一种基于逆直线透视的高速公路防追尾标线设计方法

1.本发明涉及交通技术领域，具体涉及一种基于逆直线透视的高速公路防追尾标线设计方法。


背景技术：

2.国内外的交通事故统计资料表明，在所有事故中，车辆追尾碰撞为主要事故形态；而导致追尾碰撞的原因很大程度上是由于驾驶员超速和未保持安全车距导致。在高速行车状况下，驾驶员主观上对于车间距和车速的判断存在很大偏差，通常表现为距离高估和速度低估。因此，如何有效控制车速，合理保持车距，是减少追尾事故、改善现有高速公路安全状况的关键。
3.为了改善驾驶员的速度和距离误判，很多研究以视觉信息为切入点，通过在路面呈现各种视觉信息(路面标线)，从而诱导驾驶员主动降速，增大跟车间距。在降速方面，主要的降速标线有横向降速标线、纵向降速标线、边缘率标线、鱼刺形标线，其中鱼刺形标线(“＞”) 在综合比较之下减速效果较好。在增大跟车间距方面，逆直线透视标线被提出，并通过高速公路路上实验发现其可以诱导驾驶员主动增大跟车间距。然而，目前应用较为广泛的各种路面标线只考虑了降速这一方面，并没有从降速和增大跟车间距这两个方面综合考虑。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种可诱导驾驶员主动降速并增大跟车间距的基于逆直线透视的高速公路防追尾标线设置方法。
5.本发明采用的技术方案为：一种基于逆直线透视的高速公路防追尾标线设置方法，该方法包括以下步骤：
6.步骤一、设计鱼刺形标线组，根据逆直线透视原理设计标线组内每条鱼刺形标线的角度，沿行车方向，同一标线组内的鱼刺形标线角度依次增加；
7.步骤二、确定单一标线组的长度，以及同一标线组内各标线的相关参数；
8.步骤三、设计标线段，每个标线段包括若干标线组，根据视觉瞬时记忆确定相邻两组鱼刺形标线组之间的组间距s2；
9.步骤四、根据安全行车的停车视距确定相邻两个标线段之间的段间距s3；
10.步骤五、在距离高速公路出口的650～700米处的出口车道上，沿行车方向开始铺设设计完毕的标线；鱼刺形标线的凸角朝向与行车方向相同，且每条鱼刺形标线的凸角顶点位于该行车道上的中心线上；标线采用黄色反光防滑标线。
11.按上述方案，所述各鱼刺形标线的角度θ为30
°
～150
°
。
12.按上述方案，单个标线组的长度l1设计为20～25m；每一标线组包括10条鱼刺形标线，同一标线组内的相邻两条鱼刺形标线的角度增幅δθ为10
°
。
13.按上述方案，在步骤二中，各标线的相关参数包括标线间隔s1、标线长度a、垂直宽
度h，同一标线组内的鱼刺形标线的标线长度a沿行车方向依次增大；斜线长度b的计算公式为：
14.式中a为标线长度，取值300cm,θ为a＝300cm时的角度；
15.同一标线组内的第i条鱼刺形标线的垂直宽度h
i
沿行车方向依次减小，垂直宽度h
i
的计算公式为：
16.式中c为标线线宽，取值40cm；θ
i
为第i条鱼刺形标线的角度。
17.按上述方案，在步骤三中，组间距s2的计算公式如下：
18.s2＝vt；
19.式中,v为车辆行驶速度，km/h；t为视觉瞬时记忆时间；标线组的组间距s2为20～23m。
20.按上述方案，在步骤四中，根据安全行车视距要求，段间距s3为100～150m。
21.本发明的有益效果为：本发明将逆直线透视理论与减速效果较好的鱼刺形标线(也即“＞”形标线)相结合，诱导驾驶员主动降速的同时增大跟车间距，可减少高速公路追尾事故的发生，具体体现在，角度逐渐增加的鱼刺形标线组形成一种逆直线透视，影响驾驶员的距离感知，诱导驾驶员主动增大跟车间距；在长距离铺设的情况下，考虑了视觉瞬时记忆以及停车间距，保证了驾驶员对标线的感知，同时也降低了驾驶员的视觉疲劳；鱼刺形标线组会影响驾驶员的速度感知，诱导驾驶员主动降速；标线结构简单，成本低。
附图说明
22.图1为逆直线透视原理图。
23.图2为本发明一个具体实施例中的单一标线组内的标线布置示意图。
24.图3为本实施例中一个标线段的示意图。
25.图4为本实施例中三个标线段的铺设示意图。
26.其中：l1
‑
单个标线组的长度；l2
‑
单个标线段的长度；l3
‑
标线总长度；s1
‑
标线间隔； s2
‑
标线组的组间距；s3
‑
标线段的段间距；a
‑
标线长度；b
‑
斜线长度；c
‑
标线线宽；h
‑
垂直宽度；θ
‑
标线角度。
具体实施方式
27.为了更好地理解本发明。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
28.如图1所示的一种基于逆直线透视的高速公路防追尾标线设置方法，该方法包括以下步骤：
29.步骤一、设计鱼刺形标线组，根据逆直线透视原理设计标线组内每条鱼刺形标线(也即“＞”形标线)的角度，沿行车方向，同一标线组内的鱼刺形标线角度θ依次增加。
30.根据逆直线透视原理，角度依次增加形成逆直线透视感；故沿行车方向，同一标线组内的鱼刺形标线角度θ依次增加。根据已有研究，“＞”形标线的角度θ在30
°‑
150
°
为宜，角度过小时，“＞”形标线的垂直宽度h过大；角度过大时，“＞”形标线的视觉效果呈现“—”形。这两种情形下，标线产生的距离感知和速度感知作用以及对驾驶行为的影响作用极为有
限，故各鱼刺形标线的角度θ为30
°
～150
°
。
31.本实施例中，每一标线组包括10条鱼刺形标线，同一标线组内的相邻两条鱼刺形标线的角度增幅为δθ，则该组内第i条鱼刺形标线的角度θ
i
为：
32.θ
i
＝30+δθ(i
‑
1),其中，i为标线序号，i∈[1,10]。
[0033]
相邻两个鱼刺形标线的角度增幅δθ＝10
°
，故沿行车方向上每组鱼刺形标线组内的各条鱼刺形标线角度θ依次为30
°
、40
°
、50
°
、60
°
、70
°
、80
°
、90
°
、100
°
、110
°
、 120
°
。
[0034]
步骤二、确定单一标线组的长度，以及同一标线组内各标线的相关参数，包括标线间隔s1、标线线宽c、标线长度a、垂直宽度h等。
[0035]
根据已有研究，逆直线透视单个鱼刺形标线组的长度l1为20～100m时，驾驶员能够感知到逆透视感，且当单个标线组的长度l1为20m时，减速和增大跟车间距效果最佳。鉴于此，本实施例中，每一标线组设计10条鱼刺形标线，同一标线组内的相邻两条鱼刺形标线的标线间隔s1为200cm，单个标线组的总长度l1为23.2m,可将单个标线组的长度l1设计为 20～25m。
[0036]
本发明中，同一标线组内的各条标线线宽c均为40cm，各标线的颜色均为黄色。同一标线组内的鱼刺形标线的标线长度a沿行车方向依次增大，且标线长度a的最大值为300cm。对于各标线长度a的计算，首先计算标线长度为300cm时，“＞”形标线的斜线长度b，公式为：
[0037]
式中a为标线长度，取值300cm,θ为a＝300cm时的角度。在本实施例中，沿行车方向，同一标线组内各鱼刺形标线长度a分别为90cm、120cm、146cm、174cm、200cm、 111cm、244cm、264cm、284cm和300cm。
[0038]
本发明中，“＞”形标线的斜线长度b保持不变，第i条标线长度a
i
计算公式为：θ
i
为第i条“＞”形标线的角度。
[0039]
同一标线组内的第i条鱼刺形标线的垂直宽度h
i
沿行车方向依次减小，垂直宽度h
i
的计算公式为：
[0040]
式中c为标线线宽，取值40cm；θ
i
为第i条“＞”形标线的角度。本实施例中，沿行车方向，同一标线组内各“＞”形标线的垂直宽度h分别为155cm、117cm、95cm、 80cm、70cm、62cm、57cm、52cm、49cm、46cm。
[0041]
需要说明的是，在高速公路上，车道边缘线与分界线均为白色，当减速标线颜色选用黄色与其他标线颜色对比强烈，视认性能较好，利于驾驶人及时察觉，故本实施例中所有“＞”形标线的颜色均选黄色。
[0042]
长距离铺设路面标线会导致驾驶员视觉疲劳，且增加铺设成本，故考虑设置一定的间距来有效增大标线总体铺设长度。但是，设置间距后可能会降低标线对驾驶员的距离感知和速度感知作用效果。因此，实际施工过程中，需结合安全行驶的停车视距要求，来设置标线段的间距，来保证驾驶员感知标线的连续性；同时，考虑驾驶员的视觉瞬时记忆设置标线组的间距以维持驾驶员对标线的感知。
[0043]
步骤三、设计标线段，每个标线段包括若干标线组，根据视觉瞬时记忆确定相邻两
组鱼刺形标线组之间的组间距s2；
[0044]
s2＝vt；
[0045]
式中,s2为相邻两个鱼刺形标线组之间的间距，m；v为车辆行驶速度，km/h；t为视觉瞬时记忆时间。标线组的组间距s2为20～23。
[0046]
本实施例中，每一标线段包括3组标线组，相邻两组鱼刺形标线组之间的组间距s2基于驾驶员的视觉瞬时记忆来设置。视觉瞬时记忆属于“感觉记忆”记忆系统的一种，是刺激作用于感觉器官所引起的短暂记忆，通常为1秒钟左右。视觉瞬时记忆距离(也即相邻两组鱼刺形标线组之间的组间距s2)＝运行车速v
×
记忆时间t，如在85km/h的行驶速度条件下，相邻两个鱼刺形标线组的组间距s2＝23.6m/s
×
1s＝23.6m，为了保证驾驶员在视觉瞬时记忆距离内对标线产生有效视觉感知，故本实施例中取相邻两个鱼刺形标线组的组间距s2的取值范围为20～23m。
[0047]
步骤四、根据安全行车的停车视距确定相邻两个标线段之间的段间距s3。
[0048]
根据《公路工程技术规范》，停车视距s3的计算公式如下：
[0049][0050]
上式中：s3为停车间距，m；v为运行速度,km/h；t为反应时间,s；为路面摩阻系数， i为路线纵坡；l为安全距离，m。
[0051]
高速公路取100km/h为设计速度。根据《公路工程技术规范》，计算停车间距时，运行速度v取设计速度的85％～90％,本实施例中取85％的设计速度，也就是运行速度v＝85km/h；反应时间t参考国内外研究，取t＝2.5s；路面摩阻系数参考《公路工程设计规范》，取对于路线纵坡i，参考已有研究，计算小客车停车间距时，通常不考虑。根据上述各参数取值，可得停车间距s3＝153.8+l(m)。安全距离l是汽车完全停止后与障碍物问应保持的最小安全距离，而考虑停车间距作为标线段间距是为了让驾驶员在驶出第一个标线段时能够感知到下一个标线段，故不考虑安全距离，同时为了保证驾驶员能够及时看到下一个标线段并形成视觉感知，故本实施例中两个标线段的段间距s3为100～150m。
[0052]
步骤五、在高速公路的出口位置铺设标线，具体铺设方法为：距离高速公路出口 650～700m时，在出口车道上沿行车方向开始铺设设计完成的标线；鱼刺形标线的凸角朝向与行车方向相同，且每条“＞”形标线的凸角顶点位于该行车道上的中心线上；标线采用黄色反光防滑标线。
[0053]
本实施例中，设计标线的总长度l3为628.8m，包括三个标线段，单个标线段l2长度为109.6m，两标线段的段间距s3取150m。每一标线段内含三组标线组，单个标线组长度l1 为23.2m(图3)，标线组的组间距s2取20m。每一标线组含10条鱼刺形标线，相邻两个鱼刺形标线的标线间隔s1为200cm。
[0054]
本发明的工作原理为：自然状态下，直线透视可以为观察者提供一种有效的距离信息以及空间感知背景，具体而言，观察者可以根据直线透视信息来实现对距离的估计。从物体与眼睛的之间的几何关系来看，随着距离变远，自然的直线透视会形成“近大远小(远端汇聚)”的视觉效果。根据已有研究，如果直线透视呈现为“近小远大(远端发散)”的情形，即逆直线透视，那么观察者会低估与目标物之间的距离。逆直线透视信息作用下，驾驶员会低估跟车距离，导致行车危险感知提升，进而促使其主动增大跟车间距避免发生追尾碰撞。
逆直线透视形成近端汇聚，远端发散的视觉效果，可以让驾驶员对距离产生低估。逆直线透视原理如图1所示。鱼刺形标线自应用以来，被证明降速效果明显，得到广泛应用。本发明将逆直线透视原理与鱼刺形标线相结合，同时影响驾驶员的距离感知和速度感知，诱导驾驶员主动调控车速和跟车间距，以达到预防追尾碰撞事故的目的。
[0055]
本发明适用于车速较快的高速公路追尾事故易发路段前方，如高速公路的出口前方，利用逆直线透视原理结合降速效果好的鱼刺形标线，通过沿行车方向改变鱼刺形标线的角度来形成逆直线透视感。本发明通过影响驾驶员的距离感知和速度感知，诱导驾驶员主动增大跟车间距和降低车速，同时考虑了视觉瞬时记忆和安全行驶停车视距要求，来维持驾驶员对标线的感知和降低驾驶员的视觉疲劳。
[0056]
以上所述，仅是本次发明的较佳实施例，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明的保护范围内。