夜间高速公路反光标志对驾驶人的影响研究

李建国，赵炜华，边浩毅

（1.台州市道路运输行业协会，浙江 台州 317000；2.浙江交通职业技术学院 运输管理学院，浙江 杭州 311112）

0 引言

驾驶过程是以视觉信息为指导的决策及行为过程，驾驶人依据所获得的信息指导相应的操作。夜间在黑暗的高速公路行车过程中，反光标志是驾驶人获得信息的重要途径。反光标志可以有效提高驾驶人夜间的视认性，有利于驾驶人提早发现和认知信息。但高反光强度的标志在车灯照射下，会形成巨大的反光光源，又会严重干扰驾驶人的视觉功能，造成安全隐患。除此之外，当需要提供的信息较多时，经常需要设置多个标志。然而，驾驶人在面对外界刺激时，存在着一个合适阈限值。当超过某一范围后，驾驶人对信息的接收效率反而会下降。另外，人的生物作息规律决定了夜间行车时驾驶人的信息认知和响应水平较低，夜间黑暗的行车环境本就使信息认知负荷增大，加上行车环境极为单调，极易导致驾驶疲劳。虽然我国已经颁布实施了道路交通标志设置的规范和技术标准，但从驾驶人角度分析，仍然存在诸多问题。

1 文献分析

关于高速公路设置反光标志的研究与实践，国内外有诸多成果。1935年，美国颁布第一版《统一交通设施控制手册》，提及交通标志应使用有亮度的材料，以减少交通事故。[1]1939年，修改版的该手册进一步要求道路交通标志使用逆反射材料制作。1993年，美国对亮度提出立法指示，完善应用规则。2003年，正式颁布交通标志最低逆反射系数。[2]日本相关的标志使用规范主要体现在《道路运输车辆法》、《道路交通法》、《道路运输法》和《道路法》中。在欧洲，《1968年维也纳道路标志与信号公约》，对欧洲乃至全球标志标线产生了极大的影响。对于最低识认距离的计算是从1984年美国车辆安全中心（CAS）请求美国联邦高速公路管理局发布标志标线的逆反射系数标准开始的。

我国对交通标志进行规范始于1955年，公安部发布《城市交通规则》，将标志进行划分。1972年，交通部、公安部联合发布《交通规则》，扩展标志种类。1982年，交通部《公路标志及路面标线标准》对标志进行重新分类，扩展至105种。1986年，国家标准局批准、发布《道路交通标志和标线》国家标准，进一步将标志种类扩展至168种。1999年《道路交通标志和标线》（GB5768－1999）颁布实施，标志数量增加至327种。在我国，相关研究主要集中在交通标志的视认相关领域，其研究进展随着反光材料的使用逐渐展开。张伯明在1993年，就进行了《交通标志汉字视认性的研究》，其成果直接促进了GB5768中的汉字标准。[3]2005年，林雨等利用眼动仪，研究指路标志信息与认知性关系。[4]

由国内外研究现状可见，对于交通标志亮度的相关研究，主要集中于单一标志的视认性问题上。为提高视认距离，多年来不断增加标志的反光亮度要求。从研究成果来看，几乎所有标准和法规中都涉及最低反射亮度问题。另外，有些研究则从标志设置方法、算法等角度开展，忽视了多个标志组合设置时发生的视认干扰问题。同时，对于该类交通工程设施的工效学分析不足，未能形成有效的指导性标准和意见。国外的行车习惯、车速特征，以及驾驶人眼睛椭球面分布与国内存在诸多差异，国外的技术标准无法直接引入；在国内工程实践中，设置反光标志时，往往仅考虑视认性问题，片面追求高亮度，导致很多标志成为反光光源；在研究领域，则主要集中于强调标志设置的有效性和设置距离、大小等方面研究，更多体现在一些复杂算法上。

因此，本文立足于我国高速公路反光标志工程实践，从行车过程中驾驶人所受影响进行分析，利用工效学相关原理，探索高速公路反光标志设置的科学方法和新理念，着力提升我国高速公路安全效益和经济效益。

2 夜间高速公路反光标志设置的工效学分析

2.1 信息对比度下降

反光标志之所以能被驾驶人识认，是车辆前照灯发出的光线投射于标志表面，形成的反射光线进入驾驶人眼睛的结果。但前照灯照度本身就极低，在150米左右时，照度仅为3-5Lx，甚至更低。这样的低照度光线投射于反光标志表面，其反射光线亮度则会更低。这些低的反射亮度标志组成了一个反光点阵，就类似于一个发光强度很低，但面积很大的光源。与此同时，驾驶人对道路线型的识认也依赖于前照灯灯光。前照灯照射于道路表面，路面漫反射光线的亮度也很低。由于反光标志与道路表面存在一定的高度差，这些低反射亮度的标志不仅不会对环境照明起到任何改善作用，而且会造成道路环境照度与背景照度差异的进一步缩小，最终导致驾驶人根本无法看清道路。原本用以改善交通安全的种种措施，由于时间和环境的特殊性，反而使得安全水平降低。很多交通事故的原因莫名其妙，其根本问题是由此类视觉障碍引起的。

2.2 眩目

眩目是指由于亮度较高的光线直接进入人眼，导致人眼短时间内无法看清前方物体的现象。夜间驾驶人长期在低照度环境中行车，眼睛经过长时间充分的暗适应。为了增加进入眼睛的光线，人眼的瞳孔面积会变得很大。此时，当巨大的反光点阵出现时，骤然增加的入射光线会造成驾驶人的眩目问题，导致驾驶人短时间内对前方道路信息的缺失。驾驶人在该路段行车时，由于反光标志反射的光线与驾驶人眼睛直接相对，较高的标志反光亮度并不会提高驾驶人对信息的感知，反而会由于高亮度带来的炫目问题对行车安全造成极大影响。

2.3 视觉单调

夜间行车过程中，虽然有前照灯的照明，但周围道路环境与夜色融为一体，驾驶环境极为单调，容易产生高速催眠问题。从驾驶人生理、心理特性考虑，这种条件下产生的“催眠”现象有其产生的必然性。驾驶人在认知外界信息过程中，外界刺激信息引起大脑皮层区兴奋性反应，并消耗一定能量。相同信息引起的反应区域相同，如果相同刺激频繁出现，大脑皮层对应反射区域就会出现反复应答和连续的能量消耗。当刺激一直持续，则会由于大脑皮层的保护作用，出现生理本能的“抑制效应”，这时人的“犯困”就产生了。同时，受作息规律的影响，夜间驾驶人的反应水平处于较低层次。两个因素的综合作用，加速了高速催眠问题的产生。

2.4 信息过载

信息过载是标志提供的信息过于丰富带来的负面影响之一，指的是标志承载的信息超过了驾驶人所能接受、处理或有效利用的范围，最终导致识认故障的状况。当大量交通标志承载大量信息时，受到驾驶人行车速度和反应时间的限制，驾驶人对信息的接收会出现诸多问题，比如驾驶人对信息反应速度远远低于信息的传播速度，组合标志的信息量大大高于驾驶人所能消费、承受或需要的信息量，大量无关、无用、冗余的数据信息严重干扰了受众对相关有用信息的准确选择。这些问题的出现与反光标志的使用数量过大，标志信息的呈现位置、组合不当以及标志的信息量过大均有关系。同时，夜间行车时，如果反光标志背景亮度过大，对于标志信息的认知也会造成困难。

3 优化夜间高速公路反光标志设置的对策

3.1 优化逆反射标志反光亮度

在反光标志的设计过程中，往往都是以提高视认距离为主要目标。白天情况下，设计中主要考虑标志设置位置的合理性及尺寸方面的问题。夜间情况下，则主要考虑反光亮度方面的问题。实际上，驾驶人在高速行车过程中，对于标志信息的感知是具有一定习惯性的。驾驶人对于标志信息的认知过程，是以驾驶人的有意注意为主的，即驾驶人主动搜索信息。而对于无意注意获得的信息，则会在很短时间内被遗忘。因此，对于反光标志来说，即使视认距离增加到很大，由于驾驶人对于过远距离信息的关注度并不会太高，其效果并不成正比关系。因此，标志信息能否对驾驶行为造成影响，取决于驾驶人相对固定的视认习惯，而不是单纯以提高反光亮度增加视认距离。为此，有关部门在设置夜间高速公路反光标志时，应依据驾驶人对夜间行车中对反光亮度的接受阈限，确定标志反光亮度极大值。同时，要根据反光系数会随着时间的推移而不断衰减的情况，在亮度和衰减之间综合考虑，探寻最优组合，而不是仅依赖于亮度的提高。

3.2 优化视觉空间内反光标志面积

在研究和工程实践中，为保证在使用年限内标志的反光效率不至于衰减过多，影响标志的视认性，往往采用高亮度反光膜。这就涉及到空间内反光标志面积的问题，面积小了不能起到有效提醒的作用，面积大了又可能出现令驾驶员炫目的情况。因此，要依据逆反射材料单位面积反光亮度，通过驾驶人适应性试验，确定视场内多源光线入眼时，对驾驶人道路视认性的影响，以此确定反光标志面积。在保障必要信息提供的前提下，优化驾驶人视场内反光标志面积。

3.3 优化标志空间设置参数

驾驶人对于道路环境信息的正确感知是安全行车的基础。交通标志作为向驾驶人传递道路信息的重要媒介，对于保障行车安全具有重要作用。在高速行车过程中，标志设置组合的不当极易造成驾驶人对道路信息的缺失，从而导致行车危险。另外，将大量信息一股脑告知驾驶人，极有可能超过驾驶人信息接受和处理能力，造成信息过载，反而导致许多信息的丢失。因此，要解决信息过载问题，就要在以进入驾驶人眼的光线为反射光的前提下，反射光轴与反射面夹角和驾驶人眼睛与与光轴夹角之间，具有很强相关性。通过驾驶人视认适宜性试验，可以确定反光标志与行车道横向距离、高度、反射面角度与驾驶人眼夹角等参数，并就现有标准和方案进行驾驶适宜性优化。

4 结束语

本文针对夜间高速公路行车时，反光标志对驾驶人的影响，分析现有标志设置中存在的问题和驾驶人的实际需求，提出了反光标志在设计与使用中应完善的内容。研究表明，综合考虑夜间反光标志对驾驶人的影响，标志设置时不能过度强调亮度对视认距离增加的作用，必须同时考虑其所带来的负面影响，应以驾驶人需求为引导，综合考虑驾驶人信息认知特点，合理优化设计参数，方能创造舒适、安全的行车环境。同时，在使用过程中，通过对相关设备的定期维护，达到保持标志应有技术参数的目的，而不是极端地提高某一参数值，造成浪费和其它问题。

[1]U.S Department of Transportation.Fedral Highway Administration.Manual on Uniform Traffic Control Devices[M].2003 Edition,D.C:FHWA,2003.

[2]Carlson P.J,H.J.Hawkins.Updated Minimum Retroreflectivity Levels for Traffic Signs,PB FHWA-RD-03-081[R].Washington,D.C:FHWA,2003.

[3]张伯明.交通标志汉字视认性的研究[J].公路交通科技,1993(10):40-46.

[4]林雨,潘晓东,方守恩.指路标志信息量与认知性关系研究[J].交通运输工程与信息学报,2005(3):73-77.