袁曉磊，邱歡，余強(qiáng)

基于瞬時(shí)記憶特性的強(qiáng)制減速車道標(biāo)志設(shè)置*

袁曉磊，邱歡，余強(qiáng)

（長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

文章結(jié)合駕駛員視野特性對(duì)交通標(biāo)志的視認(rèn)距離與消失距離進(jìn)行分析，通過記憶衰減特性對(duì)輔助減速車道、避險(xiǎn)車道的設(shè)置前置距離與重復(fù)距離進(jìn)行研究，降低因?yàn)轳{駛?cè)藢?duì)輔助減速車道標(biāo)志信息的遺忘造成的潛在交通事故的可能性。

瞬時(shí)記憶特性；交通標(biāo)志；重復(fù)距離設(shè)置；前置距離設(shè)置

前言

由于我過西部山區(qū)地理與經(jīng)濟(jì)條件限制，山區(qū)普通公路設(shè)計(jì)過程中往往會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)大下坡路段，此路段行駛車輛由于持續(xù)高強(qiáng)度制動(dòng)導(dǎo)致制動(dòng)器發(fā)生“熱衰退”現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)重大交通事故[1]。目前一般通過設(shè)置避險(xiǎn)車道、輔助減速車道對(duì)失控車輛強(qiáng)制減速，以保證長(zhǎng)下坡路段的運(yùn)行安全性。駕駛員是否能夠合理利用避險(xiǎn)車道或者輔助減速車道主要依賴于是否能夠通過交通標(biāo)志了解避險(xiǎn)車道與輔助減速車道的位置信息。本文通過研究駕駛員視認(rèn)特性分析交通標(biāo)志設(shè)置的前置距離與重復(fù)距離，解決駕駛員由于車輛高速下坡失速時(shí)而無(wú)法識(shí)別交通標(biāo)志的問題；進(jìn)而為輔助減速車道交通標(biāo)志的布置和設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)[2]。

1 駕駛員識(shí)別交通標(biāo)志過程分析

以輔助減速車道或者避險(xiǎn)車道之前設(shè)置兩個(gè)提醒標(biāo)志為例分析駕駛員如何通過識(shí)別交通標(biāo)志信息，合理利用輔助減速、避險(xiǎn)車道，如下圖（1）所示。

圖1 駕駛?cè)藢?duì)交通標(biāo)志的視認(rèn)圖

圖中W為輔助減速車道或者避險(xiǎn)車道位置，駕駛員通過A2（D3）時(shí)發(fā)現(xiàn)交通標(biāo)志2，在A2-B2過程中對(duì)交通標(biāo)志進(jìn)行有效讀取，此距離為駕駛員的視認(rèn)距離S1；駕駛員讀取交通標(biāo)志信息后在一段時(shí)間t0中記憶處于保持階段，行駛距離B2-C2為延遲距離S2；由于駕駛員視角原因，行駛到C2位置以后交通標(biāo)志2開始消失，C2- D2(A1)階段為消失距離S3，駕駛員此過程中對(duì)交通標(biāo)志信息的記憶已經(jīng)處于衰減階段，為了在駕駛員記憶衰減到一定值之前強(qiáng)化記憶，在 A1(D2)處設(shè)置交通標(biāo)志1，重復(fù)以上過程。其中標(biāo)志1到標(biāo)志2（或者A1-A2、D1-D2）之間的距離為交通標(biāo)志設(shè)置的重復(fù)距離。交通標(biāo)志1的設(shè)置前置距離S4(W-D1)需滿足行駛距離W-B1時(shí)間內(nèi)交通標(biāo)志記憶信息衰減到有效范圍之內(nèi)，一般為60%。

2 基于駕駛員視覺特性的視認(rèn)、消失距離分析

2.1 視認(rèn)距離分析

交通標(biāo)志的視認(rèn)距離一般與駕駛員的相對(duì)視力和文字高度相關(guān)，根據(jù)相關(guān)研究[3]絕對(duì)視力為1.5的駕駛員以90km/h速度行駛時(shí)視認(rèn)距離一般滿足以下關(guān)系：

式中：h為文字高度一般取值0.52m（交通牌尺寸4m*5m）；相對(duì)為駕駛?cè)说南鄬?duì)視力，90km/h速度行駛時(shí)一般取相對(duì)=0.672，為文字與視標(biāo)的轉(zhuǎn)化系數(shù)，一般取=3.07。由公式（1）可以得到駕駛員90km/h速度行駛時(shí)視認(rèn)距離大約為117m。

2.2 消失距離分析

重型載貨汽車在長(zhǎng)大下坡路段的交通事故率相對(duì)較高，因此需要設(shè)置交通標(biāo)志以提醒駕駛?cè)?。長(zhǎng)大下坡路段交通標(biāo)志設(shè)置模型與水平道路差別較大，考慮到長(zhǎng)大下坡路段坡度越大交通標(biāo)志需要更高才能滿足駕駛員正常視野范圍內(nèi)能夠準(zhǔn)確識(shí)別交通標(biāo)志信息。如圖2所示單一坡度的交通標(biāo)志設(shè)置高度模型，駕駛?cè)说囊暩邽轳{駛?cè)艘朁c(diǎn)至路面的距離，重型載貨汽車的視高通常在3m。

圖2 單一坡度條件下的標(biāo)志高度模型

與水平道路不同，長(zhǎng)大下坡路段交通標(biāo)志的設(shè)置高度應(yīng)能保證出現(xiàn)在重型載貨汽車駕駛?cè)说拇怪币曇跋孪蓿鶕?jù)圖2所建立的綜合考慮視高、縱坡、視角等多個(gè)因素建立的高度模型，由幾何關(guān)系可得：

由上式解得：

式中：為駕駛?cè)说囊暩撸?為視認(rèn)距離；為道路縱坡；為駕駛?cè)艘暯恰?/p>

圖3 變坡度條件下的標(biāo)志高度模型

同理可得變坡度條件下的計(jì)算模型，如圖3所示：

由上式解得：

式中：1，2分別為不同坡度條件下道路縱斷面在水平方向的投影距離，1，2為不同道路條件下的縱坡。

根據(jù)GB11562-1994《汽車駕駛?cè)饲胺揭曇耙蠹皽y(cè)量方法》以及車輛人機(jī)工程學(xué)，可得駕駛?cè)嗽谛熊囘^程中的垂直視野下限與水平線的夾角為4o-5o?；谶@個(gè)國(guó)標(biāo)及駕駛員常用車速等參數(shù)計(jì)算最小高度如圖4所示。

圖4 不同條件下的交通標(biāo)志高度

長(zhǎng)大下坡路段駕駛?cè)藢?duì)交通標(biāo)志視認(rèn)與水平路面上的不同之處，交通標(biāo)志設(shè)置的過低，駕駛?cè)瞬荒軌蚣皶r(shí)認(rèn)讀交通標(biāo)志，同樣設(shè)置過高會(huì)造成標(biāo)志過早的消失在駕駛?cè)艘曇爸?。同時(shí)，駕駛?cè)艘暯且灿绊懡煌?biāo)志高度的設(shè)置。因此綜合考慮駕駛?cè)艘暯恰⒁曊J(rèn)距離、視高以及道路縱坡與標(biāo)志高度的優(yōu)化模型，如表1所示為長(zhǎng)大下坡路段交通標(biāo)志的建議設(shè)置高度。

表1 交通標(biāo)志建議高度

車輛以90km/h速度行駛在6%的縱坡道路上時(shí)，標(biāo)志建議高度為2.01m。根據(jù)圖（1）可知交通標(biāo)志消失距離3滿足以下公式（6）：

式中：為駕駛?cè)艘暰€的豎直視角，人機(jī)工程學(xué)的研究表明，當(dāng)＞8°時(shí)，駕駛?cè)艘曊J(rèn)能力迅速下降取8°；為駕駛?cè)艘朁c(diǎn)高度，一般取3m；為交通標(biāo)志設(shè)置高度2.01m，0為交通標(biāo)志牌高度，一般為4m。由公式（6）可得車輛以90km/h速度行駛在6%的縱坡道路上時(shí)消失距離3為21.4m。

3 交通標(biāo)志距離設(shè)置研究

3.1 駕駛?cè)硕虝r(shí)記憶特性

視覺記憶是人的大腦對(duì)看到的物體識(shí)別、分析、記憶、遺忘、重復(fù)記憶的過程。按照記憶保存時(shí)間可以分為瞬間記憶、短時(shí)記憶和長(zhǎng)期記憶。瞬間記憶一般是指外接事物再對(duì)人腦刺激的作用下的暫存，一般在0.25-2s之間，瞬間記憶要達(dá)到短時(shí)記憶的記憶強(qiáng)度的情況下，需要重復(fù)認(rèn)知處理與加強(qiáng)記憶效果。根據(jù)駕駛員對(duì)交通標(biāo)志的識(shí)別過程分析，交通標(biāo)志在駕駛員記憶類型只是為了滿足一段路程駕駛而形成的瞬間記憶。為了提高駕駛員對(duì)避險(xiǎn)車道、輔助減速車道在車輛失速緊張條件下的識(shí)別效果，我們需要合理設(shè)置交通標(biāo)志的前置距離，重復(fù)設(shè)置交通提醒標(biāo)志。

基于艾賓浩斯記憶衰減模型，對(duì)8年左右駕齡駕駛員進(jìn)行記憶衰減回歸分析，得到交通標(biāo)志記憶量與時(shí)間的關(guān)系如下：

其中a，b為艾賓浩斯記憶衰減模型統(tǒng)計(jì)回歸參數(shù)，一般取值a=1.162，b=0.319，0為記憶衰減延遲時(shí)間一般取值1.6s，D為剩余記憶信息量[4]。

3.2 長(zhǎng)大下坡路段交通標(biāo)志前置距離設(shè)置

根據(jù)圖（1）分析減速交通標(biāo)志的前置距離滿足以下公式（8）：

其中：4為交通標(biāo)志前置距離，為記憶衰減距離，2為延遲距離。

通過輔助減速車道或者避險(xiǎn)車道的駕駛員記憶的重要程度分析，一般需要使得駕駛員衰減后的記憶內(nèi)容維持到60%以上[5]，根據(jù)公式（8）計(jì)算可以得到駕駛員以90km/h行駛時(shí)，完全讀取標(biāo)志信息到輔助減速車道或者避險(xiǎn)車道所行駛的記憶衰減距離S(W-B1)為158.5m，則交通標(biāo)志1設(shè)置的前置距離應(yīng)小于97.06m。

3.3 長(zhǎng)大下坡路段交通標(biāo)志重復(fù)距離設(shè)置

根據(jù)圖（1）可以得到交通標(biāo)志設(shè)置重復(fù)距離分為三部分：消失距離、延遲距離、視認(rèn)距離。

由此得到駕駛員以90km/h下坡行駛時(shí)為了能夠?qū)煌?biāo)志信息60%以上的持續(xù)記憶效果，重復(fù)設(shè)置距離最大為191.22m。此時(shí)正好能夠滿足駕駛員在第一個(gè)交通標(biāo)志視野消失后記憶效果滿足60%的需求時(shí)，駕駛員視野中出現(xiàn)第二個(gè)交通標(biāo)志。

4 結(jié)論

本文通過合理設(shè)置交通標(biāo)志的高度，分析駕駛員對(duì)交通標(biāo)志的視認(rèn)距離與消失距離，并基于駕駛?cè)硕虝r(shí)記憶特性，設(shè)計(jì)輔助減速車道標(biāo)志的前置距離與重復(fù)距離，保證駕駛員能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的辨識(shí)輔助減速車道交通標(biāo)志，并減少因?yàn)樗查g記憶遺忘的問題，達(dá)到對(duì)輔助減速車道的合理化利用，從而降低車輛長(zhǎng)大下坡路段由于制動(dòng)失效后不能及時(shí)采取強(qiáng)制制動(dòng)而帶來(lái)的重大交通事故。

[1] 程國(guó)柱,秦麗輝,徐亮,等.城市道路人行橫道處夜間限速標(biāo)志前置距離研究[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息, 2015, 15(6):227-231.

[2] 王建軍,王娟,吳海剛.道路交通標(biāo)志信息過載閾值研究[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2009(6):174-180.

[3] 于仁杰,馬榮國(guó),韓海,等.高速公路施工區(qū)限速標(biāo)志位置確定方法[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào), 2013, 13(5):91-98.

[4] 廖小芳,關(guān)志娟,陸康.漢字交通標(biāo)志可認(rèn)知性評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)[J]. 公路, 2012(10):114-119.參考文獻(xiàn)按GB/T 7714-2005《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求著錄.

[5] 王志新.基于汽車行駛安全特性的山區(qū)公路連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段輔助減速車道研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)博士論文,2018(4).

Auxiliary Deceleration Lane Sign Setting Based on short-term memory characteristics*

Yuan Xiaolei, Qiu Huan, Yu Qiang

( School of Automobile, Chang'an University, Shaanxi Xi'an 710064 )

This paper analyzes the visual distance and disappearance distance of traffic signs based on the driver's visual field characteristics. Through the memory attenuation characteristics, the pre-distance and repetitive distances of the auxiliary deceleration lanes and the safe havens are studied to reduce the driver's assistance to the deceleration lane. The possibility of potential traffic accidents caused by the forgotten sign information.

Short-term memory characteristics;Auxiliary deceleration lane;Repetitive distance setting;Pre-distance setting

U461.91

A

1671-7988(2019)13-186-03

U461.91

A

1671-7988(2019)13-186-03

袁曉磊，碩士，工程師，就讀于長(zhǎng)安大學(xué)，主要研究車輛主動(dòng)安全技術(shù)。

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFC0803904），陜西省重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈（群）項(xiàng)目（2018ZDCXL-GY-05-03-01）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.061