基于逆反射的干线公路无控交叉口夜间行车安全设施设计方法

摘要

本发明涉及基于逆反射的干线公路无控交叉口夜间行车安全设施设计方法。基于驾驶员的振动知觉和视知觉原理，综合运用被动减速与主动减速方法，在交叉口功能区，设置7组振动频率为1～2HZ路面横向振动减速标线，长度为80～100m，使得驾驶员产生振动不适感而被动减速；在车道边缘设置频率中值为4～8HZ的变频梳齿形视错觉减速标线，长度为50m左右，让驾驶员感知的速度高于实际车速而采取主动减速；在交叉口物理区，沿着转弯曲线边缘设置5个间距为12～20m交叉口轮廓警示标志；利用逆反射材料设计减速标线和警示标志，提高交叉口的夜间视认性和警示效果。该设计适用于夜间车速为40～80km/h的干线公路无控交叉口。

说明书

技术领域

本发明涉及基于逆反射的干线公路无控交叉口夜间行车安全设施设计，采用该设计加强 驾驶员夜间对交叉口的认知能力，同时对进入交叉口的车辆采用车速主动控制和被动控制技 术相结合的方式，提高公路交叉口夜间行车安全。

背景技术

我国许多农村干线公路交叉口交通管理落后，夜间照明水平低或无照明，交通安全设施 不足，常发由于超速行驶或不按规定让行导致的交通事故。一方面，干线公路无控交叉口夜 间交通量少，交通监管薄弱，驾驶违章行为高发；另一方面，交通安全设施由于人为破坏， 树木、建筑物的遮挡，破坏后维修滞后等原因，导致原有的安全标志标线失效。根据相关统 计，我国公路交叉口路段长度占路段总长度的26.8%，而交叉口处发生的交通事故占整个公 路网交通事故的30%—35%，其中超速行驶或未按照规定让行是导致交叉口事故多发的主要 原因。

公路无控交叉口夜间安全行车设施设计研究成果缺乏，针对夜间驾驶员的振动知觉和视 知觉相结合的研究成果则更少。驾驶员在进入交叉口时的超速行为包括无意识超速和有意识 超速。无意识超速主要是由于驾驶员对交叉口信息的认知不足引起的，夜间尤为突出。针对 有意识超速行为，常见的车速控制方法包括法规控制、心理控制和工程控制。在公路无控交 叉口处，法规主控制缺乏行之有效的监督管理；心理控制在视错觉应用领域研究不足；工程 控制相关规范针对干线公路无控交叉口没有明确的规定。2009年颁布的《公路交通标志和标 线设置规范:JTGD82-2009》，规定了减速标线的设置条件、设置位置和设置规格，但是针对 交叉口的车速控制没有明确规定。因此，针对干线公路无控交叉口车速控制方法及其夜间行 车安全设施设计方法研究十分必要。

振动减速标线、视错觉标线在减速技术领域广泛应用。振动减速标线在美国、日本及欧 洲等经济发达国家已是一项比较成熟的技术，应用非常广泛。在国内，出现了多种从国外引 进或自主研发的车速控制措施，振动减速技术包括橡胶减速带、突起道钉减速带、水泥台减 速带、减速垄和热塑振动减速标线等强制性控速设施；视错觉减速技术包括鱼刺形减速标线、 梳齿形减速标线、行车道横向和纵向减速标线以及三位彩色视觉立体减速标线等非强制性控 速设施，并且这些设施已经在高速公路匝道出入口、转弯路段、高速公路收费站、跨河桥梁 等地方被大量使用，起到了较好的减速效果。因此，减速标线的应用可以为交叉口的车速控 制提供依据。

逆反射材料及技术已日趋成熟。逆反射概念最初来自于英文Retro-reflection，是指反射光 线从靠近入射光线的反方向向光源返回的反射。当入射光线在较大范围内变化时，仍能保持 这一特性。逆反射也被称为反光、回射、定向反射或反向反射逆反射技术。近些年来，反光 膜、反光片、反光漆等逆反射材料的应用越来越广泛，成本也越来越低。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。

针对超速行驶和未按规定让行导致干线公路交叉口区域交通事故多发现象，本发明从驾 驶员本身的振动知觉特性角度对进入交叉口的车辆进行被动车速控制；从驾驶员的视知觉特 性角度，采用逆反射材料，一方面利用视错觉进行主动减速，另一方面通过设置交叉口警示 标志，显示出交叉口轮廓信息，提高夜间驾驶员对交叉口的认知能力。

发明内容

本发明目的旨在提供一种基于逆反射的干线公路无控交叉口夜间行车安全设施设计方 法。

设计依据：

本发明振动减速标线的设计一方面参考《公路交通标志和标线设置规范:JTGD82-2009》， 另一方面参考人体振动特性分析（参见图1）。当振动频率在2～12HZ时，人体对振动最为敏 感。第一共振峰在4～8Hz振动频率出现，振动能量传递率最大，其生理效应也最大。主要 由胸部共振产生，对胸腔内脏影响最大。第二共振峰在10～12Hz的振动频率时出现。它由 腹部共振产生，对腹部内脏影响较大。当人体感觉到的加速度值过大时，人体会产生强烈的 不舒适感，可能影响到驾驶员的身体功能。因此，综合考虑，选择1～2HZ的合理的振动频 率，使得振动减速标线能起到良好的减速效果的同时，也能保证驾驶员行车舒适性。

本发明的视错觉标线主要是利用驾驶员的视错觉现象，使得驾驶员感知的车速偏高而主 动减速。当空间频率在在4～16HZ时，驾驶员会产生速度高估现象，其中在4～12HZ区间时， 随着边缘率密度的增大，高估效应逐渐递增，最高达30%以上。研究表明，当利用梳齿形减 速标线时，减速效果最好。因此，将视错觉标线的形式设置为梳齿形。

本发明针对夜间公路交叉口照明设施不完善导致驾驶员对交叉口信息获取能力下降这一 现象，在交叉口区域边缘设置交叉口警示标志，以便于在夜间显示交叉口的轮廓尺寸。并且 利用逆反射材料进行标志标线的设计。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于逆反射的干线公路无控交叉口夜间行车安全设施设计方法，在适当的区域范围 内以一定的间隔和方式设置合理的减速标志与标线，包括：振动减速标线让驾驶员感知到振 动提醒；视错觉减速标线让驾驶员感知速度过高；交叉口轮廓警示标志加强夜间交叉口视认 性。使得主路80km/h左右、支路40km/h左右的初始车速的车辆，在进入无控交叉口之前能 够下降到20km/h左右。

具体方法（参见附图3-6），在无信号控制交叉口处设置振动频率为1～2HZ路面横向振 动减速标线3，并且根据公路等级设置路面横向振动减速标线组数，根据车辆到达交叉口的 距离设置每组路面横向振动减速标线的道数；在距离交叉口前50m设置空间频率为4～8HZ 的梳齿形视错觉减速标线2，让驾驶员感知的车速高于实际车速而主动减速；在交叉口转弯 轮廓处，按照15～20m间距，围绕交叉口外围的圆曲线设置交叉口轮廓警示标志1，显示交 叉口轮廓信息，加强驾驶员夜间对交叉口的感知能力；利用逆反射材料对减速标线、警示标 志进行设置，增加标志标线夜间的反光性能，让驾驶员易于感知。

本发明的技术方案中，根据-3m/s²的加速度，初速度和目标控制速度设置路面横向振动减 速标线长度。

本发明的技术方案中，主路路面横向振动减速标线共设置7组标线，以交叉口为始端， 标线开始的3组，每组设置2道标线，后面的4组，每组设置3道标线；支路路面横向振动 减速标线共设置4组，以交叉口为始端，标线开始的2组，每组设置2道标线，后面的2组， 每组设置3道标线；其标线高度为3～8mm，每组标线宽度小于2.2m，每道标线宽度在0.2～ 0.4m。

本发明的技术方案中，为了保证振动的规律性，车辆通过每组标线的时间间隔大致相等， 合理的振动频率选择在1～2HZ左右，即车辆通过每组标线时间间隔在0.5～1s。根据车辆的 匀减速运动，计算得出：在主路上设置7组路面横向振动减速标线，第一、二组的间距为3～ 4m，第二组、第三组的间距为8～9m，第三组、第四组的间距为11～12m，第四组、第五组 的间距为14～15m，第五组、第六组的间距为17～18m，第六组、第七组的间距为20～21m； 在支路上设置4组路面横向振动减速标线，第一、二组的间距为3～4m，第二组、第三组的 间距为8～9m，第三组、第四组的间距为11～12m。另外，驾驶员在20km/h左右车速时，考 虑到可能需要让行，根据驾驶员的反应、判断和操作时间，在交叉口前预留10～20m的安全 间距开始设置路面横向振动减速标线。

本发明的技术方案中，设置的视错觉减速标线2采用减速效果最优的梳齿形，为了让驾 驶员产生速度高估的现象，视错觉减速标线空间频率设置在4～8HZ左右。交叉口车道处的 梳齿形视错觉减速标线2单个标线块长6cm，宽20cm，其梳齿与干线公路车道边缘夹角分别 为90°和45°；相邻标线间距从1m逐渐过渡到5m。这样保证了空间频率为4～8HZ左右， 车速减小时，对应的视错觉减速标线的间距设置也相应的减小。

本发明的技术方案中，交叉口轮廓警示标志主要目的是提醒驾驶员前方为交叉口，并且 显示整个交叉口的轮廓信息，为驾驶员的直行、转弯操作提供参照，所述的交叉口轮廓警示 标志采用倒Y型，考虑到能为驾驶员提供警示作用，同时不影响驾驶员的视距，该轮廓警示 标志的高度控制在0.6～1.0m，为了完整的显示交叉口的轮廓，围绕交叉口外围的圆曲线设置， 设置间距12～20m，一共设置5个轮廓警示标志，为了保证警示标志的耐用性，其下端或者 预埋一段在地基中，上端类似于交通警示柱。

本发明的技术方案中，所述的交叉口轮廓警示标志1采用钻石级红色反光膜。

本发明的技术方案中，路面横向振动减速标线3采用振动型道路反光标线黄色涂料。

本发明的技术方案中，所述的梳齿形视错觉减速标线2采用全天候反光白色标线。

发明优点如下：

1）在公路交叉口功能区设置的7组路面横向振动减速标线有利于实现车辆的被动减速效 果，路面横向振动减速标线的振动频率为1～2HZ左右，确保振动的节奏感和规律性，同时 也保证振动的舒适性。

2）在公路交叉口前预留10～20m安全间距开始设置路面横向振动减速标线，当车辆减 速到20km/h目标车速时，若驾驶员观测相交公路有车辆，可以为驾驶员继续减速到停车让行 提供一定的安全间距；若驾驶员观测相交公路无车辆，可以直接保持20km/h继续前进。

3）在公路交叉口功能区一定距离设置视错觉减速标线有利于驾驶员采取主动减速，视错 觉减速标线采用变间距梳齿形方式设置，一方面让驾驶员感知的速度被高估而采取主动减速， 另一方面让驾驶员误以为车道变窄而采取减速措施。在车速逐步降低的同时，为了保证视错 觉效果，梳齿形标线设置间距也逐渐变小。

4）本方法在公路交叉口物理区，围绕交叉口圆曲线设置轮廓警示标志，在夜间可以提醒 驾驶员交叉口轮廓信息，为驾驶员的反应、判断和操作提供大量的视觉信息，有效地弥补了 夜间公路交叉口照度不足的缺陷；同时，轮廓警示标志采用倒Y型可以增加驾驶员对交叉口 轮廓的立体感和距离感。

5）本方法路面横向振动减速标线采用黄色有警告作用，视错觉减速标线采用白色起到强 化夜间视觉的作用，交叉口轮廓警示标志采用红色起到警示作用。标志标线的合理搭配以及 颜色的合理搭配，弥补了公路无控交叉口的安全设施不足缺陷。

6）本方法中，采用逆反射材料进行标志标线的设计，能有效防止灰尘覆盖致使标志标线 的失效，并防止阴雨雾天标志标线的失效。

附图说明

图1：坐姿下人体振动特性示意图；

图2：4～8HZ空间频率下感知速度与物理速度关系示意图；

图3：交叉口功能区减速标线平面布置图；

图4：交叉口减速标线大样图（振动减速、视错觉减速）a两道减速标线，b三道减速标线；

图5：交叉口物理区轮廓警示标志平面布置图；

图6：交叉口轮廓警示标志立面图；

图中：1-轮廓警示标志；2-视错觉减速标线；3-路面横向振动减速标线；4-车道分界线；5- 减速让行标线；6-公路中心线；7-车道边缘线；8-逆反射材料；9-公路的土路肩。

具体实施方式

1）当车辆减速到20km/h目标车速时，若驾驶员观测相交公路有车辆，则驾驶员需要继 续减速到停车让行。因此，在公路交叉口前预留10～20m间距开始设置路面横向振动减速标 线3。

2）根据公路交通标志和标线设置规范，设置路面横向振动减速标线，采用-3m/s²的加速 度，每组2～3道，每道0.3m的宽度，振动时间间隔大致相等。

3）将交叉口前100m的路面、车道边缘清洗干净，从距离交叉口前10～20m开始设置第 一组路面横向振动减速标线。主路路面横向振动减速标线长度为75～80m，共设置7组，前 面三组为2道/组，后面四组为3道/组，第一、二组的间距为3～4m，后面几组的间距依次按 照3m的公差增加，第六、七组的间距为20～21m；支路路面横向振动减速标线长度为35～ 40m，共设置4组，前面两组为2道/组，后面两组为3道/组，第一、二组的间距为3～4m， 后面几组的间距依次按照3m的公差增加，第三、四组的间距为11～12m。

4）根据速度的变化以及4～8HZ左右的空间频率，从交叉口端开始，贴近车道两侧按照 1.0m、1.0m、1.5m、1.5m、2.0m、2.0m、2.5m、2.5m、3.0m、3.0m、3.5m、3.5m、4.0m、4.0m、 4.5m、4.5m、5.0m的变间距设置长度为50m左右的视错觉减速标线2。

5）清理交叉口物理区的障碍物，围绕公路转弯圆曲线，在土路肩边缘按照12～20m间 距埋设高度为0.6～1m的倒Y型（角度为30°～60°）交叉口轮廓警示标志1。

6）分别在设置好的路面横向振动减速标线、视错觉减速标线上面涂上黄色、白色逆反射 材料，在交叉口轮廓警示标志上贴钻石级红色和黄色相间的反光膜，增加驾驶员夜间的视认 知能力。

注意事项：

1）本方法适用于车速从80km/h减速到20km/h左右的干线公路无信号控制交叉口，同时 也适用于夜间无照明的公路交叉口。

2）对于视错觉减速标线，由于车速不断的减小，设置间距需要采取渐变式，确保频率在 4～8HZ左右。

3）交通警示标志靠近土路肩边缘设置，为了显示出交叉口的轮廓信息，交通警示标志选 取红色和黄色相间，同时应选取耐用性半柔性材料设计，防止人为破坏和车辆碰撞，同时减 小碰撞带来的伤害。

4）本方法中的逆反射的材料应注意保养、维护，当轮廓标反光系数降低到设计数值的 70%以上时，应更换反光膜。