CC BY
12
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ
УДК 656.13.052.53
П.А. ПЕГИН, канд. техн. наук, доцент,
ТОГУ, Хабаровск
НОВЫЙ СПОСОБ ЗРИТЕЛЬНОГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ ВОДИТЕЛЯ В УСЛОВИЯХ ТУМАНА
Предложен новый способ зрительного ориентирования участников дорожного движения, при котором на дорогах устанавливают сигнальные дорожные столбики, имеющие верхнюю насадку с источником светового излучения или светоотражающий элемент. С целью зрительного ориентирования участников дорожного движения по ширине проезжей части световой луч направляют вдоль дороги с двух сторон, для ориентирования по расстоянию до препятствия - поперек проезжей части через определенные интервалы.
Согласно статистическим данным, средний уровень дорожно-транспортных происшествий (ДТП) в условиях тумана составляет около 3 % от общего числа ДТП. По своим последствиям эти аварии являются наиболее тяжкими.
С психологической точки зрения безопасное обустройство дорог в основном определяется способностью помогать водителю предвидеть развитие дорожных условий, давать ему нужную опережающую информацию. Эта информация должна объективно и просто подсказывать правильные решения. Например, «примыкание второстепенной дороги» предупреждается дорожным знаком и подтверждается «оптически» (зрительно) соответствующим изменением дорожной обстановки, т. е. изменением направляющих элементов.
Направляющие элементы автомобильной дороги подсказывают водителю правильный выбор действий и сокращают диапазон возможных различий в субъективном истолковании условий движения. Так, например, соответствующая дорожная разметка и соответствующие направляющие ограждения содержат больше полезной конкретной информации (например, о характере кривой), которую можно использовать не только для прогнозирования, но и для непосредственного управления транспортным средством, чем один дорожный знак «опасный поворот».
Все факторы дорожно-транспортной обстановки условно можно классифицировать по трем группам [1]:
© П.А. Пегин, 2008
1) дорожные условия (состояние дорожного покрытия и прилегающей территории, погодно-климатические условия и т. п.);
2) технические средства организации движения (дорожные знаки и разметка, светофорное регулирование, система ограждения, освещение и др.);
3) условия движения (поведение водителей, пешеходов и других участников дорожного движения).
Для водителя, в первую очередь, важно уметь предвидеть возможные изменения дорожно-транспортной обстановки. Основой такого прогноза служат опыт водителя, его знания и информация об обстановке на дороге, которую он получил с помощью наблюдения и анализа. Анализируя информацию, водитель только выделяет наиболее важные объекты и события, при прогнозировании же он предполагает, как они будут влиять на безопасность движения.
Среди дорожных условий наиболее сложным природно-климатическим фактором является туман. Движение в условиях тумана осложнено рядом причин.
Во-первых, снижается расстояние видимости в связи с водностью воздуха (масса капель воды в единице объема воздуха). При водности больше 0,8 г/м3 наблюдается сильный туман с видимостью менее 50 м, при среднем тумане водность составляет от 0,4 до 0,8 г/м3, и видимость может быть в пределах от 50 до 500 м. При водности меньше 0,4 г/м3 наблюдается слабый туман с метеорологической дальностью видимости более 500 м.
Во-вторых, снижается коэффициент сцепления, что обусловлено наличием водной пленки между колесом автомобиля и дорожным покрытием в результате образования водного конденсата на дороге из-за тумана.
В-третьих, снижается зрительная пропускная способность лобового стекла вследствие запотевания и каплеобразования.
В-четвертых, в условиях тумана происходит эффект зрительного обмана, который заключается в том, что фактическое расстояние зрительно увеличивается в 2 раза. Так, если до препятствия фактически 25 м, то водителю кажется, что до него 40-50 м. Часто именно этот обман и приводит к авариям в условиях тумана.
Для предупреждения водителя об ухудшении дорожных условий применяют технические средства и разрабатывают новые способы снижения аварийности в тумане.
В Англии применяют автономный дорожный знак со звуковым сигналом, срабатывающим при увеличении водности, который предупреждает водителей о приближении к участку с туманом. В настоящее время подобные знаки оснащены передающим устройством, и водители получают предупреждающую информацию об участках автомобильной дороги, расположенных в тумане, на бортовой компьютер, что позволяет изменить маршрут движения. В тех случаях, когда объезд опасного участка дороги невозможен, водитель вынужден двигаться в тумане.
Во Франции существует правило «3^50», которое заключается в том, что при снижении видимости в тумане до 50 м водитель должен ехать со скоростью не более 50 км/ч и держать дистанцию не менее 50 м. Сложность при-
менения данной рекомендации заключается в том, что водитель в тумане не может держать дистанцию 50 м из-за зрительного обмана.
Известен способ ориентирования водителей в тумане, который заключается в нанесении поперек проезжей части автомобильной дороги горизонтальных полос с интервалом 50 м с целью определения дистанции между транспортными средствами.
Недостатки данного метода:
- высокие требования к светоотражающим и световозвращающим свойствам разметки;
- заносимость разметки в зимних условиях;
- короткий эксплуатационный период разметки (от 0,5 до 2,0 лет).
В России почти не используются специальные технические средства для обеспечения безопасности движения в условиях тумана [5], поэтому основная нагрузка по безопасному движению ложится на плечи водителей. Только их мастерство управлять транспортным средством, а также большие психофизиологические способности помогают избежать аварии.
В 2005 г. в г. Петропавловск-Камчатский были проведены исследования параметров видимости в условиях тумана. При обработке экспериментальных данных учитывались некоторые психофизиологические особенности восприятия. Согласно известному закону Фехнера, интенсивность ощущения пропорциональна логарифму интенсивности стимула, поэтому рассматривался логарифм видимости, являющийся мерой зрительного ощущения, с которым интенсивность восприятия объектов связана линейно.
Анализ полученных результатов позволил сделать вывод, что в условиях тумана у водителя возрастает частота пульса на 15-39 ударов в мин. Опрос водителей после экспериментов выявил закономерность, которая заключается в том, что испытуемые концентрируют внимание на двух точках в поле зрения: на максимально возможном расстоянии видимости по полосе движения и на краевой правой линии.
Анализ полученных результатов позволил подразделить туманы в зависимости от плотности по уровню психического напряжения на водителя (табл. 1).
Таблица 1
Зависимость эмоционального напряжения от плотности тумана
Плотность тумана Эмоциональное напряжение
Слабый (видимость более 500 м) и средний (видимость 500-200 м) Оптимальное эмоциональное напряжение
Средний (видимость 200-50 м) и сильный (видимость до 50 м) Перегрузка
Эмоциональное напряжение в основном связано с уменьшением расстояния видимости. При средней плотности тумана с метеорологическим расстоянием видимости менее 200 м у водителя наступает эмоциональная перегрузка, которая вызвана не только малым расстоянием видимости, но и отсутствием информации о дорожной обстановке и условиях движения.
Вторая закономерность заключается в снижении средней скорости потока. Данные наблюдений (табл. 2) показали фактическое снижение скорости на 16,3 % при уменьшении расстояния видимости до 100 м. Такое снижение скорости является малоэффективным и не всегда обеспечивает безопасную скорость движения.
Таблица 2
Данные среднего снижения скорости транспортного потока
Фактическая МДВ, м
100 200 300 400 500 600 700
Величина снижения скорости свободного движения автомобилей в зависимости от МДВ, % 16,3 11,5 7,4 4,3 2,1 0,8 -
Проведенный эксперимент показал, что по сравнению с расчетными условиями метеорологическая дальность видимости (МДВ) может снижаться в 3-5 раз и приближаться к предельному значению.
Наблюдения показали, что в условиях недостаточной видимости возрастают расстояния безопасности между движущимися автомобилями. Таким образом, сокращение МДВ приводит к снижению скорости движения и пропускной способности (табл. 3).
Таблица 3
Зависимость средних скоростей движения от МДВ для легковых автомобилей
Видимость, м 100 200 300 400 500 600 700
Средняя скорость, км/ч 52 63 68 70 72 73 74
Во всех случаях заметное снижение скорости движения наблюдается при расстоянии видимости менее 600 м. При одинаковом расстоянии видимости скорость движения в тумане ниже, чем скорость на участках с ограниченной геометрической видимостью для легковых автомобилей на 15-30 %. Однако нельзя сравнивать ограничение видимости, вызванное геометрическими параметрами дороги, с МДВ. Геометрические ограничения видимости распространяются на небольшие участки дороги и не вызывают значительных эмоциональных перегрузок. При недостаточной МДВ скорость приходится снижать на большом протяжении дороги не только из-за ограничения видимости, но и в связи со значительными эмоциональными перегрузками и ухудшением эксплуатационного состояния покрытия.
Для повышения безопасности движения на автомобильной дороге в условиях тумана предлагается использовать новый способ зрительного ориентирования водителя [4], который основан на использовании сигнальных столбиков со специальными насадками[2, 3]. Столбики устанавливают на туманоопасных участках дороги с двух сторон проезжей части на расстоянии 50 м друг от друга (рис. 1). Новизна заключается в том, что на одних сигнальных столбиках установлены специальные источники светового излучения, а на
других - насадки со светоотражающей поверхностью, что позволяет преломлять луч света под определенным углом.
На столбике 1 устанавливается лазерное устройство, которое включается автоматически или дистанционно. Луч направлен на столбик 2, на котором отражаемая поверхность преломляет луч под углом 90° и направляет его на столбик 3.
Луч между столбиками 2-3, 4-5 направлен параллельно дороге и ориентирует водителей по ширине проезжей части. Луч между столбиками 1-2, 3-4, 5-6 направлен перпендикулярно оси проезжей части и ориентирует водителей по расстоянию видимости в зависимости от количества перпендикулярных лучей.
Об.
Пр.
Об.
50 м . 50 м
Рис. 1. Схема расположения и работы специальных сигнальных столбиков (план):
Об. - обочина; Пр. - проезжая часть; Ст. - столбик сигнальный;
- направление луча
В условиях ограниченной видимости луч ориентирует водителя как по ширине проезжей части, так и визуально разбивает трассу на равные участки протяженностью по 50 м.
В условиях тумана включают источник светового излучения, который размещают в специальной насадке столбика сигнального дорожного (ст. 1) на высоте 750-800 мм. Световой луч направляют перпендикулярно продольной оси дороги и параллельно поверхности проезжей части на специальную насадку, расположенную на втором столбике (ст. 2), установленном на обочине с противоположной стороны дороги. Внутри специальной насадки располагают светоотражающий элемент. Светоотражающий элемент (рис. 2) на втором столбике (ст. 2) устанавливают под углом а к световому лучу таким образом, чтобы световой луч был параллелен продольной оси дороги и направлен на специальную насадку, расположенную на третьем столбике (ст. 3).
Третий дорожный столбик установлен на обочине с той же стороны дороги, что и второй сигнальный. На остальных столбиках в специальных насадках устанавливают светоотражающие элементы. Светоотражающий эле-
мент на третьем столбике, сигнальном дорожном, устанавливают под углом а к световому лучу таким образом, чтобы световой луч был направлен на специальную насадку, расположенную на четвертом столбике и перпендикулярен продольной оси дороги. Четвертый столбик располагают на противоположной стороне дороги. Светоотражающий элемент в специальной насадке четвертого столбика устанавливают под углом а к световому лучу таким образом, чтобы световой луч был параллелен продольной оси дороги и направлен на специальную насадку, расположенную на пятом столбике (ст. 5), с той же стороны дороги. Светоотражающий элемент на пятом столбике устанавливают под углом а к световому лучу таким образом, чтобы световой луч был направлен на специальную насадку, расположенную на шестом столбике (ст. 6), и перпендикулярен продольной оси дороги. Далее отражение светового луча соответствует вышеприведенному описанию.
Рис. 2. Схема отражения светового луча от отражающей поверхности
Насадки выполняют двух видов. Первый вид насадки включает источник лазерного излучения. Второй вид насадки включает светоотражающую поверхность. Источник лазерного излучения и светоотражающая поверхность регулируются под вертикальным и горизонтальным углами. Регулирование необходимо для использования этих насадок не только на прямых участках дороги, но и на кривых в плане и в продольном профиле.
Особые требования предъявляются к углу а между светоотражающим элементом и световым лучом. На участках автомобильной дороги со сложной геометрией (выпуклые и вогнутые кривые, кривые в плане) для обеспечения перпендикулярности к продольной оси дороги источник светового излучения и светоотражающая поверхность регулируются под вертикальным и горизонтальным углами.
На прямых участках дороги горизонтальный угол светоотражающего элемента к световому лучу равен 45°. На кривых в плане горизонтальный угол светоотражающего элемента к световому лучу увеличивается или уменьшается на соответствующий угол, равный углу между световым лучом и касательной к продольной оси дороги. При продольном уклоне дороги, равном 0°, вертикальный угол между светоотражающим элементом и световым лучом равен 0°. На выпуклых и вогнутых кривых вертикальный угол между свето-
отражающим элементом и световым лучом увеличивают или уменьшают на соответствующий продольный угол.
В тех случаях, когда участок дороги имеет очень сложную геометрию (например, серпантин) или наблюдается сильный туман с водностью более 0,8 г/м3 (расстояние видимости менее 50 м), рекомендуется уменьшить расстояние между столбиками в два раза, но оно должно быть неизменным и одинаковым на всем протяжении участка дороги. Требование к одинаковому расстоянию между сигнальными столбиками обосновано ориентированием водителей по расстоянию видимости до объекта, так как оно будет определяться произведением количества поперечных световых лучей до объекта на длину между столбиками (50 м или в очень сложных условиях 25 м). Перед данными участками необходимо установить предупреждающий знак, на котором должна быть информация о расстоянии между столбиками и протяженности туманоопасного участка.
Новый способ зрительного ориентирования водителя в сложных погодно-климатических условиях не имеет аналогов не только в России, но и за рубежом. Он отличается относительной простотой изготовления и применением современных достижений в научной области. Предварительные оценки указывают на снижение аварийности в условиях тумана на 20-30 % и снижение степени тяжести аварий.
Библиографический список
1. Бабков, В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения: учебник для вузов / В.Ф Бабков. - М. : Транспорт, 1993. - 290 с.
2. Пат. 2235824 Российская Федерация, МПК E01F 9/00, 9/015. Конструкция столбика сигнального дорожного с верхней насадкой / П.А. Пегин (РФ).
3. Пат. 2237126 Российская Федерация, МПК E01F 9/00, 9/015. Конструкция столбика сигнального дорожного с верхней насадкой / П.А. Пегин (РФ).
4. Пат. 2237773 Российская Федерация, МПК E01F 9/00, 9/015. Способ зрительного ориентирования участников дорожного движения / П.А. Пегин (РФ).
5. Рекомендации по обеспечению безопасности движения на автомобильных дорогах: от-расл. дор. метод. док. / Росавтодор Минтранса России. - М., 2002. - 220 с.
P.A. PEGIN
NEW FACILITIES OF VISUAL ORIENTATION IN FOG TRAFFIC DRIVING
The new method of visual orientation for traffic participants is considered in the paper. The method suggests the installation of designation posts on the roads. The posts have top caps containing the source of light emission or light-reflecting element. For visual orientation of traffic participants the light ray is directed along the both sides of the road up to any obstacle.
