城市跨江桥梁交通景观改善方法及评价*

郑展骥　冯　超　杜志刚　王明年

(武汉理工大学交通学院1)　武汉　430063)　(湖北省林业勘察设计院2)　武汉　430070)

(西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室3)　成都　610031)

城市跨江桥梁交通景观改善方法及评价*

郑展骥1,3)冯超2)杜志刚1,3王明年3)

(武汉理工大学交通学院1)武汉430063)(湖北省林业勘察设计院2)武汉430070)

(西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室3)成都610031)

摘要：根据城市跨江桥梁事故形态，充分利用现有桥梁交通附属设施，设计多频率、多色彩的视觉信息流改善方法.利用3ds Max仿真软件对城市桥梁进行模拟实验，利用E-prime软件进行了基于反应时法的车速感知心理物理实验，结果显示：用反应时法测量被试的感知速度，可以很好的进行高斯拟合；改善前被试白天速度低估8.72%±1.57%，夜晚速度低估11.89%±2.04%，改善后被试白天速度高估5.64%±3.27%，夜晚速度高估11.05%±1.21%.

关键词：交通安全；反应时法；边缘率；多频率；多色彩；城市桥梁

郑展骥(1990- )：男，硕士生，主要研究领域为道路交通安全，交通规划

0引言

城市跨江桥梁作为城市快速路或主干路，短则数百米，长则数千米，限速一般为60～80 km/h.桥上线形条件好，但是由于环境封闭、单调，参照物少，桥梁景观普遍不良；驾驶员在桥上行驶时容易缺乏方向感、速度感，当桥上交通量较小时，特别是当夜晚环境照度较低时，容易因为视错觉造成超速;当交通量较大时，则容易导致追尾或是碰撞路侧护栏等事故.一旦桥梁发生交通事故,则事故严重程度要远大于其他道路类型的交通事故，且容易引起交通阻塞[1-2].因此，有必要针对桥梁景观普遍不良的原因对桥梁交通景观进行设计.

桥梁交通景观是指驾驶员视野中桥梁路面与附属设施在头脑中形成的综合印象.贾秉玺[3]指出道路景观的设计必须满足驾驶员在不同速度下的视觉特性，以及要综合考虑多层次的道路视觉环境.目前现有城市跨江桥梁景观设计与研究基本停留在美学层面，如徐风云等[4]从桥梁景观的定义指出，桥梁景观指以桥梁和桥位周边环境为“景观主体”或“景观载体”而创造的桥位人工风景；城市跨江桥梁景观设计均没有从道路景观自身的构成特征对其使用者的视觉感知方面等进行研究.因此很有必要根据事故形态(追尾、撞侧墙)及事故原因(超速)，通过提升不同照度环境下驾驶员对栏杆护栏、前方车辆的识别能力，减弱视错觉的影响，以达到城市跨江桥梁景观协调与安全的统一.

1改善原理与方法

1.1改善原理

边缘率是单位时间内穿过观察者视野边缘或间断的数目.刘兵[5]通过心理物理实验得出当边缘率小于2 Hz，或大于32 Hz时，驾驶员会出现速度低估，边缘率在4～16 Hz时，实验者对速度产生了高估，其中边缘率为12 Hz高估达到30%以上.目前公路及城市道路中的轮廓标、路侧行道树等标志和景观均是基于边缘率的车速控制方法的应用.

驾驶员在不同照度下对不同颜色感知速度感知和判识距离也不同，Buchner等[6]提出，在较低的环境照度下，人眼感觉的物体成像会往后，同时引起判识距离增大.赵炜华等[7]与李都厚等[8]分别研究了驾驶员在昼间与黄昏时段对冷暖色的判别距离，结果表明在昼间与黄昏时段驾驶员对暖色调(红色)的判别距离均小于冷色调(绿色).程国柱等[9]研究表明：白天驾驶员感知速度与实际行驶速度呈正指数关系，驾驶员白天感知速度的准确率比夜晚的高且识别距离要比夜晚的远，白天感知速度准确率为66.0%，夜间准确率为29%.

1.2设计方法

城市跨江桥梁交通景观改善方法针对城市跨江桥梁的事故形态(追尾、撞安全护栏)及事故原因(超速)，对城市跨江桥梁交通工程设施进行改善设计.改善方法主要以黄色和蓝色为主色，黑色和白色为辅助色，这是因为黄黑搭配及蓝白搭配是交通设计中最常见的色彩搭配，之所以没有选中更为明显的红白搭配，是因为红色为多代表禁令，长距离的涂装红色会使驾驶员产生不安.具体设计见表1、图1、图2.

图1　侧面图

图2　俯视图

频率设施名称间隔/m尺寸,长×宽/m颜色改善方法高频中频低频 路缘石下缘及顶部设置路侧立面标线(2)1.5～31.5～3×0.5黄黑相间及蓝白相间灯柱下缘设置立面标线(3)30～350.5(高)黄黑相间及蓝白相间路面设置横向视错觉标线(5)30～350.45×0.45(间隔0.45)白路面突起路标(1)12.5～17.50.15×0.15左黄,右白路面横向白色折线(6) 每4道灯柱设置一组3×0.45(间隔5)白路侧栏杆(4)100～150黄、蓝 高频、中频、低频信息流结合 以黄色和蓝色为主色,黑色和白色为辅助色

注：表中设施名称编号见图1和图2.

2实验设计与数据采集

由于测试城市桥梁车速感知的实验需要大量行车试验，不便于实地调查与研究，因此应用3ds Max制作城市桥梁改善前后的视频，通过心理学软件E-prime2.0对实验进行设计及控制，采用心理物理实验来度量本文改善方法对驾驶员速度感知的影响.

2.1被试

实验者共20人，其中：男性14人，女性6人；20～25岁12人，26～30岁5人，31～35岁3人;8人具有驾驶经验,其余均无驾驶经验;正常视力或矫正视力均在1.0以上.

2.2实验流程

考虑城市跨江桥梁限速为60～80 km/h，因此以60,70,80 km/h作为标准刺激速度，对比刺激区间为标准刺激速度的±20 km/h，速度增减最小间隔取值为2.5 km/h.

实验主要采用反应时法对被试的感知速度进行测试，实验设计为双盲实验.运用E-prime2.0软件编写实验程序,将实验刺激呈现次序设为随机序列，每个序列重复3次，并记录数据.

2.3精度检验

为了检验用3ds Max模拟的实验场景与真实场景中速度感知的精度，将真实场景与对比模型场景(均为城市道路普通路段)采用上述实验方法进行模型的精度校核实验.

精度校核实验中真实场景速度为68 km/h(由行车过程中仪表盘刻度确定)，对20名被试反应时取平均值计算，并且用SPSS19.0对真实场景和模拟场景的反应时法测得的感知速度进行单样本t检验，得到表2.

表2　模型精度检验表

由表2可见，白天及夜晚模拟场景的速度均值与真实场景的中的实际速度在显著水平α为0.05时，并无显著差异，因此使用模拟场景可以很好的模拟出真实场景中的速度感知情况，白天模拟场景与标准场景的速度误差为1.25%，夜晚模拟场景与标准场景的速度误差为1.43%，因此标准刺激的感知速度相对于实际行驶的物理速度应该乘以1.012 5及0.985 7的修正系数.

2.4实验模型设计

实验场景分为标准实验场景和对比实验场景.由于城市道路中环境丰富，参照物较多，驾驶员的感知速度与物理速度接近.因此，为了比较环境对感知速度的影响，标准场景采用城市道路场景，对比场景采用城市跨江桥梁场景.

实验场景设置白天和夜间、改善前和改善后等不同环境因子，对其进行组合，共4组，每组实验中标准速度分别为60,70,80 km/h.对比刺激区间为标准速度的±20 km/h.

实验一：白天改善前/实验二：白天改善后(见图3).

实验三：夜晚改善前/实验四：夜晚改善后(见图4).

图3　白天对比实验场景

图4　夜晚对比实验场景

3实验结果及分析

对实验一至实验四的数据进行处理，对20名被试判断的反应时取平均值，并用式(1)进行拟合，得出如图5、图6.

(1)

图5　白天场景各对比刺激速度的反应时间

图6　夜晚场景各对比刺激速度的反应时间

项目物理速度/(km·h-1)607080速度错觉/%均值标准差实验一(白天改善前)实验二(白天改善后)实验三(夜间改善前)实验四(夜间改善后) 感知速度/(km·h-1)64.5273.7887.35速度错觉/%-7.53-5.4-9.19 修正后感知速度/(km·h-1)65.3374.7088.44 修正后速度错觉/%-8.88-6.72-10.55 感知速度/(km·h-1)55.5566.5170.93速度错觉/%4.084.9911.34 修正后感知速度/(km·h-1)58.2767.3471.82 修正后速度错觉/%2.883.8010.23 感知速度/(km·h-1)68.0477.7292.88速度错觉/%-13.40-11.03-16.10 修正后感知速度/(km·h-1)67.0776.6191.55 修正后速度错觉/%-11.78-9.44-14.44 感知速度/(km·h-1)54.6463.8070.80速度错觉/%8.938.8611.5 修正后感知速度/(km·h-1)53.8662.8969.79 修正后速度错觉/%10.2310.1612.277.371.558.721.576.803.235.643.2713.512.0711.892.049.761.2311.051.21

将反应时的拟合相关参数分析,拟合可决系数均大于0.95.

由图5、图6、表3分析可知：(1)对比实验一和实验二，实验三和实验四，交通景观改善后，被试所需的反应时间比未改善前短，白天场景反应时平均减少0.033 s ，夜晚场景平均为0.098 s；改善后被试表现出速度高估，即感知速度低于物理速度，其中白天改善后速度高估为5.64%±3.27%，夜晚改善后高估为11.05%±1.21%；改善前被试表现出速度低估，即感知速度高于物理速度，其中白天改善前速度低估为8.72%±1.57%，夜晚改善前速度低估为11.89%±2.04%;(2)对比实验一和实验三，实验二和实验四，白天场景比夜晚场景的反应时要短，其中改善前白天场景相比夜晚场景平均减少为0.189 s，改善后平均为0.124 s;(3)随着实际物理速度的增大，反应时逐渐减小，但幅度不大，平均为0.025 s.

4结论

1) 用反应时法测量被试的感知速度，可以很好的进行高斯拟合，拟合度均在0.95以上，峰值点对应的横坐标则为被试的感知速度.

2) 在普通城市跨江桥梁上，被试普遍产生速度低估的趋势，其中白天车速低估为8.72%±1.57%，夜晚速度低估为11.89%±2.04%；在用本文多频色彩与多频信息组合的城市桥梁交通安全改善方法改善后，被试产生速度高估的趋势，其中白天速度高估为5.64%±3.27%，夜晚速度高估为11.05%±1.21%，且被试的反应时间均减少.

3) 试在低照度环境下的反应时间相比于高照度环境下要长，表明驾驶员在低照度环境下对车速感知能力减弱.

4) 善后的城市跨江桥梁路侧主要增加了2种色彩红/白或黄/黑或蓝/白色调的小尺度控速标线，一般不超过3种色彩，主要是起到调节速度知觉的效果，本方法增加驾驶员视觉负荷有限.

5) 方法通过色彩设置提升驾驶员方向感、速度感，达到城市跨江桥梁景观协调与安全的统一.适用于限速为60～80 km/h 的城市跨江桥梁，对城市跨江桥梁交通安全设施是一种有益的补充.

今后还需针对纵向高频设计形式对驾驶员的视认反应时间以及碰撞时间作进一步研究.

参 考 文 献

[1]马明.基于多元统计方法的城市道路交通事故分析研究[D].武汉：武汉理工大学,2010.

[2]黄冰娥,彭春露,陆键.长江三角洲区域大型公路桥梁交通事故特征分析及安全对策[J].公路,2012(4):160-164

[3]贾秉玺.基于视觉特性的城市道路景观设计[D].北京：北京林业大学,2010.

[4]徐风云,赵勇.桥梁景观[M].北京:人民交通出版社,2001.

[5]刘兵.基于驾驶员视知觉的车速控制和车道保持机理研究[D].武汉：武汉理工大学,2008.

[6]BUCHNER A,BRANDDT M,BELL R,et al.Car backlight position and fog density bias observer-car distance estimates and time-to-collision judgments[J].Human Factors,2006,48(2):300-317.

[7]赵炜华,刘浩学,董宪元,等.昼间颜色对行驶中驾驶人距离判识的影响[J].长安大学学报:自然科学版,2009(5):90-94.

[8]李都厚,刘浩学,赵炜华.黄昏时段颜色对驾驶人空间判识距离的影响规律[J].长安大学学报:自然科学版,2010(1):71-75.

[9]程国柱,胡立伟,韩娟.高速公路驾驶员昼夜感知速度变化规律[J].东南大学学报:自然科学版,2012(3):547-550.

Urban Cross-river Bridge Traffic Safety

中图法分类号：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

*国家自然科学基金项目(批准号：51008241)、西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室开放基金课题(批准号：TTE2014-07)资助