通過視線誘導技術提升公路隧道安全

杜志剛

改善隧道交通安全的視線誘導技術

視覺參照系的概念與作用

視覺參照系可為駕駛人提供視覺線索

介紹視線誘導技術之前，先來了解一下視覺參照系，主要包括標志、標線等各種交通工程設施、道路景觀、廣告等，單個設施也稱為視覺參照物，為駕駛人提供視覺線索，駕駛人可以用來判定自身的運動位置、車速、方向及車距。

通過對道路交通事故成因進行分析發現，由于駕駛人觀察和判斷錯誤造成的交通事故占84.1%，因操作錯誤引起的占7.9%，其他原因造成的占8.0%。不良的視覺參照系是駕駛人產生視錯覺的主要原因，因此，研究如何正確誘導駕駛人使其能夠安全駕駛十分重要。

不同形式的視覺參照系作用不同

視覺參照系可簡單分為點、線段、環、面、體幾種形式，如圖3所示，其中，點、線段、環是低成本視覺參照系，為局部信息，強調安全經濟，屬于“視線誘導”，也就是常說的輪廓光，環的誘導性相對最強，駕駛人會把注意力集中在環內、環心，多個環組合起來效果更佳；面、體是高成本視覺參照系，強調舒適美觀，屬于“照明”，即環境光。

視線誘導系統和照明系統有較大的差異性，由圖4可以看出，兩者在設置目標、主要作用、設置依據、采用技術、控制指標、設置形式幾方面都有所不同。

合理視覺參照系特點及重構

合理的視覺參照系具有以下四個特點：作為背景存在，不能干擾駕駛人對車道內目標物的辨識，不能增加駕駛人的負擔；規律性的常見信息，符合駕駛人心理預期，否則會分散駕駛人的注意力，容易發生事故；盡量不要在中心視野（當前車道內）出現，否則會干擾駕駛人對故障物的辨識；能優化視距、視區，調控視錯覺。

對于不合理的視覺參照系應如何重構呢？改善原則如下：強參照系比如城市隧道或者弱參照系如公路隧道，根據情況調整為中等；過于單調的，調整讓其更具韻律感；信息過多的需要緩和，信息過少的則需要加強。可采用多頻率、多尺度、多色彩的信息組合來實現，工程中常會采用自發光材料、逆反射材料以及LED顯示等技術。

視線誘導應考慮的視覺相關因素

視覺需求

視線誘導應滿足四個層面的視覺需求：功能性需求，基本的道路及交通工程設施符合基本建設規范，車輛可在道路上正常行駛；安全性需求，能基本滿足系統安全，基本保證車輛行駛的安全性；舒適性需求，駕駛舒適，車輛長時間行駛時駕駛人不易疲勞；美觀性需求，駕駛人駕駛時感到輕松愉悅、十分舒適，同時具有美的享受。

視距視區

如圖5所示，駕駛人在駕駛過程中，可看清前方物體的距離稱為視距，廣度稱為視區。隧道出入口是駕駛人視距、視區產生劇烈過渡的典型例子，如圖6所示，隧道外視區廣、視距遠、參照物豐富，隧道內視區窄、視距不足、參照物少，這種環境劇烈過渡使駕駛人難以發現隧道內車輛、路側障礙物，易發生事故。

視錯覺

視錯覺包括速度錯覺和距離錯覺。速度錯覺即駕駛人在行車過程中行車環境單調，缺乏參考或者參考系不當時，會對自身行車速度產生錯誤感知。距離錯覺即駕駛人在車輛行駛過程中對距離的判斷產生較大誤差。在隧道內，參照物少的情況下，容易導致駕駛人產生視錯覺，如圖7所示。

視覺注視點分布

以公路隧道為例，對隧道內駕駛人視覺注視點分布進行實驗，如8圖所示，圖中黑點代表駕駛人的視覺注視點，左邊是夜間的情況，右邊是白天的情況。實驗結果發現，80%以上的注視點分布在隧道內的車道內，且主要分布在視野右下方位置，視認概率為右下>左下>上方。因此，隧道內視線誘導信息設置的優先順序依次為右下（路緣）、左下（路緣）、側墻、上方。

視線誘導信息設置原則

關于視線誘導信息的設置，有四個主要原則：低位誘導原則，主要設置在隧道內較低的位置，與駕駛人、行人注視點分布高度較為一致，形成良好的視覺參照作用；組合與多級設置原則，將小尺度高頻率、中尺度中等頻率、大尺度小頻率等信息組合，并依次設置在道路邊線、檢修道路緣、隧道側壁、隧道洞頂，構成多級誘導信息，以提升駕駛人的速度感、距離感、方向感；連續性與一致性原則，隧道出入口及中部、隧道外基本頻率、色彩應保持一致，形成連續、重復、相似的視覺參照系，符合駕駛人生理心理節律；差異化與美觀性原則，隧道外、出入口、中部、不同路段應體現差異化，起行程提醒作用，長大隧道采用韻律型圖案，避免枯燥，提升美感。

公路隧道視線誘導方法

公路隧道視線誘導設施主要包括：突起路標、警示柱、輪廓標、反光環、反光條、立面標記、側墻圖案等。公路隧道從入口到出口包括不同區段，結合駕駛實際主要劃分為：識別段、接近段、入口段、過渡段、中間段（包括提醒區、疲勞喚醒區）、出口段、駛離段，如圖9所示。不同區段視線誘導的側重點不同，下面具體介紹隧道入口及中部的視線誘導方法。

隧道入口視線誘導方法

隧道入口處的識別段和接近段是在公路隧道傳統分段基礎上新增的，要求識別段到洞口的距離為識別視距（Decision sight distance）與停車視距（stopping sight distance）范圍之間；接近段到洞口的距離不小于停車視距長度。進隧前采用識別視距的原因為：隧道與相連道路橫斷面發生變化，車輛有避障（變道）、調整方向等需求，比發現當前車道前方障礙物時單純的停車行為復雜得多；隧道出入口路段干擾信息較多，如各種警告標志、指示標志等；車輛接近隧道過程中需要降低車速10～20km/h，因此需要足夠的視距滿足需求。由圖10可以看出距隧道入口不同距離處的駕駛需求，要求：在識別視距范圍之外發現洞門的立面標記；在識別視距內明確洞口方位與行駛方向；停車視距內看到洞內的反光環，給車輛提供誘導。

隧道入口不同區段的駕駛需求不同，視線誘導的設計思路有所差異。識別段、接近段要求強警示、早誘導，早開燈，對稱誘導，保持車距，在洞門處“洞門警示>誘導>防撞”；隧道入口段洞內、洞門、洞外的誘導應依次加強，具體可參考圖11。

圖12為隧道入口處大致的視線誘導設計方案，路側設置左右對稱的連續警告型線形誘導標，道路邊線雙側設置貓眼道釘。接近段視線誘導的具體做法是洞門施畫環形黃黑立面標記線，洞內設置3～5道高反射系數反光環（大角度反光膜）；在隧道接近段范圍道路邊線及道路中心線均設連續貓眼道釘以強化局部方向感；道路兩側特別是線形不佳處設置左右對稱線形誘導標、警示柱、防撞桶，圖13為接近段設計效果。

隧道中部視線誘導方法

短隧道、中長隧道、長隧道、特長隧道中部的視覺環境特點不同，視覺需求也不同，分為速度感、距離感、方向感和位置感，可參照圖14。下面具體介紹低等級公路（限速不超過40km/h）不同長度隧道中部的視線誘導解決方案。

短隧道（<500m）

中間段大反光環與反光條1：3間隔設置，反光條12～26m/道，反光環48～104m/道；2.5m高處設置應急誘導裝置，12～26m/道；路緣設置貓眼道釘和輪廓標識，3.0～6.5m/道，如圖15所示。

中長隧道（500～1000m）

中間段設置方法與短隧道中相同，不同點為設置過渡段，過渡段大反光環與反光條間隔設置，間距都為24～52m/道；2.2～2.5m高處設置應急誘導裝置，12～26m/道；路緣設置貓眼道釘和輪廓標識，3.0～6.5m/道。

長隧道（1000～3000m）

在隧道中間段設置提醒段，每500m設置一處，由兩條彩色反光環與3條白色反光條組成，起到行程提醒和緩解駕駛人疲勞的作用，如圖17所示。

特長隧道（>3000m）

在隧道中間段每3個提醒區設置一處疲勞喚醒區，即每1500m設置一處，由2條彩色反光環與3條彩色反光條組成，起到行程提醒和緩解駕駛人疲勞的作用，如圖18所示。

公路隧道視線誘導技術改善安全原理是從視覺參照系重構的角度來優化隧道光環境，采用局部、低位信息來優化駕駛人視距視區，調控視錯覺，從而準確的感知、判斷車輛的運動狀態（車速、方向）與各種危險因素（如前車、路側障礙物），最終減少駕駛人分心、疏忽大意等過失，實現交通事故主動預防，降低交通事故發生的概率。

公路隧道視線誘導技術靈活多樣，對于不同長度公路隧道、隧道不同路段有所差異，同時需要綜合考慮突起路標、輪廓標、警示柱、反光環、反光條、側墻圖案等誘導信息。主要通過逆反射技術、蓄能自發光技術及LED發光顯示技術來實現，在中西部高速公路隧道以及低等級公路隧道中已獲得廣泛使用。

低成本的視線誘導技術可極大地優化公路隧道光環境，對于照明較為充足的公路隧道，可以輔助照明，提升舒適性與美觀性；對于照明缺失的公路隧道，可起到取代照明、保障交通安全的作用。