齊高元 張 龍

（1中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，武漢 430000；2中交二航局第四工程有限公司，蕪湖 241000）

1 坡度錯(cuò)覺分析的概念和意義

視覺是人重要的感知器官之一，在人的日常生活中起著相當(dāng)重要的作用。在汽車行駛方面尤顯突出，有研究表明，視覺為駕駛?cè)颂峁┑慕煌ㄐ畔⒘窟_(dá)到駕駛?cè)怂@取交通量的80%[1]。視覺對(duì)汽車安全行駛起著重要的作用。但由于駕駛?cè)嗽谛熊囘^程中受到自身心理、生理以及周圍環(huán)境如道路線形、路側(cè)環(huán)境等的影響，駕駛?cè)说囊曈X感知受到干擾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在交通事故中由于視錯(cuò)覺引起的事故占36.8%[2]。分析視錯(cuò)覺路段的成因?qū)Φ缆返陌踩兄陵P(guān)重要的作用。

坡度錯(cuò)覺是道路線形與路域環(huán)境引起錯(cuò)覺的一種，汽車在坡道上行駛，尤其是坡度發(fā)生變化的坡道，駕駛員常常產(chǎn)生坡度錯(cuò)覺。比如行駛在凹形豎曲線下坡路段，當(dāng)駕駛員行駛到坡度變緩的路段時(shí)，由于路側(cè)景物與路面傾斜度降低所造成的影響，駕駛員會(huì)覺得下坡已完，開始上坡了，錯(cuò)誤的判斷會(huì)給駕駛員心里帶來緊張與恐慌，甚至引發(fā)交通事故。

2 坡度錯(cuò)覺的形成機(jī)理

駕駛?cè)嗽诘缆飞闲旭?，觀察的是三維立體線形，隨著BIM技術(shù)的出現(xiàn)，道路三維立體設(shè)計(jì)成為可能。設(shè)計(jì)人員在道路設(shè)計(jì)階段，通過三維立體設(shè)計(jì)考慮駕駛?cè)藢?duì)道路視覺的要求，以駕駛?cè)说慕嵌仍O(shè)計(jì)出滿足視覺要求的線形。具體是通過三維動(dòng)畫仿真模擬駕駛?cè)说男熊嚟h(huán)境，以駕駛?cè)说囊暯翘接懙缆肪€形的優(yōu)良。和道路透視圖相比，三維動(dòng)畫仿真是連續(xù)的視覺變化，且可以模擬沿線道路地形、地物。彌補(bǔ)了道路透視圖的短板。因此，三維動(dòng)畫仿真時(shí)視覺分析的較好方法。

坡度錯(cuò)覺的產(chǎn)生除與駕駛?cè)说男睦砩碛嘘P(guān)外，還和道路線性有關(guān)。在道路設(shè)計(jì)中，雖然線形設(shè)計(jì)滿足要求，但是因未考慮安全因素和視覺效果的影響，不合理的線形組合給道路埋下安全隱患。因此，探討道路線形引起的坡度錯(cuò)覺形成機(jī)理可以從根本上消除坡度錯(cuò)覺的存在，同時(shí)為已建道路的坡度錯(cuò)覺的整治措施指明方向。有研究表明，坡度錯(cuò)覺除與駕駛?cè)说纳硇睦硪蛩赜嘘P(guān)外，主要與道路的坡度、坡差等因素有關(guān)。

不同坡差的凹形豎曲線下坡路段

實(shí)驗(yàn)設(shè)了幾種坡差分別代表了不同的坡差范圍，以0.5%為一個(gè)梯度，將坡差劃分為七個(gè)范圍進(jìn)行分析，豎曲線半徑 3200m。從三維仿真來看，在凹形豎曲線下坡路段，坡差越大，后坡翹起的越明顯。當(dāng)路段前后坡差大于2.0%時(shí)，駕駛員行駛在該路段上就有可能產(chǎn)生坡度錯(cuò)覺，當(dāng)前后坡差超過2.5%時(shí)，坡度錯(cuò)覺更為明顯。

3 坡度錯(cuò)覺的整治措施

3.1 傾斜護(hù)欄

前文提及在視覺層面上分析，凹形豎曲線路段的坡度錯(cuò)覺產(chǎn)生的原因是駕駛?cè)碎L時(shí)間在同一個(gè)坡度上行駛，駕駛?cè)藢?duì)坡度的感知減弱，甚至忽視了坡度的存在，導(dǎo)致了對(duì)于后坡的感知相應(yīng)的出現(xiàn)傾斜，下坡路段看成上坡。對(duì)于此類坡度錯(cuò)覺的整治措施，一是通過矯正駕駛?cè)藢?duì)前坡坡度的感知，表現(xiàn)在視覺效果圖上就是抬高前坡坡度。傾斜護(hù)欄的設(shè)置原理是利用駕駛?cè)说拈L期經(jīng)驗(yàn)形成的對(duì)外界事物的感知來矯正駕駛?cè)说钠露儒e(cuò)覺。具體來說，駕駛?cè)说拈L期經(jīng)驗(yàn)對(duì)于護(hù)欄布置的認(rèn)識(shí)是豎直向下的，當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)傾斜布置的護(hù)欄時(shí)，受長期經(jīng)驗(yàn)的影響，駕駛?cè)藵撘庾R(shí)的會(huì)將視角進(jìn)行一個(gè)旋轉(zhuǎn)，在這個(gè)過程中，護(hù)欄將是駕駛?cè)说膮⒖枷?，駕駛?cè)藢?duì)外界的認(rèn)知也相應(yīng)的發(fā)生的旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)想增大駕駛?cè)烁兄降钠露鹊臅r(shí)候，只需給駕駛?cè)艘粋€(gè)小于90°的傾斜護(hù)欄。如下圖，但若傾斜過大，駕駛?cè)艘谎劬湍芊直娉鍪莾A斜的護(hù)欄，護(hù)欄的設(shè)置將起不到矯正坡度錯(cuò)覺的作用。傾斜多少度才能讓駕駛?cè)烁兄狡露龋挛奈覀儗?duì)傾斜的度數(shù)做定量的分析。

如下圖所示前坡坡度為5%的道路，其與水平線的夾角大約為3°，本實(shí)驗(yàn)將以5°為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，護(hù)欄與豎直方向傾斜角度分別為5°、10°、15°、20°、25°、30°的情況進(jìn)行三維仿真，探討護(hù)欄傾斜的合理性。在對(duì)凹形豎曲線下坡方向的護(hù)欄傾斜度的合理性探討時(shí)，同時(shí)會(huì)考慮對(duì)上坡方向的影響。

不同傾斜度護(hù)欄的設(shè)置

分別對(duì)護(hù)欄不同傾斜度的三維仿真模擬后，發(fā)現(xiàn)隨著護(hù)欄傾斜度的增大，凹形豎曲線前坡坡度在慢慢的變大。護(hù)欄傾斜度在0°～10°時(shí)，坡度錯(cuò)覺仍然存在，但前坡坡度已經(jīng)在增大，后坡翹曲度在減弱。當(dāng)傾斜度達(dá)到15°時(shí)，坡度錯(cuò)覺基本消失。當(dāng)護(hù)欄傾斜度在15°～30°時(shí)，前坡坡度在顯著增大，前后坡度差進(jìn)一步加大。

3.2 道路加寬

三維仿真模仿駕駛?cè)说囊曈X環(huán)境，其原理是透視圖在道路上的應(yīng)用。在透視圖中，一條線的長度是和其在透視圖的位置有關(guān)的。在仿真中，道路的寬度亦是如此。由遠(yuǎn)及近，道路寬度越來越寬。這是透視圖的特性。所以對(duì)于道路加寬的設(shè)置，不同路幅寬度，駕駛?cè)说脑圏c(diǎn)，道路的前后坡度對(duì)其都有影響。全部探討工作量大，且意義不大。筆者在此通過對(duì)一種情況的道路加寬進(jìn)行分析，給出道路加寬的設(shè)置方法。分析道路加寬對(duì)于凹形書豎曲線下坡路段坡度錯(cuò)覺矯正的效果。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置：選取的凹形豎曲線下坡路段為平面線形為直線，縱面線前后坡度差4%（前坡-5%，后坡-1%），路幅寬度7.5m，視點(diǎn)樁號(hào)為K，視高為1.5m,距道路中心1.2m。

道路加寬采用線形漸變的形式，加寬值分別為0cm、30cm、60cm、90cm。左右兩側(cè)對(duì)稱加寬。加寬范圍為豎曲線路段。漸變形式如下圖所示。漸變段長度以實(shí)驗(yàn)中視覺效果圖中路側(cè)線的順式變化來調(diào)整。

道路加寬形式

凹形豎曲線下坡路段加寬值的影響

通過對(duì)路線的三維仿真得到的視覺效果圖分析，道路加寬可以矯正凹形豎曲線段的坡度錯(cuò)覺。隨著加寬值的增大，坡度錯(cuò)覺的影響越來越小。當(dāng)加寬值為30cm時(shí)，坡度錯(cuò)覺減弱，但仍有坡度錯(cuò)覺的存在。當(dāng)加寬值大于60cm時(shí)。坡度錯(cuò)覺基本不存在，在視覺上道路為連續(xù)下坡路段。

3 結(jié)束語

1.坡差是坡度錯(cuò)覺產(chǎn)生的原因之一，對(duì)于不同的路段，引起坡度錯(cuò)覺的坡差也是不同的。凹形豎曲線上坡路段前后坡差大于3.5%時(shí)，駕駛?cè)水a(chǎn)生坡度錯(cuò)覺；凹形豎曲線下坡路段前后坡差大于2.5%時(shí)，駕駛?cè)水a(chǎn)生坡度錯(cuò)覺；凸形豎曲線上坡路段前后坡差大于3%時(shí)，駕駛?cè)水a(chǎn)生坡度錯(cuò)覺；凸形豎曲線下坡路段駕駛?cè)瞬粫?huì)產(chǎn)生坡度錯(cuò)覺，只是不同的坡度差，駕駛?cè)说囊暰嗖煌?/p>

2.凹形豎曲線下坡路段的坡度錯(cuò)覺可以通過設(shè)置傾斜護(hù)欄和道路加寬的方式進(jìn)行矯正。傾斜護(hù)欄對(duì)坡度錯(cuò)覺的矯正，經(jīng)過仿真發(fā)現(xiàn)，當(dāng)傾斜護(hù)欄的傾斜角度為15°～25°間時(shí)，傾斜護(hù)欄對(duì)凹形豎曲線下坡向坡度錯(cuò)覺的矯正顯著，且對(duì)上坡向的影響較小。對(duì)于道路加寬對(duì)坡度錯(cuò)覺的矯正，通過分析道路寬度為7.5m的公路，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)缆芳訉挒?0cm時(shí)，即矯正了坡度錯(cuò)覺，漸變段長度也在合理的范圍內(nèi)。