道路交通安全警示路面設計研究

劉雄偉

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

隨著我國經濟的發(fā)展，道路運輸比較頻繁，機動車輛涌入千家萬戶，截止2009 年，我國已取代美國汽車生產銷售大國的地位[1]。據國家道路安全部門統(tǒng)計，我國機動車的數量高達3 億多輛，隨之帶來的交通事故發(fā)生率也逐年上升。如何有效地減少交通事故的發(fā)生，是目前道路工作者亟待解決的問題。運用彩色警示路面來影響駕駛員行為，規(guī)范道路交通秩序，進而減少交通事故發(fā)生率，一直都是比較熱門的課題[2-3]。20 世紀90 年代，美國的科研工作者通過情緒試驗，對不同試驗者在不同情緒下進行了試驗，研究了人類情緒對彩色的認知能力，并有重大的發(fā)現。2019 年，武漢市在加快城市建設過程中，發(fā)現道路空間資源被隨意侵占是造成交通事故發(fā)生的重要原因[4]。南京林業(yè)大學方松對城市隧道路段交通行為風險進行了評估，發(fā)現隧道口路段易發(fā)交通事故的主要原因是道路環(huán)境條件和駕駛員自身心理生理負荷過大造成的[5]。以上研究成果均強調了道路環(huán)境在道路交通安全的重要作用，但對色彩在警示路面中的實際運用研究較少，警示路面的設置方法亦鮮見有報道[6-8]。

我國道路交通標志標線、警示路標的設置方法是建立在專業(yè)駕駛員駕駛差異性不大的基礎上，隨著我國交通事業(yè)的大發(fā)展，道路上非專業(yè)駕駛人員越來越多，駕駛員行駛車輛的差異性越發(fā)顯著。因此，新警示路面的設置理論需要改進，不能照搬現有《公路交通安全設施設計規(guī)范》中的技術標準。故本文通過分析駕駛員的駕駛特性，根據駕駛員駕駛車輛時的視覺、心理特點，對警示路面的設計進行研究。

1 交通事故主要原因分析

我國幅員遼闊，地形地勢比較復雜，地理環(huán)境差異很大，高原、山地、平原和丘陵地區(qū)居多，道路交通事故頻繁發(fā)生。國內外學者對交通事故頻發(fā)路段做過大量研究，對其進行分類，主要劃分以下五大類：長直線路段、隧道進口、長大下坡道、彎道以及匝道。

1.1 超速

上述5 種路段之所以頻繁發(fā)生交通事故，很重要的原因就是車速過快，導致駕駛員減速不及時，進而釀成悲劇。行車環(huán)境、地形地勢、駕駛員違規(guī)操作等等都是造成交通事故的原因，但最終，絕大多數的交通事故都可歸咎于車速快。“十次車禍九次快”就是最好的總結。對于長直線路段行駛的車輛，易使駕駛員產生視覺疲勞，長大下坡路段行駛的車輛容易超速，連續(xù)曲線段行駛的車輛減速不及時等等，這些路段引發(fā)的交通事故，都可以通過控制車速來避免。假如駕駛員在駛入這些危險路段前，通過警示路面獲取警示消息，提前做好減速準備，必定會有效地降低交通事故發(fā)生率。因此，在交通設計與管理中，應當充分發(fā)揮警示路面的警示作用，在駕駛員駛入危險路段前給予其足夠的警示信息，持續(xù)地提醒駕駛員，使其處于謹慎狀態(tài)。

1.2 疲勞駕駛

駕駛車輛時，隨著速度的提高或持續(xù)高速行車，駕駛人會出現不同程度的駕駛疲勞現象。駕駛車輛高速行駛時，駕駛人的注意力十分集中，始終處于精神高度緊張的狀態(tài)，而隨著速度的不斷提高和駕駛時間的延長，駕駛人會逐漸出現疲勞感覺。在高速公路上行駛，道路環(huán)境單一，交通干擾少，速度穩(wěn)定，行車中的噪聲和振動頻率小，易使駕駛人產生單調感而困倦瞌睡，出現“高速公路催眠現象”。由此可見，駕駛車輛高速行駛，容易導致駕駛疲勞。駕駛員疲勞駕駛是道路發(fā)生事故的重要原因，因此，為減少道路交通事故，緩解駕駛員視覺疲勞也是設計安全路面的重要一環(huán)。

2 警示路面設計研究

2.1 路面警示設置位置

為使車輛行駛安全，減少交通事故的發(fā)生，警示路面位置的設定應能保證駕駛員提前獲取警覺信息，使其在心理上做足準備，以便駕駛員能有充足的反應時間以平穩(wěn)的心態(tài)去駕駛車輛、減速處理，而不是駛入危險地段才發(fā)現進而匆忙地去操縱車輛。

2.1.1 一般直線段設置位置

警示路面的前置距離是指警示路面的開始點至駕駛員采用措施后車輛行駛狀態(tài)完成點。警示路面位置設置是否合理，直接影響警示路面警覺功能的施展。因此，本文通過構建駕駛員行駛、警覺、認知、操作模型來計算警示路面的前置距離，以使警示路面位置設置更加合理。以下是駕駛員行駛、警覺、認知、操作模型相關參數計算。

圖1 駕駛員行駛、警覺、認知、操作模型圖

圖中A 為警示路面發(fā)現點；B 為判別開始點；C為判別結束點；D 為消失點；E 為操作開始點；F 為警示路面開始點；G 為操作結束點；H 為危險路段處；BC 為辨別距離；CF 為識讀點至警示路面距離；DF 為消失距離；CE 為反應距離；EG 為操作距離；BF 為認覺距離；FG 為前置距離。2 為判別結束點C 到警示路面開始點F 之間的詳細距離圖。

圖2 識讀警示路面距離圖

從B 點到警示路面開始點F 的距離定義為認覺距離BF，從判別結束點C 到警示路面開始點F的距離為CF，從消失點D 到警示路面開始點F 的距離定義為消失距離DF，距離CF 要比距離DF 長，否則，駕駛員就沒有足夠時間閱讀警示標志，那么在操作距離EG 內駕駛員無法完成減速任務。

進入事故多發(fā)段之前，為使駕駛員順利、平穩(wěn)地完成減速任務，警示路面的前置距離即設置位置，應滿足上述分析。下列是滿足上述條件，保證汽車安全行駛速度的公式表達：

式中：v0為車輛的初始車速；vt為車輛減速操作完成點的車速；t1為駕駛員操作反應時間；t2為駕駛員判別警示信號所用時間；a 為車輛減速時的加速度。

通過分析上述模型，在車輛進去事故多發(fā)段之前，要使駕駛員安全、順利地完成減速過程，必須滿足式（6）：

通過分析圖2 識讀警示路面距離圖，警示路面位置設定還應滿足式（7）：

式中：h 為駕駛員視覺點到路面的距離；β 為消失點位置駕駛員視線與警示路面開始點位置夾角。

故為使車輛以安全速度駛入事故多發(fā)段，警示路面位置設置條件要同時滿足式（6）與式（7）。

根據上述公式，可以計算出直線段上任意行駛的車速，減速到安全車速時的滿足警示路面警示功能的前置距離。根據研究資料表明[6-7]，當開始行駛車速大于90 km/h 時，汽車減速時的加速度取1.5 m/s2，當車速小于等于90 km/h 時，加速度取1 m/s2。

表1 直線段警示路面前置距離設置長度

2.1.2 曲線段設置位置

對于連續(xù)曲線段形成的彎道，車輛從一個彎道駛入下一彎道時屬于事故多發(fā)地段，需要降低車輛行駛速度，這時車輛的減速過程是在彎道上進行的，這種情況的前置距離設置需要另行分析[9]。

本文假定在連續(xù)彎道上行駛的車輛速度為80 km/h，車輛需要降速為60 km/h 才能保證行車安全，計算此時彎道上警示路面前置距離。不設緩和曲線最小半徑見表2。

表2 不設緩和曲線最小半徑

計算連續(xù)彎道警示路面前置距離時，假定車道寬度為12 m，當設計速度為60 km/h 時，查表2 可知，彎道最小半徑為1 500 m，車輛在連續(xù)彎道行駛視距如圖3 所示。

圖3 彎道轉彎視距圖

從圖3 可知，車輛在彎道轉彎時的視距S 為190 m，行駛的車輛要在視距S 內完成減速過程。車輛在彎道行駛時，駕駛員本身就有警覺狀態(tài)，當發(fā)現前方警示信息時，就會立即采取減速措施，因此彎道行駛的車輛符合知覺- 行為模型。取駕駛員從感知到采取措施的時間t=2.5 s，車輛減速時的加速度a=2 m/s2，警示路面前置距離計算過程如下：

車輛開始減速前，行駛的距離為S1=vt=800/36×2.5=56 m；

車輛減速過程中，行駛的距離為S2=（vt2－v02）/2a=（22.222－16.672）/（2×2）=54 m；

連續(xù)彎道警示路面前置距離為D≥S－S1－S2=190－56－54=80 m。

根據上述，在連續(xù)彎道任意車速下警示路面的前置距離都可計算出，如表3 所示。其中：V1表示正常行駛速度；V2表示安全行駛速度；R 表示彎道半徑；L 表示車道寬度；S 表示汽車視距；a 表示加速度；S1、S2分別表示汽車減速前和減速時前進的距離；D 表示前置距離。

2.2 路面警示的用色標準

根據道路交通標志安全色使用標準以及本文研究內容，結合事故多發(fā)地段特點，警示路面用色標準應滿足以下功能。

2.2.1 誘目性

誘目性并不單指顏色顯不顯眼，而是說色彩能夠引發(fā)人們注意力的程度。在警示路面以及其他危險場合，若想瞬間就把警示信息傳達給路人，其色彩必須是誘目性強。一般暖色比冷色的誘目性強，彩色比白色誘目性強，比如紅、黃、橙誘目性比藍、綠、紫強。其中誘目性最強的要數紅色，因此，許多危險場所都使用紅色作為警示顏色。設計顏色誘目性具體的還要針對不同警示場合，各種色彩與周圍環(huán)境進行搭配，設計出針對特殊地段的誘目性強的色彩。

2.2.2 視認性

色彩的視認性是指顏色的可認性，視認性高就是顏色容易被發(fā)現，視認性低就是不易被發(fā)現。對于道路交通安全標志，行人必須要從足夠遠的地方就能發(fā)現。“誘目性”指的是容易吸引人的注意，“視認性”則是指顏色被發(fā)現的難易程度。對于道路交通中的警示路面顏色，必須要提高其“視認性”。明度是影響顏色“視認性”的重要因素，顏色明度高，則視認性就強，各種色彩之間的搭配對視認性也有較大影響。此外，顏色的背景也影響其可視性，顏色與背景明度相差大，則視認性就高。

大量資料表明，交通事故通常都發(fā)生在夜間。這主要是由于夜間行車，駕駛員視線不好，容易引起駕駛員的誤判。為提高夜間路面的警示效果，警示路面顏色的選取非常重要。通過試驗研究，夜間車輛在近照燈光下，白色、黃色容易被發(fā)現，綠色、藍色最不容易被辨別；夜間車輛在遠光燈下白色、黃色、紅色容易被發(fā)現，綠色、藍色次之。

在不同的大氣狀況下，警示路面上的色彩給行人的視覺沖擊也是不一樣的。美國明尼蘇達安全部隊研究表明，早晨、傍晚、陰雨天，淺綠色和黃色容易被發(fā)覺。除比其他顏色容易被發(fā)現外，淺綠色和黃色對駕駛員視覺也更有沖擊，容易激發(fā)駕駛員大腦興奮，迫使駕駛員注意力更加集中，從而可減少陰雨、昏暗天氣下交通事故的發(fā)生。夜間，工地技術人員要求穿戴黃色或銀白色反光施工服，道理就在這。圖4是夜間對施工人員不同衣服顏色辨認的距離。

從表4 可知，在夜間白顏色更容易被發(fā)現，乳白色、紅色、綠色次之，黑色最不容易被發(fā)覺。當身穿顏色衣服的工作人員移動時，相比于其他顏色，紅色被辨認移動的距離最長，且遠高于其他顏色。此發(fā)現對行駛中的車輛辨認警示路面具有重要意義。此外，紅色的的視認性也是最好的，在事故多發(fā)地段——各種彎道、長大下坡處，設置紅色警示路面是最好的選擇。

表4 警示路面的用色標準

綜上所述，根據道路交通安全中色彩視覺的應用研究及人們對色彩本身的認知，結合人、車、路的色彩構成整體，筆者提出道路安全路面的顏色標準。其中A 表示長大下坡、彎道、隧道入口、長直線、匝道；B 表示長直線；C 表示長大下坡、彎道、隧道入口、匝道；D 表示隧道入口、彎道。

3 結論

a）通過構建駕駛員行駛、警覺、認知、操作模型計算出警示路面合理的前置距離，確定了警示路面設置位置。

b）根據道路交通安全中色彩視覺的應用研究及人們對色彩本身的認知，結合人、車、路的色彩構成整體，提出了警示路面的用色標準。