隧道路面顏色對(duì)行車安全的影響研究

林 志，李佳奇，趙 耀，陳夢(mèng)婷，蘇培循

(1. 重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074； 2. 重慶奉建高速公路有限公司，重慶 404100)

0 引 言

近年來(lái)，我國(guó)交通基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展迅速，其中，隧道能夠縮短路線長(zhǎng)度并克服高差，因而得到了廣泛的應(yīng)用，但同時(shí)，隧道行車安全問(wèn)題也成為我國(guó)交通持續(xù)健康發(fā)展必須面對(duì)和解決的問(wèn)題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)隧道路面顏色主要采用黑、灰色系列，但關(guān)于其對(duì)隧道行車安全性影響的研究較少。筆者將通過(guò)環(huán)境模擬以及定量試驗(yàn)分析，研究不同顏色隧道路面對(duì)行車安全性的影響；并結(jié)合交通色彩視覺(jué)心理理論給出設(shè)計(jì)隧道路面的推薦顏色。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于路面顏色對(duì)駕駛員心理特性的影響以及高速公路隧道環(huán)境對(duì)駕駛?cè)艘曈X(jué)特性的影響已經(jīng)有了一定的研究。徐良杰等[1]運(yùn)用色彩視覺(jué)心理理論，對(duì)駕駛員的色彩心理效應(yīng)進(jìn)行調(diào)查研究，得到了不同顏色對(duì)駕駛員心理特性的影響；田晶晶等[2]通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得知：隨著隧道長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，隧道內(nèi)駕駛員平均注視的次數(shù)增加、時(shí)間縮短；同時(shí)，駕駛員漸漸適應(yīng)隧道內(nèi)較為黑暗的環(huán)境，注意力逐漸降低。

雖然目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于公路彩色路面[3-4]以及隧道安全[5-6]方面已經(jīng)有較多的研究，但針對(duì)隧道路面顏色對(duì)行車安全性影響的研究不足，筆者創(chuàng)造性地將兩者結(jié)合起來(lái)進(jìn)行定量的試驗(yàn)分析，通過(guò)設(shè)計(jì)的“不同路面顏色反應(yīng)時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)”，在對(duì)真實(shí)的隧道行車環(huán)境進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)上，定量地分析不同路面顏色條件與駕駛員反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，最后結(jié)合交通色彩視覺(jué)心理理論，得出隧道路面顏色與行車安全的相關(guān)性，從而為深入優(yōu)化設(shè)計(jì)隧道路面提供參考。

1 試驗(yàn)原理

1.1 制動(dòng)機(jī)理分析

在駕駛員的實(shí)際駕駛過(guò)程中，當(dāng)遇到障礙物或是其它突發(fā)狀況時(shí)，難以在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)正在行駛的汽車進(jìn)行制動(dòng)，而必須要經(jīng)過(guò)一定的步驟才可以制動(dòng)汽車，如圖1。其中，t2和t3取決于駕駛員本身的生理特性，t4和t5則取決于汽車的制動(dòng)性能。

圖1中，t1為駕駛員的反應(yīng)時(shí)間，即從發(fā)現(xiàn)行駛方向上的障礙物或突發(fā)狀況開(kāi)始，直到意識(shí)到需要采取制動(dòng)措施并使腳離開(kāi)油門(mén)為止的間間隔。一般情況下t1的數(shù)值較小(通常不大于1 s)，但在車速較大時(shí)仍然會(huì)對(duì)整個(gè)制動(dòng)距離產(chǎn)生巨大的影響[7]。

圖1 汽車制動(dòng)過(guò)程

1.2 反應(yīng)時(shí)間與事故次數(shù)

研究和分析大量交通安全事故發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)時(shí)間的增加往往會(huì)令駕駛員失去最佳的制動(dòng)時(shí)機(jī)，延長(zhǎng)制動(dòng)距離，從而導(dǎo)致來(lái)不及剎車或制動(dòng)距離小于安全制動(dòng)距離，引發(fā)交通事故。

表1為日本對(duì)于事故次數(shù)受駕駛員反應(yīng)時(shí)間影響變化規(guī)律的調(diào)研結(jié)果，由表1可以發(fā)現(xiàn)駕駛員反應(yīng)時(shí)間和事故次數(shù)之間近似成正比[8]。

表1 事故次數(shù)與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系

駕駛員的生理特性取決于自身的年齡、身體素質(zhì)、所處環(huán)境等因素，汽車的制動(dòng)性能取決于制動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量、行駛時(shí)間、溫度等因素。因?yàn)檫@兩者在特定情境下一般難以改變，所以縮短駕駛員的反應(yīng)時(shí)間對(duì)于提高行車安全性具有極其重要的意義。

1.3 系統(tǒng)工作原理

設(shè)計(jì)了一種通過(guò)測(cè)量不同路面顏色條件下駕駛員反應(yīng)時(shí)間的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具體工作原理為：通過(guò)隧道密閉尺縮模型箱及照明裝置模擬真實(shí)的隧道行車環(huán)境；通過(guò)光學(xué)元件的彼此配合來(lái)模擬真實(shí)隧道環(huán)境內(nèi)部障礙物的隨機(jī)出現(xiàn)；通過(guò)反應(yīng)時(shí)間測(cè)量裝置獲取受測(cè)者發(fā)現(xiàn)隨機(jī)出現(xiàn)目標(biāo)并作出反應(yīng)的時(shí)間(即從光斑顯現(xiàn)到受測(cè)者做出反應(yīng)按下按鈕的時(shí)間間隔)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖2。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

“不同路面顏色反應(yīng)時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)”由以下3部分組成：隧道及隧道照明環(huán)境模擬裝置、光源小目標(biāo)(光斑)生成系統(tǒng)、反應(yīng)時(shí)間測(cè)量裝置。試驗(yàn)的目的是通過(guò)建立模型來(lái)模擬真實(shí)的隧道行車環(huán)境，并以隧道路面顏色作為試驗(yàn)參數(shù)，測(cè)量觀測(cè)者肉眼在不同隧道路面顏色條件下觀測(cè)目標(biāo)物體(光斑)所需要的反應(yīng)時(shí)間，從而得到反應(yīng)時(shí)間與隧道路面顏色的關(guān)系。

2.1 試驗(yàn)環(huán)境模擬

試驗(yàn)采用與實(shí)際隧道尺寸比例為1∶20的觀測(cè)箱模擬真實(shí)隧道環(huán)境，模型箱體各部分尺寸分別為：弧頂圓半徑25 cm，斷面寬度50 cm，總高度50 cm，總長(zhǎng)度100 cm。照明裝置主要由LED燈構(gòu)成，背景亮度的范圍應(yīng)在1.5～2.0 cd/m2之間。試驗(yàn)時(shí)將該系統(tǒng)置于工作臺(tái)面上，如圖3。

圖3 不同路面顏色反應(yīng)時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)

在黑暗環(huán)境下的光學(xué)試驗(yàn)室中，利用試驗(yàn)器材建立環(huán)境模型的步驟為：

1)選取黑、紅、綠、黃、白這5種顏色的瀝青混凝土試塊來(lái)構(gòu)造不同顏色隧道路面模型。

2)選取功率為15 W的LED燈模擬夜間隧道照明環(huán)境。

3)選用隨機(jī)出現(xiàn)的光斑作為視標(biāo)，模擬夜間行車時(shí)突然出現(xiàn)的障礙物或者其它突發(fā)情況。

2.2 試驗(yàn)步驟

1)選取30名年齡在20～40歲且均具有正常或矯正視力的受測(cè)者，隨機(jī)5人分為1組，共6組，編號(hào)為1～6；

2)在黑暗條件下的光學(xué)試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，每一組受測(cè)者輪流進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，在看到光斑后以力所能及的最快速度按下按鈕，同時(shí)用電子計(jì)時(shí)器測(cè)量該反應(yīng)時(shí)間；

3)每名受測(cè)者同一路面顏色測(cè)試3次取平均值，測(cè)試5組；

4)同組5名受測(cè)者在同一路面顏色條件下的反應(yīng)時(shí)間，作為該組在該路面顏色條件下的反應(yīng)時(shí)間，記錄如表2。

試驗(yàn)流程圖如圖4。

圖4 試驗(yàn)流程

3 試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合色彩心理效應(yīng)分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

為了降低試驗(yàn)誤差，獲得盡量多的有效數(shù)據(jù)，受測(cè)者在測(cè)試前對(duì)測(cè)試規(guī)則進(jìn)行了充分了解，并提前適應(yīng)測(cè)試環(huán)境，試驗(yàn)開(kāi)始后按照試驗(yàn)流程圖并在工作人員的協(xié)助下依次進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)盡量減少外部干擾，工作人員同時(shí)記錄試驗(yàn)結(jié)果，記錄表如表2。

表2 受測(cè)者在5種路面顏色條件下的反應(yīng)時(shí)間

將同種路面顏色條件下6組受測(cè)者的反應(yīng)時(shí)間求平均值，得到反應(yīng)時(shí)間與5種路面顏色的關(guān)系，如圖5。

從表2和圖5可以看出，五種路面顏色條件下，按照受測(cè)者的反應(yīng)時(shí)間由長(zhǎng)到短排序?yàn)椋汉谏?、紅色、綠色、黃色、白色。

圖5 反應(yīng)時(shí)間與5種路面顏色的關(guān)系

3.2 色彩視覺(jué)心理效應(yīng)

顏色在由視覺(jué)神經(jīng)傳到大腦中樞的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一系列的色彩效應(yīng)，其中包括色彩物理、色彩生理以及色彩心理效應(yīng)，這些色彩效應(yīng)會(huì)使人獲得色彩感覺(jué)[9]。一方面，顏色能使人們產(chǎn)生大小感、遠(yuǎn)近感、輕重感、冷暖感等；另一方面，色彩還能引起人們產(chǎn)生興奮、憂郁、緊張、安全、煩躁等心理效果[10]。綜上所述，顏色會(huì)在很大程度上影響人們的情緒、效率等方方面面，同樣也會(huì)在很大程度上影響駕駛員的駕駛行為，從而影響其駕駛的安全性。與交通安全密切相關(guān)的色彩視覺(jué)心理效應(yīng)如表3。

表3 與交通安全密切相關(guān)的色彩視覺(jué)心理效應(yīng)

3.3 綜合分析

由表2及圖5可知，目前使用最廣泛的黑色、灰色路面，該顏色條件下駕駛員的反應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)。同時(shí)，黑色、灰色易使駕駛員產(chǎn)生疲勞、困倦的心理效應(yīng)，以及產(chǎn)生寂寞、黑暗等消極情緒[11]。如果駕駛員長(zhǎng)時(shí)間注視單調(diào)的黑色、灰色路面，會(huì)分散駕駛員的注意力使其變得遲鈍，誘發(fā)駕駛疲勞，甚至產(chǎn)生睡意，進(jìn)而大大提高事故發(fā)生率。

在紅色路面條件下駕駛員的反應(yīng)時(shí)間也較長(zhǎng)，僅次于黑色路面。另一方面，當(dāng)駕駛員接觸紅色過(guò)多時(shí)，會(huì)感到壓力增大，出現(xiàn)焦躁不安的情緒，長(zhǎng)時(shí)間接觸紅色容易使駕駛員產(chǎn)生駕駛疲勞，甚至還會(huì)有精疲力盡的感覺(jué)[12]。所以在隧道這種本就倍感壓力的環(huán)境中，要盡量減少紅色路面的使用，尤其是長(zhǎng)大隧道，更要避免長(zhǎng)距離使用紅色路面。但紅色可以起到較強(qiáng)警示的作用，所以在事故多發(fā)路段以及出入口段可以酌情使用紅色路面。

如圖5，綠色路面條件下駕駛員的反應(yīng)時(shí)間在5種顏色中居于中等地位。同時(shí)綠色作為健康色對(duì)于緩解消極情緒和克服疲勞有一定作用，但綠色具有后退、收縮、遙遠(yuǎn)的感覺(jué)[13]，在對(duì)安全車距要求更高的隧道環(huán)境中顯然不適用。

黃色路面條件下駕駛員的反應(yīng)時(shí)間較短，僅次于白色路面。同時(shí)黃色有警告危險(xiǎn)以及提醒注意的作用，并給人以前進(jìn)、接近、膨脹的感覺(jué)[14]，有利于提醒駕駛員保持安全車距，在發(fā)生意外時(shí)駕駛員也能夠以較快的速度做出反應(yīng)，是比較理想的隧道路面顏色。

白色路面條件下駕駛員的反應(yīng)時(shí)間最短，但由于白色的顏色情緒具有兩面性，其真實(shí)使用效果還需要進(jìn)一步調(diào)查研究。

3.4 應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)我國(guó)對(duì)彩色隧道路面的研究與應(yīng)用越來(lái)越多，在江蘇、陜西、安徽、重慶等多個(gè)省市采用了彩色隧道路面。目前，江蘇省南京市的老山隧道、陜西省商洛市的廟嶺子溝隧道和自在溝隧道，以及安徽省合肥市的試刀山隧道等隧道入口都采用了一段彩色瀝青路面，其中老山隧道的進(jìn)口段采用了30 m的紅色彩色瀝青路面[15]；廟嶺子溝隧道的進(jìn)口段采用了45 m的紅藍(lán)相間的彩色瀝青路面。

這些彩色隧道路面的使用不僅提高了路面的抗滑性，而且縮短了駕駛員的反應(yīng)時(shí)間，從而大大地縮短了制動(dòng)距離，較高亮度的路面顏色還有著提醒駕駛員注意的心理作用，在很大程度上提高了隧道行車的安全性。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)“不同路面顏色反應(yīng)時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)”，在對(duì)真實(shí)的隧道環(huán)境進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)上，定量地分析不同隧道路面顏色條件與駕駛員反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系。試驗(yàn)表明，在5種路面顏色中，按照受測(cè)者的反應(yīng)時(shí)間由長(zhǎng)到短排序?yàn)椋汉谏⒓t色、綠色、黃色、白色。結(jié)合色彩視覺(jué)心理效應(yīng)，綜合分析不同顏色路面的具體使用效果，可以發(fā)現(xiàn)，目前使用最廣泛的黑色、灰色路面，從反應(yīng)時(shí)間以及色彩視覺(jué)心理效應(yīng)方面來(lái)看均不利于隧道行車安全；而黃色路面條件下駕駛員反應(yīng)時(shí)間較短，且其色彩視覺(jué)心理效應(yīng)更適用于隧道環(huán)境，是較為理想的隧道路面顏色。下一步的工作可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步調(diào)查研究同一顏色不同亮度條件下的隧道路面對(duì)行車安全性的影響，最終探索隧道入口段、中段以及出口段路面顏色和亮度的協(xié)調(diào)與過(guò)渡方案。