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如何通过车道线影响驾驶人控制车速?


导  语 

车道线为驾驶人判断车辆行驶轨迹和速度提供参照,对驾驶行为的影响重大。科学合理地设置车道线可以使驾驶人正确判断、控制车速,从而确保安全、提高道路通行能力。那么,车道线对驾驶人选择车速有何影响?具体又该如何设置呢?请看公安部道路交通安全研究中心特约专家、3M交通安全系统部首席交通安全教育与政策联络官官阳的分析。

 

驾驶机动车高速运动时,人们需要判断自己的运动轨迹和速度,以便知道下一秒的运动方向和位置,这就需要参照物。参照物可能是路侧的树木,也可能是路侧的建筑物,但最专业的、驾驶人最应该被训练和最习惯使用的,一定是由交通工程师提供的车道两侧的标线,其中最常见的就是虚线型车道线,英文名称为broken line,即虚线,是提高道路通行能力的重要措施之一。

 

虚线型车道线是根据人眼的什么特性设置的?

世界各国对虚线型车道线的长度,即虚线与实线的长度比例要求是不一样的,也给这种长度赋予了不同的含义和目的。这是为什么呢?需要从人的视觉特点讲起。

 

人眼看到物体是因为对比度的存在,也就是光的强弱带来的光感差异,这种光信号成像于视网膜上,并由视神经输入人脑,感觉到物体的像。但当物体移去时,通过光印在视网膜上的“像”不会立即消失,而要延续0.1-0.4秒,人眼的这种特性被称为“视觉暂留”,也叫余晖效应。人眼看到的物体在快速移动时,相当于物体的影像在不断地出现和消失,但每次“消失”后(位移和背景更换),人眼仍能继续保留其原位影像很短暂的时间。人的年龄不同、身体条件不同,对光的敏感度不同,视觉暂留时间也有长短之分。老年人之所以视力差,就是接受光信号的能力变差了,需要更强的光刺激,加大对比度。

 

这种视觉暂留现象,一般最长会延续0.4秒,也就是一秒钟内会有2.5次接受和消失过程,科学上将每秒的周期性变动重复次数称作赫兹(Hz),也就是人眼能感受到的闪烁率(flicker fusion rate)是2.5Hz,超过这个频率,人眼就很难准确感受到交替的频率,这时会成为连续的感受。

 

视觉暂留现象首先被中国人运用,宋代出现的走马灯便是据历史记载最早的视觉暂留运用。随后,法国人保罗·罗盖在1828年发明了留影盘,是一个被绳子从两面穿过的圆盘,盘的一面画了一只鸟,另一面画了一个空笼子,当圆盘旋转时,鸟在笼子里出现,这证明了当眼睛看到一系列图像时,一次保留一个图像。电影和动画片的播放原理,与这些技术发现都有很大关系。

 

图1:留影盘

图1:留影盘

 

人类使用虚线型车道线,并在随后研究车道线的长度、增强和替代标线的凸起路标(反光道钉)的间距等,都与这种视觉暂留特性有关。通过车道线的断续现象和不同的断续节奏,在提供行驶轨迹与行车规则的同时,也为驾驶人提供进程感、速度感和安全警示信息,同时还节省了大量涂料。

 

图2:美国优化了对比度的车道标线

图2:美国优化了对比度的车道标线

 

驾驶人如何通过车道线判断自己的运动速度?

针对使用标线和凸起路标提供道路轮廓参照物的研究有很多,这些研究进一步揭示了视觉感受与车速的关系。

 

美国艾伦等人的研究发现,在动态条件下,因为人眼的视觉暂留现象与持续的位移导致影像变换叠加,人眼观察到的道路轮廓的对比度阈值感受会降低,这种白色虚线形成的视觉断续感的时间长度就是对比度阈值,也就是动态过程的“闪烁率”,会随着车速的提高而变短,速度快到一定程度时,断续感会消失,也就是专业上所称的“对比度阈值降低到了极限”,这时点连成线,我们平常说的“车速飞快,路侧的树木连成了一排”就是这个感受的一种描述方式。

 

研究发现,人会根据视觉闪烁率感受物体的运动速度,而人能感受到的闪烁率最高是2.5 Hz,如果达不到这个值,人会觉得自己的运动速度不够快。当凸起路标的间距是12.2米(40英尺,美国标准的车道线长度,即一组虚实线组合的长度)时,为了能每秒钟接收到2.5个闪现周期,就需要驾驶人以109.5公里/小时的速度行进,这样才能在每秒前进30米的速度中感受到2.5个周期。如果凸起路标的间距减小到7.3米(24英尺),速度为43.5公里/小时就可以获得同样的闪烁率感受。所以,当驾驶人视觉感受到的闪烁率低时,会觉得自己的车速慢而想要加速。因此,当凸起路标的间距加大后,驾驶人会因为看到远点参照坐标的延迟性而主动增加速度,以便能达到最高速的闪烁率感受,这是一种视觉传递的运动速度感。

 

“六九线”是我国限速60公里/小时以上道路的标准车道线,即一组虚实线的组合是6米实线、9米空档,每15米有一次虚实更替。按照2.5Hz的闪烁率思考“六九线”就会发现,如果要使“六九线”的闪烁率是2.5Hz,需要每秒行驶37.5米,时速是135公里,这也是为什么我国流量低的公路上自由流车速会很高的原因之一,因为白实线长6米(在眼底消失的时间比3米线长一倍),变换周期是15米,驾驶人感受的闪烁率不高,就不能获得满意的视觉高速度感。与美国“三九线”(即3米白实线9米空档,每12米有一次虚实更替)中的3米白实线相比,6米白实线会有更长的余晖效应,影像暂留效应比3米长一倍,速度感自然就迟缓很多,所以,“六九线”比“三九线”更鼓励高车速。

 

怎样调整车道线以使驾驶人降低车速?

同理,通过调整闪烁率的方法,比如提高轮廓标、标线和反光道钉的密度,就可以影响车速。

 

艾伦等人的研究建议,如果凸起路标的间距缩小,闪烁率延迟,视觉上觉得自己的车速低了,也许可以避免在不利能见度条件下导致的不适当高速。研究结论建议把12.2米(注:英制单位换算导致的小数点)的虚实线组合(9.2米空档+3.05米实线)的3:1周期缩小,比如改为5:3,把一个组合降低到7.3米(4.6米空档+2.7米实线),这样在视距不佳的条件下,可以降低驾驶人提高车速的欲望。应对不良视认天气条件的降速要求,其实就是降低了闪烁率,凸起路标的间距对应缩小。

 

英国的国家标准针对不同的用路状态和安全需要,对每段车道线的长度做了更多样的设定,也都是结合人眼的闪烁率特征制定的。此外,还规定,标线在初始布设后,如果脱落率超过30%,就不能再作为执法依据,而且还要求标线的最短视认距离是1.8秒,理想状态是2.8秒。这些规定都与人的视力特征有关。

 

图3和表1是英国使用的标准车道线的长度与宽度、凸起路标。标准车道线分两种:

“一五线”,即1米白实线5米空档,每6米有一次虚实更替,是限速40英里/小时(64公里/小时)以下的道路使用的车道线;

“二七线”,即2米白实线7米空档,每9米有一次虚实更替,是限速40英里/小时(64公里/小时)以上的道路使用的。

 

标线宽度一般为10厘米,如果道路上重型车辆多或者车速高,应使用15厘米宽的标线,这样可以提高视距。如果是车速超过70英里/小时(112公里/小时)的多车道快速路,必须使用15厘米宽的标线。如果使用道钉,间距分别是12米和18米,也就是两组标线一个道钉。

 

图3:英国标准车道线“一五线”和“二七线”

图3:英国标准车道线“一五线”和“二七线”

 

表1:英国标准车道线和凸起路标

表1:英国标准车道线和凸起路标

 

值得注意的是,英国规定的“一五线”和“二七线”都是常规路段上使用的,在需要降低车速的危险路段,或者需要传递给驾驶人特殊信息,比如接近路口、上坡或者有中央行人安全岛、前方有弯道等等,车道线的间距和长度都需要调整,总体思路是根据闪烁率原理,延长白实线的长度、缩短空档,改变驾驶人视觉对速度的感受,使其降低车速。图4的“四二线”(4米白实线2米空档)和“六三线”(6米白实线3米空档)就是标准的警告标线形式,这时,道钉的间距也随之缩小,“四二线”采用6米间距,“六三线”采用9米间距,而不是常规路段上的12米和18米。

 

图4:英国标准的警告标线形式

图4:英国标准的警告标线形式

 

表2是英国国家标准对警告标线的视距规定,也就是能开始看到警告标线的距离。

 

表2:英国警告标线的视距规定

表2:英国警告标线的视距规定

 

标线的设置技术,对人的驾驶行为影响很大,对车道保持、换道操作、行驶速度等方面都有影响,在标线的设计、使用、施工、材料、维护保养、检测等方面,还有很多内容值得深入学习,因为篇幅原因,难以都覆盖到,这里只能管窥一斑。交通安全管理,是在安全与效率之间博弈,是一场持久战斗,要把有限的资源投入到无限的战斗中去,要考虑的是人性的特点和各种经济效益的最大化,追求可持续和尽可能的节省,这些理念级的价值认知元素,从标线的设置技术上也可以感受到。

 

参考文献:

Allen, R. W. et al. (1977). Drivers' Visibility Requirements for Roadway Delineation, Vol. 1: Effects of Contrast and Configuration on Driver Performance and Behavior. Technical Report No. FHWA–RD–77–165. Washington, D.C.: Federal Highway Administration.(艾伦,等. 1977年. 驾驶人道路轮廓视认需求研究,第一卷:道路轮廓标识的对比度和配置方式对驾驶人行为和驾驶质量的影响. 美国联邦公路管理局技术报告)

 

(文 / 公安部道路交通安全研究中心特约专家、3M交通安全系统部首席交通安全教育与政策联络官 官阳)


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