标准规范的正本清源 | “引道视距”造成的混乱
但愿喧嚣过后,年轻一代里会有人愿意花点精力,把这些基础知识认真梳理一遍。
对交叉路口的各个方向,JTG D20都要求提供与设计速度相适应的“引道视距”。这个视距在数值上等于停车视距,但物高设定为0m。
图一 引道视距(JTG D20)
公路沿线都需要提供停车视距,为什么唯独对交叉路口的引道,要把障碍物高度从停车视距的0.1m,降低到“引道视距”的0m呢?
D20的“条文说明”解释道:“引道视距是使驾驶者在看到路面上的停车标线标记后能将车辆停下来所需要的视距。”意思是凸形竖曲线如果只是满足停车视距的要求(物高0.1m),并不能确保驾驶人可以看见路口的停止线(停车标线),需要将物高设定降到0m才行。
但实际上,除非速度低于20km/h,否则正常视力的驾驶人在相应的停车视距上,根本就无法分辨路口的停止线。以60km/h的速度为例,要求的引道视距是75m,如下图所示。路口停止线的宽度以40cm计,视点高度按规定取1.2m,则停止线在驾驶人眼中的分辨角:
θ=arctan(1.2/74.6)-arctan(1.2/75)
=0.0049°=0.29´
图二 引道视距与分辨角
标准视力表1.0所对应的分辨角是1´。也就是说,这个θ还不够正常视力最小分辨角的三分之一。
事实上,想要让正常视力的驾驶人在75m的距离上看见路口的停止线,需要将停止线的宽度增加到1.3m。而且,在凸形竖曲线上(参见图五右侧),分辨角会更小(详见图四)。
由此可见,把引道视距的物高设定为0m,并不能保证驾驶人看到路口的停止线。
01
引道视距的由来
对于交叉路口,除了要求和公路沿线一样提供停车视距之外,54年的《公路工程设计准则》就规定了以停车视距(设计视距)为边长的通视三角区。但直到94年的路线规范(JTJ 011-94),才增加了交叉口的 “识别距离”,其目的是让驾驶人能提前注意到有交叉口存在。
图三 交叉口识别距离(JTJ 011-94)
按照日本《道路構造令》的说法,就是“必须在交叉口以前一定距离,就能辨认出交叉口的存在和信号、公路标志(警告标志、禁令标志)等”。JTJ 011-94中的相关规定,包括“识别距离”的取值(上图左侧),都和《道路構造令》中的 “視認距離”完全相同(上图右侧)。
由此可见,交叉口的“识别距离”其实是源自日本的。但到了JTG D20-2006, “引道视距”就取代了“识别距离”。
“引道视距”应该是源自Austroads 的Guide to Road Design(AGRD)。AGRD对Approach Sight Distance (ASD)的表述是,数值上等于停车视距SSD,但物高为0m,目的是确保驾驶人能看见交叉口内的标线和缘石(measured from a driver’s eye height to 0.0 m, which ensures that a driver is able to see any line marking and kerbing at the intersection.)。
D20中“看到路面上的停车标线”这个说法,应该就是脱胎于此。甚至“引道视距”这个术语本身,可能都是从 “Approach Sight Distance”直译过来的。
02
“引道视距”与ASD的异同
“引道视距”和ASD一样,都是把交叉口引道上的停车视距物高设定改为0m,而且同样声称是为了让驾驶人看见路面上的标线;两者的取值也都和停车视距相同。
如前所述,降低物高并不足以使驾驶人在停车视距上看见停止线。实际上,按照JTG D20表10.3.1中规定的凸形竖曲线最小半径,正常视力在1.2m眼高能看见40cm宽度停止线(分辨角1´)的距离,如下图所示。
图四 凸形竖曲线半径与“停止线”分辨距离
其中,只有20km/h速度对应的最小凸形竖曲线半径上的分辨距离(19m),接近规定的引道视距(20m)。对于更大的速度,相应的分辨距离都要远小于引道视距。比如60km/h的速度,对应的最小凸形竖曲线半径是2000m,引道视距75m;但在这个半径的曲线上,正常视力需要到停止线前35m,才能分辨40cm宽度的停止线。由此可见,驾驶人其实是无法在“引道视距”上,通过“看见停止线”来确认交叉路口的。
AGRD所说的“标线”,应该是泛指延伸到路口的车道线,而不是D20中特指的“停车标线”。停车视距上的纵向标线,也确实是在正常视力所及的范围内;在120km/h速度对应的停车视距(210m)上,10cm宽的纵向标线的分辨角是1.6´。
ASD将物高设定为0m的真正原因,应该是使驾驶人通过看见交叉口内的路面(只要不是在主路超高曲线的外侧),直接观察交叉口及其布局。但是,把引道视距的物高设定从0.1m(D20停车视距的物高)降低到0m,会导致竖曲线的长度增加66%。这本质上是个“益本比”的问题。
降低物高的取值可以改善竖曲线上的视距,但通常情况下对平曲线指标并无影响。参数的取值实际上需要平衡不同指标的安全收益(参见为什么说JTG D20的通视三角区逻辑混乱?),不知Austroads这样的设定,是否与澳洲大陆平坦的地势有关?因为多数国家,比如美国、英国、日本等,对交叉口引道上竖曲线的限定,都是正常的停车视距。
实际上,驾驶人只要能看见“停”/“让”标志或信号灯等相关设施,就可以预知前方存在交叉口,并不是必须直接看到交叉口的布局。AGRD所说的“确保驾驶人意识到交叉口的存在” (to ensure that drivers are aware of the presence of an intersection),最简单的办法其实是维持对相关控制设施的通视。
但在AGRD中,ASD的定义确实与控制设施无关。以下图左侧为例,如果有树木遮挡路口的“停”标志(这种情况在国内很多,特别是在平曲线上),并没有直接违反ASD的任何规定(图例为左行制)。
图五 ASD(AGRD)
虽然ASD没有明确要求能够通视控制设施,但是,对于竖曲线无法满足要求的场景,AGRD还是规定了其他“视觉线索”(visual cues),包括通过增设的标志,来提示驾驶人交叉路口的存在(参见下图)。由此可见,ASD本身并不是AGRD的目的,“确保驾驶人意识到交叉口的存在”才是。
图六 ASD的其他视距线索(AGRD)
理解了这个逻辑,如下规则其实是顺理成章的:如果不能在停车视距上直接看清交叉口布局,看见“停”/“让”标志也行;要是“停”/“让”标志都不能满足停车视距,按澳大利亚的控制设施手册(AS 1742.2)规定,就应该提前设置“前方控制路口”警告标志,包括“前方‘停’控路口”、 “前方‘让’控路口”、“前方灯控路口” 等(下图)。
图七 前方控制路口警告标志(AS 1742.2)
D20从AGRD引入了ASD,并直译为“引道视距”,定义是“使驾驶者在看到路面上的停车标线标记后能将车辆停下来所需要的视距。”D20还着重强调了不同设计速度所对应的凸形竖曲线的最小半径(参见图一)。但是,由于无视ASD “确保驾驶人意识到交叉口的存在”这个初衷, 在D20中,“引道视距”似乎成了目的本身,而不再是交叉口的“识别距离”。
03
交叉口的识别
对于信号或者标志控制的交叉口,多数国家的要求是:驾驶人在接近路口时(approaching an intersection),应该能够提前(通常是停车视距)看见 “停”/“让”标志或者信号灯(而不是路口的停止线)。这些设施不但可以让驾驶人知道交叉口的存在,同时也能知道控制方式。
在优先路口(Priority junctions,即D20中的“主路优先交叉”),英国Design Manual for Roads and Bridges(DMRB)对引道上视区(approach visibility)的规定比较特别,包含的两个部分实际上是无关的:其一,支路应该能够在SSD的距离上通视“让”标志;也就是在正常停车视距的基础上,增加了对控制设施的通视要求(下图左侧);其二,提前至少15m看清路口的形状(下图右侧)。
图八 优先路口的approach visibility(DMRB)
看清路口形状(junction form)这个规定,初看起来很难理解。因为它要求的提前距离只有15m,对“识别”来说显然太近了。实际上它是通视三角区(visibility splays)的一部分,确实和交叉口的识别无关,相当于绿皮书中的“驶近三角区”(Approach Sight Triangles)。
DMRB对优先路口通视区的规定,并未像绿皮书那样区分“停”、“让”两种不同的控制方式。而且通视三角区在支路上的边长很短(参见下图左侧x-w),按规定是2-9m。这个长度远小于绿皮书对“让”标志的要求,仅与“停”标志相当。
图九 “让”标志的通视三角区
在 “让”标志控制的路口,有两种不同的驾驶情景:①如果刚好有合适的间隙,就可以不停车直接通过;这种情景对视区的要求是“驶近三角区”(Approach Sight Triangles)。②需要停车等待合适的间隙;这种情景对视区的要求与“停”标志一样,是一个“出发三角区”(Departure Sight Triangles)。
DMRB要求的这个15m的approach visibility(上图黄色三角形),其实是在“补足”情景①所必须的那个“驶近三角区”。而visibility splays(上图红色三角形),实际上只相当于情景②需要停车时的“出发三角区”。
在绿皮书中,“停”、“让”两种控制方式的通视区是分别规定的。在“停”标志控制的路口,无论主路上是否有车,支路来车都必须完全停止,因此并不需要一个“驶近三角区”;而“让”标志则与DMRB中的主路优先路口一样,通视区也是由 “驶近三角区”和 “出发三角区”两者叠加而成(关于“停”/“让”控制的通视区逻辑,参见交通工程与几何设计相互脱节的背后)。
但绿皮书中“让”标志的“驶近三角区”,支路上的边长是与设计速度相关的,要远大于15m(下图)。相对DMRB而言,绿皮书的“让”标志允许以更大的速度(设计速度的60%)穿越主路。实际上,英美两国对“停”/“让”控制的理念,以及关注的重点,都有所区别。
图十 “让”标志的驶近三角形支路边长(AASHTO绿皮书)
厘清了这些关系,很容易就能明白,DMRB中approach visibility的两个部分,确实是两个完全独立的概念。一个是交叉口的“识别距离”,另一个则是“让”标志的“驶近三角区”。
在停车视距的基础上增加对“停”/“让”标志的通视要求(参见图八),使驾驶人在能够从容刹停的距离上,就可以意识到交叉口的存在、以及需要刹停的可能性,这个逻辑很清晰。本质上就是把对交叉口的“识别距离”,规定为停车视距。
由此可见,DMRB其实和《道路構造令》一样,也规定了对交叉口的“視認距離”,而且都是通过对控制设施的视认,来定义这个距离的。
实际上,虽然AGRD对ASD的描述似乎侧重在“物高为0m”,但它的功能界定其实很明确,就是“确保驾驶人意识到交叉口的存在”。也就是说,ASD本质上也是交叉口的“识别距离”。
04
与 “识别距离”相关的一些概念
交叉口“识别距离”并不是一个孤立的概念。引道上控制设施的设置,比如 “前方控制路口”这类警告标志,都和“识别距离”有关。
在优先路口,按照路权规则,支路方向的来车有可能遭遇必须在路口停车的状况。因此,驾驶人应该在可以舒适刹停的距离上,就注意到前方路口的存在。能直接看到路口的布局当然好,能通视 “停”/“让”标志也行;再退一步,通过提前设置“前方‘停’控/‘让’控路口”警告标志(下图左1、左2),同样可以使驾驶人意识到交叉口的存在。
图十一 前方控制路口警告标志(MUTCD、GB5768.2)
因此,在支路引道上,视区需求的基本逻辑,是驾驶人可以从停车视距开始:①直接观察交叉口的布局;或者②看到“停”/“让”标志;不然就需要③设置“前方控制路口”警告标志(Advance Traffic Control Signs)。
这个逐层递进的逻辑,才是优先路口“识别距离”的本质。澳大利亚是从①开始的,多数国家则是直接从②开始。
灯控路口的逻辑其实也一样,只是并不区分主路和支路。而且对于其中的第②步,很多国家的要求都要比停车视距更大。比如,日本在信号制御的“視認距離”,实际上是t=10s(城市)或者6s(乡村)的决策视距;美国则是在停车视距的基础上,增加了预估的队列长度。
在D20的三种交通管理方式中,只有在“无优先交叉”(即通常所谓“无控路口”),上述逻辑中的第①步,也就是满足“引道视距”的要求,才是必需的。
但问题是,只有对两条小路的交叉,才能采用这种“无优先交叉”的管理方式(参见基于通行规则与路权规则的对比研究)。而在这样的场景,采用引道视距来控制凸形竖曲线半径的成本,恐怕会远大于增加控制设施。
05
ASD的外延与内涵
ASD这个概念的外延,大致可以看成是满足要求的凸形竖曲线的集合。而它的内涵,如前所述,本质上是交叉口的“识别距离”。
停车视距是沿着直行车道(through lane)的,但在交叉口却有可能遭遇直行方向之外的干扰,自然就产生了额外的视区需求。控制方式→驾驶情景→视区需求,这个基本逻辑不但适用于通视三角区(参见“减速慢行”其实是交通工程的失败),同样也适用于引道视区。
对于主路优先交叉,在主路上直行(through)的车辆,享有受到交通法规保护的、维持正常行驶状态的权利(参见基于通行规则与路权规则的对比研究)。也就是说,在主线上,“额外的视区需求”并不是必须的。而且,必要时也可以设置“交叉路口”警告标志(Intersection Warning Signs)。
以AGRD为例,ASD的要求其实只是针对支路引道(the minor road approaches)的;对主路的说法是desirable,实质上只要满足SSD就行。在英国,DMRB对approach visibility的要求也只局限于minor road。日本、美国的要求是能看见“停”/“让”标志,这本身就是对支路的要求。
根据交叉口的路权规则,有些方向的来车可能会遭遇必须停车的状况。比如遇到“停”标志、或者支路来车遇到主路车辆、灯控路口遇到红灯、以及无控路口遇到右侧来车。ASD的初衷,就是让这些方向的车辆可以提前注意到交叉口的存在。
因此,结合路权规则来说,ASD的内涵应该是:在按照路权规则有可能必须停车的方向,让驾驶人意识到交叉口的存在。
06
“引道视距”造成的混乱
“引道视距”在限制凸形竖曲线半径上,具有和ASD相同的外延,但却并没有自然传承这个概念的实质内涵。
在优先路口,对于拥有路权的一方,ASD并不是必须的。按照AS 1742.2的规定,如果主路对于从支路出来的车辆的视距小于停车视距,可以设置“交叉路口”警告标志(Intersection Warning Signs)。
图十二 交叉路口警告标志
(AS 1742.2、TSM04、MUTCD、GB5768.2)
澳大利亚的AS 1742.2(上图左1)和英国的TSM04(上图左2),都明确规定了“交叉路口”警告标志只能用于优先路口的主路;美国MUTCD(上图左3)也禁止将“交叉路口”标志用于“停”/“让”标志控制的引道或灯控路口。
这些规定与前述ASD的路权逻辑是一致的。在灯控路口当然应该适用“前方灯控路口”标志(相当于GB5768.2的“注意信号灯”,参见图十一右侧),而不是“交叉路口”。同样,在优先路口的支路方向,则应该使用“前方‘停’控/‘让’控路口”标志。只有这样, “交叉路口”标志才会具有一致性,以及明确的路权含义。AS 1742.2及TSM04中的“交叉路口”,还分别用箭头和笔划强调了主路方向(参见上图左1、左2)。
但在D20中,“引道视距”变成了对所有交叉路口及所有岔道方向凸形竖曲线半径的一般要求,与路权规则无关,也和控制设施的设置无关。
相应的,在GB5768中,“交叉路口”标志不但可以用在主路,也可以用在支路。GB5768甚至一直都没有“前方‘停’控路口”和“前方‘让’控路口”这两个警告标志。虽然有 “注意信号灯”标志(警17),但对使用场景的规定也缺乏基本的逻辑,以至于“交叉路口”标志同样可以用在灯控路口(对“交叉路口”标志在灯控路口的适用问题,GB5768.2的规定是“可不设”,而不是“不可设”)。
由于不明白ASD的根本目的其实是 “确保驾驶人意识到交叉口的存在”, “引道视距”在D20中的实际作用,就只是限制凸形竖曲线半径。ASD和引道上控制设施设置之间相互影响的逻辑关系,在D20中全都没了。
07
标准规范的正本清源
JTJ 011-94中的交叉口“识别距离”,基本上能够反映交叉口识别与控制设施之间的关系。按照正常的逻辑很难理解,为什么JTG D20-2006的修订,会反而把这些关系给搞没了。
实际上,像这种似是而非的修订并不是个案。几何设计和交通工程方面的标准规范及教科书,在2000年前后有一个明显的转折点。
此前,书本上的内容还是比较靠谱的。前辈们虽然资料匮乏,感性认识也不多,但起码一直秉持着谦虚和审慎的原则。
到我们这一代人逐渐接棒之后,条件好了、信心也膨胀了。在祛魅的同时,严谨的态度也祛没了。2000年之后的各种修订版本中,陆续开始出现了一些不求甚解、望文生义、乃至“想当然”的内容。
图十三 信心膨胀的一代
比如GB5768.2-2009引入的“方向标志”,其实是在苏式路网的放射线上,生硬的嫁接了美式方向标志。望文生义的把“路线方向”和“地理方向”搅合在一起,实际上是在制造问题(参见“抄作业”并不是一件容易的事情)。
还有之前提到过的“出口三角区标志”(参见GB5768的演变)、 导向箭头(参见GB5768.3征求意见稿的一些问题)、交叉路口让行规则(参见交叉口让行规则的逻辑)等,都是原本没啥问题的内容,被想当然的改动得面目全非。
这一代人所留下的问题,并不是天花板不高,而是把底线拉低了。仅“引道视距”这么一个似是而非的概念,就可以使交叉口引道上控制设施设置的整个逻辑,都变得含混不清。可见不把基础筑牢,是很难致远的。
但愿喧嚣过后,年轻一代里会有人愿意花点精力,把这些基础知识认真梳理一遍。
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