北京林業(yè)大學(xué)-基于駕駛員視覺與心理的新型交通指示牌設(shè)計(jì)-北京

1、基于駕駛員視覺與心理的新型交通指示牌設(shè)計(jì)作品作者：杜旭之 陳福軍 于佳天 史阿蒙 向盼指導(dǎo)老師：陳來(lái)榮（北京林業(yè)大學(xué) 工學(xué)院 車輛工程）摘要：本作品基于駕駛員視覺、心理，根據(jù)視覺心理學(xué)、色彩學(xué)的理論及方法，探討如何完善交通指示牌的設(shè)計(jì)來(lái)提高道路行車的安全性。作品從標(biāo)志牌的幾何設(shè)計(jì)和圖文色彩設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行理論分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，體現(xiàn)交通系統(tǒng)的人本化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：交通指示牌；視覺；心理；色彩學(xué)1引言我國(guó)交通指示牌設(shè)置根據(jù)國(guó)標(biāo)道路交通標(biāo)志和標(biāo)線（GB-5768-1999）。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，交通指示牌的設(shè)計(jì)和設(shè)置，如設(shè)置角度、幾何形狀、色彩匹配還存在一些問題。這些問題有可能干擾駕駛員的正常駕駛，構(gòu)成交通事故的

2、隱患。因此交通指示牌的完善與優(yōu)化值得深入探討。其中標(biāo)志設(shè)置的縱向、橫向位置以及標(biāo)志面的偏轉(zhuǎn)角度，色彩圖文都直接影響著標(biāo)志的視認(rèn)性。為此，本課題從標(biāo)志牌的幾何角度和圖文色彩兩方面進(jìn)行分析、優(yōu)化和設(shè)計(jì)。2交通標(biāo)志牌的幾何角度設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)思路理論上視覺可以感知視野范圍內(nèi)的所有物體，但不同的物體被感知的程度不同。在下述的角度設(shè)計(jì)中，假設(shè)當(dāng)駕駛員剛能看清指示牌時(shí)，他眼光軸到字體方向的夾角為理想化的0°，表1，表2分別是視覺椎體角度與駕駛員的感知情況。表1 視覺椎體角度與駕駛員的感知情況關(guān)系 表2 速度、視距、俯視角的關(guān)系速度（km/h）平均視距（m）俯視角 （°）097.23.0

3、04095.73.058095.03.0812093.43.13視覺椎體角度駕駛員視覺辨認(rèn)標(biāo)識(shí)程度3°5°視覺最敏銳98%駕駛員能夠識(shí)別5°6°視覺十分敏銳10°12°視覺清晰12°20°滿意視覺66%駕駛員能夠識(shí)別 圖1 中國(guó)成年人體二維模型 圖2 門架式標(biāo)志牌俯視角的計(jì)算模型2.3 設(shè)計(jì)說(shuō)明交通標(biāo)志設(shè)置的支撐方式主要有門架式、懸臂式、立柱式、附著式四種，現(xiàn)分別對(duì)這四種標(biāo)志牌進(jìn)行角度設(shè)計(jì)。門架式標(biāo)志牌的角度設(shè)計(jì)由于門架式標(biāo)志牌一般置于單向車道的中間上方位置，設(shè)計(jì)只考慮俯視角而不考慮側(cè)偏角的設(shè)計(jì)。如圖2 計(jì)算模型所

4、示，駕駛員視線離地面的平均距離為AB。其中，車輛平均最小離地間隙取常用車型的平均值。由道路交通標(biāo)志和標(biāo)線手冊(cè)，門架式標(biāo)志牌凈空高度，由幾何關(guān)系，設(shè)計(jì)標(biāo)志牌俯視角： 計(jì)算所得俯視角如表2，圖3： 圖3俯視角與道路設(shè)計(jì)車速的關(guān)系 圖6 角度與道路設(shè)計(jì)車速的函數(shù)關(guān)系 圖4 門架式牌的角度設(shè)計(jì) 圖7 懸臂式牌的角度設(shè)計(jì) 由于，而隨著增大而增大，所以的實(shí)際值應(yīng)稍大于計(jì)算所得值，所以實(shí)際設(shè)計(jì)指示牌的俯視角應(yīng)在上述曲線的上方并接近上述曲線。三維簡(jiǎn)單模型如圖4所示：懸臂式標(biāo)志牌的角度設(shè)計(jì)由于懸臂式標(biāo)志牌一般設(shè)于道路右側(cè)，所以應(yīng)同時(shí)考慮側(cè)偏角和俯視角。由圖5計(jì)算模型：設(shè)標(biāo)志牌的俯視角為，則，側(cè)傾角為，由幾何關(guān)系

5、：（2）;（3）。參考道路交通標(biāo)志和標(biāo)線手冊(cè)，懸臂式標(biāo)志牌適用于路寬較寬（大于4車道），道路凈空高度>=5.50m的道路上。根據(jù)GB50220-95，各車道寬度：3.75m4.5m，側(cè)向凈空>=1.75m。參考道路交通標(biāo)志和標(biāo)線手冊(cè)，標(biāo)志距離機(jī)動(dòng)車道應(yīng)該保持在1.85.5m之間，現(xiàn)以對(duì)8車道道路（路肩寬度為3m，凈空高度=5.50m）設(shè)計(jì)為例：駕駛員行駛在最左側(cè)車道，根據(jù)一般駕駛員的駕駛習(xí)慣： ；圖5 懸臂、立柱、附著式指示牌俯視角和側(cè)偏角的計(jì)算模型根據(jù)圖5帶入上述公式（2）（3）計(jì)算得表3、圖6：表3 速度、視距、俯視角、側(cè)偏角的關(guān)系速度（km/h）平均視距（m）俯視角 （

6、76;）側(cè)偏角（°）側(cè)偏角（°）097.22.71210.70214.7524095.72.75410.87214.9888095.02.77510.95315.10112093.42.82211.14315.366CD的實(shí)際距離相對(duì)計(jì)算距離偏大，俯視角隨CD的增大而增大，所以實(shí)際設(shè)計(jì)的俯視角的曲線在上圖所示的曲線1之上，并且應(yīng)盡可能與之接近。由于標(biāo)志牌的襯邊尺寸，字寬，路肩邊緣寬度以及汽車的結(jié)構(gòu)寬度在一定程度上可以相互抵消，使得AB的實(shí)際值相對(duì)于計(jì)算值偏差不大，所以對(duì)應(yīng)于標(biāo)志牌側(cè)偏角的實(shí)際設(shè)計(jì)，其曲線應(yīng)在曲線2和曲線3的區(qū)間內(nèi)，并且對(duì)于6車道或是4車道設(shè)計(jì)計(jì)算所得的側(cè)偏角

7、均在上述曲線3的下方。三維簡(jiǎn)單模型如下圖7所示：立柱式標(biāo)志牌角度的設(shè)計(jì)與懸臂式標(biāo)志牌設(shè)計(jì)同理，根據(jù)道路交通標(biāo)志和標(biāo)線手冊(cè)，單、雙立柱標(biāo)志牌距離機(jī)動(dòng)車道一般在1.8m5.0m范圍內(nèi)，凈空高度在1.0m2.5m之間，以8車道（路肩寬度為3m）設(shè)計(jì)為例（由圖5）： ； 根據(jù)圖5代入公式（2）（3）計(jì)算得表4、圖8：表4 速度、視距、俯視角、側(cè)偏角的關(guān)系速度（km/h）平均視距（m）俯視角 （°）俯視角 （°）側(cè)偏角（°）側(cè)偏角（°）097.20.0590.9436.6769.9234095.70.0600.9586.78110.0808095.00.0600.

8、9656.83110.15512093.40.0610.9826.94910.331與2的分析結(jié)果同理，實(shí)際的俯視角設(shè)計(jì)應(yīng)在曲線1和曲線2之間，并且上下臨界點(diǎn)盡可能接近曲線1和曲線2。側(cè)偏角的實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)該在曲線3與曲線4的區(qū)間內(nèi)。并且對(duì)于4車道、6車道設(shè)計(jì)計(jì)算的側(cè)偏角應(yīng)該在曲線4的下方。三維簡(jiǎn)單模型如下圖9所示。 附著式標(biāo)志牌的角度設(shè)計(jì)附著式標(biāo)志牌距離機(jī)動(dòng)車道應(yīng)保持在1.8m5.0m之間，凈空高度為1.00m2.50m，由于附著式標(biāo)志牌一般設(shè)置在隧道口或上浮橋側(cè)立面上，而我國(guó)的隧道或上浮橋一般是不超過(guò)6車道的，因此以6車道（路肩寬度為3m）上的標(biāo)志牌設(shè)計(jì)為例（由圖5）：同理根據(jù)圖5由公式（2）

9、（3）計(jì)算可得表5、圖10：表5速度、視距、俯視角、側(cè)偏角的關(guān)系速度（km/h）平均視距（m）俯視角 （°）俯視角 （°）側(cè)偏角（°）側(cè)偏角（°）097.20.0590.9436.6810.224095.70.0600.9586.7810.388095.00.0600.9656.8310.4612093.40.0610.9826.9510.64 圖8角度與道路設(shè)計(jì)車速的函數(shù)關(guān)系 圖10 角度與道路設(shè)計(jì)車速的函數(shù)關(guān)系與3分析同理。上述各種標(biāo)志牌的角度設(shè)計(jì)分析主要是針對(duì)乘用車的，對(duì)于各種非乘用車而言，其平均最小離地間隙大于乘用車，從而使駕駛員的視線在垂直方向

10、上升高，這樣就要求交通指示牌的俯視角的設(shè)計(jì)有所減小，這恰好也符合上述的設(shè)計(jì)結(jié)果分析。通過(guò)對(duì)交通指示牌角度的合理設(shè)置，可以進(jìn)一步的增強(qiáng)駕駛員的視覺敏銳程度，從而促進(jìn)了駕駛員對(duì)交通指示牌的識(shí)別。三維簡(jiǎn)單模型如下圖11所示。 圖9 立柱式角度設(shè)計(jì) 圖11 附著式角度設(shè)計(jì)3.交通指示牌的圖文色彩設(shè)計(jì)交通心理學(xué)研究表明，交通標(biāo)志背景的顏色很大程度上決定了駕駛員能否有效地視認(rèn)交通標(biāo)志，以及準(zhǔn)確地判斷交通標(biāo)志的意義。色彩對(duì)比強(qiáng)烈，視認(rèn)效果較好。不同的配色方案給人的視覺效果有較大的不同。實(shí)踐證明，對(duì)交通標(biāo)志易讀性的先后順序是黃底黑字、白底綠字、白底紅字。對(duì)于道路交通標(biāo)識(shí)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，圖形、符號(hào)、色彩、文字等平面設(shè)

11、計(jì)元素是交通標(biāo)志設(shè)計(jì)的重要組成部分。3.1 圖形設(shè)計(jì)相對(duì)于文字標(biāo)志，圖形符號(hào)在辨認(rèn)速度和距離上均比文字信息要優(yōu)越。用圖形符號(hào)來(lái)表示信息，不受語(yǔ)言文字的限制，不同國(guó)家、民族、語(yǔ)言文字的駕駛?cè)藛T均可理解。圖形可以準(zhǔn)確地傳達(dá)信息，給人的視覺帶來(lái)一種愉快的感覺，還能有效吸引人的注意。如表6所示：表6 圖形路標(biāo)路標(biāo)圖示寓意“護(hù)士”路標(biāo)一個(gè)文靜的護(hù)士，將食指貼在嘴唇上前方醫(yī)院，禁止鳴笛“睡嬰”路標(biāo)一名熟睡的嬰兒禁止鳴笛“老人與小孩”路標(biāo)一老一幼攜手行走注意減速避讓行人“醉漢”圖標(biāo)一醉漢躺拿著一只酒瓶，從翻到的車中爬出禁止酒后駕駛“腳印”路標(biāo)一雙赤足腳印禁止一切機(jī)動(dòng)車輛通行“防滑”路標(biāo)一個(gè)小孩在雪地上滑行注

12、意雪地行車安全3.2色彩設(shè)計(jì)道路交通標(biāo)志設(shè)置應(yīng)結(jié)合本地區(qū)的道路線形、交通狀況、沿線設(shè)施等情況，其設(shè)置應(yīng)充分考慮道路使用者在動(dòng)態(tài)條件下發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、判讀及采取行動(dòng)的時(shí)間和前置距離。為了有效發(fā)揮傳遞信息的作用，交通標(biāo)志應(yīng)設(shè)置在車輛、行人行進(jìn)方向最易于發(fā)現(xiàn)、識(shí)認(rèn)的地點(diǎn)，不應(yīng)被路樹和其它設(shè)施遮擋，并根據(jù)情況進(jìn)行反光處理。以道路的兩旁是綠化帶為例，現(xiàn)有的交通指示牌的支撐桿一般為銀灰色，綠化帶可以起到吸塵、降噪的作用，一般呈現(xiàn)出暗綠色。當(dāng)日光較暗或在傍晚時(shí)分時(shí)，駕駛員在較高車速下行駛時(shí)，交通指示牌很容易被駕駛員忽視。因此，我們可以將現(xiàn)有的銀灰色支撐桿改成紅色，與道路環(huán)境形成強(qiáng)烈色彩對(duì)比，使指示牌很容易被注意

13、到。此外，紅色強(qiáng)烈的危險(xiǎn)感刺激，可以從一定程度上使駕駛員注意并本能的降低車速，有效提高交通安全指數(shù)，另一方面也可以適當(dāng)改善駕駛員的色覺疲勞，從而降低駕駛員對(duì)指示牌的視覺疲勞。如圖12和表7所示： 表8 幽默語(yǔ)言標(biāo)志牌 限速這座城市不喜歡超速的司機(jī)！注意車速：本城一無(wú)醫(yī)院、二無(wú)醫(yī)生、三無(wú)藥品。您打算以每小時(shí)40公里開車活到80歲，還是相反？禁止酒后駕駛這里的警察不喜歡喝酒的司機(jī)。誰(shuí)又喝了酒？來(lái)警察局分享一下！禁止停車這里的“停車費(fèi)”很貴的，你付的起嗎？想想停車的后果表7 環(huán)境與標(biāo)志桿顏色的互襯 路邊環(huán)境顏色支撐桿顏色白色綠色黃色黑色紅色綠色藍(lán)色橙色青綠色紫色黑色白色 圖12 換色前后指示牌的對(duì)比

14、 3.3文字設(shè)計(jì)道路交通標(biāo)志尤其是指路標(biāo)志中，文字是傳達(dá)信息最直接的工具，如何快速準(zhǔn)確地把信息傳達(dá)給道路使用者，其本身的設(shè)計(jì)質(zhì)量起關(guān)鍵因素。道路交通標(biāo)志中，字體、表達(dá)都必須設(shè)計(jì)得合理規(guī)范。提醒語(yǔ)句幽默詼諧，很容易被駕駛員理解和接受（如表8所示）。4. 結(jié)束語(yǔ)本作品分別對(duì)標(biāo)志牌進(jìn)行了幾何角度設(shè)計(jì)和圖文色彩設(shè)計(jì)，應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)學(xué)模型、計(jì)算分析歸納的物理過(guò)程對(duì)交通牌的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了一個(gè)初步的闡述，使其緊張和疲勞狀態(tài)得以緩解，提高駕駛安全度。本課題雖然從數(shù)學(xué)、物理的角度對(duì)交通指示牌進(jìn)行描述，但其中數(shù)據(jù)及計(jì)算僅基于實(shí)驗(yàn)和調(diào)查，其結(jié)果的精確性還有待提高。希望能夠提供一種新的思路，使我國(guó)的交通系統(tǒng)更加的完善、健全。參考文獻(xiàn)1 交通大辭典編委會(huì). 交通大辭典. 上海：上海大學(xué)出版社，2005.2 唐錚錚等. 道路交通標(biāo)志和標(biāo)線手冊(cè). 北京：人民交通出版社，2009，11.3 周蔚吾等. 道路交通標(biāo)志標(biāo)線設(shè)置技術(shù)手冊(cè). 北京：知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2007.5.4 交