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凸起路标的科学用法与作用原理

2019-06-01官阳

汽车与安全 2019年11期
关键词:标线虚线路标

官阳

近年来,我国对标线的安全作用越来越重视,但是因为标线质量不好控制或没有水下反光标线,很多地方开始借助在路面安装反光凸起路标来辅助标线的引导功能。特别是广大农村地区,照明条件有限,道路标线施工养护不便,可以快速简便粘贴于路面的凸起路标和平面路标,有更加广阔的应用需求。

关于凸起路标如何安装、控制间距以及对车速的影响等,目前国内的具体技术研究做指导和说明都很有限。事实上,凸起路标是国际上的一个常见做法,也有很多相关的技术研究报告和使用指南。本文就从技术角度,介绍凸起路标的正确用法。

凸起路标(Raised Pavement Marker),业内习惯称为道钉,有反光、内部照明和不反光三种形式,最流行的是反光凸起路标,它是一种重要的安全设施,用来辅助增强标线的视认性甚至替代标线完成交通控制。其最大的优点是在路平面之上有个很小的垂直高度,在路面有水膜时,不易被水阻挡,可以为驾驶人提供更好的视觉引导。特别是反光凸起路标,因为迎向交通流方向的小立面上装有反光片或本身就是玻璃球制作的,可以反射汽车灯光,给驾驶人提供更加准确的视距和方向性,其中反光片型凸起路标还有向驾驶人提供行驶方向正确信息的作用(其他方向会无法获得反光)。在美国的国家标准和技术研究报告里,有一系列对凸起路标详细的技术要求,本文提取其中的重点,逐一介绍。

凸起路标的基本要求

凸起路标,作为辅助和替代标线完成行车轨迹定位的参照物,其颜色必须与所要辅助或替代的标线颜色一致,无论白天还是黑夜。这是最基本的要求。

反光凸起路标面向反方向交通流的一侧,可以是红色的。如果驾驶人看到路面上有凸起路标的红色光,要意识到自己已经错误驶入了逆行。

所以红色凸起路标虽然有红色反光片,但是不应该被正确行驶的驾驶人看到。

反光凸起路标或内部照明型凸起路标,可以用在隆起的缘石型中央隔离带、分离岛头的前端路面上,也可以用在缘石平面之上。

反光凸起路标或内部照明型凸起路标有单向形式和双向形式两种。双向的可以配合面向的车流方向展示不同的颜色。

蓝色凸起路标有时在路面上用来帮助应急人员快速找到消防栓。

重要的一点是,内部照明型凸起路标,应该是亮度稳定持续的而不得闪烁。闪烁型凸起路标是被用作道内路面警示灯使用的,而不是标线,标线的作用是提供定位和轨迹参照,所以必须恒定。不能闪烁,其原因在本文后面提到闪烁率对速度的影响时会提及。

无补充照明时,无反光功能的凸起路标不能独立用来替代道路标线。凸起路标的方向配置应该是把正确的方向信息最大化地提供给用路者,并且设法使用路者对行车方向的困惑最小化。凸起路标的方向配置,还要考虑因为路标的可视角度错置导致的用路者方向困惑问题。

凸起路标的间距与位置

凸起路标的一个重要作用是補充甚至替代标线,为车辆提供定位和运动轨迹的参照,所以保持线性的视觉感受非常重要。这就涉及到了路标的间距。

凸起路标的间距,受到三种不同使用目的影响:(1)辅助强化标线的定位信息,提升标线的视认性;(2)约束换道行为和强化谨慎驾驶的提示作用;(3)替代标线完成交通控制。

从凸起路标相对于标线的安装位置说,主要有两种,一种是在所辅助标线的车道的内侧,紧挨着标线(距离约5~7厘米),一种是在标线的纵断面前缘或后缘,或者是虚线长度的中间。

为辅助双线的定位视觉,而不需要约束跨线行为时,则只安装在双线之间安装。在需要强化传递有变线约束的时候,会加大密度,并在双黄线的双外侧对称安装。在辅助宽标线时,要在标线的两侧对称安装,以勾勒标线的宽度,强化视觉效果。

下面介绍辅助和强化标线视认性、约束跨线行为的安装方式。

行车道标线是断续的虚线,提供的是一种闪烁率,以便驾驶人可以通过视觉获得进程感,感受速度,预判轨迹,确认车距。凸起路标的设置间距,要充分考虑这种闪烁率(也就是单位时间里看到凸起路标的频率)对驾驶行为的影响。有研究显示,其稀疏程度,会对车速有影响,特别是如果当凸起路标对车道轮廓的描述不充分时(布设间距过大),可能会诱使驾驶人加速。

按照美国的联邦标准,典型的行车道标线(断续标线)一组长度是12.2米,其中空档是9.1米,白色实线是3.1米,虚实比是3:1。在设定凸起路标的间距时,这个基础长度很重要,被称作N值,也就是虚实线一组的长度距离,它是凸起路标的间距计算基础。(数据来源:道路边界轮廓实务手册,The Roadway Delineation Practices Handbook)。

我国最常见的标线组合是六九线,也就是6米实线9米空档,虚线是15米。N值就是15米。最简单的N值间距,即每段实线标线的端头安装一个凸起路标,两个之间的间距就是15米(相比美国,我国的标线更耗涂料)。

中心线

在双向双车道的路上,辅助中心双黄线:按照虚实线组合的N值,以2N,也就是24.4米为间距,在双线的中间安装。

辅助有一侧可以借道超车的中心黄线,或者是双车道中心线,以2N为间距,在虚线的中间空档安装。

在双向双车道的路上辅助允许双向借道超车的中心黄虚线,以2N (24.4米)为间距,在虚线的中间空档安装。

在双向双车道上,辅助从允许双向借道超车到禁止超车路段的中心线时,以2N(24.4米)为间距,在虚线的中间空档安装,同时,在出现双实线的地方在双实线双向外侧以N(12.2米)为间距安装。

在多车道的双向道路上辅助双实黄线,以N(12.2米)为间距,在双线的外侧安装,一般与实线保持50.8~76.2毫米(2~3英尺)的距离 (如图3)。

行车道分道模式

辅助行车道分道线的凸起路标,通常以2N(24.4米)为间距,在两根实线间的空档安装。除非另有规定的除外。

边缘线模式

辅助道路左路侧边缘实线的安装方式是按照以N(12.2米)为间距,在实线的内侧安装,距离白色实线50.8~76.2 毫米(2~3 英尺)。

通常情况下,不用凸起路标补充道路右侧的边缘线,除非右侧有特殊的风险元素,那么就需要安装凸起路标辅助标线,这时的间距宜为6.1米(N/2),而且标线也应该在合理的距离内有所加强。这些风险元素主要是路侧有护栏、树木、设施立柱、桥梁栏杆、排水沟等,或者是车道外侧紧邻路边缘障碍,车道有消失或者车道要变窄等。

在平面弯道上,如果弯道的曲线弧度小于3度,一般以2N(24.4米)为间距,如果弧度大于或等于3度,以N(12.2米)为间距,当弧度大于或等于15时,以N/2(6.1米)为间距,当弧度大于20度时,使用双侧凸起路标的形式。

在直线段,使用凸起路标做中心线或者車道边界时,最大的间距是24.4米。用在半径为200米的弯道(8~9度的弧度)上做中心线时,最大的间距是12.2米。

美国的“窄桥标准”(数据来源:道路边界轮廓实务手册,The Roadway Delineation Practices Handbook)规定,在双车道农村公路上,凸起路标在中心线和边缘线上间隔为每24.4 米 (80 英尺),在接近一座狭窄的桥梁时,间距降低到12.2 米 (40 英尺),以显示路面宽度在下降。

在左转车道上的用法(数据来源:道路边界轮廓实务手册,The Roadway Delineation Practices Handbook),对于三车道道路的连续中心左转车道,在左转车道外侧用N值做凸起路标的间距,在车道内侧用2N 值做间距;对于5车道中央的连续左转弯车道,在左转车道外侧用N值做凸起路标的间距,在车道内侧用2N 值做间距,同时在直行车道上也用2N 值做间距设置凸起路标。

同时,在左转车道两侧使用凸起路标时,还要考虑在左转车道与直行道分离段的最初30.5米(100英尺)不设置凸起路标,以便让直行车无需跨越凸起路标就驶入左转车道。

在交叉口路段,美国的标准是这样规定的(数据来源:道路边界轮廓实务手册,The Roadway Delineation Practices Handbook):

在单向双车道道路的交叉口上游的4N的距离开始,把路中线的凸起路标的间距从N值降低一半到N/2;

在双向双车道道路的交叉口上游的4N的距离开始,把路中线的凸起路标的间距从N值降低一半到N/2;

在双向四车道道路的交叉口上游的4N的距离开始,把行车道线的凸起路标的间距从N值降低一半到N/2;并将它们与路中线的凸起路标位置对齐。

如果使用凸起路标替代标线,也就是不再画标线而只使用凸起路标来完成控制呢?凸起路标的间距要从视觉上模仿标线的效果。

通常情况下,如果是替代断续的虚线,要用凸起路标做实线的部分,一般是采用3到5个凸起路标均匀布设在实线长度内,间距不大于N/8。如果N不是24.4米,那么就按虚实长度比布设。虚实比是2:1的,使用3个;虚实比是3:1的,使用4个;虚实比是4:1,使用5个。

如果使用凸起路标替代实线,路标的间距应该小于N/4。一般右侧车道边缘线不使用凸起路标,主要考虑到自行车的骑行安全和避免在雨夜时被驾驶人误认为外侧还有机动车道。所以在路侧边缘线也需要安装凸起路标,而且需要有工程评估,认为路侧边缘线的定位对安全更重要,并且要加大密度,避免驾驶人误判。

如果用凸起路标替代点状线,间距不应该大约N/4,并且确保每段点状线位置都有一个凸起路标。

如果用凸起路标替代宽标线,用并排平行安装两个,显示出宽度示意。

凸起路标间距与车速的关系研究

凸起路标的间距事关安全,应该引起足够的重视。上世纪七十年代,国际上陆续出现了一批研究,上段介绍的数据都是这类研究结果的综合结论。这些研究,揭示了视觉感受与车速的关系。研究发现(美国的艾伦报告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.),在动态条件下,车道轮廓的对比度阈值(黑白交错)感受会降低,这种视觉断续感(比如白色虚线形成的交错感)的时间长度就是对比度阈值,也被翻译为“闪烁率”,会随着车速的提高而短,速度快到一定程度时,断续感会消失,也就是专业上称的“对比度阈值降低”到了极限,这时点连成了线,我们平常所说的车速飞快,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,人会根据视觉的闪烁率感受自己的运动速度,而人能感受到的闪烁率最高是2.5 Hz,也就是每秒钟感受到2.5个变化周期,如果达不到这个值时,人会觉得自己的运动速度还不够快。当凸起路标的间距是12.2米(40英尺)时,为了能每秒钟接收到2.5个闪烁周期,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(频闪的循环周期)减到7.3 米(24 英尺),这时速度为43.5公里/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了而想要加速。因此当凸起路标的间隔加大后,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。

这里有个题外话,按照2.5Hz的闪烁率思考我国的“六九线”,就会发现,“六九线”的闪烁率如果是2.5Hz,也就是每秒37.5米,就需要车速达到135公里时速,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,因为我国的6米线太长,轮换周期更长,驾驶人的闪烁率不升高,就不能获得满意的视觉高速度感。同理,用调整闪烁率的方法,比如轮廓标、标线和反光道钉的密度,其实可以影响车速。

所以艾伦等人的研究建议,如果凸起路标的间距缩小,也许会避免在不利的能见度条件下(这时闪烁率会延迟,视觉上觉得自己车速低了)导致的不适当的高速。研究结论建议把12.2 米的虚实线周期组合(9.2米虚+3.05米实)的3:1的周期改小,比如改为5:3,把一个组合降低到7.3米(4.6米虚+2.7米实),这样在视距不佳的条件下,可以降低提高车速的欲望。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。凸起路标的间距做标线的对应缩小。

为了在安全和节省成本之间平衡,各方面的研究一直与凸起路标的理想间距有关。如果凸起路标的间距太大,间隔则会太远,导致无法向驾驶人传递足够的信息。所以后来就得出指南性意见,凸起路标的最大间距不能超过24.4米,弯道上不能超过12.2米。在高速路的出口匝道附近的三角区,如果三角区长度超过80米,两侧的凸起路标间距可以是6.1米,如果不足80米,要使用3.05米的间距。

小结

凸起路标的间距与要替代或补充的标线形式保持对应关系。越需要谨慎驾驶和抑制车速的地方,凸起路标的间距应缩小。标准做法是,凸起路标组成的视觉连线N值应该可以展现出对应标线的视觉组合效果。凸起路标可以强化各种标线的影响力甚至替代标线完成交通控制。

上面介绍的凸起路标的安装方式和安全原理,从工艺和材质角度,凸起路标在近二三十年,也有了长足的进步,不仅其安装不再需要破坏路面,改为使用高强度工业粘胶就可以安装,还出现了可以水下反光的平面路标,防铲雪机的装甲路标等,让交通工程师有了更多的选择,为道路轮廓描述提供了更多的技术手段。

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