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通过视线诱导技术提升公路隧道安全
   更新时间:2020-01-19    字体: 【】【】【

在《改善公路隧道交通安全的主要措施有哪些,应该如何选择?》一文中,提到了基于视线诱导技术的相关设施性价比高、应用广泛,适用于照明不足及养护程度低的低等级公路隧道。那视线诱导设施设置的原则是什么?具体应注意哪些细节?今日交通言究社继续邀请武汉理工大学教授杜志刚为大家介绍。


 

改善隧道交通安全的视线诱导技术 


 


 

什么叫视觉参照系?有什么作用?


 

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视觉参照系可为驾驶人提供视觉线索


 

介绍视线诱导技术之前,先来了解一下视觉参照系,主要包括标志、标线等各种交通工程设施、道路景观、广告等,单个设施也称为视觉参照物,为驾驶人提供视觉线索,驾驶人可以用来判定自身的运动位置、车速、方向及车距。


 

 

图1:视觉参照系为驾驶人提供视觉线索


 

通过对道路交通事故成因进行分析发现,由于驾驶人观察和判断错误造成的交通事故占84.1%,因操作错误引起的占7.9%,其他原因造成的占8.0%。不良的视觉参照系是驾驶人产生视错觉的主要原因,因此,研究如何正确诱导驾驶人使其能够安全驾驶十分重要。


 

 

图2:不良的视觉参照系是造成驾驶人视错觉的主要原因

2

不同形式的视觉参照系作用不同


 

视觉参照系可简单分为点、线段、环、面、体几种形式,如图3所示,其中,点、线段、环是低成本视觉参照系,为局部信息,强调安全经济,属于“视线诱导”,也就是常说的轮廓光,环的诱导性相对最强,驾驶人会把注意力集中在环内、环心,多个环组合起来效果更佳;面、体是高成本视觉参照系,强调舒适美观,属于“照明”,即环境光。


 

 

图3:不同形式的视觉参照系


 

视线诱导系统和照明系统有较大的差异性,由图4可以看出,两者在设置目标、主要作用、设置依据、采用技术、控制指标、设置形式几方面都有所不同。


 

 

图4:视线诱导系统和照明系统的差异

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合理视觉参照系特点及重构


 

合理的视觉参照系具有以下四个特点:作为背景存在,不能干扰驾驶人对车道内目标物的辨识,不能增加驾驶人的负担;规律性的常见信息,符合驾驶人心理预期,否则会分散驾驶人的注意力,容易发生事故;尽量不要在中心视野(当前车道内)出现,否则会干扰驾驶人对故障物的辨识;能优化视距、视区,调控视错觉。


 

对于不合理的视觉参照系应如何重构呢?改善原则如下:强参照系比如城市隧道或者弱参照系如公路隧道,根据情况调整为中等;过于单调的,调整让其更具韵律感;信息过多的需要缓和,信息过少的则需要加强。可采用多频率、多尺度、多色彩的信息组合来实现,工程中常会采用自发光材料、逆反射材料以及LED显示等技术。


 

视线诱导应考虑的视觉相关因素


 

1、视觉需求


 

视线诱导应满足四个层面的视觉需求:功能性需求,基本的道路及交通工程设施符合基本建设规范,车辆可在道路上正常行驶;安全性需求,能基本满足系统安全,基本保证车辆行驶的安全性;舒适性需求,驾驶舒适,车辆长时间行驶时驾驶人不易疲劳;美观性需求,驾驶人驾驶时感到轻松愉悦、十分舒适,同时具有美的享受。


 

2、视距视区


 

如图5所示,驾驶人在驾驶过程中,可看清前方物体的距离称为视距,广度称为视区。隧道出入口是驾驶人视距、视区产生剧烈过渡的典型例子,如图6所示,隧道外视区广、视距远、参照物丰富,隧道内视区窄、视距不足、参照物少,这种环境剧烈过渡使驾驶人难以发现隧道内车辆、路侧障碍物,易发生事故。


 

 

图5:视距、视区


 

 

图6:隧道出入口视距、视区剧烈过渡

 

3、视错觉


 

视错觉包括速度错觉和距离错觉。速度错觉即驾驶人在行车过程中行车环境单调,缺乏参考或者参考系不当时,会对自身行车速度产生错误感知。距离错觉即驾驶人在车辆行驶过程中对距离的判断产生较大误差。在隧道内,参照物少的情况下,容易导致驾驶人产生视错觉,如图7所示。


 

 

图7:隧道内参照物少,容易导致驾驶人产生视错觉


 

4、视觉注视点分布


 

以公路隧道为例,对隧道内驾驶人视觉注视点分布进行实验,如8图所示,图中黑点代表驾驶人的视觉注视点,左边是夜间的情况,右边是白天的情况。实验结果发现,80%以上的注视点分布在隧道内的车道内,且主要分布在视野右下方位置,视认概率为右下>左下>上方。因此,隧道内视线诱导信息设置的优先顺序依次为右下(路缘)、左下(路缘)、侧墙、上方。


 

 

图8:驾驶人视觉注视点分布


 

视线诱导信息设置原则


 

关于视线诱导信息的设置,有四个主要原则:低位诱导原则,主要设置在隧道内较低的位置,与驾驶人、行人注视点分布高度较为一致,形成良好的视觉参照作用;组合与多级设置原则,将小尺度高频率、中尺度中等频率、大尺度小频率等信息组合,并依次设置在道路边线、检修道路缘、隧道侧壁、隧道洞顶,构成多级诱导信息,以提升驾驶人的速度感、距离感、方向感;连续性与一致性原则,隧道出入口及中部、隧道外基本频率、色彩应保持一致,形成连续、重复、相似的视觉参照系,符合驾驶人生理心理节律;差异化与美观性原则,隧道外、出入口、中部、不同路段应体现差异化,起行程提醒作用,长大隧道采用韵律型图案,避免枯燥,提升美感。


 

公路隧道视线诱导方法 


 

公路隧道视线诱导设施主要包括:突起路标、警示柱、轮廓标、反光环、反光条、立面标记、侧墙图案等。公路隧道从入口到出口包括不同区段,结合驾驶实际主要划分为:识别段、接近段、入口段、过渡段、中间段(包括提醒区、疲劳唤醒区)、出口段、驶离段,如图9所示。不同区段视线诱导的侧重点不同,下面具体介绍隧道入口及中部的视线诱导方法。


 

 

图9:公路隧道不同区段

隧道入口视线诱导方法


 

隧道入口处的识别段和接近段是在公路隧道传统分段基础上新增的,要求识别段到洞口的距离为识别视距(Decision sight distance)与停车视距(stopping sight distance)范围之间;接近段到洞口的距离不小于停车视距长度。进隧前采用识别视距的原因为:隧道与相连道路横断面发生变化,车辆有避障(变道)、调整方向等需求,比发现当前车道前方障碍物时单纯的停车行为复杂得多;隧道出入口路段干扰信息较多,如各种警告标志、指示标志等;车辆接近隧道过程中需要降低车速10-20km/h,因此需要足够的视距满足需求。由图10可以看出距隧道入口不同距离处的驾驶需求,要求:在识别视距范围之外发现洞门的立面标记;在识别视距内明确洞口方位与行驶方向;停车视距内看到洞内的反光环,给车辆提供诱导。


 

 

图10:距隧道入口不同距离处的驾驶需求


 

隧道入口不同区段的驾驶需求不同,视线诱导的设计思路有所差异。识别段、接近段要求强警示、早诱导,早开灯,对称诱导,保持车距,在洞门处“洞门警示>诱导>防撞”;隧道入口段洞内、洞门、洞外的诱导应依次加强,具体可参考图11。


 

 

图11:公路隧道入口不同区段视线诱导设计思路


 

图12为隧道入口处大致的视线诱导设计方案,路侧设置左右对称的连续警告型线形诱导标,道路边线双侧设置猫眼道钉。接近段视线诱导的具体做法是洞门施画环形黄黑立面标记线,洞内设置3-5道高反射系数反光环(大角度反光膜);在隧道接近段范围道路边线及道路中心线均设连续猫眼道钉以强化局部方向感;道路两侧特别是线形不佳处设置左右对称线形诱导标、警示柱、防撞桶,图13为接近段设计效果。


 

 

图12:隧道入口处大致的设计方案

 

图13:接近段设计效果


 

隧道中部视线诱导方法


 

短隧道、中长隧道、长隧道、特长隧道中部的视觉环境特点不同,视觉需求也不同,分为速度感、距离感、方向感和位置感,可参照图14。下面具体介绍低等级公路(限速不超过40km/h)不同长度隧道中部的视线诱导解决方案。


 

 

图14:不同长度隧道视觉环境特点及存在问题


 

1、短隧道(<500m)


 

中间段大反光环与反光条1:3间隔设置,反光条12~26m/道,反光环48~104m/道;2.5m高处设置应急诱导装置,12~26m/道;路缘设置猫眼道钉和轮廓标识,3.0~6.5m/道,如图15所示。


 

 

图15:短隧道视线诱导设计


 

2、中长隧道(500~1000m)


 

中间段设置方法与短隧道中相同,不同点为设置过渡段,过渡段大反光环与反光条间隔设置,间距都为24~52m/道;2.2-2.5m高处设置应急诱导装置,12~26m/道;路缘设置猫眼道钉和轮廓标识,3.0~6.5m/道。


 

 

图16:中长隧道视线诱导设计


 

3、长隧道(1000~3000m)


 

在隧道中间段设置提醒段,每500m设置一处,由两条彩色反光环与3条白色反光条组成,起到行程提醒和缓解驾驶人疲劳的作用,如图17所示。


 

 

图17:长隧道中部视线诱导设计


 

4、特长隧道(>3000m)


 

在隧道中间段每3个提醒区设置一处疲劳唤醒区,即每1500m设置一处,由2条彩色反光环与3条彩色反光条组成,起到行程提醒和缓解驾驶人疲劳的作用,如图18所示。


 

 

图18:疲劳唤醒区侧视图


 

最后回顾总结一下,公路隧道视线诱导技术改善安全原理是从视觉参照系重构的角度来优化隧道光环境,采用局部、低位信息来优化驾驶人视距视区,调控视错觉,从而准确的感知、判断车辆的运动状态(车速、方向)与各种危险因素(如前车、路侧障碍物),最终减少驾驶人分心、疏忽大意等过失,实现交通事故主动预防,降低交通事故发生的概率。


 

公路隧道视线诱导技术灵活多样,对于不同长度公路隧道、隧道不同路段有所差异,同时需要综合考虑突起路标、轮廓标、警示柱、反光环、反光条、侧墙图案等诱导信息。主要通过逆反射技术、蓄能自发光技术及LED发光显示技术来实现,在中西部高速公路隧道以及低等级公路隧道中已获得广泛使用。


 

低成本的视线诱导技术可极大地优化公路隧道光环境,对于照明较为充足的公路隧道,可以辅助照明,提升舒适性与美观性;对于照明缺失的公路隧道,可起到取代照明、保障交通安全的作用。

 
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