通過視線誘導(dǎo)技術(shù)提升公路隧道安全

杜志剛

改善隧道交通安全的視線誘導(dǎo)技術(shù)

視覺參照系的概念與作用

視覺參照系可為駕駛?cè)颂峁┮曈X線索

介紹視線誘導(dǎo)技術(shù)之前，先來了解一下視覺參照系，主要包括標(biāo)志、標(biāo)線等各種交通工程設(shè)施、道路景觀、廣告等，單個設(shè)施也稱為視覺參照物，為駕駛?cè)颂峁┮曈X線索，駕駛?cè)丝梢杂脕砼卸ㄗ陨淼倪\(yùn)動位置、車速、方向及車距。

通過對道路交通事故成因進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，由于駕駛?cè)擞^察和判斷錯誤造成的交通事故占84.1%，因操作錯誤引起的占7.9%，其他原因造成的占8.0%。不良的視覺參照系是駕駛?cè)水a(chǎn)生視錯覺的主要原因，因此，研究如何正確誘導(dǎo)駕駛?cè)耸蛊淠軌虬踩{駛十分重要。

不同形式的視覺參照系作用不同

視覺參照系可簡單分為點(diǎn)、線段、環(huán)、面、體幾種形式，如圖3所示，其中，點(diǎn)、線段、環(huán)是低成本視覺參照系，為局部信息，強(qiáng)調(diào)安全經(jīng)濟(jì)，屬于“視線誘導(dǎo)”，也就是常說的輪廓光，環(huán)的誘導(dǎo)性相對最強(qiáng)，駕駛?cè)藭炎⒁饬性诃h(huán)內(nèi)、環(huán)心，多個環(huán)組合起來效果更佳；面、體是高成本視覺參照系，強(qiáng)調(diào)舒適美觀，屬于“照明”，即環(huán)境光。

視線誘導(dǎo)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)有較大的差異性，由圖4可以看出，兩者在設(shè)置目標(biāo)、主要作用、設(shè)置依據(jù)、采用技術(shù)、控制指標(biāo)、設(shè)置形式幾方面都有所不同。

合理視覺參照系特點(diǎn)及重構(gòu)

合理的視覺參照系具有以下四個特點(diǎn)：作為背景存在，不能干擾駕駛?cè)藢嚨纼?nèi)目標(biāo)物的辨識，不能增加駕駛?cè)说呢?fù)擔(dān)；規(guī)律性的常見信息，符合駕駛?cè)诵睦眍A(yù)期，否則會分散駕駛?cè)说淖⒁饬Γ菀装l(fā)生事故；盡量不要在中心視野（當(dāng)前車道內(nèi)）出現(xiàn)，否則會干擾駕駛?cè)藢收衔锏谋孀R；能優(yōu)化視距、視區(qū)，調(diào)控視錯覺。

對于不合理的視覺參照系應(yīng)如何重構(gòu)呢？改善原則如下：強(qiáng)參照系比如城市隧道或者弱參照系如公路隧道，根據(jù)情況調(diào)整為中等；過于單調(diào)的，調(diào)整讓其更具韻律感；信息過多的需要緩和，信息過少的則需要加強(qiáng)。可采用多頻率、多尺度、多色彩的信息組合來實(shí)現(xiàn)，工程中常會采用自發(fā)光材料、逆反射材料以及LED顯示等技術(shù)。

視線誘導(dǎo)應(yīng)考慮的視覺相關(guān)因素

視覺需求

視線誘導(dǎo)應(yīng)滿足四個層面的視覺需求：功能性需求，基本的道路及交通工程設(shè)施符合基本建設(shè)規(guī)范，車輛可在道路上正常行駛；安全性需求，能基本滿足系統(tǒng)安全，基本保證車輛行駛的安全性；舒適性需求，駕駛舒適，車輛長時(shí)間行駛時(shí)駕駛?cè)瞬灰灼冢幻烙^性需求，駕駛?cè)笋{駛時(shí)感到輕松愉悅、十分舒適，同時(shí)具有美的享受。

視距視區(qū)

如圖5所示，駕駛?cè)嗽隈{駛過程中，可看清前方物體的距離稱為視距，廣度稱為視區(qū)。隧道出入口是駕駛?cè)艘暰唷⒁晠^(qū)產(chǎn)生劇烈過渡的典型例子，如圖6所示，隧道外視區(qū)廣、視距遠(yuǎn)、參照物豐富，隧道內(nèi)視區(qū)窄、視距不足、參照物少，這種環(huán)境劇烈過渡使駕駛?cè)穗y以發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)車輛、路側(cè)障礙物，易發(fā)生事故。

視錯覺

視錯覺包括速度錯覺和距離錯覺。速度錯覺即駕駛?cè)嗽谛熊囘^程中行車環(huán)境單調(diào)，缺乏參考或者參考系不當(dāng)時(shí)，會對自身行車速度產(chǎn)生錯誤感知。距離錯覺即駕駛?cè)嗽谲囕v行駛過程中對距離的判斷產(chǎn)生較大誤差。在隧道內(nèi)，參照物少的情況下，容易導(dǎo)致駕駛?cè)水a(chǎn)生視錯覺，如圖7所示。

視覺注視點(diǎn)分布

以公路隧道為例，對隧道內(nèi)駕駛?cè)艘曈X注視點(diǎn)分布進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如8圖所示，圖中黑點(diǎn)代表駕駛?cè)说囊曈X注視點(diǎn)，左邊是夜間的情況，右邊是白天的情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，80%以上的注視點(diǎn)分布在隧道內(nèi)的車道內(nèi)，且主要分布在視野右下方位置，視認(rèn)概率為右下>左下>上方。因此，隧道內(nèi)視線誘導(dǎo)信息設(shè)置的優(yōu)先順序依次為右下（路緣）、左下（路緣）、側(cè)墻、上方。

視線誘導(dǎo)信息設(shè)置原則

關(guān)于視線誘導(dǎo)信息的設(shè)置，有四個主要原則：低位誘導(dǎo)原則，主要設(shè)置在隧道內(nèi)較低的位置，與駕駛?cè)恕⑿腥俗⒁朁c(diǎn)分布高度較為一致，形成良好的視覺參照作用；組合與多級設(shè)置原則，將小尺度高頻率、中尺度中等頻率、大尺度小頻率等信息組合，并依次設(shè)置在道路邊線、檢修道路緣、隧道側(cè)壁、隧道洞頂，構(gòu)成多級誘導(dǎo)信息，以提升駕駛?cè)说乃俣雀小⒕嚯x感、方向感；連續(xù)性與一致性原則，隧道出入口及中部、隧道外基本頻率、色彩應(yīng)保持一致，形成連續(xù)、重復(fù)、相似的視覺參照系，符合駕駛?cè)松硇睦砉?jié)律；差異化與美觀性原則，隧道外、出入口、中部、不同路段應(yīng)體現(xiàn)差異化，起行程提醒作用，長大隧道采用韻律型圖案，避免枯燥，提升美感。

公路隧道視線誘導(dǎo)方法

公路隧道視線誘導(dǎo)設(shè)施主要包括：突起路標(biāo)、警示柱、輪廓標(biāo)、反光環(huán)、反光條、立面標(biāo)記、側(cè)墻圖案等。公路隧道從入口到出口包括不同區(qū)段，結(jié)合駕駛實(shí)際主要劃分為：識別段、接近段、入口段、過渡段、中間段（包括提醒區(qū)、疲勞喚醒區(qū)）、出口段、駛離段，如圖9所示。不同區(qū)段視線誘導(dǎo)的側(cè)重點(diǎn)不同，下面具體介紹隧道入口及中部的視線誘導(dǎo)方法。

隧道入口視線誘導(dǎo)方法

隧道入口處的識別段和接近段是在公路隧道傳統(tǒng)分段基礎(chǔ)上新增的，要求識別段到洞口的距離為識別視距（Decision sight distance）與停車視距（stopping sight distance）范圍之間；接近段到洞口的距離不小于停車視距長度。進(jìn)隧前采用識別視距的原因?yàn)椋核淼琅c相連道路橫斷面發(fā)生變化，車輛有避障（變道）、調(diào)整方向等需求，比發(fā)現(xiàn)當(dāng)前車道前方障礙物時(shí)單純的停車行為復(fù)雜得多；隧道出入口路段干擾信息較多，如各種警告標(biāo)志、指示標(biāo)志等；車輛接近隧道過程中需要降低車速10～20km/h，因此需要足夠的視距滿足需求。由圖10可以看出距隧道入口不同距離處的駕駛需求，要求：在識別視距范圍之外發(fā)現(xiàn)洞門的立面標(biāo)記；在識別視距內(nèi)明確洞口方位與行駛方向；停車視距內(nèi)看到洞內(nèi)的反光環(huán)，給車輛提供誘導(dǎo)。

隧道入口不同區(qū)段的駕駛需求不同，視線誘導(dǎo)的設(shè)計(jì)思路有所差異。識別段、接近段要求強(qiáng)警示、早誘導(dǎo)，早開燈，對稱誘導(dǎo)，保持車距，在洞門處“洞門警示>誘導(dǎo)>防撞”；隧道入口段洞內(nèi)、洞門、洞外的誘導(dǎo)應(yīng)依次加強(qiáng)，具體可參考圖11。

圖12為隧道入口處大致的視線誘導(dǎo)設(shè)計(jì)方案，路側(cè)設(shè)置左右對稱的連續(xù)警告型線形誘導(dǎo)標(biāo)，道路邊線雙側(cè)設(shè)置貓眼道釘。接近段視線誘導(dǎo)的具體做法是洞門施畫環(huán)形黃黑立面標(biāo)記線，洞內(nèi)設(shè)置3～5道高反射系數(shù)反光環(huán)（大角度反光膜）；在隧道接近段范圍道路邊線及道路中心線均設(shè)連續(xù)貓眼道釘以強(qiáng)化局部方向感；道路兩側(cè)特別是線形不佳處設(shè)置左右對稱線形誘導(dǎo)標(biāo)、警示柱、防撞桶，圖13為接近段設(shè)計(jì)效果。

隧道中部視線誘導(dǎo)方法

短隧道、中長隧道、長隧道、特長隧道中部的視覺環(huán)境特點(diǎn)不同，視覺需求也不同，分為速度感、距離感、方向感和位置感，可參照圖14。下面具體介紹低等級公路（限速不超過40km/h）不同長度隧道中部的視線誘導(dǎo)解決方案。

短隧道（<500m）

中間段大反光環(huán)與反光條1：3間隔設(shè)置，反光條12～26m/道，反光環(huán)48～104m/道；2.5m高處設(shè)置應(yīng)急誘導(dǎo)裝置，12～26m/道；路緣設(shè)置貓眼道釘和輪廓標(biāo)識，3.0～6.5m/道，如圖15所示。

中長隧道（500～1000m）

中間段設(shè)置方法與短隧道中相同，不同點(diǎn)為設(shè)置過渡段，過渡段大反光環(huán)與反光條間隔設(shè)置，間距都為24～52m/道；2.2～2.5m高處設(shè)置應(yīng)急誘導(dǎo)裝置，12～26m/道；路緣設(shè)置貓眼道釘和輪廓標(biāo)識，3.0～6.5m/道。

長隧道（1000～3000m）

在隧道中間段設(shè)置提醒段，每500m設(shè)置一處，由兩條彩色反光環(huán)與3條白色反光條組成，起到行程提醒和緩解駕駛?cè)似诘淖饔茫鐖D17所示。

特長隧道（>3000m）

在隧道中間段每3個提醒區(qū)設(shè)置一處疲勞喚醒區(qū)，即每1500m設(shè)置一處，由2條彩色反光環(huán)與3條彩色反光條組成，起到行程提醒和緩解駕駛?cè)似诘淖饔茫鐖D18所示。

公路隧道視線誘導(dǎo)技術(shù)改善安全原理是從視覺參照系重構(gòu)的角度來優(yōu)化隧道光環(huán)境，采用局部、低位信息來優(yōu)化駕駛?cè)艘暰嘁晠^(qū)，調(diào)控視錯覺，從而準(zhǔn)確的感知、判斷車輛的運(yùn)動狀態(tài)（車速、方向）與各種危險(xiǎn)因素（如前車、路側(cè)障礙物），最終減少駕駛?cè)朔中摹⑹韬龃笠獾冗^失，實(shí)現(xiàn)交通事故主動預(yù)防，降低交通事故發(fā)生的概率。

公路隧道視線誘導(dǎo)技術(shù)靈活多樣，對于不同長度公路隧道、隧道不同路段有所差異，同時(shí)需要綜合考慮突起路標(biāo)、輪廓標(biāo)、警示柱、反光環(huán)、反光條、側(cè)墻圖案等誘導(dǎo)信息。主要通過逆反射技術(shù)、蓄能自發(fā)光技術(shù)及LED發(fā)光顯示技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，在中西部高速公路隧道以及低等級公路隧道中已獲得廣泛使用。

低成本的視線誘導(dǎo)技術(shù)可極大地優(yōu)化公路隧道光環(huán)境，對于照明較為充足的公路隧道，可以輔助照明，提升舒適性與美觀性；對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。