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摘要: 為保證隧道內(nèi)駕駛員對指路標(biāo)志的安全視認(rèn)，分析隧道照明光環(huán)境、標(biāo)志特性對駕駛員視認(rèn)距離的影響，營造了隧道中間段5 種色溫、3 種亮度照明光環(huán)境，隨機(jī)選取了20 名小客車駕駛員進(jìn)行半透發(fā)光式與逆反射式指路標(biāo)志的視認(rèn)試驗(yàn)。結(jié)果表明: 隧道內(nèi)半透發(fā)光式指路標(biāo)志的視認(rèn)距離明顯優(yōu)于逆反射式指路標(biāo)志，且半透發(fā)光式指路標(biāo)志的最佳字體照度范圍為3000～3500lx；在最佳的背景光環(huán)境條件下，半透發(fā)光式指路標(biāo)志與字高53 cm，筆畫在5 畫以下、5～10畫及10畫以上的逆反射式指路標(biāo)志達(dá)到相同的視認(rèn)效果時，字高分別縮減了35.85%、30.19%和24.53%。半透發(fā)光式指路標(biāo)志的應(yīng)用可提高隧道內(nèi)指路標(biāo)志的視認(rèn)距離，并能減少交通事故的發(fā)生，可為以后隧道內(nèi)交通標(biāo)志的改進(jìn)與創(chuàng)新提供理論支撐。關(guān)鍵詞: 安全工程；隧道內(nèi)照明光環(huán)境；逆反射式指路標(biāo)志；半透發(fā)光式指路標(biāo)志；字體照度；視認(rèn)距離
引言
高速公路隧道出口與立交相距過近的路段，按照駕駛員的駕駛需求，立交出口指路標(biāo)志只能設(shè)置在隧道有限的空間內(nèi)，一般指路標(biāo)志內(nèi)容較多，如果指路標(biāo)志采用逆反射式，往往版面尺寸較大，難以滿足在隧道安全凈空內(nèi)設(shè)置的需求。因此在高速公路隧道與立交小間距路段存在取消指路預(yù)告標(biāo)志的現(xiàn)象，往往導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。近年來半透發(fā)光式標(biāo)志版面興起［1－3］，其視認(rèn)效果優(yōu)于逆反射式標(biāo)志［4－6］，為高速公路隧道與立交小間距路段指路標(biāo)志的設(shè)置提供了新方向。
交通標(biāo)志良好的視認(rèn)性是保證駕駛員行車安全、順暢的重要保證，國內(nèi)外學(xué)者在影響交通標(biāo)志視認(rèn)性因素的研究方面已做過較多研究。在標(biāo)志特性方面，2017 年，張國輝等［5］通過實(shí)車試驗(yàn)，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出高速公路上使用的LED 主動發(fā)光標(biāo)志的視認(rèn)效果明顯優(yōu)于逆反射標(biāo)志，且主動發(fā)光視認(rèn)距離比Ⅴ類反光膜逆反射指路標(biāo)志的視認(rèn)距離提升了63%，論證了主動發(fā)光指路標(biāo)志的優(yōu)越性。2018年，陸鍵等［6］首次針對傳統(tǒng)逆反射標(biāo)志、LED 點(diǎn)陣式發(fā)光標(biāo)志和LED 半透式發(fā)光標(biāo)志，考慮光照強(qiáng)度、閃爍頻率、發(fā)光形式等因素的影響，進(jìn)行了交通標(biāo)志視認(rèn)性能的駕駛試驗(yàn)研究，采用方差分析研究發(fā)現(xiàn)光照強(qiáng)度和發(fā)光形式對標(biāo)志的視認(rèn)距離有影響，且在光照條件較差的情況下，LED半透式發(fā)光標(biāo)志的視認(rèn)效果更好。2011 年，Wei 等［7］基于駕駛模擬試驗(yàn)進(jìn)行了基礎(chǔ)性研究，并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了版面漢字高度、行駛速度和標(biāo)志視認(rèn)距離之間的關(guān)系。2017 年，Liou等［8］首次采用高可靠眩光評價方法研究LED 交通標(biāo)志版面的視認(rèn)性，發(fā)現(xiàn)交通標(biāo)志亮度對比度為6200：2066cd/m2時駕駛員對標(biāo)志版面的視認(rèn)性最好。在標(biāo)志視認(rèn)的背景光環(huán)境方面，黃小芳等［9］通過實(shí)地試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)駕駛員對標(biāo)志的視認(rèn)性與白天、夜間的環(huán)境條件有關(guān)，白天時駕駛員對LED 標(biāo)志和反光膜標(biāo)志的視認(rèn)性差異甚微，而夜間時差異顯著，LED 標(biāo)志的視認(rèn)性明顯優(yōu)于反光膜標(biāo)志的視認(rèn)性。2013 年，魏建國等［10］通過實(shí)車試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)車速、駕駛室環(huán)境照度、障礙物顏色等對駕駛?cè)艘归g視認(rèn)距離有顯著影響。2006 年，潘曉東等［11］以大量的現(xiàn)場行車試驗(yàn)為研究手段，首次探討了順光條件、逆光條件對交通標(biāo)志可視距離的影響，發(fā)現(xiàn)順光條件下標(biāo)志的視認(rèn)性最佳，其次為夜間反光標(biāo)志，逆光條件下的標(biāo)志視認(rèn)性較差。
上述對交通標(biāo)志視認(rèn)性的研究主要集中在普通路段，缺乏對隧道內(nèi)指路標(biāo)志視認(rèn)性的研究。本文基于隧道這種特殊環(huán)境，從駕駛員駕駛的行車環(huán)境條件、標(biāo)志版面特性來研究逆反射式指路標(biāo)志與半透發(fā)光式指路標(biāo)志的視認(rèn)效果及適用于隧道內(nèi)且滿足駕駛員視認(rèn)需求和隧道凈空要求的半透發(fā)光式指路標(biāo)志的字體照度和漢字高度，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)的逆反射式指路標(biāo)志的缺陷，為高速公路隧道與立交小間距路段等需在隧道內(nèi)設(shè)置指路標(biāo)志的路段提供支撐。
03
試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
為減少被試駕駛員受外界因素的影響，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度和有效性，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析時剔除了非正常視認(rèn)及誤差較大的樣本量，取被試駕駛員中85% 的駕駛員視認(rèn)清晰的視認(rèn)距離作為有效視認(rèn)距離，最終得到20 名小客車駕駛員在不同環(huán)境條件和標(biāo)志本身?xiàng)l件下的靜態(tài)視認(rèn)距離樣本量2100 個。
3. 1 半透發(fā)光式指路標(biāo)志字體照度與視認(rèn)距離的關(guān)系
將20 名駕駛員在不同背景光環(huán)境條件下的半透發(fā)光式指路標(biāo)志的字體照度與視認(rèn)距離的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Origin 軟件進(jìn)行整理分析，得到半透發(fā)光式指路標(biāo)志的字體照度與視認(rèn)距離的關(guān)系，見圖3。從圖3 可見，在相同的光環(huán)境條件下，隨著標(biāo)志字體照度的增加，駕駛員的視認(rèn)距離均呈先增加后減小趨勢。隨著半透發(fā)光式指路標(biāo)志字體照度的增加，標(biāo)志字體的亮度隨之增加，進(jìn)入人眼的光束增多，同時隧道內(nèi)的背景光環(huán)境亮度與半透發(fā)光式指路標(biāo)志字體亮度之間的亮度差增加，駕駛員對半透發(fā)光式指路標(biāo)志的視認(rèn)距離增大；字體照度達(dá)到3 500 lx后，半透發(fā)光式指路標(biāo)志字體亮度過大，形成眩光，駕駛員的視認(rèn)受眩光的影響，容易造成眼疲勞，視認(rèn)距離減小。因此，漢字結(jié)構(gòu)越簡單，視認(rèn)距離越遠(yuǎn)，且視認(rèn)距離較好的標(biāo)志字體照度范圍為3000～3500 lx。因此在不同的背景光環(huán)境條件下適合駕駛員舒適視認(rèn)的半透發(fā)光式指路標(biāo)志字體照度范圍為3000～3500 lx。
3. 2 半透發(fā)光式指路標(biāo)志與逆反射式指路標(biāo)志視認(rèn)距離的對比
將20名駕駛員在相同的背景光環(huán)境條件下對相同版面尺寸和字體大小的逆反射式指路標(biāo)志與半透發(fā)光式指路標(biāo)志的視認(rèn)距離進(jìn)行整理，選取駕駛員視認(rèn)性較好的半透發(fā)光式標(biāo)志字體照度下的視認(rèn)距離與逆反射式指路標(biāo)志的視認(rèn)距離進(jìn)行對比，結(jié)果見圖4，其中半透發(fā)光式指路標(biāo)志的視認(rèn)距離是標(biāo)志達(dá)到最佳字體照度時的視認(rèn)距離。從圖4可見，在同樣的環(huán)境條件下，駕駛員對半透發(fā)光式指路標(biāo)志的視認(rèn)性明顯優(yōu)于對逆反射式指路標(biāo)志；在相同的背景色溫下，隨著背景亮度的增加，駕駛員的視認(rèn)距離增加。當(dāng)環(huán)境亮度為1. 5cd /m2時，駕駛員對半透發(fā)光式指路標(biāo)志漢字筆畫在5畫以下，5～10畫及10畫以上的視認(rèn)距離分別提升了52. 09%、49. 50%及48. 93%；當(dāng)環(huán)境亮度為2. 5 cd / m2時，駕駛員對半透發(fā)光式指路標(biāo)志漢字筆畫在5 畫以下，5～10畫及10畫以上的視認(rèn)距離分別提升了48. 62%、45. 18% 及42. 46%；當(dāng)環(huán)境亮度為3. 5cd / m2時，駕駛員對半透發(fā)光式指路標(biāo)志漢字筆畫在5 畫以下，5～10 畫及10 畫以上的視認(rèn)距離分別提升了45. 44%、42. 70% 及37. 78%。顯然半透發(fā)光式指路標(biāo)志有效提高了駕駛員的安全視認(rèn)距離，可避免因駕駛員對指路標(biāo)志視認(rèn)不清而導(dǎo)致的交通事故；半透發(fā)光式指路標(biāo)志的興起為隧道等照度較差路段的指路標(biāo)志設(shè)置提供了新方向。
3. 3 半透發(fā)光式指路標(biāo)志與逆反射式指路標(biāo)志字高的比較
本文選取色溫5500 K、亮度3. 5 cd / m2的背景光環(huán)境條件，對字高53 cm 的逆反射式指路標(biāo)志與字體照度3500 lx 的半透發(fā)光式指路標(biāo)志達(dá)到相同視認(rèn)距離時，半透發(fā)光式指路標(biāo)志不同漢字筆畫的漢字高度進(jìn)行了分析。在此條件下，將駕駛員對3類字的半透發(fā)光式指路標(biāo)志的視認(rèn)距離與漢字高度繪制相關(guān)關(guān)系圖，見圖5。
從圖5 可見，“天”“貴”“黔”三類字的字高與視認(rèn)距離之間明顯呈二次非線性關(guān)系，其關(guān)系模型見式(1)～(3) 。
式中y 為駕駛員的視認(rèn)距離，m；x 為字高，m；x∈( 0，0. 7］，m。
對模型中的變量進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，擬合優(yōu)度Ｒ2分別為0. 996 7、0. 992 1、0. 995 6，模型的擬合效果很好；對回歸擬合效果進(jìn)行方差分析，通過F 的顯著性檢驗(yàn)，當(dāng)顯著水平取0. 05 時，式( 1)～( 3) 的Sig．值均小于臨界值，詳細(xì)結(jié)果見表6，表明該回歸模型可以很好地表示字高與視認(rèn)距離之間的關(guān)系。在不同的背景環(huán)境組合條件下，駕駛員對字高為53 cm 的逆反射指路標(biāo)志最好的視認(rèn)距離為121m，由式( 1)～( 3) 可得，當(dāng)半透發(fā)光式指路標(biāo)志與字高53 cm 逆反射式指路標(biāo)志達(dá)到相同的視認(rèn)距離121 m 時，半透發(fā)光式指路標(biāo)志的漢字筆畫在5 畫以下，5～10 畫及10 畫以上的天、貴、黔三組字體的字高分別為34 cm、37 cm、40 cm，即半透發(fā)光式指路標(biāo)志的字高分別縮減了35. 85%、30. 19%、24. 53%，既能為需在隧道內(nèi)設(shè)置指路標(biāo)志的隧道路段節(jié)約了隧道凈空，又可滿足駕駛員的安全視認(rèn)需求。
04
結(jié) 論
1) 最有利于駕駛員視認(rèn)半透發(fā)光式指路標(biāo)志的最佳字體照度范圍為3 000～3 500 lx。
2) 在相同的環(huán)境條件下，半透發(fā)光式指路標(biāo)志的視認(rèn)效果明顯優(yōu)于逆反射式指路標(biāo)志，且標(biāo)志漢字筆畫復(fù)雜程度不同，半透發(fā)光式指路標(biāo)志提升的視認(rèn)效果也不同。
3) 字高為53 cm 的逆反射式指路標(biāo)志與漢字筆畫在5 畫以下、5～10 畫及10 畫以上的半透發(fā)光式指路標(biāo)志達(dá)到相同視認(rèn)效果時，半透發(fā)光式指路標(biāo)志的字高分別為34 cm、37 cm 和40 cm，即半透發(fā)光式指路標(biāo)志的字高分別可減小35. 85%、30. 19%和24. 53%。
4) 本文對隧道內(nèi)半透發(fā)光式與逆反射式指路標(biāo)志的視認(rèn)效果的對比研究僅局限于對設(shè)計(jì)速度為80 km/h 時的技術(shù)參數(shù)，對于其他設(shè)計(jì)速度的指路標(biāo)志的視認(rèn)效果可在本研究理論和方法基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展研究。
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