一种高速公路门架式交通标志大型车遮挡概率确定方法与流程

本发明涉及一种门架式交通标志大型车遮挡概率确定方法，属于城市道路交通控制技术领域。

背景技术：

对于未按车型划分车道功能的高速公路，当同一车道上小型车尾随前方大型车行驶时，小型车驾驶员读取门架式标志的视线就有可能被前方大型车遮挡，此时就产生了门架式标志大型车遮挡现象，甚至可能导致交通事故的发生。本发明中所指的大型车是指采用大型汽车号牌(黄底黑字黑框线)的总质量在4500kg(含)以上的货车或乘座人数(驾驶员除外)20人(含)以上和车身长度6米(含)以上的客车、半挂牵引车等。小型车指的是采用小型汽车号牌(蓝底白字白框线)的总质量在4500kg(不含)以下的货车和乘座人数(驾驶员除外)在20人(不含)以下和车身长度在6米(不含)以下的车。

对国内外关于大型车遮挡标志的研究进行了总结和分析，发现目前国内外对于大型车遮挡标志的研究存在以下局限性：现阶段关于高速公路交通标志的研究，大多都致力于路侧标志的视认性、版面设计等方面，对于基于遮挡概率对标志的优化设计方面仍有欠缺；建立的遮挡模型为伪静态模型，与实际遮挡过程存在偏差，而遮挡概率的不准确，使根据遮挡概率得到的增设路侧式标志的距离和位置模型出现偏差，进而很可能导致交通安全事故的发生。如果能够找到更加合理的遮挡概率确定方法，并基于此提出中央分隔带上增设路侧式标志的距离和位置模型，能够提高标志视认性，提高行车的安全性。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术对高速公路门架式交通标志大型车遮挡概率计算不准确的问题，提供了一种高速公路门架式交通标志大型车遮挡概率确定方法。

本发明所述一种高速公路门架式交通标志大型车遮挡概率确定方法，通过以下技术方案实现：

a、基于驾驶员视认过程机理计算大型车遮挡的有效视读距离；

b、结合交通量、交通组成、车辆速度、标志尺寸、视认距离，建立高速公路门架式交通标志大型车遮挡的vissim仿真模型；

c、根据不同交通量及大型车比例场景进行仿真，输出遮挡时间、遮挡概率。

作为对上述技术方案的进一步阐述：

进一步的，步骤a中所述有效视读距离的计算为：

lad＝lae-lde

其中，lad为驾驶员的有效视读距离，lae为视认距离，lde为消失距离。

进一步的，所述消失距离lde的计算过程为：

lde＝h/tanα

其中，驾驶员的有效视野角度α可由人体工程学得知，h表示门架式交通标志与驾驶员眼部之间的垂直高度。

进一步的，步骤b具体包括以下步骤：

b1、将高速公路双向车道的车辆交通量折合成标准车型小客车的年平均日交通量，则得到单车道每小时交通量，根据单车道每小时交通量设定大型车占有率；

b2、根据大型车的高度、小型车的期望速度和大型车的期望速度，设定门架式交通标志的参数；

b3、用临界跟车距离来判断同一条车道上跟车行驶时是否会发生门架式交通标志大型车遮挡；

计算临界跟车距离lfi：

其中，lab表示小型车行驶过的距离；表示小型车中驾驶员眼睛距离路面的高度，表示大型车中驾驶员眼睛距离路面的高度；表示门架式交通标志面板下缘距路面的高度；表示门架式交通标志牌面板的高度；

当小型车与大型车的跟车距离小于该临界跟车距离时，就会产生门架式标志大型车遮挡问题；

b4、依据大型车占有率和交通量，统计出小型车驾驶员视线仿真时间内被遮挡的次数原理以及道路宽度、长度及类型、视认距离、交通量、交通标志、车辆速度建立vissim仿真模型，进行仿真运行输出时间段t内的遮挡次数。

进一步的，步骤c具体包括以下步骤：

c1、依据vissim仿真路网模型进行仿真运行，得到一个小时小型车驾驶员视线的遮挡次数。

c2、依据仿真时间、时间帧数，得到一个小时内的遮挡概率。

进一步的，步骤b4中所述时间段t为360s。

本发明最为突出的特点和显著的有益效果是：

本发明所涉及的一种高速公路门架式交通标志大型车遮挡概率确定方法，针对高速公路大型车遮挡问题，通过计算大型车遮挡的有效视读距离，建立高速公路门架式标志大型车遮挡的vissim仿真模型进行仿真，输出遮挡时间、遮挡概率等目标数据。本发明充分考虑人、车、路等因素的影响，建立的遮挡模型为动态模型，可以更加准确的描述大车遮挡问题，相比现有方法获得的遮挡概率准确率提高约40％；并且本发明方法通过仿真结果分析了交通量和大型车比例对遮挡概率影响，基于此可以提出中央分隔带上增设路侧式标志的距离和位置模型，提高了标志视认性，进而能够提高的行车安全性。

附图说明

图1为驾驶员交通标志视认过程示意图；

图2为门架式交通标志遮挡示意图；

图3为本发明中vissim仿真流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式给出的一种高速公路门架式交通标志大型车遮挡概率确定方法，具体包括以下步骤：

a、基于驾驶员视认过程机理计算大型车遮挡的有效视读距离；

b、结合交通量、交通组成、车辆速度、标志尺寸、视认距离等参数，建立高速公路门架式交通标志大型车遮挡的vissim(vissim是一种微观的、基于时间间隔和驾驶行为的仿真建模工具，用以城市交通和公共交通运行的交通建模)仿真模型；

c、根据不同交通量及大型车比例场景进行仿真，输出遮挡时间、遮挡概率等目标数据。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤a中所述有效视读距离的计算为：

驾驶员交通标志视认过程见图1。其中，驾驶员视觉特性主要包括小型车驾驶员的视线高度和有效的视认距离。

lad＝lae-lde

其中，a、d两点之间的距离lad为驾驶员的有效视读距离，a、e两点之间的距离lae为视认距离，d、e两点之间的距离lde为消失距离。

其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是，所述消失距离lde的的计算过程为：

lde＝h/tanα

其中，驾驶员的有效视野角度α可由人体工程学得知，h表示门架式交通标志与驾驶员眼部之间的垂直高度。

其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，步骤b具体包括以下步骤：

b1、将高速公路双向车道的车辆交通量折合成标准车型小客车的年平均日交通量，则可得到单车道每小时交通量，根据单车道每小时交通量设定大型车占有率；这里的交通组成只考虑大型车占有率和小型车占有率；大型车占有率+小型车占有率＝1。

b2、根据大型车的高度、小型车的期望速度和大型车的期望速度，设定门架式交通标志的参数，包括门架式交通标志面板下缘距路面的高度、门架式交通标志面板的高度、门架式交通标志上字体的高度等；

b3、用临界跟车距离来判断同一条车道上大小型车跟车行驶时是否会发生门架式交通标志大型车遮挡；根据图2，门架式交通标志遮挡示意图可知，存在如下几何关系：

由于小型车与门架式交通标志之间的距离lfk＝lae-lab；

点i与点g之间的距离

点k与点h之间的距离则有：

其中，lab表示小型车行驶过的距离；表示小型车中驾驶员眼睛距离路面的高度，表示大型车中驾驶员眼睛距离路面的高度；表示门架式交通标志面板下缘距路面的高度；表示门架式交通标志面板的高度；lfi为临界跟车距离；

则有：

当小型车与大型车的跟车距离小于该临界跟车距离时，就会产生门架式标志大型车遮挡问题；

b4、依据大型车占有率和交通量，统计出小型车驾驶员视线仿真时间内被遮挡的次数原理以及道路宽度、长度及类型、视认距离、交通量、交通标志、车辆速度初步建立vissim仿真模型，进行仿真运行(若指标输出不符合要求，则可调整参数设置后再次进行仿真运行，直至符合要求)，输出时间段t内的遮挡次数。vissim仿真流程如图3所示。

其他步骤及参数与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是，步骤c具体包括以下步骤：

c1、依据vissim仿真路网模型进行仿真运行，可以得到一个小时小型车驾驶员视线的遮挡次数。

c2、依据仿真时间、时间帧数，可以得到一个小时内的遮挡概率。可以得到，合理控制好交通量和大车数量才能有效降低遮挡概率。

其他步骤及参数与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四不同的是，步骤b4中所述时间段t为360s；360s(一个小时)的时长不仅能够保证时间足够长保证仿真结果比较准确，也不至于耗费太多时间，减少运算速度产生过多冗余。

实施例

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

本实施例所述一种高速公路门架式交通标志大型车遮挡概率确定方法按照以下步骤进行：

a、依据驾驶员视认过程(图1)计算大车遮挡的有效视读距离：

设定小型车中驾驶员眼睛距离路面的高度h1为1.2m、字体高度为70cm，视认距离lae为156.6m，则消失距离lde＝h/tanα,其中h＝4.5m。驾驶员的有效视野角度α由人体工程学可知为30度，则消失距离为16.8m。最终算出有效视读距离lad＝lae-lde＝139.8m。

b、结合交通量、交通组成、车辆速度、标志尺寸、视认距离等参数，建立高速公路门架式标志大车遮挡的vissim仿真模型：

b1、将高速公路双向四车道的车辆交通量折合成小客车的年平均日交通量为25000～55000辆，则单车道每小时交通量分别取值250、350、450、550，设定大车占有率分别为0.1、0.2、0.3、0.4。

b2、根据中华人民共和国《道路交通安全法》实施条例，将大型客车中驾驶员眼睛距离路面的高度h2定为4m,小型车的期望速度为90～110km/h,大型客车的期望速度为80～100km/h。

根据《公路交通标志和标线设置规范(jtgd82-2009)》和公路建筑界限要求，高速公路上设置的门架式交通标志面板下缘路面的高度应不小于5m。为了方便建立模型，简化计算，将门架式交通标志的参数设定为：字高为70cm、字数n＝10、h3＝5m、h4＝1.4m。

b3、依据门架式交通标志遮挡示意图(图2)用临界跟车距离来判定同一条车道上大小车跟车行驶时是否会发生门架式标志遮挡。临界跟车距离：

当小型车与大型车的跟车距离小于该临界值时，就会产生门架式标志大型车遮挡问题。

b4、根据大车占有率和交通量，统计出小型车驾驶员视线仿真时间内被遮挡的次数，进而算出一个小时内产生遮挡的总时间和遮挡概率。依据此原理建立仿真模型。

c、根据不同交通量及大车比例场景进行仿真，输出遮挡时间、遮挡概率等目标数据：

c1、依据道路宽度、长度及类型、视认距离、交通量、交通标志、车辆速度建立vissim仿真路网，进行仿真运行，输出360s遮挡次数。vissim仿真流程如图3所示，其中步长设置为0.1s,每次仿真时间设为360秒。依据上述仿真流程，得到一个小时小型车驾驶员视线的遮挡次数，如表1所示。

表1小型车驾驶员视线在360秒内被遮挡的次数

c2、依据仿真时间360s,时间帧数0.1，将表1数据除以3600s，得到一个小时内的遮挡概率，如表2所示。

表2小型车驾驶员视线在一个小时内被遮挡的概率

可以得到，车辆交通量越多，大车占有率越大，遮挡概率越高，遮挡概率的总体趋势是呈线性增长的趋势。因此，可以通过合理地控制好交通量和大车数量的方式来降低遮挡概率。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。