视觉分析在道路设计中的应用

广东省韶关市翔宏公路勘察设计有限公司 / 杨斌

引言

在道路行车过程中，视觉承担了十分重要的观察责任，是驾驶员获取交通信息量的主要途径。驾驶员通过视觉获得的道路情况、交通量、天气情况等信息对行车安全有着不可忽视的影响，因此，视觉分析在道路设计、交通安全中有着重要的价值和作用。随着经济民生的不断发展，道路上的车辆通行量不断增加，各类交通事故也频繁发生，人们对于道路交通安全越来越重视。设计出更安全、更舒适的行车道路，是群众、市场的共同期待。

一、视觉分析相关概述

视觉分析是一种从驾驶员视觉心理出发，围绕道路空间线形、沿线建筑景观、道路标识等内容展开，保持驾驶员视觉连续、舒适、安全的综合分析设计活动。根据行车测试可知，驾驶员的注意力集中点和视野距离会随着车速的增加而增大，当车速不超过97km/h时，驾驶员的注意力集中点在600m以外，当车速大于97km/h，前方细节开始被驾驶员忽略；驾驶员的视野会随着车速的增加而变窄，当车速不超过72km/h时，驾驶员的视野范围在30～40°，车速在72～97km/h之间，视野范围缩小至20°，车速超过97km/h，视野范围缩小到道路线形上，直接忽视两侧视野。由此可见，驾驶员的视觉判断敏锐度与行车安全、行车效率密切关系，基于视觉分析进行道路设计能够有效降低行车事故发生率，提高道路行车安全程度。

二、道路设计简述

道路设计是一项综合性设计工作，涉及到道路的行车安全、行车效率、与周边景物和谐、交通量、经济效益等多个领域。综合考虑道路的多方因素，反复进行平纵面设计、横断面检查等调整，才能设计出实用、安全、性价比更高的道路。现阶段，道路设计普遍采用二维设计，但驾驶员对道路的观察是三维立体线形，这就容易导致设计人员和驾驶员对道路的感知有差距，不仅可能导致驾驶员目视效果不佳，还有可能给驾驶员造成错觉。业内常用的方法是借助透视图来反映驾驶员的视点情况，借助BIM技术对道路进行三维立体设计以满足驾驶员的视觉连续性要求。

三、驾驶员行车视觉问题产生的原因分析

（一）道路线形引起驾驶员视错觉

道路线形引起视错觉的原因在于道路线形满足了设计规范却没有充分考虑人类视觉效果，从而使驾驶员在行车过程中受视错觉误导而采用了错误的驾驶行为，导致了行车事故的发生。比如：一段较长的下坡路段中，设计人员采用了“陡坡+缓坡”的组合，干扰驾驶员的视觉，导致发生交通事故的频率上升。

（二）路侧环境引起驾驶员视错觉

驾驶员行车过程中视觉范围内不仅有道路、指示标志，还有道路两侧的环境，这些环境也会对驾驶员的驾驶行为产生影响，影响交通安全。比如：高大树木种植在道路转弯的内侧，树干和树冠干扰驾驶员对转弯后路段情况的判断，容易引发交通事故。又比如：驾驶员从开阔路段驶入路堑路段，容易因可视范围的急剧缩小而受到两侧坡路的干扰，给安全驾驶带来隐患。

（三）长直线道路引起视觉疲劳

长直线道路通常行车视野好，但行车过程单调，驾驶员容易产生心理上的视觉疲劳，对车速、车距的感知敏锐度下降。这样的状态下，驾驶员非常容易反复加速而超速行驶，与前车距离过近，出现严重追尾等行车安全事故的可能性不断增加。在道路设计时，设计师应当在长直线道路两侧人为设置一些能够转移驾驶员部分注意力的构造物，从而使驾驶员有一些参照物来控制行车速度、缓解疲劳。

四、视觉分析在道路设计中的应用策略

（一）遵循视觉需求开展道路设计

设计师进行道路设计需要遵循一些行业内的设计原则，其中就包括驾驶员的视觉需求。驾驶员是公路、城市道路的主要使用者，是各类交通事故中受到直接影响的人群，他们的需求必须得到设计师的重视。在驾驶行为中，驾驶员需要通过视觉来获取超过80%的信息，路线的线形、分叉、标志和车辆的速度、间距等信息对驾驶员作出驾驶行为有着不可忽视的影响，驾驶员能否对眼前的情况作出有效的、及时的反应决定了道路行车安全程度。设计师在道路设计过程中应当充分考虑驾驶员的视觉距离、视觉范围、视觉感受，避免设计出为驾驶员带来错觉、疲劳、心理压力的道路环境。

（二）尽可能消除视错觉的影响

设计师在进行道路设计时应尽量避免设计容易产生视错觉的设计方式，比如中间暗凹的线形、反复起伏的线形、短直线插入同向弯曲的竖曲线等，这类平纵面设计会使得交通事故率大幅度上升。设计师应全面掌握可能引发视错觉的因素，比如：控制道路的前后坡度差和坡长有助于消除坡度错觉。不同路段上产生坡度错觉的临界值有所不同，设计师需要谨慎使用，比如凸形竖曲线上坡路段坡差超出3%时，驾驶员更容易将凸形竖曲线看作最高点，认为后坡为下坡路段，从而换挡减速行驶，从而导致车辆爬坡吃力有熄火的可能性。设计师应将道路设计的数值尽可能远离临界值，将道路的实际情况呈现得更加清楚，对驾驶员进行视觉矫正。

（三）改善道路路侧环境

在道路设计中，道路两侧的路侧环境对驾驶员的视觉感知也存在不可忽视的影响，路侧环境同样在引导着驾驶员的驾驶行为。

1.设置护栏

护栏是道路上十分重要且常见的结构之一，能够为驾驶员提供良好、明确的视线诱导，有效提高道路交通的安全性，增加驾驶员的视觉心理舒适程度。护栏的应用能够减少凹形竖曲线造成视错觉的可能性，帮助驾驶员明确道路的真实方向、坡度，提高行车安全程度。而且，护栏在设置时应当根据驾驶员的视觉修正需求来进行处理，比如当驾驶员行驶在一条长下坡上时，由于长时间倾斜行驶，驾驶员对坡度的感知会逐渐倾斜的地面影响，对道路的真实坡度和前路情况形成错误的认知。如下图所示，图1为实际的道路坡度情况，图2为驾驶员在长时间坡路行驶后产生的错误认知。

图1 实际的道路坡度情况

图2 驾驶员产生的错误认知

想要解决这种情况，设计师可以在坡路上设置垂直于水平面的护栏，护栏在坡路上呈现出一定的倾斜角度，在不让驾驶员一眼分辨出是倾斜的护栏的基础上，来从视觉上提醒驾驶员“你正处于下坡状态”。如图3所示。倾斜护栏的设计倾斜角度应控制在具有良好诱导效果，又不会一眼看出，且不能影响对向车辆驾驶员驾驶行为的范围内。通常来讲，坡度为5%的道路上，倾斜护栏与路面竖直方向的倾斜角应控制在15～30°范围，能够消除坡度视错觉；这个范围的倾斜角对向爬坡车辆有一定的影响，但还不会影响对向车辆的行驶安全。

图3 倾斜护栏安装后的三维视图效果

在凸形竖曲线道路上，顶部的视线诱导十分重要，通常可以用护栏来完成。设置护栏后，位于竖曲线顶部的护栏能够为驾驶员提供道路线形提示，让驾驶员提前知晓凸形竖曲线后的道路究竟是直还是弯，是右转还是左转，帮助驾驶员进行安全行驶。

2.设置路侧景观

道路路侧景观是道路设计中的重要组成，不仅可以美化道路，还能够为驾驶员提供一定的视觉参照，减少驾驶员因为视错觉而发生行驶安全事故的可能性。比如：设计师在道路需要减速的部位设计种植密集高大的树木，会诱导驾驶员产生道路变窄的错觉，促使驾驶员做出正确的减速行为。又比如：设计师在凹形竖曲线底部位置设计种植植物，可以一定程度上消除驾驶员看到的前后道路上的坡度，避免让驾驶员以为在上坡很陡，避免驾驶员为了爬坡做出过度加速的驾驶行为。但这种通过路侧景观来为驾驶员提供视觉参照的方式并不适用于所有的坡度道路，如果设计师在凸形竖曲线的顶部设计种植树木或景观，会给驾驶员造成坡度更陡的错觉。

（四）处理好道路交叉口的视觉问题

道路交叉口通常是交通事故多发的地点，也是一旦发生交通事故就有较大影响的部位。在处理道路交叉口时，设计师应为驾驶员提供交叉口的信息提示，让即使行车速度较快的驾驶员也能够快速分辨出合流、分流、横穿的位置，分辨出转向弯道的内外侧位置，分辨出弯道后段部位的道路情况。设计师可以在道路交叉口设计种植高大的树木，并保持驾驶员的通视效果。高大的树木作为垂直要素能够把交叉路的岔道路口明确标示出来，使驾驶员明确行车方向；树冠高大但树干处没有多余枝干，能够保证弯道内侧有足够的视距，有助于驾驶员在转弯前掌握弯道内道路情况。

结语

驾驶员是道路的主要使用人群，在进行道路设计时，设计师必须要充分参考他们的使用需求。视觉分析使设计师了解驾驶员行车驾驶过程中对道路线形等因素的感受，为设计师消除视错觉、缓解驾驶疲劳、提供鲜明提示、保持开阔通视范围奠定基础。视觉分析在道路设计中的应用，有效增强了道路设计效果，减少了因道路设计、视觉问题导致的交通事故数量。