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公路連續長大下坡交通安全保障措施

作者:張倩珩  來源:安全管理網 
評論: 更新日期:2019年09月27日

摘要:在對山區高速公路連續下坡路段交通組成、交通事故數據和道路幾何線形指標進行分析的基礎上,確定了山區高速公路連續下坡路段的典型車型,應用世界道路協會(PIARC)的溫升模型對連續下坡路段的長度進行了界定,分析了道路幾何線形指標對連續下坡路段交通安全性和駕駛員心生理的影響,并對連續下坡路段的安全保障措施進行了總結和分析。
關鍵字:高速公路?? 連續下坡? 交通安全保障? 坡長坡度?

山區高速公路由于地形、地貌、地質條件等因素的限制,在一些特殊困難路段不得不采用連續長下坡。從目前已建成的高速公路運營情況來看,連續長坡對公路的設計通行能力、服務水平都有很大影響,特別是對行車安全存在巨大的隱患。據相關資料表明,近年來高速公路交通事故死亡人數大幅攀升,遠高于普通公路的交通事故死亡人數。連續長下坡路段往往是重大、特大惡性交通事故的多發段。因此,設計人員應準確把握山區高速公路的特點、難點,合理掌握技術標準,靈活設計、創作設計,使公路設計融入自然環境,這不僅關系到公路的使用功能、服務水平及行車安全性,也充分展示高速公路建設“以人為本”的新理念。
1? 山區高速公路交通安全現狀
1.1? 山區公路長大下坡路段交通事故
公路交通安全狀況與其所處的地理條件有很大的關系。2002年公安部統計數據表明,山區公路事故死亡人數達到每100次事故24人死亡,遠遠高于丘陵區的17.5人事故和平原區的12.3人事故。從我國2002年萬車死亡率數據來看,排名前幾位的依次是西藏,青海,甘肅,新疆,均為山區地形所占比例較高的西部省份。公安部在通報2005年全國道路交通事故統計分析時指出,在全年47起特大交通事故中,有21起為墜車事故,多發生在西部多山地區,占總數的44.6%。
??? 根據云南,貴州,四川,福建等多山區省份公路事故現場分析及事故受損車輛檢測結果,得出山區交通事故的幾個顯著特點:
?? (1)從交通事故的形態來看,碰撞事故多,50%以上為碰撞事故,且多為高速碰撞事故,這主要是由于事故車輛發生違章超車,超速行駛,制動不良等危險狀況。
?? (2)在全部事故中,重特大惡性事故多,山嶺區高速公路的重特大事故所占比例接近50%。
?? (3)事故造成的后果十分嚴重
1.2? 山區公路長大下坡路段交通安全現狀及坡長坡度分析
山區公路長大下坡路段交通安全是近年來研究的熱點,但目前相關規范和指南對長大下坡缺乏明確的定義,原因在于同載重和速度情況下,不同平均縱坡對應的安全坡長并不相同。目前關于長大下坡的定義比較系統的表述如下:
?? (1)平均縱坡3%時,連續下坡坡長大于5km;平均縱坡4%時,連續下坡坡長大于4km;平均縱坡5%時,連續下坡坡長大于3km,即為長達下坡路段,需對其安全性進行和評價,并考慮增設相應的安全設施。
?? (2)平均縱坡大于3%時,若連續下坡路段預設剎車溫度超過260攝氏度,即為長大下坡路段,需對其安全性進行評價,并考慮增設相應的安全設施。
??? 車輛在連續長大縱坡路段上行駛,因為長時間使用行車制動,使得制動器溫度急劇上升,制動設衰退現象突出,嚴重時車輛制動能力完全喪失,以致特大事故經常發生。
2?? 國內外現狀研究
2.1? 國內山區公路長大下坡路段交通安全現狀
連續長大縱坡路段也常常成為事故多發路段。這些長大縱坡路段因為事故多發,常被人民群眾稱為“死亡坡”,“食人坡”。以青海省潢倒公路長大下坡為例,該路段從2003年9月建成通車到2006年9月,不到兩年半時間里,共發生交通事故354起,死亡40人,傷363人,直接經濟損失281.384萬元,其中在突出的14公里連續長大下坡路段集中了其中大部分的事故。而在K70-K78長大下坡路段,由于車速過快,剎車失靈而導致交通事故就占70%以上。雖然省高管局已經采取了設置避險車道等措施,但由于缺乏進一步的理論指導,難以科學的采取安全改善措施,因此交通安全形勢仍不容樂觀。
????? 連續長大縱坡路段嚴峻的交通安全形勢引起了政府相關部門和社會各界的嚴重關注。為了預防和減少道路交通安全事故,按照國務院的統一部署,2004年初,公安部和國家安全監督管理局研究確定了兩部局督辦治理的全國29處危險路段。在這29處危險路段中,屬于連續長大下坡路段的事故多發路段就有13處。由此可見,相比與公路的平均事故水平,連續長大下坡段重大交通事故的發生率較高,所面臨的交通安全形勢也更加嚴峻。在山區建設高等級公路,由于地形和經濟條件的限制,連續長達下坡路段幾乎不可避免,隨著西部地區公路基礎設施建設的快速發展,連續長大縱坡路段的交通安全問題將會越來越突出。
2.2? 國外山區公路長大下坡路段交通安全現狀
對于長大下坡路段的標志標線系統國外有較多的研究。在經濟比較發達的歐洲,美國,日本等國家,公路交通標志比較完善,交通標志不僅僅是為了給駕駛人員提供必要的道路交通信息,更能體現“以人為本,以車為本”的理念。但各國在交通標志的設置上又有所差別。曾有人說德國的交通標志是給外國人看的,美國的交通標志是給當地人看的,中國的交通標志是給警察看的。說明了德國的交通標志形象生動,容易理解的特點。美國的交通標志地域性表較強,有時各州的標志都不一樣,而且標志普遍采用文字,不懂英文的人恐怕難以理解。而中國的交通有時連專業人員都搞不清楚。
?????? 由于在縱坡上行車的特點以及縱坡路段上易發生交通事故的特點,各國在縱坡的交通標志設置上做了大量大研究,其中在警告標志上顯示坡度就是一個重要特點。聯合國推薦的道路交通標志就要求明確注明陡坡的坡度,有些地方還注明了下坡起點的位置等,這樣駕駛人能夠根據普告標志提供的信息采取一定的安全措施,盡可能預防事故發生。
?????? 減速設施在美國,日本和歐洲已經是一項成熟的技術,得到了廣泛應用,北美國家對于山區長下坡路段,在施工時就用專門的機械設備碾壓出橫向的凹槽,作為一種強制減速設施。發達國家對避險車道的研究開展較早,美國開戰避險車道的研究已經有30多年的歷史。在20世紀70年代,人們發現失控車輛經常沖出道路,停在路邊廢料堆上,或沖到山上用于滾木的舊路上,由此道路工程設計人員受到啟發,第一條避險車道在美國加利福尼亞州誕生了。到1990年,據統計美國有27個州修建了避險車道,數量達170條,美國通過大量的研究,已經初步形成了有關避險車道的理論和設計方法,來求得經濟有效的設計方案。
3?? 基于信息處理的交通安全保障設施設計思想
3.1? 駕駛員的信息處理過程
人的駕駛行為是一個與駕駛期望有關的連續的信息處理過程,在不同的道路交通條件下,駕駛員所投入的注意力不同,處理相關道路交通信息量也不同,而駕駛員處理的信息量會直接影響其駕駛行為。基于這一原理考慮,通過測試駕駛員信息處理的強度評價道路交通安全性是可行的,即道路安全性條件較差,駕駛員需要投入更多的注意力去處理相關交通信息,以保障行車安全。
?? 基于駕駛員在交通事故發生過程中的核心地位,在交通安全設施的設計中應重視駕駛行為,通過充分的信息影響駕駛員駕駛行為降低交通事故發生概率。駕駛員認識周圍環境是從最簡單的心理活動-感覺開始。感覺是客觀事物的個別屬性作用與人的感官在頭腦中的反映。由于感覺是客觀世界的主觀映像,因此產生感覺必須具備兩個條件:一是客觀世界的刺激事物,并且要有足夠的強度,能為主體所接受;而是主觀的感覺能力。顯然,為了能更好的感知交通信息,保證行車安全,就必須提高對各種信息的感受性,分析駕駛員駕駛過程中感覺系統的信息傳遞過程,成為糾正駕駛員駕駛行為的有效途徑。
??? 駕駛員與道路,車輛,環境在相互作用的過程中,最本質的聯系是信息交換。從人機工程學信號處理理論的觀點出發,可以把駕駛員視為一個單通道的有限輸送容量的信號處理系統來研究。
?? 駕駛員的視覺,觸覺和聽覺構成了一個感覺系統,有掛道路線形,路測環境和天氣狀況,交通流現狀等信息通過感覺系統以神經信號的形式傳送給人腦中樞:在中樞的信息處理系統中,將傳入的信號加以識別,作出相應的決策。人腦中樞把決策信號傳遞給運動系統,駕駛員通過手腳的操作控制車輛的運行軌跡和速度,構成的行為的輸出過程;道路在與車輛的相互作用過程中,將道路信息直接反饋給車輛,車輛通過座椅傳遞給駕駛員觸覺神經末梢,該信號反饋到人腦中樞,引起人腦中樞再次作出處理和決策,修正以上操作,從而形成一個“閉環系統”。
3.2? 影響駕駛員信息處理的因素
影響駕駛員行車安全的主要心理因素:個性與行車安全有著密切的關系。有關專家通過多種研究方法和技術對個性與行車安全進行了大量研究,說明了事故傾向性個性特征的存在:即在同樣情境下,有些人因個性原因比另外一些人本質上更易發生事故。外向型性格比內向型性格更容易肇事,且隨著外向型程度的增加,肇事可能性增大。經常違章和肇事的駕駛員個性表現為易沖動、易緊張、偏執、偏激、自私、疑心、壓抑、過分自信等;安全駕駛員更多表現為敏感、緊張程度高、愛思考、冷靜等特點。
情緒會影響駕駛員的操作行為,致行車事故的重要原因。大家都知道,駕駛員心情愉快會精力集中,反應敏捷,判斷迅速準確,而情緒低落會導致注意力不集中,反應遲緩,判斷失誤,容易發生交通事故。
???? 專家研究發現,駕駛員注意不當和不注意是產生的事故占總數的20%以上。駕駛員在行車過程中,面臨著來自信號燈、行人、車輛路面狀況等各種信息,有些駕駛員沒有把注意力指向和集中于駕駛的車輛上,如邊開車邊與人聊天,或被周圍其他事物所吸引,導致注意范圍變小,容易發生行車事故。
??? 影響駕駛員行車安全的主要生理因素:
(1)反應時間:又稱反應潛伏期, 它是指信號接收和反應的時間間距。信號刺激引起了一種過程,這種過程包括信號刺激使駕駛員感覺器官產生活動,經由傳入神經傳入大腦神經中樞,經過綜合加工,在由傳出神經從大腦傳給肌肉,肌肉收縮,對制動器和方向盤進行操作。雖然這種過程在機體內部是潛伏的,但是其每一步都需要時間,這些時間的總和稱為反應時間。反應時間由反應知覺時間和動作時間兩部分組成。
?? (2)動視力:駕駛員所獲得的大部分信息都是在運動狀態下完成的,運動狀態下的視力叫做動視力。動視力敏感度與汽車的運動車速有關,駕駛員的視認能力隨車速的提高而降低。
?? (3)色視覺:不同顏色對于駕駛員產生的警示作用是有差距的,這取決于駕駛員的色視覺敏感度。視覺敏感度與顏色對比有一定關系。當人從遠處辨認前方的多種不同顏色時,其易辨認的順序是紅,綠,黃,白,即紅色是最先被看到。所以,停車,危險等信號標志都采用紅色,研究表明,瀝青混凝土單一的黑色路面和水泥混凝土單一的灰色路面是導致駕駛員昏昏欲睡的重要原因。如果把危險路面的顏色涂成黃色和紅色,可以對駕駛員產生感官刺激,竟是效果大大增強。今年國內外普遍采用的彩色減速路面就是典型代表。
?? (4)視野:視野是指人的頭部和眼球固定不動的情況下,眼睛觀看正前方物體時所能看得到的空間范圍,常以角度來表示,事業的大小和形狀與視網膜上感覺細胞的分布情況有關,可以用視野計來測定視野的范圍。
3.3? 基于信息處理的交通安全設施思想
目前針對山區大長坡路路段的交通安全保障設施尚缺乏系統成熟的設計理論。國內外相關研究涉及到山區公路交通的很多,但是缺少綜合性的設計理念。反映在具體的設計過程中,就是交通安全保障設施的設計隨意性比較強。設計過程中的不科學不嚴謹無法解決山區公路交通安全問題的根本矛盾,直接造成了這類路段交通安全形勢的嚴峻現狀。樹立交通安全保障設計思想,知道安全保障工程實施,成為改善山區公路安全形勢的根本途徑。
??? 在分析駕駛員信息處理過程的基礎上,綜合信息傳遞影響因素,提出不斷強化信息的刺激作用來迫使駕駛員保持警惕,達到安全行車效果的解決方案。該方案包括“視線誘導”,“視覺警示”,“觸覺強制減速”和“緊急救援”四層安保工程措施。
?? “視線誘導”是指采用線性誘導標志對駕駛員進行視覺上的引導,以確保車輛在正常的車道內行駛,不至發生側向的碰撞和翻車事故。駕駛員駕車的過程中也是通過視覺,觸覺不斷獲取路況信息的過程。山區公路存在急彎陡坡,連續彎道等不利線形,視線誘導設施成為駕駛員傳達該路況的重要媒介。連續分布在路測的視線誘導標志將道路信息傳遞給駕駛員的視覺系統,視覺神經將信息傳遞給中樞神經,中樞神經發出指令制導運動系統采取合理的操作,提高駕駛員的警惕性同時糾正駕駛行為。
?? “視覺警示”指采用圖文標志對駕駛員進行視覺上的警示,將前方路段的危險狀況預先告知駕駛員,規范駕駛行為,在僅設置視線誘導標志的公路上駕駛員對于前方道路信息是無法提前預判的,視覺警示可以解決這一問題。
?? “視覺強制減速”是指利用駕駛員的觸覺感應,在行車道和路肩設置凹凸不平的標線,坑槽和突起引起車輛振動,迫使駕駛員降低車速或者保持清醒。駕駛員在山區行車過程中存在超速行駛,疲勞駕駛等安全隱患,在這種情況下“視線誘導”和“視覺警示”難以糾正其駕駛行為,因而需對駕駛員實施“觸覺強制減速”。該設施利用不平整的路面與輪胎接觸產生的強烈振動,將道路信息反饋給駕駛員的觸覺系統,進而刺激中樞神經的不適感,迫使駕駛員提高警惕糾正駕駛行為。
??? “緊急救援”是指對于強制減速之后仍不能安全行車的遇險車輛進行緊急施救。遇險車輛類型多為大型載重貨場,遇險地點多為山區高速公路長大坡路的坡中和坡底。載重貨車在長下坡行駛過程中,由于制動時間過長,制動性能下降很快甚至出現制動失效,駕駛員只能依靠道路附屬設施達到平穩駐車的目的。緊急救援是在強化視覺,觸覺信息傳輸之后的補救措施,體現了以人為本的公路工程設計新理念。
4?? 交通安全保障設施設計方案
4.1? 視線因素設置誘導標志設計
視線誘導設施以圖形標志的形式,在視覺上給與駕駛員充足的道路,環境信息,提高駕駛員辨識道路輪廓的能力,使其在規定的車道內保持安全行駛。
?? 視線誘導設施主要包括輪廓標,路鈕,示警墩和突起路標。這些設施沿行車道兩側布置,向駕駛員傳遞道路線形,方向,行車道邊界及危險路段位置等信息。為了提高這些標示的視認性,改善信號傳播效果,各種標志牌的材質均要求具有反光物質,可以全天候引導駕駛員視線,表明道路輪廓,保證行車安全。
?? 視線誘導設施的選用與事故率,路測環境和道路線形密切相關。對事故概率低,路測危險不大,線形指標較好等路段,可選用線性誘導標。
?? 輪廓標:輪廓標可以誘導駕駛員視線,表明公路幾何線形,從而使駕駛員獲取前方道路信息,保障了車輛能按照規定的路線行駛,有效避免了交通事故。輪廓標反射體的顏色分別為白色和黃色。按行車方向,配置白色反射體的輪廓標應安裝與公路右側,配置黃色的輪廓標應安裝與公路左側。輪廓標一般設置在公路的路肩或路側護欄上。
?? 線形誘導標是另一種將道路信號傳輸給駕駛員的視線誘導設施。該設施用于引導駕駛員改變行駛方向,促使車輛安全形勢,根據需要設置與事故多發的小半徑路段,或其他因受山體樹木,建筑物等阻擋造成視距不良且線形條件較差的位置,如急彎,不利彎坡組合等。
?? 路鈕是粘貼在路面上,用來誘導駕駛員行車方向的交通安全裝置。路鈕在不良氣候和環境下能保證駕駛員的視認性。路鈕的經濟性和實用性較強,使駕駛員夜間行車安全保障。
?? 警示樁是另一種視線誘導裝置,除了誘導之外還有防護功能,示警樁一般設置在路測有一定寬度凈區,視距良好的路段,路測有一定危險程度,但危險程度不大的路段。
4.2 強制減速設施設計
駕駛員直接通過視覺系統獲取道路,環境信息是基于一種主動的感知,其效果具有一定的局限性,由于生理或者心理因素,駕駛員在駕車過程中未能采取減速,轉彎或按指定車道運行,在這種情況下需要考慮通過反饋將道路信息傳輸給駕駛員的觸覺系統和中樞神經,引導其減速慢性。利用凹凸不平的路面結夠可以將減速慢行的指令信號反饋給駕駛員的感覺系統,達到理想的減速效果,目前主要的強制減速設施包括:行車道減速標線,路肩振動警示帶,減速丘,比利時路面等等。
?? 減速丘是在路幅寬度范圍內較正常路面高度隆起的減速設施,施工材料可以選用瀝青混凝土和水泥混凝土,它的原理是利用自身對行車的阻礙,強制大中型車輛的駕駛員利用低檔,采用發動機輔助制動來減輕行車制動器的負荷程度,從而降低車輛失控的可能性。減速丘一般設置在山區公路的長下坡,急彎陡坡以及一些低等公路穿越村莊市鎮的路段。
?? 熱塑振動減速標線是一種在基層標線上增加的新型標線,其突起的形狀提高了光的反射性能,使得標線有較好的視認性。當車輪碾壓在布設減速標線的路段時會發出“轟隆”聲,從而降低運行車速的效果。
?? 比利時路面主要應用于山區一二級公路。礫石路面為24cm厚的混凝土路面上嵌鋪一層粒徑在3-5cm的磨圓度較好的堅硬礫石。車輛在駛過時,凹凸不平的面層對司機產生強烈的顛簸感,從而降低車速。礫石路面長度一般為20-30m。這種減速帶減速效果比較明顯,但是在高等級公路主線較少采用。
?? 視覺標線是運用交通工程學和交通心理學的基本原理,采用立體設計圖案,中間設計黃藍白三種色彩,設置與行車道上。亮麗的警示色彩,美觀的立體設計圖案,能使駕駛員產生降低車速的實際效果。這種方式不破壞路面結構層,經濟型較好,但是對于熟悉路況的司機會失效。
?? 5? 連續長大下坡交通設施實例
焦作至晉城高速公路穿越太行山脈,山勢陡峻,多懸崖孤峰,溝谷狹窄,峰巒起伏,路基深挖高填,橋隧先連,坡陡彎急,晉城段36.603km路面高差260m,焦作段17.036km,路面高差381m。通車伊始,由于連續下坡安全防范設施考慮不充分,導致下坡重載車輛制動失控而發生的交通事故時有發生。其主要原因是:高速公路連續下坡致使重載車輛制動失控,制動失控是由于剎車片長時間使用引起高溫所致,據此經分析,焦作市公路管理局焦作辦有關技術人員共同研究制定了焦晉高速公路降溫水池和避險車道方案,決定:1 修建降溫水池來降低剎車片溫度;2 修建避險車道使“野馬陷入泥潭”,實現緊急避險,從而使焦晉路變成了平安路。目前,國內高速公路有降溫水池和避險車道的情況極少。
焦晉高速公路2002年12月底通車試運行,2003年5月底開始修建降溫水池和避險車道,降溫水池在使用過程中發現車輛涌水嚴重,損失較多,進行了兩次修整,目前使用效果良好,避險車道在第一道修建過程中,使用碎石作為填料,結果又一輛失控車輛進入,導致車毀人亡,隨即對方案進行了及時調整,填料換用卵石,過渡段坡度改為下坡,在修建完成后,有失控車輛進入卵石區不到20-30米就停住了,保證了人員和車輛的安全,截止目前,有60多輛失控車進入避險車道,挽救生命100多次。
通過此例,建議在今后的連續下坡高速公路設計時,充分考慮行車安全保障措施與主體工程同時設計,同時施工,以保障行車安全。
6?? 結束語
論文系統地闡述了連續下坡路段事故發生的機理,并結合我國的國情因地制宜提出了切實可行的安全對策。主要內容包括連續下坡路段交通安全特征分析,車輛制動失效機理分析,縱坡坡度與坡長限制,制動失效緩沖車道設置,交通工程、沿線服務設施設置,交通安全管理,綜合處置措施等。

參考文獻
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