LED主動發(fā)光交通標(biāo)志視認(rèn)性的灰色關(guān)聯(lián)度分析

黃小芳，賈志絢，卓亞娟

(太原科技大學(xué)交通與物流學(xué)院，太原 030024)

LED主動發(fā)光交通標(biāo)志視認(rèn)性的灰色關(guān)聯(lián)度分析

黃小芳，賈志絢，卓亞娟

(太原科技大學(xué)交通與物流學(xué)院，太原 030024)

以太原市中環(huán)路上試設(shè)的LED主動發(fā)光指路標(biāo)志及相同規(guī)格的反光膜標(biāo)志為研究對象，基于灰色系統(tǒng)理論，展開駕駛員在不同速度下對交通標(biāo)志視認(rèn)性的灰色關(guān)聯(lián)度分析，并通過LED主動發(fā)光交通標(biāo)志與反光膜標(biāo)志的對比研究，著重分析LED主動發(fā)光交通標(biāo)志的視認(rèn)性。結(jié)果表明，LED主動發(fā)光交通標(biāo)志(白天、夜間)的視認(rèn)性與反光膜標(biāo)志(白天)的視認(rèn)性相近，而遠(yuǎn)優(yōu)于反光膜標(biāo)志(夜間)的視認(rèn)性，且進(jìn)一步提高駕駛員在高速行駛時對LED主動發(fā)光交通標(biāo)志的視認(rèn)性有利于該類標(biāo)志未來的研究與發(fā)展，并能有效減少交通安全事故，可為日后的改進(jìn)與創(chuàng)新提供有力依據(jù)。

LED；主動發(fā)光交通標(biāo)志；視認(rèn)性；灰色關(guān)聯(lián)度

低能見度下反光膜標(biāo)志的視認(rèn)性能顯著降低，甚至不能被識別，駕駛員在行車時需開啟強(qiáng)光才能更好地視認(rèn)標(biāo)志的具體信息，而違規(guī)使用遠(yuǎn)光燈會給其他車輛的駕駛員帶來刺眼燈光，導(dǎo)致駕駛員眼前產(chǎn)生瞬間白光，短暫失明，極易引發(fā)交通事故[1-2]。據(jù)統(tǒng)計，我國2013年發(fā)生于夜間的交通事故中，因亂用遠(yuǎn)光燈而導(dǎo)致的占3～4成，且呈上升趨勢[3]。在此嚴(yán)峻的背景下推出LED主動發(fā)光交通標(biāo)志意義重大。但是，目前國內(nèi)外對LED主動發(fā)光交通標(biāo)志的研究還較少，相關(guān)指標(biāo)參數(shù)的研究數(shù)據(jù)尚欠缺，這也是該類標(biāo)志發(fā)展的難點，故其相關(guān)指標(biāo)參數(shù)也成為了當(dāng)前研究的熱點[4]。夏如艇等[5]在不同照度及對比度下對LED主動發(fā)光標(biāo)志的視認(rèn)性與易讀性進(jìn)行實驗研究，并探討了視膨脹現(xiàn)象和易讀性的關(guān)系，表明對比度與標(biāo)志視認(rèn)性成正比，年老者的視膨脹現(xiàn)象要顯著于年輕者。李長城等[6]對霧區(qū)行車主動誘導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化研究，得出不同能見度下各參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，表明該系統(tǒng)特有的防追尾警示功能可很好保證行車安全。周群[7]探討了不同能見度和工作條件下主動誘導(dǎo)設(shè)施的實際效果，表明該系統(tǒng)可在低能見度下大幅度提高高速公路的通行效率及行車安全性。在前人的研究中，實驗測試多數(shù)在室內(nèi)的模擬環(huán)境下進(jìn)行，實驗結(jié)果不可避免的摻夾著人為因素的影響。而本文的實驗研究在實際道路條件下展開，實驗結(jié)果與實際生活更為貼切。

以太原市中環(huán)路上布設(shè)試用的LED主動發(fā)光指路標(biāo)志及相同規(guī)格的反光膜標(biāo)志為研究對象，基于灰色系統(tǒng)理論主要研究駕駛員在不同速度下對交通標(biāo)志的視認(rèn)情況，并將駕駛員在夜間時對反光膜標(biāo)志視認(rèn)距離相對其在白天時對反光膜標(biāo)志視認(rèn)距離的關(guān)聯(lián)度與駕駛員在白天及夜間時對LED主動發(fā)光交通標(biāo)志視認(rèn)距離相對其在白天時對反光膜標(biāo)志視認(rèn)距離的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行對比研究，著重分析駕駛員對LED主動發(fā)光交通標(biāo)志的視認(rèn)性，為日后對該類標(biāo)志的改進(jìn)與創(chuàng)新提供有力的參考依據(jù)。

1 實驗方案

1.1 實驗設(shè)施

將太原市中環(huán)路上試設(shè)的LED主動發(fā)光指路標(biāo)志及同種規(guī)格的反光膜標(biāo)志作為研究對象，采用徠卡S910手持激光測距儀對視認(rèn)距離進(jìn)行測量。環(huán)路上多數(shù)路段的設(shè)計車速為80 km/h，少數(shù)路段為60 km/h.被研究標(biāo)志的漢字高50 cm，版面規(guī)格為4 000 mm×3 000 mm，符合國家標(biāo)準(zhǔn)[8]。

實驗選取了50名自備小汽車的駕駛員分別在白天及夜間進(jìn)行實驗測試，其中女性15人，男性35人，18～30歲6人，31～40歲20人，41～55歲24人，矯正視力均在1.0以上，有36人屬于職業(yè)出租車司機(jī)。為減少記憶因素的影響，在測試過程中由測試員指定駕駛員視認(rèn)標(biāo)志信息的位置。

1.2 實驗過程

實驗分靜態(tài)實驗和動態(tài)實驗兩部分進(jìn)行，且LED主動發(fā)光交通標(biāo)志與反光膜標(biāo)志的實驗方式相同。而由于道路條件的限制，在實驗測試時選取的測試車速為0 km/h，40～80 km/h(5 km/h間隔)。

1)靜態(tài)實驗

靜態(tài)實驗(0 km/h)的實驗員以步行代替行車，在能辨別標(biāo)志的位置向標(biāo)志方向行走，能清楚地視認(rèn)標(biāo)志信息時停下，由測試員通過手持激光測距儀測定實驗員的靜態(tài)視認(rèn)距離，記錄員做好相關(guān)記錄。

2)動態(tài)實驗

動態(tài)實驗時實驗員均在平峰時段以正常狀態(tài)行車，在能清楚地視認(rèn)標(biāo)志信息時立即告知測試員，由測試員采用手持激光測距儀測定動態(tài)視認(rèn)距離，記錄員做好相關(guān)視認(rèn)距離及車速的記錄。

實驗中對兩種標(biāo)志的測試方法、測試員及測試設(shè)備都不變，且測試設(shè)備的反應(yīng)時間不受車速的影響。

2 灰色關(guān)聯(lián)理論分析

灰色系統(tǒng)理論由著名學(xué)者鄧聚龍教授首創(chuàng)，適用于存在樣本量少、數(shù)據(jù)無規(guī)律、信息缺失及經(jīng)驗不足等不確定性問題的樣本分析，且其量化結(jié)果與定性分析結(jié)果相符。設(shè)樣本組成數(shù)列為xi=xi(1),xi(2),…,xi(k)i=0,1,2,…,n，其中x0=x0(1)，x0(2)，…，x0(k)為參考數(shù)列，xi=xi(1)，xi(2)，…，xi(k)i=1,2,…,n為比較數(shù)列，分析計算所得的ri為xi對于x0的灰色關(guān)聯(lián)度[9-11]。具體灰色關(guān)聯(lián)度的分析步驟如下：

步驟一：對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，根據(jù)公式(1)將原始數(shù)據(jù)初值化，并選定參考序列x0.

(1)

步驟二：根據(jù)公式(2)求取初值化后的差數(shù)列，并根據(jù)公式(3)、公式(4)選出差序列中的最大差和最小差。

(2)

(3)

(4)

步驟三：根據(jù)公式(5)求取關(guān)聯(lián)系數(shù)，其中ρ為分辨系數(shù)，且ρ∈(0,1)，它的取值只會影響到關(guān)聯(lián)系數(shù)的計算值，對關(guān)聯(lián)排序無影響，故一般按最少信息原理取ρ=0.5[9].

ξi(k)=

(5)

步驟四：根據(jù)公式(6)求取關(guān)聯(lián)度。

(6)

3 視認(rèn)性的灰色關(guān)聯(lián)度計算研究

根據(jù)實驗結(jié)果，組成數(shù)列yj={0 km/h，40 km/h，45 km/h，50 km/h，…，80 km/h}=y1,y2,…,y10j=1,2,…,10，并將駕駛員于不同速度下分別在白天和夜間時對兩種標(biāo)志的視認(rèn)距離作為分析樣本，組成樣本數(shù)列xi={反光膜標(biāo)志視認(rèn)距離(白天)，LED標(biāo)志視認(rèn)距離(白天)，反光膜標(biāo)志視認(rèn)距離(夜間)，LED標(biāo)志視認(rèn)距離(夜間)}=x0,x1,x2,x3i=0,1,2,3，并以x0為參考數(shù)列，基于灰色系統(tǒng)理論及上述計算步驟進(jìn)行標(biāo)志視認(rèn)性的關(guān)聯(lián)度分析。表1為駕駛員在不同速度下分別在晝夜時對LED主動發(fā)光交通標(biāo)志與反光膜標(biāo)志視認(rèn)距離的原始數(shù)據(jù)，已刪除由偶然因素如彎道、天橋阻擋、眩光、其他車輛補光等引起的誤差較大的實驗數(shù)據(jù)，且對應(yīng)駕駛員的自身條件基本相同，都為男性，5年駕齡，31～40歲，正常視力。表2為對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初值化后的數(shù)據(jù)。表3為差數(shù)列，從差數(shù)列表得出的最大差和最少差分別為Δmax=0.1019，Δmin=0.表4為ρ=0.5時的關(guān)聯(lián)系數(shù)。表5為LED主動發(fā)光交通標(biāo)志(白天、夜間)視認(rèn)距離及反光膜標(biāo)志(夜間)視認(rèn)距離相對反光膜標(biāo)志(白天)視認(rèn)距離的相應(yīng)關(guān)聯(lián)度。

表1 原始數(shù)據(jù)

Tab.1 The original data

標(biāo)志類型y1y2y3y4y5y6y7y8y9y10x0279．2263．4258．6253．2244．7243．5236．6231．2224．1217．1x1281．1262．4261．7253．1242．5241．4236．3231．6225．9219．1x2170．3145．4143．7137．1134．0133．4130．2129．0122．1117．4x3266．1257．3255．6247．5239．2237．4232．5227．3220．1212．0

表2 初值

Tab.2 The initial value

初值y1y2y3y4y5y6y7y8y9y10x‘010．94340．92620．90690．87640．87210．84740．82810．80270．7776x‘110．93350．9310．90040．86270．85880．84060．82390．80360．7794x‘210．85370．84380．8050．78680．78330．76450．75750．7170．6894x‘310．96690．96050．93010．89890．89210．87370．85420．82710．7967

表3 差數(shù)列

Tab.3 The differential array

差數(shù)列y1y2y3y4y5y6y7y8y9y10Δ100．00990．00480．00650．01370．01330．00680．00420．00090．0018Δ200．08970．08240．10190．08960．08880．08290．07070．08570．0882Δ300．02350．03430．02320．02250．020．02630．02610．02440．0191

表4 關(guān)聯(lián)系數(shù)

Tab.4 The correlation coefficient

關(guān)聯(lián)系數(shù)y1y2y3y4y5y6y7y8y9y10ξ110．83730．91390．88690．78810．7930．88230．92380．98260．9659ξ210．36220．38210．33330．36250．36460．38060．41880．37290．3662ξ310．68440．59770．68710．69370．71810．65950．66130．67620．7273

表5 關(guān)聯(lián)度

Tab.5 The correlation degree

關(guān)聯(lián)度r1r2r3數(shù)值0．897380．434320．71053

同理，按上述步驟可計算出不同ρ值時的關(guān)聯(lián)度，表6為ρ=0.1,0.2,0.3,0.4,0.6,0.7,0.8,0.9時在不同速度下駕駛員對各類標(biāo)志視認(rèn)性的相應(yīng)關(guān)聯(lián)度。圖1為不同ρ值時關(guān)聯(lián)度的相應(yīng)曲線。

表6 不同ρ值的關(guān)聯(lián)度

Tab.6 The correlation degree of differentρ

ρ0．10．20．30．40．60．70．80．9r10．673440．789920．844470．876380．912240．923350．931960．93883r20．195340．27230．335770．389010．473360．507350．537190．56364r30．368850．513110．603420．665350．744920．771990．793870．8119

圖1 不同ρ值的關(guān)聯(lián)度曲線

Fig.1 The Correlation curve of differentρ

由表5、6及圖1可知，當(dāng)ρ=0.1,0.2,…,0.9時，關(guān)聯(lián)度ri的排序都為：r1>r3>r2.而在分辨系數(shù)根據(jù)最少信息原理取ρ=0.5時，LED主動發(fā)光交通標(biāo)志(白天、夜間)的視認(rèn)距離相對反光膜標(biāo)志(白天)視認(rèn)距離的關(guān)聯(lián)度r1和r3分別為0.897 38和0.710 53，接近于1，說明前兩者的視認(rèn)距離與后者的視認(rèn)距離很接近，而反光膜標(biāo)志(夜間)的視認(rèn)距離相對反光膜標(biāo)志(白天)視認(rèn)距離的關(guān)聯(lián)度r2小于0.5，說明前者的視認(rèn)距離與后者的視認(rèn)距離差異相當(dāng)明顯。

綜上計算研究表明，LED主動發(fā)光交通標(biāo)志在白天及夜間時的視認(rèn)性與反光膜標(biāo)志在白天時的視認(rèn)性相當(dāng)，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于反光膜標(biāo)志在夜間時的視認(rèn)性。研究發(fā)現(xiàn)，人的動視力會隨著速度的增加而不斷減弱[12]。因此，進(jìn)一步提高駕駛員在高速行駛時對標(biāo)志的視認(rèn)性，對LED主動發(fā)光交通標(biāo)志未來的研究與發(fā)展意義重大，能有效減少因分散注意力引發(fā)的交通事故。

4 結(jié) 論

(1)LED主動發(fā)光交通標(biāo)志(白天、夜間)視認(rèn)距離相對反光膜標(biāo)志(白天)視認(rèn)距離的關(guān)聯(lián)度在分辨系數(shù)ρ=0.5時分別為0.897 38和0.710 53，接近于1，而反光膜標(biāo)志(夜間)視認(rèn)距離相對反光膜標(biāo)志(白天)視認(rèn)距離的關(guān)聯(lián)度在分辨系數(shù)ρ=0.5時小于0.5，說明LED主動發(fā)光交通標(biāo)志(白天、夜間)視認(rèn)距離與反光膜標(biāo)志(白天)視認(rèn)距離相近，反光膜標(biāo)志(夜間)視認(rèn)距離與LED主動發(fā)光交通標(biāo)志(夜間)視認(rèn)距離相差甚遠(yuǎn)。

(2)進(jìn)一步提高駕駛員在高速行駛時對LED主動發(fā)光交通標(biāo)志的視認(rèn)性，能有效降低交通事故率，對其未來的發(fā)展研究有重要意義。

(3)由于道路條件的限制，實驗測試只能在中低速時對標(biāo)志視認(rèn)性進(jìn)行分析研究，高速時的影響情況在有條件的基礎(chǔ)上應(yīng)進(jìn)一步展開研究，為LED主動發(fā)光交通標(biāo)志在今后的改進(jìn)與創(chuàng)新中收集更全面的參考數(shù)據(jù)。

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GreyRelationDegreeAnalysisofLegibilityaboutLEDActiveLuminousTrafficSigns

HUANG Xiao-fang, JIA Zhi-xuan, ZHUO Ya-juan

(Department of Transportation and Logistics, Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024, China)

The LED active luminous guide signs which are designed to trial on the middle ring road of Taiyuan city and the same specification of reflective film signs are treated as the research object. Based on Grey System Theory, the analyses of legibility about grey relation degree are made both on LED active luminous guide signs and reflective film signs which recognized by drivers under different speeds. Furthermore, the analysis results are compared with each other, especially the analysis about visual cognition characteristic of LED active luminous active signs. Experimental results show that the legibility distances of LED active luminous traffic signs in day or night are nearly equal to the legibility distances of reflective film signs in day, but are much larger than the legibility distances of reflective film signs in night. Improving the legibility of LED active luminous traffic signs in higher speeds can effectively reduce traffic accidents, can benefit their research and development, and especially contribute to the improvement and innovation of signs in the future.

LED，active luminous traffic signs， legibility， grey relation degree

1673-2057(2018)01-0058-05

2016-11-21

山西省科技攻關(guān)項目(20140321022-04)，太原科技大學(xué)校研究生創(chuàng)新項目(20151032)

黃小芳(1992-)，女，碩士研究生，研究方向為道路交通安全與交通設(shè)施。

U417.9

A

10.3969/j.issn.1673-2057.2018.01.011