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1、浅析动视觉角度上的道路平纵设计论文关键字：圆曲线缓和曲线设计速度 纵坡竖曲线 视觉规律论文摘要：道路与人们的衣食住行息息相关，道路设计时除应充分考虑自然条件、汽车运动力学等方面的要求以外，还必须考虑驾驶员的心理和视觉上的反映。汽车在道路上快速 行驶时，驾驶员通过视觉、运动感觉和时间变化感觉来判断道路线形条件、路面条件以及其 他交通信息，其中接受这些信息的主要是视觉，因此，视觉是连接道路与汽车的重要媒介。 从运动视觉出发研究道路的空间线形与周围景观的配合是现代较为先进的设计理论，这样能 充分的保持线形的连续性，使行车具有足够的舒适感和安全感。道路是为国民经济、社会发展和人们生活服务的公共基础设施
2、，道路运输在社会的交通运 输系统中处于基础地位。道路运输系统是社会经济和交通运输系统的重要组成部分社会的经 济水平和交通运输需求决定着道路交通的发展进程，而道路交通也会影响并制约社会经济和 交通运输的发展水平。随着社会的不断发展，道路交通的地位也越来越重要。因此，如何做 好道路设计，使其既在功能上满足人们的需求，还能在视觉上满足人们的美觉需要不致产生 视觉疲劳，使道路设计更加人性化，是近年来道路设计的新方向和新目标。道路是一条三维空间的带状实体，道路的设计主要是在平面、纵面、横面对其进行尺寸、 位置等面的设计。路面的中点连直线便形成了道路的大致空间形状一路线，路线在水平面上 的投影称为路线的平
3、面；沿路面的中点竖直剖切再行展开则是路线的纵断面；中线上一点的 法向切面则是道路在该点的横断面。以前所说的的道路设计指的是在满足车辆行驶功能层次 上的路基路面以及路线位置的设计，但是道路设计时除应充分考虑自然条件、汽车运动力学 等方面的要求以外，还必须考虑驾驶员的心理和视觉上的反映。汽车在道路上快速行驶时， 驾驶员通过视觉、运动感觉和时间变化感觉来判断道路线形条件、路面条件以及其他交通信 息，其中接受这些信息的主要是视觉，因此，视觉是连接道路与汽车的重要媒介。从运动视 觉出发研究道路的空间线形与周围景观的配合是现代较为先进的设计理论，这样能充分的保 持线形的连续性，使行车具有足够的舒适感和安全
4、感。相关研究表明，驾驶员的视觉规律与车速密切相关，车速越高，则视线的集中点越远，视 角越小。国内外的研究表明：驾驶员的注意力集中和心理紧张程度随车速的增加而增加。在 汽车高速行驶时，驾驶员对前景细节的视觉开始变得模糊不清，视角也随车速的增加逐渐变 窄。由于上述原因，驾驶员在高速行车时，主要注意力是用来观察视点较远路段的线形状况， 因此，必须使驾驶员能准确地了解线形，避免由于判断失误而导致交通事故。同时，我们所 设计出的道路也应该符合驾驶者的驾驶习惯。接下来我来谈谈如何从动觉和视觉的角度上做好道路平面设计、纵面设计以及平纵组合设 计。（一）平面设计道路的平面线形设计，是根据汽车行驶的力学特性和行
5、驶轨迹要求，合理的确定平面 线形三要素一直线、圆曲线和缓和曲线的几何参数，保持线形的均衡性和连续性，并注意使 线形与地形、地物、环境和景观等协调。由于直线、圆曲线、缓和曲线各自不同的视觉、美 觉等方面的特点，我们在设计时应该把握它们各自的优点，取长补短，以达到更加完美的使 用功能和视觉效果。两点间直线最短，而且采用直线能提高道路工程的经济性。在美学和视觉上，直线能 形成短捷直达的效果。汽车在直线上行驶时受力简单，方向明确，驾驶操作简易。因此，直 线在道路设计中使用较多。但直线过长并不好，在地形起伏较大的山地地区，直线很难与地 形相结合，不仅产生高填深挖的路基，填挖难以平衡，而且会破坏道路周围的
6、自然景观。在 驾驶者的视觉中，过长的直线会使其产生单调、疲倦和急躁的情绪，易激使其超速行驶，对 安全行车产生不利影响。因此，在道路平面设计时，我们应当根据沿线的地形、地物条件、 驾驶员的视觉和心理感受以及行车安全等各个方面的因素，合理布设直线路段，对直线的最 大长度和最小长度加以限制。对于城市附近的道路，由于城市的高楼大厦和优美景观，可根据情况使用较长的直线； 对于乡间公路，由于季节变化所带来的景观对视觉和美觉的影响较大，尤其在冬季时，驾驶 员容易急躁而超速，因此不宜采用过长的直线；位于戈壁、沙漠等人烟稀少的地带，由于车 辆稀少和环境所带来的双重不利影响，但增加弯道等设施并不能减少单调情绪，可
7、适当多设 置休息处。此外，我们在设计时可根据实际情况将尽可能多的建筑物和自然风景纳入驾驶员 的视线范围内。圆曲线由于具有可以圆滑的改变线路的方向，比直线有着更能够适应地形的能力，尤 其是多个由不同半径圆曲线组合而成的复合曲线，对地形、地物和环境的有更强的适应性。 此外，圆曲线线条较为优美，驾驶员在圆曲线路段行驶时注意力也由于其方向的改变而更加 集中。但是汽车在圆曲线路段行驶时，由于受到重力和离心力的共同作用，会对行车的安全 性和舒适性产生不利影响，而且在小半径的圆曲线内侧行驶时，视距条件较差，视线会被路 堑边坡或其它路边障碍物遮挡，易发生交通事故。在道路的勘测设计过程中，我们应结合当地的地形、
8、地物等条件，尽量选用大半径的 圆曲线，以保证行车的安全和舒适。在确定圆曲线的半径时，既要做到技术合理，又要经济 适用，既不因为美观而增加不必要的工程量，也不能只为提高经济性而采用低标准。与此同 时，还应该和道路的设计速度相适应，同相衔接路段的平纵线形要素相协调，构成连续、均 衡的曲线。缓和曲线是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大、转向相同的两圆曲线之间的曲 率连续变化的曲线。缓和曲线由于曲率的连续变化，离心加速度逐渐变化，旅客和驾驶者感 觉更加舒适且车辆更容易遵循，车辆的行驶更加平稳。此外，缓和曲线与圆曲线结合，是道 路的线形也更加优美，视觉效果好。在设计采用缓和曲线时，我们应考虑车辆在其上
9、行驶时所需要的曲率的不断过渡，缓 和曲线应有足够的长度，以使驾驶者能够从容的打方向盘、乘客感觉安全舒适、线形美观流 畅。所以，应规定缓和曲线的最小长度，而最小长度的选取应以旅客的安全舒适、缓和曲线 的曲率变化率、行驶时间以及施工难易程度等因素为主要依据。（二）纵断面设计路线的纵断面是一条有明显起伏的的空间线。在路线的纵断面图上一般存在着两条主 要线：一条是根据中线上各桩点的高程而点绘的不规矩折线，反映的是路线确定前地面的起 伏变化状况；另一条是设计者在考虑技术上、经济上以及视觉美学上等各个方面因素的的影 响下确定的一条有规矩形状的几何线，也称为设计线，反映路面线形的起伏状况。路面设计 线由直坡
10、线和竖曲线组成，因此道路的纵断面设计主要是对纵坡和竖曲线的设计。纵坡的坡度和尺寸的设计是纵断面设计的主要对象，而汽车作为道路的直接服务对象， 是纵坡设计时的考虑主体，汽车的动力、汽车的行驶阻力、汽车的行驶条件等也成为考虑的 主要因素。根据汽车的行驶特性，要求路面平整而坚实减少行驶阻力，同时要求路面粗糙不 滑以增大附着力。在动视觉的角度上，纵坡的大小和长度不仅会影响视觉上的美感，而且会 影响行车的安全及舒适性，因此，应控制纵坡的大小和长度竖曲线是指在道路纵坡的变坡处设置的竖向曲线。竖曲线从动视觉的角度上来说，可 以满足行车平顺、舒适和视距上的要求，是道路看上去丰满，曲直有序。通常的竖曲线采用 圆
11、曲线或者抛物线。竖曲线的半径是其设计的主要对象，合理的选取半径不仅可以使汽车行驶方便快捷， 而且使得道路产生良好的视觉效果。汽车在竖曲线上行驶时，旅客会由于离心加速度而产生 增重或减轻的感觉，产生不适；当竖曲线的长度太小时，汽车忽悠而过，驾驶者会产生变坡 很急的错觉，旅客也会产生不适；凸形竖曲线若半径太小会影响驾驶者的视距，若凹形竖曲 线起伏太大对夜间行车不利，等等。因此，应综合以上各不利因素考虑并选取竖曲线的半径。（三）平纵组合设计道路线形设计首先是从路线规划开始的，然后按选线、平面线形设计、纵面线形设计 和平纵线形组合设计的过程进行，最终是以平、纵组合的立体线形展现在驾驶员眼前的。行 驶过
12、程中驾驶员所选择的实际行驶速度，是由他对立体线形的判断做出的，这样，立体线形 组合的优劣最后集中反映在汽车的车速上。如果只按平面、纵面线形标准设计，而不将二者 结合考虑，最终不一定是良好的设计。平、纵线形组合设计是指在满足汽车运动学和力学要求前提下，研究如何满足视觉和 心理方面的连续、舒适，与周围环境的协调和良好的排水条件。平、纵线形组合的一般设计 原则：1. 在视觉上能自然地诱导驾驶员的视线，并保持视线的连续性。任何使驾驶员感到迷 惑和判断失误的线形都有可能导致操作的失误，最终导致交通事故。2. 保持平、纵线形的技术指标大小均衡。它不仅影响线形的平顺性，而且与工程费用 密切相关，任何单一提高某方面的技术指标都是毫无意义的。3. 为保证路面排水和行车安全，必须选择适合的合成坡度。4. 注意和周围环境的配合，以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度。特别是在路堑地段，要 注意路堑边坡的美化设计。综上所述，在动视觉的角度上做好平纵设计，主要是要在平面设计时，紧抓其三要素，即 充分利用直线、圆曲线和缓和曲线各自的视觉优点，并且做好它们的完美结合，取长补短； 在纵断面设计时，结合纵坡和竖曲线的影响因素，尽可能的使道路在功能上和视觉上，尤其 是在驾驶者和旅客的视觉上，达到相应的设计要求。只有同时满足汽车的行驶要求、驾驶员 和旅客的行车舒适性以及人们的视觉要求的道路，才是一条真正符合要求的道路。
