隧道洞口景观色彩安全性研究

尚　婷， 陶盼盼， 徐志祥

(1.重庆交通大学 交通运输学院， 重庆　400074；　2.重庆交通大学 土木工程学院， 重庆　400074)



隧道洞口景观色彩安全性研究

尚婷1， 陶盼盼2， 徐志祥2

(1.重庆交通大学 交通运输学院， 重庆400074；2.重庆交通大学 土木工程学院， 重庆400074)

[摘要]从驾驶员视觉角度出发，利用UC-winRoad软件模拟了隧道洞口不同景观色彩场景，采用Tobii Studio Installer 3.2.2.130眼动仪软件检测并记录了8名被测试者的眼动数据，分析了隧道洞口不同景观色彩对驾驶员瞳孔直径指标的影响，并建立二者的关系模型。结果表明：隧道洞口设置红色和黄色时，驾驶员瞳孔直径最大，且处于安全范围之内，能更好的诱导驾驶员视线，提高驾驶员的警觉性；隧道洞口设置蓝色和绿色时，驾驶员瞳孔直径变化较小；隧道洞口无色彩设置时，随着驾驶员靠近隧道洞口，其瞳孔直径逐渐增大，给驾驶员造成一定的压抑感，不利于行车安全。

[关键词]隧道洞口； UC-winRoad； 景观色彩； 瞳孔直径

1概述

截至2013年底的统计，我国已有公路隧道11 359座，总长9 606 km。而1979年，我国公路隧道通车里程仅为374座，52 km[1]。进入新世纪以来，公路隧道年均增长率高达20%，且有逐年增速加快的趋势[2]。中国土木工程学会隧道及地下工程分会公布的统计表明，我国已成为世界隧道及地下工程建设规模和建设速度第一大国。伴随着公路隧道建设的迅猛发展的同时，隧道交通安全形势愈加严峻。2010年，中国某山区高速公路隧道在入口段发生的交通事故数占该隧道事故总数的54.5%[3]；某省份公路隧道的交通事故率是洞外的3～4倍，且隧道交通事故伤亡程度更加严重[4]。因此，公路隧道洞口的安全性应受到高度重视。

瑞典在阿尔卑斯山上的某些特别危险的路段涂上了红颜色，结果交通事故减少了85%～90%[5]，此研究表明一定的色彩对交通安全具有促进作用。近年来，国内外的专家学者们逐渐将生理指标引入交通安全的研究中，Healey[6]通过测量车速、驾驶人眼动和心率变化等参数，比较两条具有相同线形参数但交通事故量却差异较大的两条S形道路；Elizarova[7]在林区道路上测试行驶的驾驶人，研究林区道路的线形结构、汽车的行驶速度对驾驶人血压、心率和注视行为的影响以及相关性；Tal[8]选取混合路段、单一路段作为试验路段，测量了驾驶员不同路段的心率变异并进行分析。胡江碧[3]分析了驾驶人对隧道入口段照明的驾驶视觉需求特性及照明条件对驾驶人安全舒适性驾驶瞳孔面积变化率的影响。丁光明[9]研究了高速公路隧道环境对驾驶员视觉、心率等生理指标的影响。

上述研究大多集中在隧道的通风、照明和明暗过渡，鲜少有从驾驶员心理生理的角度来研究隧道洞口色彩对驾驶行为的影响。鉴于此，本文基于色彩心理学原理，通过室内仿真试验，采用Tobii眼动仪对驾驶员生理特征进行测量，对动态视域下隧道洞口色彩进行研究具有重要意义和现实价值。

2隧道洞口色彩及驾驶员眼动特征

隧道洞口应用的材质多以混凝土为主，灰色不仅给人带来压抑感，还不易被驾驶员所感知；但是过于鲜亮的颜色会使得原本紧张的心理平添恐惧情绪，使得本来较快的车速下增加兴奋之感，起到适得其反的作用。驾驶员在行车过程中需要及时感知各种交通信息，在各种感觉器官中，视觉占80%，视觉系统是获取外界信息的最重要通道[10，11]。不同的色彩会使人产生不同的心理、生理状态，通过其生理状态的变化来影响驾驶员的操作行为，是因为人的行为易受情绪的支配，且生理感受易被心理作用影响。根据环境行为学理论，行为是个人对环境认知的体现，计划行为理论表明，行为可通过人的情绪态度、标准及认知直接调节[12]。因此，隧道洞口色彩是一把双刃剑，合理的设置才能使驾驶员视觉和心理上产生安全感和舒适感，使之保持足够的注意力注视前方路况。

随着交通心理学、人因工程学和计算机科学的快速发展，人体的心理生理指标逐步被应用到道路交通领域，反映驾驶员心理变化。据生理心理学研究表明，当驾驶员出现心理紧张情绪时，生理上就会表现出心跳加速、视觉敏锐性下降、视野变窄、瞳孔增大等。瞳孔的放大往往意味着认知活动中更大的加工负荷或心理努力。瞳孔的大小及反应受交感神经与副交感神经支配，此两种神经相互协调、相互作用，以控制瞳孔的变化。当机体处于紧张活动状态时，交感神经活动起着主要作用，能够使心搏加强和加速、瞳孔散大、疲乏的肌肉工作能力增加等。反之，在身体放松时副交感神经处于积极状态，起到减慢心跳、瞳孔缩小、降低血压的作用[13]。因此，瞳孔的变化能反映驾驶人在驾驶过程中遇到的不安或舒适的心理、生理状态。由于瞳孔大小存在个体差异，而瞳孔面积变化率能更客观地反映驾驶人驾车状态，因此，本文中选择该指标作为驾驶人紧张程度的评价指标，来分析研究隧道洞口景观色彩的安全问题。

3实验方案设计

3.1UC-winRoad仿真视频制作

为了便于研究，本文采用UC-winRoad仿真视频软件来模拟实验场景，实验选取交通标志中起禁令和警告作用的红色、黄色，较舒适的绿色以及蓝色等为实验色彩，隧道洞口色彩的设置不宜过亮，以免影响驾驶员正常行驶。将所选色彩按相同的方式设置于隧道洞口处，驾驶员以相同方式经过此隧道洞口，观察隧道洞口景观色彩对驾驶员瞳孔直径的影响，为了便于计算色彩值，可根据式(1)计算色彩的平均值[14]。

C=(65 536×B)+(256×G)+(R)

(1)

其中：R、G、B分别表示红绿蓝3个通道的色彩值。

3.2实验设备

采用Tobii Studio Installer 3.2.2.130眼动仪软件来测试记录驾驶员的眼动指标，该设备体积小(见图1)，安装方便，实验过程中对被测者无干扰，能很好的记录驾驶员全部的眼动参数并输出相应的原始数据，其采样频率为60 Hz。

图1　眼动仪设备

3.3测试人员

为能更准确的反映隧道洞口景观色彩对驾驶员视觉的影响，本实验选取身体健康、驾驶技术熟练的驾驶人8名(其中有2位女性)，4位驾驶员驾龄均在3 a以上，年龄在20～45岁之间，要求被测试者在试验前具有充足的睡眠，精神状态良好，以免对驾驶员生理指标产生影响(见图2)。

图2　眼动实验Figure 2　The experiment of eye tracking

4实验结果分析

4.1色彩对驾驶员瞳孔的影响

Tobii Studio Installer 3.2.2.130的采样频率为60 Hz，如果将所特有的数据进行处理将会产生较大的工作量，且考虑到驾驶员从看到隧道到开始驶入隧道大约为1 min。因此，在考虑实际情况且不会影响实验结果的基础上，为减少工作量，本文每隔2 s取一组数据，且将此2 s内瞳孔直径的平均值作为该组数据的代表值。

在实验中测试了隧道洞口不同景观色彩对驾驶员视觉指标的影响，由于瞳孔直径大小能直接反应驾驶员的精神状态，所以图3为驾驶员在不同隧道洞口景观色彩下的瞳孔直径变化情况。通过SPSS软件对实验提取的数据进行处理，分析了隧道洞口景观色彩对驾驶员瞳孔直径的影响。

图3　驾驶员瞳孔直径在隧道洞口不同景观色彩下的变化情况Figure 3　The changing of drivers` pupil diameter under different landscape color on tunnel portal

从图3可以看出：当在隧道洞口设置红色时，隧道洞口设置黄色时，驾驶员瞳孔直径略小于隧道洞口设置红色时的瞳孔直径，但二者的瞳孔直径均大于其它色彩时的瞳孔直径；隧道洞口设置蓝色时，驾驶员的瞳孔直径略小于隧道洞口设置红色和黄色状态下的瞳孔直径，且在靠近隧道洞口时瞳孔直径大小趋于稳定。白色和绿色在整个过程中对驾驶员瞳孔的影响相差无几，且一直处于平稳状态；当隧道洞口不设置任何色彩时，驾驶员的瞳孔直径在靠近隧道洞口的过程中逐渐增大，这可能是由于驾驶员距离隧道洞口较远时，对混凝土的灰色关注度不高，而在逐渐靠近隧道洞口时，混凝土的灰色会给驾驶员造成一定的压抑感，从而驾驶员的瞳孔变大，这与色彩心理学理论一致。

为进一步分析隧道洞口景观色彩对驾驶员瞳孔的影响情况，经过对数据进行筛选，共选择出15组数据进行隧道洞口色彩和驾驶员瞳孔直径的量化研究。选取的样本数据如表1所示。

表1 隧道洞口景观色彩均值与驾驶员瞳孔直径Table1 Thelandscapecolorontunnelportalanddriver’spupildiameter隧道洞口景观色彩均值瞳孔直径/mm隧道洞口景观色彩均值瞳孔直径/mm17108373.2452022732.6436959103.5555266122.7344083073.4329901292.9644495233.0416665882.5828108682.6118002422.6730750663.17163824582.53136612262.92153955652.59128141212.85

4.2模型建立

为进一步研究隧道洞口景观色彩对驾驶员瞳孔的影响，本文将采取较为常用且有效的模型来研究隧道洞口景观色彩与驾驶员瞳孔直径的定量关系。

由表1数据可知：色彩均值与瞳孔直径均值间的数量级差别较大，可能会造成拟合结果的不准确，为避免数量级差别大造成的误差，需要对表1数据进行归一化处理，其具体计算公式如下[15]：

(2)

式中：xi为第i组变量的数值。

设隧道洞口景观色彩均值为自变量x，驾驶员瞳孔直径均值为因变量y，为更好拟合二者的关系，首先在Matlab软件中绘制其散点图，隧道洞口景观色彩与驾驶员心率之间的关系散点图如图4所示。

通过使用Matlab软件中的拟合工具箱试算，发现当使用6次多项式进行拟合时，R2为0.687，能够很好的表达隧道洞口景观色彩与驾驶员瞳孔直径之间的关系，拟合关系图如图5所示。

经Matlab软件中的拟合工具箱拟合的隧道洞口景观色彩与驾驶员瞳孔直径二者的拟合公式为：

y=-245.2x6+859.8x5-1 112x4+

640.4x3-115.2x2+12.06x+

0.062 83

(3)

图4　景观色彩值与瞳孔直径均值关系散点图Figure 4　Scatter diagram between landscape color and pupil diameter

图5　色彩与驾驶员瞳孔直径拟合关系图Figure 5　Fitting-figure between landscape color on tunnel portal and driver’s pupil diameter

5结论

① 隧道洞口无色彩设置时，随着驾驶员驶近隧道，驾驶员瞳孔直径逐渐增大，表明在远处驾驶员对混凝土的灰色关注度不高，在近处会给驾驶员造成一定的压抑感，不利于行车安全。

② 隧道洞口设置红色和黄色时，驾驶员瞳孔直径较大，且处于安全范围内，表明在隧道洞口设置适当的亮色能提高驾驶员的关注度，提高驾驶员的紧张度。

③ 隧道洞口色彩对驾驶员的视觉具有一定的影响，建议从驾驶员视觉角度出发，通过在隧道洞口设置适宜的色彩，来诱导驾驶员视线，改善隧道洞口交通安全现状。

[参考文献]

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The Safety Research of Landscape Color on Tunnel Portal

SHANG Ting1， TAO Panpan2， XU Zhixiang2

(1.Institute of Transportation， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074， China；2.Institute of Civil Engineering， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074， China)

[Abstract]From driver’s visual perspective，different colors on tunnel portal have been simulated using UC-winRoad.Eight drivers’eye movement data has been checked and recorded by Tobii Studio Installer 3.2.2.130.The impact of different colors on tunnel portal on driver’s pupil diameter was analyzed and established the relational model of the color on tunnel portal and drivers` pupil diameter based these datas.The results showed that driver’s pupil diameter was the biggest and in a safe range when applied red and yellow on tunnel portal.This can induce driver’s line of sight better and improve driver’s alertness.Driver’s pupil diameter changed little when applied blue and green on tunnel portal.Driver’s pupil diameter increased gradually with the driver close to the tunnel portal when there didn’t have colors on tunnel portal.This may give the depressing feeling to the driver and are bad for safe driving.

[Key words]tunnel portal； UC-winRoad； landscape color； pupil diameter

[收稿日期]2015-11-16

[基金项目]国家自然科学基金项目(51278514)；重庆市教育委员会项目(KJ130419)

[作者简介]尚婷(1983-)，女，重庆人，博士研究生，讲师，主要研究方向：道路交通安全。

[中图分类号]U 491

[文献标识码]A

[文章编号]1674-0610(2016)03-0028-03