北京林業(yè)大學-基于駕駛員視覺與心理的新型交通指示牌設計-北京

1、基于駕駛員視覺與心理的新型交通指示牌設計作品作者：杜旭之 陳福軍 于佳天 史阿蒙 向盼指導老師：陳來榮（北京林業(yè)大學 工學院 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、色彩學的理論及方法，探討如何完善交通指示牌的設計來提高道路行車的安全性。作品從標志牌的幾何設計和圖文色彩設計兩方面進行理論分析和優(yōu)化設計，體現(xiàn)交通系統(tǒng)的人本化設計。關鍵詞：交通指示牌；視覺；心理；色彩學1引言我國交通指示牌設置根據(jù)國標道路交通標志和標線（GB-5768-1999）。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，交通指示牌的設計和設置，如設置角度、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。其中標志設置的縱向、橫向位置以及標志面的偏轉角度，色彩圖文都直接影響著標志的視認性。為此，本課題從標志牌的幾何角度和圖文色彩兩方面進行分析、優(yōu)化和設計。2交通標志牌的幾何角度設計2.1 設計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。在下述的角度設計中，假設當駕駛員剛能看清指示牌時，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系 表2 速度、視距、俯視角的關系速度（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標識程度3°5°視覺最敏銳98%駕駛員能夠識別5°6°視覺十分敏銳10°12°視覺清晰12°20°滿意視覺66%駕駛員能夠識別 圖1 中國成年人體二維模型 圖2 門架式標志牌俯視角的計算模型2.3 設計說明交通標志設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)分別對這四種標志牌進行角度設計。門架式標志牌的角度設計由于門架式標志牌一般置于單向車道的中間上方位置，設計只考慮俯視角而不考慮側偏角的設計。如圖2 計算模型所

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。由道路交通標志和標線手冊，門架式標志牌凈空高度，由幾何關系，設計標志牌俯視角： 計算所得俯視角如表2，圖3： 圖3俯視角與道路設計車速的關系 圖6 角度與道路設計車速的函數(shù)關系 圖4 門架式牌的角度設計 圖7 懸臂式牌的角度設計 由于，而隨著增大而增大，所以的實際值應稍大于計算所得值，所以實際設計指示牌的俯視角應在上述曲線的上方并接近上述曲線。三維簡單模型如圖4所示：懸臂式標志牌的角度設計由于懸臂式標志牌一般設于道路右側，所以應同時考慮側偏角和俯視角。由圖5計算模型：設標志牌的俯視角為，則，側傾角為，由幾何關系

5、：（2）;（3）。參考道路交通標志和標線手冊，懸臂式標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，側向凈空>=1.75m。參考道路交通標志和標線手冊，標志距離機動車道應該保持在1.85.5m之間，現(xiàn)以對8車道道路（路肩寬度為3m，凈空高度=5.50m）設計為例：駕駛員行駛在最左側車道，根據(jù)一般駕駛員的駕駛習慣： ；圖5 懸臂、立柱、附著式指示牌俯視角和側偏角的計算模型根據(jù)圖5帶入上述公式（2）（3）計算得表3、圖6：表3 速度、視距、俯視角、側偏角的關系速度（km/h）平均視距（m）俯視角 （

6、76;）側偏角（°）側偏角（°）097.22.71210.70214.7524095.72.75410.87214.9888095.02.77510.95315.10112093.42.82211.14315.366CD的實際距離相對計算距離偏大，俯視角隨CD的增大而增大，所以實際設計的俯視角的曲線在上圖所示的曲線1之上，并且應盡可能與之接近。由于標志牌的襯邊尺寸，字寬，路肩邊緣寬度以及汽車的結構寬度在一定程度上可以相互抵消，使得AB的實際值相對于計算值偏差不大，所以對應于標志牌側偏角的實際設計，其曲線應在曲線2和曲線3的區(qū)間內(nèi)，并且對于6車道或是4車道設計計算所得的側偏角

7、均在上述曲線3的下方。三維簡單模型如下圖7所示：立柱式標志牌角度的設計與懸臂式標志牌設計同理，根據(jù)道路交通標志和標線手冊，單、雙立柱標志牌距離機動車道一般在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）設計為例（由圖5）： ； 根據(jù)圖5代入公式（2）（3）計算得表4、圖8：表4 速度、視距、俯視角、側偏角的關系速度（km/h）平均視距（m）俯視角 （°）俯視角 （°）側偏角（°）側偏角（°）097.20.0590.9436.6769.9234095.70.0600.9586.78110.0808095.00.0600.

8、9656.83110.15512093.40.0610.9826.94910.331與2的分析結果同理，實際的俯視角設計應在曲線1和曲線2之間，并且上下臨界點盡可能接近曲線1和曲線2。側偏角的實際設計應該在曲線3與曲線4的區(qū)間內(nèi)。并且對于4車道、6車道設計計算的側偏角應該在曲線4的下方。三維簡單模型如下圖9所示。 附著式標志牌的角度設計附著式標志牌距離機動車道應保持在1.8m5.0m之間，凈空高度為1.00m2.50m，由于附著式標志牌一般設置在隧道口或上浮橋側立面上，而我國的隧道或上浮橋一般是不超過6車道的，因此以6車道（路肩寬度為3m）上的標志牌設計為例（由圖5）：同理根據(jù)圖5由公式（2）

9、（3）計算可得表5、圖10：表5速度、視距、俯視角、側偏角的關系速度（km/h）平均視距（m）俯視角 （°）俯視角 （°）側偏角（°）側偏角（°）097.20.0590.9436.6810.224095.70.0600.9586.7810.388095.00.0600.9656.8310.4612093.40.0610.9826.9510.64 圖8角度與道路設計車速的函數(shù)關系 圖10 角度與道路設計車速的函數(shù)關系與3分析同理。上述各種標志牌的角度設計分析主要是針對乘用車的，對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計有所減小，這恰好也符合上述的設計結果分析。通過對交通指示牌角度的合理設置，可以進一步的增強駕駛員的視覺敏銳程度，從而促進了駕駛員對交通指示牌的識別。三維簡單模型如下圖11所示。 圖9 立柱式角度設計 圖11 附著式角度設計3.交通指示牌的圖文色彩設計交通心理學研究表明，交通標志背景的顏色很大程度上決定了駕駛員能否有效地視認交通標志，以及準確地判斷交通標志的意義。色彩對比強烈，視認效果較好。不同的配色方案給人的視覺效果有較大的不同。實踐證明，對交通標志易讀性的先后順序是黃底黑字、白底綠字、白底紅字。對于道路交通標識系統(tǒng)來說，圖形、符號、色彩、文字等平面設

11、計元素是交通標志設計的重要組成部分。3.1 圖形設計相對于文字標志，圖形符號在辨認速度和距離上均比文字信息要優(yōu)越。用圖形符號來表示信息，不受語言文字的限制，不同國家、民族、語言文字的駕駛人員均可理解。圖形可以準確地傳達信息，給人的視覺帶來一種愉快的感覺，還能有效吸引人的注意。如表6所示：表6 圖形路標路標圖示寓意“護士”路標一個文靜的護士，將食指貼在嘴唇上前方醫(yī)院，禁止鳴笛“睡嬰”路標一名熟睡的嬰兒禁止鳴笛“老人與小孩”路標一老一幼攜手行走注意減速避讓行人“醉漢”圖標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”路標一雙赤足腳印禁止一切機動車輛通行“防滑”路標一個小孩在雪地上滑行注

12、意雪地行車安全3.2色彩設計道路交通標志設置應結合本地區(qū)的道路線形、交通狀況、沿線設施等情況，其設置應充分考慮道路使用者在動態(tài)條件下發(fā)現(xiàn)、識別、判讀及采取行動的時間和前置距離。為了有效發(fā)揮傳遞信息的作用，交通標志應設置在車輛、行人行進方向最易于發(fā)現(xiàn)、識認的地點，不應被路樹和其它設施遮擋，并根據(jù)情況進行反光處理。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。當日光較暗或在傍晚時分時，駕駛員在較高車速下行駛時，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)境形成強烈色彩對比，使指示牌很容易被注意

13、到。此外，紅色強烈的危險感刺激，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改善駕駛員的色覺疲勞，從而降低駕駛員對指示牌的視覺疲勞。如圖12和表7所示： 表8 幽默語言標志牌 限速這座城市不喜歡超速的司機！注意車速：本城一無醫(yī)院、二無醫(yī)生、三無藥品。您打算以每小時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。誰又喝了酒？來警察局分享一下！禁止停車這里的“停車費”很貴的，你付的起嗎？想想停車的后果表7 環(huán)境與標志桿顏色的互襯 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色橙色青綠色紫色黑色白色 圖12 換色前后指示牌的對比

14、 3.3文字設計道路交通標志尤其是指路標志中，文字是傳達信息最直接的工具，如何快速準確地把信息傳達給道路使用者，其本身的設計質(zhì)量起關鍵因素。道路交通標志中，字體、表達都必須設計得合理規(guī)范。提醒語句幽默詼諧，很容易被駕駛員理解和接受（如表8所示）。4. 結束語本作品分別對標志牌進行了幾何角度設計和圖文色彩設計，應用數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)學模型、計算分析歸納的物理過程對交通牌的優(yōu)化設計進行了一個初步的闡述，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、物理的角度對交通指示牌進行描述，但其中數(shù)據(jù)及計算僅基于實驗和調(diào)查，其結果的精確性還有待提高。希望能夠提供一種新的思路，使我國的交通系統(tǒng)更加的完善、健全。參考文獻1 交通大辭典編委會. 交通大辭典. 上海：上海大學出版社，2005.2 唐錚錚等. 道路交通標志和標線手冊. 北京：人民交通出版社，2009，11.3 周蔚吾等. 道路交通標志標線設置技術手冊. 北京：知識產(chǎn)權出版社，2007.5.4 交