助于提高驾驶人的行车舒适性，在距离隧道出口2 km和1.5 km的影响区段内设置预告标志能在提高车辆控制能力的同时使驾驶人具有更高的行驶车速；此外，隧道交通标志作用下的驾驶行为受驾驶人性别、年龄、驾驶经验等特征属性影响，男性驾驶人的驾驶风险更低。

关键词: 隧道交通标志, 驾驶行为, 影响特征, 作用机理, 线性混合效应模型, 驾驶模拟技术

Abstract:

Reasonable setting of tunnel traffic signs can alleviate the “spatial-temporal tunnel effect” caused by the special environment of tunnels to a certain extent. This paper studied the influence of traffic signs (speed limit signs and exit warning signs) on driving behavior in highway tunnels. Firstly, it selected long tunnels as experimental sections, obtained fine-grained microscopic behavioral data of drivers through driving simulator, and constructed a linear mixed effect model considering the influence of random effects to reveal the influence characteristics and mechanism of traffic signs on driving behavior in tunnels. The results show that: there are differences in the effects of traffic signs on driving behavior in different influence zones; installation of speed limit signs inside the tunnel can reduce the probability of accident risk to a certain extent and the repeated setting of speed limit signs can improve drivers’ maneuvering ability to a certain extent; the setting of speed limit signs and exit distance warning signs inside the tunnel can help improve drivers’ spatial control ability and driving comfort. Among them, the installation of tunnel exit distance warning signs in the impact zone of less than 1km from the tunnel exit helps to improve the driving comfort of drivers; the installation of tunnel exit distance warning signs in the impact zone of 2 km and 1.5 km from the tunnel exit can improve the vehicle control ability and at the same time make drivers have a higher driving speed. In addition, driving behavior under the effect of tunnel traffic signs is influenced by driver’s gender, age, driving experience and other characteristic attributes, with male drivers having a lower driving risk.

Key words: tunnel traffic sign, driving behavior, influence characteristics, action mechanism, linear mixed effect model, driving simulation technology

中图分类号:

U491.5⁺21

赵晓华, 董文慧, 李佳, 等. 基于驾驶行为的隧道交通标志影响特征及作用机理[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(4): 88-100.

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图/表 15

表1

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参考文献 37

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驾驶员特征	数量/人	比例/%	平均值	SD
男性	23	74.2
女性	8	25.8
年龄18~24岁	2	6.5	40.7岁	8.0岁
年龄25~34岁	5	16.1
年龄35~49岁	21	67.7
年龄50岁及以上	3	9.7
驾龄5年及以下	3	9.7	14.8年	7.1年
驾龄6~10年	8	25.8
驾龄11年及以上	20	64.5

隧道设计参数	参数值
限速	60~80 km/h
隧道类型	单洞、单向三车道隧道，包括一条应急车道
隧道长度	3.5 km
建筑净界限高	5.0 m
隧道宽度	两条行车道每个宽3.75 m，一条紧急车道宽4.5 m，检修道宽1.25 m
隧道类型	特长隧道
线性及高程	直线为主，模拟状态下高程为0
曲线段半径	3 000 m

方案编号	隧道出口距离预告标志	限速标志
A
B		距隧道入口1.5 km处设置限速标志
C	距离隧道出口2、1.5、1、0.5 km处分别设隧道出口距离预告标志	距隧道入口1.5 km处设置限速标志

变量	影响区段	设置方案	平均值	标准差	最大值	最小值
平均速度/ （km·h^-1）	全程	A	79.41	4.40	88.67	71.65
		B	79.90	4.71	94.70	69.76
		C	80.74	4.99	102.44	75.51
	区段1	A	79.43	5.55	87.8	60.91
		B	80.00	4.93	95.53	71.36
		C	81.08	7.99	121.98	74.75
	区段2	A	79.80	4.48	88.33	71.84
		B	79.45	5.01	92.61	67.15
		C	81.10	5.42	105.36	74.68
	区段3	A	79.47	4.81	90.60	69.68

区域	结果
区域	截距	方案B（vs.方案A）	方案C（vs.方案A）	男性驾驶人（vs.女性）	驾龄6-10年（vs. 5年以下）	驾龄11年以上（vs. 5年以下）	随机截距方差	残差方差	拟合优度
区段1	76.653^**（<0.001）				9.145^*（0.095）	2.993（0.597）	10.96^**（<0.001）	21.02	AIC= 600.4	BIC= 630.7	R²=0.204
区段2	76.549^**（<0.001）				7.519^*（0.083）	2.581（0.564）	7.117^**（<0.001）	12.296	AIC=552.5	BIC=582.9	R²=0.236
区段3	86286.097^**（<0.001）	0.7450（0.324）	1.290^*（0.090）		8.939^*（0.025）	4.559（0.263）	6.249^**（<0.001）	8.688	AIC=524.6	BIC=555.0	R²=0.279
区段4	77.453^**（<0.001）	0.948（0.270）	1.547^*（0.074）	-2.447^*（0.068）	9.497^*（0.014）	4.318（0.269）	4.668^**（<0.001）	11.248	AIC= 538.1	BIC= 568.5	R²=0.284

基于驾驶行为的隧道交通标志影响特征及作用机理

Influence Characteristics and Action Mechanism of Tunnel Traffic Signs Based on Driving Behavior

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区域	结果
区域	截距	男性驾驶人（vs.女性）	随机截距方差	残差方差	拟合优度
区段1	-0.060**（<0.001）	-0.005*（0.067）	1.293×10^-5**（<0.001）	8.26×10^-5	AIC=-574.5	BIC=-544.1	R²=0.172
区段2	-0.054**（<0.001）	-0.009*（0.012）	3.329×10^-5**（<0.001）	7.62×10^-5	AIC=-567.9	BIC=-537.5	R²=0.209
区段3	-0.054**（<0.001）	-0.006*（0.044）	1.113×10^-5**（<0.001）	9.88×10^-5	AIC=-560.7	BIC=-530.3	R²=0.184
区段4	-0.054**（<0.001）	-0.006*（0.039）	2.26×10^-5	8.60×10^-5	AIC=-564.6	BIC=-534.2	R²=0.165

区域	结果
区域	截距	男性驾驶人（vs.女性）	随机截距方差	残差方差	拟合优度
区段1	-0.076**（<0.001）	-0.009*（0.045）	2.267×10^-6**（<0.001）	2.51×10^-4	AIC=-482.2	BIC=-451.8	R²=0.111
区段2	-0.065**（<0.001）	-0.020**（<0.001）	8.585×10^-5**（<0.001）	1.62×10^-4	AIC=-494.3	BIC=-463.9	R²=0.290
区段3	-0.067**（<0.001）	-0.013*（0.011）	4.674×10^-5**（<0.001）	1.87×10^-4	AIC=-492.9	BIC=-462.5	R²=0.218
区段4	-0.072**（<0.001）	-0.011**（<0.001）	0.000**（<0.001）	0	AIC=-493.4	BIC=-463.0	R²=0.188

区域	结果
区域	截距	方案B（vs.方案A）	方案C（vs.方案A）	男性驾驶人（vs.女性）	年龄25-34（vs. 18-24）	年龄35-49（vs. 18-24）	年龄50以上（vs. 18-24）	驾龄6-10年（vs. 5年以下）	驾龄11年以上（vs. 5年以下）	随机截距方差	残差方差	拟合优度
区段1	0.358^**（<0.001）	-0.032（0.376）	-0.077^**（0.034）		-0.241^**（0.049）	-0.183（0.184）	-0.1778（0.236）	0.272^**（0.029）	0.244^*（0.060）	0.024	0.042	AIC=24.3	BIC=54.7	R²=0.306
区段2	-0.532^**（<0.001）	-0.085^**（0.048）	-0.012（0.769）		0.180（0.264）	0.374^**（0.047）	0.307（0.131）			0.007^**（<0.001）	0.028	AIC=-28.6	BIC=1.8	R²=0.157
区段3	0.332^**（<0.001）	-0.006 966	-0.027（0.572）					0.294^**（0.037）	0.194（0.190）	0.000^**（<0.001）	0.037	AIC=-18.6	BIC=11.8	R²=0.143
区段4	0.425^**（<0.001）			-0.109^**（0.037）	-0.314^**（0.032）	-0.202（0.215）	-0.247（0.167）	0.276^*（0.058）	0.257^*（0.093）	0.003^**（<0.001）	0.03	AIC=-30.7	BIC=-0.3	R²=0.172