一种基于逆反射照明的高速公路出口匝道事故黑点改善方法

摘要

一种基于逆反射照明的高速公路出口匝道事故黑点改善方法，在出口匝道减速车道渐变段起点前和鼻端前视线通透处设匝道分级限速标志；在出口匝道鼻端后设主线单层线形诱导标、匝道双层线形诱导标；出口匝道车道边缘线向内侧偏移并压缩行车道宽度，外侧车道边缘线设为振动边线；从减速车道终点起在主线和出口匝道道路边缘线外侧设突起路标，从出口匝道鼻端紧靠匝道外侧护栏安放单侧防撞桶，共同构成高频视觉信息流；在出口匝道前进方向每隔8~12m设路面横向减速标线，与路侧线形诱导标共同构成中频视觉信息流；路侧振动标线、防撞桶和护栏构成路侧多级防护，各安全设施采用高强度反光材料。本法适于限速40~60km/h高速公路出口下坡匝道。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于逆反射照明的高速公路出口匝道事故黑点改善方法，采用该设计方法提升高速公路出口匝道行车的安全性与舒适性。 

背景技术

高速公路出口匝道车速过渡剧烈，超速普遍，车速差大，追尾、碰撞事故多发。

高速公路出口匝道事故次数多，事故率高，极易成为事故黑点。国内外对高速公路交通事故形态进行分类研究表明：出口匝道的事故次数约占互通立交和服务区范围内事故总次数的40%，其主要事故形态为：撞固定物（50%以上）、尾随相撞（20%左右）、侧翻事故（20%左右），这三类事故共占出口匝道事故总数的90%以上。高速公路出口匝道事故的主要原因是超速及车速差。高速公路出口匝道区域，因车辆的分流、减速行为，引起主线车辆在各车道间进行重新分布，易导致主线交通流混乱，造成驾驶员心理紧张；在分流区内，主线上直行车辆保持原车速行驶，行驶速度相对较高，准备转向驶出的车辆要先减速后驶出，在完全分离之前，直行车辆与转向车辆之间的运行速度差值变大，远大于高速公路一般路段车辆之间的速度差，故在高速公路出口匝道分流区行车安全性降低，易发生交通事故。另外，高速公路匝道事故及车速相关调研表明：匝道车辆平均车速超过管理车速30%以上，最大超速80%，导致车辆极易碰撞匝道外侧护栏，是造成匝道交通事故的主因。现有车速变动与理想车速变动关系参见图1。因此有效控制车速，合理保持车距将能有效改善现有出口匝道的安全状况。 

现有高速公路出口匝道安全设施不够合理，亟需针对事故原因及事故形态提出相应的改善措施。

在事故黑点改善方法中，一般道路工程设施改善方法成本高、工期长，效果难以保障，因此往往会寻求交通安全设施。现有高速公路出口匝道安全设施设计参见图2。常规的匝道出口线形诱导标设置方法，是从匝道小半径开始处才开始设置的，且大多设置高度小，驾驶员接近匝道出口鼻端才能发现，在夜间更是如此，直接导致驾驶员难以及时发现匝道出口位置及匝道线形。而且路面减速标线设置不合理，现状一般是在进入鼻端才开始设置，导致车辆在减速车道降速幅度较低，而进入鼻端车速过快，使得车辆难以在进入弯道前将车速降至管理车速。同时，交通工程设施设计者，一般会考虑到匝道出口车辆超速行为，并习惯于将车道边缘线设置于紧贴匝道出口外侧护栏处，更容易诱发超速驾驶行为，导致跨越道路外侧边缘线的车辆容易撞上护栏，甚至翻越护栏，车毁人亡。此外，高速公路主线逆反射交通安全设施相对于出口匝道显得不足，导致出口匝道的视觉信息远多于主线，在夜间更是如此，对于主线行驶驾驶员，夜间极易产生“反黑洞效应”，不利于主线车辆的安全行驶。 

基于光流率车速控制方法得到应用。光流率被认为是影响速度感知的重要视觉因素。光流率是人运动时，空间中各点穿过视野的相对速度。国内外学者通过光流率在交通中“无意识”地进行速度控制的使用来提升公路环境速度知觉，刘兵在硕士论文“基于驾驶员视知觉的车速控制和车道保持机理研究”中（武汉理工大学，2008年）通过心理物理实验得出当高速公路光流率小于2Hz，或大于32Hz时，驾驶员会出现速度低估，光流率在4Hz~16Hz时，实验者对速度产生了高估，其中光流率为12Hz高估达到30%以上。 

振动减速设施及错视觉标线减速技术广泛应用。振动减速设施在美国、日本及欧洲等发达国家已是一项比较成熟的技术，应用非常广泛，近年来在国内业界取得了很大认同，公路管理部门在公路事故多发路段大量使用强制减速措施进行车速控制。目前在国内、国外广泛被采用的高速公路强制减速设施主要有：道钉减速带、热塑振动减速标线。错视觉标线减速技术由于投资少、舒适性高、见效快，也广泛应用于高速公路。 

逆反射材料及技术已日趋成熟。逆反射技术最大特点是充分利用车辆前灯的亮光，通过逆反射材料的表面结构，为驾驶人感知，从而改善驾驶者的安全视距，优化道路沿线交通设施视认效果，让驾驶者获得更多的时间、更强化的感受，来判断路况和获取指导信息，以便及时正确的采取安全措施。它是以物理手段调动人的主观能动性，提高行驶安全，是一种节能环保的低成本道路安全解决方案。近年来反光膜、反光片、反光漆等逆反射材料成本越来越低，在高速公路上的应用越来越广泛。 

国内现有高速公路出口匝道安全设施改善方法中往往重点关注于路面振动减速设施及路侧防护措施（如护栏）的研究，而缺乏从系统的角度来进行改善。因此亟需根据事故形态及事故原因，将主动防护和被动防护相结合，充分利用逆反射材料技术，改善驾驶员的视知觉和振动知觉，提升其在匝道出口车速控制和车距保持的能力，保证出口匝道运营安全与效益。 

发明内容

本发明针对高速公路出口匝道事故多发段安全设施设置不合理，超速普遍，车速差大，追尾、碰撞事故多发的特点，充分考虑驾驶员认知行为特性以及高速公路匝道出口道路特性，利用主动与被动控速方法，全方位、多层次构筑多级控速安全系统。在进入匝道前，通过匝道分级限速标志、线形诱导标等提供的逆反射信息及时确认匝道位置及线形，以便提前变道、减速；在进入匝道后，通过多种频率的视觉信息（高频信息为防撞桶、突起路标，中频信息为线形诱导标、道路横向减速标线）给驾驶员提供振动及视觉刺激，以确保驾驶员合理控制车速、保持车距；在车辆驶出车道边缘线后，通过路侧的振动边线、防撞桶、护栏来达到阻挡车辆驶出路外，降低驾驶员及车辆损伤的目的。 

本发明原理：边缘率频率在8~12Hz作用下时，驾驶员感知速度显著大于物理速度，最高达30%以上，而中频条件下0.5~1.0Hz，感知速度小于物理速度。在行车环境中，理想感知速度应比物理速度略大为宜（<10%），因此视觉信息设置时，需要将高频、中频信息结合起来，以达到感知速度与物理速度相协调（参见图3）。同时一般视觉与振动相结合的减速方式其减速舒适性、安全性优于单一减速方式。多级减速及防护系统也优于单级减速及防护系统。 

本发明所采用的技术方案是：

一种基于逆反射照明的高速公路出口匝道事故黑点改善方法，其特征在于：设置匝道分级限速标志，在限速为40km/h或60km/h的出口匝道减速车道渐变段起点前增设60km/h或80km/h二级匝道限速标志，保持鼻端前视线通透处设置40km/h或60km/h一级匝道限速标志，从出口匝道鼻端后10~20m开始设置主线和匝道线形诱导标，间距为8~12m（中频），其中主线线形诱导标为600×800mm的Ⅰ型单层线形诱导标，匝道线形诱导标为220×400mm的Ⅱ型双层线形诱导标，匝道分级限速标志与线形诱导标提供匝道出口及匝道线形等远距离逆反射信息；在出口匝道设置基于中频视觉信息流的振动知觉与视知觉的减速系统，该系统含8道路面横向减速标线，每道均由4条标线组成，间距为8m~12m，减速标线分为路面横向错视觉标线和路面横向振动减速标线；在出口匝道鼻端前设置3道路面横向错视觉标线，从出口匝道鼻端开始结合设置路面横向错视觉标线和路面横向振动标线，路面横向振动标线的条数由1条逐渐增加至3条；出口匝道车道边缘线向匝道内侧偏移并压缩行车道宽度，供安放防撞桶，同时出口匝道外侧的车道边缘线设置为振动边线；从减速车道终点开始在主线和出口匝道道路边缘线外侧设置突起路标，从出口匝道鼻端开始紧靠匝道外侧护栏安放单侧通行防撞桶，间距均为2~4m，共同构成空间高频视觉信息流，另外在出口匝道鼻端设置5个双侧通行防撞桶；其高频、中频视觉系统均采用高强度反光材料，从而构成逆反射安全设施系统，实现高速公路匝道出口车速的合理过渡，确保行车的安全舒适。

本发明的方法中，在限速为40km/h（或60km/h）的出口匝道减速车道渐变段起点前设置60km/h（或80km/h）匝道限速标志，在鼻端前视线通透处设置40km/h（或60km/h）匝道限速标志，通过设置匝道分级限速标志实现进匝道前分级降速，实现车速的合理过渡，有效避免主线车速与匝道车速相差过大带来的事故隐患。 

本发明的方法中，在出口匝道鼻端后10~20m开始设置中频线形诱导标（间距为8~12m），匝道设置双层线形诱导标，主线上对应设置单排线形诱导标，以提高视认性。从而让远方向（进入出口匝道减速渐变段）的驾驶员能明确道路线形，主动减速的目的。考虑到多数主线出口匝道处于下坡路段，匝道采用双层线形诱导标，可在视觉诱导标造价增加不多情况下，加强对于匝道出口路线的诱导（增大了线形诱导标上折线的高度），能增强视距不足条件下对匝道线形的视认性。同时与鼻端相连主线上也设置单层线形诱导标，以避免匝道反射信息过强，而导致主线出现的“反黑洞”现象，确保直行方向的线形的视认性，同时考虑到直行交通量一般大于右转交通量，给直行车辆提供诱导也十分必要。 

本发明的方法中，利用路侧车道边缘线处设置的突起路标，及匝道外侧护栏内边缘设置的防撞桶，构成边缘率频率为8~12Hz的高频视觉信息流，以提升驾驶员的速度感。 

本发明的方法中，在出口匝道设置8道中频视觉信息流，间距为8m~12m。每道中频信息流由视错觉减速标线和振动减速标线组成。在出口匝道鼻端前设置3道路面横向错视觉标线，从出口匝道开始结合设置路面横向错视觉标线和路面横向振动标线，路面横向振动标线的条数先增加，之后稳定，以争取在进入小半径弯道之前将车速控制在合理范围之内。进匝道方向路面横向错视觉标线与路面横向振动标线条数组合依次为：4+0、4+0、4+0、3+1、2+2、2+2、1+3、1+3，以改善行车中驾驶员的距离知觉及方向知觉，另外匝道出口前以视错觉减速为主，匝道入口后以振动强制减速为主，符合驾驶员速度适应性及匝道线形特征，可以达到“缓减速”、“早减速”的减速效果。 

本发明的方法中，匝道外侧道路边缘线采用振动标线，并从出口匝道鼻端开始紧靠匝道外侧护栏安放单侧通行防撞桶（高频视觉信息流），2m~4m一个，再加上突起路标和匝道护栏，共同组成路侧多级防护系统。考虑到驾驶人驾驶习惯的随机性及车辆性能的下降，少量车速过快的车辆，将越过匝道外侧道路边线，甚至撞上护栏。因此对于穿越路侧边线的车辆，利用路侧振动标线、防撞桶、护栏，构建路侧多级防护系统，以逐步耗散碰撞能量，减少对车辆及驾驶员的伤害，并使其能到正常道路上来。 

本发明的方法中，分级限速标志和轮廓标均采用钻石级反光膜，突起路标采用高强级反光膜（考虑到实际运营过程中容易被灰尘覆盖，维护难度大，容易部分失效）。 

发明优点如下：

1）在出口匝道减速车道渐变段起点前适当位置以及鼻端前视线通透处设置匝道分级限速标志，有利于进匝道前的早减速，实现车速的从主线到匝道的合理过渡。

2）提前在出口鼻端后匝道10~20m开始设置双层线形诱导标（中频），可以有效提高视认性，让进入匝道减速渐变段前的驾驶员能明确道路线形，进而提早变道、减速。 

3）在主线对应设置线形诱导标和突起路标，能有效平衡主线与匝道的视觉信息流，避免主线的“反黑洞效应”，降低主线车流误入匝道的概率。 

4）在匝道道路边缘线外侧设置突起路标，同时出口匝道车道边缘线向匝道内侧偏移并压缩行车道宽度，在匝道护栏内侧边缘安放同样频率的防撞桶，共同构成高频视觉信息流，能提高驾驶员的速度感，提醒驾驶员控制车速。 

5）在匝道鼻端前后路面设置基于振动与错视觉的减速设施，将主动减速与被动减速相结合，能实现匝道入口处的“早减速”、“缓减速”，同时路面视错觉减速设施与路侧线形诱导标设施共同构成中频视觉信息流，提升驾驶员方向感及距离感。 

6）利用路侧振动标线、防撞桶、护栏，构建路侧多级防护系统，以耗散碰撞能量，减少对车辆及驾驶员的伤害。动力学仿真试验表明采用本方法，车辆撞击护栏的碰撞能量将比改善前降低60%以上，将显著降低对人员、车辆的生命财产损失。 

7）根据室内模拟实验表明，采用本方法改善的匝道出口白天、夜间视认距离增长30%以上，同时对于限速为在40~60km/h车速的匝道时，驾驶员的知觉速度约等于物理速度，知觉碰撞时间（碰撞时间是车距保持的关键因素）也约等于碰撞时间，差值均在5%左右，表明了按照本方法设置的逆反射照明系统，能全面提升驾驶员的速度感、方向感、距离感。 

8）本方法综合考虑视觉控速与振动控速结合，从主动、被动安全两方面全面改善驾驶员出口匝道的速度感知，是一种典型的人因工程改善方法，容易为驾驶员理解执行。 

9）本方法采用低成本的高反光构成的道路标线和视觉诱导系统，不涉及大规模道路基础设施，投资少，施工易，见效快，能确保出口匝道行车的安全性与舒适性。 

附图说明

图1：现状车速变动、理想车速变动关系示意图； 

图2：现状出口匝道常规安全设施设计平面示意图；

图3：理想感知速度、实际物理速度关系示意图；

图4：出口匝道安全设施设计改善平面示意图；

图5：出口匝道单侧通行防撞桶设计图；

图6；出口匝道鼻端双侧通行防撞桶设计图；

图中：1-二级匝道限速标志40km/h或60km/h；2-双侧通行防撞桶；3-突起路标；4-路面横向错视觉减速标线；5-路面横向振动减速标线；6-Ⅱ型单层线形诱导标；7-Ⅱ型双层线形诱导标；8-Ⅰ型单层线形诱导标；9-单侧通行防撞桶；10-振动边线；11-一级匝道限速标志60km/h或80km/h。

具体实施方式

1）先清洗出口匝道路面，施画路面横向错视觉减速标线4和路面横向振动减速标线5，并在主线和匝道车道边缘线外侧安装突起路标3； 

2）在匝道和主线护栏外侧从下至上安装Ⅱ型双层线形诱导标7和Ⅰ型单层线形诱导标8；

3）施画匝道外侧振动边线10、完善匝道及相邻路段的车道分界线、车道边缘线；

4）安装二级匝道限速标志40km/h或60km/h 1和一级匝道限速标志60km/h或80km/h 11；

5）安放匝道单侧通行防撞桶9和匝道鼻端双侧通行防撞桶2。

注意事项：

1）本方法适用于高速公路出口下坡匝道，匝道限速宜为40km/h~60km/h。

2）本方法中逆反射材料安全设施应注意保养、维护，当标志、防撞桶、突起路标的反光系数降低到设计数值的70%以上时，应注意更换反光膜。 

3）本方法中防撞桶应特别注意定期检查维护，及时更换损坏的防撞桶，并保证其摆放位置的正确。