道路交通安全警示路面设计研究

2020-05-21刘雄伟

山西交通科技 2020年1期

刘雄伟

（山西省交通科技研发有限公司，山西太原 030032）

随着我国经济的发展，道路运输比较频繁，机动车辆涌入千家万户，截止2009 年，我国已取代美国汽车生产销售大国的地位[1]。据国家道路安全部门统计，我国机动车的数量高达3 亿多辆，随之带来的交通事故发生率也逐年上升。如何有效地减少交通事故的发生，是目前道路工作者亟待解决的问题。运用彩色警示路面来影响驾驶员行为，规范道路交通秩序，进而减少交通事故发生率，一直都是比较热门的课题[2-3]。20 世纪90 年代，美国的科研工作者通过情绪试验，对不同试验者在不同情绪下进行了试验，研究了人类情绪对彩色的认知能力，并有重大的发现。2019 年，武汉市在加快城市建设过程中，发现道路空间资源被随意侵占是造成交通事故发生的重要原因[4]。南京林业大学方松对城市隧道路段交通行为风险进行了评估，发现隧道口路段易发交通事故的主要原因是道路环境条件和驾驶员自身心理生理负荷过大造成的[5]。以上研究成果均强调了道路环境在道路交通安全的重要作用，但对色彩在警示路面中的实际运用研究较少，警示路面的设置方法亦鲜见有报道[6-8]。

我国道路交通标志标线、警示路标的设置方法是建立在专业驾驶员驾驶差异性不大的基础上，随着我国交通事业的大发展，道路上非专业驾驶人员越来越多，驾驶员行驶车辆的差异性越发显著。因此，新警示路面的设置理论需要改进，不能照搬现有《公路交通安全设施设计规范》中的技术标准。故本文通过分析驾驶员的驾驶特性，根据驾驶员驾驶车辆时的视觉、心理特点，对警示路面的设计进行研究。

1 交通事故主要原因分析

我国幅员辽阔，地形地势比较复杂，地理环境差异很大，高原、山地、平原和丘陵地区居多，道路交通事故频繁发生。国内外学者对交通事故频发路段做过大量研究，对其进行分类，主要划分以下五大类：长直线路段、隧道进口、长大下坡道、弯道以及匝道。

1.1 超速

上述5 种路段之所以频繁发生交通事故，很重要的原因就是车速过快，导致驾驶员减速不及时，进而酿成悲剧。行车环境、地形地势、驾驶员违规操作等等都是造成交通事故的原因，但最终，绝大多数的交通事故都可归咎于车速快。“十次车祸九次快”就是最好的总结。对于长直线路段行驶的车辆，易使驾驶员产生视觉疲劳，长大下坡路段行驶的车辆容易超速，连续曲线段行驶的车辆减速不及时等等，这些路段引发的交通事故，都可以通过控制车速来避免。假如驾驶员在驶入这些危险路段前，通过警示路面获取警示消息，提前做好减速准备，必定会有效地降低交通事故发生率。因此，在交通设计与管理中，应当充分发挥警示路面的警示作用，在驾驶员驶入危险路段前给予其足够的警示信息，持续地提醒驾驶员，使其处于谨慎状态。

1.2 疲劳驾驶

驾驶车辆时，随着速度的提高或持续高速行车，驾驶人会出现不同程度的驾驶疲劳现象。驾驶车辆高速行驶时，驾驶人的注意力十分集中，始终处于精神高度紧张的状态，而随着速度的不断提高和驾驶时间的延长，驾驶人会逐渐出现疲劳感觉。在高速公路上行驶，道路环境单一，交通干扰少，速度稳定，行车中的噪声和振动频率小，易使驾驶人产生单调感而困倦瞌睡，出现“高速公路催眠现象”。由此可见，驾驶车辆高速行驶，容易导致驾驶疲劳。驾驶员疲劳驾驶是道路发生事故的重要原因，因此，为减少道路交通事故，缓解驾驶员视觉疲劳也是设计安全路面的重要一环。

2 警示路面设计研究

2.1 路面警示设置位置

为使车辆行驶安全，减少交通事故的发生，警示路面位置的设定应能保证驾驶员提前获取警觉信息，使其在心理上做足准备，以便驾驶员能有充足的反应时间以平稳的心态去驾驶车辆、减速处理，而不是驶入危险地段才发现进而匆忙地去操纵车辆。

2.1.1 一般直线段设置位置

警示路面的前置距离是指警示路面的开始点至驾驶员采用措施后车辆行驶状态完成点。警示路面位置设置是否合理，直接影响警示路面警觉功能的施展。因此，本文通过构建驾驶员行驶、警觉、认知、操作模型来计算警示路面的前置距离，以使警示路面位置设置更加合理。以下是驾驶员行驶、警觉、认知、操作模型相关参数计算。

图1 驾驶员行驶、警觉、认知、操作模型图

图中A 为警示路面发现点；B 为判别开始点；C为判别结束点；D 为消失点；E 为操作开始点；F 为警示路面开始点；G 为操作结束点；H 为危险路段处；BC 为辨别距离；CF 为识读点至警示路面距离；DF 为消失距离；CE 为反应距离；EG 为操作距离；BF 为认觉距离；FG 为前置距离。2 为判别结束点C 到警示路面开始点F 之间的详细距离图。

图2 识读警示路面距离图

从B 点到警示路面开始点F 的距离定义为认觉距离BF，从判别结束点C 到警示路面开始点F的距离为CF，从消失点D 到警示路面开始点F 的距离定义为消失距离DF，距离CF 要比距离DF 长，否则，驾驶员就没有足够时间阅读警示标志，那么在操作距离EG 内驾驶员无法完成减速任务。

进入事故多发段之前，为使驾驶员顺利、平稳地完成减速任务，警示路面的前置距离即设置位置，应满足上述分析。下列是满足上述条件，保证汽车安全行驶速度的公式表达：

式中：v0为车辆的初始车速；vt为车辆减速操作完成点的车速；t1为驾驶员操作反应时间；t2为驾驶员判别警示信号所用时间；a 为车辆减速时的加速度。

通过分析上述模型，在车辆进去事故多发段之前，要使驾驶员安全、顺利地完成减速过程，必须满足式（6）：

通过分析图2 识读警示路面距离图，警示路面位置设定还应满足式（7）：

式中：h 为驾驶员视觉点到路面的距离；β 为消失点位置驾驶员视线与警示路面开始点位置夹角。

故为使车辆以安全速度驶入事故多发段，警示路面位置设置条件要同时满足式（6）与式（7）。

根据上述公式，可以计算出直线段上任意行驶的车速，减速到安全车速时的满足警示路面警示功能的前置距离。根据研究资料表明[6-7]，当开始行驶车速大于90 km/h 时，汽车减速时的加速度取1.5 m/s2，当车速小于等于90 km/h 时，加速度取1 m/s2。

表1 直线段警示路面前置距离设置长度

2.1.2 曲线段设置位置

对于连续曲线段形成的弯道，车辆从一个弯道驶入下一弯道时属于事故多发地段，需要降低车辆行驶速度，这时车辆的减速过程是在弯道上进行的，这种情况的前置距离设置需要另行分析[9]。

本文假定在连续弯道上行驶的车辆速度为80 km/h，车辆需要降速为60 km/h 才能保证行车安全，计算此时弯道上警示路面前置距离。不设缓和曲线最小半径见表2。

表2 不设缓和曲线最小半径

计算连续弯道警示路面前置距离时，假定车道宽度为12 m，当设计速度为60 km/h 时，查表2 可知，弯道最小半径为1 500 m，车辆在连续弯道行驶视距如图3 所示。

图3 弯道转弯视距图

从图3 可知，车辆在弯道转弯时的视距S 为190 m，行驶的车辆要在视距S 内完成减速过程。车辆在弯道行驶时，驾驶员本身就有警觉状态，当发现前方警示信息时，就会立即采取减速措施，因此弯道行驶的车辆符合知觉- 行为模型。取驾驶员从感知到采取措施的时间t=2.5 s，车辆减速时的加速度a=2 m/s2，警示路面前置距离计算过程如下：

车辆开始减速前，行驶的距离为S1=vt=800/36×2.5=56 m；

车辆减速过程中，行驶的距离为S2=（vt2－v02）/2a=（22.222－16.672）/（2×2）=54 m；

连续弯道警示路面前置距离为D≥S－S1－S2=190－56－54=80 m。

根据上述，在连续弯道任意车速下警示路面的前置距离都可计算出，如表3 所示。其中：V1表示正常行驶速度；V2表示安全行驶速度；R 表示弯道半径；L 表示车道宽度；S 表示汽车视距；a 表示加速度；S1、S2分别表示汽车减速前和减速时前进的距离；D 表示前置距离。

2.2 路面警示的用色标准

根据道路交通标志安全色使用标准以及本文研究内容，结合事故多发地段特点，警示路面用色标准应满足以下功能。

2.2.1 诱目性

诱目性并不单指颜色显不显眼，而是说色彩能够引发人们注意力的程度。在警示路面以及其他危险场合，若想瞬间就把警示信息传达给路人，其色彩必须是诱目性强。一般暖色比冷色的诱目性强，彩色比白色诱目性强，比如红、黄、橙诱目性比蓝、绿、紫强。其中诱目性最强的要数红色，因此，许多危险场所都使用红色作为警示颜色。设计颜色诱目性具体的还要针对不同警示场合，各种色彩与周围环境进行搭配，设计出针对特殊地段的诱目性强的色彩。

2.2.2 视认性

色彩的视认性是指颜色的可认性，视认性高就是颜色容易被发现，视认性低就是不易被发现。对于道路交通安全标志，行人必须要从足够远的地方就能发现。“诱目性”指的是容易吸引人的注意，“视认性”则是指颜色被发现的难易程度。对于道路交通中的警示路面颜色，必须要提高其“视认性”。明度是影响颜色“视认性”的重要因素，颜色明度高，则视认性就强，各种色彩之间的搭配对视认性也有较大影响。此外，颜色的背景也影响其可视性，颜色与背景明度相差大，则视认性就高。

大量资料表明，交通事故通常都发生在夜间。这主要是由于夜间行车，驾驶员视线不好，容易引起驾驶员的误判。为提高夜间路面的警示效果，警示路面颜色的选取非常重要。通过试验研究，夜间车辆在近照灯光下，白色、黄色容易被发现，绿色、蓝色最不容易被辨别；夜间车辆在远光灯下白色、黄色、红色容易被发现，绿色、蓝色次之。

在不同的大气状况下，警示路面上的色彩给行人的视觉冲击也是不一样的。美国明尼苏达安全部队研究表明，早晨、傍晚、阴雨天，浅绿色和黄色容易被发觉。除比其他颜色容易被发现外，浅绿色和黄色对驾驶员视觉也更有冲击，容易激发驾驶员大脑兴奋，迫使驾驶员注意力更加集中，从而可减少阴雨、昏暗天气下交通事故的发生。夜间，工地技术人员要求穿戴黄色或银白色反光施工服，道理就在这。图4是夜间对施工人员不同衣服颜色辨认的距离。

从表4 可知，在夜间白颜色更容易被发现，乳白色、红色、绿色次之，黑色最不容易被发觉。当身穿颜色衣服的工作人员移动时，相比于其他颜色，红色被辨认移动的距离最长，且远高于其他颜色。此发现对行驶中的车辆辨认警示路面具有重要意义。此外，红色的的视认性也是最好的，在事故多发地段——各种弯道、长大下坡处，设置红色警示路面是最好的选择。