长安大学公路学院：高速公路长大下坡路段防眩板设置高度研究

高速公路长大下坡路段防眩板设置高度研究 顾文晨1张敏 (1.长安大学公路学院,陕西西安710064) 摘要:为了解决高速公路长大下坡特殊路段存在的对向车辆眩光引起的交通安 全问题,本文对防眩板设置高度计算模型进行分析,结合最不利车道组合形式以及 动静视距差对交通安全影响分析,提出了防眩板设置高度优化方案,并给出设置高 度检验流程。研究结果表明:防眩板设置的高度在实际运用中不会随着计算模型而 连续变化,而是存在一个阈值,超过这饣上下限会对道路安全造成一定的影响,设 置高度不宜过高或过低,应该结合实际情况,针对某一路段制定出防眩板实际高度。 关镳词:交通工程;长大下坡;防眩板高度;交通安全 中图分类号:U41 Height analysis of anti-dazzle plate in long-steep downgrade sections of expressway Gu Wen-chen, Zhang Min (1. School of Highway, Chang'an University. XIan, Shanxi, 71000 Abstract: In order to solve the problem of traffic accidents caused by glare of vehicles on special sections of highway such as long-steep downgrade, In this paper, the hei calculation model of anti-dazzle plate is analyzed, combined with the most unfavorable lane combination and movement stadia bad impact on traffic safety analysis, anti-dazzle plate set up highly optimized scheme was proposed, and set the height of inspection process is given The analysis shows that in practical application, the height of anti-dazzle plate will not change continuously with the calculation model, but there is a threshold value, exceeding which will cause certain impact on road safety. The height should not be too high or too low, and the actual height of anti-dazzle plate should be developed for a certain section according to the actual situation key words: Traffic engineering; long-steep downgrade; anti-dazzle plate height; traffic safety 引言 在道路行驶过程中绝大部分信息是靠视觉获得的,在一些快速路尤其是高速公路中,哪 怕短暂的失明都会对交通安全造成极大的影响。除去阴雨雾天等自然天气不可控条件影响下, (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

高速公路长大下坡路段防眩板设置高度研究 顾文晨 1 ,张敏 1 （1.长安大学 公路学院，陕西 西安 710064） 摘 要： 为了解决高速公路长大下坡特殊路段存在的对向车辆眩光引起的交通安 全问题，本文对防眩板设置高度计算模型进行分析，结合最不利车道组合形式以及 动静视距差对交通安全影响分析，提出了防眩板设置高度优化方案，并给出设置高 度检验流程。研究结果表明：防眩板设置的高度在实际运用中不会随着计算模型而 连续变化，而是存在一个阈值，超过这个上下限会对道路安全造成一定的影响，设 置高度不宜过高或过低，应该结合实际情况，针对某一路段制定出防眩板实际高度。 关键词： 交通工程；长大下坡；防眩板高度；交通安全 中图分类号：U41 Height analysis of anti-dazzle plate in long-steep downgrade sections of expressway Gu Wen-chen1 , Zhang Min1 (1.School of Highway, Chang’an University. Xi’an, Shanxi, 710064） Abstract: In order to solve the problem of traffic accidents caused by glare of vehicles on special sections of highway such as long-steep downgrade, In this paper, the height calculation model of anti-dazzle plate is analyzed, combined with the most unfavorable lane combination and movement stadia bad impact on traffic safety analysis, anti-dazzle plate set up highly optimized scheme was proposed, and set the height of inspection process is given. The analysis shows that in practical application, the height of anti-dazzle plate will not change continuously with the calculation model, but there is a threshold value, exceeding which will cause certain impact on road safety. The height should not be too high or too low, and the actual height of anti-dazzle plate should be developed for a certain section according to the actual situation. key words: Traffic engineering; long-steep downgrade; anti-dazzle plate height; traffic safety 一、引言 在道路行驶过程中绝大部分信息是靠视觉获得的，在一些快速路尤其是高速公路中，哪 怕短暂的失明都会对交通安全造成极大的影响。除去阴雨雾天等自然天气不可控条件影响下

驾驶员在夜间行车时对向车辆的灯光照射也会导致其视力下降,这就是眩光现象。而防眩板 等设施的作用就是为了解决对向车灯眩光,保证两方向的车辆行驶更安全 近年来我国公路建设迅速发展,相对应的交通安全设施也越来越完善,其中包括多种形 式的防眩板被应用到实际道路中。然而量产出来的整齐划一的防眩板高度难以满足长大下坡 或者平纵线形复杂等特殊路段,存在着漏光现象。在防眩板高度设置方面,国外研究现状如 下。wang等硏究了凹形竖曲线的线形特征,为研究凹形竖曲线上防眩设施高度奠定了理论 基础;Mok等研究了道路周边交通安全设施,提出在不同的道路线形条件下防眩设施应采 用不同的高度2 国内目前有如下研究,我国《公路交通安全设施设计细则》( JTG/ D81-2017)根据驾 驶人视线高度和前照灯的高度值提出了直线路段防眩设施的高度计算方法;吴焱等利用驾驶 人视线移动轨迹在道路纵断面上的投影模型,提出了凹形竖曲线路段防眩板高度的计算方法 问;赵炜华等基于工效学原理,提出遮光防眩设施设置高度优化方案;潘兵宏等通过选取 不同控制计算点,提出了凹形竖曲线路段在不同平、纵面线形组合下的防眩板高度计算模型 向;孙吉书等结合分析最不利车道组合下,提出了不同线形条件下高速公路防眩板高度的计 算公式;赵晓娟从最不利车道与车型组合角度出发,建立了凹曲线防眩设施高度计算模型 ;杨春风等结合高速公路的动静态视距分析,得出了防眩板高度对交通安全的影响关键参 数9。 从当前研究看,国内外对于防眩板高度的研究有了一定的深刻认知,但是在长大下坡等 特殊路段的防眩板高度设置研究和应用较少。而长下坡路段比平坦路面的危险性要高许多 事故发生的概率也更大,如果防昡板设置不合理将导致长大下坡路段危险系数増加。基于此 本文首先得出长大下坡平直路段防眩板最小高度,继而结合视距分析以及最不利车道、车型 组合条件下,对防眩板高度计算模型在长下坡路段进行了优化修正。最后通过工程实例分析 计算出防眩板高度范围临界值并对该工程防眩板高度设置做出了检验。 、长大下坡路段防眩板设置高度分析 (一)长大下坡直线段防眩板最小高度的确定 防眩板的高度与驾驶人的视线高度和对向车辆前照灯的高度有着直接联系,考虑到经济 成本,一般认为对向车辆照射过来的灯光刚好被中间带上的防眩板所遮挡为适合,这时我们 就需要确立一个防眩板最小高度值(即临界值)。然而由于车辆结构和驾驶人个体等因素的 差别,驾驶人的视线高度变化很大,这给防眩板高度的设施带了很多不确定性。根据《公路 交通安全设施设计细则》,驾驶人视线高度和眩光的建议高度值如下表所示: 表1驾驶人视线高度和眩光的建议高度值 车型 驾驶人视线高度h(m) 对向车辆眩光高度h(m) 大型车 小型车 1.30 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

驾驶员在夜间行车时对向车辆的灯光照射也会导致其视力下降，这就是眩光现象。而防眩板 等设施的作用就是为了解决对向车灯眩光，保证两方向的车辆行驶更安全。 近年来我国公路建设迅速发展，相对应的交通安全设施也越来越完善，其中包括多种形 式的防眩板被应用到实际道路中。然而量产出来的整齐划一的防眩板高度难以满足长大下坡 或者平纵线形复杂等特殊路段，存在着漏光现象。在防眩板高度设置方面，国外研究现状如 下。Wang等研究了凹形竖曲线的线形特征，为研究凹形竖曲线上防眩设施高度奠定了理论 基础[1]；Mok等研究了道路周边交通安全设施，提出在不同的道路线形条件下防眩设施应采 用不同的高度[2]。 国内目前有如下研究，我国《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81-2017)[3]根据驾 驶人视线高度和前照灯的高度值提出了直线路段防眩设施的高度计算方法；吴焱等利用驾驶 人视线移动轨迹在道路纵断面上的投影模型，提出了凹形竖曲线路段防眩板高度的计算方法 [4]；赵炜华等基于工效学原理，提出遮光防眩设施设置高度优化方案[5]；潘兵宏等通过选取 不同控制计算点，提出了凹形竖曲线路段在不同平、纵面线形组合下的防眩板高度计算模型 [6]；孙吉书等结合分析最不利车道组合下，提出了不同线形条件下高速公路防眩板高度的计 算公式[7]；赵晓娟从最不利车道与车型组合角度出发，建立了凹曲线防眩设施高度计算模型 [8]；杨春风等结合高速公路的动静态视距分析，得出了防眩板高度对交通安全的影响关键参 数[9]。 从当前研究看，国内外对于防眩板高度的研究有了一定的深刻认知，但是在长大下坡等 特殊路段的防眩板高度设置研究和应用较少。而长下坡路段比平坦路面的危险性要高许多， 事故发生的概率也更大，如果防眩板设置不合理将导致长大下坡路段危险系数增加。基于此 本文首先得出长大下坡平直路段防眩板最小高度，继而结合视距分析以及最不利车道、车型 组合条件下，对防眩板高度计算模型在长下坡路段进行了优化修正。最后通过工程实例分析， 计算出防眩板高度范围临界值并对该工程防眩板高度设置做出了检验。 二、长大下坡路段防眩板设置高度分析 （一）长大下坡直线段防眩板最小高度的确定 防眩板的高度与驾驶人的视线高度和对向车辆前照灯的高度有着直接联系，考虑到经济 成本，一般认为对向车辆照射过来的灯光刚好被中间带上的防眩板所遮挡为适合，这时我们 就需要确立一个防眩板最小高度值（即临界值）。然而由于车辆结构和驾驶人个体等因素的 差别，驾驶人的视线高度变化很大，这给防眩板高度的设施带了很多不确定性。根据《公路 交通安全设施设计细则》，驾驶人视线高度和眩光的建议高度值如下表所示： 表 1 驾驶人视线高度和眩光的建议高度值[3] 车型 驾驶人视线高度 h 2 (m) 对向车辆眩光高度 h 1 (m) 大型车 2.0 1.0 小型车 1.30 0.8

按照对向眩光刚好被防眩板遮住可以确立高度计算模型 H=h1+ (h2-h1)B1 (B1+B2) (1) 式(1)中,H为防眩板高度;h为对向车辆眩光高度,h为驾驶人视线高度,h、h2的 建议高度值如表1所示;B1、B2分别是车行道上车辆距防眩板中心线的距离,B=B1+B2如图1 所示 L 行车道4 行车道3 行车道1 图1高速公路车辆行驶示意图 由此可见,B即代表着车辆行驶间的横间距,而根据上式(1)可得,防眩板高度的确 立除了与驾驶人视线高度和对向车辆眩光高度相关之外,与该横间距关系也比较大,根据不 同车道组合形式进行分析,具体分为双向四车道、六车道和八车道。假设行车道宽度为b, 中分带宽度为a,最不利车道组合形式为接受眩光车辆在最里车道位置和发射眩光车辆在最 外侧车道位置,则可得出表2如下。 表2最不利车道组合下防眩板高度H 防眩板设置高度H(m) 双向四车道 H=h1+(h2-h1) (a+2b) 双向六车道 H=h1+(h2-h1 2(a+3b) 双向八车道 H=h21+(h2-h2)a+7b 2(a+4b) (二)纵坡变化凹曲线路段防眩板最小高度的确定 在高速公路长大下坡路段中,路线布设和纵坡设计较为复杂,从工程造价的角度考虑, 多采用长陡坡和短缓坡交替组成的“台阶式”连续长大下坡路段,除了不良的平纵组合如长陡 下坡接小半径平曲线容易导致安全事故之外,长陡下坡的一些竖凹曲线路段也会导致驾驶员 从较高的角度接收到对向车辆发射过来的眩光,如果防眩板高度不能根据凹形竖曲线的半径 和前后纵坡的大小而随时变化高度,也会造成交通事故的发生。对此,在一些纵坡变化的 凹曲线路段,建立以下计算模型进行分析 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

按照对向眩光刚好被防眩板遮住可以确立高度计算模型[3]： H = ℎ1 + (ℎ2 − ℎ1 )𝐵1 (𝐵1 + 𝐵2) ⁄ (1) 式（1）中，H为防眩板高度；h1为对向车辆眩光高度，h2为驾驶人视线高度，h1、h2的 建议高度值如表1所示；B1、B2分别是车行道上车辆距防眩板中心线的距离，B= B1+B2如图1 所示。 图 1 高速公路车辆行驶示意图 由此可见，B即代表着车辆行驶间的横间距，而根据上式（1）可得，防眩板高度的确 立除了与驾驶人视线高度和对向车辆眩光高度相关之外，与该横间距关系也比较大，根据不 同车道组合形式进行分析[9]，具体分为双向四车道、六车道和八车道。假设行车道宽度为b， 中分带宽度为a，最不利车道组合形式为接受眩光车辆在最里车道位置和发射眩光车辆在最 外侧车道位置，则可得出表2如下。 表 2 最不利车道组合下防眩板高度 H （二）纵坡变化凹曲线路段防眩板最小高度的确定 在高速公路长大下坡路段中，路线布设和纵坡设计较为复杂，从工程造价的角度考虑， 多采用长陡坡和短缓坡交替组成的“台阶式”连续长大下坡路段，除了不良的平纵组合如长陡 下坡接小半径平曲线容易导致安全事故之外，长陡下坡的一些竖凹曲线路段也会导致驾驶员 从较高的角度接收到对向车辆发射过来的眩光，如果防眩板高度不能根据凹形竖曲线的半径 和前后纵坡的大小而随时变化高度[3]，也会造成交通事故的发生。对此，在一些纵坡变化的 凹曲线路段，建立以下计算模型[4]进行分析 车道类型 防眩板设置高度 H（m） 双向四车道 H = ℎ1 + (ℎ2 − ℎ1) 𝑎 + 3𝑏 2(𝑎 + 2𝑏) 双向六车道 H = ℎ1 + (ℎ2 − ℎ1) 𝑎 + 5𝑏 2(𝑎 + 3𝑏) 双向八车道 H = ℎ1 + (ℎ2 − ℎ1) 𝑎 + 7𝑏 2(𝑎 + 4𝑏)

图2驾驶人视线移动轨迹投影曲线图 如图2所示,建立XOY投影坐标轴,设A为对向车辆位置,C为驾驶人位置,D为防眩板 位置,(xy)为A、C、D的投影坐标。路段纵断面曲线半径为R,则对向车辆眩光运动轨迹 曲线半径为R,驾驶人视线移动轨迹曲线半径为R2,L为眩光照距(取120m1),位置关系 +L x1+01/B R)2 由式(1)得 (y2-y1)B1 y3=y1 (5) 再根据式(2)、(3)、(4)可知 y=R-√R-h)2-x+R一h)2-x-√(R=h2)2-(x1+D)]B/B(6) 综上,凹形竖曲线上任一点D(x3y3)即最小要求的防眩板高度H为 H y3-y x3-√(R-h1)2 +/(R-h2)2-(x3-412)2-J(R-h2)2-(x2+L-42|B/B 三、考虑视距条件对交通安全的影响下防眩板设置高度分析 高速公路长大下坡路段由于驾驶员持续保持在高速下坡的环境条件中,还得时刻关注限 速路段随时做好刹车的准备,其心理会出现不同的紧张程度,过大的坡度,急剧的弯、坡组 合或过高的行车速度必然会加剧驾驶员的行车紧张度,从而增加其工作强度和心理负荷,这 样在长时间行车过程中,驾驶员容易过早疲劳,反应不及而导致事故的发生。这时,沿线景 观对驾驶员的心理作用就显得尤其重要。 根据《公路交通安全设施设计规范》可知,防眩设施既要有效地遮挡对向车辆前照灯的 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

图 2 驾驶人视线移动轨迹投影曲线图 如图2所示，建立XOY投影坐标轴，设A为对向车辆位置，C为驾驶人位置，D为防眩板 位置，（xi ,yi）为A、C、D的投影坐标。路段纵断面曲线半径为R，则对向车辆眩光运动轨迹 曲线半径为R 1，驾驶人视线移动轨迹曲线半径为R 2，L为眩光照距（取120m[10]），位置关系 如下： 𝑥2 = 𝑥1 + 𝐿 （2） 𝑥3 = 𝑥1 + 𝐿𝐵1 𝐵 ⁄ （3） 𝑥𝑖 2 + (𝑦𝑖 − 𝑅) 2 = 𝑅 2 （4） 由式（1）得 𝑦3 = 𝑦1 + (𝑦2 − 𝑦1 )𝐵1 𝐵 ⁄ （5） 再根据式（2）、（3）、（4）可知 𝑦3 = 𝑅 − √(𝑅 − ℎ1 ) 2 − 𝑥1 2 + *√(𝑅 − ℎ1) 2 − 𝑥1 2 − √(𝑅 − ℎ2) 2 − (𝑥1 + 𝐿) 2+ 𝐵1⁄𝐵 （6） 综上，凹形竖曲线上任一点D（x3,y3）即最小要求的防眩板高度H为 H = 𝑦3 − 𝑦 = √𝑅2 − 𝑥3 2 − √(𝑅 − ℎ1 ) 2 − (𝑥3 − 𝐿𝐵1 𝐵 ) 2 + [√(𝑅 − ℎ1) 2 − (𝑥3 − 𝐿𝐵1 𝐵 ) 2 − √(𝑅 − ℎ2) 2 − (𝑥3 + 𝐿 − 𝐿𝐵1 𝐵 ) 2] 𝐵1⁄𝐵 （7） 三、考虑视距条件对交通安全的影响下防眩板设置高度分析 高速公路长大下坡路段由于驾驶员持续保持在高速下坡的环境条件中，还得时刻关注限 速路段随时做好刹车的准备，其心理会出现不同的紧张程度，过大的坡度，急剧的弯、坡组 合或过高的行车速度必然会加剧驾驶员的行车紧张度，从而增加其工作强度和心理负荷，这 样在长时间行车过程中，驾驶员容易过早疲劳，反应不及而导致事故的发生。这时，沿线景 观对驾驶员的心理作用就显得尤其重要。 根据《公路交通安全设施设计规范》可知，防眩设施既要有效地遮挡对向车辆前照灯的

眩光,也要满足横向通视好、能看到斜前方,并对驾驶人心理影响小的要求。这就意味着防 眩板并不是越高越好,除了高度能够满足遮挡眩光的要求之外,防眩板还必须设定一个上限 高度,一般规范规定防眩设施的高度不宜超过2m。对此,杨春风等人对防眩板最大高度 提出了更为具体的计算公式,考虑到该计算模型参数复杂,故简化为防眩板高度对交通安全 的影响程度,其主要是通过防眩板静视距和车辆动视距的差值体现。尤其在高速公路长大 下坡路段,较一般普通路段车速更高,路面纵坡更大更长,防眩板设置的高要求对交通安全 的影响更为深刻。 设车辆位置为(x,y1),防眩板位置为(x2y2),则防眩板静视距S为 S=2R1sin-√(x2-x1)2+(y2-y1)/2R 式(8)中,S为防眩板静视距(m),R为车辆行驶轨迹圆半径(m),R为平曲线半径 (m)。此处设D为车辆和防眩板的直线距离,令R1=R,则式(8)可简化如下 Si= 2sin D 根据车辆的速度、轮胎与路面的横向摩擦系数和车辆行驶的安全距离,可得车辆动视距 为 St 式(10)中,S为车辆动视距(m),t为驾驶人反应时间(s);V为车辆速度(ms);a 为路面与车轮之间的纵向摩阻系数;i为路面纵坡,上坡为“+”,下坡为“”,记为小数;S 为安全距离(m),取5~10m;k2为制动使用系数,一般取1.20~140。 设Z=S-S,由分析可知,当Z>0,则防眩板高度对交通安全无影响,当Z<0时,防眩 板高度对交通安全造成影响,且Z值与影响成反比。 综上,高速公路长大下坡路段防眩板设置高度分析流程如图3所示。 获取长下坡路段原始数据材料 判断车道组合形式以及路段特点 匚直线路段凹型竖曲线路段 选择相应公式计算出 最小防眩板高度值H 根据动静视距差值判断交 通安全影响并作出检验 输出H 图3防眩板设量高度分析流程图 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net

眩光，也要满足横向通视好、能看到斜前方，并对驾驶人心理影响小的要求。这就意味着防 眩板并不是越高越好，除了高度能够满足遮挡眩光的要求之外，防眩板还必须设定一个上限 高度，一般规范规定[3]防眩设施的高度不宜超过2m。对此，杨春风等人对防眩板最大高度 提出了更为具体的计算公式，考虑到该计算模型参数复杂，故简化为防眩板高度对交通安全 的影响程度，其主要是通过防眩板静视距和车辆动视距的差值体现[9]。尤其在高速公路长大 下坡路段，较一般普通路段车速更高，路面纵坡更大更长，防眩板设置的高要求对交通安全 的影响更为深刻。 设车辆位置为（x1,y1），防眩板位置为（x2,y2），则防眩板静视距Sj [11]为 𝑆𝑗 = 2𝑅1𝑠𝑖𝑛−1 [√(𝑥2 − 𝑥1) 2 + (𝑦2 − 𝑦1) 2⁄2𝑅] （8） 式（8）中，Sj为防眩板静视距（m），R1为车辆行驶轨迹圆半径（m），R为平曲线半径 （m）。此处设D为车辆和防眩板的直线距离，令R1=R，则式（8）可简化如下 𝑆𝑗 = 2𝑠𝑖𝑛−1𝐷 （9） 根据车辆的速度、轮胎与路面的横向摩擦系数和车辆行驶的安全距离，可得车辆动视距 [12]为 𝑆𝑡 = 𝑉𝑡 3.6 + 𝑘𝑧𝑣 2 254(𝛼±𝑖) + 𝑆0 （10） 式（10）中，St为车辆动视距（m），t为驾驶人反应时间（s）；V为车辆速度（m/s）；α 为路面与车轮之间的纵向摩阻系数；i为路面纵坡，上坡为“+”，下坡为“-”，记为小数；S0 为安全距离（m），取5~10m；kz为制动使用系数，一般取1.20~1.40。 设Z=Sj-St，由分析[9]可知，当Z＞0，则防眩板高度对交通安全无影响，当Z＜0时，防眩 板高度对交通安全造成影响，且Z值与影响成反比。 综上，高速公路长大下坡路段防眩板设置高度分析流程如图3所示。 图 3 防眩板设置高度分析流程图