山区高速公路路侧振动带优化设计方法

白玉凤

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

引言

山西省作为一个多山省份，目前在建高速公路90%以上均在山区布设。对于驾驶员而言，长时间的驾驶容易使其出现疲劳，从而导致交通事故的产生，尤其是山区，一旦发生交通事故，人员伤亡都

比较严重。在各项交通事故中因疲劳驾驶的所导致的事故占比越来越多。为了降低因疲劳驾驶所导致的交通事故发生率，国内针对其开展了分析研究，路侧振动带因能够起到主动预防疲劳驾驶的作用而得到越来越多的关注。在众多路侧振动带类型中，切削式振动带具有更广泛的应用价值，因此，该种类型的路侧振动带得到较多地推荐与应用。

1 路侧振动带设置设计

宽容性设计理念是指设计时应遵循驾驶员的失误不应以生命为代价的原则，是当前公路设计中以人为本理念的具体体现。基于驾驶规律，在公路设计时不应假设驾驶员能够在事故前做出正确抉择，而应该赋予驾驶员足够的容错空间。基于宽容性设计理念，在当前山区高速公路设计时应使道路条件具有更大的宽容性，在驾驶员出错时及时起到提前警示功能。

1.1 作用原理

一般情况下都是在硬路肩位置处设置路侧振动带。当车辆以小角度驶出行车道时，由于路侧振动带的不平表面，会使得车内出现振动噪声，故应在距离行车道较近的位置上设置路侧振动带，以确保车辆具有足够的时间驶回原有路线[1]。

当车辆贴近路侧振动带时，车辆轮胎与地面之间的冲击力会使其出现变形，从而引起轮胎的振动，而该种振动又会带动周围空气出现振动，从而产生噪声。作用原理见图1。在路面的冲击下，车辆将随之产生共振，而此时因为车内空间较小往往无法较为有效地吸收噪声，从而提醒司机使其将车辆行驶回原有路线。

图1 路侧振动带作用原理

当前国内较为常见的路侧振动带主要有切削式、道钉式、热性型等。为使研究更具针对性，将以最常见的切削式振动带为研究对象。

1.2 振动带平面布置设计

切削式路侧振动带在设置时可以采取连续或间断方式。（1）连续式是将路侧振动带顺着行车方向持续不断的布置，多用在较低能见度的情况下。连续振动能够有效提醒司机，避免其驾驶方向有所偏离，并且在紧急情况下能够利用其进行制动。（2）间断式是按照一定的间断距离设置一组长度相同的振动带，并以此推移重复。一般情况下，多以1 800 mm作为间断距离。

1.3 特殊路段振动带组合设计

1.3.1 隧道进出口路段

多数情况下，对于山区高速公路而言，隧道进出口路段是交通事故的高风险路段，若此处有隧道壁碰撞事故发生，一般情况下多为重大、较大事故，而导致该种交通事故的情况多数是由于驾驶员疲劳驾驶所导致，因此在该路段设置一定的路侧振动带能够起到较强的警示作用。此外，在隧道进出口路段还可额外设置振动标线，以对司机视线起到引导作用。为了全面保障隧道进出口路段的安全，可在事故多发路段设置切削式路侧振动带的基础上增设热溶式路侧振动带，从而起到三级警示作用，并以双排方式进行设置[2]。

1.3.2 隧道紧急停车带

隧道紧急停车带主要用于车辆紧急停靠，对于长大隧道而言，一旦出现撞车停车事件，救援较为困难，事故后果难以设想。为提高驾驶员保持安全价值，可将路侧振动带设置到紧急停车带区域处[3]。

1.3.3 团雾易发路段

可在该路段设置连续式振动带，以提供给司机诱导和警示作用，还可结合诱导系统共同使用。

2 振动带视觉诱导设计

2.1 视觉诱导设计方案

2.1.1 色彩诱导设置方案

多数情况下，对于人的视觉以及心理而言，色彩对其有一定的诱导作用，而在交通应用色彩中，橙黄色最具备吸引力，因此，在选取橙黄色作为诱导色彩。即采用橙黄色进行标线涂漆，将切削式振动带的凹槽进行充分涂刷。

2.1.2 标志诱导设置方案

配合有效的交通标志，路侧振动带效果更佳。将标志牌设计见图2。

图2 标志诱导设置方案

2.2 眼动仪仿真试验

为便于分析，分别设置了三种方案：色彩诱导、标志诱导、色彩+标志诱导。采用SMI ETG眼镜式眼动仪，应用软件UC-win road开展仿真模拟试验[4]。

2.2.1 驾驶员瞳孔变化率

在自由流的环境下，驾驶员的瞳孔面积在驶入路侧振动带时，由于色彩的影响会出现不同变化。在该过程中，瞳孔面积的变化率基本保持在一定的小范围内。当标志牌初次出现在驾驶员视线时，因其视觉无法及时适应，此时的瞳孔面积存在波动。当其行驶一段时间过后，瞳孔面积变化率则逐渐趋于平静。本次模拟的驾驶员瞳孔面积变化率见表1[5]。

表1 仿真试验驾驶员瞳孔特性

从仿真结果可以看出，色彩+标志诱导对驾驶员有最佳的诱导效果。基于相关研究可知，驾驶员瞳孔在20%的变化率下会出现较强的紧张感。对试验数据进一步分析可知，驾驶员的瞳孔面积在标志诱导下较大，主要是因为标志牌对于驾驶员而言有更高的吸引力。鉴于路侧振动带的隐藏性较强，故在实际推广时，建议将诱导警示标志设置在路侧振动带前边位置，并采用涂漆的方式提醒驾驶员。

2.2.2 视觉区域总驻留时间

在实际行车过程中，驾驶员会对路况信息进行不断地搜索，故其注视点也在不断地变化。眼动仪能够较为有效地对其注视点进行捕捉，从而分析路侧振动带与注视点之间的关系。为进一步固定驾驶员的注视点，通过建立坐标系的方式进行分析。同时，为提高结果精确性，以建立边界方程的方式划分视觉区域[6]。

图3 驾驶员视觉区域划分方程

在该方程中捕捉驾驶员的注视点坐标，即准确地获取各注视点区域范围，从而对应注视时间开展统计。

表2 不同诱导方案驾驶员注视点分布情况

除了对注视点区域有所影响外，路侧振动带诱导方案对注视点预留时间也存在一定的影响。对于驾驶员而言，其注视点与路侧振动带的诱导方案有所联系，并且注视点的停留时间也与其相关。对注视时间的准确把握，可以有效地对驾驶员的心理情况进行分析研究。

表3 不同视觉区域驾驶员的总注视时间/ms

可以看出：（1）正前方区域注视时间最长，约占总时间的40%，故在车辆行驶过程中，正前方为驾驶员的主要关注区域。（2）右侧以及上方区域分别有33%和11%的注视时间占比，注视时间相比之下排第二、第三。在诱导方案不同时，各视觉区域有相近的注视时间，并且对于驾驶员而言右上侧的标志具有较大的诱导性。（3）地面和左侧区域仅有较少的注视时间。对其原因进行分析发现：行车过程中正前方为驾驶员的主要视觉区域，当其受到视觉诱导时，其注视点有所变动；相比于视觉诱导，标志诱导能够在较大程度上提高驾驶员注视右侧区域的时间，故对于驾驶员而言标志诱导能够更好地吸引其注意力。

3 养护建议

当前山西省山区高速公路基本都是沥青路面。在沥青路面进行表面刨铣方式存在的振动带，对沥青路面结构而言产生一定的损坏，见图4。

图4 涉铁方案验证

图4 路侧振动带变化情况

可以看出，对于沥青路面结构而言，切削式振动带的施工并未对其产生破坏，并且在完工1 a后并无水损坏出现。主要原因：（1）此高速公路是在硬路肩上设置的振动带，其所承受的行车荷载较小，所产生的动水压力较小，对路面结构产生的损坏也较小。（2）由于路拱横坡的布设，当路侧振动带的凹槽内有积水时，考虑到其深度仅为1.2 cm，故在积水量满足一定条件时即会溢流出去。（3）在高速公路上行使时车辆的速度一般均较快，在实际行驶时往往会面临较大的风力，使得路侧振动带里的积水不断蒸发，避免路侧振动带的积水和渗水问题。因此，对于沥青路面而言，切削式路侧振动带虽然在施工后对其结构进行了铣刨，但并不会因此加剧路面水损坏。由分析可知，路侧振动带正常与沥青路面养护即可；但若日常养护时发现路侧振动带处有开裂等病害出现时必须及时进行处理。路侧振动带经过一段时间的预留之后，会在其凹槽内布满杂物，需定期对其进行清理养护。

4 结语

山区高速公路设置路侧振动带，能够较有效地降低事故发生。针对山区高速公路中路侧振动带的设计进行了研究，结合驾驶员在视觉上的心理变化情况，提出了优化的路侧振动带设计方案：（1）根据山区高速公路的特殊性，针对其特殊路段论述了路侧振动带在隧道进出口以及团雾易发路段的设计方法，进一步提高行车安全性。（2）路侧振动带的设计原理为通过听觉警示的方式提醒驾驶员行车安全，除了听觉之外，在预防疲劳驾驶方面还可通过采取视觉感知的方式来进行主动预防。针对路侧振动带的视觉诱导进行了试验分析，得出色彩+标志的最佳诱导方案，对路侧振动带的设计进行了优化。