隧道入口/出口侧壁及中间分隔带对驾驶员行为的影响：基于避让动态和轨迹演变的运营安全风险诊断

《Accident Analysis & Prevention》：Impact of tunnel entrance/exit sidewalls and Medians on driver behavior: Operational safety risk diagnosis based on avoidance dynamics and trajectory evolution

该研究基于武汉铁路公路两用长江隧道UAV采集的车辆轨迹数据，运用“避让程度分级-风险模式聚类”方法，揭示隧道入口/出口司机对侧墙和中心线的空间感知机制及避让行为演化规律。研究发现：入口段以预发起有效避让为主，出口段因适应后效和环境约束缺失，复杂冲突避让占比高达65.71%；建立包含七类风险行为的避让行为谱系，侧墙是轨迹偏移主要约束，出口段中心线影响凸显，需协同设计侧墙与中心线保障轨迹安全边界；提出通过连续视觉引导匹配司机心理预期与适应过程提升过渡区安全性的新设计范式。

　　

陈颖|戴振华|杜志刚|王寿硕

广州海事大学未来交通学院，中国广州510725

摘要

隧道入口/出口是地下交通基础设施中的关键过渡区域，事故风险较高。本研究在交替明暗条件和这些区域的空间限制下，探讨了驾驶员对侧壁和中央分隔带的避让行为，旨在降低从地下到地面的过渡过程中的人机交互风险。使用无人机收集了中国武汉铁路-公路长江跨线隧道的车辆行驶数据，采用“避让程度分级-风险模式聚类”方法对车辆轨迹动态进行了量化分析。研究揭示了驾驶员的空间感知和避让行为机制，并建立了安全性能诊断与评估模型。主要结论如下：1) 驾驶员在隧道外的避让行为受心理预期和适应后效应的影响。在入口处，避让行为表现为“预先启动的避让”模式；而在出口处，由于“适应后效应”和缺乏外部引导设施，驾驶员难以重新评估空间环境，导致高风险“复杂冲突避让”现象频繁发生（占比分别为65.71%和52.22%），凸显了环境过渡带来的安全挑战。2) 确立了七类避让行为风险谱系，发现侧壁是导致轨迹偏离的主要因素。在出口处，当侧壁限制解除时，中央分隔带的影响加剧（入口处偏向左侧，出口处偏向右侧）。侧壁与中央分隔带的协同设计对轨迹安全至关重要。3) 增强连续视觉引导，以符合驾驶员的心理预期和适应过程，对于提升隧道过渡区的运行安全至关重要。这种方法代表了设计理念的根本转变，从被动的空间限制转向主动的行为引导。

引言

隧道和地下空间构成了“地下交通系统”，承担着跨越障碍物、连接枢纽和缓解拥堵的重要任务，是确保现代交通顺畅和促进区域经济活力的不可或缺的核心组成部分。隧道入口和出口作为光线变化和路线调整的特殊节点，历来是事故高发区（Niu等人，2024年）。如何通过科学设计安全引导驾驶员通过这些区域，已成为隧道交通安全研究的重要课题。

现有研究从宏观层面揭示了隧道事故的主要原因，如照明、路线和对齐问题（Wen等人，2024年；Xing等人，2025年），为理解隧道安全风险提供了重要基础。然而，关于侧壁和中央分隔带等固定结构如何具体影响驾驶员在空间受限环境中的微观行为（尤其是它们引发的避让操作）仍缺乏深入研究。实际上，靠近的隧道侧壁会让驾驶员产生封闭感，从而引发轨迹偏离等补偿性操作；而中央分隔带作为一种空间侵入物，可能导致驾驶员无意识地侵入相邻车道（Chen等人，2024年）。这两种行为都会显著增加隧道入口和出口处的侧向碰撞风险，构成重大安全隐患。遗憾的是，现有研究尚未系统阐明这些避让行为的动态演变特征和潜在机制。

在方法论层面，现有研究主要依赖驾驶模拟器或宏观仿真方法来评估设施效果（Xu等人，2020年；He等人，2023年）。尽管这些方法可以揭示驾驶员的视觉或心理反应，但模拟环境与真实驾驶体验之间存在固有差异，尤其是在涉及高风险感知和避让行为的场景中，仿真难以捕捉到车辆与空间边界在实际驾驶条件下的连续、高精度轨迹演变特征。同时，这些研究大多侧重于验证设施的有效性（Zhao等人，2022年），而没有从行为动态角度探讨驾驶员避让行为的形成过程。因此，利用真实世界轨迹数据从动态的“驾驶员-车辆-道路-设施”交互视角系统描述隧道入口和出口处驾驶员避让行为的演变模式，是一个亟需解决的科学挑战，以克服现有研究的局限性并填补知识空白。

基于此，本文聚焦隧道入口和出口过渡区的关键瓶颈问题，利用来自真实驾驶环境的高精度轨迹数据开展以下研究：1) 量化车辆对侧壁和中央分隔带的侧向避让特征及其动态演变过程；2) 揭示驱动这些避让行为的空间感知和避让效应的潜在机制；3) 建立基于轨迹的隧道入口/出口安全性能诊断与评估方法。研究结果旨在为现有隧道的安全评估和运营管理提供新工具，为隧道入口和出口区域的设计提供人为因素工程数据支持，并推动隧道交通安全研究从宏观统计层面向微观动态层面的深入发展。

研究片段

隧道交通安全研究

现有研究表明，隧道内的交通事故风险显著高于公路路段（Lee等人，2022年），特别是在空间狭小和对齐复杂的较长隧道中，事故后果更为严重（Caliendo等人，2013年）。主要的事故类型包括与静止物体的碰撞和追尾碰撞（Chen等人，2024年）。

测试路段

测试路段位于中国武汉的铁路-公路长江跨线隧道内，从西北方向的解放大道延伸至东南方向的友谊大道，总长度为4,650米。数据采集区域选在沁园中路的两端入口和出口区域，具体定义为从隧道入口/出口向外各延伸100米的范围。如图1所示，该路段设有两条宽度为3.5米的车道，限速

隧道过渡区车辆轨迹的侧向稳定性分析

根据实际轨迹数据，区分了隧道出口和入口处不同车道的驾驶行为，并提取了侧向轨迹偏移（P_T）特征值。具体车道分类如下：出口处，右侧侧壁所在的车道称为L_CS，左侧中央分隔带所在的车道称为L_CM；入口处，右侧侧壁所在的车道称为L_RS

驾驶员对侧向设施的空间感知及避让行为机制

研究发现，隧道入口和出口过渡区的车辆轨迹表现出不同的避让行为，这种行为模式受到侧壁和中央分隔带的影响而有所不同。

在入口段，受避让效应影响的车辆轨迹表现出早期逐渐的侧向偏移（即有效避让），随后是轻微的单向进一步偏移（即轻微干扰）。从行为角度来看，这些轨迹

结论

• 1.
  本研究开发的测量框架成功量化了隧道入口和出口处驾驶员避让行为的显著差异。入口段的轨迹表现出“预先启动”的有效避让行为，而出口段则表现出较高比例的“复杂冲突避让”模式。这种基于轨迹数据的行为分类超越了传统的隧道影响研究范式。

CRediT作者贡献声明

陈颖：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，方法论设计，调查实施，概念构思。戴振华：软件开发，方法论设计，数据整理。杜志刚：数据验证，资源协调，项目管理工作，资金筹集。王寿硕：资源协调，项目管理工作，资金筹集。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究部分得到了国家自然科学基金（NSFC）项目52402423和52072291的支持。