安文娟， 黃 鋼， 陶 超， 朱 凱， 何 勇， 高建平1，

(1.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074; 2.公安部交通管理科學(xué)研究所， 江蘇 無(wú)錫 214151; 3.重慶交大安全科學(xué)研究院有限公司， 重慶 400074； 4.黃山學(xué)院， 安徽 黃山 245041； 5.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司， 重慶 400067)

國(guó)際照明委員會(huì)(Cffi)調(diào)查表明：在缺乏環(huán)境照明的情況下，夜間的交通事故率是白天的3倍[1]。高速公路夜間事故率高且事故后果更為嚴(yán)重，并在長(zhǎng)直線、互通出入口、視距受限等路段形成事故多發(fā)的高風(fēng)險(xiǎn)路段[2-5]，其中環(huán)境照度不足是導(dǎo)致夜間交通事故多發(fā)的主要原因之一[6]。既有研究表明，改善行車環(huán)境照度可促使駕駛?cè)伺d奮、減輕駕駛?cè)似?，增?qiáng)駕駛?cè)酥苓呉曇案兄托袨闇?zhǔn)確性，提高駕駛?cè)说哪繕?biāo)視認(rèn)和保證行車視距[7-8]。

行為適應(yīng)理論認(rèn)為，當(dāng)行車環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，駕駛?cè)藭?huì)改變其行為以適應(yīng)新的行車環(huán)境，但行為適應(yīng)的結(jié)果既可能有利于提高其行車安全性，也可能弱化甚至消除行車安全性提高預(yù)期[9-11]。因此，通過(guò)改進(jìn)環(huán)境照度，提升高速公路夜間高風(fēng)險(xiǎn)路段的安全性，需要考慮駕駛?cè)说男袨檫m應(yīng)特征。

張楠楠[12]通過(guò)實(shí)車試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同照度條件下駕駛?cè)藢?duì)目標(biāo)物的視認(rèn)時(shí)間有顯著差異。程國(guó)柱等[13-14]對(duì)駕駛?cè)嗽诓煌缆窏l件和不同照度(白天和夜晚)情況下的視認(rèn)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)嗽谝雇淼囊暰噍^白天平均降低了8.5%。S.Plainis和I.J.Murray[15]研究發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)朔磻?yīng)特性與照明強(qiáng)度有關(guān)，照明條件的改善可縮短駕駛?cè)说姆磻?yīng)時(shí)間。Said M.Easa等[16]研究認(rèn)為，當(dāng)環(huán)境照度從0.6 cd/m2提升至2.5 cd/m2時(shí)，駕駛?cè)藢?duì)交通標(biāo)志的視認(rèn)性顯著提高，有利于駕駛?cè)藰淞Ⅰ{駛信心。Bo Liang等[17]以反應(yīng)時(shí)間為指標(biāo)，在不同環(huán)境照度條件下對(duì)相關(guān)色溫(CCT)和偏心率進(jìn)行了測(cè)量，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)增加光源的CCT(照度水平)可改善駕駛?cè)诵熊囘^(guò)程中的視覺(jué)性能。

基于國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，本文擬采用駕駛模擬方法獲取不同照度條件下駕駛?cè)搜蹌?dòng)參數(shù)，研究夜間環(huán)境照度及其變化對(duì)高速公路駕駛?cè)谁h(huán)境適應(yīng)的影響，提出高速公路高風(fēng)險(xiǎn)路段照明參數(shù)設(shè)置方法。

1 高風(fēng)險(xiǎn)路段照明過(guò)渡段設(shè)置分析

為防止環(huán)境照度突變對(duì)駕駛?cè)诵睦砗蜕懋a(chǎn)生影響，高風(fēng)險(xiǎn)路段照明應(yīng)考慮駕駛?cè)艘曈X(jué)適應(yīng)時(shí)間，設(shè)置照明過(guò)渡段[18-19]。過(guò)渡段的設(shè)置保持了既有照明器具裝置高度和間隔，通過(guò)逐漸增加或減少光源功率的方式在高風(fēng)險(xiǎn)路段及其相鄰路段設(shè)置照明過(guò)渡段，如圖1所示。圖1中，L1～L4為路面照度遞增段，L4′～L1′為路面照度遞減段。

圖1 高風(fēng)險(xiǎn)路段照明過(guò)渡段設(shè)置示意

2 仿真模擬試驗(yàn)

2.1 對(duì)象

根據(jù)我國(guó)駕駛?cè)朔植继卣鱗20]，試驗(yàn)招募具有合法駕駛資格、年齡在22～56歲、駕齡1～18年的男性駕駛?cè)?0名和女性駕駛?cè)?0名，其中年齡在 21～30歲的17名，31～40歲的6名，41～50歲的4名，50歲以上3名；駕齡在1～10年的21名，10～20 年的5名，21年及以上4名。被試者身體健康，視覺(jué)機(jī)能正常，雙眼視力均在1.0以上。

2.2 設(shè)備

仿真軟件、駕駛模擬設(shè)備等，以小客車為試驗(yàn)車型，試驗(yàn)?zāi)Ｊ讲捎米匀获{駛模式。

2.3 照度

根據(jù)道路行車道和交會(huì)區(qū)路面照明的規(guī)定[19]，既考慮高速公路行車條件與城市快速路的相似性，又考慮了高速公路與城市快速路的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行速度差異性，高速公路的路面照度值應(yīng)高于城市快速路。經(jīng)初步測(cè)試，依據(jù)路面照度在5 lx～48 lx時(shí)，運(yùn)行速度與路面照度關(guān)系，設(shè)計(jì)試驗(yàn)路段的環(huán)境照度試驗(yàn)方案，如表1所示。

表1 照度試驗(yàn)參數(shù)值

2.4 環(huán)境建模

利用軟件設(shè)置一段長(zhǎng)4 km的直線路段，其中前3 km為低照度路段，以保證駕駛?cè)嗽谡５驼斩葪l件下適應(yīng)夜間行車環(huán)境后進(jìn)入試驗(yàn)照明路段。根據(jù)文獻(xiàn)[19]，采用常規(guī)照明方式，在試驗(yàn)照明路段兩側(cè)每隔30 m對(duì)稱設(shè)置1組點(diǎn)光源，照度依次按表1取值，同時(shí)在3.8 km處設(shè)置試驗(yàn)標(biāo)志牌，仿真環(huán)境建模如圖2所示。

圖2 仿真模擬試驗(yàn)場(chǎng)景

2.5 數(shù)據(jù)采集

為了更好地模擬夜間實(shí)際駕駛情況，選擇20:00以后進(jìn)行駕駛模擬試驗(yàn)并記錄眼動(dòng)數(shù)據(jù)。在正式試驗(yàn)之前先進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，讓駕駛?cè)耸煜ぴ囼?yàn)過(guò)程、指導(dǎo)用語(yǔ)、試驗(yàn)信息反饋。要求駕駛?cè)税醋匀获{駛的方式進(jìn)入試驗(yàn)路段，依次經(jīng)過(guò)表1設(shè)計(jì)的不同等級(jí)的路面照度路段，采用記錄裝置自動(dòng)記錄駕駛?cè)税l(fā)現(xiàn)試驗(yàn)標(biāo)志輪廓時(shí)的時(shí)刻及駕駛?cè)送耆R(shí)別并理解其內(nèi)容時(shí)的時(shí)刻，將2次時(shí)間差作為相應(yīng)試驗(yàn)環(huán)境下的駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間。

2.6 結(jié)果分析

1) 駕駛員適應(yīng)時(shí)間與環(huán)境照度的關(guān)系

駕駛模擬試驗(yàn)結(jié)束后，采用格拉布斯(Grubbs)檢驗(yàn)法對(duì)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)的異常值進(jìn)行篩選、剔除。由Weber-Fechner定理可知，駕駛?cè)艘曈X(jué)刺激的差別閾限隨路面照度的變化而變化，只有當(dāng)照度差別量達(dá)到一定比例時(shí)，方能引起駕駛?cè)艘曈X(jué)出現(xiàn)感覺(jué)差異。同時(shí)，除了環(huán)境照度差以外，駕駛?cè)俗陨砀兄h(huán)境照度變化的能力也不盡相同。駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間與環(huán)境照度的關(guān)系如圖3所示。

圖3 駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間與環(huán)境照度關(guān)系

圖3表明，照明條件對(duì)駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間存在顯著影響，隨照明條件的提升，駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間及其離散性有明顯改善。當(dāng)試驗(yàn)環(huán)境照度為5 lx時(shí)，駕駛?cè)说倪m應(yīng)時(shí)間差最大超過(guò)了7 s，而當(dāng)試驗(yàn)環(huán)境照度為48 lx時(shí)，駕駛?cè)说倪m應(yīng)時(shí)間差最大僅為1.7 s。環(huán)境照度對(duì)駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間影響的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 環(huán)境照度對(duì)駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間影響統(tǒng)計(jì)

由表2可知，當(dāng)駕駛?cè)艘来谓?jīng)過(guò)不同照度的試驗(yàn)路段時(shí)，照度越高，駕駛員適應(yīng)時(shí)間越短，照明環(huán)境對(duì)駕駛員影響的一致性也越高，對(duì)保證行車安全越有利。

2) 駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間分布特點(diǎn)

采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)判斷不同試驗(yàn)照度環(huán)境下的駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間是否符合高斯分布，結(jié)果如表3所示。由表3可知，不同試驗(yàn)照度環(huán)境下駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)量所對(duì)應(yīng)的值均大于0.05，可認(rèn)為不同試驗(yàn)照度環(huán)境下駕駛?cè)说倪m應(yīng)時(shí)間均服從高斯分布，也說(shuō)明在不同試驗(yàn)條件下，駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間在均值附近出現(xiàn)的頻率最高。

表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)量及對(duì)應(yīng)的相伴概率

3 駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間設(shè)計(jì)值確定

依據(jù)駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間分布特征進(jìn)行高風(fēng)險(xiǎn)路段過(guò)渡段設(shè)計(jì)時(shí)，為保證駕駛?cè)嗽诟唢L(fēng)險(xiǎn)路段的行車安全，避免因駕駛?cè)艘曈X(jué)適應(yīng)時(shí)間不足所導(dǎo)致的交通事故發(fā)生，應(yīng)考慮全樣本適應(yīng)時(shí)間的累積頻率，如圖4所示。

圖4 不同試驗(yàn)照度環(huán)境下駕駛?cè)?適應(yīng)時(shí)間與累積頻率關(guān)系

由圖4可知，當(dāng)累積頻率≥5%時(shí)，不同試驗(yàn)照度環(huán)境下，駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間變化幅度均較小。為此，考慮駕駛?cè)诵熊嚢踩肮こ探?jīng)濟(jì)性，選取85%分位數(shù)所對(duì)應(yīng)的駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間作為設(shè)計(jì)值，5 lx～48 lx下，適應(yīng)時(shí)間如表4所示。

表4 駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間設(shè)計(jì)值

4 高風(fēng)險(xiǎn)路段照明過(guò)渡段長(zhǎng)度確定

按照“一定比例逐漸增大或減小光源功率”的過(guò)渡照明設(shè)置要求[19]，高風(fēng)險(xiǎn)路段及其過(guò)渡段L4、L3、L2和L1可選用試驗(yàn)7、試驗(yàn)6、試驗(yàn)5和試驗(yàn)3中的照度值進(jìn)行照度設(shè)計(jì)，并將表4確定的駕駛?cè)嗽谶@4組試驗(yàn)照度值下的適應(yīng)時(shí)間作為高風(fēng)險(xiǎn)路段過(guò)渡段L4、L3、L2和L1的行車時(shí)間，最終確定的高風(fēng)險(xiǎn)路段過(guò)渡段駕駛?cè)烁鲄^(qū)段的行車時(shí)間如表5所示。

表5 高風(fēng)險(xiǎn)路段照明過(guò)渡段行車時(shí)間

高風(fēng)險(xiǎn)路段過(guò)渡段L1、L2、L3和L4各區(qū)段長(zhǎng)度的確定可表示為：

(1)

式中：L為長(zhǎng)度，m；t為行車時(shí)間，s；v為行車車速，m/s。

駕駛?cè)嗽诟唢L(fēng)險(xiǎn)路段行車時(shí)會(huì)主動(dòng)對(duì)車速進(jìn)行控制，因此將高風(fēng)險(xiǎn)路段行車近似視為勻速行駛，則式(1)可表示為：

L=vt

(2)

根據(jù)表5得到的高風(fēng)險(xiǎn)路段過(guò)渡段駕駛?cè)诵熊嚂r(shí)間，依據(jù)式(2)可得到不同限速條件下高風(fēng)險(xiǎn)路段過(guò)渡段長(zhǎng)度，如表6所示?？紤]駕駛?cè)诉m應(yīng)及便于工程應(yīng)用，照度遞減過(guò)渡段的長(zhǎng)度應(yīng)不小于對(duì)應(yīng)的照度遞增過(guò)渡段長(zhǎng)度。

表6 照度過(guò)渡段長(zhǎng)度

5 結(jié)束語(yǔ)

1) 高速公路高風(fēng)險(xiǎn)路段的照明參數(shù)設(shè)置應(yīng)由高風(fēng)險(xiǎn)路段及其上下游過(guò)渡段組成，以滿足駕駛?cè)艘曈X(jué)適應(yīng)需求。

2) 高速公路具有較高的行駛車速，且夜間行車缺少參照，高風(fēng)險(xiǎn)路段宜采用較高的照明標(biāo)準(zhǔn)，最高可采用48 lx的照度值。

3) 駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間與照明環(huán)境存在相關(guān)性，照度越低，照明環(huán)境越差，則駕駛?cè)说倪m應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，且不同駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間的離散性越大，對(duì)行車安全越不利。

4) 照明過(guò)渡段長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)路面照度、駕駛?cè)诉m應(yīng)時(shí)間和行車速度確定。