摘 要

本文通过对秦岭一号隧道驾驶事故的详细分析以及讨论，总结出了造成事故的原因，并查询了事故发生后该隧道采取的的相关改善措施。在以上的基础上，根据驾驶任务的不同将隧道分为隧道进口段、隧道中间段以及隧道出口段。在分析隧道不同驾驶路段的驾驶任务权重后，建立各个路段的驾驶任务模型。并进一步基于驾驶任务模型建立隧道环境评价体系，选取“道路环境指标”、“交通运行环境指标”、“交通工程设施环境指标”作为三项二级指标，每项二级指标下又分别设立三项三级指标，最后通过调查问卷层次分析法确定了该体系中各项指标的权重。得出在隧道安全评价体系中，照明亮度以及照明控制设施的合理程度占有相较其他指标更大的权重，车头时距和道路交通量占相对较小的权重。

关键词：隧道；驾驶任务；环境评价体系；隧道安全事故

Abstract

Based on the detailed analysis and discussion of the driving accident in qinling tunnel no. 1, the causes of the accident are summarized, and the relevant improvement measures taken after the accident are inquired. On the basis of the above, according to different driving tasks, the tunnel is divided into tunnel inlet section, tunnel middle section and tunnel exit section. After analyzing the driving task weights of different driving sections in the tunnel, the driving task models of each section are established. And further tunnel environment evaluation system which is based on the driving task model, choose the path of "environmental indicators", "traffic environmental indicators" and "environmental indicators" traffic engineering facilities as three secondary indexes, and set up three levels respectively under each secondary index indicators, finally through questionnaire analytic hierarchy process (ahp) to determine the weights of each index in the system. It is concluded that in the tunnel safety evaluation system, the reasonable degree of lighting brightness and lighting control facilities occupies a larger proportion than other indicators, while the proportion of time headway and road traffic volume is relatively small.

Keywords：tunnel；driving task；environmental assessment system；tunnel accident

目录

第 1 章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外发展现状 2

1.2.1隧道驾驶任务方面 2

1.2.2隧道环境安全影响因素方面 2

1.3主要研究内容 3

1.4技术路线 4

第 2 章 公路隧道事故特征分析 5

2.1事故成因分析 5

2.1.1司机因素 5

2.1.2道路因素 6

2.2驾驶任务层面对该事故的分析 6

2.3改善思路与措施 7

2.4本章小结 9

第 3 章 驾驶任务模型构建 10

3.1隧道分段设计 10

3.2隧道入口段 10

3.3隧道中间段 12

3.4隧道出口段 14

3.5本章小结 15

第 4 章 公路隧道环境评价体系研究 16

4.1评价指标的选取 16

4.2评价方法的研究 16

4.3评价体系的构建 17

4.4评价指标的量化 18

4.5本章小结 24

第 5 章 总结与展望 25

5.1总结 25

5.2创新点 25

5.3研究不足与展望 25

参考文献 26

附录 29

致谢 30

绪论

1.1研究背景及意义

随着我国高速路网不断向中西部地区延伸，受到地形与地貌等因素的制约，隧道在路网中所占的比例也在不断提高。据交通部统计，截止2016年底，中国公路隧道数量已超过一万五千个，总长度已超过一万四千公里。相比2015年，新建隧道多达1175处，新建长度达1345公里。同时，受一些极端因素等的影响，隧道的线形结构也向着不断复杂的方向发展，如下图1.1所示，是雅西高速双螺旋隧道远景俯视图。由于高速公路隧道复杂的环境和结构，还存在环境单调、照明亮度低、空间封闭等问题，这些会对驾驶人的生理状况有一定的影响，进而影响驾驶行为，最终导致各种隧道交通安全事故发生的概率提高。目前针对隧道行车环境的改善研究，大多研究集中于一点进行改善研究，缺乏系统性的研究。因此，本文以高速公路隧道为研究对象，从“以人为本”的交通发展理念出发，基于实际驾驶需求和驾驶任务，构建驾驶任务模型，并进一步基于驾驶任务模型对隧道环境的调控方法及评价体系展开深入研究。

图1.1 雅西高速双螺旋隧道

1.2国内外发展现状

1.2.1隧道驾驶任务方面

国外研究现状：Ir.Evert Worm研究了驾驶人在驾车通过隧道时，人的驾驶行为是如何影响隧道驾驶安全的，还有怎样去改善驾驶行为以达到较好的隧道交通安全水平^[1]。荷兰通过研究最高限速为80km/h的道路上的事故发生原因以及事故发生几率，发现驾驶人的超速行驶是主要的事故发生原因，为了解决这个问题，由联邦、地区、省交通官员以及相关研究人员组成了一个综合研究小组。这个小组通过设置诱导视觉措施的办法，引导驾驶人遵守最高限速规则。这些措施包括：拓宽中线，以减少行车道的宽度，把路边标记替换成触觉条等等^[2]。

国内研究现状：浦晓婷的研究将隧道划分为五个阶段，比较每段的加速度、速度等参数，基于这些数据的分析，对同一隧道中不同区段的驾驶行为特征加以描述以及分析^[3]。戴忧华针对高速公路的隧道路段运行的环境特性，第一个提出了空间通视性对于高速公路隧道路段驾驶行为的影响。在提出空间通视性的定义和假设条件后，分析了影响空间通视性的几个要素，并从竖曲线、道路平曲线、驾驶员视觉特性这三个方面对隧道空间通视性的临界条件进行理论计算。根据计算结果，归纳出基于空间通视性的高速公路隧道驾驶行为变化的规律：通视型的隧道驾驶行为变化过程可以分为两个区段，而非通视型的隧道驾驶行为变化过程可以分为三个区段．不仅如此，他还给出了典型的空间通视型隧道路段车辆运行车速变化规律图^[4]。王文勇^[5]通过分析高速公路隧道群路段事故发生的规律，认为限制速度可以降低隧道事故发生概率，在分析限速影响因素的基础上，制定了针对隧道群的限速方案，并利用VISSIM微观交通仿真验证了方案。陶佩提出了驾驶行为和情绪指数的参数指标，利用改进的KNN（k-NearestNeighbor）算法,建立驾驶行为和情绪指数之间的关系模型，通过该模型，可以用驾驶人驾驶行为的数据来预测驾驶人的情绪，从而对不良的情绪进行调整进而提高驾驶的安全性^[6-9]。

国内外在驾驶方面的研究大多集中于外部因素（限速、道路线形、道路通视性等）对驾驶人产生影响使得驾驶人改变驾驶行为；再研究如何通过改善以上这些外部因素，以达到良性影响驾驶人驾驶行为的方法和措施。

1.2.2隧道环境安全影响因素方面

国外研究现状：当驾驶人白天驾驶车辆进入隧道时，如果光照环境变化过大，就会经历一个叫做“暗适应”的过程，会严重地影响视觉特性，从而引发交通事故^[10]。JohnJ在隧道安全报告中指出：白天的情况下，隧道外部的光照强度非常高，而隧道内部的照明亮度非常低，当驾驶员驾车驶入隧道时，视觉经过这样由强光到弱光的突变时会发生振动，这种情况叫做“黑洞效应”。如果增强隧道进口处的光照强度，那么驾驶人在驶入隧道过程中的紧张情绪会得到缓解，JohnJ通过这一点提出了通过运行速度和交通量计算隧道进出口所需照明强度的公式^[11]。R. Jurado-Piña分析了眩光效应对驾驶人的影响，通过试验得出在距离隧道出口340米处设置遮光屏会能够最有效地减少眩光效应对驾驶人视觉特性的影响^[12]。Katja Kircher的研究表明隧道内交通事故后果相比开放路段严重得多，通过科学地设计隧道内灯光和墙壁图案能够有效降低事故发生的概率^[13]。在道路几何要素对隧道交通安全的影响方面，Thomas S. Shively 运用了Poisson-gamma 模型来研究了交通量、限速、几何线形与道路交通事故数之间的关系，得到了路段交通事故数、平曲线转角与交通量之间的非线性关系。平直曲线的长度与路段交通事故的数量也呈弱线性关系。道路宽度与事故数量之间的关系不明显^[14]。

国内研究现状：潘晓东以大量的实验为基础，提出了以“瞳孔面积最大瞬态速度值”作为视觉负荷的评价指标，并提出了改进隧道照明环境的措施^[15]。杨轸通过设计不同实验方案，研究发现缓和曲线的参数对平面线形一致性影响较大，提出了隧道进出口线形一致性判别标准^[16]。杜志刚基于驾驶员方向感、速度感、距离感、位置感和视距视区要求，提出了公路隧道视觉参照系重构思路，利用了低成本的逆反射材料增加局部的亮度和对比度，利用高速公路隧道的多尺度、多频率、多形状信息，重建了高速公路隧道安全视觉参考系统，以较低的成本改善高速公路隧道的视觉环境^[17]。刘红泉就高速公路隧道光环境对行车安全的影响从隧道洞口、隧道中间段、隧道运行的光环境监测与调控三个方面进行了分析，并提出了相应的解决对策^[18]。

隧道驾驶环境安全这一部分，国内外的专家学者主要从隧道线形以及光环境两个方面展开研究，从不同的角度（视觉负荷、视觉参考系、隧道线形等）分析了隧道环境对隧道驾驶安全的影响，提出了诸多隧道环境改善措施。

1.3主要研究内容

1）公路隧道事故特征分析

以秦岭一号隧道事故为案例，对其事故成因进行分析，并分析高速公路隧道路段的驾驶任务。

2）隧道任务模型构建研究

对隧道路段不同的任务段的任务进行更为细致的分析。具体包括不同任务段的任务权重的分析阐述。然后进行层段式的隧道驾驶任务模型构建。

3）公路隧道环境评价体系研究

先根据驾驶任务模型选取合适的环境评价体系指标，然后根据层次分析法确定各项指标的权重，具体包括评价指标的选取、评价方法（AHP）的研究、评价体系的构建以及评价指标的量化处理。

1.4技术路线

本文技术路线图，如下图1.1。

图1.1 技术路线图

公路隧道事故特征分析

2.1事故成因分析

首先介绍事故背景。事故发生时间是2017年8月10日的夜晚23时40分，事故发生地点位于秦岭一号隧道，事故结果造成36人死亡13人受伤^[19]。事故如图2.1所示

图2. 秦岭一号隧道事故图

对于此次事故的关键问题，社会不同领域不同学科的专家学者都有不同的见解。最后经过事故调查小组调查认定，事故的直接原因是司机的疲劳驾驶和超速行驶，间接原因包括事故现场的视觉效果差，相关单位失职等^[20]。本文将和研究相关的因素归纳为如下两个方面。

2.1.1驾驶人因素

驾驶人的疲劳驾驶和超速行驶被认定为引发事故的直接原因。国家规定，夜间连续驾驶车辆不得超过两个小时，达到规定的时间必须休息，且休息时长不得少于二十分钟。事故发生前，该司机已经连续驾车将近三个小时。不仅如此，事发路段的大车最高限速是60千米/小时，而在车辆撞击隧道墙壁时，事故车辆的速度已经超过80千米/小时，超过限定的30%以上。

此外，经技术鉴定后，司机因身体疾病、醉酒驾驶、吸毒、车辆故障等因素而造成车辆碰撞失控的嫌疑被排除在外。

2.1.2道路因素

事发路段位于西汉高速公路中高架桥与秦岭一号隧道交汇处。秦岭服务区位于道路右侧。隧道入口右侧墙壁上设有警示标志以及黄色警示灯。

首先，高架桥面总宽15.25米，除最右侧硬路肩共三股车道，从左至右依次是客车道、货车道、加速车道。除硬路肩宽2.85米外，三股车道宽度都为3.75米。其中加速车道总长198.8米，在距离隧道入口前11.5米处汇入货车道。隧道入口净宽10.5米，入口右侧检修道内侧边缘距离桥梁护栏5.13米，接近隧道一半的宽度，但桥梁与隧道之间并没有设置有关的过渡衔接设施。

其次，加速车道与货车道间分界线未满足设计标准。标准规定宽度至少达到45厘米，实际宽度只有20厘米。且分界线遭到磨损，磨损长度约为40米。

除此之外，事故发生当晚事发地点所在路段右侧的五个路灯均处于关闭状态。照明不足直接影响了事故发生路段的视觉识别效果，对于晚上驾驶车辆高速行驶的驾驶员来说，自身对于道路信息的获取势必存在阻碍。

2.2驾驶任务层面对该事故的分析

图2.2 秦岭一号隧道夜间图

如图2.2是秦岭一号隧道夜间的景象，从图上来看，事发路段上有许多光源，传递着繁杂的信息，但是并不是所有信息都是对于驾驶而言的有效信息。而驾驶员在夜间驾驶车辆高速行驶时，面对这些信息，接受和处理信息的能力和时间是有限的，不可能在驾驶车辆的同时将道路上所有的信息都能看到，更不可能全部处理。所以本文引入驾驶任务的概念以更好地进行分析，本文认为驾驶任务的定义指驾驶员在驾驶过程中需要去做的事情，比如将车辆控制行驶在车道内、和前车保持合理的车距、根据看到的道路控制信息控制正确车辆行驶等等。在驾驶员的能力是有限的情况下，驾驶员往往会本能地在驾驶过程中按照主观认为重要性递减的顺序依次完成自己认为需要完成的驾驶任务。即本能地先做自己认为最重要的事，然后做自己认为第二重要的事，接着做自己认为第三重要的事……直到达到自己能力的极限或没有多余的驾驶任务。

从秦岭一号隧道的夜间图来看，道路信息太过繁杂，而且其中参杂了很多无效信息，驾驶员驾驶车辆经过此路段时，可能很多次被闪亮的光源吸引注意力，接收到无效的信息，然后舍弃这些无效信息。这样的过程会耗费掉驾驶员有限的能力，以至于没有充足的时间或多余的能力去接收正确的道路控制信息并做出反应。

这就解释了为何该路段上很多的交通控制设施都符合国家设计标准，但是2014年被公安部评为“全国十大高危路段”。从驾驶任务的角度来看，问题就非常的明显。同时也可以解释秦岭一号隧道安全事故发生的原因。该事故中的驾驶员被鉴定出疲劳驾驶。当驾驶人处于疲劳驾驶的状态时，驾驶能力以及接收信息处理信息的能力必然会有所下降，再加上事发路段的道路信息繁杂有效率低，使得驾驶人的注意力都被无效信息吸引而没有注意到导流线或洞门标识等，从而没能接收到真正正确有效的道路信息——“该路段是合流路段，右侧有一股加速车道要合并到货车道，加速车道后面没有路是隧道洞口的墙壁”，进而影响驾驶人没能做出正确的驾驶操作，最终导致事故的发生。

2.3改善思路与措施

通过从驾驶任务层面对秦岭一号隧道安全事故的分析，得出结论：并不是将一些符合国家设计标准的道路控制设施任意地堆砌到道路上，该路段就是安全的，要考虑到驾驶员接收和处理信息的能力有限，不是所有的道路控制信息都能被接收和处理^[21]。必须要将最重要的信息以最清晰醒目的方式设置在道路上，要能够保证驾驶人在驾驶的过程中能够优先注意到该设施并及时做出反应。

美国交通控制设施设置的五项基本原则：

原则一：交通控制设施的设置要满足需要（Fulfill a need）

原则二：交通控制设施要能引起使用者的关注（Command attention）

原则三：交通控制设施传达的意思要简单明确（Convey a clear,simple meaning）

原则四：交通控制设施要让使用者能自觉自愿地去尊重（Command respect from road users）

原则五：交通控制设施要给道路使用者足够的反应时间（Give adequate time for proper response）^[22]

从以上美国交通控制设施设置的五项基本原则中可以看到，原则二是交通控制设施要能够引起道路使用人员的注意力。

这项原则充分说明了道路控制设施要能够让驾驶人注意到的重要性。道路上的信息十分繁杂，除了道路控制信息还有交通运行环境的信息，甚至还有一些吸引人注意的广告信息等等。驾驶人在驾驶车辆的同时不可能识别接收所有的信息，很多信息不会被注意到识别到。所以需要改善道路控制设施以及道路环境设施，让这些承载有效信息的道路控制设施能够将信息简洁明了地传递到驾驶人地眼前。

针对秦岭一号隧道的改善措施。如下图2.3 是秦岭一号隧道事故发生后外部的改善现状图。从图中可以看出秦岭一号隧道相比事故发生前有了很大的变化。首先，在隧道入口段增加了连续性的警示柱与警示型线性诱导标，洞门的立面标记设置到了洞顶。驾驶员在夜间行车时，警示柱能够对驾驶人起到警示作用，使驾驶员提高警惕，然而警示柱设置太过紧凑，建议增大间距至3米；警示型线性诱导标可以引导车辆驾驶人的行驶方向，促使车辆安全运行，但也设置太过紧凑，失去了“便于驾驶员与前方车辆保持车距”这一作用；设置到洞顶的洞门立面标记可以使驾驶员清晰地识别到隧道洞门轮廓，注意到前方车行道内有高出路面的构造物（即隧道口墙壁），以免发生碰撞。

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