摘要：在对山区高速公路连续下坡路段交通组成、交通事故数据和道路几何线形指标进行分析的基础上,确定了山区高速公路连续下坡路段的典型车型,应用世界道路协会(PIARC)的温升模型对连续下坡路段的长度进行了界定,分析了道路几何线形指标对连续下坡路段交通安全性和驾驶员心生理的影响,并对连续下坡路段的安全保障措施进行了总结和分析。
关键字：高速公路   连续下坡  交通安全保障  坡长坡度 

山区高速公路由于地形、地貌、地质条件等因素的限制，在一些特殊困难路段不得不采用连续长下坡。从目前已建成的高速公路运营情况来看，连续长坡对公路的设计通行能力、服务水平都有很大影响，特别是对行车安全存在巨大的隐患。据相关资料表明，近年来高速公路交通事故死亡人数大幅攀升，远高于普通公路的交通事故死亡人数。连续长下坡路段往往是重大、特大恶性交通事故的多发段。因此，设计人员应准确把握山区高速公路的特点、难点，合理掌握技术标准，灵活设计、创作设计，使公路设计融入自然环境，这不仅关系到公路的使用功能、服务水平及行车安全性，也充分展示高速公路建设“以人为本”的新理念。
1  山区高速公路交通安全现状
1.1  山区公路长大下坡路段交通事故
公路交通安全状况与其所处的地理条件有很大的关系。2002年公安部统计数据表明，山区公路事故死亡人数达到每100次事故24人死亡，远远高于丘陵区的17.5人事故和平原区的12.3人事故。从我国2002年万车死亡率数据来看，排名前几位的依次是西藏，青海，甘肃，新疆，均为山区地形所占比例较高的西部省份。公安部在通报2005年全国道路交通事故统计分析时指出，在全年47起特大交通事故中，有21起为坠车事故，多发生在西部多山地区，占总数的44.6%。
    根据云南，贵州，四川，福建等多山区省份公路事故现场分析及事故受损车辆检测结果，得出山区交通事故的几个显著特点：
   （1）从交通事故的形态来看，碰撞事故多，50%以上为碰撞事故，且多为高速碰撞事故，这主要是由于事故车辆发生违章超车，超速行驶，制动不良等危险状况。
   （2）在全部事故中，重特大恶性事故多，山岭区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严重
1.2  山区公路长大下坡路段交通安全现状及坡长坡度分析
山区公路长大下坡路段交通安全是近年来研究的热点，但目前相关规范和指南对长大下坡缺乏明确的定义，原因在于同载重和速度情况下，不同平均纵坡对应的安全坡长并不相同。目前关于长大下坡的定义比较系统的表述如下：
   （1）平均纵坡3%时，连续下坡坡长大于5km;平均纵坡4%时，连续下坡坡长大于4km；平均纵坡5%时，连续下坡坡长大于3km，即为长达下坡路段，需对其安全性进行和评价，并考虑增设相应的安全设施。
   （2）平均纵坡大于3%时，若连续下坡路段预设刹车温度超过260摄氏度，即为长大下坡路段，需对其安全性进行评价，并考虑增设相应的安全设施。
    车辆在连续长大纵坡路段上行驶，因为长时间使用行车制动，使得制动器温度急剧上升，制动设衰退现象突出，严重时车辆制动能力完全丧失，以致特大事故经常发生。
2   国内外现状研究
2.1  国内山区公路长大下坡路段交通安全现状
连续长大纵坡路段也常常成为事故多发路段。这些长大纵坡路段因为事故多发，常被人民群众称为“死亡坡”，“食人坡”。以青海省潢倒公路长大下坡为例，该路段从2003年9月建成通车到2006年9月，不到两年半时间里，共发生交通事故354起，死亡40人，伤363人，直接经济损失281.384万元，其中在突出的14公里连续长大下坡路段集中了其中大部分的事故。而在K70-K78长大下坡路段，由于车速过快，刹车失灵而导致交通事故就占70%以上。虽然省高管局已经采取了设置避险车道等措施，但由于缺乏进一步的理论指导，难以科学的采取安全改善措施，因此交通安全形势仍不容乐观。
      连续长大纵坡路段严峻的交通安全形势引起了政府相关部门和社会各界的严重关注。为了预防和减少道路交通安全事故，按照国务院的统一部署，2004年初，公安部和国家安全监督管理局研究确定了两部局督办治理的全国29处危险路段。在这29处危险路段中，属于连续长大下坡路段的事故多发路段就有13处。由此可见，相比与公路的平均事故水平，连续长大下坡段重大交通事故的发生率较高，所面临的交通安全形势也更加严峻。在山区建设高等级公路，由于地形和经济条件的限制，连续长达下坡路段几乎不可避免，随着西部地区公路基础设施建设的快速发展，连续长大纵坡路段的交通安全问题将会越来越突出。
2.2  国外山区公路长大下坡路段交通安全现状
对于长大下坡路段的标志标线系统国外有较多的研究。在经济比较发达的欧洲，美国，日本等国家，公路交通标志比较完善，交通标志不仅仅是为了给驾驶人员提供必要的道路交通信息，更能体现“以人为本，以车为本”的理念。但各国在交通标志的设置上又有所差别。曾有人说德国的交通标志是给外国人看的，美国的交通标志是给当地人看的，中国的交通标志是给警察看的。说明了德国的交通标志形象生动，容易理解的特点。美国的交通标志地域性表较强，有时各州的标志都不一样，而且标志普遍采用文字，不懂英文的人恐怕难以理解。而中国的交通有时连专业人员都搞不清楚。
       由于在纵坡上行车的特点以及纵坡路段上易发生交通事故的特点，各国在纵坡的交通标志设置上做了大量大研究，其中在警告标志上显示坡度就是一个重要特点。联合国推荐的道路交通标志就要求明确注明陡坡的坡度，有些地方还注明了下坡起点的位置等，这样驾驶人能够根据普告标志提供的信息采取一定的安全措施，尽可能预防事故发生。
       减速设施在美国，日本和欧洲已经是一项成熟的技术，得到了广泛应用，北美国家对于山区长下坡路段，在施工时就用专门的机械设备碾压出横向的凹槽，作为一种强制减速设施。发达国家对避险车道的研究开展较早，美国开战避险车道的研究已经有30多年的历史。在20世纪70年代，人们发现失控车辆经常冲出道路，停在路边废料堆上，或冲到山上用于滚木的旧路上，由此道路工程设计人员受到启发，第一条避险车道在美国加利福尼亚州诞生了。到1990年，据统计美国有27个州修建了避险车道，数量达170条，美国通过大量的研究，已经初步形成了有关避险车道的理论和设计方法，来求得经济有效的设计方案。
3   基于信息处理的交通安全保障设施设计思想
3.1  驾驶员的信息处理过程
人的驾驶行为是一个与驾驶期望有关的连续的信息处理过程，在不同的道路交通条件下，驾驶员所投入的注意力不同，处理相关道路交通信息量也不同，而驾驶员处理的信息量会直接影响其驾驶行为。基于这一原理考虑，通过测试驾驶员信息处理的强度评价道路交通安全性是可行的，即道路安全性条件较差，驾驶员需要投入更多的注意力去处理相关交通信息，以保障行车安全。
   基于驾驶员在交通事故发生过程中的核心地位，在交通安全设施的设计中应重视驾驶行为，通过充分的信息影响驾驶员驾驶行为降低交通事故发生概率。驾驶员认识周围环境是从最简单的心理活动-感觉开始。感觉是客观事物的个别属性作用与人的感官在头脑中的反映。由于感觉是客观世界的主观映像，因此产生感觉必须具备两个条件：一是客观世界的刺激事物，并且要有足够的强度，能为主体所接受；而是主观的感觉能力。显然，为了能更好的感知交通信息，保证行车安全，就必须提高对各种信息的感受性，分析驾驶员驾驶过程中感觉系统的信息传递过程，成为纠正驾驶员驾驶行为的有效途径。
    驾驶员与道路，车辆，环境在相互作用的过程中，最本质的联系是信息交换。从人机工程学信号处理理论的观点出发，可以把驾驶员视为一个单通道的有限输送容量的信号处理系统来研究。
   驾驶员的视觉，触觉和听觉构成了一个感觉系统，有挂道路线形，路测环境和天气状况，交通流现状等信息通过感觉系统以神经信号的形式传送给人脑中枢：在中枢的信息处理系统中，将传入的信号加以识别，作出相应的决策。人脑中枢把决策信号传递给运动系统，驾驶员通过手脚的操作控制车辆的运行轨迹和速度，构成的行为的输出过程；道路在与车辆的相互作用过程中，将道路信息直接反馈给车辆，车辆通过座椅传递给驾驶员触觉神经末梢，该信号反馈到人脑中枢，引起人脑中枢再次作出处理和决策，修正以上操作，从而形成一个“闭环系统”。
3.2  影响驾驶员信息处理的因素
影响驾驶员行车安全的主要心理因素：个性与行车安全有着密切的关系。有关专家通过多种研究方法和技术对个性与行车安全进行了大量研究，说明了事故倾向性个性特征的存在：即在同样情境下，有些人因个性原因比另外一些人本质上更易发生事故。外向型性格比内向型性格更容易肇事，且随着外向型程度的增加，肇事可能性增大。经常违章和肇事的驾驶员个性表现为易冲动、易紧张、偏执、偏激、自私、疑心、压抑、过分自信等；安全驾驶员更多表现为敏感、紧张程度高、爱思考、冷静等特点。
情绪会影响驾驶员的操作行为，致行车事故的重要原因。大家都知道，驾驶员心情愉快会精力集中，反应敏捷，判断迅速准确，而情绪低落会导致注意力不集中，反应迟缓，判断失误，容易发生交通事故。
     专家研究发现，驾驶员注意不当和不注意是产生的事故占总数的20%以上。驾驶员在行车过程中，面临着来自信号灯、行人、车辆路面状况等各种信息，有些驾驶员没有把注意力指向和集中于驾驶的车辆上，如边开车边与人聊天，或被周围其他事物所吸引，导致注意范围变小，容易发生行车事故。
    影响驾驶员行车安全的主要生理因素：
（1）反应时间：又称反应潜伏期， 它是指信号接收和反应的时间间距。信号刺激引起了一种过程，这种过程包括信号刺激使驾驶员感觉器官产生活动，经由传入神经传入大脑神经中枢，经过综合加工，在由传出神经从大脑传给肌肉，肌肉收缩，对制动器和方向盘进行操作。虽然这种过程在机体内部是潜伏的，但是其每一步都需要时间，这些时间的总和称为反应时间。反应时间由反应知觉时间和动作时间两部分组成。
   （2）动视力：驾驶员所获得的大部分信息都是在运动状态下完成的，运动状态下的视力叫做动视力。动视力敏感度与汽车的运动车速有关，驾驶员的视认能力随车速的提高而降低。
   （3）色视觉：不同颜色对于驾驶员产生的警示作用是有差距的，这取决于驾驶员的色视觉敏感度。视觉敏感度与颜色对比有一定关系。当人从远处辨认前方的多种不同颜色时，其易辨认的顺序是红，绿，黄，白，即红色是最先被看到。所以，停车，危险等信号标志都采用红色，研究表明，沥青混凝土单一的黑色路面和水泥混凝土单一的灰色路面是导致驾驶员昏昏欲睡的重要原因。如果把危险路面的颜色涂成黄色和红色，可以对驾驶员产生感官刺激，竟是效果大大增强。今年国内外普遍采用的彩色减速路面就是典型代表。
   （4）视野：视野是指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛观看正前方物体时所能看得到的空间范围，常以角度来表示，事业的大小和形状与视网膜上感觉细胞的分布情况有关，可以用视野计来测定视野的范围。
3.3  基于信息处理的交通安全设施思想
目前针对山区大长坡路路段的交通安全保障设施尚缺乏系统成熟的设计理论。国内外相关研究涉及到山区公路交通的很多，但是缺少综合性的设计理念。反映在具体的设计过程中，就是交通安全保障设施的设计随意性比较强。设计过程中的不科学不严谨无法解决山区公路交通安全问题的根本矛盾，直接造成了这类路段交通安全形势的严峻现状。树立交通安全保障设计思想，知道安全保障工程实施，成为改善山区公路安全形势的根本途径。
    在分析驾驶员信息处理过程的基础上，综合信息传递影响因素，提出不断强化信息的刺激作用来迫使驾驶员保持警惕，达到安全行车效果的解决方案。该方案包括“视线诱导”，“视觉警示”，“触觉强制减速”和“紧急救援”四层安保工程措施。
   “视线诱导”是指采用线性诱导标志对驾驶员进行视觉上的引导，以确保车辆在正常的车道内行驶，不至发生侧向的碰撞和翻车事故。驾驶员驾车的过程中也是通过视觉，触觉不断获取路况信息的过程。山区公路存在急弯陡坡，连续弯道等不利线形，视线诱导设施成为驾驶员传达该路况的重要媒介。连续分布在路测的视线诱导标志将道路信息传递给驾驶员的视觉系统，视觉神经将信息传递给中枢神经，中枢神经发出指令制导运动系统采取合理的操作，提高驾驶员的警惕性同时纠正驾驶行为。
   “视觉警示”指采用图文标志对驾驶员进行视觉上的警示，将前方路段的危险状况预先告知驾驶员，规范驾驶行为，在仅设置视线诱导标志的公路上驾驶员对于前方道路信息是无法提前预判的，视觉警示可以解决这一问题。
   “视觉强制减速”是指利用驾驶员的触觉感应，在行车道和路肩设置凹凸不平的标线，坑槽和突起引起车辆振动，迫使驾驶员降低车速或者保持清醒。驾驶员在山区行车过程中存在超速行驶，疲劳驾驶等安全隐患，在这种情况下“视线诱导”和“视觉警示”难以纠正其驾驶行为，因而需对驾驶员实施“触觉强制减速”。该设施利用不平整的路面与轮胎接触产生的强烈振动，将道路信息反馈给驾驶员的触觉系统，进而刺激中枢神经的不适感，迫使驾驶员提高警惕纠正驾驶行为。
    “紧急救援”是指对于强制减速之后仍不能安全行车的遇险车辆进行紧急施救。遇险车辆类型多为大型载重货场，遇险地点多为山区高速公路长大坡路的坡中和坡底。载重货车在长下坡行驶过程中，由于制动时间过长，制动性能下降很快甚至出现制动失效，驾驶员只能依靠道路附属设施达到平稳驻车的目的。紧急救援是在强化视觉，触觉信息传输之后的补救措施，体现了以人为本的公路工程设计新理念。
4   交通安全保障设施设计方案
4.1  视线因素设置诱导标志设计
视线诱导设施以图形标志的形式，在视觉上给与驾驶员充足的道路，环境信息，提高驾驶员辨识道路轮廓的能力，使其在规定的车道内保持安全行驶。
   视线诱导设施主要包括轮廓标，路钮，示警墩和突起路标。这些设施沿行车道两侧布置，向驾驶员传递道路线形，方向，行车道边界及危险路段位置等信息。为了提高这些标示的视认性，改善信号传播效果，各种标志牌的材质均要求具有反光物质，可以全天候引导驾驶员视线，表明道路轮廓，保证行车安全。
   视线诱导设施的选用与事故率，路测环境和道路线形密切相关。对事故概率低，路测危险不大，线形指标较好等路段，可选用线性诱导标。
   轮廓标：轮廓标可以诱导驾驶员视线，表明公路几何线形，从而使驾驶员获取前方道路信息，保障了车辆能按照规定的路线行驶，有效避免了交通事故。轮廓标反射体的颜色分别为白色和黄色。按行车方向，配置白色反射体的轮廓标应安装与公路右侧，配置黄色的轮廓标应安装与公路左侧。轮廓标一般设置在公路的路肩或路侧护栏上。
   线形诱导标是另一种将道路信号传输给驾驶员的视线诱导设施。该设施用于引导驾驶员改变行驶方向，促使车辆安全形势，根据需要设置与事故多发的小半径路段，或其他因受山体树木，建筑物等阻挡造成视距不良且线形条件较差的位置，如急弯，不利弯坡组合等。
   路钮是粘贴在路面上，用来诱导驾驶员行车方向的交通安全装置。路钮在不良气候和环境下能保证驾驶员的视认性。路钮的经济性和实用性较强，使驾驶员夜间行车安全保障。
   警示桩是另一种视线诱导装置，除了诱导之外还有防护功能，示警桩一般设置在路测有一定宽度净区，视距良好的路段，路测有一定危险程度，但危险程度不大的路段。
4.2 强制减速设施设计
驾驶员直接通过视觉系统获取道路，环境信息是基于一种主动的感知，其效果具有一定的局限性，由于生理或者心理因素，驾驶员在驾车过程中未能采取减速，转弯或按指定车道运行，在这种情况下需要考虑通过反馈将道路信息传输给驾驶员的触觉系统和中枢神经，引导其减速慢性。利用凹凸不平的路面结够可以将减速慢行的指令信号反馈给驾驶员的感觉系统，达到理想的减速效果，目前主要的强制减速设施包括：行车道减速标线，路肩振动警示带，减速丘，比利时路面等等。
   减速丘是在路幅宽度范围内较正常路面高度隆起的减速设施，施工材料可以选用沥青混凝土和水泥混凝土，它的原理是利用自身对行车的阻碍，强制大中型车辆的驾驶员利用低档，采用发动机辅助制动来减轻行车制动器的负荷程度，从而降低车辆失控的可能性。减速丘一般设置在山区公路的长下坡，急弯陡坡以及一些低等公路穿越村庄市镇的路段。
   热塑振动减速标线是一种在基层标线上增加的新型标线，其突起的形状提高了光的反射性能，使得标线有较好的视认性。当车轮碾压在布设减速标线的路段时会发出“轰隆”声，从而降低运行车速的效果。
   比利时路面主要应用于山区一二级公路。砾石路面为24cm厚的混凝土路面上嵌铺一层粒径在3-5cm的磨圆度较好的坚硬砾石。车辆在驶过时，凹凸不平的面层对司机产生强烈的颠簸感，从而降低车速。砾石路面长度一般为20-30m。这种减速带减速效果比较明显，但是在高等级公路主线较少采用。
   视觉标线是运用交通工程学和交通心理学的基本原理，采用立体设计图案，中间设计黄蓝白三种色彩，设置与行车道上。亮丽的警示色彩，美观的立体设计图案，能使驾驶员产生降低车速的实际效果。这种方式不破坏路面结构层，经济型较好，但是对于熟悉路况的司机会失效。
   5  连续长大下坡交通设施实例
焦作至晋城高速公路穿越太行山脉，山势陡峻，多悬崖孤峰，沟谷狭窄，峰峦起伏，路基深挖高填，桥隧先连，坡陡弯急，晋城段36.603km路面高差260m,焦作段17.036km,路面高差381m。通车伊始，由于连续下坡安全防范设施考虑不充分，导致下坡重载车辆制动失控而发生的交通事故时有发生。其主要原因是：高速公路连续下坡致使重载车辆制动失控，制动失控是由于刹车片长时间使用引起高温所致，据此经分析，焦作市公路管理局焦作办有关技术人员共同研究制定了焦晋高速公路降温水池和避险车道方案，决定：1 修建降温水池来降低刹车片温度；2 修建避险车道使“野马陷入泥潭”，实现紧急避险，从而使焦晋路变成了平安路。目前，国内高速公路有降温水池和避险车道的情况极少。
焦晋高速公路2002年12月底通车试运行，2003年5月底开始修建降温水池和避险车道，降温水池在使用过程中发现车辆涌水严重，损失较多，进行了两次修整，目前使用效果良好，避险车道在第一道修建过程中，使用碎石作为填料，结果又一辆失控车辆进入，导致车毁人亡，随即对方案进行了及时调整，填料换用卵石，过渡段坡度改为下坡，在修建完成后，有失控车辆进入卵石区不到20-30米就停住了，保证了人员和车辆的安全，截止目前，有60多辆失控车进入避险车道，挽救生命100多次。
通过此例，建议在今后的连续下坡高速公路设计时，充分考虑行车安全保障措施与主体工程同时设计，同时施工，以保障行车安全。
6   结束语
论文系统地阐述了连续下坡路段事故发生的机理，并结合我国的国情因地制宜提出了切实可行的安全对策。主要内容包括连续下坡路段交通安全特征分析，车辆制动失效机理分析，纵坡坡度与坡长限制，制动失效缓冲车道设置，交通工程、沿线服务设施设置，交通安全管理，综合处置措施等。

参考文献
[1]周荣贵,江立生,孙家风;公路纵坡坡度和坡长限制指标的确定[J];公路交通科技;2004年07期
[2]袁伟;付锐;郭应时;冯红运;时间;;考虑坡长因素的纵坡坡度对交通事故的影响分析[J];公路交通科技;2008年05期
[3] 陈斌;袁伟;付锐;郭应时;;连续长大下坡路段交通事故特征分析[J];交通运输工程学报;2009年04期
[4]秦永峰；连续下坡高速公路安全保障措施探讨[D];2005年10月