道路环境交通安全分析及线性诱导优化策略

导读：隧道、桥梁、交叉口、弯道等路段安全事故高、照明能耗大，存在安全与节能的矛盾。相较传统照明，视线诱导技术能低成本改善道路交通安全，得到了广泛应用。但目前我国隧道、桥梁、交叉口等位置视线诱导设施的设置形式、组合方式不一致、不连续，难以有效发挥视线诱导功能。本文结合线形诱导设施的多项特点，提出线性诱导系统的设计理念，强化道路环境的局部亮度与对比度，增强线形诱导和轮廓诱导，进一步明确空间路权、分解驾驶任务。帮助驾驶人知危险、会避险，减少失误，降低交通事故发生概率，提升道路交通安全。

典型道路环境交通安全分析及改善

根据近些年统计的数据，在我国各类道路交通事故中，车与物碰撞、车与车碰撞（包括正面碰撞、侧面碰撞、尾随碰撞）的交通事故，无论次数、伤亡人数，还是经济损失都占到相当大的比重。隧道、桥梁、交叉口、弯道路段等特殊路段发生交通事故的概率和严重程度相对突出。隧道出入口区域的黑白洞效应、边墙效应、隧道路段视线诱导设施布设情况、噪声及空气污染等因素均对行车安全有重要影响；桥梁路段交通事故原因方面主要有违法超载、驾驶失误、流量大、车流组成复杂、恶劣天气、桥下阴影效应；在交叉口路段，行人、非机动车和机动车之间相互干扰程度大大增加；弯道路段交通事故原因主要有弯道诱导不足，驾驶人发生弯道错觉。下面介绍几类典型道路环境危险情况并提出改善思路。

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路侧危险因素

车辆失控或发生碰撞后驶出路外的交通事故时有发生，而且往往因路侧危险因素加重事故后果。路侧危险因素分为危险地形因素和危险地物因素，危险地形包括路侧边坡及路侧深水区，路侧危险地物包括行道树、杆柱、路缘石、路侧排水设施等，如果设置不当会严重威胁路侧安全。
路侧安全设计是为了在恶劣路侧情况下，不让无心之失的驾驶人付出生命或严重伤残的代价。因此，在进行路侧安全设计时必须始终坚持“宽容”或“容错”的设计理念，为驾驶人提供安全的路侧空间。路侧宽容设计是路侧安全设计的核心，可细分为路侧净区、主动引导、全时保障（表1）。
表1：路侧交通安全保障原则

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规避效应

运动中的人看到临近区域的障碍物，有远离障碍物的本能。如果行车环境中存在障碍物时，为了防止碰撞障碍物，驾驶人会操纵车辆远离障碍物，这就是规避效应（Shy Away Effect）。规避效应在有隧道、中央隔离栏、路侧护栏等的道路环境中较为显著。规避效应会促使驾驶人远离路侧障碍物，偏离当前车道中心，容易侵入相邻车道，存在较大的事故风险（图1）。

图1：车辆远离路侧障碍物
为了降低规避效应的不利影响，需要在路侧设置相应的诱导设施，建立合理的视觉参照系，缓解过强的规避效应，从而提升路侧安全水平。如在路侧障碍物（例如隔离栏、路外立柱、弹性交通柱）上设置线形诱导、轮廓诱导设施（如条形反光膜、条形轮廓柱等），提升驾驶人对路侧环境感知能力，规范行车轨迹，帮助驾驶人知危险、会避险（图2）。

图2：竖向条形反光膜和条形轮廓柱

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松懈效应

驾驶人在驾驶负荷降低时产生的“松懈现象”即为松懈效应（Hysteresis Effect）。比如通常情况下，交叉口上游交通环境更为复杂，驾驶人的驾驶负荷较多，注意力更为集中；但当驾驶人驶入交叉口下游时，驾驶负荷减少，此时驾驶人心理、生理警觉程度都将降低，易进入松懈状态（图3）。除了交叉口下游，弯道接直线线形组合、白天隧道出口、匝道出口等都存在类似现象。松懈效应容易促使驾驶人选择性或无意中遗漏交通信息，甚至会出现无意识超速、转向不及时等不良驾驶行为。

图3：驾驶负荷降低、出现松懈状态
改善松懈效应，需要保证视觉信息诱导在全天各时段均保持连续性和一致性，不发生剧烈变动，可采用“多重线形诱导+多重轮廓诱导”相结合，比如在交叉口区段、隧道出口区域设置渐变连续的视线诱导设施，保证全天候道路线形诱导与轮廓诱导的连续性、一致性（图4）。

图4：交叉口中分带连续的视线诱导设施

现有视线诱导设施设置混乱

视线诱导技术因能低成本改善道路交通安全，在实际中得到了广泛应用，但部分视线诱导设施名称不统一，设施频率、尺寸、色彩设置混乱，缺乏合理的布设参数原理和依据，难以有效发挥视线诱导功能（图5）。部分隧道设置过多的点状灯具、点状诱导设施（突起路标、轮廓标等），给驾驶人较强的视觉刺激感，引发不适感，也有隧道设置较密集、较多色彩的反光环，同样会引发不适感。

图5：隧道内诱导设施设置混乱
在安全岛上的视线诱导设施、反光膜会存在尺寸、色彩设置混乱的情况（图6）。安全岛端头位置较低，仅在侧面设置反光漆立面标记，导致远端难以辨识，缺乏足够的警示效果。城市道路中央隔离栏端头也存在轮廓诱导、线形诱导不足的情况。  

图6：交叉口安全岛和隔离栏的诱导设施、反光膜等设置混乱

线性诱导设计理念

01

线性诱导概念

在照明设计领域，线性照明采用连续的线条状光源（直线形、曲线形、环形），能够有效勾勒出建筑及空间轮廓。隧道中“线性照明”能够产生连续、均匀、舒适的视觉效果，可以有效避免不连续光源对驾驶人产生的眩目感和频闪，大幅提升了隧道通行的安全性和舒适性，线性照明已在国内外城市隧道和高速公路隧道等得到了应用（图7）。

图7：线性照明在健身房、地铁、隧道等场所的应用
借鉴线性照明的设计思路，提出“线性诱导”设计理念：利用多种线条状（包括短线条、中线条、长线条、环状）视线诱导设施，提高行驶环境的局部亮度与对比度，勾勒道路（护栏、隧道洞门、隧道侧壁等障碍物或建筑界限）轮廓及道路线形走向，提高驾驶人对交通信息的有效感知距离，引导其安全完成驾驶任务（图8、图9）。

图8：线性诱导可提升信息可视距离

图9：公路隧道线性诱导方案

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线性诱导设施

广义上来讲，线性诱导设施分为线性视线诱导设施、条形交通标志、条形标线（图10-图12）。狭义上来讲，线性诱导设施仅指线性视线诱导设施（后文除单独说明外，均指线性视线诱导设施）。

图10：线性视线诱导设施

图11：高速公路、城市快速路路侧——条形标志

图12：路面纵向标线——中、长线条标线
针对隧道环境，线性视线诱导设施有以下特点：◆ 较大尺寸，远端可视：相比点状信息尺寸更大，可视距离更远，可确保识别视距范围外可视（图13）。

图13：隧道轮廓带增加前方环境的可视距离
◆ 形式多样、便于组合：有点状、短线条（长度为0.18m~0.5m，以0.18m×0.04m的矩形轮廓标为基准，长：宽≥4.5m）、中线条（长度为0.5m~2.0m）、长线条（长度≥2.0m）、环状等几种常见方式（图14），可适应复杂识别视距、简单识别视距、停车视距等不同视距要求，并可调控视错觉。

图14：不同类型诱导设施的设置形式及视认距离
◆ 勾勒轮廓、明确限界：与建筑限界或障碍物轮廓附着设置，不侵入建筑限界，确保用路人的空间路权（图15）。

图15：隧道轮廓带明确空间路权
◆ 发光分散、柔和舒适：相对于传统点状照明灯具，诱导设施光线分散柔和，为驾驶人提供舒适的视觉环境（图16）。

图16：隧道照明系统与线性诱导系统对比

03

视线诱导设施功能分析

视线诱导设施功能可概括为线形诱导和轮廓诱导，其中线形诱导是指引导前进方向平纵面线形的变化，使驾驶人获得良好的方向感，可根据线形变化适当调整行车方向；轮廓诱导是指警示道路（尤其是隧道）整体及障碍物轮廓，使驾驶人获得良好的空间感，可及时调整车辆的横向位置。隧道内典型视线诱导设施的作用如表2所示。
表2：隧道内典型视线诱导设施的诱导作用

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线性诱导设施应用

线性诱导设施广泛应用于隧道、山区公路、城市道路等中，如图17至图19所示。

图17：隧道线性诱导设施的应用 

图18：线性诱导交通柱

图19：中线条、长线条的诱导设施
在路侧危险障碍物的处理上，可以应用线性诱导的设计理念，比如在无灯光照明的道路中，用竖向条形反光膜来凸显树木轮廓及道路线形（图20）。

图20：树木中线条反光膜
在日常设计中，也会应用线性诱导的设计理念，用线条形反光带勾勒出物体的轮廓，比如反光服、大货车反光贴等等（图21）。

图21：线条形反光带勾勒出物体的轮廓线性诱导系统

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设计思路

考虑线条形诱导设施的尺寸较大、视距更远、形式多样、易于组合、勾勒轮廓、限界明确、发光分散、柔和舒适等特点，提出线性视线诱导系统（简称为“线性诱导系统”）的设计理念，其设计思路及主要技术手段如下（图22）：◆ 利用逆反射、蓄能自发光、LED发光显示技术满足驾驶人的动态视觉特性及安全需求；◆ 采用多密度（高密度、中密度、低密度）、多尺度（以线性诱导为主，点状信息为辅）、多色彩（白色为主、适当彩色）信息组合，提升速度感、距离感、空间感、位置感；◆ 勾勒道路轮廓及线形走向，为驾驶人提供速度、距离、位置、方向等行车参照信息；◆ 合理引导驾驶人视线，提高驾驶人对行车状态的准确感知能力。

图22：线性诱导设计思路

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不同视觉参照形式对比

以隧道环境为例，对线性诱导系统进行分析。对隧道交通安全进行优化的关键，在于对隧道行车视觉参照系进行改善设计。较为典型的公路隧道视觉参照系构建形式，有照明、线性诱导（线性诱导为主，点状信息为辅）、多点诱导等，如表3及图23所示。对照明、点状诱导和线性诱导的视觉参照系构建形式进行综合对比，如表4所示。
表3：不同视觉参照系构建形式对比

图23：视线诱导与照明技术对比
表4：不同视觉参照形式设置效果对比

结语

◆ 借鉴照明设计领域“线性照明”设计思路，考虑线条形诱导设施的较大尺寸、更远视距、形式多样、易于组合、勾勒轮廓、明确限界、发光分散、柔和舒适等特点。本文提出线性诱导的设计理念，以线性诱导为主、点状诱导为辅，强化行车环境的局部亮度与对比度，增强线形诱导和轮廓诱导效果，对行车视觉参照系进行整体优化。◆ 线性诱导系统能勾勒道路线形走向和侧壁、护栏等障碍物轮廓，明确空间路权，分解驾驶任务，帮助驾驶人知危险、会避险。◆ 线性诱导系统主要利用逆反射和蓄能自发光、LED发光显示等技术，可降低照明运营成本投入，可实现道路交通安全与照明节能的和谐统一。◆ 线性诱导系统是以视线诱导技术为基础，以交通事故预防为目标，属于主动预防范畴，仍需与被动防护措施相结合，保障事故发生后的应急救援能力。

参考文献[1]徐耀赐. 人因与道路工程设计. 2018年武汉理工大学第二届道路交通安全研讨会.[2]杜志刚, 徐弯弯, 向一鸣. 基于视线诱导的公路隧道光环境优化研究框架[J]. 中国公路学报, 2018, 31(04): 122-129.[3]杜志刚, 陈云, 倪玉丹. 公路隧道视线诱导设施典型问题及对策[J]. 公路, 2019, 64(08): 153-157[4]徐耀赐. 道路交通工程领域中之侧向净距. 2020年北京交通工程学会徐耀赐教授系列讲座.[5]徐耀赐. 道路交通工程设计理论基础[M]. 北京：人民交通出版社, 2020.

（文 / 武汉理工大学 教授、博士生导师 杜志刚，武汉理工大学博士生 梅家林、许富强、郑号染）编校丨李芸玥、高海燕