城市跨江橋梁交通景觀改善方法及評(píng)價(jià)*

鄭展驥　馮　超　杜志剛　王明年

(武漢理工大學(xué)交通學(xué)院1)　武漢　430063)　(湖北省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院2)　武漢　430070)

(西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3)　成都　610031)

城市跨江橋梁交通景觀改善方法及評(píng)價(jià)*

鄭展驥1,3)馮超2)杜志剛1,3王明年3)

(武漢理工大學(xué)交通學(xué)院1)武漢430063)(湖北省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院2)武漢430070)

(西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3)成都610031)

摘要：根據(jù)城市跨江橋梁事故形態(tài)，充分利用現(xiàn)有橋梁交通附屬設(shè)施，設(shè)計(jì)多頻率、多色彩的視覺(jué)信息流改善方法.利用3ds Max仿真軟件對(duì)城市橋梁進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，利用E-prime軟件進(jìn)行了基于反應(yīng)時(shí)法的車(chē)速感知心理物理實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示：用反應(yīng)時(shí)法測(cè)量被試的感知速度，可以很好的進(jìn)行高斯擬合；改善前被試白天速度低估8.72%±1.57%，夜晚速度低估11.89%±2.04%，改善后被試白天速度高估5.64%±3.27%，夜晚速度高估11.05%±1.21%.

關(guān)鍵詞：交通安全；反應(yīng)時(shí)法；邊緣率；多頻率；多色彩；城市橋梁

鄭展驥(1990- )：男，碩士生，主要研究領(lǐng)域?yàn)榈缆方煌ò踩?，交通?guī)劃

0引言

城市跨江橋梁作為城市快速路或主干路，短則數(shù)百米，長(zhǎng)則數(shù)千米，限速一般為60～80 km/h.橋上線形條件好，但是由于環(huán)境封閉、單調(diào)，參照物少，橋梁景觀普遍不良；駕駛員在橋上行駛時(shí)容易缺乏方向感、速度感，當(dāng)橋上交通量較小時(shí)，特別是當(dāng)夜晚環(huán)境照度較低時(shí)，容易因?yàn)橐曞e(cuò)覺(jué)造成超速;當(dāng)交通量較大時(shí)，則容易導(dǎo)致追尾或是碰撞路側(cè)護(hù)欄等事故.一旦橋梁發(fā)生交通事故,則事故嚴(yán)重程度要遠(yuǎn)大于其他道路類型的交通事故，且容易引起交通阻塞[1-2].因此，有必要針對(duì)橋梁景觀普遍不良的原因?qū)蛄航煌ň坝^進(jìn)行設(shè)計(jì).

橋梁交通景觀是指駕駛員視野中橋梁路面與附屬設(shè)施在頭腦中形成的綜合印象.賈秉璽[3]指出道路景觀的設(shè)計(jì)必須滿足駕駛員在不同速度下的視覺(jué)特性，以及要綜合考慮多層次的道路視覺(jué)環(huán)境.目前現(xiàn)有城市跨江橋梁景觀設(shè)計(jì)與研究基本停留在美學(xué)層面，如徐風(fēng)云等[4]從橋梁景觀的定義指出，橋梁景觀指以橋梁和橋位周邊環(huán)境為“景觀主體”或“景觀載體”而創(chuàng)造的橋位人工風(fēng)景；城市跨江橋梁景觀設(shè)計(jì)均沒(méi)有從道路景觀自身的構(gòu)成特征對(duì)其使用者的視覺(jué)感知方面等進(jìn)行研究.因此很有必要根據(jù)事故形態(tài)(追尾、撞側(cè)墻)及事故原因(超速)，通過(guò)提升不同照度環(huán)境下駕駛員對(duì)欄桿護(hù)欄、前方車(chē)輛的識(shí)別能力，減弱視錯(cuò)覺(jué)的影響，以達(dá)到城市跨江橋梁景觀協(xié)調(diào)與安全的統(tǒng)一.

1改善原理與方法

1.1改善原理

邊緣率是單位時(shí)間內(nèi)穿過(guò)觀察者視野邊緣或間斷的數(shù)目.劉兵[5]通過(guò)心理物理實(shí)驗(yàn)得出當(dāng)邊緣率小于2 Hz，或大于32 Hz時(shí)，駕駛員會(huì)出現(xiàn)速度低估，邊緣率在4～16 Hz時(shí)，實(shí)驗(yàn)者對(duì)速度產(chǎn)生了高估，其中邊緣率為12 Hz高估達(dá)到30%以上.目前公路及城市道路中的輪廓標(biāo)、路側(cè)行道樹(shù)等標(biāo)志和景觀均是基于邊緣率的車(chē)速控制方法的應(yīng)用.

駕駛員在不同照度下對(duì)不同顏色感知速度感知和判識(shí)距離也不同，Buchner等[6]提出，在較低的環(huán)境照度下，人眼感覺(jué)的物體成像會(huì)往后，同時(shí)引起判識(shí)距離增大.趙煒華等[7]與李都厚等[8]分別研究了駕駛員在晝間與黃昏時(shí)段對(duì)冷暖色的判別距離，結(jié)果表明在晝間與黃昏時(shí)段駕駛員對(duì)暖色調(diào)(紅色)的判別距離均小于冷色調(diào)(綠色).程國(guó)柱等[9]研究表明：白天駕駛員感知速度與實(shí)際行駛速度呈正指數(shù)關(guān)系，駕駛員白天感知速度的準(zhǔn)確率比夜晚的高且識(shí)別距離要比夜晚的遠(yuǎn)，白天感知速度準(zhǔn)確率為66.0%，夜間準(zhǔn)確率為29%.

1.2設(shè)計(jì)方法

城市跨江橋梁交通景觀改善方法針對(duì)城市跨江橋梁的事故形態(tài)(追尾、撞安全護(hù)欄)及事故原因(超速)，對(duì)城市跨江橋梁交通工程設(shè)施進(jìn)行改善設(shè)計(jì).改善方法主要以黃色和藍(lán)色為主色，黑色和白色為輔助色，這是因?yàn)辄S黑搭配及藍(lán)白搭配是交通設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的色彩搭配，之所以沒(méi)有選中更為明顯的紅白搭配，是因?yàn)榧t色為多代表禁令，長(zhǎng)距離的涂裝紅色會(huì)使駕駛員產(chǎn)生不安.具體設(shè)計(jì)見(jiàn)表1、圖1、圖2.

圖1　側(cè)面圖

圖2　俯視圖

頻率設(shè)施名稱間隔/m尺寸,長(zhǎng)×寬/m顏色改善方法高頻中頻低頻 路緣石下緣及頂部設(shè)置路側(cè)立面標(biāo)線(2)1.5～31.5～3×0.5黃黑相間及藍(lán)白相間燈柱下緣設(shè)置立面標(biāo)線(3)30～350.5(高)黃黑相間及藍(lán)白相間路面設(shè)置橫向視錯(cuò)覺(jué)標(biāo)線(5)30～350.45×0.45(間隔0.45)白路面突起路標(biāo)(1)12.5～17.50.15×0.15左黃,右白路面橫向白色折線(6) 每4道燈柱設(shè)置一組3×0.45(間隔5)白路側(cè)欄桿(4)100～150黃、藍(lán) 高頻、中頻、低頻信息流結(jié)合 以黃色和藍(lán)色為主色,黑色和白色為輔助色

注：表中設(shè)施名稱編號(hào)見(jiàn)圖1和圖2.

2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)采集

由于測(cè)試城市橋梁車(chē)速感知的實(shí)驗(yàn)需要大量行車(chē)試驗(yàn)，不便于實(shí)地調(diào)查與研究，因此應(yīng)用3ds Max制作城市橋梁改善前后的視頻，通過(guò)心理學(xué)軟件E-prime2.0對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)及控制，采用心理物理實(shí)驗(yàn)來(lái)度量本文改善方法對(duì)駕駛員速度感知的影響.

2.1被試

實(shí)驗(yàn)者共20人，其中：男性14人，女性6人；20～25歲12人，26～30歲5人，31～35歲3人;8人具有駕駛經(jīng)驗(yàn),其余均無(wú)駕駛經(jīng)驗(yàn);正常視力或矯正視力均在1.0以上.

2.2實(shí)驗(yàn)流程

考慮城市跨江橋梁限速為60～80 km/h，因此以60,70,80 km/h作為標(biāo)準(zhǔn)刺激速度，對(duì)比刺激區(qū)間為標(biāo)準(zhǔn)刺激速度的±20 km/h，速度增減最小間隔取值為2.5 km/h.

實(shí)驗(yàn)主要采用反應(yīng)時(shí)法對(duì)被試的感知速度進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為雙盲實(shí)驗(yàn).運(yùn)用E-prime2.0軟件編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)程序,將實(shí)驗(yàn)刺激呈現(xiàn)次序設(shè)為隨機(jī)序列，每個(gè)序列重復(fù)3次，并記錄數(shù)據(jù).

2.3精度檢驗(yàn)

為了檢驗(yàn)用3ds Max模擬的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景與真實(shí)場(chǎng)景中速度感知的精度，將真實(shí)場(chǎng)景與對(duì)比模型場(chǎng)景(均為城市道路普通路段)采用上述實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行模型的精度校核實(shí)驗(yàn).

精度校核實(shí)驗(yàn)中真實(shí)場(chǎng)景速度為68 km/h(由行車(chē)過(guò)程中儀表盤(pán)刻度確定)，對(duì)20名被試反應(yīng)時(shí)取平均值計(jì)算，并且用SPSS19.0對(duì)真實(shí)場(chǎng)景和模擬場(chǎng)景的反應(yīng)時(shí)法測(cè)得的感知速度進(jìn)行單樣本t檢驗(yàn)，得到表2.

表2　模型精度檢驗(yàn)表

由表2可見(jiàn)，白天及夜晚模擬場(chǎng)景的速度均值與真實(shí)場(chǎng)景的中的實(shí)際速度在顯著水平α為0.05時(shí)，并無(wú)顯著差異，因此使用模擬場(chǎng)景可以很好的模擬出真實(shí)場(chǎng)景中的速度感知情況，白天模擬場(chǎng)景與標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)景的速度誤差為1.25%，夜晚模擬場(chǎng)景與標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)景的速度誤差為1.43%，因此標(biāo)準(zhǔn)刺激的感知速度相對(duì)于實(shí)際行駛的物理速度應(yīng)該乘以1.012 5及0.985 7的修正系數(shù).

2.4實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景分為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和對(duì)比實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景.由于城市道路中環(huán)境豐富，參照物較多，駕駛員的感知速度與物理速度接近.因此，為了比較環(huán)境對(duì)感知速度的影響，標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)景采用城市道路場(chǎng)景，對(duì)比場(chǎng)景采用城市跨江橋梁場(chǎng)景.

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)置白天和夜間、改善前和改善后等不同環(huán)境因子，對(duì)其進(jìn)行組合，共4組，每組實(shí)驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)速度分別為60,70,80 km/h.對(duì)比刺激區(qū)間為標(biāo)準(zhǔn)速度的±20 km/h.

實(shí)驗(yàn)一：白天改善前/實(shí)驗(yàn)二：白天改善后(見(jiàn)圖3).

實(shí)驗(yàn)三：夜晚改善前/實(shí)驗(yàn)四：夜晚改善后(見(jiàn)圖4).

圖3　白天對(duì)比實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

圖4　夜晚對(duì)比實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)實(shí)驗(yàn)一至實(shí)驗(yàn)四的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)20名被試判斷的反應(yīng)時(shí)取平均值，并用式(1)進(jìn)行擬合，得出如圖5、圖6.

(1)

圖5　白天場(chǎng)景各對(duì)比刺激速度的反應(yīng)時(shí)間

圖6　夜晚場(chǎng)景各對(duì)比刺激速度的反應(yīng)時(shí)間

項(xiàng)目物理速度/(km·h-1)607080速度錯(cuò)覺(jué)/%均值標(biāo)準(zhǔn)差實(shí)驗(yàn)一(白天改善前)實(shí)驗(yàn)二(白天改善后)實(shí)驗(yàn)三(夜間改善前)實(shí)驗(yàn)四(夜間改善后) 感知速度/(km·h-1)64.5273.7887.35速度錯(cuò)覺(jué)/%-7.53-5.4-9.19 修正后感知速度/(km·h-1)65.3374.7088.44 修正后速度錯(cuò)覺(jué)/%-8.88-6.72-10.55 感知速度/(km·h-1)55.5566.5170.93速度錯(cuò)覺(jué)/%4.084.9911.34 修正后感知速度/(km·h-1)58.2767.3471.82 修正后速度錯(cuò)覺(jué)/%2.883.8010.23 感知速度/(km·h-1)68.0477.7292.88速度錯(cuò)覺(jué)/%-13.40-11.03-16.10 修正后感知速度/(km·h-1)67.0776.6191.55 修正后速度錯(cuò)覺(jué)/%-11.78-9.44-14.44 感知速度/(km·h-1)54.6463.8070.80速度錯(cuò)覺(jué)/%8.938.8611.5 修正后感知速度/(km·h-1)53.8662.8969.79 修正后速度錯(cuò)覺(jué)/%10.2310.1612.277.371.558.721.576.803.235.643.2713.512.0711.892.049.761.2311.051.21

將反應(yīng)時(shí)的擬合相關(guān)參數(shù)分析,擬合可決系數(shù)均大于0.95.

由圖5、圖6、表3分析可知：(1)對(duì)比實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二，實(shí)驗(yàn)三和實(shí)驗(yàn)四，交通景觀改善后，被試所需的反應(yīng)時(shí)間比未改善前短，白天場(chǎng)景反應(yīng)時(shí)平均減少0.033 s ，夜晚場(chǎng)景平均為0.098 s；改善后被試表現(xiàn)出速度高估，即感知速度低于物理速度，其中白天改善后速度高估為5.64%±3.27%，夜晚改善后高估為11.05%±1.21%；改善前被試表現(xiàn)出速度低估，即感知速度高于物理速度，其中白天改善前速度低估為8.72%±1.57%，夜晚改善前速度低估為11.89%±2.04%;(2)對(duì)比實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)三，實(shí)驗(yàn)二和實(shí)驗(yàn)四，白天場(chǎng)景比夜晚場(chǎng)景的反應(yīng)時(shí)要短，其中改善前白天場(chǎng)景相比夜晚場(chǎng)景平均減少為0.189 s，改善后平均為0.124 s;(3)隨著實(shí)際物理速度的增大，反應(yīng)時(shí)逐漸減小，但幅度不大，平均為0.025 s.

4結(jié)論

1) 用反應(yīng)時(shí)法測(cè)量被試的感知速度，可以很好的進(jìn)行高斯擬合，擬合度均在0.95以上，峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)則為被試的感知速度.

2) 在普通城市跨江橋梁上，被試普遍產(chǎn)生速度低估的趨勢(shì)，其中白天車(chē)速低估為8.72%±1.57%，夜晚速度低估為11.89%±2.04%；在用本文多頻色彩與多頻信息組合的城市橋梁交通安全改善方法改善后，被試產(chǎn)生速度高估的趨勢(shì)，其中白天速度高估為5.64%±3.27%，夜晚速度高估為11.05%±1.21%，且被試的反應(yīng)時(shí)間均減少.

3) 試在低照度環(huán)境下的反應(yīng)時(shí)間相比于高照度環(huán)境下要長(zhǎng)，表明駕駛員在低照度環(huán)境下對(duì)車(chē)速感知能力減弱.

4) 善后的城市跨江橋梁路側(cè)主要增加了2種色彩紅/白或黃/黑或藍(lán)/白色調(diào)的小尺度控速標(biāo)線，一般不超過(guò)3種色彩，主要是起到調(diào)節(jié)速度知覺(jué)的效果，本方法增加駕駛員視覺(jué)負(fù)荷有限.

5) 方法通過(guò)色彩設(shè)置提升駕駛員方向感、速度感，達(dá)到城市跨江橋梁景觀協(xié)調(diào)與安全的統(tǒng)一.適用于限速為60～80 km/h 的城市跨江橋梁，對(duì)城市跨江橋梁交通安全設(shè)施是一種有益的補(bǔ)充.

今后還需針對(duì)縱向高頻設(shè)計(jì)形式對(duì)駕駛員的視認(rèn)反應(yīng)時(shí)間以及碰撞時(shí)間作進(jìn)一步研究.

參 考 文 獻(xiàn)

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Urban Cross-river Bridge Traffic Safety

中圖法分類號(hào)：U412.37；U491.2+54

doi:10.3963/j.issn.2095-3844.2015.01.025

收稿日期：2014-08-15

Landscape Improvement Measures Study
ZHENG Zhanji1,3)FENG Chao2)DU Zhigang1,3)WANG Mingnian3)
(SchoolofTransportation,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China)1)

(HubeiForestryExplorationandDesignInstitute,Wuhan430063,China)2)

(KeyLaboratoryofTransportationTunnelEngineering,MinistryofEducation,

SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)3)

Abstract：According to the urban cross-river bridges' accident forms, using the bridge traffic affiliated facilities the paper design visual information flow of multi frequency and multi colors improvement of method. Using the reaction time method by 3dx Max simulation software and E-prime software, psychological experiment was carried on. The results showed that: the subject’s perception speed can be fitted with Gaussian well by reaction time method; before improvement the speed underestimate of 8.72±1.57% in the daytime could be changed into the speed overestimate of 11.89±2.04% at night, and after improvement the speed overestimate of 5.64±3.27% in the daytime could be changed into the overestimate of 11.05±1.21% at night.

Key words：traffic safety;reaction time method;edge rate;multi-frequency;multi-colors;urban bridges

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：51008241)、西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金課題(批準(zhǔn)號(hào)：TTE2014-07)資助