馬能利

（甘肅路橋飛宇交通設(shè)施有限責(zé)任公司）

1 引言

人是影響交通安全的最主要因素，多數(shù)交通事故都是由于操作失誤及違法行為導(dǎo)致的，從道路類型上看，高速公路交通事故的死亡率最高，從事故形態(tài)上看，運(yùn)動(dòng)車(chē)輛碰撞的事故比例最大，從路段分析上看，匝道口事故相對(duì)突出，根據(jù)這些事故特征，必須加強(qiáng)高速公路安全管理，優(yōu)化安全設(shè)施設(shè)計(jì)布局，從根本上降低交通事故發(fā)生的概率，保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 基于數(shù)字化技術(shù)的高速公路減速標(biāo)線布局優(yōu)化

2.1 減速標(biāo)線設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1.1 圖形設(shè)計(jì)

首先，可以選用標(biāo)準(zhǔn)立方體，包括正方體、三角錐、圓柱、梯臺(tái)、六棱立柱等，由于這些圖形本身具有立體效果，能夠產(chǎn)生預(yù)期的視錯(cuò)覺(jué)，使駕駛?cè)丝吹胶蟊黄葴p速。其次，波浪形也具有良好的視錯(cuò)覺(jué)效果，通過(guò)圖形邊緣的曲線形變，能夠產(chǎn)生立體的拱起和塌陷感覺(jué)，讓駕駛?cè)苏`以為是路面不平導(dǎo)致的，采取降速措施。半側(cè)六棱錐形外表類似于滑梯，能夠產(chǎn)生與道路水平面形成一定角度障礙的視錯(cuò)覺(jué)，讓駕駛誤以為會(huì)遇到跳板似的物體，從而主動(dòng)降速[1]。

2.1.2 顏色設(shè)計(jì)

圖形設(shè)計(jì)與顏色設(shè)計(jì)相互補(bǔ)充、相互協(xié)調(diào)才能發(fā)揮三維立體視錯(cuò)覺(jué)減速標(biāo)線的作用，根據(jù)交通標(biāo)線相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，常用的標(biāo)線顏色為白色、藍(lán)色、黃色、紅色、橙色，可以分為暖色調(diào)、冷色調(diào)和中性色，主要通過(guò)顏色對(duì)比設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)明暗對(duì)比，在光影作用下，強(qiáng)化立體感，在此基礎(chǔ)上，搭配白色底面，能夠顯著增強(qiáng)平面圖案立體感，加強(qiáng)減速標(biāo)線的視覺(jué)效果。另外，使用輪廓線設(shè)計(jì)，也會(huì)加大平面交叉沖突感，突出立體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格控制輪廓線寬度。

2.1.3 尺寸設(shè)計(jì)

達(dá)到視錯(cuò)覺(jué)高度是實(shí)現(xiàn)三維標(biāo)線減速的必要條件，駕駛?cè)嗽隈{駛視角應(yīng)該能夠看到一定的障礙高度，根據(jù)視銳度基本特征，計(jì)算視覺(jué)空間閾值，同時(shí)，單元圖形平面拉伸長(zhǎng)度的計(jì)算也非常關(guān)鍵，由于觀察視角的因素，圖形的長(zhǎng)度在不同平面上存在著投影損失，需要以視錯(cuò)覺(jué)要求尺寸為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)值進(jìn)行拉伸修正。

2.2 視覺(jué)效果仿真實(shí)驗(yàn)

2.2.1 創(chuàng)建仿真模型

道路模型是仿真試驗(yàn)場(chǎng)景中的重要組成部分，可以通過(guò)3Dmax進(jìn)行建模，選擇合適的建模方式，保證道路建模精度，能夠滿足近距離視點(diǎn)道路情況觀察需求。多邊形建模技術(shù)是常用方法之一，可以直接創(chuàng)建基本幾何體，并通過(guò)修改補(bǔ)充完善，具有操作簡(jiǎn)單、處理速度快、占用資源少等優(yōu)點(diǎn)，比較適用于表型形狀規(guī)則的物體模型創(chuàng)建。根據(jù)高速公路規(guī)范尺寸制作道路模型，并對(duì)各組成部分賦予材質(zhì)，使其更加真實(shí)，使用VRay 渲染器進(jìn)行道路渲染，調(diào)整相關(guān)光影參數(shù)，得到最終的仿真路面效果。車(chē)輛模型創(chuàng)建也同樣非常重要，在3Dmax中編輯成型，完善汽車(chē)輪轂和內(nèi)部裝飾，創(chuàng)建目標(biāo)攝像機(jī)，模擬人眼，將攝像機(jī)放入駕駛室內(nèi)，調(diào)整其位置、高度以及視野參數(shù)，有效模擬駕駛?cè)俗谲?chē)內(nèi)的視覺(jué)效果。在3D max中創(chuàng)建固定尺寸圖案比較麻煩，而CAD與MAX之間具有良好的兼容性，所以，在創(chuàng)建平面減速標(biāo)線時(shí)，可以將CAD制作的圖案導(dǎo)入到MAX中，并給二維線框圖設(shè)置一個(gè)厚度，使之成為真正的三維圖像[2]。

2.2.2 設(shè)計(jì)方案篩選

上述建立的道路、汽車(chē)、減速標(biāo)線模型都是單獨(dú)存在的，需要通過(guò)合并命令將各組成部分集成到一個(gè)文件中，合理調(diào)整位置關(guān)系，然后將MAX 文件制作成動(dòng)畫(huà)，渲染輸出為視頻文件，配合最終的試驗(yàn)篩選。在MAX 窗口中，選擇攝像機(jī)視角，將汽車(chē)與攝像機(jī)編制成組，按一下自動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)，拖動(dòng)紅色條部分選定時(shí)間，然后拖動(dòng)汽車(chē)，讓汽車(chē)能夠按拖動(dòng)軌跡在選定時(shí)間內(nèi)行駛，從而完成車(chē)輛行駛畫(huà)面的錄制。基于數(shù)字化技術(shù)得到的減速標(biāo)線設(shè)計(jì)方案比選需要以多學(xué)科理論為指導(dǎo)，對(duì)不同減速標(biāo)線視頻呈現(xiàn)的立體效果進(jìn)行調(diào)查實(shí)驗(yàn)。首先，播放仿真輸出的行車(chē)效果視頻；其次，根據(jù)減速標(biāo)線立體效果要求，確定視頻評(píng)價(jià)因子，量化評(píng)價(jià)指標(biāo)；最后，選取一定數(shù)量具有相關(guān)專業(yè)性的評(píng)判者，保證調(diào)查過(guò)程不受外界影響。評(píng)價(jià)者獨(dú)立觀看視頻后，對(duì)各個(gè)方案的立體感、減速緊迫感、道路協(xié)調(diào)感、施工難易度等方面進(jìn)行評(píng)分，通過(guò)科學(xué)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理后，獲得最終的比選結(jié)果。最終發(fā)現(xiàn)，在同樣條件下，選擇三角形作為三維視錯(cuò)覺(jué)減速標(biāo)線圖形的方案更優(yōu)，能夠有效控制形變導(dǎo)致的視覺(jué)效果弱化，可以很好地滿足大小車(chē)型安全駕駛的視覺(jué)需求。

3 基于數(shù)字化技術(shù)的高速公路突起路標(biāo)布局優(yōu)化

3.1 視覺(jué)仿真與效果分析

高速公路突起路標(biāo)視覺(jué)仿真設(shè)計(jì)依然主要采用3Dmax軟件進(jìn)行建模，在車(chē)型選擇上，由于大車(chē)型的車(chē)燈照射范圍更廣，更有利于提前發(fā)現(xiàn)突起路標(biāo)，所以采用小車(chē)型為仿真模型。建立高速公路道路模型應(yīng)著重考慮圓曲線半徑選取，保證試驗(yàn)的可行性和計(jì)算的簡(jiǎn)化性?？梢栽谡`差允許范圍內(nèi)作出基本假設(shè)，通過(guò)3Dmax模擬夜間駕駛情境，在道路上分別設(shè)置不同數(shù)量突起路標(biāo)。模型創(chuàng)建完成后，制作輸出PPT文件，使用投影儀將結(jié)果呈現(xiàn)給評(píng)價(jià)者，將視覺(jué)辨識(shí)度作為評(píng)價(jià)尺度，并賦予相應(yīng)分?jǐn)?shù)，以方便量化統(tǒng)計(jì)。評(píng)價(jià)過(guò)程中同樣要保證獨(dú)立性和標(biāo)準(zhǔn)性，減少外界環(huán)境及其他人員的干擾。統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，突起路標(biāo)數(shù)量與線形誘導(dǎo)效果呈正相關(guān)，如果數(shù)量在三個(gè)以下，那么效果就非常差，當(dāng)數(shù)量達(dá)到6個(gè)時(shí)，就能夠起到很好的線性誘導(dǎo)效果。

3.2 振動(dòng)仿真與效果分析

車(chē)輪碾壓突起路標(biāo)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)警示作用，可以通過(guò)Adams軟件對(duì)凸起路標(biāo)的振動(dòng)效果開(kāi)展仿真試驗(yàn)分析，作為專門(mén)針對(duì)汽車(chē)構(gòu)建的仿真軟件，擁有可視化效果的力學(xué)分析模塊，能夠相對(duì)準(zhǔn)確地呈現(xiàn)動(dòng)力荷載變化，而且從多視角展示車(chē)輛受力狀況、運(yùn)動(dòng)效果、運(yùn)動(dòng)軌跡以及仿真結(jié)果。利用軟件中的相關(guān)專業(yè)模塊，分別創(chuàng)建模型，包括道路模型、車(chē)輛模型、突起路標(biāo)模型、駕駛?cè)四Ｐ偷?，同時(shí)進(jìn)行仿真結(jié)果分析。根據(jù)人體舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將加權(quán)加速度均方根作為振動(dòng)對(duì)人體健康和舒適的影響評(píng)價(jià)指標(biāo)。因?yàn)榇怪狈较蚣铀俣鹊挠绊懜?，所以選取垂向加速度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，將人的主觀感受分為若干等級(jí)，并與加權(quán)加速度均方根數(shù)值區(qū)間相對(duì)應(yīng)。根據(jù)平直線路段振動(dòng)仿真結(jié)果分析，間隔15m 的突起路標(biāo)布置方案更為合理，能夠產(chǎn)生更好的警示率和更高的碾壓率，該布局方案同樣適用于長(zhǎng)大下坡路段和豎曲線路段[3]。

4 基于數(shù)字化技術(shù)的高速公路安全設(shè)施組合布局優(yōu)化

4.1 模擬駕駛試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于高速公路的復(fù)雜性，尤其是山區(qū)高速公路的特殊性，需要對(duì)交通安全設(shè)施組合方案進(jìn)行模擬試驗(yàn)，找到最佳的組合方式。常見(jiàn)的安全設(shè)施包括警示標(biāo)志、減速標(biāo)志、限速標(biāo)志、護(hù)欄、慢行標(biāo)志等，在數(shù)字化駕駛平臺(tái)及相關(guān)儀器設(shè)備的配合下，在虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景進(jìn)行駕駛，采集駕駛行為參數(shù)、心理生理參數(shù)、眼動(dòng)參數(shù)、車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析后，深入探索不同組合方式的影響程度。波形護(hù)欄在高速公路中比較常見(jiàn)，具有良好的吸收碰撞能量的能力，通過(guò)地基、立柱、橫梁的變形吸收大部分碰撞能量，在選擇波形護(hù)欄進(jìn)行模擬試驗(yàn)時(shí)，需要著重對(duì)護(hù)欄端部進(jìn)行處理，采用解體消能式護(hù)欄端部，能夠有效提升吸能效果。在模擬駕駛試驗(yàn)中，需要加強(qiáng)護(hù)欄結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，通過(guò)理論計(jì)算、計(jì)算機(jī)模擬等多種方式，驗(yàn)證護(hù)欄結(jié)構(gòu)的牢固性、穩(wěn)定性、安全性，波形護(hù)欄屬于半剛性護(hù)欄，在碰撞過(guò)程中允許有較大橫向位移出現(xiàn)，忽略護(hù)欄自身質(zhì)量，將車(chē)輛與護(hù)欄的碰撞簡(jiǎn)化為雙彈簧單自由度系統(tǒng)，驗(yàn)證波形梁護(hù)欄的強(qiáng)度是否滿足要求，同時(shí)，基礎(chǔ)和立柱也要滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.2 模擬駕駛試驗(yàn)實(shí)施

模擬駕駛試驗(yàn)采用的主要設(shè)備包括駕駛模擬平臺(tái)、生理心理儀、眼動(dòng)儀等，同時(shí)還有相關(guān)數(shù)據(jù)提取軟件。駕駛模擬平臺(tái)由駕駛系統(tǒng)、圖像系統(tǒng)、聲響模擬系統(tǒng)、動(dòng)力學(xué)仿真系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、交通微觀仿真系統(tǒng)等部分組成，通過(guò)實(shí)體駕駛艙還原駕駛實(shí)況，實(shí)時(shí)反饋人、機(jī)、環(huán)境的交互狀態(tài)。生理心理儀采用無(wú)線通信技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)生理狀態(tài)指標(biāo)同步采集傳輸，在同一時(shí)間內(nèi)記錄、追蹤、分析個(gè)體生理心理變化，眼動(dòng)儀能夠用來(lái)采集駕駛?cè)搜蹌?dòng)軌跡和基本眼動(dòng)形式特征數(shù)據(jù)。選擇合適人員參與試驗(yàn)，在駕駛經(jīng)驗(yàn)、身體狀況、視力水平等方面有一定要求，然后根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)，確定安全設(shè)施組合方案，按要求搭建實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，保證虛擬駕駛試驗(yàn)的仿真度和可靠性。

4.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集包括車(chē)輛數(shù)據(jù)、生理心理數(shù)據(jù)、眼動(dòng)數(shù)據(jù)等，利用專業(yè)數(shù)據(jù)軟件對(duì)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出和預(yù)處理，有效過(guò)濾無(wú)效數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)噪點(diǎn)，做好特定指標(biāo)的解釋和統(tǒng)計(jì)工作，降低后期數(shù)據(jù)處理的工作量和復(fù)雜度。車(chē)輛數(shù)據(jù)包括車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、操作行為參數(shù)，在不同組合方案下，駕駛?cè)嗽谒俣忍幚怼⒎较虮P(pán)控制等方面存在顯著差異，同樣在生理心理數(shù)據(jù)眼動(dòng)參數(shù)上也會(huì)表現(xiàn)出不同。為了評(píng)價(jià)不同組合方案的試驗(yàn)效果，需要建立效用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，科學(xué)賦予評(píng)價(jià)指標(biāo)相應(yīng)權(quán)重，通過(guò)駕駛?cè)吮憩F(xiàn)出的安全駕駛水平等級(jí)，明確安全設(shè)施組合方案效用，以此為依據(jù)作出科學(xué)論斷[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高速公路是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，涉及國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平提升，隨著工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，高速公路交通事故居高不下，提高交通運(yùn)輸安全依然是首要目標(biāo)。優(yōu)化交通安全設(shè)施布局，保證信息傳達(dá)清晰順暢，可以更好地發(fā)揮交通安全設(shè)施的警示提醒作用，讓駕駛?cè)四軌蚣凶⒁饬?，提前采取?yīng)對(duì)措施，避免由于視覺(jué)缺陷、操作失誤、注意力不集中等因素導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。