山區(qū)高速公路路側(cè)振動帶優(yōu)化設(shè)計方法

白玉鳳

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)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(qū)布設(shè)。對于駕駛員而言，長時間的駕駛?cè)菀资蛊涑霈F(xiàn)疲勞，從而導(dǎo)致交通事故的產(chǎn)生，尤其是山區(qū)，一旦發(fā)生交通事故，人員傷亡都

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

1 路側(cè)振動帶設(shè)置設(shè)計

寬容性設(shè)計理念是指設(shè)計時應(yīng)遵循駕駛員的失誤不應(yīng)以生命為代價的原則，是當(dāng)前公路設(shè)計中以人為本理念的具體體現(xiàn)?；隈{駛規(guī)律，在公路設(shè)計時不應(yīng)假設(shè)駕駛員能夠在事故前做出正確抉擇，而應(yīng)該賦予駕駛員足夠的容錯空間?；趯捜菪栽O(shè)計理念，在當(dāng)前山區(qū)高速公路設(shè)計時應(yīng)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(shè)置路側(cè)振動帶。當(dāng)車輛以小角度駛出行車道時，由于路側(cè)振動帶的不平表面，會使得車內(nèi)出現(xiàn)振動噪聲，故應(yīng)在距離行車道較近的位置上設(shè)置路側(cè)振動帶，以確保車輛具有足夠的時間駛回原有路線[1]。

當(dāng)車輛貼近路側(cè)振動帶時，車輛輪胎與地面之間的沖擊力會使其出現(xiàn)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(xiàn)振動，從而產(chǎn)生噪聲。作用原理見圖1。在路面的沖擊下，車輛將隨之產(chǎn)生共振，而此時因為車內(nèi)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(cè)振動帶作用原理

當(dāng)前國內(nèi)較為常見的路側(cè)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(shè)計

切削式路側(cè)振動帶在設(shè)置時可以采取連續(xù)或間斷方式。（1）連續(xù)式是將路側(cè)振動帶順著行車方向持續(xù)不斷的布置，多用在較低能見度的情況下。連續(xù)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(shè)置一組長度相同的振動帶，并以此推移重復(fù)。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(shè)計

1.3.1 隧道進出口路段

多數(shù)情況下，對于山區(qū)高速公路而言，隧道進出口路段是交通事故的高風(fēng)險路段，若此處有隧道壁碰撞事故發(fā)生，一般情況下多為重大、較大事故，而導(dǎo)致該種交通事故的情況多數(shù)是由于駕駛員疲勞駕駛所導(dǎo)致，因此在該路段設(shè)置一定的路側(cè)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(shè)置振動標(biāo)線，以對司機視線起到引導(dǎo)作用。為了全面保障隧道進出口路段的安全，可在事故多發(fā)路段設(shè)置切削式路側(cè)振動帶的基礎(chǔ)上增設(shè)熱溶式路側(cè)振動帶，從而起到三級警示作用，并以雙排方式進行設(shè)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?？浚瑢τ陂L大隧道而言，一旦出現(xiàn)撞車停車事件，救援較為困難，事故后果難以設(shè)想。為提高駕駛員保持安全價值，可將路側(cè)振動帶設(shè)置到緊急停車帶區(qū)域處[3]。

1.3.3 團霧易發(fā)路段

可在該路段設(shè)置連續(xù)式振動帶，以提供給司機誘導(dǎo)和警示作用，還可結(jié)合誘導(dǎo)系統(tǒng)共同使用。

2 振動帶視覺誘導(dǎo)設(shè)計

2.1 視覺誘導(dǎo)設(shè)計方案

2.1.1 色彩誘導(dǎo)設(shè)置方案

多數(shù)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(dǎo)作用，而在交通應(yīng)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(dǎo)色彩。即采用橙黃色進行標(biāo)線涂漆，將切削式振動帶的凹槽進行充分涂刷。

2.1.2 標(biāo)志誘導(dǎo)設(shè)置方案

配合有效的交通標(biāo)志，路側(cè)振動帶效果更佳。將標(biāo)志牌設(shè)計見圖2。

圖2 標(biāo)志誘導(dǎo)設(shè)置方案

2.2 眼動儀仿真試驗

為便于分析，分別設(shè)置了三種方案：色彩誘導(dǎo)、標(biāo)志誘導(dǎo)、色彩+標(biāo)志誘導(dǎo)。采用SMI ETG眼鏡式眼動儀，應(yīng)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(huán)境下，駕駛員的瞳孔面積在駛?cè)肼穫?cè)振動帶時，由于色彩的影響會出現(xiàn)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(nèi)。當(dāng)標(biāo)志牌初次出現(xiàn)在駕駛員視線時，因其視覺無法及時適應(yīng)，此時的瞳孔面積存在波動。當(dāng)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(jié)果可以看出，色彩+標(biāo)志誘導(dǎo)對駕駛員有最佳的誘導(dǎo)效果。基于相關(guān)研究可知，駕駛員瞳孔在20%的變化率下會出現(xiàn)較強的緊張感。對試驗數(shù)據(jù)進一步分析可知，駕駛員的瞳孔面積在標(biāo)志誘導(dǎo)下較大，主要是因為標(biāo)志牌對于駕駛員而言有更高的吸引力。鑒于路側(cè)振動帶的隱藏性較強，故在實際推廣時，建議將誘導(dǎo)警示標(biāo)志設(shè)置在路側(cè)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(qū)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(cè)振動帶與注視點之間的關(guān)系。為進一步固定駕駛員的注視點，通過建立坐標(biāo)系的方式進行分析。同時，為提高結(jié)果精確性，以建立邊界方程的方式劃分視覺區(qū)域[6]。

圖3 駕駛員視覺區(qū)域劃分方程

在該方程中捕捉駕駛員的注視點坐標(biāo)，即準(zhǔn)確地獲取各注視點區(qū)域范圍，從而對應(yīng)注視時間開展統(tǒng)計。

表2 不同誘導(dǎo)方案駕駛員注視點分布情況

除了對注視點區(qū)域有所影響外，路側(cè)振動帶誘導(dǎo)方案對注視點預(yù)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(cè)振動帶的誘導(dǎo)方案有所聯(lián)系，并且注視點的停留時間也與其相關(guān)。對注視時間的準(zhǔn)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(qū)域駕駛員的總注視時間/ms

可以看出：（1）正前方區(qū)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(guān)注區(qū)域。（2）右側(cè)以及上方區(qū)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(dǎo)方案不同時，各視覺區(qū)域有相近的注視時間，并且對于駕駛員而言右上側(cè)的標(biāo)志具有較大的誘導(dǎo)性。（3）地面和左側(cè)區(qū)域僅有較少的注視時間。對其原因進行分析發(fā)現(xiàn)：行車過程中正前方為駕駛員的主要視覺區(qū)域，當(dāng)其受到視覺誘導(dǎo)時，其注視點有所變動；相比于視覺誘導(dǎo)，標(biāo)志誘導(dǎo)能夠在較大程度上提高駕駛員注視右側(cè)區(qū)域的時間，故對于駕駛員而言標(biāo)志誘導(dǎo)能夠更好地吸引其注意力。

3 養(yǎng)護建議

當(dāng)前山西省山區(qū)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(jié)構(gòu)而言產(chǎn)生一定的損壞，見圖4。

圖4 涉鐵方案驗證

圖4 路側(cè)振動帶變化情況

可以看出，對于瀝青路面結(jié)構(gòu)而言，切削式振動帶的施工并未對其產(chǎn)生破壞，并且在完工1 a后并無水損壞出現(xiàn)。主要原因：（1）此高速公路是在硬路肩上設(shè)置的振動帶，其所承受的行車荷載較小，所產(chǎn)生的動水壓力較小，對路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的損壞也較小。（2）由于路拱橫坡的布設(shè)，當(dāng)路側(cè)振動帶的凹槽內(nèi)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(fēng)力，使得路側(cè)振動帶里的積水不斷蒸發(fā)，避免路側(cè)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(cè)振動帶雖然在施工后對其結(jié)構(gòu)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(cè)振動帶正常與瀝青路面養(yǎng)護即可；但若日常養(yǎng)護時發(fā)現(xiàn)路側(cè)振動帶處有開裂等病害出現(xiàn)時必須及時進行處理。路側(cè)振動帶經(jīng)過一段時間的預(yù)留之后，會在其凹槽內(nèi)布滿雜物，需定期對其進行清理養(yǎng)護。

4 結(jié)語

山區(qū)高速公路設(shè)置路側(cè)振動帶，能夠較有效地降低事故發(fā)生。針對山區(qū)高速公路中路側(cè)振動帶的設(shè)計進行了研究，結(jié)合駕駛員在視覺上的心理變化情況，提出了優(yōu)化的路側(cè)振動帶設(shè)計方案：（1）根據(jù)山區(qū)高速公路的特殊性，針對其特殊路段論述了路側(cè)振動帶在隧道進出口以及團霧易發(fā)路段的設(shè)計方法，進一步提高行車安全性。（2）路側(cè)振動帶的設(shè)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(yù)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(yù)防。針對路側(cè)振動帶的視覺誘導(dǎo)進行了試驗分析，得出色彩+標(biāo)志的最佳誘導(dǎo)方案，對路側(cè)振動帶的設(shè)計進行了優(yōu)化。