（交通运输规划与管理专业论文）公路交叉口指路标志设置位置研究.pdf

摘要 摘要 指路标志是传递道路方向、地点、距离信息的标志。与其他类型的交通标志 相比，指路标志内容丰富，功能强大，对驾驶员的行车诱导十分重要。公路交叉 口指路标志是为道路使用者明确线路和寻找目的地服务的，虽然近年来道路信息 设施在不断更新发展，但指路标志尤其是交叉口指路标志仍是道路信息的主要提 供源。 r 前我国一些公路交叉口指路标志存在指示不清、信息不足( 或信息过载) 、 标志设置位置不合理等使驾驶员迷失行驶方向，导致驾驶员在路v l 前踌躇，造成 交通事故和不必要的绕行。而且各种交通环境下指路标志信息量和设置位置的选 择，目前也没有统一规范化的标准，绝大多数设计者都是依据主观经验来完成设 计，没有系统地进行指路标志的设置有效性研究，导致指路标志传递的信息不能 被驾驶员及时快速地认知。 本文基于人机工程学的基本理论，以大量的室内模拟实验为技术手段，对公 路交叉口指路标志的设置位置进行研究。首先，分析了驾驶员的信息处理过程， 研究其驾驶过程中的标志认读机理，并对公路交叉口指路标志的设置原理进行了 阐述，提出公路交叉口指路标志前置位置的计算模型；其次，对模型中的若干参 数进行了理论和实验的标定，确定了指路标志信息量的合理范围以及其与认知时 间的关系，确定了不同速度、光线、天气条件影响下的指路标志视认距离；然后， 对各种因素影响卜的公路交叉口指路标志设置具体位置进行了计算，并选取了行 车减速度和心率变化率作为评价指标，通过室内模拟实验方法对所计算的指路标 志位置的合理性进行了验证；最后，本文给出了基于不同行车速度和标志信息量 的、适用于不同天气和光线条件的公路交叉口指路标志设置位置建议值。 关键词公路交叉1 3 ；指路标志：不良天气：光线条件；信息量 a b s t r a c t ii i i a b s t r a c t g u i d es i g n sa r es i g n st r a n s f e r r i n gi n f o r m a t i o no fd i r e c t i o n ，l o c a l i t y , a n dd i s t a n c e c o m p a r e dw i t ho t h e rt y p e so ft r a f f i cs i g n s ，g u i d es i g n sh a v em o r ec o n t e n ta n dm o r e p o w e r f u lf u n c t i o n ，s ot h e ya r ev e r yi m p o r t a n tf o rd r i v i n g h i g h w a yc r o s s i n gg u i d e s i g n sa r es e r v i n gf o rr o a d u s e r st of i n dr o u t ea n dd e s t i n a t i o n ，a l t h o u g hr o a d i n f o r m a t i o nd e v i c e sa r eu p d a t i n ga n dd e v e l o p i n gc o n t i n u a l l yi nr e c e n ty e a r s ，g u i d e s i g n s ，e s p e c i a l l yt h eh i g h w a yc r o s s i n gg u i d es i g n sa r es t i l lt h em a i ns o u r c ef o rr o a d i n f o r m a t i o n a tp r e s e n t ，s o m eh i g h w a yc r o s s i n gg u i d es i g n si no u rc o u n t r yh a v et h ep r o b l e m s o fg u i d i n ga m b i g u o u s l y ，l a c k i n go fe n o u g hi n f o r m a t i o n ( o ro v e rl o a d i n g ) ，a n ds e t t i n g t h ep o s i t i o nu n r e a s o n a b l y , s ot h a td r i v e r sw i l d e ro nt h er o a da n de v e ng ot ot h ew r o n g d i r e c t i o n m o r e o v e rw eh a v e n tac a n o n i c a lc r i t e r i o nn o wt oi n s t r u c tu st oc h o o s et h e s i g n s i n f o r m a t i o nv o l u m ea n dt h e i rs e t t i n gp o s i t i o ni nd i f f e r e n tt r a f f i ce n v i r o n m e n t , b u tb a s eo ns u b j e c t i v ee x p e r i e n c e ，a n dw eh a v e n tc a r r i e do ns t u d yo nt h ev a l i d i t yo f t h eg u i d es i g n s s e r i n gs y s t e m a t i c a l l yy e t ，s ot h ei n f o r m a t i o nt r a n s f e r r e db yg u i d e s i g n sc a n tb ec o g n i z e db yd r i v e r si nt i m e b a s e do nt h et h e o r yo fm a n m a c h i n ee n g i n e e r i n g ，a d o p t i n gn u m b e r so fi n d o o r s i m u l a t i v ee x p e r i m e n t ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e dt h es e t t i n gp o s i t i o no fh i g h w a yc r o s s i n g g u i d es i g n s f i r s t l y , t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ep r o c e s so fd r i v e r s t r e a t i n gi n f o r m a t i o n ， e x p o u n d e dt h ep r i n c i p l eo fs i g n c o g n i z i n gi nt h ed r i v i n gp r o c e s sa n dt h eh i g h w a y c r o s s i n gg u i d es i g n s s e t t i n g ，a n db r o u g h tf o r w a r dt h ec a l c u l a t i o n a lm o d e lf o rs i g n s s e t t i n gp o s i t i o n s e c o n d l y , t h i sp a p e rf i x e da l l t h ep a r a m e t e r si nt h em o d e lw i t h a c a d e m i ca n de x p e r i m e n t a lm e t h o d ，f i x e dt h er e a s o n a b l ei n f o r m a t i o nv o l u m eo fg u i d e s i g n sa n dt h er e l a t i o nb e t w e e ni ta n dc o g n i t i v et i m e ，a n dt h eg u i d es i g nv i s i b i l i t y d i s t a n c ei n f l u e n c e db yd i f f e r e n ts p e e d ，b r i g h t n e s sa n d w e a t h e rc o n d i t i o n a n dt h e n ，i t c a l c u l a t e dt h es e t t i n gp o s i t i o no fh i g h w a yc r o s s i n gg u i d es i g n si n f l u e n c e db yd i f f e r e n t f a c t o r s ，a n dc h o s ed e c e l e r a t i o na n dh e a r t r a t ea se v a l u a t i n gi n d e x e st ov a l i d a t et h e r a t i o n a l i t yo fs i g n s s e t t i n gp o s i t i o nf i x e di nf r o n tb ym e t h o do fi n d o o rs i m u l a t i v e e x p e r i m e n t f i n a l l y , i tp r e s e n t e dt h ep r o p o s i t i o n a lp o s i t i o no fh i g h w a yc r o s s i n gg u i d e s i g n sb a s e do nd i f f e r e n td r i v i n gs p e e da n ds i g ni n f o r m a t i o nv o l u m e ，w h i c hw a s a p p l i c a b l ei nd i f f e r e n tb r i g h t n e s sa n dw e a t h e r c o n d i t i o n k e yw o r d sh i g h w a yc r o s s i n g ；g u i d es i g n s ；w e a t h e rc o n d i t i o n ；b r i g h t n e s sc o n d i t i o n ； i n f o r m a t i o nv o l u m e i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 强：整日期：塑查：主：z 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 辽：羔 导师签名：塑l 生趟日期：型! ：堇：1 7 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 1 1 1 指路标志概述 交通标志是交通控制设施的一种，它以形状、颜色、图案、文字等形成一种 独特的交通语言，向所有道路使用者提供信息和交流。交通标志设置的目的是使 道路上的所有使用者明晰前方道路交通情况，有效控制驾驶行为，从而一方面提 高道路的安全性，另一方面提高道路的通行效率。 交通标志在我国的发展时间只有几十年的时间，建国后，随着交通运输和交 通管理技术的发展，我国逐步认识到了道路交通标志的重要性。2 0 世纪8 0 年代 初，我国交通部制定了公路标志及路面标线，各大城市分别制定了道路交通 管理暂行规定，1 9 8 6 年第一次颁布我国统一的标准道路交通标志和标线，并 于1 9 9 9 年完成了第一次修订，形成现行国家标准g b 5 7 6 8 1 9 9 9 道路交通标志 和标线，新国标在总结我国道路交通标志特别是高等级公路和高速公路建设的 基础上，依据国内外交通标志技术的发展和交通管理的需要，大幅度增加了标志 的数量，进一步向国际标准靠拢。我国交通标志标准发展概况见表1 1 。 表1 1 我国交通标志标准发展概况 t a b l e1 - 1d e v e l o p i n go f t r a f f i cs i g n si nc h i n a 序号 标志种类单位 1 9 8 2 矩1 9 8 6 年1 9 9 9 免 警告标志种 3 43 24 2 禁令标志 种1 63 54 3 * 指示标志种 2 5 2 52 9 四 指路标志 种2 65 61 4 6 l 般公路种6 6 2 高速公路种 8 0 五 旅游区标志 种1 7 l 施上安全标志种 4 2 6、 七 辅助标志种 1 6 总计种1 0 51 4 83 1 8 注：g b 5 7 6 8 1 9 9 9 道路交通标志和标线国家标准第2 号修改单( 2 0 0 5 年1 0 月1 日) 增加1 种禁令标志：禁止运输危险物品车辆驶入标志1 】 从表1 1 可以看出，国家标准的几次修订，增加最多的就是指路标志，上世 纪8 0 年代初为指路标志标准建立、发展阶段，这一阶段的主要特征是引入指路 标志，建立较详细的指路标志分类方法，扩充高速公路交通标志类型；随着公路 交通事业的发展及高速公路大规模的建设，1 9 8 6 年至1 9 9 9 年为指路标志加速发 北京上业大学一l 字坝士掌何论文 展并进入成熟阶段，集中表现在指路标志种类的丰富及数量的增加，对于高速公 路指路标志种类也大量增加。 指路标志是交通标志中一类非常重要的标志，用于向驾驶员传递行驶路线信 息。国家标准g b 5 7 6 8 。1 9 9 9 道路交通标志和标线中定义指路标志是：传递道 路方向、地点、距离信息的标志【2 】。美国( m a n u a lo nu n i f o r mt r a f f i cc o n t r o ld e v i c e s f o rs t r e e t sa n dh i g h w a y s ) ) 中将指路标志定义为：指引道路使用者，以最简单、 直接的方式向他们传达感兴趣的路线，指引他们到达城市、乡镇、村庄或其他重 要目的地，并标明附近的河流、公园、森林和历史名胜信息的标志【3 】。综上，指 路标志是借助标志版面，用图案、符号或文字来简要表达前方道路情况，并将这 些信息发布出去，驾驶员以此来认知前方道路情况，并确定正确的行车路线【4 】。 在现行标准中，指路标志分为散道路指路标志( 2 4 类6 6 种) 和高速公路 指路标志( 3 8 类8 0 种) ，一般道路指路标志和高速公路指路标志的具体分类见 图1 1 。 地点标志 行政区划、道路管理分界标志 道路编号标志 行驶方向标志 交叉n 标志 地点距离、地点识别标志 其他标志 出入口及预告标志 高速公路起终点标志 地点方向、地点距离标志 收费站、服务区、停车场标志 分合流标志 车距确认标志 其他标志 图1 1 指路标志分类图 f i g u r e1 - 1t h ec l a s s i f i c a t i o no fg u i d es i g n s 1 1 2 公路交叉口指路标志特点及功能 指路标志可以传递道路方向、地点、距离等信息，与其他类型的交通标志相 比，指路标志内容丰富，功能强大，对驾驶员的行车十分重要。公路交叉口标志 l e 镕* 是一类很重要的指路标志( 见囝i 2 ) ，它是为道蹄使用者明确线路和寻找闩的地 服务的，传达的是道蹄空问信息与其他指路标志相比，其t 有如下的特征： i 、公路交叉口指路标志将现实晌道路通达情况以缩小的平面形式反映在标 志版而上，反映山它与道路实体在空问位置要素之间的关系； 2 、交叉口指路标志具有特定的符弓系统。变叉口指路标志利用交叉口类型 图形符号、道路编号符与、箭头符号以及文字( 见图i 2 ) 表征路线走向、前方 所经地点及距离信息通过这种特殊的表现形式，使驾驶员能够方便认读和判断； ( a ) 十字交义路口标志 b ) y 形壬三叉路口标志 日喀则5 2 k 。 镁裟 c ) 丁字变卫路i j 标志 ( d ) 互通式立立标志 凹1 - 2 公路交叉口指路标志示例图 f i g u m l ie x a m p l e so f h i g h w a yc r o s s i n gg u i d es i g n s 3 、一块交叉口指路标志所表达的是某一个交叉口的地理信息整个路网上 的所有交叉口指路标志联系在一起就是该区域路网的地理空问信息的完整捕述， 所阻对于一个路网上的所有交叉口指路标志，应该能够完整地描述该路网的地理 北京上业大学j 掌砷士字竹论文 空间； 4 、交叉口指路标志的信息量经过浓缩，只保留部分对驾驶员寻路所必须的 内容。汽车在道路上是高速行驶的，即使在交叉口前进行减速操作，指路标志在 其视野内出现的时间也是很短的，要想在这么短的时间内使指路标志被驾驶员正 确视认，并做出正确地判断，指路标志就必须舍去或概括一些次要冈素，保留和 突出主要的驾驶员真正需要的信息。 设置公路交叉口指路标志的主要口的，是对路线进行指引，并指示各行进方 向的前方地点。通过上述对交叉口指路标志特点的分析，可知公路交叉口指路标 志对驾驶员的行车具有非常重要的作用，其作用大致体现在如下几点： 1 、交叉口指路标志是体现公路沿线主要城市、地点的主要手段。在道路沿 线设置指路标志，对道路沿线主要地点以及公路相邻其他干线道路进行指引，是 驾驶员正确找到目的地和驶上正确路线的保证。 2 、交叉口指路标志是对驾驶员所处位置的一种体现。对于驾驶员而言，很 多情况。卜并不都是行驶在自己熟悉的地区。因此，通过交叉口指路标志得知自己 现在所处的位置，不但是驾驶员判断自己是否在正确路线上的提示，更是驾驶员 判断路程、掌握时间的一种帮助。 3 、交叉口指路标志有利于稳定驾驶员情绪，对驾驶员安全行车提供保障。 驾驶员在道路上驾车行驶，到某个交叉口前时，除了观察可能对其安全造成威胁 的情况外，很大的注意力集中如何选择路径的判断上。这时，交叉口前的指路标 志对地点的标识可以给驾驶员简单明了的提示，使其沉着驾车，避免找路，分散 驾驶员的注意力。 4 、节省出行时间和汽车燃油消耗。寻路会浪费时问和汽车的燃油，并会导 致交通阻塞。交通研究者发现寻路浪费是一个显著的问题，南于寻路浪费造成额 外的行程，在路网上的实际行程和选择合适路径的里程之问有差别【5 】。据评估， 在英国南于寻路浪费的时间约占出行总时问的4 ( j e f f e r y ，1 9 8 1 ) 。 1 1 3 公路交叉口指路标志设置存在的问题 目前我国一些道路的指路标志存在指示不清、信息不足( 或信息过载) 、指 示中断等使驾驶员迷失方向的问题，造成了不必要的绕行，增加交通负荷。尤其 是在交叉路口前，指路标志设置的不合理会使驾驶员犹豫不定，驾驶车辆突然急 停、猛拐、倒车，从而诱发交通事故。 公路交叉口指路标志的设置主要存在如+ 卜几方面的问题： l 、标志指示不清 标志指示不清主要指方向指示不清和地点名称不清两种。方向指示不清是由 于路口形式不规则、岔路较多时，标志指示方向( 或者路口数量) 与实际不一样， 第1 覃绪论 如在某些非常规的丁字、十字路口的指路标志，仍使用标准的丁字、十字路口图 案。地点名称不清是指提供了无用信息，如把前方地点指示为较小的村镇，而没 有驾驶员比较熟悉、关心的较近城市的名称，就会造成地点名称指示不清。 2 、标志信息不足( 或过载) 信息不足( 或过载) 是指路标志中最常见的问题，标志不能提供道路使用者 所需的必要信息或者提供信息过多，造成驾驶员无法在正常的行驶状态完全接受 这些信息。 交叉口指路标志信息不足指缺少足够的地名、路名或方向信息，这会使驾驶 员无法判断行进路线；信息过载也是目前一个普遍存在的问题，随着道路建设和 区域经济的活跃，新的地名、路名大量涌现，一些交叉路口，特别是主要干道的 分叉路口，标志信息过于集中，驾驶员没有足够时问识别、理解这些标志信息， 有时甚至导致急停、猛拐诱发交通事故。 3 、标志设置位置不合理 驾驶员对指路标志的认读和判断需要。定的时间，如果交叉口前的指路标志 设置过近，驾驶员就没有足够的时间认读标志，从而会影响其判断、操作：驾驶 员对指路标志的认读是个瞬时记忆，如果交叉口前的指路标志设置过远，驾驶 员到交叉口前时很可能就忘记了指路标志的上的内容，同样影响其判断和操作。 由于相关标准没有明确的规定，目前我国很多的公路交叉口指路标志设置上，存 在着设置过远或过近，以及树木、广告牌等障碍物遮挡的问题，对驾驶员的认读 造成了不便。 1 2 研究目的与意义 对一般的道路使用者而言，要驱车前往目的地，除了本身的经验，主要是根 据地图和路网上指路标志的指示信息来确定行驶路径。虽然日前道路信息设施在 不断更新发展，但指路标志信息仍是道路信息的主要提供源，即使是应用车内导 航系统，驾驶员也需要通过指路标志信息来判断路线的选择是否正确。 规范、合理的指路标志系统能为道路使用者提供准确的诱导服务，减少交通 拥堵。当前公路交叉口指路标志的设置主要是参照中国的国家标准g b 5 7 6 8 1 9 9 9 道路交通标志和标线中的相关规定( 见表1 2 ) ，只是做出如“设在距交叉路 口3 0 - - 5 0 m 处的模糊规定，没有方法论上的依据，指示牌上应标明的口的地或 道路也没有明确给出。这样的条文易造成设计施工单位在布设路标时的困扰，当 问题发生时，上程人员主要是凭经验来确定指路标志上应指示的内容以及设置的 具体位置，因此，如何合理地设置指路标志i 最大限度地实现其诱导功能，是一 个值得研究的课题。 北京上业大学上学硕士学位论文 表1 2 道路交通标志标线关于公路交叉1 2 1 指路标志设置位置的规定1 2 1 t a b l e l 一2t h es e t t i n gp o s i t i o ni t e m so f h i g h w a yc r o s s i n gg u i d es i g n si n 标志类型 设置位置 交叉口预告标志交叉口前3 0 0 5 0 0 m 十字交叉口标志 交叉口前3 0 5 0 m 丁字交叉口标志交叉口前3 0 5 0 m 环形交叉口标志交叉口前3 0 m 或环岛上 我国现行标志的相关标准对交叉口指路标志的颜色、形状、图案等凶素进行 了较为详细的规定，但对指路标志中的地名、路名等信息量多少的选用，以及交 叉口指路标志前置位置的设定缺乏必要的指导。 论文在国内外研究的基础上，对公路交叉口指路标志的视认性展开了研究， 目的在于为交叉口指路标志的设置更加合理化、标准化、规范化提供理论上的支 撑。 论文针对当前我国公路交叉口指路标志设置存在的实际问题，利用驾驶模拟 系统研究了若干因素对指路标志设置位置的影响，建立了指路标志信息量的取值 范罔，以及不同影响因素下公路交叉口指路标志前置位置的设置标准。 研究成果为交通标志的合理设置提供了指导性依据，具有较强的实际应用价 值，同时也弥补了现行的国家标准g b 5 7 6 8 1 9 9 9 道路交通标志标线在这方面 的不足；对于充分发挥交通标志在交通管理中的作用，保障行车安全、减少不必 要的延误具有重要的意义。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外研究现状 国外学者对交通标志的研究开展的较早，在2 0 世纪6 0 年代初期，国外学者 开始从人和标志两方面来研究标志的视认性。j o h a n s s a n ( 1 9 7 0 ) 考虑驾驶员不同 的社会和心理背景，测量交通标志在不同速度下的可视性和驾驶员识别能力【6 】； e l l s 、d e w a r ( 1 9 7 9 ) 和h a p p e m ( 1 9 8 0 ) 分别研究了驾驶员对信号内容的反应时 间、理解速度和辨认距离；s u m m a l a ( 1 9 7 4 ) 、e l l s ( 1 9 7 9 ) 和d r o r y ( 1 9 8 2 ) 测 试交通标志的灯光和亮度对用广和驾驶员反应时间的影响1 7 】：j a i n s k i ( 1 9 7 7 ) 、 c h a p a n i s ( 1 9 9 4 ) 研究交通标志的颜色对驾驶员识别能力的影响。 针对驾驶员特性和对交通标志信息的理解能力之间存在的关系，h a s h i m a i m a d a n i 和a b d u l r a h m a na i j a n a h i 进行研究1 3 j 。文章中涉及的驾驶员特性包 括：驾驶经验、年龄、事故发生率、婚否、性别、国籍、教育背景以及月收入， 调查的人群样本来自巴林、科威特、阿曼、卡塔尔和阿拉伯联合酋长国。研究结 果表明：平均只有5 6 的驾驶员能够完全理解交通标志。而在上述影响因素中， 教育水平，月收入以及国籍差别对驾驶员识别交通标志的影响较大，年龄、婚姻 第1 覃绪论 状况、经验和事故率影响较小。 针对指路标志的信息理解问题，美国国家公路协作研究项目( n c h r p ) 进 行了标志信息负荷的研究，研究人员应用室内实验和实车道路实验的方法，研究 驾驶员对m u t c d 中指路标志的信息负荷，并揭示影响驾驶员信息负荷的道路因 素、信息负荷时空特性等f - j 题1 9 。y u n g c h i n gl i u 通过两种策略的模拟实验，发 现指路标志的信息量影响驾驶员的搜索行为，信息量越大，驾驶员的视觉搜索越 慢。但驾驶员在要求准确记住纯图案标志时，信息量小的标志需要相对长的搜索 时间。凶此，不同的搜索策略有不同的行为表现。研究还表明，驾驶员对不熟悉 的标志将花费更多的时问来理解i l o 】。 针对指路标志的设置问题，迈阿密大学市政建筑与环境学院j i b i n gl i 等人讨 论了美国现行交通控制设置标准手册( 2 0 0 3 版) ( m u t c d ) 存在的不足： m u t c d 并未在方法论上提出指路标志的前置距离，作者基于对驾驶者行为的合 理假设，提出了估计三种安装方式下的指路标志前置位置的操作模型。研究认为， 道路线形对指路标志的前置距离影响最大，此外当车道数和设计速度增加时，指 路标志的前置距离随之增加】。 1 3 2 国内研究现状 国内学者和研究机构对交通标志的研究从8 0 年代后期正式开始，经历了借 鉴国外标准和研究成果、结合国内实际独立研究两个阶段。从上世纪末开始，国 内学者和研究机构从人机工程学等角度对交通标志进行了一系列的研究，最近几 年取得的研究成果如下： 1 9 9 8 年，交通部公路科学研究所承担国家“七五”攻关项目“高速公路标 志汉字视认性及标志形式的研究”，他们针对我国道路交通条件和驾驶员的实际 水平，采用室内实验和室外道路试验相结合的方法，对交通标志的颜色、汉字结 构、版而大小进行了较为系统的研究，包括：与驾驶员视力有关的试验；与汉字 本身结构特征有关的试验；与标志板面布设有关的试验。研究了汉字的字体、字 高、笔划粗、高宽比、字间距、行间距等对标志易读性和可见性的影响。研究为 g b 5 7 6 8 1 9 9 9 道路交通标志标线的制订提供了依据【1 2 1 。 刘浩学( 2 0 0 1 ) 根据汽车驾驶员信息加工规律，对公路交叉口交通标志的设 置地点、空间位置、多个标志的同时并设和连续设置，以及交叉口前置预告和过 后确认标志进行了工效学分析【l 引。 郑安文( 2 0 0 2 ) 以驾驶员信息接收和加工的基本规律为基础，分析了驾驶员 有效利用交通标志传递信息的条件，研究了交通标志的视认距离、在空间的安置 方式、同时并设及列队连续设置等凶素对静态交通标志设置的影响【1 4 1 。 詹嘉等( 2 0 0 7 ) 从驾驶员视认习惯及视认能力的角度，分析了指路标志的合 北京_ j 一业大学上学硕士学位论文 理性与行车安全的关系，针对不合理指路标志设置情况，参照国内外成熟范例， 给出了改善方法及建议【l5 1 。 林雨等( 2 0 0 5 ) 以大量的现场实验为研究手段，在交通标志可视距离研究的 基础上，探讨了交通标志的视角阂值与车速和光线条件之间的相互关系，并给出 了具体量化的数值表达；此外，他们还做了一个指路标志的认知实验，以指路标 志信息量为自变量，得出指路标志信息量与认知性的一些基本关系【1 6 1 1 7 1 。 潘晓东等( 2 0 0 6 ) 以现场行车实验为研究手段，探讨了在不同行车速度下， 光线条件对交通标志可视距离的影响，并进行了相关性分析。研究结果表明，交 通标志的可视距离随车速的提高而降低，同一实验车速，顺光条件下标志的视认 性最佳，其次为夜间反光标志，逆光条件下的标志视认性较差【1 8 】。 李爱增等( 2 0 0 6 ) 建立了城市快速路出口的指路标志前置距离的理论模型， 并通过实例计算得到了城市快速路不同设计车速下出1 ：3 标志设置的前置距离【l 9 】。 李文权等( 2 0 0 7 ) 运用概率论方法讨论路侧交通标志设置问题。建立路侧标 志被大车遮挡的数学模型和算法，并提出连续设置路侧交通标志的方法【2 0 】。 1 3 3 研究现状评价 从圜内外研究现状可以看出，现有研究很多是从驾驶员的角度分析指路标志 的视认性，结合理论模型对指路标志的设置进行了验算。此外，国内外学者近几 年开始逐渐应用实验手段对指路标志的信息量以及设置位置的位置进行论证。由 于国内的指路标志上的信息主要以汉字为主，使国内指路标志的认读与国外指路 标志的认读有较大差异，所以国内学者的研究并不全是照搬国外的成果，很多属 于独立研究成果，在国内有很高的应用价值。 尽管取得了部分成果，但应看到，国内的大量研究多是基于工程实践和个人 经验做定性的分析，其他部分定量研究大都是从驾驶员的角度研究指路标志的视 认性，考虑速度、光线、天气等环境因素较少，并且没有明确的提出指路标志信 息量的合适范围，以及基于光线、大气、车速等影响因素。卜指路标志设置的合理 位置。 1 4 主要研究内容 为对交叉口指路标志的合理设置提供理论和实践依据，本论文着重对以下几 方面的内容进行研究： l 、驾驶员认读指路标志机理及指路标志设置位置原理研究：从人机工程学 角度分析驾驶员对指路标志的认读过程，从而对指路标志的设置原理进行研究， 并对影响指路标志设置的凶素进行定性讨论； 2 、指路标志的信息量与认知性的关系研究：采用汉字字数和路( 地) 名数 第l 荤绪论 作为指路标志信息量的量化评价指标，通过室内试验进行标志信息量和认知时间 的关系研究； 3 、不同光线条件、不同天气条件、不同行车车速下，指路标志的可视距离 研究：通过实验手段，探讨指路标志的可视距离与光线条件之间的量化关系、指 路标志的可视距离与三种天气条件：雾天、雨天、雪天之间的关系、指路标志的 可视距离与行车速度之间的量化关系。 4 、根据以上研究成果，基于交叉口指路标志前置位置的设置原理，提出各 种凶素影响下的道路交叉口指路标志设置位置及版而信息量取值范围，并利用模 拟实验进行有效性验证。 1 5 论文技术路线 本论文的研究路线如图1 3 所示： 论文研究从人机工程学的角度，分析指路标志认读机理及交叉口指路标志前 置位置的设置原理，然后采用理论和实验相结合的手段，研究若干影响因素。卜的 交叉口指路标志的理论设置位置，最后在驾驶模拟舱内进行模拟实验，对论文提 出的交叉口指路标志的设置位置进行检验和修正，并最终形成基于不同信息量、 不同车速条件、不同光线条件及不同天气状况下的交叉口指路标志的合理设置位 置。 图1 3 研究技术路线 f i g u r e i 3t e c h n i c a lf r a m e w o r ko f t h i sp a p e r 北京上业大学j ：学硕士学位论文 曼! 曼! ! ! ! ! ! ! ! 曼苎! ! 皇曼! 曼寰! ! ! 曼! ! 曼! 曼! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 曼i i i 毫! 曼! ! 曼曼! 曼苎! 曼曼曼! ! ! ! ! ! 鼍! ! ! ! 皇! ! 曼! ! ! ! 苎! 罡鼍曼 第2 章公路交叉口指路标志设置位置计算模型 本章从人机工程学的角度出发，对驾驶员的信息处理过程进行分析，研究其 驾驶过程r f l 的标志认读机理。然后对公路交叉1 ：3 指路标志的设置原理进行了阐述， 提出公路交叉口指路标志设置位置的计算模型，并对计算模型中的影响因素进行 了分析。 2 1 指路标志认读机理分析 2 1 1 驾驶员信息处理过程 人的感觉器官可以接收到各种各样的刺激，所有可以被人直接或间接感知到 的各种刺激，都是“信息”。车辆在行驶过程中，驾驶员通过视、听、触觉器官 从交通环境中获得信息，经过大脑进行处理，做出判断和反应，在支配手脚( 运 动器官) 操纵汽车，使其按照驾驶员的意志在道路上行进，这就是信息处理过程 ( 见图2 - 1 ) ，在这一过程中，驾驶员要受到自身一系列生理、心理因素的制约和 外部条件的影响，如果在信息的采集、判断和处理的任何。个环节上发生差错， 都会危及交通的安全和畅通。 - - - - - - - - - - - - - 重嬲 - - - - - 经搠 一一， 问断作用 图2 1 驾驶员与道路交通系统互动简图【2 1 】 f i g u r e 2 it h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nd r i v e r sa n dr o a dt r a f f i cs y s t e m 第2 章公路交叉口手芹路标志设置位置计算模型 2 1 2 驾驶员对指路标志的认知过程 从认识论与控制论的角度讲，驾驶员从指路标志获取信息并对所驾驶车辆实 施操作的过程可分为对交通标志的认知与对所驾车辆实施操作的两个过程。 驾驶员对交通标志的识认过程一般分为发现、识别、认读、理解等阶段，如 图2 - 2 所示。 固匣畛匿畛固 图2 2 驾驶员对指路标志的认知过程 f i g u r e 2 2t h ec o g n l z m gp r o c e s so fg u i d es i g n sf o rd r i v e s 发现阶段是驾驶员识认指路标志的初始阶段，此阶段的特点是驾驶员在视野 范围内觉察到指路标志的存在，但不能判定出该标志的特征。识别阶段是驾驶员 进一步了解指路标志的阶段，在此阶段，随着行驶车辆向指路标志牌的靠近，驾 驶员已能确定出标志牌的基本信息( 如知道前方为十字交叉) ，但不能读出该标 志上的内容。认读与理解阶段是驾驶员接收及处理指路标志传递信息的阶段。在 此阶段，驾驶员读出标志牌上的内容并以读得的信息为基础n - r 处理，并为对所 驾车辆如何操作的决策做准备。 2 2 公路交叉口指路标志位置设置原理 根据驾驶员处理信息的机制分析，驾驶员认知交通标志信息完整的过程应包 括发现标志、识读标志信息、信息处理与决策、反应操作四个步骤，具体过程见 图2 3 。 在图中2 3 中，a 点为驾驶员发现标志后开始认读的地点，b 点为完成标志 识读点，a b 段为从开始认读到识读完毕的阶段；c 点是驾驶员完成信息处理与 决策点，b c 段为标志识别完毕之后的信息处理与决策阶段；d 点为反应结束点， c d 段为驾驶员决策完毕至具体操作之间的反应时问阶段：e 点为交通标志从驾 驶员视野中消逝的点，e 点必须出现在b 点之后，而不一定出现在c 、d 点之后； f 点为标志设置的位置：g 点为交叉口所在位置，d g 阶段是驾驶员为通过g 点 所进行的操作序列阶段。 在图2 3 中，交通标志的设置位置须满足以下两个前提条件【2 2 】： 1 、b 点在e 点之前，即消逝点出现在标志识读完毕之后，使得驾驶员能够 发现和有足够时间识读标志； 2 、d g 段距离应足够驾驶员完成准备操作，即交叉口入口处应出现在驾驶 北京工业大学j ：学硕士学付论文 员必要的操作( 转到相应车道，并减到合适的速度) 完成之后，使驾驶员有足够 的时间完成其相应的驾驶操作。 ( a ) 标志信息刺激 ( b ) 标志信息识别 j l j l 一匦一 謦l 参 a ：认读标志 b ：读懂标志 f ：指路标志 设置地点 c ：完成信息 处理与决策 d ：反应结束 开始相应驾 驶操作 e ：标志消逝 g ：交叉口所 在位置 ( c ) 信息处理决策( d ) 驾驶行为操作 图2 - 3 驾驶员接近指路标志的认知及相应驾驶操作过程 f i g u r e 2 - 3t h ec o g n i z i n gp r o c e s so f g u i d es i g n sa n dd r i v i n go p e r a t i o nf o rd r i v e s 嚣蟊 第2 章公路交叉口手匕路标志设置位置计算模型 ! 曼鼍! 鼍曼! 曼! 曼曼曼曼曼詈皇! ! ! 曼曼曼! 鼍! i l i i i_li ! ! 曼! 曼! ! ! ! ! 皇苎皇! ! ! 曼! ! ! 鼍曼! 苎! 鼍曼! ! 曼 2 3 公路交叉口指路标志设置位置计算模型 2 - 3 1 计算模型 根据2 2 节中的公路交叉口指路标志设置位置设置原理，原理所述的两个条 件可以用下面两个式子来表达： b f e f( 2 1 ) d g l ( 2 2 ) 2 2 式巾的三为完成必要操作( 变换车道、减速等) 所必须的距离( 见图2 _ 4 ) 。 交叉口 g i 塑 j ， kl一一一k-j!k一一一一!：一j 图2 - 4 驾驶员交叉口前的全部活动过程 f i g u r e 2 - 4a l la c t i o n so f t h ed r i v e r sb e f o r ec r o s s i n g 需要注意的是：驾驶员在行车过程中，其对指路标志的认读和判断决策两个 阶段并没有绝对界限，而且由于驾驶员认读标志和决策的时间都很短，现实中也 难以分别测量这个两阶段实际需要的时间，所以可以把这个两个阶段并为一个阶 段，这可为驾驶员认读标志和决策时间的测量提供方便。基于上述原因，2 1 式 变为c f e f ，这能够使驾驶员的认读和决策时间更加充分，不致过于紧张、慌 乱。 根据图2 3 ，式2 2 可以表示为： d + f n l( 2 3 ) 由于：z = s r( 2 - 4 ) 所以有：d + 0 一r ) 一n l ( 2 5 ) 即公路交叉口指路标志的前冕位置： d l + 住+ r s( 2 6 ) 改进后的2 1 式为约束条件： m f 兰m s r( 2 7 ) 上面各式中： d 交叉口指路标志前置距离； 北京业大学上孑硕士学位论文 ，完成决策到指路标志的距离； 刀完成决策到开始操作( 手打方向盘、脚踩离合或刹车) 时问 内行驶的距离； j 视认距离，即驾驶员开始认读标志到指路标志的距离； ，认读决策时间内行驶的距离； m 消失距离，即指路标志从驾驶员视野内消失点到指路标志的 距离。 2 3 2 模型参数分析与标定 式2 - 6 、式2 7 中的s ，可以通过实验手段进行测量，具体测量方法和结果 将在第3 章巾进行研究分析。 l 棚为动作时间内行驶的距离，根据以往研究，驾驶员的动作时间为0 3 s 2 3 1 ， 安全起见取偏大值，本文n = 0 5 v 1 ( 1 7 1 为驾驶初始速度) 。 2 、 消失距离m ( 见图2 5 ) 由驾驶员的视角阈值和指路标志的安装方式决 定，一般公路上的指路标志，其安装方式大都采用路侧式安装和悬臂式安装两种 方式，当采用路侧安装方式时，驾驶员观察指路标志的视线与行驶前进方向夹角 大于1 5 0 时，指路标志从驾驶员视野消失：当采用悬臂安装方式时，驾驶员观察 指路标志的视线与行驶前进方向夹角大于7 。时，指路标志从驾驶员视野消失【2 4 1 。 根据图2 5 所示，m 可以按照不同的安装方式进行计算。 ，i 一堡一 h ：一。口l 锄 ( a ) 标志为悬臂式安装方式( b ) 标志为路侧式安装方式 图2 5 指路标志的消失距离 f i g u r e 2 - 5t h ed i s t a n c eo f t h es i g n sd i s a p p e a r i n g 当标志为路侧安装方式时： m = 丽a = 赤2 3 7 3 d( 2 - 8 ) 其中：d 为驾驶员眼睛到指路标志的侧向水平距离。 根据g b 5 7 6 8 1 9 9 9 道路交通标志和标线：“路侧安装的标志一般均设在道 路的土路肩以外，标志板内缘距路肩边缘不得小于2 5 c m 。一般公路以双车道为 主，考虑最不利情况，即驾驶员在内侧车道行驶，其与指路标志的侧距约7 米左 右，所以m = 3 7 3 d = 2 6 1 ，取2 5 m 。 当标志为悬臂安装方式时： 第2 章公路交叉口折路标志设置位冤计算校型 ! ii 一i m i i ii一imiii 曼曼! ! 曼 m = 啬5 土t a n 7 = 8 1 4 h ( 2 - 9 ) c a n 8 一 其中：h 为驾驶员视