（交通运输规划与管理专业论文）基于驾驶员视觉特性的指路标志设置方法研究.pdf

摘要 摘要 指路标志作为交通标志中的一种，是用来向道路使用者提供沿途途经的地名、方向和距离，或 与之相交的道路、著名地点、服务区等内容的安全设施，它保证道路使用者能够快速、准确地到达 目的地，是正确引导交通流的信息载体，保证了道路安全畅通。因此，科学、合理的设置指路标志 对驾驶员全面了解各条道路的通达地点，并迅速准确的到达目的地具有重要意义。 本文首先从自然环境、交通环境、驾驶员属性和指路标志属性四个方面分析了它们对指路标志 视认性的影响，并在此基础上选择对指路标志视认性有显著影响的因素：光照条件、车辆行驶速度、 驾驶经验、标志信息量等作为后续研究的对象。 安排不同的驾驶员在真实的交通环境中驾车行驶，借助s m a r te y e4 0 的视线跟踪技术与车载 g p s 定位技术，获取在不同光照和行车速度条件下，专业驾驶员与非专业驾驶员对指路标志视认的 眼部运动特征参数和标志视认距离数据。并对数据进行分析，得到不同驾驶经验的驾驶员在不同影 响因素下对指路标志的视认性规律。 最后应用指路标志视认性的研究成果，通过理论分析与计算得到了不同计算行车速度下指路标 志的设置参数，提出了指路标志设置的最优值和相关设置的建议，研究成果是对现有标志设置规范 的有效补充与完善，对于指路标志的合理设置具有应用价值。 关键词；指路标志，视认性，驾驶员，视线追踪，注视时间，视认距离 a b s t r a c t a b s t r a c t g u i d es i g ni st h es a f e t yf a c i l i t i e su s e dt op r o v i d er o a dr i s e r sw i t ht h en a m o sa n dt h ed i r e c t i o na l o n gt h e w a y , o ri nc o n n e c t i o nw i m t h ei n t e r s e c t i o n s i tg u a r a n t e e sr o a du s e r sc a nr e a c ht h e i rd e s t i n a t i o n sq u i c k l y a n da c c u r a t e l y , a n de n s u r et r a f f i cf l o we x p e d i t e t h e r e f o r e ，as c i e n t i f i ca n dr a t i o n a ls e t t i n go fg u i d es i g n h a v eg r e a ts i g n i f i c a n c e t h ep a p e rf i r s ta n a l y z e dt h ee f f e c to fi n f l u e n c ef a c t o r so ng u i d es i g nr e c o g n i t i o nf r o mf o u ra s p e c t s ： e n v i r o n m e n ta t t r i b u t e s ，t r a f f i ca t t r i b u t e s ，d r i v e ra t t r i b u t e s ，a n dg u i d es i g na t t r i b u t e s ，a n di n t r o d u c e dr e l a t e d r e s e a r c hm e t h o d sa th o m ea n da b r o a d ，o nt h i sb a s i s ，p o i n t e d l yc h o s es o m ei n f l u e n c ef a c t o r s 硒s u b s e q u e n t r e s e a r c ht a r g e t s 。 b yu s i n ge y et r a c k e rt e c h n o l o g yo fs m a r te y e4 0a n dv e h i c l ep o s i t i o nt e c h n o l o g yo ft h eg p s ， d i f f e r e n td r i v e r sa l ea r r a n g e dt od ot h ed r i v i n ge x p e f i m e n bi nr e a lt r a f f i ce n v i r o n m e n t e y e sm o v e m e n t c h a r a c t e r i s t i c sp a r a m e t e r sa n dt h el e g i b i l i t yd i s t a n c ed a t at ot h eg u i d es i g no fd i f f e r e n td r i v e r s ( t h e p r o f e s s i o n a ld r i v e r sa n dt h en e wd r i v e r s ) a l eo b t a i n e du n d e rd i f f e r e n tl i g h t i n gc o n d i t i o n sa n dd r i v i n g s p e e d s b a s e do nt h ea n a l y s i so fd a t a ，t h et h e s i so b t a i n st h er u l e sa b o u tv i s u a lc o g n i t i o no fg u i d es i g hw i t h d i f f e r e n td r i v i n ge x p e r i e n c ed r i v e r si nd i f f e r e n tf a c t o r s t h es e t t i n gp a r a m e t e r so fg u i d es i g ni nd i f f e r e n td r i v i n gs p e e d si sg a i n e dt h r o u g ht h e o r e t i c a la n a l y s i s a n dc a l c u l a t i o nw i t ht h ea p p l i c a t i o no fc h a p t e ri v t h ep a p e rd i s c u s s e st h eo p t i m a lv a l u e sa n dt h e r e c o m m e n d a t i o n so ft h es e t t i n go fg u i d es i g n t h er e s u l ti sa ne f f e c t i v ec o m p l e m e n ta n dp e r f e c t i o nt ot h e s e t t i n g so fg u i d es i g nn o r m s t h e r ei ss o m eg u i d a n c ea n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o nv a l u et ot h er e a s o n a b l e s e t t i n go f t h eg u i d es i g n k e yw o r d s ：g u i d es i g n ，v i s u a lc o g n i t i o n ，d r i v e r ，e y et r a c k e r , f i x a t i o nt i m e ，l e g i b i l i t yd i s t a n c e 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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，也不包含为获得东南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。 研究生签名：趣 e l 期：型星垒：丝 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：导师签名： 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 指路标志作为交通标志中的一种，是用来向道路使用者提供沿途途经的地名、方向和距离，或 与之相交的道路、著名地点、服务区等内容的安全设施，它保证道路使用者能够快速、准确地到达 目的地，是正确引导交通流的信息载体，保证了道路安全畅通。虽然道路信息设施在不断更新发展， 但目前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 路标志来判断行驶路线的选择是否正确。因此，科学、合理的设置指路标志对驾驶员全面了解各条 道路的通达地点，并迅速、准确的到达目的地具有重要意义。 指路标志向交通参与者传递信息，是交通管理的重要设施，在驾车出行尤其是高速行驶的条件 下，如何正确、完整的捕获有效的交通信息，做出正确的判断，采取合理的驾驶操作，除重复显示 一些重要的信息以外，还应保证指路标志设置于合理的位置，并具有良好的视认性，充分发挥指路 标志的作用。目前由于指路标志设置不合理，造成驾驶员错向行驶，引发强行掉头、转向、为确认 道路走向低速行驶的现象时有发生，在一定程度上影响了交通的畅通，并存在交通事故隐患。这些 现象在互通式立体交叉口尤为明显，互通立交入口处，指路标志信息多、设置混乱，前面的指路标 志遮挡住后面匝道入口处指路标志，造成地面或立交匝道行驶错误的现象。这就要求指路标志视认 效果准确，即驾驶员可以在有限的时间内完全读懂标志，因此，指路标志的设置必须符合驾驶员的 视觉特性。 目前大部分学者对指路标志的研究还局限在从工效学的角度对标志的设置位置、外观尺寸、文 字大小、设施结构和材料等方面的分析，缺乏在驾驶员视觉特性基础上对指路标志设置方法的研究。 对于指路标志位置的选择，目前还没有统一化标准，没有系统的研究指路标志设置的有效性，导致 指路标志不能被驾驶员快速认知。并且随着大量非专业驾驶人员上路，驾驶员之间的驾驶特性差异 显著，原先建立在专业驾驶员驾驶特性差异性不大基础上的指路标志的设置方法需要进行改进，因 此，应当重新从驾驶员的角度出发，研究驾驶员在行车过程中对指路标志的视认特性，分析不同驾 驶经验的驾驶员对指路标志的视认性，并在此基础上研究其设置方法，从而更好的发挥指路标志的 作用，这就是本论文的主要研究目的。论文依托国家自然科学基金开展基于驾驶员视觉特性的指路 标志设置方法研究，具有一定的理论意义和应用价值。 1 2 国内外研究和应用概况 1 2 1 国外研究概况 ( 1 ) 驾驶员对交通标志的视认性研究 j o h a n s s o n 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；e l l s 、d e w a 和h a p p e m 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 、e l l s 和d r o r y 测试交通标志的灯光和亮度对用户和驾驶员反应时间的影响；j a i n s k i 、c h a p a n i s l 东南大学硕士学位论文 研究交通标志的颜色对驾驶员识别能力的影响。h e l m u tt z w a h l e n 研究了驾驶员夜间行驶时交通标 志的视认距离与视认次数【l 】。 m a r t e n s 和f o x 通过研究认为驾驶员驶过一条特定路线次数越多，他们眼睛停留在交通标志上的 时间越短。同时他们通过研究发现即使驾驶员眼睛停留在交通标志上的时间变少，但是他们仍然知 道这些标志上的信息。 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 l m a d a n i 和 a b d u l r a h m a n a l j a n a h i 进行研究。文章中涉及的驾驶员特性包括：驾龄、年龄、事故发生率、婚否、 性别、国籍、教育背景以及月收入。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、 婚姻状况、经验和事故率影响较小。该文研究还表明驾驶员对标志的理解力和其特性有关系，与事 故发生率关系较小【2 1 。 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问题【3 】。 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。因此，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 志将花费更多的时间来理解【4 】。 ( 2 ) 交通标志设置方法研究 2 0 0 2 年英国交通标志规则从分析城市道路和交通条件出发，对城市道路交通标志的大小、颜色、 型式、高度、排列、设置场所、目的、显示的顺序、方式及意义等进行了详细的规定。 2 0 0 3 年美国的交通标志标准( m l r r c o ) ，采用动态仿真试验，模拟不同交通条件下驾驶员的视认 性对标志的设置位置、文字大小等的影响，研究出符合美国道路交通特性的交通标志，重点突出标 志的各种技术参数、设置位置、设置的安全性能等【，1 。 2 0 0 3 年p i a r c 公路安全手册( r o a ds a f e t ym a n u a l ) 从交通安全角度为道路交通标志的设计设置 提供了许多先进的设计理念和措施，并通过驾驶模拟论证研究的可行性。 b r i n aw o l s h o n 等分析了影响道路标准性能的各种环境因素，现场采集了大量数据，建立了不同 颜色道路标志的逆反射系数与道路标志设立时间和道路标志设置位置参数回归关系模型【5 】。 1 2 2 国内研究概况 ( 1 ) 驾驶员动态视觉特性的研究 马勇开展了对驾驶员视觉搜索行为的试验，研究了车速与标志字体高度因素对视觉搜索广度、 注视持续行为及视角分布的影响。研究结果表明，车速及标志字体高度对驾驶员的搜索广度无明显 影响，驾驶员的平均注视时间随车速及标志字体的变化不大，车速的提高使驾驶员对远处区域的注 视逐渐增多【6 】。 范红静通过实验研究得出，专业驾驶员与非专业驾驶员在不同的道路交通条件下的注视点分布、 注视持续行为与视角分布规律，并对国内外驾驶员在相同类型道路上的动态视觉特性进行了对比分 2 第一荦绪论 析，有助于应用驾驶员的行为特性改善道路交通管理与设计，满足非专业驾驶员安全行驶的要求。 最后应用该研究成果从驾驶员的角度改进交叉口通行能力的计算方法，使交叉口通行能力的设计更 具合理性1 7 。 ( 2 ) 驾驶员对交通标志的视认性的研究 隽志才从认知心理的角度研究了驾驶员对交通标志的视认性，建立了基于认知心理学的驾驶员 信息处理过程的概念模型，提出了用知觉理论解释不同驾驶经历的驾驶员对标志识别存在的差异现 象；用特征说理论解释了标志的独特性有利于驾驶员的识别；标志的信息量不宜超出驾驶员有限的 注意力资源 s l 。 潘晓东通过实验得出，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最差【9 】。 杜志刚利用眼动仪，分析了交通指路标志信息量与视认反应时间的定量关系，对比了目标路名 指路标志与非目标路名指路标志的视认性，得出指路标志路名数不得超过5 个【i o l 。 武睿通过实验，以不同交通标志的眼部运动特征参数为基础，量化研究了交通标志属性、驾驶 员属性、交通环境属性对交通标志视认性的影响，并提出了基于视线跟踪技术的交通标志视认性评 价方法，以驾驶员实时驾驶时的眼部运动特征参数为评价指标，评价交通标志的设计、设置方案f l 。 林雨在交通标志可视距离研究的基础上，探讨了交通标志的视觉阈值与车速和光线之间的相互 关系，并给出了具体的量化数值表达1 2 】。 ( 3 ) 指路标志的设置方法研究 袁修荣构建了驾驶员视觉模型、车辆行驶模型和道路环境模型，由此推导出城市道路交通标志 设计的三个主要技术参数：分析了城市道路网各层次道路的交通流特性，提出了不同条件下驾驶员 对标志信息的需求特性，结合路网层次布局特点划分各级指路节点，从满足交通流顺畅要求的角度 重点讨论了各级节点处指路标志信息的选取和标志的设置【1 3 j 。 林雨将眼动仪e m r - 8 b 应用到交通安全的研究领域中来，通过室内实验探讨了指路标志的信息 量与认知性的关系：控制试验车速度，研究了交通标志的可视距离与车速及光线条件的关系；最后 按照驾驶员获取标志信息弗实施驾驶操作的过程，完成了道路交叉口指路标志设置位置及版面文字 高度设计参考标准【1 4 】。 刘浩学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 志同时并设和连续设置，以及交叉口的前置预告和过后确认标志进行了工效学分析，为公路交叉口 交通标志有效设置提供了理论指导【1 5 】。 郑安文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因素对静态 交通标志设置的影响【1 6 l 。 王跃辉和彭国雄阐述了不同道路功能系统设置指路标志的依据和方法。0 7 j 1 2 3 现有研究成果总结 国外学者对驾驶员交通标志的视认性主要是从驾驶员对于交通标志的注视时间及注视次数及影 响驾驶员理解交通标志的交通特征、个性特征及社会特征等方面进行研究，也有部分学者针对指路 3 东南大学硕士学位论文 标志的信息理解问题进行了研究。国外对交通标志展开的研究较早，已比较成熟和系统化，且还通 过大量的实验和场地模拟试验来完善系统中存在的问题，不但侧重于实践运用还重点考虑标志设计、 设置的安全性。但是我国国情及“混合式”交通的特点决定了在考虑标志设置问题时，不能照搬国 外的研究成果，只能在一定条件下作为参考。 国内一部分学者从信息学、心理学和反映驾驶员注意力的眼部运动特征等方面对指路标志视认 性进行了研究和探索，还有一部分学者通过室内模拟试验的手段对指路标志的视认性进行了研究， 但是他们的研究方向比较分散，研究内容不深入，没有综合考虑各种因素对视认性的影响，研究成 果与道路交通实际环境结合不紧密。对指路标志系统的整体设置提供了相关方法，但是大都参考国 标，结合实际道路交通环境做定性分析，没有系统的研究指路标志设置的有效性，导致指路标志不 能被驾驶员快速认知。 基于此，本论文安排不同的驾驶员驾车行驶在真实的交通环境中，借助视线跟踪技术与车载g p s 定位技术，并通过试验获取不同影响因素下专业驾驶员与非专业驾驶员对指路标志视认的眼部运动 特征参数和标志视认距离数据，并将其运用于后续研究，提出基于驾驶员视觉特性的指路标志设置 方法。 1 3 主要研究内容 在现有的研究成果基础上，本文拟从以下几方面对适合我国道路交通条件的指路标志设置方法 进行研究： ( 1 ) 指路标志及其视认性的影响因素 交通标志视认性是标志设置研究的基础和依据，驾驶员在不同影响因素下有着不同的眼部运动 特征和交通标志视认特性。根据国内外研究成果，指路标志视认性的影响因素主要体现为：自然环 境、交通环境、驾驶员属性( 年龄、驾驶经验等) 、指路标志属性。指路标志与其他交通标志拥有相 似的视认性，但是它也有其自身的特点，本部分有针对性的选取一些对指路标志视认性有显著影响 的因素作为后续研究的目标，重点分析和研究其对指路标志视认性的影响。 ( 2 ) 指路标志的视认性研究 本部分借鉴国内外对交通标志视认性研究的思路，通过试验，运用眼动仪和车载g p s 系统获取 在不同光照( 顺光、逆光、夜间) 、车辆行驶速度等条件下，不同驾驶经验驾驶员的跟部运动特征参 数及指路标志视认距离等数据。并对调查数据进行处理和分析，研究光照条件、车辆行驶速度、标 志信息量对指路标志视认性的影响，比较相同条件下不同驾驶经验的驾驶员对指路标志视认特征的 区别。 ( 3 ) 指路标志设置方法研究 根据以上研究结论，以提高指路标志视认性、设置有效性为目标，从驾驶员视觉特性的角度出 发，通过定量计算得出指路标志设置参数，如指路标志信息量、设置高度、前置距离、标志牌合理 俯角等，提出适合我国道路交通条件的指路标志设置参考标准和建议，本论文的研究成果有效的补 充和完善了现行的标志规范，具有一定的指导性和实际应用价值。 4 第一章绪论 1 4 论文技术路线 1 5 本章小结 图1 1 论文技术路线 首先叙述了论文研究的背景和现实意义，然后全面、系统的分析了国内外驾驶员视觉特性及指 路标志设置研究的已有成果及发展方向，提出了目前研究的不足，从而明确了本文的主要内容与目 的。 5 东南大学硕士学位论文 第二章指路标志及其视认性的影响因素 指路标志是道路交通标志的一个重要分支，与法规和警告标志对交通执法和安全指导作用不同， 它主要是起交通诱导疏通管理作用。指路标志设计和设置的优劣将直接影响交通行驶、管理和服务 的质量。因此，要求设置的内容清晰、简明、准确、易读，设置的位置必须合理且具有良好的视认 性，能在车辆行驶的条件下令驾驶员及时获得“准确有效的信息”。 交通标志的视认性是指在规定的时间内被道路使用者正确识别并理解的能力。对应的时间为标 志的注视时间，即从能识别标志上的文字图形时起到完全理解标志内容时止的全部时间长度【1 4 1 。交 通标志视认性是指路标志设置研究的基础和依据。驾驶员视认指路标志的过程主要分为“发现、认 读、判断、行动 四个阶段，要保证驾驶员在标志前一定距离内辨别清楚指路标志的信息，并在到 达目标前有充分的时间采取措施，关键在于提高指路标志视认性。根据国内外的研究，指路标志视 认性的影响因素主要体现在四个方面：自然环境、交通环境、驾驶员属性及指路标志属性。本文总 结了这四大影响因素对指路标志视认性的影响，并在此基础上有针对性地选择了一些影响因素，作 为后续研究的对象。 2 1 指路标志概述 指路标志是给驾驶员提供目的地所经过的道路名、沿途相关地名、距离和行车方向信息的标志， 它主要是为那些不熟悉道路路况的驾驶员服务的。根据标志和标线的规定，指路标志共分6 2 类。 指路标志的设置方法和信息详细程度与道路等级是有密切关系的，按照公路的功能不同，指路标志 一般分3 种，一般公路指路标志、高速公路指路标志及城市道路指路标志。按照道路等级的不同， 又可以详细划分为以下5 种： ( 1 )国省干线公路指路标志 ( 2 )县乡普通公路指路标志 ( 3 )农村公路指路标志 ( 4 ) 高速公路指路标志 ( 5 ) 城市道路指路标志 2 1 1 指路标志的功能 指路标志对于整个公路网以及城市路网的功能并不完全相同。对于整个公路网，其主要功能是 指引路线及对沿线地点的提示；而对于城市道路而言，它在指引路线的同时，还能均衡车流量l 。 2 1 1 1 整个公路网中指路标志的功能 ( 1 ) 指路标志是体现公路沿线主要城市、地点的主要手段。 交通运输主要有过境交通与集散交通两种形式。在公路上行驶的驾驶员未必对道路网熟悉，因此 在道路沿线设置指路标志，对公路沿线主要地点以及公路相邻其他干线公路进行指引，是驾驶员正 确找到目的地和驶上正确路线的保证。 6 第二苹指路标志及其视认性的影响因素 ( 2 ) 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，很多情况下并不是行驶在自己熟悉的地区。因此，通过指路标志得知自己所在 的位置，不但是驾驶员判断自己是否行驶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 ) 指路标志是驾驶员了解周围情况的途径。 对初到某地驾驶员而言，到达一个新地点的时候对周围环境几乎是一无所知的，指路标志对道路 周围地点、服务设施以及经过城市的指引，能够帮助驾驶员从容的安排行程，解决路上出现的突发 问题。 2 1 1 2城市道路中指路标志的功能 ( 1 ) 指路标志在城市道路中的o d ( 起讫点) 特性作用。 在城市道路网络中，指路标志为交通参与者提供最直接、准确的导向服务，引导o d 的最佳路线， 减少在路网中的时间消耗，使速度与里程比达到设计的最佳需求时间。因此，指路标志的综合服务 功能，在现今社会优于任何城市道路网络导向的工具。 城市道路地图直观服务性较强。但是落后于城市道路的变化；电子导向设施先进，但其普及性并 不高。因此，指路标志在城市道路网络中，为道路参与者提供及时准确的道路信息，并随时应变于 城市道路网络的变化，在城市道路网络o d 引导中，发挥的特殊作用是最为显著的。 ( 2 ) 指路标志在城市道路中的均衡车流作用。 在管制措施实施的路段和范围的起点及终点，利用指路标志的信息作为实施管理措施的工具，能 够达到更完善的管理要求。因为它能根据所需的流向引导车流、人流，并按管理者设计的路网流动， 使饱和的路段流量递减，闲置的道路得到充分利用，城市路网中流量得到有效均衡。 ( 3 ) 指路标志在城市道路网络中的信息传递作用。 整个城市建设的规模大小不仅与城市道路网成正比，而且城市建设规模变化直接影响城市道路网 中的交通流向、流量。指路标志能在路网发生变化的时间内，随时以流向可视性为交通参与者传递 信息，降低了城市建设中的道路路网的负面影响。指路标志的信息传递总是伴随着城市建设的规模 和路网的变化而变化，及时、准确的为交通参与者提供信息。 ( 4 ) 指路标志对道路前方路况的提示作用。 城市道路网络比较复杂，平面交叉口、立体交叉口、环岛等设施比较常见。指路标志对前方路况 的提示，可以帮助驾驶员合理控制车速，保证行车安全。 ( 5 ) 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。 驾驶员驾车行驶时除了观察可能对其安全造成威胁的情况外，很大的注意力集中在自己所选择的 方向和路线是否正确，有没有走错或者错过目的地。此时，指路标志对地点的标示可以给驾驶员简 单明了的提示，稳定其情绪，避免驾驶员因找路分散注意力而造成交通事故，提高行车安全。 综上可以看出，指路标志对交通管理具有重要作用，其设计与设置的优劣将直接影响交通行驶、 管理和服务的质量，因此。改善指路标志的设置方法，提高驾驶员对指路标志的视认性研究具有重 要意义。 7 东南大学硕士学位论文 2 2 指路标志视认性的影响因素 汽车驾驶员在行驶中，大部分道路交通信息是依靠视觉获得，因此，驾驶员的眼睛是保证安全行 车的最重要的感觉器官，眼睛的视觉特性与交通标志的视认性有密切的关系，标志设置的高度、角 度、照明等亦对驾驶员的视认产生影响。根据国内外研究成果，指路标志视认性的影响因素主要体 现为：自然环境因素、交通环境因素、驾驶员因素及指路标志自身属性因素。驾驶员在不同影响因 素下有着不同的眼部运动特征和交通标志视认特性。本文总结了这四大影响因素对指路标志视认性 的影响，并在此基础上有针对性地选择了一些影响因素，作为后续研究的对象。 2 2 1 自然环境因素对视认性的影响 ( 1 ) 气象条件对视认性的影响分析 实践表明，不良的气象条件是驾驶员能否及时、有效地获取视觉信息的重要影响因素。雾天由 于雾使光线发生散射，并能吸收光线，视物可见度下降，驾驶员看不清前方和周围的情况，对交通 标志、路面设施和行人的识别产生困难。尤其对于外地驾驶员，雨天、雾天对指路标志的视认困难， 无法确认车辆行驶路线是否正确，对其心理造成了紧张和压力，视觉容易疲劳，易导致交通事故。 ( 2 ) 光照强度对视认性的影响分析 驾驶员的视力直接影响其对标志的视认性。而人眼的视力与光线强弱有直接的关系，当光线充 足的条件下，可以看清细小物体，而在光线昏暗的条件下，只能分辨出物体的大致轮廓。研究表明， 在光照度从0 ，l l x 至1 0 0 0 i x 范围内，人眼的视力基本上与光照强度成直线关系【l s 】，因此，光照强度 直接影响驾驶员对标志的视认性。 黄昏时刻的光线较暗，即使车辆开灯，其亮度也与周围的亮度相差不大，驾驶员不易看清指路 标志及周围的车辆、行人。夜间由于没有足够的能见度，驾驶员的视力约比白天下降一半，视野也 相对比白天小，进入驾驶员眼中的信息也少，对指路标志的视认性降低。在夜间会车时对面来车的 前照灯光或强烈的路灯光线直射驾驶员眼睛时，便会使驾驶员感到眩目，以致看不清楚前方的路况 及指路标志，极易引起事故。 综上所述，光照强度对指路标志视认性存在着较大的影响，但是目前对这种影响定量化的分析 研究较少，本文拟通过试验，借助视线跟踪技术和g p s 距离测量技术定量化的分析光照强度( 顺光、 逆光、夜间) 对指路标志视认性的影响。 2 2 2 交通环境因素对视认性的影响 国内外研究表明，道路交通环境对交通标志的视认性有重要影响。例如行车速度、道路交通量、 道路交通组成等因素的变化都会影响驾驶员对指路标志的视认性。 2 2 2 1 行车速度对指路标志视认性的影响 当驾驶员驾驶汽车高速行驶时，会感到车外的树木、房屋等固定物体不断往后移动，越近的物 体移动的速度越快。这是因为这些物体的映像在人眼视网膜上停留的时间太短，人眼来不及分辨物 体的细节，这主要是受驾驶员动视力的影响。根据运动视觉心理学的研究，驾驶员的动视力随着车 速的变化而变化，一般动视力比近视力低1 0 一2 0 ，特殊情况下比静视力低3 0 - - - - 4 0 i 1 9 1 。 8 i 第二苹指路标志及其视认性的影响因素 高速行驶对驾驶员视认性的影响主要体现在以下几个方面【j 9 1 ： ( 1 ) 视力下降 驾驶员在静止状态下和运动状态下的视力是完全不同的，车速越高，则物体的相对移动速度也 越高，因而眼睛的转动角速度也相应加快。在测量动视力时，通常以眼睛转动的角速度来表示，根 据有关的心理视觉的实验资料可以得出动视力与车辆行驶速度、光照强度有如下关系：车辆行驶速 度增加，动视力降低；对于同一行驶速度，光照强度增加，动视力提耐b 】，如图2 1 所示。 、 - 、 、 、， 、 、 7 、 1 、 、 、 、 、 、- 、 、， 表2 1 车辆行驶速度与有效视野、注视距离的关系 车速( 1 【i 】讹)4 06 08 01 0 01 2 0 视野( o ) 1 0 08 6 6 04 02 2 注视距离( m )1 8 03 3 53 7 75 6 47 1 0 9 l 8 6 4 2 o o o o 东南大学硕士学位论文 4 0 0 6 5 0 1 0 0 0 1 9 0 0 图2 2 驾驶员有效视野随车速变化图 由此可见，车速越快，驾驶员越要注意到远方，有效视野也变得越窄。当车辆行驶速度很高时， 视野周围的景物在驾驶员眼内停留的时间缩短，甚至一闪而过，只有正前方附近的区域尚能看得清 楚，因此称为“隧道视”，也叫“山洞视”。有效视野的缩小妨碍驾驶员对近处情况的观察，可能漏 掉必要的标志信息，对安全行车不利。 ( 3 ) 高速催眠现象 研究表明，人的大脑活动需要有适当的外界刺激才能维持在较高水平上。当驾驶员在高速公路 上行驶时，由于行车环境单调，刺激过少等原因，会引起大脑活动的抑制和疲倦，表现为注意力开 始涣散，判断及反应逐渐会变得迟钝。除此之外，前面已经叙述过的高速行驶时有效视野的缩小， 注视点的远移，动态视力的下降等现象，更进一步促使大脑活动水平的下降。这一切形成所谓高速 催眠现象。在这种情况下，驾驶员的视认性会有所下滑，对指路标志的理解也会下降。 2 2 2 2 道路交通量、交通组成对指路标志视认性的影响 ( 1 ) 道路交通量对指路标志视认性的影响 道路交通量的大小直接影响驾驶员的心理紧张程度，进而影响驾驶员的视觉。在交通流稳定或 流量不大时，驾驶员在满足控制车辆、观察周围环境以及交通标志等的前提下，仍有相当富余的精 力，故此情况下驾驶员的眼动特性较为平稳，注视较为连续稳定。相反，随着交通流量的不断增加， 由于车辆的相互干扰，驾驶员在完成基本驾驶操作的前提下还需更多的精力去顾及周围环境，以确 保驾驶安全，故此时驾驶员眼动特性由稳定变为不稳定，注视更为广阔，且杂乱无章 7 1 。 ( 2 ) 道路交通组成对指路标志视认性的影响 由于道路交通组成较复杂，大车与小车混合行驶，而大车与小车的设计尺寸存在较大差异，小 汽车驾驶员在获取视觉信息时视线容易受到大车的遮挡，导致视觉信息质量的降低甚至遗漏，使驾 驶员难以及时做出合理的驾驶决策，影响y d , 车驾驶员对指路标志的视认。 综上所述，车辆行驶速度对指路标志视认性存在着较大的影响，本文拟通过试验，借助视线跟 踪技术和g p s 距离测量技术，安排不同的驾驶员在真实的道路环境中以不同的行驶速度驾驶，获取 驾驶员视认指路标志的眼部运动特征参数和指路标志的视认距离数据，定量化的分析车辆行驶速度 对指路标志视认性的影响。 l o 第二章指路标志及其视认性的影响因素 2 2 3 驾驶员因素对视认性的影响 驾驶员属性如驾驶员的年龄、性别、驾龄、受教育程度等均会极大地影响驾驶员的驾驶行为， 因此也必然会影响驾驶员对交通标志的视认特征，国外学者和研究机构对此研究开展较早，取得了 一定成果，国内对此研究则相对较少，本文从驾驶员的年龄、驾龄等方面分析和总结了驾驶员的这 些属性对指路标志视认性影响。 ( 1 ) 驾驶员年龄对指路标志视认性的影响分析 一般情况下，驾驶员对交通标志的理解随着年龄的增加而增长。国外学者h a s h i ma i m a d a n 通 过实验对不同年龄组驾驶员进行比较，发现较年轻驾驶员( 1 6 2 4 岁) 对交通标志的理解明显弱于 年长的驾驶员( 3 5 - - 4 4 岁及4 4 岁以上) 。这与r i c h a r d s 、h e a t h i n g t o n 等人的研究成果一致，他们认 为，在美国年轻驾驶员( 低于1 9 岁) 在理解交叉口交通标志和信号时存在困难【2 。 对于视觉感知就不是这样，尽管有一些例外，对大部分人来说视力将随着年龄的增大而下降， 这个过程在5 0 岁之后将加快其速度。随着年龄的增长，驾驶员的视觉敏锐性下降，其有效视野也由 于生理上的改变从1 9 0 。逐渐减少到1 4 0 。或更少；感知方式也会随之变化，许多老年驾驶员会错过 许多重要的标志，尤其是在处于较高工作压力下更加明显，在不熟悉的驾驶员环境中，不管在白天 或是黑夜，因为他们很难从背景中辨认出物体，因此老年驾驶员易错过重要的道路标志、标线，对 安全行车不利。 ( 2 ) 驾驶员的驾驶经验对指路标志视认性的影响分析 驾驶经验的不同使驾驶员的操作水平和安全意识都存在着较大差异。对于驾驶经验不足的驾驶 员即非专业驾驶员，其在驾车过程中由于对路况不熟悉、操作水平不高，难以合理分配精力，顾此 失彼，处理突发情况时容易手忙脚乱，给交通安全带来显著影响。 研究表明，专业驾驶员的操作水平较高，注视范围较大，在驾驶过程中能合理分配精力，除了 对前方车辆距离和相邻车道超车车辆信息的搜索外，还将多余的精力用于自行车、行人、及交通标 志等道路周围交通信息的搜索。而非专业驾驶员由于驾驶技术的不成熟，注视范围较小，将全部精 力都放在跟随前方车辆，密切注意前方车辆的制动行为，与前方车辆保持安全距离，相邻车道车辆 的超车行为等，对道路周围情况的观察较少，极易错过指路标志 综上所述，驾驶员的驾驶经验对指路标志视认性存在着较大的影响，本文拟通过试验，借助视 线跟踪技术和g p s 距离测量技术，安排不同驾驶经验的驾驶员在真实的道路环境中驾驶车辆，获取 驾驶员视认指路标志的眼部运动特征参数和指路标志的视认距离数据，定量化的分析驾驶经验对指 路标志视认性的影响。 2 2 4 指路标志属性对视认性的影响 交通标志属性如交通标志的颜色、形状、信息量等均直接地影响驾驶员对交通标志的视认特征。 指路标志是给驾驶员提供目的地所经过的道路名、沿途相关地名、距离和行车方向信息的标志，其 颜色统一，形状一般为长方形或正方形，因此影响指路标志视认性的影响因素主要为信息量、标志 文字，本文从这两方面分析与总结指路标志属性对视认性的影响。 东南大学硕士学位论文 2 24 信息量对指路标志视认性影响 ( 1 ) 驾驶员对信息处理机理分析 信息度量首先是在通信领域中进行研究的，通信过程是随机信号和随机噪声通过通信系统的过 程，通信系统是随机变量的集合。因此，可以用概率测度和数理统计方法讨论通信的基本问题，并 建立由信源，信道与编、译码器，信宿组成的通信系统模鍪d 1 2 3 1 。从本质上说，驾驶员对指路标志的 识别过程也是一个交通信息的通讯过程，指路标志信息传输模型如图2 - 3 所示。 图2 3 指路标志信息传输模型 道路使用者能否迅速、准确地获取环境情况与道路信息，对提高道路通行能力及车辆安全运行 有重要影响。行驶在道路系统中的驾驶员接受来自外界的各种信息，包括道路交通状况、指路标志 的路名、方向等。信息传递至信道往往会受到噪声的干扰，比如树木、建筑物、广告牌的遮挡或者 混淆，从而造成信息某种程度的失真。驾驶员在道路系统中充当译码器的作用，将当前接收到的信 号进行筛选、判断，找到有效的信息，并根据接收到的信息选择相应的驾驶行为。但是如果道路情 况较为复杂，或指路标志显示信息过多，超过驾驶员能用于执行任务的能量或资源，那么驾驶员就 会忽略掉指路标志的信息，甚至导致判断失误。 ( 2 ) 指路标志信息量对其视认性影响分析 林雨以室内实验为研究手段，研究了指路标志信息量与认知性关系。他通过记录试者视点在室 内模拟影像中播放的指路标志上的停留时间从而得到不同信息量指路标志的认知时间建立了标志信 息量与认知时间的量化关系，周时研究指出指路标志版面的路名个数以低于6 个为宜，并且有以下 公式根据指路标志路名个数计算驾驶员对指路标志的注视时间【2 4 】： y = 0 0 3 8 7 x 2 0 0 2 4 7 x + 1 3 4 4 3 ( 2 - 1 ) 式中y 驾驶员对指路标志的认知时间( s ) ； x 指路标志的路名个数。 从以上分析可知，指路标志的信息量对驾驶员注视标志的注视时间有很大影响，可以作为衡量 指路标志设计优劣的有效手段。 2 2 4 2 标志文字对指路标志视认性影响 标志文字是指路标志向道路使用者传递信息的主要方式，是其不可替代的元素，因此，如何合 理的设置指路标志中的文字，使其达到最佳的视认效果，一直是国内外学者研究的重点 f o r b e stw 与m o s e o w i t zk 进行交通标志大小写英文字母视认性对比研究，发现宽度固定时小 1 2 第二章指路标志及其视认性的影响因素 写字母更易读。米克与宾夕尼亚运输协会( p t t ) 合作，在宾夕尼亚州进行了不同字体的交通标志 视认性实地驾驶试验，试验表明，混合大小字母写比全大写字母易读的多。两者在白天易读程度一 样，但在夜间前者的易读程度要高2 2 ；当以8 8 k m h 速度在黑暗中行驶时，驾驶员平均要早3 4 m 看到大小写混合字母的标志，所以有更多时间做出决定 2 5 1 因此，我国指路标志在设计时，应当考 虑这个因素，为国外道路使用者提供一个更人性化的驾驶环境。 指路标志中汉字的字高与笔划宽度亦对其视认性具有显著影响。狄胜德通过试验测定不同字高 和笔划宽度汉字的静态视认距离，结果表明字高和笔划宽度对于汉字视认性的影响显著，两者之间 的交互作用也很明显，字高越高，汉字视认性越好；在相同字高下，1 1 4 h ( h 为字高) 笔划宽度的 汉字视认性最佳。因此，在对指路标志设计时，应当考虑汉字的字高及笔划宽度对其视认性的影响 【2 们。 综上所述，指路标志的信息量和标志文字对视认性都存在着较大的影响，但是由于本文试验是 在真实的道路环境中进行，无法通过改变标志文字大小来研究其对指路标志视认性的影响，因此， 本文选择了标志信息量作为研究对象，借助视线跟踪技术和g p s 距离测量技术，安排不同驾驶员在 真实的道路环境中驾驶车辆，获取驾驶员视认不同信息量的指路标志时的眼部特征参数，定量化的 分析标志信息量对指路标志视认性的影响。 2 3 本章小结 本章前一部份阐述了指路标志的分类，及其对不同道路路网的功能，说明了合理设置指路标志 对交通管理的重要性，明确了本文的研究意义。后一部份从自然环境、交通环境、驾驶员属性和指 路标志属性四个方面分析了它们对指路标志视认性的影响，并在此基础上选择对指路标志视认性有 显著影响的因素：光照条件、车辆行驶速度、驾驶员经验、标志信息量等作为后续研究的对象，奠 定了本文后续研究的基础。 1 3 东南大学硕士学位论文 第三章指路标志动态视认性试验原理及方法 国外学者的研究表明室内模拟实验所得到数据与实时驾驶所得数据存在偏差，因此室内试验是否 与实际道路交通环境下驾驶员的视认特性相吻合还有待研究。基于此，本文拟通过将眼动仪s m a r t e y ep r 0 4 0 和车载g p s 定位仪安装于实验车辆上，安排不同驾驶员驾车行驶在真实的道路交通环境 中，借助视线跟踪技术与g p s 定位技术获取驾驶员在真实道路交通环境视认标志时的眼部运动特征 参数和指路标志视认距离数据，并将其应用于指路标志的设置方法研究。 3 1 试验原理 3 1 1 眼动仪s m a r te y ep