道路交通标志单因素视觉信息易读性研究

周长春 姜浩然 李锐 庄景涵

摘  要：文章研究交通标志文字的字数对信息易读性的影响。通过设计实验来测量不同字数的道路交通标志认读阈限，作为衡量视觉信息易读性的一个标准。通过重复测量设计实验，对此实验得出的数据进行单因素重复测量方差分析，得出字数对易读性的影响关系，随着字数的增加易读性越差。为以后设计符合人类工效学原则的道路交通标志工作做铺垫。

关键词：易读性;交通标志;方差分析;字数

中图分类号：U491.5+2      文献标志码：A              文章编号：2095-2945（2019）23-0073-03

Abstract： This paper studies the influence of the number of words of traffic signs on the readability of information. Through designing experiment， we measure the road traffic sign recognition threshold of different words， which is used as a standard to measure the readability of visual information. Through the repeated measurement design experiment， the single factor repeated measurement variance analysis of the data obtained from this experiment is carried out， and the influence of the number of words on readability is obtained; the worse the readability， the larger the number of words. This lays the groundwork for the design of road traffic signs in accordance with the principles of ergonomics in the future.

Keywords： readability; traffic signs; analysis of variance; number of words

1 概述

隨着我国城市的经济不断加快发展，城市交通系统的建造也在不断完善。但由于公路线网越来越密集，交通拥堵、交通事故等频繁发生。而道路交通标志的设计队交通事故的发生影响很大。这就对交通标志设计的合理性提出了很高的要求。人感知外界信息其中80%以上的外界信息是通过视觉系统获取，由此可见进行道路交通标志的视觉信息易读性研究非常重要。

根据钟连德等人对国内多条高速公路事故调查的数据显示，在交通事故致因中人为因素高达83%，占主要部分，其中驾驶员操作不当位于第一位，占总数的36.31%[1]。引起驾驶员操作不当有许多种原因，道路交通标志设计不合理是导致驾驶员操作不当的重要原因之一[2]。

本文针对道路名称的字数进行易读性研究，得出一个易读性较好的组合。意义是通过对道路交通标志进行研究，得出易读性较好的组合，让道路交通标志在驾驶员驾驶过程中发挥重要作用，给驾驶员提供有效地道路信息并提前告知前方路况、提高驾驶员的注意力，从而减少交通事故的发生。

2 视觉研究基础理论

2.1 实验基础理论

2.1.1 实验设计的基本类型

（1）被试者间设计：被试者间设计（或组间法）是要求每个被试者（组）只接受一个自变量处理，对另一被试者（组）进行另一种处理，故又称这种设计为独立组设计[3]。

（2）被试者内设计：被试者内设计（或受试者内设计、单组实验设计）是每个被试者须接受自变量的所有情况的处理，也称重复测量设计。

（3）混合设计：混合设计是在一个实验中同时采用上述两者的两种基本设计的实验设计。

2.1.2 视觉实验中的变量

视觉实验有许多自变量，如字体的大小、形状、背景颜色、排列方式、字的个数、文字的熟悉度以及材料的呈现位置和呈现先后等，这些自变量都会影响因变量。

本文以文字字数为自变量，以认读阀限为因变量进行研究。认读阈限是人视觉系统的一种特性，呈现为时间达到某个定值才能完全认读的一个限值。它与易读性有一定关系，阈限越大，易读性越差，阈限越小，易读性越好[4]。

2.2 实验数据的统计分析

由于本次实验先是将被试者随机分配到两因素（颜色，方向）的不同水平下产生的四个组合中，完成每组样本间独立的实验，即每名被试者只参加了多个自变量水平组合的实验测量，得出被试间的实验数据。然后再让每名被试者接受变量中所有水平的实验处理，得出被试内的实验数据。所以实验数据处理方法有多因素独立样本方差分析和多因素重复测量方差分析，即多因素被试间方差分析、多因素被试内反差分析。

在方差分析前先要进行正态分布检验，与方差齐性假设检验，在本文中先用MATLAB软件进行正态分布检验，后用SPSS软件进行方差齐性假设检验同时进行方差分析。

3 研究方案的设计

3.1 实验环境、对象、设备的选择

（1）实验环境

某人机工程实验室。实验时间是9月的白天。实验室内保证明亮适应，温度适宜，实验室保证安静，避免其他因素干扰。

（2）实验对象

在校共16名学生，男生8名女生8名，平均年龄22周岁左右，测试时身体精神均良好，视力5.0或矫正到达后5.0。

（3）实验设备

EP801C型速示测试仪。

3.2 方案的设计

本次实验研究样本选择蓝底白字，研究的字数是两个字、三个字、四个字。

由于实验研究是在实验室内，则要在实验内模拟驾驶员在道路上看到交通标志的情景，因此需要计算出实验室内测试字体的高度，在实验室设定被试者看到卡片的距离s=0.5m。先计算消失距离，即驾驶员在行驶过程中看道路标志在他视野消失时，车辆距离标志牌的距离L消，如公式1。

L消=d/tanβ（1）

当速度为120km/h时，人的视野β为22°，交通行业标准JTG B01-2014《公路工程技术标准》规定：设计时速120km/h的高速公路车道宽度为3.75m，人距离边缘距离取1m得B=10m。标志上的文字高度与道路的运行速度有关，速度为100-120km/h的路段，汉字高度为60-70cm，这里取60cm，常见城市道路指路标志版面高度一般不超过6个汉字的高度，这里取6。标志板下边缘距地面高取5m，驾驶员视线高取1.2m[9]。则h=5-1.2+5.6×0.6=7.16m。

实验室内要使被试者在距离物体s=0.5m时，看到字的高度要与驾驶员在高速公路上离标志牌S=75m时，看到H=60cm高的汉字成的像一样的。则在实验室内看到的字高h1，由式（3）得h1=0.004m，所以字的高度h1为0.004m。

正式实验步骤如下：

（1）先通过大量实验将两个字，三个字，四个字的测试初始时间与时间梯度测出。

（2）按照实验指导语给被试者讲述，并进行试作实验，让被试者熟悉实验的要求和操作。

（3）以每组的初始时间开始，进行实验，如果被试者不能准确报告卡片的字，则主试增加呈现时间，以10ms的梯度上升。换另外的卡片再次呈现给被试者，如此重复，逐渐增加呈现时间，直至被试者能快速认读出卡片呈现的所有字为止，主试记录下此时的呈现时间，让16名被试者进行都这两组的实验测量，得出重复测量下的两个组合的认读阈限，并记录。

（4）关闭电源，整理实验仪器，保持实验室干净、整洁。

4 不同字数对认读阈限的影响数据分析

4.1 数据汇总、排异

（1）数据汇总

（2）数据排异

首先通过目测法，排除离群较大的数据。目测表1并没有发现离群较大的数据，经过目测法进行异数的排除后，要用计算法进行异数排除，具体见表1。表2中的实验数据为不同组合下的认读阈限的平均值、标准差和有效范围。

从表2可知，各一列数据均通过排异测试，每一组数据都是较为科学合理的数，没有存在非常异样的数据。

4.2 正态分布检验

将排异好后的数据，对第一组合和第三组合都用MATLAB软件进行正态分布检验，分析结果如图1，2。

图1对应的是第一个组合，即两个字组16名被试者的数据分布图，图2对应第三个组合。在图中能大概判断出，两组数据均符合。

MATLAB软件还会反馈四个值：h、p、kstat、critval。当h=0时，p越大正态分布越好，一般是0.5;kstat小于critval时符合正态分布，两者相差越大正态分布越好。两组的反馈值见表3。

由表3析得出两个组合的正态分布反馈值都h=0，且kstat小于critval，所以两组数据均符合正态分布，不需要将差异大数值排除，可以进行下一步分析。

4.3 单因素重复测量方差分析

本次实验是每个人都进行两个字，三个字，四个字的测试，所以数据处理要考虑到重复测量的问题，下面对排异和正态分布检验后的数据进行单因素三水平重复测量方差分析。

（1）SPSS输出结果分析

将数据导入SPSS得重复测量方差分析球对称检验X2=1.989，p=0.370>0.05，满足球对称条件，不需要对自由度进行校正，在分析不同字数的认读阈限是否存在差异的p值时，直接取采用的球形度下的p值。由主体内效应检验得方差分析结果F=528.063，p=0.000<0.05，认为字数对认读阈限是有影响的。

Bonterroni两两比较分析结果显示，两个字、三个字和四个字三者的认读阈限间差异均有统计学意义，p均为0.000，小于0.05，结合均值计算结果，两个字的认读阈限最小，为132.500;三个字的在两者之间，为223.750;四个字的最大，为386.250。

（2）误差分析

实验是设计时间梯度的实验，在梯度间的时间，没有进行测量，认读阈值可能存在设计的梯度内，从而可能得到比真正值还大的数据。另外，光照强度与噪声可能会让被试者注意力不集中，影响实验结果。

5 结论

本文研究交通标志字数对信息易读性的影响。驾驶员在认读指示道路标志的过程中，先是在指示道路标志搜索到你要寻找的道路名称，再对道路名称的每个字进行阅读。当道路名称字数增加时会增加驾驶员认读的道路交通标志的时间。因此对文字字数的实验研究认为两个字，三个字，四个字的认读阈限是有合理地解释的。

但是在根据人因学的研究分析，一般来说，驾驶员认读四个以上文字时，时间明显增加，因此在完整清晰地表达标志信息的前提下，标志上的字内容越少越好[10]。看似与本文的研究结果相反，但是本文中在对文字字数的实验研究没有对五个字数的认读时间进行研究，因此如果将两个字，三个字，四个字，五个字或者更多字一起比較，也许会得出四个以上的文字的认读时间明显增加的结果。加上本文是在静态时进行测量，相对动态时是有差异的。

参考文献：

[1]钟连德，孙小端，陈永胜，等.中国高速公路事故特点及分布规律研究[J].道路交通与安全，2007（04）：11-15.

[2]关伟.驾驶员对交通标志的视觉信息认知过程实验研究[D].北京工业大学，2014.

[3]陈和兰，陆金生.浅谈人机工程学在标识导向系统中的应用——视觉篇[J].广告大观（标识版），2010（01）：35-38.

[4]李海平.1933年伦敦地铁系统交通图的诞生及其版面形式[D].中国美术学院，2008.

[5]Brian Woishon，Robert Degeyter. Analysis and predictive Modeling of Doad Sign Retroreflectivity Performance [C].16thBiennial Symposiumon Visibility and Simulation，Lowa City，2002.

[6]Manualon Uniform Traffic Control Devices.U.S.Department of Transportation Federal Highway Administration，2003.

[7]Ben-Bassat， T.， & Shinar， D. Ergonomic guidelines for trafficsign design  increase sign comprehension[J]. Human Factors， 2006，48（1）：182-195.

[8]楊久龄，刘会学.GB5768-1998《道路交通标志和标线》应用指南[M].北京：中国标准出版社，新华出版社.

[9]中华人民共和国国家标准：GB 5768-2009道路交通标志和标线[S].

[10]Tinker M A. Perceptual and oculomotor efficiency in reading materials in vertical and horizontal arrangements[J]. The American Journal of Psychology，1955，68（3）：444-449.