CN105019916B - 山区高速公路桥隧连接段视觉环境改善设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种山区高速公路桥隧连接段视觉环境改善方法，在隧道出口路缘及检修道设置红白相间标记线及路侧路面突起路标，构成空间高频视觉信息流；在隧道出口段设置侧墙竖向标线及侧墙双层轮廓标，在隧道出口段侧墙及桥隧连接段钢筋混凝土护栏设置中频黄色韵律感曲线，在隧道出口段及桥梁路面设置彩色沥青路面及视错觉标线，共同构成中频视觉信息流；在隧道出口段侧墙设置低频蓝色韵律感曲线，构成低频视觉信息流。高中低频视觉系统均采用高强度逆反光材料，从而构成逆反射照明系统。在隧道出口设置叶脉式风屏障，实现隧道进出口侧风、亮度、遮雨过渡。本发明能提高驾驶员的瞬时感知速度，改善行车中驾驶员的距离感知能力，同时缓解驾驶疲劳。

Description

山区高速公路桥隧连接段视觉环境改善设计方法

技术领域

本发明涉及一种山区高速公路桥隧连接段视觉环境改善设计方法，属于交通附属设施设计领域。

背景技术

桥隧群路段的行车环境，与普通高速公路路段相比，有其自身特点:

(1)桥隧连接段在较短的空间内频繁改变行驶环境，其中隧道的出口和入口由于光环境和物理环境的突然变化导致出现“黑洞效应”和“白洞效应”。

“黑洞效应”是形容驾车进入隧道的机动车驾驶员由于隧道内外环境照度、亮度差异大，照度、空间过渡剧烈，生理上瞳孔剧烈增大，形成视觉震荡，心理上产生紧张感，加剧驾驶不适感，即照度剧烈过渡成“黑”，空间剧烈过渡成“洞”。视觉“黑洞效应”显著地影响到公路隧道进出口的交通安全。出于控制运营成本、降低养护费用等原因，一般公路隧道在白天的照明情况并不好，部分隧道照明“配得起，用不起”，有的隧道少开甚至不开照明；在天气晴朗、阳光直射的公路隧道进出口环境下，隧道内部照明起到的作用十分有限，导致公路隧道入口驾驶员视觉产生严重不适，威胁隧道行车安全。

“白洞效应”形容驾车驶出隧道的机动车驾驶员在隧道内外环境照度、亮度差异大，照度、空间过度剧烈的条件下产生影响行驶安全的生理心理影响的现象。公路隧道出口照明水平不足造成隧道出口瞳孔照度分布不均，差异极大，易造成隧道出口出现对比眩光或适应型眩光，而这种由于在驾驶员视野中隧道出口照度过渡不合理所造成的眩光对驾驶员心理生理方面产生不良影响，这极大影响驾驶员在隧道行车过程中的行车安全。

(2)桥隧连接段结合隧道、桥梁和道路三种构造物形式，历经三种不同行车环境在线形设计、抗滑性能、照明以及气候环境方面存在过渡和差异，因此存在较大的运行风险。如桥梁上视线开阔，进入驾驶员视线的是开阔的江河湖海或高山深谷，隧道内空间狭窄，存在驾驶员视觉明暗适应问题，其他路段多为草地、树林、村镇，隧道内空边坡等路侧形成较大的反差。

(3)尤其是在山区，由于自然环境条件较差，如雨雾多、降水多、冬季路面结冰、天气变幻无常等，造成交通环境更加差异和悬殊，桥隧连接段交通安全存在诸多隐患。

(4)桥隧连接段属于交通网络瓶颈路段，救援和疏散困难，易发生二次事故，使得隧道内外各种突发事件的发生频率以及所需的应急救援力量随之增加。

因此，很有必要根据事故形态和事故原因(超速)，通过提升车速感知能力、车距保持能力以及缓和照度过渡，对桥隧连接段的视觉环境进行改善设计，以达到桥隧连接段交通工程设施安全与效益的统一。

发明内容

本发明针对山区高速公路桥隧连接段照度及控速设施设计不合理的现状，在隧道出口前采用高频、中频频率的轮廓标、路缘石下边缘立面标记线、彩色沥青路面及韵律感曲线的侧墙视错觉减速标线，在隧道出口与桥梁连接处采用颜色和透光率缓和过渡的叶脉式风屏障，在桥梁路段采用彩色沥青路面，在护栏处采用韵律感曲线，通过设置高强度逆反射材料组成的视错觉环境系统，以提升隧道出口前速度感知能力、车距保持能力进而平稳减速，从而达到规范和引导隧道内的车速控制行为，有效避免事故的发生的目的。

本发明是基于如下原理：

隧道内空间频率在8～12Hz作用下时，感知速度显著大于物理速度，最高达30％以上，而中频、低频条件下(<2Hz)，感知速度小于物理速度。在行车环境中，理想感知速度应比物理速度略大为宜(<10％)，因此需要将高频、中频信息结合起来，以达到感知速度与物理速度相协调，并实现速度控制的长效机制(参见图1)。同时根据驾驶员视错觉与环境相适应，运用韵律感曲线和视错觉标线相结合的减速方式，实现出隧道前及时减速、桥隧连接段缓减速的效果，以降低车速差，提高行车安全。

本发明所采用的技术方案是：

一种山区高速公路桥隧连接段视觉环境改善设计方法，在低照度高速公路隧道出口，设置隧道出口路缘石下缘及检修道平面红白相间标记线及路侧路面突起路标，相邻的路缘石下缘及检修道平面红白相间标记线间距为1.5m～3m，构成空间高频视觉信息流；在隧道出口段150m侧墙设置隧道出口侧墙立面标线及侧墙双层轮廓标，侧墙双层轮廓标间距20～30m，在隧道出口段150m侧墙及桥隧连接段钢筋混凝土护栏设置黄色中频韵律感曲线，周期50m，相邻波谷/波峰间距12.5m，波峰高度为2m、1.5m、1m依次递减，在隧道出口段150m路面及桥梁150m路面设置宽度为7.5m彩色沥青路面，间距30m，每车道彩色沥青上面铺设3行3列1m×1m白色正方形路面视错觉标线，共同构成中频视觉信息流；在隧道出口段200m侧墙设置蓝色低频韵律感曲线，周期100m，相邻波谷/波峰间距100m，波峰高度为3m，构成低频视觉信息流。其中高频、中频视觉系统均采用高强度逆反光材料，从而构成逆反射照明系统。在隧道出口的桥梁两侧设置30m长、5m高的叶脉式风屏障，透风率和透光率从顶部到底部依次为30％、35％、40％、45％，可以使侧向风对驶入桥梁车辆的作用力依次降低的同时有效缓和隧道出口的亮度过渡。隧道内逆反射照明系统与桥隧连接段风屏障设计共同组成隧道出口车速控制设施系统，以实现隧道出口车速的合理过渡。

本发明的方法，适用于限速为60～80km/h的高速公路，尤其是山区高速公路。

本发明的方法中，利用隧道出口路缘石下缘、检修道平面红白相间标记线及路侧路面突起路标，间距为1.5m～3m，构成空间频率为8～12Hz的高频视觉信息流，以提升驾驶员的速度感。

本发明的方法中，在隧道出口段150m侧墙设置侧墙竖向标线及侧墙双层轮廓标，相邻的侧墙竖向标线之间间距20～30m，在隧道出口段150m侧墙及桥隧连接段钢筋混凝土护栏设置黄色韵律感曲线，周期50m，相邻波谷/波峰间距12.5m，波峰高度为2m、1.5m、1m依次递减，在隧道出口段150m路面及桥梁150m路面设置宽度为7.5m彩色沥青路面，间距30m，每车道彩色沥青上面铺设3行3列1m×1m白色正方形路面视错觉标线，共同构成空间频率为0.5～1.0Hz的中频视觉信息流，以改善行车中驾驶员的距离感知能力及速度感知能力。

本发明的方法中，在隧道出口段200m侧墙设置蓝色的低频韵律感曲线，周期100m，相邻波谷/波峰间距100m，波峰高度为3m，构成频率为0.1～0.4Hz低频视觉信息流，提升驾驶员速度感知能力的同时缓解驾驶疲劳。

本发明的方法中，提升速度感知能力的高频信息主要包括隧道出口段侧墙、路缘石下缘及检修道平面红白相间标记线，针对设计车速为60～80km/h的高速公路隧道，其空间频率为8～12Hz，间距取1.5～3m，红白相间标记线高度不超过60cm；同时隧道内路面边缘线外侧及路中车道分界线设立突起路标，与红白相间标记线同频率设置。高频信息流的设置可以提供瞬时速度知觉，增大驾驶员视觉心理响应，并确保车辆运行过程中的驾驶员感知速度显著大于物理速度。

本发明的方法中，提升距离感知能力的中频信息主要为侧墙竖向标线、侧墙双层轮廓标，针对设计车速为60～80km/h的高速公路隧道，设置空间频率为0.5～1.0Hz，间距为20～30m；隧道出口段及桥梁上的彩色沥青路面，周期为50m，相邻波谷/波峰间距12.5m，波峰高度为2m、1.5m、1m依次递减；侧墙及桥隧连接段钢筋混凝土护栏设置的黄色中频韵律感曲线，在隧道出口段150m路面及桥梁150m路面设置宽度为7.5m彩色沥青路面，间距30m，每车道彩色沥青上面铺设3行3列1m×1m白色正方形路面视错觉标线。中频信息流可以提供中等心理反应,提升驾驶人的方向感及距离感。彩色沥青可使用棕红色彩色沥青。

本发明的方法中，确保驾驶人行驶过程中与前车进行车距确认的低频信息主要为隧道出口段200m侧墙设置蓝色韵律感曲线，周期100m，相邻波谷/波峰间距100m，波峰高度为3m，提升驾驶员速度感知能力的同时缓解驾驶疲劳。

本发明的方法中，轮廓标采用钻石级反光膜，突起路标采用白色双面高强级反光膜，路面减速标线采用棕红色彩色沥青涂料，其余墙面和路面标线采用全天候反光标线。

本发明的方法中，隧道内逆反射照明系统与桥隧连接段风屏障设计共同组成隧道出口车速控制设施系统。在隧道出口的桥梁两侧设置30m长、5m高的叶脉式风屏障，透风率和透光率从顶部到底部依次增加，分别为30％、35％、40％、45％，可以使侧向风对驶入桥梁车辆的作用力依次降低的同时有效缓和隧道出口的亮度过渡，以实现隧道出口车速的合理过渡。顶部透光率最小不仅减少光照对驾驶人眼睛的刺激而且可以有效阻挡雨水/雪的冲刷，减小路面湿滑，提升行车安全。

本发明的方法中，在隧道出口段150m路面及桥梁150m路面各设置5道棕红色沥青路面，彩色沥青间距为30m，每车道彩色沥青上面铺设3行3列1m×1m白色正方形路面视错觉标线，使驾驶员出洞前开始减速，在桥隧连接段继续保持低速前进，确保行车安全。

本发明的方法中，桥梁两侧钢筋混凝土护栏设置黄色中频韵律感曲线，周期50m，相邻波谷/波峰间距12.5m，波峰高度为2m、1.5m、1m依次递减，使驾驶员出洞后继续保持速度感知和距离感知的能力，降低驾驶疲劳。

发明优点如下：

1)在隧道出口侧墙及路缘石下缘设计红白相间立面、平面标记线、路面两侧的突起路标，共同构成空间高频视觉信息流，能提高驾驶员的瞬时感知速度。

2)在隧道出口段侧墙设置侧墙竖向标线及侧墙双层轮廓标、侧墙及桥隧连接段钢筋混凝土护栏设置黄色韵律感曲线、隧道路面及桥梁路面设置彩色沥青路面，共同构成空间中频视觉信息流，以改善行车中驾驶员的距离感知能力。

3)在隧道出口段侧墙设置蓝色低频韵律感曲线，构成低频视觉信息流，提升驾驶员速度感知能力的同时缓解驾驶疲劳。

4)室内仿真实验结果表明，采取本方法的隧道出口段逆反射照明系统，在60～100km/h车速时，驾驶员的感知速度比物理速度大10％左右，表明按照本方法设置的逆反射照明系统，能全面提升驾驶员的速度感。

5)在隧道出口前及桥梁路面设置彩色沥青路面，能达到出隧道之前提前减速，车辆驶入桥梁后继续减速的作用，提升驾驶员行车安全。

6)在桥隧连接段设置叶脉式风屏障，可以使侧向风对驶入桥梁车辆的作用力依次降低的同时有效缓和隧道出口的亮度过渡，以实现隧道出口车速的合理过渡。顶部透光率最小不仅减少光照对驾驶人眼睛的刺激而且可以有效阻挡雨水/雪的冲刷，减小路面湿滑，提升行车安全。

7)本方法采用低成本的逆反射材料构成的道路标线和视觉诱导系统，不涉及大规模道路基础设施，投资少，施工易，见效快，能缓和隧道出口照度、确保隧道安全。

附图说明

图1：理想感知速度、实际物理速度关系示意图；

图2：隧道出口交通安全设施设置立面图；

图3：隧道出口交通安全设施设置平面图；

图4：桥隧连接段交通安全设施设置平面图；

图5：桥隧连接段交通安全设施设置立面图；

图6：桥梁交通安全设施设置平面图。

图中：1-侧墙竖向中频标线；2-轮廓标；3-低频韵律感曲线；4-中频韵律感曲线；5-隧道出口侧墙立面标线；6-路侧路面突起路标；7-路缘石下缘及检修道平面红白相间标记线；8-彩色沥青路面；9-风屏障；10-拱形钢架支撑；11-护栏；12-车道分界线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如附图2至6所示，一种山区高速公路桥隧连接段视觉环境改善设计方法，在低照度高速公路隧道出口，设置隧道出口路缘石下缘及检修道平面红白相间标记线7及路侧路面突起路标6，相邻的路缘石下缘及检修道平面红白相间标记线间距为1.5m～3m，构成空间高频视觉信息流，以提升驾驶员的速度感；

在隧道出口段150m侧墙设置隧道出口侧墙立面标线5及侧墙双层轮廓标，侧墙双层轮廓标间距20～30m，在隧道出口段150m侧墙及桥隧连接段钢筋混凝土护栏设置黄色中频韵律感曲线4，周期50m，相邻波谷/波峰间距12.5m，波峰高度为2m、1.5m、1m依次递减，在隧道出口段150m路面及桥梁150m路面设置宽度为7.5m彩色沥青路面8，间距30m，每车道彩色沥青路面上铺设3行3列1m×1m白色正方形路面视错觉标线，共同构成中频视觉信息流，以改善行车中驾驶员的距离感知能力及速度感知能力；

在隧道出口段200m侧墙设置蓝色低频韵律感曲线3，周期100m，相邻波谷/波峰间距100m，波峰高度为3m，构成低频视觉信息流，提升驾驶员速度感知能力的同时缓解驾驶疲劳；其中高频、中频视觉系统均采用高强度逆反光材料，从而构成逆反射照明系统；

在隧道出口的桥梁两侧设置30m长、5m高的叶脉式风屏障9，透风率和透光率从顶部到底部依次为30％、35％、40％、45％，可以使侧向风对驶入桥梁车辆的作用力依次降低的同时有效缓和隧道出口的亮度过渡。隧道内逆反射照明系统与桥隧连接段风屏障设计共同组成隧道出口车速控制设施系统，以实现隧道出口车速的合理过渡。

本发明适用于限速为60～80km/h的高速公路，尤其是山区高速公路。

本发明中，提升速度感知能力的高频信息主要包括隧道出口段侧墙、路缘石下缘及检修道平面红白相间标记线，针对设计车速为60～80km/h的高速公路隧道，其空间频率为8～12Hz，间距取1.5～3m，红白相间标记线高度不超过60cm；同时隧道内路面边缘线外侧及路中车道分界线设立突起路标，与红白相间标记线同频率设置。高频信息流的设置可以提供瞬时速度知觉，增大驾驶员视觉心理响应，并确保车辆运行过程中的驾驶员感知速度显著大于物理速度。

本发明中，提升距离感知能力的中频信息主要为侧墙竖向标线、侧墙双层轮廓标，针对设计车速为60～80km/h的高速公路隧道，设置空间频率为0.5～1.0Hz，间距为20～30m；隧道出口段及桥梁上的彩色沥青路面，周期为50m，相邻波谷/波峰间距12.5m，波峰高度为2m、1.5m、1m依次递减；侧墙及桥隧连接段钢筋混凝土护栏设置的黄色中频韵律感曲线，在隧道出口段150m路面及桥梁150m路面设置宽度为7.5m彩色沥青路面，间距30m，每车道彩色沥青上面铺设3行3列1m×1m白色正方形路面视错觉标线。中频信息流可以提供中等心理反应,提升驾驶人的方向感及距离感。彩色沥青可使用棕红色彩色沥青。

本发明中，确保驾驶人行驶过程中与前车进行车距确认的低频信息主要为隧道出口段200m侧墙设置蓝色韵律感曲线，周期100m，相邻波谷/波峰间距100m，波峰高度为3m，提升驾驶员速度感知能力的同时缓解驾驶疲劳。

本发明中，轮廓标采用钻石级反光膜，突起路标采用白色双面高强级反光膜，路面减速标线采用棕红色彩色沥青涂料，其余墙面和路面标线采用全天候反光标线。

本发明中，隧道内逆反射照明系统与桥隧连接段风屏障设计共同组成隧道出口车速控制设施系统。在隧道出口的桥梁两侧设置30m长、5m高的叶脉式风屏障，透风率和透光率从顶部到底部依次增加，分别为30％、35％、40％、45％，可以使侧向风对驶入桥梁车辆的作用力依次降低的同时有效缓和隧道出口的亮度过渡，以实现隧道出口车速的合理过渡。顶部透光率最小不仅减少光照对驾驶人眼睛的刺激而且可以有效阻挡雨水/雪的冲刷，减小路面湿滑，提升行车安全。

本发明中，在隧道出口段150m路面及桥梁150m路面各设置5道棕红色沥青路面，彩色沥青间距为30m，每车道彩色沥青上面铺设3行3列1m×1m白色正方形路面视错觉标线，使驾驶员出洞前开始减速，在桥隧连接段继续保持低速前进，确保行车安全。

本发明中，桥梁两侧钢筋混凝土护栏设置黄色中频韵律感曲线，周期50m，相邻波谷/波峰间距12.5m，波峰高度为2m、1.5m、1m依次递减，使驾驶员出洞后继续保持速度感知和距离感知的能力，降低驾驶疲劳。

在具体实施过程中，可以采用如下的安装布置方式：

1)先清洗隧道侧墙和路面，画隧道出口侧墙立面标线5、路缘石下缘及检修道平面红白相间标记线7及路侧路面突起路标6；

2)在隧道出口段侧墙画侧墙竖向中频标线1延伸到洞顶，并在侧墙画低频韵律感曲线3以及中频韵律感曲线4，在桥梁护栏侧面画中频韵律感曲线4；

3)隧道侧墙上从下至上安装双层轮廓标2，隧道路面及桥梁路面铺设彩色沥青路面8；

4)隧道出口段路侧路面安装路侧路面突起路标6，隧道内外路面施画车道分界线12；

5)在桥隧连接段安装拱形钢架支撑10，并在上面安装风屏障9。

需要注意的是：

1)本方法适用于低照度的高速公路桥隧连接段，对现有的隧道照明系统是一种有益的补充，因此要求隧道内安装有照明机电系统，且运营照明不能全部关闭。

2)本方法需要在隧道出口前设置前方桥隧连接段请减速行驶的警告性标志，适用于限速为60～80km/h的公路隧道。

3)本方法中隧道内逆反射照明系统应注意保养、维护，当轮廓标反光系数降低到设计数值的70％以上时，应注意更换反光膜。

4)本方法中风屏障应注意保养、维护，定期检查钢架结构是否正常。

Claims (4)

1.一种山区高速公路桥隧连接段视觉环境改善设计方法，其特征在于：在限速为60～80km/h的低照度高速公路隧道出口，设置隧道出口路缘石下缘及检修道平面红白相间标记线（7）及路侧路面突起路标（6）共同构成高频视觉信息流，相邻隧道出口路缘石下缘及检修道平面红白相间标记线（7）上的红白间距为1.5m～3m；在隧道出口段150m侧墙设置隧道出口侧墙立面标线（5）及侧墙双层轮廓标（2），相邻侧墙双层轮廓标（2）之间间距20～30m，侧墙竖向中频标线（1）延伸到洞顶，在隧道出口段150m侧墙及桥隧连接段钢筋混凝土护栏（11）设置黄色中频韵律感曲线（4），周期50m，相邻波谷/波峰间距12.5m，每个周期内波峰高度为2m、1.5m、1m依次递减；在隧道出口段150m路面及桥梁150m路面设置宽度为7.5m的彩色沥青路面（8），间距30m，每车道彩色沥青上面铺设9个呈3行3列排布的正方形路面视错觉标线，每个正方形均为白色且尺寸均为1m×1m，侧墙竖向中频标线（1）、侧墙双层轮廓标（2）、黄色中频韵律感曲线（4）、隧道出口侧墙立面标线（5）、彩色沥青路面（8）和白色正方形路面视错觉标线，共同构成中频视觉信息流；在隧道出口段200m侧墙设置蓝色低频韵律感曲线（3），周期100m，相邻波谷/波峰间距100m，波峰高度为3m，蓝色低频韵律感曲线（3）构成低频视觉信息流；其中高频、中频视觉信息流均采用高强度逆反光材料，从而构成逆反射照明系统；在隧道出口的桥梁两侧设置30m长、5m高的叶脉式风屏障（9），透风率和透光率从顶部到底部依次为30%、35%、40%、45%；隧道内逆反射照明系统与叶脉式风屏障设计共同组成隧道出口车速控制设施系统，以实现隧道出口车速的合理过渡；所述的高频视觉信息流的频率为8～12Hz；所述的中频视觉信息流的频率为0.5～1.0Hz；所述的轮廓标（2）采用钻石级反光膜。

2.根据权利要求1所述的山区高速公路桥隧连接段视觉环境改善设计方法，其特征在于：所述的叶脉式风屏障（9）采用透明钢化玻璃。

3.根据权利要求1所述的山区高速公路桥隧连接段视觉环境改善设计方法，其特征在于：所述的路侧路面突起路标（6）采用高强级反光膜。

4.根据权利要求1所述的山区高速公路桥隧连接段视觉环境改善设计方法，其特征在于：所述的彩色沥青路面（8）采用棕红色彩色沥青涂料。