吳小麗，張 琦，潘 勇

(招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067)

車輛在高速公路超特長隧道行駛時，駕駛員長時間處于封閉冗長的單一環(huán)境，其生理和心理承受較大壓力，易產(chǎn)生疲勞和認知錯誤，影響隧道的行車安全。目前，國內(nèi)外多采用間隔一定距離設置特殊光環(huán)境區(qū)段來改善超特長隧道中駕駛員的單一視覺場景，減少因單調(diào)引起的駕駛疲勞，以提高行車安全性與舒適性[1]。隧道內(nèi)特殊光環(huán)境設置形式多樣，但特殊光環(huán)境的效果至今缺乏評價指標及體系，國內(nèi)對超特長隧道不同特殊光環(huán)境的對比研究較少。施盧丹[2]通過神經(jīng)網(wǎng)絡模型分析，提出特設的燈光帶對駕駛?cè)俗⒁暢掷m(xù)時間、瞳孔面積、注視點分布規(guī)律影響顯著，能夠有效緩解駕駛?cè)艘曈X疲勞，提高駕駛?cè)俗⒁饬?；鄭展驥等[3]開展心理物理試驗，分析公路隧道內(nèi)部視覺環(huán)境對駕駛?cè)诵熊嚢踩挠绊懀岢隽死脴酥緲司€構(gòu)建公路隧道韻律型標線系統(tǒng)的改善措施；吳玲[4]對高速公路特長隧道環(huán)境下駕駛?cè)说男碾娭笜丝臻g變化特性進行了分析；胡月琦等[5]在高速公路特長隧道開展實車試驗，分析了職業(yè)與非職業(yè)駕駛員在高速公路隧道不同段與普通路段的注視轉(zhuǎn)移規(guī)律與注意力分配特性。本文為了研究超特長隧道不同特殊光環(huán)境下，駕駛員的視覺行為特征及生理反應，選取光源色溫改變、彩色燈光帶、LED點光源像素矩陣、高清圖像投影等典型特殊光環(huán)境方案，開展真實環(huán)境下的實車對比試驗，以提出隧道特殊光環(huán)境方案的選擇建議。

1 視覺特性及心電反應

2 試驗設計

試驗擬訂了常用的4個特殊光環(huán)境方案，分別為色溫改變方案、彩色燈光帶方案、LED點光源像素矩陣方案、高清圖像投影方案[8-12]。試驗利用眼動儀來測試駕駛員的駕駛行為，記錄駕駛員觀看、未觀看的位置及觀看的時間，并追蹤記錄注視和掃視的過程，完整地判斷出眼睛瀏覽和停留的路徑，并借助于多導生理儀對駕駛員生理狀態(tài)進行監(jiān)測。

2.1 試驗場地

試驗采用實驗室實車試驗及室外實車試驗結(jié)合的方式。在200 m長1∶1實體隧道進行隧道常規(guī)LED照明方案、方案1、方案2的實車試驗；在雅康高速二郎山隧道(長13 459 m)進行隧道常規(guī)LED照明方案、方案3、方案4的實車試驗。

2.2 試驗設備

試驗設備采用SMI眼動儀、BIOPAC 多導生理儀(含皮電測試、心電測試模塊)，以及配套的分析軟件，眼動儀生成的圖表包括掃描路徑、熱點圖、屏幕位置注視信息、時間柱狀圖、線性圖等，多導生理儀生成的圖表包括心電波形圖及皮電波形圖等。掃描路徑圖逐點連續(xù)顯示注視點位置及各個注視相對時間等信息。時間柱狀圖以時間為X軸，注視時間百分比為Y軸，顯示在每個固定的時間段內(nèi)，注視點在各個興趣區(qū)停留的時間占當前時間間隔的百分比，不同的顏色代表不同的興趣區(qū)域之內(nèi)的注視點。

試驗車輛為4輛：豐田越野車1輛、沃爾沃轎車1輛、長城轎車1輛、福特轎車1輛。

2.3 測試人員

由于部分試驗需要在真實隧道場景中行車，存在一定的危險性，因此本次試驗選擇了5名在公路當中較為典型的駕駛員作為被試者，未考慮不同性別、年齡等因素。駕駛員均為男性，年齡25～35歲左右，有5年以上的駕齡，技術嫻熟，生理及心理素質(zhì)較好，無明顯駕駛偏好，無重大事故經(jīng)歷，視力良好，精神狀態(tài)較好。

3 實驗室實車試驗

3.1 試驗過程

200 m長1∶1實體隧道為2車道隧道，凈空高度為7.3 m，路面寬度為8.4 m。由1名試驗人員駕駛車輛對常規(guī)白光LED照明光環(huán)境、色溫改變光環(huán)境、彩色燈光帶光環(huán)境3種工況進行實車試驗。

3.2 試驗數(shù)據(jù)及分析

根據(jù)眼動儀及配套軟件的數(shù)據(jù)采集和分析，常規(guī)白光LED照明方案、色溫改變方案及彩色燈光帶方案掃描路徑及時間柱狀圖如圖1～圖6所示。

圖1 常規(guī)白光LED照明方案掃描路徑

圖2 色溫改變方案掃描路徑

圖3 彩色燈光帶方案掃描路徑

圖4 常規(guī)白光LED照明方案時間柱狀圖

圖5 色溫改變方案時間柱狀圖

圖6 彩色燈光帶方案時間柱狀圖

由圖1～圖6可見，常規(guī)白光LED照明方案、色溫改變方案中駕駛員注視點均長時間集中分布在正前方路面區(qū)域；彩色燈光帶方案中駕駛員注視點主要分布在正前方路面區(qū)域，在左右側(cè)墻的彩色燈光帶區(qū)域也有短暫停留。由此說明，僅改變隧道內(nèi)燈具色溫，駕駛員注視點無明顯變化[13-15]；設置彩色燈光帶后，駕駛員視點大部分時間仍分布在正前方路面區(qū)域，對兩側(cè)墻區(qū)域有短暫的關注。對掃描路徑圖及時間柱狀圖的數(shù)據(jù)進一步分析，可得到3種方案的屏幕位置注視信息，結(jié)果如表1所示。

表1 不同方案的屏幕位置注視信息

由表1可知，駕駛員雖關注了兩側(cè)墻特殊燈光區(qū)域，但仍以獲取駕駛所需的前方路面信息為主，即駕駛員受彩色燈光帶的吸引，同時未過多關注彩色燈光帶的具體細節(jié)。改變隧道內(nèi)燈具色溫，駕駛員注視點無明顯變化；設置彩色燈光帶后，駕駛員注視點增多，平均注視時間減少，駕駛員眼動行為變活躍，受彩色燈光帶的吸引，同時未過多關注彩色燈光帶的具體細節(jié)，這有利于消除駕駛疲勞。

秉持“房子是用來住的，不是用來炒的”理念，本文結(jié)合國內(nèi)外城市關于住房發(fā)展與民生改善的一般經(jīng)驗，使用人均住房面積、房價收入比、住房消費占總消費比三個指標分別從住房使用價值、住房支出負擔、整個消費結(jié)構(gòu)三個方面反映住房民生的狀況。因此，筆者對改革開放以來上海市民生改善狀況和新時代上海市住房民生改善趨勢的考察和預測也是從這三個方面進行。

4 二郎山隧道實車試驗

4.1 試驗過程

二郎山特長隧道長13 459 m，雙洞共設置了4處特殊燈光帶(每間隔4.5 km左右設置1處)，其中2處為LED點光源像素矩陣方案，另2處為高清圖像投影方案。試驗對5位駕駛員依次通過LED點光源像素矩陣段、高清圖像投影段及常規(guī)路段的掃描路徑、注視信息等數(shù)據(jù)進行測試、分析，共計15個工況。

4.2 試驗數(shù)據(jù)及分析

4.2.1 掃描路徑及注視信息

根據(jù)眼動儀及配套軟件的數(shù)據(jù)采集和分析，LED點光源像素矩陣方案、高清圖像投影方案及常規(guī)白光LED照明方案掃描路徑及時間柱狀圖如圖7～圖12所示。

圖7 LED點光源像素矩陣方案掃描路徑

圖8 高清圖像投影方案掃描路徑

圖9 常規(guī)白光LED照明方案掃描路徑

圖10 LED點光源像素矩陣方案時間柱狀圖

圖11 高清圖像投影方案時間柱狀圖

圖12 常規(guī)白光LED照明方案時間柱狀圖

由圖7～圖12可知，常規(guī)LED照明方案中駕駛員注視點大部分集中在車行方向正前方路面區(qū)域，小部分分布在車內(nèi)區(qū)域；LED點光源像素矩陣方案及高清圖像投影方案中駕駛員注視點除了分布在車行方向正前方路面區(qū)域及車內(nèi)區(qū)域外，也有部分分布在拱頂特殊光環(huán)境區(qū)域。據(jù)此判斷，設置LED點光源像素矩陣方案及高清圖像投影方案后，駕駛員注視點有明顯變化，駕駛員視點分布變分散，對拱頂區(qū)域的關注明顯增多。對掃描路徑圖及時間柱狀圖的數(shù)據(jù)進一步分析，可得到3種方案的屏幕位置注視信息，結(jié)果如表2所示。

由表2屏幕位置注視信息可看出，LED點光源像素矩陣方案拱頂平均注視時間小于路面關注區(qū)域的平均注視時間，高清圖像投影方案拱頂平均注視時間則大于路面關注區(qū)域的平均注視時間，表明LED點光源像素矩陣方案中駕駛員受特殊光環(huán)境影響小于高清圖像投影方案。2方案相比而言，LED點光源像素矩陣方案中駕駛員受彩色燈光帶的吸引而關注了拱頂特殊燈光區(qū)域，但仍以獲取駕駛所需的前方路面信息為主，未過多關注特殊光環(huán)境的具體細節(jié)。

表2 不同方案的屏幕位置注視信息

4.2.2 心電、皮電數(shù)據(jù)

心電是心臟在每個心動周期中伴隨產(chǎn)生的生物電的變化，是測量心臟節(jié)律的方法。皮電通過皮膚電阻或皮膚的導電率進行測量，是反映人體交感神經(jīng)興奮性程度的指標。選取試驗中典型單個駕駛員的心電及皮電數(shù)據(jù)進行對比分析，如圖13～圖18所示。

圖13 高清圖像投影方案心電波形

圖14 LED點光源像素矩陣方案心電波形

圖15 常規(guī)白光LED照明方案心電波形

圖16 高清圖像投影方案皮電波形

圖17 LED點光源像素矩陣方案皮電波形

圖18 常規(guī)白光LED照明方案皮電波形

由圖13～圖18可見，各方案心電數(shù)據(jù)無明顯不同，難以看出顯著規(guī)律，無法據(jù)此有效表征駕駛員生理狀況。常規(guī)LED照明方案在各段的皮電測試波形顯示總體平緩，變化幅度約為5.1%；LED點光源像素矩陣方案、高清圖像投影方案對應的特殊光環(huán)境段則有明顯上升，變化幅度約為15.4%和22.5%，表明在特殊光環(huán)境段駕駛員皮膚導電率上升，興奮感增強，有助于緩解特長隧道內(nèi)的視覺疲勞。同時該刺激在駕駛員駛過特殊光環(huán)境段后會逐漸恢復平穩(wěn)，不會導致駕駛員因長時間刺激而產(chǎn)生緊張心理。

5 結(jié)論

通過對常規(guī)照明、色溫改變、彩色燈光帶、LED點光源像素矩陣及高清圖像投影方案的實車對比試驗數(shù)據(jù)分析，可得出以下結(jié)論：

1)僅改變隧道內(nèi)燈具色溫，對駕駛員注視點無明顯影響；LED點光源像素矩陣、高清圖像投影方案及彩色燈光帶對駕駛員注視點有顯著影響。

2)掃描路徑及屏幕注視信息等顯示隧道特殊光環(huán)境使駕駛員眼動行為變活躍，駕駛員未過度關注其細節(jié)，仍以獲取路面信息為主，對緩解視覺疲勞可起到一定作用。

3)隧道特殊光環(huán)境對駕駛員心電數(shù)據(jù)無顯著影響，但駕駛員皮電數(shù)據(jù)有短暫顯著變化，駕駛員興奮程度有所增加。

4)綜合考慮視覺特性參數(shù)、心電反應等因素，特殊光環(huán)境優(yōu)先選擇LED點光源像素矩陣方案或高清圖像投影方案，其次為彩色燈光帶方案，色溫改變方案對緩解視覺疲勞無明顯效果。