梁 波， 梁加林， 何世永， 崔璐璐

(1. 重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 重慶 400074； 2. 重慶交通大學(xué) 省部共建山區(qū)橋梁及隧道工程國家重點(diǎn)實驗室， 重慶 400074； 3. 聯(lián)發(fā)集團(tuán)重慶房地產(chǎn)開發(fā)公司， 重慶 400000)

0 引言

世界上大到浩瀚宇宙，小到夸克微粒，都是由物質(zhì)(能量)和信息交互構(gòu)成，宏觀世界由微觀構(gòu)成，而一切的微觀粒子都具有波粒二象性，它既表現(xiàn)出粒子物質(zhì)特性，又能像波一樣運(yùn)動并傳播信息。因此，物質(zhì)的表象特性存在多面性，不同的運(yùn)動狀態(tài)下表現(xiàn)的物質(zhì)特性存在差異。可以說世界由物質(zhì)和信息以及信息的傳播與感知構(gòu)成，而公路隧道光環(huán)境信息的構(gòu)成與感知也遵循此規(guī)律。如何獲取并正確地感知信息，是必須思考的科學(xué)問題和需要解決的技術(shù)問題，其包括以下幾方面： 1)進(jìn)一步揭示公路隧道光環(huán)境信息表征主要因素和傳播方式； 2)探明和發(fā)現(xiàn)駕駛過程中隧道光環(huán)境信息的感知機(jī)制； 3)提出隧道光環(huán)境信息的感知和判識研究方法。

目前為止，針對光環(huán)境感知的研究主要集中在室內(nèi)光環(huán)境設(shè)計[1]，如以光環(huán)境刺激消費(fèi)為代表的城市地下商業(yè)空間的照明設(shè)計和基于辦公效率的辦公室光環(huán)境研究[2-3]。綜合來看，無論室內(nèi)設(shè)計還是室外公共場所的光環(huán)境要求都緊扣著人的舒適感來研究[4-5]。但同時從安全和舒適角度并結(jié)合人的生理和心理感知，開展隧道運(yùn)營光環(huán)境信息感知的研究工作還相對較少。

感知光環(huán)境的方式有靜態(tài)和動態(tài)2種，通過對靜態(tài)感知的研究，有助于認(rèn)識光環(huán)境分布空間非均勻性特點(diǎn)對駕駛?cè)笋{車視覺察覺的影響；通過對動態(tài)感知的研究，有助于認(rèn)識隧道光環(huán)境動態(tài)變化對駕駛?cè)艘曈X察覺的影響。而信息的感知既牽涉到物理指標(biāo)(物理量)，也牽涉到人的主觀反應(yīng)即生物指標(biāo)(生物量)。本文通過分析研究信息感知機(jī)制，構(gòu)建動態(tài)信息感知試驗平臺并開展試驗研究，初步提出結(jié)合物理量和生物量交互的隧道光環(huán)境信息感知研究方法及評價指標(biāo)，以期為隧道光環(huán)境設(shè)計提供依據(jù)和參考。

1 隧道光環(huán)境信息特征

隧道光環(huán)境包括光環(huán)境結(jié)構(gòu)組成和光環(huán)境信息組成，存在直接影響因素和間接影響因素。顏色、亮度、輪廓形狀和空間大小等為直接影響因素；誘導(dǎo)顯示(誘導(dǎo)裝置以及車輛尾燈誘導(dǎo))、聲音(響度、音高)等為間接影響因素[6-7]。

1.1 隧道光環(huán)境的結(jié)構(gòu)組成

隧道光環(huán)境的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

1.1.1 直接影響因素

1)光源。隧道內(nèi)光源是隧道光環(huán)境的重要構(gòu)成之一，除了亮度和燈光光色等固有屬性外，燈具布設(shè)也是影響隧道光環(huán)境組成的重要因素[8]。

圖1 隧道光環(huán)境結(jié)構(gòu)組成示意圖

2)側(cè)壁材料。隨著隧道內(nèi)行車安全和舒適度要求的提高，單一的混凝土側(cè)壁材料已經(jīng)不能夠滿足要求。目前，隧道側(cè)壁材料可歸納為7類： 混凝土、搪瓷鋼板、瓷磚、復(fù)合材料鋁板、防火材料、纖維混凝土板和蓄能發(fā)光反光材料[9-13]。

3)拱頂。拱頂作為隧道光環(huán)境的重要組成部分，其顏色會影響駕駛員識別隧道光環(huán)境及行車舒適度。

4)路面。作為行車載體的路面是隧道光環(huán)境的重要組成部分，機(jī)動車駕駛員行駛時，視覺感受到的是路面亮度。因此，公路隧道照明設(shè)計應(yīng)滿足路面平均亮度、路面亮度總均勻度、路面中線亮度縱向均勻度、閃爍和誘導(dǎo)性的要求[14]。

1.1.2 間接影響因素

1)交通標(biāo)識。交通標(biāo)志設(shè)置系統(tǒng)包括顏色、形狀、文字、圖形、版面、位置、結(jié)構(gòu)和材料等要素，這些信息視認(rèn)的準(zhǔn)確性和完整性直接關(guān)系到交通標(biāo)志的有效性[15-17]。

2)車輛特征。光環(huán)境的構(gòu)成除了隧道主體結(jié)構(gòu)外，還包括隧道內(nèi)行駛車輛的尺寸、顏色、燈光和汽笛聲等車輛特征。車輛顏色能夠在行車時提供一定的安全警示信息；而車燈的正常與否直接影響行車安全[18-21]。

3)車輛聲音。主要分為車載聲音和行車噪聲，車輛聲音會影響駕駛員的速度控制意識。

1.2 隧道光環(huán)境信息的組成

1.2.1 顏色

顏色是最具表現(xiàn)力的視覺要素之一，具有3個基本特性： 色相、純度、明度。隧道照明光源的光色和物體本色共同決定物體顏色的表達(dá)。光源的光色有兩重含義： 1)裸眼直接觀察的光源顏色稱為色表； 2)光源照在物體上呈現(xiàn)的顏色效果，叫光源的顯色性[22]。

隧道內(nèi)飾顏色是影響駕駛員視覺及心理的重要光環(huán)境信息之一，其中包括路面顏色、側(cè)壁顏色、拱頂顏色、交通標(biāo)志顏色及車輛顏色，它們構(gòu)成了整個隧道光環(huán)境的顏色信息體[23]。

1.2.2 亮度

亮度是指發(fā)光體(反光體)表面發(fā)光(反光)強(qiáng)弱的物理量，是人對光強(qiáng)弱的主觀感受。亮度也稱明度，表示色彩的明暗程度，亮度由色彩反射或透射的光亮所決定[24]。

隧道亮度是隧道照明設(shè)置的重要參數(shù)。由于隧道的特殊構(gòu)造，在白天時，駕駛員從進(jìn)入隧道到出隧道，是一個由高亮度向低亮度，再由低亮度向高亮度變化的過程，即通常所稱的“黑洞和白洞”效應(yīng)。這就要求隧道分區(qū)段設(shè)置照明，以滿足駕駛員視覺變化需求。其中洞外亮度的準(zhǔn)確設(shè)計和測定直接關(guān)系到隧道配光曲線即分區(qū)照明設(shè)計的合理性。

隧道內(nèi)感受到的亮度以照明光源發(fā)出的光線為主，并經(jīng)路面以及隧道側(cè)壁的反射光綜合影響而構(gòu)成。

1.2.3 輪廓形狀和空間大小

隧道按斷面形式分為圓形、馬蹄形、矩形隧道等；按面積分為極小斷面隧道、小斷面隧道、中等斷面隧道、大斷面隧道和特大斷面隧道。

隧道內(nèi)空間是封閉、照度低、環(huán)境單調(diào)的不良光環(huán)境，會削弱駕駛員對速度、距離和行車空間輪廓的感知[25]。示廓材料和視線誘導(dǎo)設(shè)施能夠輔助顯示隧道輪廓空間。如蓄能發(fā)光反光材料在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)、斷電等突發(fā)事故時，能夠讓逃生者更好地感知隧道輪廓[26]；視線誘導(dǎo)設(shè)施則可引導(dǎo)駕駛員更好地感知隧道輪廓和空間大小。

1.2.4 誘導(dǎo)顯示及車輛信息

駕駛員是隧道內(nèi)行車的主體因素，改善隧道內(nèi)的視覺誘導(dǎo)環(huán)境，使得駕駛?cè)藛T處于一個合理環(huán)境信息范圍內(nèi)，能夠使得駕駛員的視覺感知能力足夠去處理隧道內(nèi)行車環(huán)境信息，提高行車的安全性。

1.2.5 聲音

國內(nèi)外研究者使用“音色”、“響度”和“粗糙度/清晰度”來評估聲音[27]。

駕駛員對隧道行駛環(huán)境中聲音的感知是基于自然環(huán)境下，大腦通過長期認(rèn)知過程將雙耳接收的聲信號特征與聲源的空間和物理屬性相對應(yīng)后形成的。自然狀態(tài)下任何因素的改變都會影響人耳對聲源的定位和識別，從而導(dǎo)致自然聽覺預(yù)警能力的減弱，嚴(yán)重時可能因不能正確判斷行車環(huán)境而造成事故[28]。歐盟和美國甚至要求在電動汽車上加入額外的噪聲以防止行駛中的汽車過度安靜而引起駕駛員不能正確感知駕駛環(huán)境[29-34]。

2 隧道內(nèi)駕駛信息感知特征

20世紀(jì)實驗心理學(xué)家赤瑞特拉[35]通過大量實驗證實： 人類有94%的信息是依靠視覺和聽覺獲取。其中，人類視覺系統(tǒng)主要感知顏色和亮度；人類聽覺系統(tǒng)感知的聲音特性主要分為響度和音高[36]。

視覺主要感知的信息是顏色和亮度，聽覺主要感知的信息是響度和音高。人眼結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，通過識別物體的亮度高低來感覺明暗程度。隧道環(huán)境內(nèi)不同明暗程度的物體形成強(qiáng)烈的對比，產(chǎn)生空間深度(即人眼看到物體所處空間的遠(yuǎn)近程度)[37-38]。而聲音在空氣中是以聲波的形式傳播，聲源越遠(yuǎn)人耳接收到的音高和響度越低，因此隧道內(nèi)聲音傳播是立體的。結(jié)合視覺感知的空間深度和聲音感知的立體性質(zhì)，得出隧道環(huán)境內(nèi)的信息感知存在時空效應(yīng)(即不同車速上的視覺感知存在差異)?；谛畔⒏兄臅r空效應(yīng)，把隧道內(nèi)信息感知分為靜態(tài)的信息感知和動態(tài)的信息感知。

2.1 一般信息感知特征

人感知物體的信息主要依靠人體視覺系統(tǒng)和聽覺系統(tǒng)。當(dāng)外界光源(聲源)對人體產(chǎn)生刺激時，視覺、聽覺系統(tǒng)把這種物理刺激經(jīng)過生理活動轉(zhuǎn)換為化學(xué)信號和電信號傳到神經(jīng)中樞系統(tǒng)形成視覺、聽覺感知。本文主要研究視覺感知特征。

眼球主要由眼球壁、眼內(nèi)容物、眼附屬器和視神經(jīng)構(gòu)成，如圖2所示。由圖可知，光線進(jìn)入人眼需依次通過角膜、虹膜、晶狀體、玻璃體，然后通過視網(wǎng)膜頂端的神經(jīng)細(xì)胞到達(dá)視網(wǎng)膜。視網(wǎng)膜光感細(xì)胞受到光刺激后發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)、電生理活動及光電能轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的生物電信號激發(fā)視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞間復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)連接神經(jīng)、視神經(jīng)、外側(cè)膝狀體，最終傳入大腦皮層的視覺中樞[39]。這些視覺信息在大腦中形成畫面，然后根據(jù)人的經(jīng)驗、記憶進(jìn)行識別、判斷和分析等過程，從而形成視覺。

圖2 眼球結(jié)構(gòu)

2.2 隧道光環(huán)境的靜態(tài)信息感知

靜態(tài)和動態(tài)的信息感知包括視覺信息感知和聽覺信息感知。光環(huán)境下靜態(tài)視覺信息感知是靜止?fàn)顟B(tài)或人以極慢的速度行走過程中對光環(huán)境視覺信息的識別。通常人眼對物象感知的清晰度是有限的，當(dāng)眼睛注視一個靜止物象時，眼球會基于“跳躍性運(yùn)動”(sacca-dic eye movement)多角度感知物象信息。因此在隧道光環(huán)境下，這種跳躍性運(yùn)動通過感知信息的更新，能一定程度上緩解靜態(tài)感知清晰度不夠的缺點(diǎn)[40]。

2.2.1 顏色

在靜止情況下，人類對對比度高的顏色感知較為敏銳，其敏銳程度依次是： 紅色>藍(lán)色>白色。同時，人類對顏色感知的敏銳程度與承載顏色的物體有關(guān)，如藍(lán)色的房子比紅色的房子更容易被感知。綜上所述，在靜止條件下，人類一般情況下對高對比度的顏色感知程度更為敏銳；但當(dāng)顏色和物體結(jié)合時，人類感知的敏銳程度與生活習(xí)慣和教育認(rèn)知有關(guān)[41]。

2.2.2 亮度

人眼亮度的感知是指在一定的光照條件下，對黑白表面顏色的感知能力。駕駛員在極慢的速度甚至靜止下能夠更清晰地觀察到視線范圍內(nèi)的信息[42]。

2.2.3 聲音

當(dāng)測試人員靜止或者以極慢速度行走時，由于雙耳效應(yīng)，人類能夠分辨聲音的響度，識別聲源的位置等大量聲音細(xì)節(jié)。對于隧道光環(huán)境中的靜態(tài)聲音感知，國內(nèi)已有很多研究。

2.3 隧道光環(huán)境的動態(tài)信息感知

動態(tài)光環(huán)境下視覺信息感知是駕駛員快速行車過程中對光環(huán)境視覺信息的識別，即人眼對時間頻率(畫面隨著時間快速地變化)的感知。在高速運(yùn)行的車輛中觀察車外的顏色時，駕駛員集中感知主要色調(diào)；在不同的亮度下，人眼對物體相對移動速度的敏感程度不同。在高亮度環(huán)境下人眼對視覺信息感知的敏感高。在一定的變化頻率范圍內(nèi)，人眼在亮度越高的光環(huán)境下能夠感知移動更快的物體。由于視覺暫留特性，當(dāng)處于亮度低的光環(huán)境時，物象不容易產(chǎn)生閃爍感。所以不是光環(huán)境亮度越高，人眼的視覺感知能力越好[43]。

2.3.1 顏色

在隧道光環(huán)境中，觀察者能夠快速地適應(yīng)顏色的變化，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時，視覺系統(tǒng)會進(jìn)行調(diào)整，來保持準(zhǔn)確的色彩感知。當(dāng)環(huán)境顏色長時間快速變換時，神經(jīng)系統(tǒng)集中感知主色調(diào)，而次要顏色被中和或忽略。目前對物體顏色快速變換中的細(xì)節(jié)被忽略仍然無法解釋，這就是人眼對變化顏色適應(yīng)的局限性。文獻(xiàn)[44-46]分析了駕駛員視覺功效受隧道照明光源顯色性的影響情況，發(fā)現(xiàn)光源顯色指數(shù)越高，駕駛員視覺功效越好。

2.3.2 亮度

人眼對亮度的感知能力是有限的，在一定時間內(nèi)，當(dāng)光環(huán)境亮度超過人眼視網(wǎng)膜能夠感知的亮度范圍時，在視網(wǎng)膜上將難以呈現(xiàn)清晰的圖像，會看不清前方道路情況，產(chǎn)生視覺障礙，這種現(xiàn)象稱為視覺振蕩現(xiàn)象。高速駕駛車輛是發(fā)生視覺振蕩現(xiàn)象的主要原因，當(dāng)車輛以超過設(shè)計速度5 km/h的速度進(jìn)出隧道時，將會產(chǎn)生視覺振蕩現(xiàn)象；超過20 km/h駛?cè)霑r，視覺振蕩現(xiàn)象將十分明顯，駕駛員很難看清前方路況。因此，在較差的亮度環(huán)境下，高速駕駛的駕駛員不能清晰地觀察到視線內(nèi)物體的細(xì)節(jié)信息，只能感知到物體的輪廓[47]。

3 隧道內(nèi)駕駛信息感知機(jī)制與試驗研究

本文首先分析了公路隧道光環(huán)境的物質(zhì)信息組成；其次探究了隧道內(nèi)行駛過程中，隧道光環(huán)境的信息表征和傳播方式。在以上研究基礎(chǔ)上，需進(jìn)一步研究行駛過程中，感官如何感知信息和信息感知準(zhǔn)確性，即開展信息感知以及正確感知的研究?；谝曈X功效理論初步構(gòu)建靜態(tài)感知和動態(tài)感知模擬測試平臺，開展靜態(tài)和動態(tài)的信息感知試驗方法研究。

視覺功效就是人借助感覺器官(眼睛、耳朵等)完成一定的感官(視覺、聽覺)作業(yè)的表現(xiàn)[48-49]，其中視覺功效指標(biāo)包括反應(yīng)時間、小目標(biāo)可見度等。目前，本文項目團(tuán)隊結(jié)合多項國家自然基金，針對隧道光環(huán)境信息感知問題，已開展了大量的模擬試驗。

3.1 靜態(tài)信息感知模擬測試平臺構(gòu)建及試驗研究

為了測試在相同照明亮度(亮度均勻度)、不同照明環(huán)境下(如改變背景亮度，目標(biāo)對比度、偏心角，側(cè)壁材料等)人眼對于背景上隨機(jī)出現(xiàn)目標(biāo)的反應(yīng)時間，提出了靜態(tài)條件下的信息感知分析模型。選用反應(yīng)時間作為評價指標(biāo)，研究不同照明環(huán)境對被測人員視覺功效的影響。反應(yīng)時間直接評價了在不同照明條件下測試者進(jìn)行視覺作業(yè)的能力，與實際視覺作業(yè)環(huán)境下完成視覺任務(wù)相似，因而以反應(yīng)時間為基礎(chǔ)建立的視覺模型可以用來評價人對公路隧道光環(huán)境的信息感知能力。

靜態(tài)條件下的信息感知模擬測試平臺見圖3，由隧道照明環(huán)境模擬試驗用感光反應(yīng)時間測量裝置[50]、目標(biāo)生成模擬系統(tǒng)[51]、公路隧道照明環(huán)境縮尺模型[52]以及與反應(yīng)時間測量裝置[53]聯(lián)動的反應(yīng)時間數(shù)據(jù)采集集成處理系統(tǒng)[54]共同組成。為測定不同側(cè)壁材料下被測人員的反應(yīng)時間提供試驗基礎(chǔ)。

基于靜態(tài)條件下的信息感知模擬測試平臺，項目組開展了包括目標(biāo)感知的反應(yīng)時間、小目標(biāo)可見度、不同材料輔助隧道照明光譜分布等系列試驗研究。

圖3 靜態(tài)條件下的信息感知試驗及模擬測試平臺

3.1.1 目標(biāo)感知的反應(yīng)時間試驗

隧道的照明選用LED節(jié)能光源，并可以調(diào)節(jié)其亮度范圍(1～15 cd/m2)，模擬公路隧道中間段照明水平，隧道的照明環(huán)境根據(jù)對比度、亮度2個因變量的工況來進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)目標(biāo)光斑出現(xiàn)的位置按視標(biāo)偏心角分別為0°、10°、20°隨機(jī)分布，通過計時器記錄目標(biāo)發(fā)現(xiàn)即反應(yīng)時間，以模擬中軸和非中軸的不同情況。

在對比度C為0.5、背景亮度L為10 cd/m2的條件下，3種測試材料隨視標(biāo)偏角變化的反應(yīng)時間見表1。其中，水泥砂漿的反射率最低，蓄能發(fā)光反光材料最高，瓷磚居中。由表1可知： 在同一視標(biāo)偏心角下，反應(yīng)時間隨側(cè)壁材料反射率的提高而減?。粚τ谕环N材料，反應(yīng)時間隨視標(biāo)偏心角的增大而增大。試驗數(shù)據(jù)表明，側(cè)壁材料反射率提高對反應(yīng)時間減少值的影響較背景亮度提高產(chǎn)生的影響更為明顯。

表1 C=0.5、L=10 cd/m2下的視標(biāo)偏心角與反應(yīng)時間表

3.1.2 小目標(biāo)可見度信息感知試驗

本文選取水泥砂漿、瓷磚和蓄能發(fā)光反光材料3種材料作為隧道的側(cè)壁材料，在如圖3所示的隧道模型內(nèi)，通過調(diào)節(jié)模型內(nèi)照明亮度改變隧道內(nèi)光環(huán)境亮度和色溫等光環(huán)境組成，從而改變光環(huán)境組成信息；再通過小目標(biāo)發(fā)生器發(fā)出攜帶不同信息的小目標(biāo)(如小目標(biāo)大小、位置、亮度等)，以人眼捕捉小目標(biāo)所需要的時間作為試驗數(shù)據(jù)。此試驗通過關(guān)聯(lián)亮度均勻度和發(fā)現(xiàn)時間2大視覺功效指標(biāo)進(jìn)行小目標(biāo)可見度室內(nèi)試驗[55-56]。不同側(cè)壁材料下小目標(biāo)可見度關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4 不同側(cè)壁材料下小目標(biāo)可見度關(guān)系曲線

由圖4可知： 小目標(biāo)可見度STV值隨小目標(biāo)尺寸增大而增大，且隨著小目標(biāo)尺寸的增大進(jìn)一步拉高了小目標(biāo)可見度STV的增長幅度。也進(jìn)一步印證了現(xiàn)實中障礙物較大更有利于識別這一常識。

3.1.3 3種隧道側(cè)壁材料光譜分布對比試驗

側(cè)壁材料作為隧道光環(huán)境的重要構(gòu)成部分，試驗選取水泥砂漿、瓷磚和蓄能發(fā)光反光材料3種側(cè)壁材料作為研究對象，將其相對光譜分布進(jìn)行對比研究。試驗在均勻光照環(huán)境下，采用CS-2000分光輻射式亮度計分別測試3種材料的相對光譜分布，隨后通過改變光源種類、光波的波長等變量反復(fù)測量，結(jié)果如圖5所示。得出試驗結(jié)論如下： 1)蓄能發(fā)光反光材料的反射率高于另外2種側(cè)壁材料，直接導(dǎo)致其反射光的亮度高于另外2種材料； 2)在LED燈照射下，3種側(cè)壁材料的反射光在波段530～630 nm的相對光譜能量分布差別顯著； 3)在LED燈照射下的蓄能發(fā)光反光材料，其反射光中黃綠光含量較高，更接近明視覺條件下人眼的感知頻譜范圍。

圖5 LED燈照射下3種側(cè)壁材料反射光的輻射通量光譜分布對比圖

3.2 動態(tài)信息感知模擬測試平臺構(gòu)建及試驗研究

基于虛擬仿真技術(shù)，自主研發(fā)了動態(tài)信息感知的模擬測試平臺(見圖6)，利用動態(tài)環(huán)境模擬輸出裝置在實驗室內(nèi)完成隧道行車環(huán)境真實還原，可以完成不同隧道視覺環(huán)境下駕駛環(huán)境安全性與舒適性的室內(nèi)研究。

圖6 動態(tài)光環(huán)境信息感知模擬測試平臺

團(tuán)隊基于動態(tài)信息感知機(jī)制和視覺功效理論中的反應(yīng)時間指標(biāo)，依托所研制的動態(tài)信息感知模擬測試平臺，開展了隧道內(nèi)駕駛動態(tài)信息感知的系列試驗。

3.2.1 特長隧道駕駛過程的反應(yīng)時間特性試驗研究

通過錄制6座特長公路隧道60、70、80 km/h車速下的高清視頻，利用動態(tài)條件下的信息感知模擬測試平臺進(jìn)行室內(nèi)行車環(huán)境真實還原，得到駕駛過程的反應(yīng)時間特性。反應(yīng)時間是用光斑發(fā)射器模擬目標(biāo)物，隨機(jī)投射在攝影錄像路面前方的不同位置，通過踩剎車或按計時器利用電腦小程序自動記錄駕駛員發(fā)現(xiàn)光斑的時間。距隧道入口不同距離下駕駛員的平均反應(yīng)時間如圖7所示。

圖7 距隧道入口不同距離下駕駛員的平均反應(yīng)時間

主要試驗結(jié)論如下： 1)反應(yīng)時間總體上呈現(xiàn)出先減小后緩慢增加的變化過程； 2)隧道入口處反應(yīng)時間較長，隨后迅速減小，并在750 m左右處反應(yīng)時間最短； 3)駕駛員反應(yīng)時間隨著隧道長度和行車時間增加而增加，期間生理心理變化波動較大； 4)隨著車速逐漸增大，駕駛員視野中交通信息量的刷新率加快，駕駛過程中的危險等級升高，駕駛員的注意力和警惕性都明顯增高，反應(yīng)時間逐漸降低。

3.2.2 隧道出口處交通標(biāo)志信息動態(tài)感知試驗研究

選取白云隧道、白馬隧道等6座隧道作為試驗樣本，采用攝影機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場實車錄制隧道視頻，駕駛員在隧道內(nèi)外行駛速度保持80 km/h，再使用Premiere軟件制作隧道內(nèi)外位置可調(diào)的動態(tài)交通標(biāo)志，如圖8—9所示。選取反應(yīng)時間作為評價指標(biāo)，來分析駕駛過程中對標(biāo)志信息的感知結(jié)果，以得到隧道內(nèi)外交通標(biāo)志的最佳設(shè)置位置，如圖10所示。試驗操作人員通過雙投影系統(tǒng)將交通標(biāo)志和路段實車錄制的視頻相重合，分別投入同一塊幕布中，試驗者在經(jīng)過一段時間的場景適應(yīng)后，利用切換交通標(biāo)志的位置進(jìn)行相關(guān)研究。通過室內(nèi)模擬試驗數(shù)據(jù)分析，主要得到以下結(jié)論： 1)駕駛員對位于特長隧道出口內(nèi)交通標(biāo)志的反應(yīng)時間均值為2.86 s，比交通標(biāo)志位于隧道外的平均值大0.64 s； 2)駕駛員對隧道內(nèi)外交通標(biāo)志的反應(yīng)時間都呈現(xiàn)相似的規(guī)律，交通標(biāo)志和行車道位于同側(cè)的反應(yīng)時間比異側(cè)短； 3)隧道內(nèi)的交通標(biāo)志宜設(shè)置在隧道正中頂部位置，隧道外的交通標(biāo)志宜設(shè)置在道路右側(cè)。

圖8 隧道內(nèi)交通標(biāo)志位置示意圖

圖9 隧道外交通標(biāo)志位置示意圖

4 主要結(jié)論與研究建議

本文歸納總結(jié)了隧道光環(huán)境結(jié)構(gòu)和信息組成，探討了靜態(tài)和動態(tài)條件下的隧道信息感知機(jī)制，并開展了靜動態(tài)信息感知的試驗研究，主要得到以下結(jié)論。

圖10 隧道內(nèi)外交通標(biāo)志反應(yīng)時間箱線圖

4.1 主要結(jié)論

1)進(jìn)一步闡明了公路隧道光環(huán)境信息表征主要因素和傳播方式，全面歸納總結(jié)了隧道光環(huán)境結(jié)構(gòu)組成和光環(huán)境信息組成及信息特征，深入分析了信息組成的直接影響因素和間接影響因素。

2)進(jìn)一步深入分析了光環(huán)境信息構(gòu)成準(zhǔn)確和信息感知準(zhǔn)確的相互關(guān)系，揭示了駕駛過程中隧道光環(huán)境信息的感知機(jī)制，全面研究和闡明了不同狀態(tài)下的信息感知特征和感知機(jī)制。

3)開展了隧道靜態(tài)光環(huán)境和駕駛過程的反應(yīng)時間、可見度、材料光譜分布、交通標(biāo)志等一系列靜動態(tài)信息感知試驗并提出了相應(yīng)的試驗方法。進(jìn)一步探明了靜態(tài)光環(huán)境分布空間非均勻性特點(diǎn)對駕駛?cè)笋{車視覺察覺的影響，以及隧道光環(huán)境動態(tài)變化對駕駛?cè)艘曈X察覺的影響。

4)初步提出隧道光環(huán)境信息的感知和判識研究方法。構(gòu)建了靜、動態(tài)信息感知試驗平臺，提出了結(jié)合物理量和生物量交互的隧道光環(huán)境信息感知研究方法及評價指標(biāo)。

4.2 研究建議

1)本文工作只是對公路隧道光環(huán)境信息與感知的綜述和初步研究。正確地認(rèn)識和準(zhǔn)確地感知隧道光環(huán)境信息是值得隧道和地下工程從業(yè)者深入開展研究的領(lǐng)域。

2)信息組成或表征指標(biāo)主要用物理指標(biāo)(物理量)來表達(dá)，而信息感知指標(biāo)既牽涉到物理量也牽涉到人的主觀反應(yīng)，故還需進(jìn)一步研究感知表達(dá)的生物指標(biāo)(生物量)。

3)對于隧道光環(huán)境信息組成和感知主要要素的研究，需要運(yùn)用笛卡爾的科學(xué)方法論對人-車-路行駛環(huán)境過程中人的反應(yīng)行為進(jìn)行反復(fù)試驗探索。

4)隧道光環(huán)境的正確感知研究需要關(guān)聯(lián)生物量和物理量之間的關(guān)系，這就要求隧道光環(huán)境感知的準(zhǔn)確性不只是光環(huán)境信息的物理量要準(zhǔn)確，還要求信息識別和判斷的生物量要準(zhǔn)確。從而進(jìn)一步為公路隧道安全、舒適乃至節(jié)能運(yùn)營提供理論依據(jù)以及技術(shù)開發(fā)支撐。