視覺分析在道路設計中的應用

廣東省韶關市翔宏公路勘察設計有限公司 / 楊斌

引言

在道路行車過程中，視覺承擔了十分重要的觀察責任，是駕駛員獲取交通信息量的主要途徑。駕駛員通過視覺獲得的道路情況、交通量、天氣情況等信息對行車安全有著不可忽視的影響，因此，視覺分析在道路設計、交通安全中有著重要的價值和作用。隨著經濟民生的不斷發展，道路上的車輛通行量不斷增加，各類交通事故也頻繁發生，人們對于道路交通安全越來越重視。設計出更安全、更舒適的行車道路，是群眾、市場的共同期待。

一、視覺分析相關概述

視覺分析是一種從駕駛員視覺心理出發，圍繞道路空間線形、沿線建筑景觀、道路標識等內容展開，保持駕駛員視覺連續、舒適、安全的綜合分析設計活動。根據行車測試可知，駕駛員的注意力集中點和視野距離會隨著車速的增加而增大，當車速不超過97km/h時，駕駛員的注意力集中點在600m以外，當車速大于97km/h，前方細節開始被駕駛員忽略；駕駛員的視野會隨著車速的增加而變窄，當車速不超過72km/h時，駕駛員的視野范圍在30～40°，車速在72～97km/h之間，視野范圍縮小至20°，車速超過97km/h，視野范圍縮小到道路線形上，直接忽視兩側視野。由此可見，駕駛員的視覺判斷敏銳度與行車安全、行車效率密切關系，基于視覺分析進行道路設計能夠有效降低行車事故發生率，提高道路行車安全程度。

二、道路設計簡述

道路設計是一項綜合性設計工作，涉及到道路的行車安全、行車效率、與周邊景物和諧、交通量、經濟效益等多個領域。綜合考慮道路的多方因素，反復進行平縱面設計、橫斷面檢查等調整，才能設計出實用、安全、性價比更高的道路。現階段，道路設計普遍采用二維設計，但駕駛員對道路的觀察是三維立體線形，這就容易導致設計人員和駕駛員對道路的感知有差距，不僅可能導致駕駛員目視效果不佳，還有可能給駕駛員造成錯覺。業內常用的方法是借助透視圖來反映駕駛員的視點情況，借助BIM技術對道路進行三維立體設計以滿足駕駛員的視覺連續性要求。

三、駕駛員行車視覺問題產生的原因分析

（一）道路線形引起駕駛員視錯覺

道路線形引起視錯覺的原因在于道路線形滿足了設計規范卻沒有充分考慮人類視覺效果，從而使駕駛員在行車過程中受視錯覺誤導而采用了錯誤的駕駛行為，導致了行車事故的發生。比如：一段較長的下坡路段中，設計人員采用了“陡坡+緩坡”的組合，干擾駕駛員的視覺，導致發生交通事故的頻率上升。

（二）路側環境引起駕駛員視錯覺

駕駛員行車過程中視覺范圍內不僅有道路、指示標志，還有道路兩側的環境，這些環境也會對駕駛員的駕駛行為產生影響，影響交通安全。比如：高大樹木種植在道路轉彎的內側，樹干和樹冠干擾駕駛員對轉彎后路段情況的判斷，容易引發交通事故。又比如：駕駛員從開闊路段駛入路塹路段，容易因可視范圍的急劇縮小而受到兩側坡路的干擾，給安全駕駛帶來隱患。

（三）長直線道路引起視覺疲勞

長直線道路通常行車視野好，但行車過程單調，駕駛員容易產生心理上的視覺疲勞，對車速、車距的感知敏銳度下降。這樣的狀態下，駕駛員非常容易反復加速而超速行駛，與前車距離過近，出現嚴重追尾等行車安全事故的可能性不斷增加。在道路設計時，設計師應當在長直線道路兩側人為設置一些能夠轉移駕駛員部分注意力的構造物，從而使駕駛員有一些參照物來控制行車速度、緩解疲勞。

四、視覺分析在道路設計中的應用策略

（一）遵循視覺需求開展道路設計

設計師進行道路設計需要遵循一些行業內的設計原則，其中就包括駕駛員的視覺需求。駕駛員是公路、城市道路的主要使用者，是各類交通事故中受到直接影響的人群，他們的需求必須得到設計師的重視。在駕駛行為中，駕駛員需要通過視覺來獲取超過80%的信息，路線的線形、分叉、標志和車輛的速度、間距等信息對駕駛員作出駕駛行為有著不可忽視的影響，駕駛員能否對眼前的情況作出有效的、及時的反應決定了道路行車安全程度。設計師在道路設計過程中應當充分考慮駕駛員的視覺距離、視覺范圍、視覺感受，避免設計出為駕駛員帶來錯覺、疲勞、心理壓力的道路環境。

（二）盡可能消除視錯覺的影響

設計師在進行道路設計時應盡量避免設計容易產生視錯覺的設計方式，比如中間暗凹的線形、反復起伏的線形、短直線插入同向彎曲的豎曲線等，這類平縱面設計會使得交通事故率大幅度上升。設計師應全面掌握可能引發視錯覺的因素，比如：控制道路的前后坡度差和坡長有助于消除坡度錯覺。不同路段上產生坡度錯覺的臨界值有所不同，設計師需要謹慎使用，比如凸形豎曲線上坡路段坡差超出3%時，駕駛員更容易將凸形豎曲線看作最高點，認為后坡為下坡路段，從而換擋減速行駛，從而導致車輛爬坡吃力有熄火的可能性。設計師應將道路設計的數值盡可能遠離臨界值，將道路的實際情況呈現得更加清楚，對駕駛員進行視覺矯正。

（三）改善道路路側環境

在道路設計中，道路兩側的路側環境對駕駛員的視覺感知也存在不可忽視的影響，路側環境同樣在引導著駕駛員的駕駛行為。

1.設置護欄

護欄是道路上十分重要且常見的結構之一，能夠為駕駛員提供良好、明確的視線誘導，有效提高道路交通的安全性，增加駕駛員的視覺心理舒適程度。護欄的應用能夠減少凹形豎曲線造成視錯覺的可能性，幫助駕駛員明確道路的真實方向、坡度，提高行車安全程度。而且，護欄在設置時應當根據駕駛員的視覺修正需求來進行處理，比如當駕駛員行駛在一條長下坡上時，由于長時間傾斜行駛，駕駛員對坡度的感知會逐漸傾斜的地面影響，對道路的真實坡度和前路情況形成錯誤的認知。如下圖所示，圖1為實際的道路坡度情況，圖2為駕駛員在長時間坡路行駛后產生的錯誤認知。

圖1 實際的道路坡度情況

圖2 駕駛員產生的錯誤認知

想要解決這種情況，設計師可以在坡路上設置垂直于水平面的護欄，護欄在坡路上呈現出一定的傾斜角度，在不讓駕駛員一眼分辨出是傾斜的護欄的基礎上，來從視覺上提醒駕駛員“你正處于下坡狀態”。如圖3所示。傾斜護欄的設計傾斜角度應控制在具有良好誘導效果，又不會一眼看出，且不能影響對向車輛駕駛員駕駛行為的范圍內。通常來講，坡度為5%的道路上，傾斜護欄與路面豎直方向的傾斜角應控制在15～30°范圍，能夠消除坡度視錯覺；這個范圍的傾斜角對向爬坡車輛有一定的影響，但還不會影響對向車輛的行駛安全。

圖3 傾斜護欄安裝后的三維視圖效果

在凸形豎曲線道路上，頂部的視線誘導十分重要，通常可以用護欄來完成。設置護欄后，位于豎曲線頂部的護欄能夠為駕駛員提供道路線形提示，讓駕駛員提前知曉凸形豎曲線后的道路究竟是直還是彎，是右轉還是左轉，幫助駕駛員進行安全行駛。

2.設置路側景觀

道路路側景觀是道路設計中的重要組成，不僅可以美化道路，還能夠為駕駛員提供一定的視覺參照，減少駕駛員因為視錯覺而發生行駛安全事故的可能性。比如：設計師在道路需要減速的部位設計種植密集高大的樹木，會誘導駕駛員產生道路變窄的錯覺，促使駕駛員做出正確的減速行為。又比如：設計師在凹形豎曲線底部位置設計種植植物，可以一定程度上消除駕駛員看到的前后道路上的坡度，避免讓駕駛員以為在上坡很陡，避免駕駛員為了爬坡做出過度加速的駕駛行為。但這種通過路側景觀來為駕駛員提供視覺參照的方式并不適用于所有的坡度道路，如果設計師在凸形豎曲線的頂部設計種植樹木或景觀，會給駕駛員造成坡度更陡的錯覺。

（四）處理好道路交叉口的視覺問題

道路交叉口通常是交通事故多發的地點，也是一旦發生交通事故就有較大影響的部位。在處理道路交叉口時，設計師應為駕駛員提供交叉口的信息提示，讓即使行車速度較快的駕駛員也能夠快速分辨出合流、分流、橫穿的位置，分辨出轉向彎道的內外側位置，分辨出彎道后段部位的道路情況。設計師可以在道路交叉口設計種植高大的樹木，并保持駕駛員的通視效果。高大的樹木作為垂直要素能夠把交叉路的岔道路口明確標示出來，使駕駛員明確行車方向；樹冠高大但樹干處沒有多余枝干，能夠保證彎道內側有足夠的視距，有助于駕駛員在轉彎前掌握彎道內道路情況。

結語

駕駛員是道路的主要使用人群，在進行道路設計時，設計師必須要充分參考他們的使用需求。視覺分析使設計師了解駕駛員行車駕駛過程中對道路線形等因素的感受，為設計師消除視錯覺、緩解駕駛疲勞、提供鮮明提示、保持開闊通視范圍奠定基礎。視覺分析在道路設計中的應用，有效增強了道路設計效果，減少了因道路設計、視覺問題導致的交通事故數量。