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摘要: 為保證隧道內駕駛員對指路標志的安全視認，分析隧道照明光環境、標志特性對駕駛員視認距離的影響，營造了隧道中間段5 種色溫、3 種亮度照明光環境，隨機選取了20 名小客車駕駛員進行半透發光式與逆反射式指路標志的視認試驗。結果表明: 隧道內半透發光式指路標志的視認距離明顯優于逆反射式指路標志，且半透發光式指路標志的最佳字體照度范圍為3000～3500lx；在最佳的背景光環境條件下，半透發光式指路標志與字高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志達到相同的視認效果時，字高分別縮減了35.85%、30.19%和24.53%。半透發光式指路標志的應用可提高隧道內指路標志的視認距離，并能減少交通事故的發生，可為以后隧道內交通標志的改進與創新提供理論支撐。關鍵詞: 安全工程；隧道內照明光環境；逆反射式指路標志；半透發光式指路標志；字體照度；視認距離
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，立交出口指路標志只能設置在隧道有限的空間內，一般指路標志內容較多，如果指路標志采用逆反射式，往往版面尺寸較大，難以滿足在隧道安全凈空內設置的需求。因此在高速公路隧道與立交小間距路段存在取消指路預告標志的現象，往往導致交通事故的發生。近年來半透發光式標志版面興起［1－3］，其視認效果優于逆反射式標志［4－6］，為高速公路隧道與立交小間距路段指路標志的設置提供了新方向。
交通標志良好的視認性是保證駕駛員行車安全、順暢的重要保證，國內外學者在影響交通標志視認性因素的研究方面已做過較多研究。在標志特性方面，2017 年，張國輝等［5］通過實車試驗，分析試驗數據得出高速公路上使用的LED 主動發光標志的視認效果明顯優于逆反射標志，且主動發光視認距離比Ⅴ類反光膜逆反射指路標志的視認距離提升了63%，論證了主動發光指路標志的優越性。2018年，陸鍵等［6］首次針對傳統逆反射標志、LED 點陣式發光標志和LED 半透式發光標志，考慮光照強度、閃爍頻率、發光形式等因素的影響，進行了交通標志視認性能的駕駛試驗研究，采用方差分析研究發現光照強度和發光形式對標志的視認距離有影響，且在光照條件較差的情況下，LED半透式發光標志的視認效果更好。2011 年，Wei 等［7］基于駕駛模擬試驗進行了基礎性研究，并通過試驗數據分析了版面漢字高度、行駛速度和標志視認距離之間的關系。2017 年，Liou等［8］首次采用高可靠眩光評價方法研究LED 交通標志版面的視認性，發現交通標志亮度對比度為6200：2066cd/m2時駕駛員對標志版面的視認性最好。在標志視認的背景光環境方面，黃小芳等［9］通過實地試驗研究發現駕駛員對標志的視認性與白天、夜間的環境條件有關，白天時駕駛員對LED 標志和反光膜標志的視認性差異甚微，而夜間時差異顯著，LED 標志的視認性明顯優于反光膜標志的視認性。2013 年，魏建國等［10］通過實車試驗發現車速、駕駛室環境照度、障礙物顏色等對駕駛人夜間視認距離有顯著影響。2006 年，潘曉東等［11］以大量的現場行車試驗為研究手段，首次探討了順光條件、逆光條件對交通標志可視距離的影響，發現順光條件下標志的視認性最佳，其次為夜間反光標志，逆光條件下的標志視認性較差。
上述對交通標志視認性的研究主要集中在普通路段，缺乏對隧道內指路標志視認性的研究。本文基于隧道這種特殊環境，從駕駛員駕駛的行車環境條件、標志版面特性來研究逆反射式指路標志與半透發光式指路標志的視認效果及適用于隧道內且滿足駕駛員視認需求和隧道凈空要求的半透發光式指路標志的字體照度和漢字高度，以彌補傳統的逆反射式指路標志的缺陷，為高速公路隧道與立交小間距路段等需在隧道內設置指路標志的路段提供支撐。
01
指路標志安全視認影響因素的分析
GB5768.2—2009《道路交通標志和標線第二部分道路交通標志》［12］中對逆反射式標志和主動發光標志不同設計速度下的字體、字高、版面顏色、漢字間距等進行了詳細規定， JTGT D70/2－01—2014《公路隧道照明設計細則》［13］中對不同設計速度下隧道中間段照明亮度進行了規定，GB/T 31446—2015《LED 主動發光道路交通標志》［14］中規定主動發光標志的發光亮度應與環境照度相適應。駕駛員在隧道路段行駛時，人的視覺不僅要受到隧道照明自身特點的影響，還要受到因照明環境亮度產生的視覺效應和非視覺的光生物效應所帶來的影響。由于隧道環境的特殊性，駕駛員認讀逆反射式標志時，背景光及汽車前照燈照射到標志表面反射的光進入人眼，使駕駛員進行有效視認；駕駛員認讀半透發光式標志時，背景光、標志版面發出的光源以及汽車前照燈照射到標志表面反射的光耦合進入人眼，使駕駛員進行有效視認。因此，指路標志視認性好壞受駕駛員視覺特性、標志版面本身的特性、標志所處光環境等因素的影響。
隧道凈空有限，根據GB 5768.2—2009《道路交通標志和標線第二部分道路交通標志》［12］中對標志版面的規定計算，在滿足隧道正常行車需求的條件下，單向兩車道隧道不同設計速度下單行漢字指路標志和雙行漢字指路標志的版面尺寸和可容納漢字個數見表1。在此情況下，研究能否采用半透發光式指路標志以及研究合理的標志版面縮減技術(縮減字高等) ，既能滿足隧道凈空要求，又能滿足駕駛員安全視認需求就顯得至關重要。
02
試驗方案設計
為既能滿足隧道凈空內設置指路標志的需求，又能保障駕駛員對指路標志的安全視認，通過隧道中間段不同光環境( 色溫、亮度) 和標志字體照度條件下的指路標志靜態視認試驗，研究半透發光式指路標志字體照度與視認距離的關系，不同光環境條件下駕駛員對半透發光式指路標志和逆反射式指路標志視認效果，半透發光式指路標志達到與逆反射式指路標志相同的視認距離時半透發光式指路標志字高的縮減比例，通過視認距離的變化來分析光環境條件和半透發光式指路標志版面字體照度等因素對駕駛員視認效果的影響。
2. 1 試驗環境及條件
1) 背景光環境條件。
試驗模擬隧道中間段背景光環境，試驗場地長200 m、寬9 m，照明光源由隧道燈提供，試驗標志懸掛在模擬隧道中間位置，具體試驗條件見表2，試驗場景見圖1，試驗場地照明光環境和路面亮度、均勻度均滿足真實隧道中的光環境條件，為避免自然光對試驗的影響，試驗選擇在晚上8點以后進行，以保證不受外界其他光源的干擾，從而保證模擬隧道場景的可靠性。
隧道照明光源色溫選取了3500K，4000K，段的代表光源，模擬隧道中間段的亮度按照JTGTD70/2－01—2014《公路隧道照明設計細則》［13］中規定的高速公路不同交通量和設計速度下的亮度選取，見表3。
光源所發出的顏色與“黑體”在某一溫度下輻射的顏色相同時，“黑體”的溫度稱為該光源的色溫。
2) 指路標志版面。
試驗選取了設計速度80 km/h 對應的標志字體大小，依據人眼對漢字的識別規律，選擇筆畫在5 畫以下，5～10 畫及10 畫以上的天、貴、黔3 組字體進行對比視認［15］，字體為黑體，字高53cm，標志版面為綠色［12］，標志版面采用半透發光式指路標志和逆反射式指路標志，反光膜類型為Ⅳ類國產超強級反光膜，具體標志版面布設示意圖見圖2。半透發光式指路標志字體表面照度選取1000lx、1500lx、2000lx、2500lx、3000lx、3500lx、4000lx七種字體照度。
半透發光式指路標志是指利用LED 發光二極管原理制作的用來顯示指路標志信息內容，且只有標志文字筆劃、圖形發光，標志版面不發光的標志。照度指單位面積上所接受可見光的光通量。
2. 2 試驗駕駛員的選取
小客車運行速度高、機動性強的特點使得小客車駕駛員視野通常比大貨車駕駛員窄，車速較快、目高較低導致視距較短，不利于駕駛員的安全視認，根據視認最不利原則，選取小客車駕駛員作為試驗駕駛員。
視覺生理學研究表明: 年齡、性別及裸眼視力等因素對駕駛員的視認性能有顯著的影響。根據影響標志視認性的主要生理指標對駕駛員的選取進行了分類，分類依據主要是年齡與性別。原則上要求被試人員具有一定的代表性，以確保試驗的真實性、可靠性和有效性。試驗時被試駕駛員的選取情況如下。
1) 試驗選取20 名身體健康的小客車駕駛員，其中男性駕駛員14人，年齡分布在20～ 30歲；女性駕駛員6人，年齡分布在20～50 歲，具體見表4。
2) 選取的小客車駕駛員的兩眼裸視力或矯正視力均達到4.9 以上，無色盲色弱等眼部疾病。
另外，由于試驗在晚上進行，故提前一周告知被試駕駛員根據試驗時段調整作息規律，以保證被試駕駛員在試驗時能保持良好的精神狀態和正常的生理心理反應。試驗期內無飲酒/用藥等不良情況。
2. 3 試驗設備
采用日本柯尼卡美能達CL－500A 型分光輻射照度計測量標志版面字體的照度及所需要的背景色溫和照度等數據，采用日本柯尼卡美能達株式會社生產的LS－100 型亮度計和浙大三色生產的成像亮度計測量模擬隧道的路面平均亮度。
2. 4 試驗方案及流程
將不同背景光環境條件和標志字體照度分別進行組合，確定試驗方案見表5。
視認試驗前需告知駕駛員視認標志的標準: 即駕駛員在視認過程中完全看清指路標志上的內容，并能夠及時說出指路標志上的內容時認為達到視認效果，并將此時的視認距離作為有效視認距離。
具體試驗流程如下：1) 按表5 的試驗條件組合調整好所需要的背景光環境色溫和亮度；2) 將字高為53 cm 的逆反射式指路標志懸掛在高度已固定好的模擬隧道環境的中間位置；3) 被試駕駛員從足夠遠處開始往懸掛逆反射式指路標志處移動，直到駕駛員能夠清晰視認標志版面上的內容時，記錄被測駕駛員到標志的距離；4) 將同樣版面尺寸和字體大小的半透發光式指路標志懸掛在與逆反射式指路標志相同的位置和高度，并調整好半透發光式指路標志的字體照度，讓同一駕駛員從足夠遠處開始進行視認，直到駕駛員能夠清晰視認標志版面上的內容時，記錄被測駕駛員到標志的距離；5) 調節半透發光式指路標志的字體照度，重復步驟4) ，直至所有的字體照度試驗完畢；6) 更換半透發光式指路標志的字體大小和版面尺寸，重復步驟2) ～5) ；7) 第一組試驗完成后，更換背景照明光源色溫和背景亮度，重復步驟2) ～6) ；最終得到駕駛員在不同背景照明光源和標志字體照度條件下逆反射式指路標志和半透發光式指路標志的視認距離。
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