山區高速公路路側振動帶優化設計方法

白玉鳳

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

引言

山西省作為一個多山省份，目前在建高速公路90%以上均在山區布設。對于駕駛員而言，長時間的駕駛容易使其出現疲勞，從而導致交通事故的產生，尤其是山區，一旦發生交通事故，人員傷亡都

比較嚴重。在各項交通事故中因疲勞駕駛的所導致的事故占比越來越多。為了降低因疲勞駕駛所導致的交通事故發生率，國內針對其開展了分析研究，路側振動帶因能夠起到主動預防疲勞駕駛的作用而得到越來越多的關注。在眾多路側振動帶類型中，切削式振動帶具有更廣泛的應用價值，因此，該種類型的路側振動帶得到較多地推薦與應用。

1 路側振動帶設置設計

寬容性設計理念是指設計時應遵循駕駛員的失誤不應以生命為代價的原則，是當前公路設計中以人為本理念的具體體現。基于駕駛規律，在公路設計時不應假設駕駛員能夠在事故前做出正確抉擇，而應該賦予駕駛員足夠的容錯空間。基于寬容性設計理念，在當前山區高速公路設計時應使道路條件具有更大的寬容性，在駕駛員出錯時及時起到提前警示功能。

1.1 作用原理

一般情況下都是在硬路肩位置處設置路側振動帶。當車輛以小角度駛出行車道時，由于路側振動帶的不平表面，會使得車內出現振動噪聲，故應在距離行車道較近的位置上設置路側振動帶，以確保車輛具有足夠的時間駛回原有路線[1]。

當車輛貼近路側振動帶時，車輛輪胎與地面之間的沖擊力會使其出現變形，從而引起輪胎的振動，而該種振動又會帶動周圍空氣出現振動，從而產生噪聲。作用原理見圖1。在路面的沖擊下，車輛將隨之產生共振，而此時因為車內空間較小往往無法較為有效地吸收噪聲，從而提醒司機使其將車輛行駛回原有路線。

圖1 路側振動帶作用原理

當前國內較為常見的路側振動帶主要有切削式、道釘式、熱性型等。為使研究更具針對性，將以最常見的切削式振動帶為研究對象。

1.2 振動帶平面布置設計

切削式路側振動帶在設置時可以采取連續或間斷方式。（1）連續式是將路側振動帶順著行車方向持續不斷的布置，多用在較低能見度的情況下。連續振動能夠有效提醒司機，避免其駕駛方向有所偏離，并且在緊急情況下能夠利用其進行制動。（2）間斷式是按照一定的間斷距離設置一組長度相同的振動帶，并以此推移重復。一般情況下，多以1 800 mm作為間斷距離。

1.3 特殊路段振動帶組合設計

1.3.1 隧道進出口路段

多數情況下，對于山區高速公路而言，隧道進出口路段是交通事故的高風險路段，若此處有隧道壁碰撞事故發生，一般情況下多為重大、較大事故，而導致該種交通事故的情況多數是由于駕駛員疲勞駕駛所導致，因此在該路段設置一定的路側振動帶能夠起到較強的警示作用。此外，在隧道進出口路段還可額外設置振動標線，以對司機視線起到引導作用。為了全面保障隧道進出口路段的安全，可在事故多發路段設置切削式路側振動帶的基礎上增設熱溶式路側振動帶，從而起到三級警示作用，并以雙排方式進行設置[2]。

1.3.2 隧道緊急停車帶

隧道緊急停車帶主要用于車輛緊急停靠，對于長大隧道而言，一旦出現撞車停車事件，救援較為困難，事故后果難以設想。為提高駕駛員保持安全價值，可將路側振動帶設置到緊急停車帶區域處[3]。

1.3.3 團霧易發路段

可在該路段設置連續式振動帶，以提供給司機誘導和警示作用，還可結合誘導系統共同使用。

2 振動帶視覺誘導設計

2.1 視覺誘導設計方案

2.1.1 色彩誘導設置方案

多數情況下，對于人的視覺以及心理而言，色彩對其有一定的誘導作用，而在交通應用色彩中，橙黃色最具備吸引力，因此，在選取橙黃色作為誘導色彩。即采用橙黃色進行標線涂漆，將切削式振動帶的凹槽進行充分涂刷。

2.1.2 標志誘導設置方案

配合有效的交通標志，路側振動帶效果更佳。將標志牌設計見圖2。

圖2 標志誘導設置方案

2.2 眼動儀仿真試驗

為便于分析，分別設置了三種方案：色彩誘導、標志誘導、色彩+標志誘導。采用SMI ETG眼鏡式眼動儀，應用軟件UC-win road開展仿真模擬試驗[4]。

2.2.1 駕駛員瞳孔變化率

在自由流的環境下，駕駛員的瞳孔面積在駛入路側振動帶時，由于色彩的影響會出現不同變化。在該過程中，瞳孔面積的變化率基本保持在一定的小范圍內。當標志牌初次出現在駕駛員視線時，因其視覺無法及時適應，此時的瞳孔面積存在波動。當其行駛一段時間過后，瞳孔面積變化率則逐漸趨于平靜。本次模擬的駕駛員瞳孔面積變化率見表1[5]。

表1 仿真試驗駕駛員瞳孔特性

從仿真結果可以看出，色彩+標志誘導對駕駛員有最佳的誘導效果。基于相關研究可知，駕駛員瞳孔在20%的變化率下會出現較強的緊張感。對試驗數據進一步分析可知，駕駛員的瞳孔面積在標志誘導下較大，主要是因為標志牌對于駕駛員而言有更高的吸引力。鑒于路側振動帶的隱藏性較強，故在實際推廣時，建議將誘導警示標志設置在路側振動帶前邊位置，并采用涂漆的方式提醒駕駛員。

2.2.2 視覺區域總駐留時間

在實際行車過程中，駕駛員會對路況信息進行不斷地搜索，故其注視點也在不斷地變化。眼動儀能夠較為有效地對其注視點進行捕捉，從而分析路側振動帶與注視點之間的關系。為進一步固定駕駛員的注視點，通過建立坐標系的方式進行分析。同時，為提高結果精確性，以建立邊界方程的方式劃分視覺區域[6]。

圖3 駕駛員視覺區域劃分方程

在該方程中捕捉駕駛員的注視點坐標，即準確地獲取各注視點區域范圍，從而對應注視時間開展統計。

表2 不同誘導方案駕駛員注視點分布情況

除了對注視點區域有所影響外，路側振動帶誘導方案對注視點預留時間也存在一定的影響。對于駕駛員而言，其注視點與路側振動帶的誘導方案有所聯系，并且注視點的停留時間也與其相關。對注視時間的準確把握，可以有效地對駕駛員的心理情況進行分析研究。

表3 不同視覺區域駕駛員的總注視時間/ms

可以看出：（1）正前方區域注視時間最長，約占總時間的40%，故在車輛行駛過程中，正前方為駕駛員的主要關注區域。（2）右側以及上方區域分別有33%和11%的注視時間占比，注視時間相比之下排第二、第三。在誘導方案不同時，各視覺區域有相近的注視時間，并且對于駕駛員而言右上側的標志具有較大的誘導性。（3）地面和左側區域僅有較少的注視時間。對其原因進行分析發現：行車過程中正前方為駕駛員的主要視覺區域，當其受到視覺誘導時，其注視點有所變動；相比于視覺誘導，標志誘導能夠在較大程度上提高駕駛員注視右側區域的時間，故對于駕駛員而言標志誘導能夠更好地吸引其注意力。

3 養護建議

當前山西省山區高速公路基本都是瀝青路面。在瀝青路面進行表面刨銑方式存在的振動帶，對瀝青路面結構而言產生一定的損壞，見圖4。

圖4 涉鐵方案驗證

圖4 路側振動帶變化情況

可以看出，對于瀝青路面結構而言，切削式振動帶的施工并未對其產生破壞，并且在完工1 a后并無水損壞出現。主要原因：（1）此高速公路是在硬路肩上設置的振動帶，其所承受的行車荷載較小，所產生的動水壓力較小，對路面結構產生的損壞也較小。（2）由于路拱橫坡的布設，當路側振動帶的凹槽內有積水時，考慮到其深度僅為1.2 cm，故在積水量滿足一定條件時即會溢流出去。（3）在高速公路上行使時車輛的速度一般均較快，在實際行駛時往往會面臨較大的風力，使得路側振動帶里的積水不斷蒸發，避免路側振動帶的積水和滲水問題。因此，對于瀝青路面而言，切削式路側振動帶雖然在施工后對其結構進行了銑刨，但并不會因此加劇路面水損壞。由分析可知，路側振動帶正常與瀝青路面養護即可；但若日常養護時發現路側振動帶處有開裂等病害出現時必須及時進行處理。路側振動帶經過一段時間的預留之后，會在其凹槽內布滿雜物，需定期對其進行清理養護。

4 結語

山區高速公路設置路側振動帶，能夠較有效地降低事故發生。針對山區高速公路中路側振動帶的設計進行了研究，結合駕駛員在視覺上的心理變化情況，提出了優化的路側振動帶設計方案：（1）根據山區高速公路的特殊性，針對其特殊路段論述了路側振動帶在隧道進出口以及團霧易發路段的設計方法，進一步提高行車安全性。（2）路側振動帶的設計原理為通過聽覺警示的方式提醒駕駛員行車安全，除了聽覺之外，在預防疲勞駕駛方面還可通過采取視覺感知的方式來進行主動預防。針對路側振動帶的視覺誘導進行了試驗分析，得出色彩+標志的最佳誘導方案，對路側振動帶的設計進行了優化。