截至2017年底，我国三级及以下低等级公路里程超过362万km，占全部公路总里程的77%^[1]。低等级公路里程长，资金投入不足，交通安全问题受到社会广泛关注。由于无法有效地设置公路照明，低等级公路夜间交通事故尤为突出，伤亡率接近白天的3倍^[2-3]。夜间交通事故的发生与暗环境下驾驶员对公路情况判断失误相关^[4-5]。科学、有效地设置交通诱导设施是提升夜间行车安全最为有效、性价比最高的处置措施^[4-6]。在各种交通诱导设施中，轮廓标是最为重要、应用最为普遍的一种。美国和我国交通安全设施设置规范中均对轮廓标的设置路段、设置间距提出了比较明确的要求^[7-8]。我国学者以往主要针对高速公路轮廓标的设置开展了相关研究，陈君朝从驾驶员主观评价和驾驶行为控制方面，提出了高速公路轮廓标设置效果的4个层次评价指标及设置层次方案^[9]。罗红杰和信志刚等^[10-11]从轮廓标的功能需求出发，基于实车试验分别研究了高速公路隧道路段、一般路段轮廓标的设置方法，根据空间连续性、视觉效果提出了设置间距、设置高度要求。包兴臣^[12]从系统方案原理、系统组成及系统功能等方面对应用于事故易发路段的高速公路主动发光轮廓标进行了应用。李丹和王玮等^[13-14]则从轮廓标的光度性能、色度性能等角度入手，介绍了光度性能的技术要求、测试方法和过程。可见，国内外主要针对高等级公路轮廓标的设置条件、方法开展了一定的研究，提出了设置路段、间距、光度性能等指标。对于二级及以下等级公路，特别是三级及以下低等级公路轮廓标的设置方法研究较少。

我国低等级公路坡陡弯急、线形指标低，需要设置大量的路侧诱导设施。受工程建设投资与养护能力限制，无法大范围应用轮廓标。在这一背景下，混凝土示警桩凭借造价和养护成本低廉的优势，成为我国各地低等级公路应用最为广泛的路侧视线诱导设施，以替代价格相对昂贵、低等级公路上易丢失、损坏的轮廓标^[15]。混凝土示警桩与轮廓标的外观形式完全不同，国内外针对轮廓标的研究成果无法有效支撑路侧示警桩的科学化设置。由于缺乏明确的设置指引，各地设置的示警桩外观形式各异，反光材料的选取参次不齐，无法实现最优的夜间诱导效果。本研究通过试验场实车试验，对采用不同形式、不同级别反光材料的示警桩诱导效果进行评价，以诱导效果最优为目标，综合考虑低成本原则，提出示警桩的外观形式、反光材料等关键设计指标。

本研究在交通运输部公路试验场进行实车试验。根据我国低等级公路现状，以占绝大比例的公路技术等级(30 km/h设计速度)为模拟对象，通过临时性交通标线勾勒出试验公路的边缘线和中心线。试验公路曲线半径选取该设计速度下的极限半径(30 m)，根据我国低等级公路实际路况，曲线长控制为20 m，自曲线前20 m处开始至曲线终点处布设诱导设施。相邻曲线路段的终点与起点之间设置直线段，其长度定为200 m，以保证驾驶员在完成曲线路段行驶后，在直线段能够从容地将车速提升至要求车速。根据以往研究成果，本次试验示警桩设置间距为5 m^[16-17]。

根据交通运输部《公路安全生命防护工程实施技术指南》(以下简称《指南》)^[18]，我国低等级公路上存在如下两种示警桩应用形式。

(1) 红白相间，用于警告路侧接入。《指南》中规定此种示警桩的设置参数为：柱体红白相间，横截面为边长20 cm的正方形，露出地面高度80 cm，设置间距4~6 m，如图 1(a)所示，但并未明确规定示警桩应满足的亮度要求及反光材料的选取原则。试验比选形式如图 1(b)、表 1所示。

图 1 红白相间示警桩(单位：cm) Fig. 1 Alternate red and white warning piles(unit:cm)

(2) 黄黑相间，用于路侧，起诱导线形轮廓的作用。根据《指南》相关要求，该种示警桩的形状与红白相间示警桩相同。设置间距为2 m，如图 2(a)所示，但同样未明确应满足的亮度要求及反光材料的选取原则。试验比选形式如图 2(b)、表 2所示。

图 2 黄黑相间示警桩(单位：cm) Fig. 2 Alternate yellow and black warning piles(unit:cm)

本次试验的目的为评价两种形式示警桩的实际诱导效果。以《公路安全生命防护工程指南》所规定的外观形式为基本型，改变部分外观设计作为对比型。考虑成本因素及实际应用情况，反光膜最高级别控制在Ⅲ类^[15]。

根据发光体亮度计算方法，诱导设施的亮度与观测点到该设施的距离成反比。表 3为车辆距离示警桩50 m处诱导设施的亮度值。目标部分为示警桩上亮度值较大的单元。

试验共招募25名驾驶员。全部为男性。年龄28~45岁，平均年龄35岁，标准差6.3岁。驾驶人驾龄3~18 a，平均驾龄10.5 a，标准差2.2 a。所有被试视力均在1.0以上。

综合考虑线形对驾驶员驾驶疲劳的影响，每组试验请驾驶员连续驶过6个弯道路段。要求驾驶员在直线段将车速加速至50 km/h，这一车速也是我国低等级公路上比较普遍的车辆运行速度(85%位车速)。由驾驶员自行根据前方情况安全通过弯道路段。

驾驶员能否有效注意到前方弯道并及时进行减速，在曲线路段驾驶过程是否平稳，反映了车辆经过曲线路段的安全性、舒适性。基于此，以驾驶员在弯道前减速点的位置及由减速点至曲线路段终点过程中的减速度标准差作为诱导设施有效性的主要指标。减速点越靠前，说明驾驶员越早注意到前方的弯道；减速度标准差越小，说明驾驶员通过曲线路段的过程越平稳。

通过设置在试验车辆中的VIDEO VBOX PRO GPS系统采集相关数据。其GPS采集频率为20 Hz，每0.05 s记录1个速度数据, 以有效记录车辆的即时速度与加速度。

对于不同形式红白相间示警桩，驾驶员减速点至曲线起点的距离累计频率曲线如图 2所示。试验示警桩中，红色单元采用Ⅰ类反光膜，白色单元采用Ⅲ类反光膜的诱导效果最好。由图 3可见，基本型Ⅳ优于基本型Ⅲ，因此，当受到成本限制仅能设置1道反光膜时，应选择基本型Ⅳ，即只在最上部白色单元设置Ⅰ类反光膜。

图 3 减速点至曲线起点的距离累计频率曲线 Fig. 3 Cumulative frequency curves of distance from deceleration point to curve starting point

示警桩目标亮度与背景亮度的差值与减速点至曲线起点的距离关系曲线如图 4所示。可以看出，两者之间存在一定的相关性，但相关性较低。

图 4 目标亮度与背景亮度的差值与减速点至曲线起点距离的关系 Fig. 4 Relationship of difference between target brightness and background brightness with distance from deceleration point to curve starting point

目标亮度与减速点至曲线起点的距离间关系曲线如图 5所示。可以看出，两者之间总体呈现增函数特征且相关性较强，即目标亮度越高，减速点越靠前。

图 5 目标亮度与减速点至曲线起点距离的关系 Fig. 5 Relationship between target brightness and distance from deceleration point to curve starting point

对于不同形式的黄黑相间示警桩，驾驶员减速点至曲线起点的距离累计频率曲线如图 6所示。试验示警桩中，黄色单元采用Ⅱ类反光膜的诱导效果最好。基本型Ⅳ优于基本型Ⅴ，因此，当受到成本限制仅能设置1道反光膜时，应选择基本型Ⅳ，即只在最上部黄色单元设置Ⅰ类反光膜。

图 6 减速点至曲线起点的距离累计频率曲线 Fig. 6 Cumulative frequency curves of distance from deceleration point to curve starting point

由于黑色部分不反光，目标亮度与背景亮度的差值即为目标亮度值，其与减速点至曲线起点的距离关系如图 7所示。可以看出，示警桩目标亮度值与车辆减速点位置之间总体呈现偶次幂函数特征且相关性较强，黄色反光膜逆反射系数在100以下时，逆反射系数越高，减速点越靠前；逆反射系数超过100时，减速点逐渐后移。

图 7 目标亮度与减速点至曲线起点距离的关系 Fig. 7 Relationship between target brightness and distance from deceleration point to curve starting point

以减速点至曲线终点的减速度标准差作为曲线路段驾驶平稳度评价指标。不同形式示警桩的数据分析如下。

对于不同形式的红白相间示警桩，驾驶员在曲线路段减速度标准差累计频率曲线如图 8所示。设置红白相间基本型Ⅱ示警桩的曲线路段，车辆间速度标准差最小，说明车辆驾驶相对最平稳。

图 8 减速度标准差累计频率曲线 Fig. 8 Cumulative frequency curves of standard deviation of deceleration

目标亮度与背景亮度的差值与曲线路段减速度标准差关系如图 9所示。可以看出，两者之间存在一定的相关性，但相关性较低。

图 9 目标亮度与背景亮度的差值与减速度标准差的关系 Fig. 9 Relationship of difference between target brightness and background brightness with standard deviation of deceleration

目标亮度与曲线路段减速度标准差关系如图 10所示。可以看出，两者之间总体呈现减函数特征且相关性较强，即目标亮度越高，车辆在曲线路段的减速过程相对越平稳。

图 10 目标亮度与减速度标准差的关系 Fig. 10 Relationship between target brightness and standard deviation of deceleration

对于不同形式的黄黑相间示警桩，驾驶员在曲线路段减速度标准差累计频率曲线如图 11所示。设置黄黑相间基本型Ⅱ示警桩的曲线路段，车辆减速度标准差最小，说明车辆驾驶相对最平稳。

图 11 减速度标准差累计频率曲线 Fig. 11 Cumulative frequency curves of standard deviation of deceleration

目标亮度值与曲线路段减速度标准差的关系如图 12所示。可以看出，示警桩目标亮度值与曲线路段减速度标准差之间总体呈现偶次幂函数特征且相关性较强，黄色反光膜逆反射系数在100以下时，逆反射系数越高，减速过程越平稳；逆反射系数超过100时，减速度标准差逐渐增大。

图 12 目标亮度与减速度标准差的关系 Fig. 12 Relationship between target brightness and standard deviation of deceleration

综合驾驶员在弯道前减速点的位置及曲线路段起点至终点过程中的减速度标准差两项评价指标，可得到示警桩的最优化形式与反光材料选取方法。

红白相间形式的示警桩宜采用基本型Ⅱ的形式，即自顶部红、白单元交替等比例设置，红色单元在白色单元之上，红色单元采用Ⅰ类反光膜，白色单元采用Ⅲ类反光膜的诱导效果最好。如果需要较好的诱导效果，应着重提升白色单元反光膜等级。黄黑相间形式的示警桩宜采用基本型Ⅱ的形式，即自顶部黑、黄单元交替等比例设置，黑色单元在黄色单元之上，黄色单元采用Ⅱ类反光膜的诱导效果最好，但不宜采用Ⅲ类及以上级别的黄色反光膜。

针对广泛应用于我国低等级公路的示警桩缺乏设置依据的问题，基于实车试验，以诱导效果最优为目标，提出了示警桩的最优化形式与反光材料选取方法。

(1) 红白相间形式的示警桩宜采用表 1中红白相间基本型Ⅱ的形式，且如果需要较好的诱导效果，应着重提升白色单元反光膜等级。当受到成本限制仅能设置1道反光膜时，应选择基本型Ⅳ，即仅在第一道白色单元设置Ⅰ类反光膜。

(2) 黄黑相间形式的示警桩宜采用表 2中黄黑相间基本型Ⅱ的形式。当受到成本限制仅能设置1道反光膜时，应选择标准型Ⅳ的形式，即仅在最上面一道黄色单元设置Ⅰ类反光膜。