动视觉原理在公路线形设计中的应用

当半径较小凹形竖曲线设在离平曲线较远的直线上，且坡差较大时，驾驶员会产生前方纵坡比实际的大的错觉，其错觉的程度随坡差变大，竖曲线半径减小而加剧。当驾驶员在坡顶时，错觉是最大的，随着向凹形竖曲线底部的行进，错觉会逐渐减轻，见图5(a)、(b)。

另外，在一个平曲线或一段长直线内包含几个竖曲线，特别是小半径竖曲线，在驾驶员的眼中，前方道路会完全失去连续性，如图6。

3．3．2 应保持线形在视觉和心理上的平衡平曲线与竖曲线的大小若配合不均衡，即使平曲线和竖曲线完全对应，也会在视觉上失去平衡。从视觉平衡与协调上考虑，平曲线半径R与纵坡I有如下关系

根据式(9)计算的值如表5所示。

另外，若平曲线的半径小于1 000 m，竖曲线半径为平曲线半径的10~20倍时，在视觉上就能达到均衡。表6列出了平竖曲线对应关系。

4 结 语

汽车在公路上快速行驶时，驾驶员主要是通过视觉对公路线形的判断来确定其操作行为，其获得的行驶空间的视觉形状直接影响驾驶员的驾驶行为和行驶速度。驾驶员在行车的过程中，其动视觉的特殊性应该得到足够重视，设计者必须充分考虑驾驶员的动视觉特点，设计出在视觉上保持连续和流畅的公路线形，应尽量避免容易使驾驶员产生错觉的线形，给驾驶员提供一个宽松和愉悦的驾驶环境。

当然，仅仅在线形设计上满足动视觉的要求是不够的，公路沿线的景观设计也是十分重要的，其对驾驶员的视觉也有很大的影响，良好的景观在某些情况下可以弥补线形设计中存在的视觉缺陷。因此，设计者所设计的公路线形既应满足动视觉要求，同时也应注意公路沿线的景观设计。

参考文献：

[1] 袁国林，程建川．错觉及其在公路线形设计中的应用[J]．中国公路学报，2002，15(2)：19—21． [2] 熊广忠．论公路美学的研究与应用[J1．中国公路学报。1994，7(1)：40—46． [3] 彭巍．高等级公路景观设计方法与评价体系的研究[D]．西安：长安大学，1998．

[4] Jerry A R．Designing for safety by analyzing road geometrics[R]．Washington D C：Department of Transportation of Federal Highway Administration，2000．

[5] 王健．交通安全心理学[M]．重庆：科学技术文献出版社重庆分社，1988．

[6] 单博华．道路交通心理[M]．北京：警官教育出版社，1993． [7] 张雨化．道路勘测设计[M]．北京：人民交通出版社，1999． [8] JTJ001—97，公路工程技术标准[s]．1997．

公路线形设计研究

1 山岭区高等级公路线形设计的一般要求公路线形设计应使汽车能够迅速、安全、舒适地行驶，这不仅要求采用与计算行车速度相应的线形指标，同时还必须保证线形的连续、均衡与协调。 连续是指线形设计应保证汽车以某一速度行驶时能逐渐顺畅地从一个圆曲线过渡到另一个圆曲 线，从一个纵坡过渡到另一个纵坡。不同指标之间应有较长的过渡段，使汽车以某一速度运行时能从容地进行方向转换和换档操作。这个过渡段在平面线形设计上就是设置足够长的缓和曲线，在纵面线形上就是采用较大的竖曲线半径和设置较长的竖曲线。线形设计还应考虑驾驶员在视觉和心理方面的要求，应使驾驶员在行驶中视线连续，并能预知前进方向的变化，自然地诱导视线。

均衡是指不同路段和相邻路段之间的技术指标不要相差太大，要组合适当，例如长直线尽头不要设小半径曲线，大半径与小半径曲线之间的比例不应太大，纵面变化不要忽陡忽缓。频繁变更设计指标，将难以保持线形各要素的均衡，会导致驾驶操作的变化幅度过大，给驾驶者带来心理上的不安，影响汽车的高速安全行驶。

协调是指线形的平纵组合应得当，不要平面指标很高，而纵面指标很低，或纵面指标很高，而平面指标很低。各种线形要素之间及与其他设施之间应相互协调。直线、圆曲线、缓和曲线之间应协调；平曲线与竖曲线之间应组合得当；平面线形与纵面线形之间应协调组合；路线与构造物及沿线设施间应协调。公路线形与自然景观之间也应相互协调，山区公路线形设计采用与自然地形相协调的几何线形，顺应地形变化，既能融合周围景观，避免或减少对地形的剧烈切割，也能减少工程数量，降低工程造价、保护环境。山区公路大都是平、纵、横三个方向控制的立体线形，也只有使用匀顺的曲线和低缓的纵坡更能吻合弯曲不平的山区地形和周围景观，使之组成三面协调、流畅的线形及优美的三维空间外观，才能引导驾驶员有良好的视觉反应和舒适、安全地行车。

2.2 回旋曲线参数

回旋曲线是缓和曲线的常用形式，回旋曲线参数A表明回旋曲线曲率变化的缓急程度。实际工作中，回旋曲线的计算是从确定参数开始的。回旋曲线参数A 的选用，从运动力学、运动心理学和视觉等方面考虑，一般应符合以下几点：

(1)根据汽车在回旋曲线上能否缓和行驶来确定：

式中： 是汽车行驶速度，krdh；P为离心加速度变化率，建议高速公路采用0.35(推荐值)及0.5(绝对最小值)。

(2)根据回旋曲线上行驶时间确定：

式中：t为汽车在回旋曲线上行驶必要的最小时间，s。我国标准取t=3，结果为

。

(3)根据视觉条件确定。经验认为，使用回旋曲线作为缓和曲线时，回旋曲线参数A和连接的 圆曲线半径R问保持R／3≤A≤R的关系，便可得到视觉上协调而又顺畅的线形。设计时，一般当 R<100 m时，取A≥R；R≈100 m时，取A=R；100 m3000m时，取A

平曲线过短会造成转向操作困难，引发交通事故。当偏角较小时，即使圆曲线半径足够大，其长度仍然很小。因此，我国规范规定，平曲线的偏角一般应不小于7。，而且还规定了各种车速下平曲线的最小长度。这一指标是按照设计车速6 S的行程确定的，也就是缓和曲线最小长度的2倍。按照规定，平曲线中的圆曲线长度至少不小于设计车速2 S的行程。所以，平曲线最小长度以设计车速的9 S行程为宜，这样才能保证驾驶人员在操纵方向盘上不感到困难。

3 以曲线为主的定线方法

传统的定线方法是根据地形条件，先设置一系列直线，然后用圆曲线和缓和曲线将直线连接起来，这种方法被称为“直线定线法”。在山区地形条件下，采用“直线定线法”难以实现线形的连续与均衡设计，且不易与地形、地物、景观相协调，容易造成大挖大填。采用“曲线定线法”，即先确定适合地形的圆曲线，准确地控制地形、地物，在不受限制的地方用直线和缓和曲线将圆曲线连接起来，形成以曲线为主的随地形、地势而曲折舒顺的连续线形。这比硬拉直线造成大挖大填的线形优越得多，它不仅能灵活地与公路所经地带的地形、地物、景观相协调，而且能减少工程量，降低造价，同时尽量减少对环境的破坏。

七、S型曲线及C型曲线的加宽过渡

当构成S型或C型曲线的两曲线均需进行加宽时，由于加宽分别设置在曲线的内侧，为了路容美观顺畅，一般对加宽的过渡也需对基本设计加以修正。为了不使工程数量有较多的增加，一般可采用下述方法修正：对于s型曲线，加宽从一曲线的缓圆点(或圆缓点)开始，过渡到另一个曲线的超高值等于路拱横坡的断面上，也就是说，对于由A、B两曲线构成的s型曲线，A(B)曲线的内侧加宽渐变在A(B)曲线的缓圆点(或圆缓点)和B(A)曲线的超高值等于路拱横坡的断面之间过渡(即一个曲线的内侧加宽渐变延伸一定的长度至另一个曲线的外侧)。对于C型曲线，由于加宽在同一侧进行，因此其加宽过渡可以采用从一个曲线的圆缓点直接过渡至另一曲线缓圆点；也可以采用先分别按基本设计过渡，只在两曲线超高值渐变至等于路拱横坡的两断面之间，将加宽按直线比例从一个曲线向另一曲线过渡。无论采用上述哪种过渡方式，均能消除在曲线公切点处的内侧边线突变点，使路容得到改观。

缓和曲线由直线处的r=∞过渡到圆曲线处r=R的回旋线替代，其间必定有某一点B满足r=Rb(Rb为不设超高的最小圆曲线半径)，自B点以后，回旋线半径逐渐减小，直至曲线的缓圆点(HY)回旋线半径和圆曲线半径相等，也就是说，自B点以后，曲线应随着半径逐渐小于不设超高的圆曲线半径而逐渐增大超高值，至曲线的缓圆点(HY)，超高值渐变至圆曲线的全超高i。。而此时B点至缓圆点(}rY)的回旋线长度Lb，作为超高缓和段长度。Lb的计算图解如下(见图1)：