基于立体效果的道路平面减速图案研究

任　璐,杨权涛,常　旭

(长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)



基于立体效果的道路平面减速图案研究

任璐,杨权涛,常旭

(长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)

摘要：为了更好地改善道路环境，减小减速带给车辆带来的震荡作用，文中研究驾驶人的动视觉特性，通过几何图形及颜色搭配，使驾驶人的视觉呈现实物突起效果的平面减速图案。同时，对不同颜色组成的平面立体视觉减速图案设置参数进行探讨，给出不同车速下最佳视觉效果所对应的减速图案，保证道路交通安全。通过影响驾驶人的生理和心理，达到使汽车减速行驶的效果。

关键词：交通安全；动视觉特性；立体视觉；减速图案；设置参数

道路交通设施是道路交通系统的重要要素之一，其设置应充分考虑人、车、路、环境和能源之间的相互协调，充分发挥交通设施的可持续性与人性化特征。

我国在道路限速中采用3种方式[1]：①根据交通法规的规定对机动车的速度进行限速的法规控制；②利用人的心理作用对车速加以控制的心理控制；③通过设施对运行车辆的速度进行限制的工程控制。道路减速带是我国城市道路中一项重要的交通设施，其发挥减速作用的过程是：驾驶人通过视觉确认减速带的设置位置、长度及高度，为减少震动和噪声带来的不舒适感而降低车辆行驶速度[2]。

目前国内应用较多的几种减速带有道钉式、震荡标线式、橡胶减速垄、铸钢减速垄、水泥砼式、水泥砼间断式等[3]。城市内道路减速带多为橡胶减速带，一般为整体“一”字形凸隆起的丘状带形设施，其由平底凸弧形橡胶块体无缝拼接组成，使用道钉将其固定在道路路面上[4]。当车辆以较高车速通过道路减速带时，剧烈的振动会从轮胎经由车身及座椅传递给驾驶人，产生强烈的生理刺激(包括振动刺激和视觉刺激)和心理刺激[5]。这种生理和心理的刺激会大大降低驾驶人对道路环境的舒适感和安全感。同时若减速带设置宽度及高度不合理，不仅车辆通过时产生的噪声较大，对路面和轮胎也会产生一定损害。因此，考虑设置平面立体视觉减速图案，并基于驾驶人视觉特性使图案达到最优减速效果。

1驾驶人视觉特性

机动车在减速过程中通常有以下几个过程[6]：首先是认知过程，即驾驶人发现障碍物的过程；其次是驾驶人的判别和确认过程；最后是驾驶人采取刹车减速的过程。驾驶人的驶认特性包括驾驶人的视力、视野和色感，其中色感和视野是影响平面立体视觉减速标志的重要特性。

驾驶人的动态视觉一般指在车辆行驶过程中，驾驶人捕捉道路情况、标志标线以及周边环境等目标影像的能力。在车辆行驶过程中，由于车速的不同，驾驶人的视觉也受到不同程度的影响，

近年来，平面立体视觉减速带的应用日渐增多，这种视觉减速带利用驾驶人对图案形状及其颜色的感知，产生视觉反差，使驾驶人在较远的距离就可看到“立体状物体”而刹车减速[7]。不仅在城市道路中，部分农村公路、机场跑道等也设置平面立体视觉减速带，以达到减速的目的，保证交通安全，并且没有颠簸，提升驾驶人舒适感。

2减速图案的视认性及颜色搭配

道路交通标志的视认性是指在规定的时间内被道路利用者正确识别并被理解的能力[8]。交通标志的设置应该清晰醒目，让驾驶人易于辨识。而交通标志是否醒目则是取决于其颜色、形状、尺寸、对比度等物理性质。

交通标志的颜色可以给驾驶人带来不同的感知觉，一般来说，红、橙、黄等暖色系为前进色，给人以凸出感，而蓝、绿等冷色系为后退色，给人以凹陷感。单一暖色视认效果较好，但是两种暖色组合情况下，视认效果降低。在标志颜色设计上，应以冷暖色结合，颜色变化明显的标志视认效果较好[9]。另外，明度高者，视之似进；明度低者，视之似退。因此，减速图案的设计应冷暖色调和视认性高低的颜色相结合，前半部分为暖色调，视之为凸；后半部分为冷色调，视之为凹。

同时，目标物的颜色对驾驶人动态视觉也有很大影响，在静止状态下，人眼对蓝色最不敏感。但在运动状态、暗视条件下，蓝色对目标物相对其它颜色易被识别，因此，选用蓝色作为平面减速带的颜色之一。结合冷暖色系颜色和常用的交通标线颜色，选择白、蓝、黄、灰、黑等几种颜色作为平面视觉减速带的颜色组成。

3立体视觉减速图案设计及效果优化

通常情况下，高度越高的减速带给人的不舒适感越强，驾驶人通过减速带时车速越低。但若减速带视之过高，驾驶人减速度过大时，容易引发安全事故。因此，平面立体视觉减速图案的设置参数应在保障安全的前提下，有效降低车速。本文基于对平面减速图案方案的参数设置，结合3Ds max和Premiere Pro将减速带合成三维立体动画效果，从而确定效果最佳的减速图案参数。

3.1“一”字型平面立体减速图案颜色设计

根据对颜色视认性的调查，对不同的颜色进行组合，最后根据驾驶人视觉特性，对于“一”字形减速标线设计以下4种颜色方案，如图1所示。

图1　“一”字形减速标线颜色设计方案

3.2参数设置方案

“一”字形减速标线参数设置方案如图2所示。

图2　“一”字形减速标线参数设置方案

在标线设计时，根据GB5768.3-2009《道路交通标志和标线》中x取值为300 cm，即3 m，y一般取0.35 m，θ取值影响减速图案的视觉高度，不同车速下对应的最佳θ值也不同，图2对减速图案进行了说明。

为了更好地研究θ和车速V的关系，建立图3所示模型。其中D为减速图案长度的1/2；L为车辆能够清楚地看到减速图案时的距离，根据车速的不同，一般取100～200 m。γ为理论最大角度值，θ为改进后合理的角度值，2α为驾驶人看到标线的视野，假定驾驶人看到标线两端时，此时视野最大。

图3　γ和θ角度值模型

(1)

(2)

由式(1)、式(2)可得

(3)

而在实际计算中，得出的γ值和180°十分相近，因此，为了更好地验证θ取值，首先利用3Ds max软件将θ取值为30°～120°的减速图案做成三维立体效果，并在室外空旷道路上录制不同车速下车辆行驶，以城市中大多数车辆的行驶速度为主，分别选取行驶速度40 km/h、60 km/h、80 km/h。然后利用Premiere Pro软件将动画效果加载到车辆行驶速度分别为40 km/h、60 km/h、80 km/h、100 km/h的视频中，得出不同车速下θ的建议取值。

当速度分别取40 km/h、60 km/h、80 km/h、100 km/h(及以上)时，根据式(1)～(3)的计算方法可以计算出θ值，对应的θ值如表1所示。

表1　不同车速下θ取值及对应模型

4结论

1)平面立体视觉图案的设计是基于人机功效学，即将人、对象与环境之间的相互关系、协调性和人性化联系起来，容易使本地和外地驾驶人对交通标志的认识和理解，而理解水平的提升可以明显提高道路交通安全[11]。

2)平面立体视觉减速图案可广泛应用于城市道路、农村道路、高速公路收费站等，但不适用于施工作业区等危险地段和学校等人流密集的地方。

3)平面立体视觉减速带的应用具有一定“时效性”，即施划初期，减速效果较好，一段时间后，平均减速度降低，但始终保持在一个可靠范围内。

4)“一”字形减速标线在线性设计上符合规范要求，在颜色选择上符合驾驶人的视认性特性。为了更好地保证立体效果，采用计算机进行模拟，得出了较为准确的θ值。

参考文献

[1]交通管理与控制[M].北京：人民交通出版社，2012.

[2]Transportation Association of Canada,Canadian Institute of Transportation Engineer.Canadian Guide to Neighborhood Traffic Calming[Z].Journal of Women’s Health,2013.

[3]俞耀.山区公路减速带应用技术关键问题[D].重庆:重庆交通大学，2010.

[4]胡斌，袁黎，吴文路.橡胶减速带几何优化设计研究[J].公路交通技术，2014(3)：152-154.

[5]张韡，魏朗，余强.道路减速带对车辆平顺性和安全性的影响[J].长安大学学报(自然科学版)，2008，28(4)：95-98.

[6]王炜.交通工程学[M].南京：东南大学出版社，2000.

[7]高伟江.基于视频技术的交通标线视觉评价方法的研究[D].西安：长安大学，2008.

[8]康维新，魏国丰，党跃轩.公路限速模型的研究[J].黑龙江工程学院学报(自然科学版)，2004,18(4)：32-33.

[9]董锐.高速公路施工作业区交通标志视认性研究[D].西安：长安大学，2011.

[10] 许金良，王荣华，冯志慧，等.基于动视觉特性的高速公路景观敏感区划分[J].交通运输工程学报，2015，15(2)：1-9.

[11] BEN-BASSAT T,SHINAR D.Are ergonomically designed traffic signs more comprehensible[D].Ben-Gurion University of the Negev,Israel.2003.

[责任编辑：刘文霞]

Road surface deceleration pattern based on three-dimensional effect

REN Lu，YANG Quantao，CHANG Xu

(School of Highway，Chang’an University，Xi’an 710064，China)

Abstract：In order to further improve the road environment,and reduce vibration of the road hump,this paper presents driver’s visual characteristics，through the geometry and color match，and propoces three dimensional physical barrier visual effect.Discussion is also made on the parameter of different shapes and colors of the pattern in order to achieve the best visual effects under different speed，and to ensure the traffic safety.The driver’s physical and mental influence can make the driving speed slow down.

Key words：traffic safety; dynamic visual characteristics; stereovision; deceleration pattern; setting parameter

DOI:10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2016.03.006

收稿日期：2016-03-13

作者简介：任璐(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：交通工程.

中图分类号：U491

文献标识码：A

文章编号：1671-4679(2016)03-0023-03