摘 要：为了提高公路隧道应急停车带的交通安全，基于认知心理学原理，优化了隧道应急停车带端墙的设计，然后对无立面标记方案、大面积弧形立面标记方案、条形和箭头组合方案进行了驾驶模拟试验。试验结果表明，条形和箭头组合方案的平均可视距离为307.4±1.6) m,满足计算识别视距的要求，平均视觉反应时间最小，为1.176 s,而且立面标记面积比大面积弧形立面标记方案小74.0%，工程建设和维护成本较低，改进效果最好。因此，建议在高速公路隧道紧急停车带端墙上使用该方案。
关键词：隧道交通安全；隧道紧急停车带；端墙立面标记；视觉距离；视觉反应时间；
作者简介：黄婷，女，高级工程师；*男，博士，杜志刚，教授;
基金：贵州省交通厅科技项目(编号:2017-123-031)；
1 前言截至2018年底，中国大陆等级运营公路上有17条隧道 738座，总长约17 236 km, 特长隧道1 058处，长隧道4 315处[1]。高速公路隧道也是事故发生率高的地区。王晓燕(2017)[2]分析2012-2016年隧道事故数据显示，高速公路隧道死亡人数占隧道事故总数的59.4%，平均每年约有137人死亡；钟鼎文(2017)[3]对高速公路隧道事故的统计调查显示，专业隧道和长隧道事故的平均比例为64%。公路隧道中间发生的交通事故为2.68起/(km/年)是事故多发地段。不设置硬路肩或硬路肩宽度小于2.5 m紧急停车带(750 m/路)，但紧急停车带横截面突变，端墙形成障碍物，是典型的交通安全隐患[4]。不设置硬路肩或硬路肩宽度小于2.5 m紧急停车带(750 m/路)，但紧急停车带横截面突变，端墙形成障碍物，是典型的交通安全隐患[4]。研究表明，在驾驶员在驾驶过程中感知到的交通信息中，视觉信息占80%以上，95%是动态视觉信息[56]。通常隧道内空间狭窄封闭，光环境单调昏暗，隧道紧急停车带端墙与周边环境区别小，难以识别，容易诱发不良驾驶行为，造成交通事故。例如，2012年，瑞士南部瓦莱州9号公路隧道发生重大交通事故，造成28人死亡；2019年，一辆大型普通公交车撞上紧急停车墙，造成4人死亡。
董凯(2018)[7]指出，道路标志不足、视线诱导设施设置不当等因素是交通事故的主要原因之一。因此，改善公路隧道应急停车带的视觉环境，对提高隧道安全具有重要意义。杜志刚(2018)[8]等提出在隧道中部建立视线诱导系统，以提高公路隧道中部的行车安全性。立面标志作为一种视觉诱导设施，可以警告驾驶员注意道路或车道附近的结构，防止车辆碰撞结构；傅磊（2018）[9]指出，在隧道入口门墙上涂反射立面标志可以加强对驾驶员的警告效果和安全指导；王少平（2013）[10]结合驾驶轨迹和速度分析了隧道紧急停车带路段的驾驶行为变化特征，并采取相关改进措施。
一般来说，我国高速公路隧道的光环境与一般道路明显不同。隧道中部光环境单调昏暗，紧急停车带等特殊路段更容易造成交通事故。因此，在公路隧道中设置一些诱导设施，特别是在隧道的特殊路段，可以提高隧道的诱导性和安全性。黄婷(2019)[11]研究指出，在隧道入口处添加视觉诱导系统可以显著提高隧道入口近段的视觉认知度；陈(2017)[12]提出了设置在隧道入口处的空间视觉错觉减速景观，可以起到警示和减速的作用，满足驾驶员的驾驶舒适度；郑(2017)[13]指出，在公路隧道内设置诱导系统可以有效减少驾驶员的反应时间。加强隧道交通安全。但目前隧道研究主要集中在隧道出入口和中间普通路段。隧道应急停车带视觉诱导设施对驾驶安全缺乏定量评价指标，应急停车带立面标记方案优化不足[14、15]。但目前，隧道研究主要集中在隧道出入口和中间的普通路段。隧道应急停车带视觉诱导设施对驾驶安全缺乏定量评价指标，应急停车带立面标记方案优化不足[14、15]。本文拟研究隧道应急停车带端墙立面标记的布置方案和评价指标，为提高公路隧道中部交通安全提供新的途径。
2 隧道应急车辆视觉分析2.1 识别视距由于隧道中部光环境单调昏暗，参考信息少，前方车辆和路边障碍物难以识别，导致视觉负荷大，驾驶行为不良；隧道区域隧道段宽度过渡剧烈，梯度段长度短于一般路基，紧急停车带的端墙往往成为障碍物。如果司机不能及时识别，就会造成交通事故，因此提高紧急停车带的视距尤为重要。在靠近紧急停车带的过程中，驾驶员应提前识别端墙，确定车辆运动轨迹是否偏离车道和前方道路状况，并在调整速度、停车、修改车道、改变车道等行为中做出决定。在靠近紧急停车带的过程中，驾驶员应提前识别终端墙，确定车辆运动轨迹是否偏离车道和前方道路状况，并在调整速度、停车、修改车道、改变车道等行为中做出决定。因此，隧道紧急停车带终端墙立面标记设计视距采用识别视距，提供更多的视觉反应时间，提供额外的安全和操作空间。
识别视距由认知距离和行动距离组成。认知距离分为四个过程：目视前方、发现危险、识别风险和应变。行动距离也称为完成动作长度。考虑到最糟糕的条件下最长的视距，司机发现车辆故障或可能出现故障后，从左车道变道进入右紧急停车带，不会影响隧道内的交通或造成交通事故隐患。完成动作过程分为三部分(图1):① 变道过程：采取行动后，车辆从左车道安全变为右车道，距离为L1;② 减速过程：车辆到达右车道后，准备进入紧急停车带，距离为L2;③ 行驶过程：车辆进入紧急停车带，距离为L3。
图1 识别视距
其中可以参考识别视距JTG B如表1所示，01-2014《公路工程技术标准》规范。
表1 标准化视距识别
| 停车视距/ |
| |
| 复杂 | ||
| 75 | 170 | 240 |
| 110 | 230 | 300 |
| 160 | 290 | 380 |
| 210 | 350 | 460 |
本文的研究对象是公路隧道，设计速度为80 km/h, 因此，公路隧道紧急停车带端墙立面标记的标准识别视距为300 m, 但规范只保证了最低安全视距要求。为了进一步提高交通安全性，根据公式可以获得公路隧道紧急停车带端墙立面标记的设计识别视距。
认知距离长度La:
La=Vt(1)
式中：La认知距离长度(m);V为设计速度(m/h);t为识别时间(s),一般采用2.5 s。
王少平[10]分析了左侧车辆进入紧急停车带的过程，得知限速80 km/h下，变道过程L1距离为67 m, 减速过程L2距离为141 m。王少平[10]分析了左侧车辆进入紧急停车带的过程，得知限速80 km/h下，变道过程
L1距离为67 m, 减速过程L2距离为141 m。紧急停车道的长度为40 m, 所以
L3距离为40 m。行动距离长度Lb:Lb=
L1
L2L3 (2)
根据式(1)和(2)获得的认知距离长度为56 m, 248 m。公路隧道紧急停车带端墙立面标记的具体设计识别视距为304 m。
2.2 评价指标
由于驾驶员未能及时识别紧急停车带，判断出行方向是造成交通事故的重要原因，本文以不同隧道紧急停车带端墙立面标记方案的实际视距是否符合视距识别要求，驾驶员是否能及时判断出行方向为评价标准。本文视觉距离的评价指标为：视觉距离(m)=当驾驶员判断隧道紧急停车带时，驾驶员与隧道紧急停车带的距离。视觉反应时间指标刺激驾驶员到明显反应所需的时间。视认反应时间测量标准为：视认反应时间(s)=司机看到前面有不同的时刻——判断出行方向按下按钮的时刻(不管判断是否正确)。通过3ds Max软件和e-prime通过测试人员手动记录实际可视距数据，平台进行模拟驾驶记录，视觉识别反应时间由e-prime获取。从以上理论可以看出，高速公路隧道实际视距大于设计视距304 m最安全的时间是300，大于规范要求 m且小于304 m比较安全，不到300 m不安全。视觉反应时间越小，能及时判断出行方向，说明该方案的改进效果越好[13]。3 端墙立面标记方案优化设计
3.1 设计原理
(1) 认知心理学理论认知心理学是指利用信息理的角度研究认知过程。在道路上，驾驶员认知交通信息的时间越短，就越安全。标志的核心功能是帮助驾驶员识别道路信息，导字是指自身的指导作用；在指导下， 主体完成了识别的行为过程[16]。为确保交通安全，驾驶员应始终注意交通标志、前方道路方向、障碍物等重要交通要素，并及时认识和处理复杂情况。通过标识符号、箭头、颜色等设计元素，可以有效地引导用户完成相应的目标搜索任务[17]。刘景生(2018)[18]通过试验表明，不同类型安全标志的视觉关注是自上而下的提示、禁止、警告和指示；俊志才（2005）[19]解释了标志的独特性，有利于驾驶员的识别。图形导识设计采用方向性线条或图形进行视觉诱导， 传递方向信息[20]简洁明了。立面标记作为一种视觉诱导设施，设置在紧急停车带的端墙上可以警告驾驶员。通过图形设计紧急停车带端墙立面标记，增强驾驶员对紧急停车带的认知能力。除了提醒驾驶员在车道内或附近注意高于路面的结构外，还可以增加方向诱导和安全性。因此，本文从认知心理学理论的角度设计了隧道紧急停车带端墙立面标记方案，从而提高了警示性和诱导性。(2) 视觉成像原理利用简单的视觉成像原理(不考虑物体亮度、环境能见度等)[21]，提高紧急停车带端墙立面标记的理论可见距离。如图2所示，目标对象的视角高度为
H,人眼可见物体的最小角度是
α,人眼可视距离
L
为：L=H/[2tan(α2)]?????????(3)L=Η/[2tan(α2)]?????????(3)从公式(3)可以看出，目标对象越高越宽，即视角越高越宽，人的理论可见距离越长。因此，本文将改变隧道紧急停车带端墙立面标记的高度和宽度。
图2 视觉成像
3.2 方案设计本文的研究对象是路隧道，结构为分离式独立双洞隧道，限高5.0 m, 车道宽3.75 m, 左侧向宽0.5 m, 右侧向宽0.75 m, 检修道宽度0.75 m。紧急停车带宽度3.5 m, 有效长度40 m。根据调查，JTG D81-2017年《公路交通安全设施设计规范》对隧道紧急停车带区域缺乏有针对性的规定，没有研究紧急停车带诱导设施方案，因此大多数紧急停车带端墙采用方案1[图3(a)],作为对照组，端墙没有立面标记。然而，中国已经有一些隧道紧急停车 带端
