Identification and testing of measures to improve motorway work zone safety

Nocentini, Alessandro

Roadway work zones are hazardous, for both workers and motorists who drive through the complex array of signs, delineators and lane changes. Improper lane changing manoeuvres and possible vehicle encroachments in the activity areas may cause injuries to both the car occupants and road workers. Several studies agree that the presence of work zones significantly increases the risk of road crashes. Excessive speeding and high speed variances have also been identified as major causes of a large percentage of work zones crashes, injuries or fatalities. The main objective of this research was to determine safe and effective countermeasures for the reduction of speeds and speed variances within work zones. Furthermore, the influence of work zone layout features on crash occurrences was another important issue addressed with this study. An extensive accident analysis was therefore conducted on the stationary work zones of the Italian motorway network in order to identify the most critical layouts in terms of safety. The Empirical Bayes (EB) before-and-after method was performed in order to estimate crash modification factors (CMFs) associated with the installation of work zones on motorways. The findings of this part of the research have shown that all layout configurations that involve a crossover were associated with the highest values of CMFs. A number of countermeasures have been tested then in virtual reality through nine different configurations of the work zone crossover, in order to evaluate their effectiveness in reducing speeds and speed variances. The experiments investigated the effects of different speed limit sequences and alternative design features, such as wider lanes and median openings. Furthermore, the effects of different channelizing devices and perceptual treatments based on the Human Factor (HF) principles have also been investigated. The results of the experiments, performed on a total sample of 42 subjects, showed that, for all configurations, the drivers’ speeds are always higher than the posted speed limits and decrease significantly only in approaching the crossover by-passes. The implementation of higher speed limits, together with a wider median opening, led to a greater homogeneity of the driving speed. Perceptual countermeasures generally induced both the greatest homogenization of speeds and the largest reductions in mean speed values.

Arbeitsstellen an Straßen sind gefährlich, sowohl für die Arbeiter als auch für die Verkehrsteilnehmer, die durch einen komplexen, von Verkehrszeichen, Straßenmarkierungen und Fahrstreifenwechsel geprägten Abschnitt fahren. Ungeeignete Fahrstreifenwechsel und dadurch verursachte Kollisionen innerhalb der Arbeitsstelle können zu Verletzten und Todesfolgen sowohl bei den Fahrzeuginsassen als auch bei den Straßenarbeitern führen. Verschiedene Untersuchungen stimmen darin überein, dass im Einflussbereich von Arbeitsstellen das Risiko für Verkehrsunfälle signifikant ansteigt. Unangepasste, zu hohe Geschwindigkeiten und große Geschwindigkeitsvarianzen wurden ebenfalls als wesentliche Ursachen für einen hohen Prozentsatz an Unfällen mit Personenschäden und Todesfolgen festgestellt. Das Hauptziel der vorliegenden Forschungsarbeit war es, sichere und wirkungsvolle Maßnahmen für die Reduzierung der Geschwindigkeiten und der Geschwindigkeitsvarianzen in Arbeitsstellen zu entwickeln. Weiterhin war der Einfluss der einzelnen Gestaltungsmerkmale der Arbeitsstelleneinrichtung auf das Unfallaufkommen ein anderer wichtiger Aspekt, der in dieser Studie adressiert wurde. Mit dieser Zielsetzung wurde eine umfangreiche Unfallanalyse für Arbeitsstellen längerer Dauer im italienischen Autobahnnetz durchgeführt, um die für die Verkehrssicherheit kritischsten Regelpläne zu identifizieren. Eine Vorher-Nachher-Untersuchung mit der empirischen Bayes-Methode (EB) wurde verwendet, um Änderungsfaktoren für das mit Arbeitsstellen verbundene Unfallaufkommen (Crash Modification Factor – CMF) zu schätzen. Die Ergebnisse dieses Teils der Forschung haben gezeigt, dass alle Regelpläne, die eine Überleitung auf die Fahrbahn der Gegenrichtung vorsehen, mit den höchsten Änderungsfaktoren (CMF) verbunden sind. Eine Reihe von Gegenmaßnahmen wurde daraufhin im Rahmen von neun unterschiedlichen Gestaltungsvarianten der Überleitung in der virtuellen Realität eines Fahrsimulators getestet, um deren Wirksamkeit auf die Verringerung der Geschwindigkeit und der Geschwindigkeitsvarianz zu bewerten. Die Experimente untersuchten die Auswirkungen von unterschiedlichen Folgen der Geschwindigkeitsbegrenzung und alternative Gestaltungsmerkmale wie z.B. breitere Fahrstreifen und Aufweitungen im Überleitungsbereich. Darüber hinaus wurden die Wirkungen von verschiedenen Einrichtungen für die Längsführung und die Aufmerksamkeitssteigerung untersucht. Die Ergebnisse der Fahrsimulator-Studie mit insgesamt 42 Testpersonen zeigten, dass die gefahrenen Geschwindigkeiten für alle Gestaltungsvarianten höher lagen als die jeweils vorgegebene Geschwindigkeitsbegrenzung und nur im nahen Zulauf zur Überleitung signifikant zurückgingen. Die Einrichtung höherer Geschwindigkeitsbegrenzungen in Verbindung mit einer größeren Aufweitung im Überleitungsbereich führte zu einer größeren Homogenität der gefahrenen Geschwindigkeiten. Maßnahmen, die der Aufmerksamkeitssteigerung dienen, führten sowohl zur größten Homogenität der Geschwindigkeiten als auch zur höchsten Verringerung der mittleren Geschwindigkeitswerte.

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Nocentini, Alessandro: Identification and testing of measures to improve motorway work zone safety. 2017.

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