淺談高速公路線形對(duì)駕駛員視覺特性影響

苗成濤

（山東省德州市公路勘察設(shè)計(jì)院，山東德州 253006）

淺談高速公路線形對(duì)駕駛員視覺特性影響

苗成濤

（山東省德州市公路勘察設(shè)計(jì)院，山東德州 253006）

高速公路交通系統(tǒng)主要由人、車、路三個(gè)方面構(gòu)成，其中人是高速公路交通系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)接收道路交通信息并及時(shí)處理各種交通情況。但目前主要的高速公路線形設(shè)計(jì)都是以滿足汽車的行車需求為最高宗旨，忽略了人在高速公路交通系統(tǒng)中的核心地位，忽視了高速公路線形對(duì)于駕駛員視覺特性的影響。正是因?yàn)槿绱耍瑢?dǎo)致交通事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響了高速公路交通系統(tǒng)的行車安全。因此，開展有關(guān)高速公路線形對(duì)駕駛員視覺特性的研究具有實(shí)際應(yīng)用意義。本文將結(jié)合視覺特性的生理學(xué)基礎(chǔ)和心理學(xué)分析，介紹高速公路線形對(duì)于駕駛員視覺特性的影響，并提出解決對(duì)策。

高速公路線形 駕駛員 視覺特性

高速公路線形可以分為平曲線和縱曲線，傳統(tǒng)的公路線形設(shè)計(jì)主要考慮汽車行駛是否方便，忽略了高速公路線形對(duì)于視覺的影響。但事實(shí)是當(dāng)駕駛員通過不同線形類型的高速公路時(shí)，視覺特性會(huì)受到路面線形的影響而發(fā)生相應(yīng)的變化，致使出現(xiàn)對(duì)于交通信息判斷不準(zhǔn)確的情況。因此開展有關(guān)高速公路線形對(duì)于駕駛員視覺特性的影響十分必要。本文將從駕駛員心理特點(diǎn)和視覺生理特點(diǎn)兩方面分析研究視覺特性，并對(duì)高速公路線形引發(fā)的錯(cuò)覺進(jìn)行分析，提出解決對(duì)策。

1　視覺的生理學(xué)基礎(chǔ)

在駕駛員開車的過程中，主要通過眼睛獲取道路交通信息，本節(jié)主要研究分析駕駛員的眼睛如何獲取信息、認(rèn)知信息和處理信息。我們知道，眼睛完成信息的收集、認(rèn)知和處理不僅需要眼睛、還要依賴于視覺中樞和視神經(jīng)。我們通常所說的視覺首先要通過眼睛折射可見光，并將可見光傳輸給視網(wǎng)膜，視網(wǎng)膜在刺激下產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)傳給視覺中樞，從而產(chǎn)生視覺。

人腦的左右腦對(duì)于信息處理的功能大不相同，對(duì)于視覺信息的處理，左腦更加善于處理文字信息，而右腦在處理數(shù)字信息方面較強(qiáng)。正是因?yàn)樽笥夷X存在這種不同，導(dǎo)致左右腦產(chǎn)生的效應(yīng)不同。在遇到需要快速反應(yīng)的信息時(shí)，需要視神經(jīng)的交叉作用解決左右腦反應(yīng)不一樣的問題。

眼球表面約67%的面積均有視網(wǎng)膜覆蓋，視網(wǎng)膜中各個(gè)部分的敏感度不一樣，主要是因?yàn)橐暰W(wǎng)膜中各個(gè)部分的細(xì)胞分布大為不同。相較于邊緣區(qū)域，中央?yún)^(qū)域的敏感程度最高。因此，投射到中央?yún)^(qū)域的像較為清晰，而邊緣區(qū)域的像相對(duì)于中央?yún)^(qū)域要模糊一些，甚至?xí)a(chǎn)生盲區(qū)。在駕駛員駕車行駛的過程中，各種交通信息通過視覺系統(tǒng)傳輸給駕駛員，為了清晰的看到這些信息，駕駛員要不斷地的轉(zhuǎn)眼珠，確保各種圖像、文字信息能被投射到視網(wǎng)膜的中央?yún)^(qū)域。此外，視網(wǎng)膜還能感受到物體顏色和亮度的變化。視網(wǎng)膜中的細(xì)胞包括視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞兩種，視錐細(xì)胞主要分布在視網(wǎng)膜的中央?yún)^(qū)域，對(duì)可見光的亮度和顏色信息比較敏感，對(duì)于物體的細(xì)微部分的分辨率較強(qiáng)，即能感受到強(qiáng)光的刺激。視桿細(xì)胞對(duì)于弱光較為敏感，但不能感受到顏色的刺激。因此，在白天或強(qiáng)光環(huán)境下，主要依靠視錐細(xì)胞觀看各種物體，而在夜里或者弱光環(huán)境中則主要依靠視桿細(xì)胞，但不能分辨物體的顏色，也不能看清物體的全貌。

綜上所述，駕駛員視覺特性的生理影響因素是視網(wǎng)膜，視網(wǎng)膜不僅負(fù)責(zé)感受物體的像，同時(shí)對(duì)于光和顏色的變化較為敏感。

2　視覺特性心理學(xué)分析

2.1駕駛員的視覺信息加工能力

介紹駕駛員的視覺信息加工能力首先要介紹視知覺的概念，所謂視知覺就是駕駛員通過視覺系統(tǒng)獲取各種道路交通信息，并根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)對(duì)獲取的信息進(jìn)行解釋，即對(duì)信息進(jìn)行加工的過程。我們每個(gè)人都有視知覺的能力，但又由于每個(gè)人的生活經(jīng)歷、生活環(huán)境以及知識(shí)儲(chǔ)備量的不同，導(dǎo)致視知覺能力大為不同。而在駕駛員駕駛車輛行駛的過程中要不斷對(duì)道路信息進(jìn)行判斷并做出反應(yīng)，很多車禍的發(fā)生就是因?yàn)轳{駛員信息處理錯(cuò)誤導(dǎo)致的。駕駛員視覺信息加工能力具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。第一，首先關(guān)注自己關(guān)心的事物；第二，對(duì)于曾經(jīng)有過的體驗(yàn)記憶深刻；第三，對(duì)于看到的事物容易出現(xiàn)自己想象事物發(fā)展的方向問題，如看到車停靠在道路的左側(cè)就會(huì)想到車要左轉(zhuǎn)彎；第四，容易優(yōu)先關(guān)心和自己關(guān)系重大的事物；第五，較先發(fā)現(xiàn)移動(dòng)的事物。

2.2駕駛員對(duì)距離的估計(jì)能力

駕駛員對(duì)距離估計(jì)主要包括對(duì)于跟車距離、超車距離、兩車相遇時(shí)的距離、行人據(jù)車的距離以及障礙物據(jù)車的距離等。駕駛員對(duì)距離估計(jì)能力高低與駕駛員的駕駛經(jīng)驗(yàn)和駕齡有關(guān)。但無論是多少年駕齡的駕駛員，往往都習(xí)慣低估距離，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因有兩點(diǎn)，第一很多駕駛員出于安全的考慮，為了避免剮蹭，低估距離；第二是由于駕駛員的位置相較于地面而言較高，存在視覺錯(cuò)覺。

2.3駕駛員對(duì)道路地形的判斷能力

駕駛員在駕車行駛的過程中對(duì)于特殊地形的判斷較容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，我們較為常見的例子有，對(duì)于彎道半徑估計(jì)不準(zhǔn)確，或沒有看清下坡地形，而誤認(rèn)為是平面行駛。尤其是在沒有明顯地標(biāo)建筑物或地形起伏變化較大的情況下，常出現(xiàn)對(duì)于坡度判斷錯(cuò)誤的情況。這些情況的出現(xiàn)與駕駛員的駕駛經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，也與視覺錯(cuò)誤有關(guān)。

3　高速公路線形引起的錯(cuò)覺分析

所謂錯(cuò)覺就是人們通過視覺系統(tǒng)獲得的視覺信息與實(shí)際物體信息之間存在的偏差。當(dāng)駕駛員通過視覺判斷的物體信息與實(shí)際信息不一致時(shí)就會(huì)引發(fā)錯(cuò)覺。高速公路線形容易引起的錯(cuò)覺包括彎道錯(cuò)覺、坡道錯(cuò)覺和速度錯(cuò)覺。

3.1彎道錯(cuò)覺

彎道是在高速公路行駛過程中較為常見的一種道路類型，特別是在山區(qū)行駛時(shí)。根據(jù)有關(guān)交通事故的記錄顯示，彎道是導(dǎo)致交通事故的重要原因之一。最近幾年，美國和加拿大的有關(guān)專家對(duì)于彎道引發(fā)的駕駛員錯(cuò)覺進(jìn)行了分析研究。加拿大的Y.Hassan等人通過研究得出下述結(jié)論：第一，當(dāng)平曲線和凸形豎曲線銜接時(shí)，平面曲線的半徑會(huì)產(chǎn)生視覺上的變化，使得平曲線視覺上更加彎曲，而當(dāng)平曲線與凹形豎曲線銜接時(shí)，使得平曲線在視覺上更加平緩；第二，駕駛員在平曲線和凸曲線相結(jié)合的路面行駛時(shí)，會(huì)持續(xù)減速，而在平曲線與凹曲線相結(jié)合的路面行駛時(shí)會(huì)出現(xiàn)加速行駛的現(xiàn)象；第三，當(dāng)駕駛員在平曲線與凹曲線相結(jié)合的路面行駛時(shí)，視覺錯(cuò)覺會(huì)較為明顯；第四，在彎道上行駛時(shí)，駕駛員產(chǎn)生的視覺錯(cuò)覺主要是由于平曲線和縱曲線組合引起的，其它的彎道參數(shù)對(duì)于駕駛員錯(cuò)覺的影響較小，基本上可以不考慮［1］。

彎道錯(cuò)覺主要是因?yàn)轳{駛員對(duì)于彎道半徑判斷錯(cuò)誤導(dǎo)致的。駕駛員一般通過對(duì)彎道半徑的判斷而不斷改變行駛速度，如果彎道半徑判斷和彎道實(shí)際半徑值偏差較大，就會(huì)因?yàn)橐曈X錯(cuò)覺加大而采用不適宜的行駛速度，導(dǎo)致出現(xiàn)交通事故。

3.2坡道錯(cuò)覺

駕駛員對(duì)于坡道的坡度敏感性較弱，但對(duì)于坡道的坡度差卻十分敏感。如果駕駛員在駕駛的過程中，對(duì)于坡道的變化判斷出現(xiàn)較大的錯(cuò)覺，就會(huì)出現(xiàn)采取錯(cuò)誤操作的問題，進(jìn)而影響駕車行駛的安全性。

坡道坡度的變化會(huì)導(dǎo)致駕駛員心理上的不適，從而引發(fā)坡道錯(cuò)覺。此外，駕駛員產(chǎn)生坡道錯(cuò)覺不僅與駕駛員的心理和生理有關(guān)，還與坡道設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度和坡度等因素有關(guān)。例如，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)坡道的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，坡度加大時(shí)就容易導(dǎo)致坡道錯(cuò)覺發(fā)生。但并非所有的坡道都會(huì)產(chǎn)生坡道錯(cuò)覺。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)駕駛員行駛在前后坡度變化超過2.5%，且在坡度上行駛的時(shí)間超過15秒的路段，駕駛員行駛到下一坡段時(shí)就有可能產(chǎn)生坡度錯(cuò)覺［2］。此外，隨著坡度差值減小，引發(fā)坡道錯(cuò)覺的概率也逐漸減小。

3.3速度錯(cuò)覺

速度錯(cuò)覺也是較常出現(xiàn)的一種視覺錯(cuò)覺，往往是由于高速公路長(zhǎng)直線的運(yùn)用不合理引發(fā)的。在較為空曠的長(zhǎng)直路面行駛，駕駛員更容易出現(xiàn)超速行駛。這主要是因?yàn)轳{駛員主要以窗外景物進(jìn)行速度判斷，這種判斷方法不夠客觀，影響了駕駛員對(duì)于速度的估計(jì)。通過控制高速公路路面長(zhǎng)直路段的長(zhǎng)度可以有效控制速度錯(cuò)覺的產(chǎn)生。

4　高速公路線形引發(fā)錯(cuò)覺的對(duì)策

4.1線形錯(cuò)覺設(shè)計(jì)對(duì)策

高速公路線形設(shè)計(jì)不合理是誘發(fā)線形錯(cuò)覺的內(nèi)因，從高速公路線形設(shè)計(jì)入手，改善高速公路線形是有效預(yù)防線形錯(cuò)覺的一種策略。

第一，平面線形設(shè)計(jì)應(yīng)秉持線形連續(xù)、順適、均衡的原則，尤其要注意直線長(zhǎng)度的運(yùn)用。切記小的連續(xù)的彎道容易引發(fā)彎道錯(cuò)覺，同向曲線間直線距離太短也容易引發(fā)錯(cuò)覺。同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)駕駛員的心理特點(diǎn)，控制好長(zhǎng)直線路段的長(zhǎng)度，避免產(chǎn)生速度錯(cuò)覺；第二，縱面線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其與地形是否相符，要將縱面線設(shè)計(jì)成視覺上連續(xù)、平順的線形，避免出現(xiàn)過多的起伏變化。

4.2線形錯(cuò)覺治理對(duì)策

上述設(shè)計(jì)對(duì)策是針對(duì)于在高速公路設(shè)計(jì)階段的，但對(duì)于已經(jīng)建設(shè)好的路段再進(jìn)行調(diào)整是很難實(shí)現(xiàn)的。只能通過對(duì)于周邊環(huán)境的優(yōu)化來減少路面線形對(duì)于視覺錯(cuò)覺的影響。

對(duì)于彎道錯(cuò)覺的治理主要通過栽培植物、播放音樂或者顏色變化來完成。如可以在彎道上播放緩慢的音樂促使駕駛員放慢行駛速度，可以通過在彎道兩邊種植高大的樹木造成一種道路狹窄的錯(cuò)覺，從而使司機(jī)加強(qiáng)警戒，或者在彎道周圍的墻上涂醒目的顏色提醒駕駛員注意。坡道錯(cuò)覺的治理可以從錯(cuò)覺的基本知識(shí)入手，相同的集合尺寸的物體由于空間里位置不同，人們?cè)谝曈X里感受到的物體幾何是不相同的［3］。將這一理論應(yīng)用于坡道質(zhì)量中可以減少錯(cuò)覺。速度錯(cuò)覺的治理可以通過合理運(yùn)用長(zhǎng)直線路段或種植植物來完成。

5　結(jié)語

綜上所述，高速公路線形對(duì)于駕駛員視覺特性有一定的影響，會(huì)使駕駛員產(chǎn)生彎道錯(cuò)覺、坡道錯(cuò)覺和速度錯(cuò)覺，為了有效減少駕駛員的視覺錯(cuò)覺，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段就采取有效的設(shè)計(jì)對(duì)策，對(duì)于已經(jīng)建設(shè)完成的高速公路應(yīng)采取有效的治理對(duì)策，確保駕駛員的行車安全。

［1］Y.Hassan and S.M.Easa.Effect of Vertical Alignment on Driver Perception of Horizontal Curves Journal of Transportation Engineering，2003.07：399－407.

［2］郭遷.道路線形及路邊環(huán)境引起的錯(cuò)覺分析及治理對(duì)策研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

［3］趙炳強(qiáng).駕駛員的錯(cuò)覺及其影響［J］.汽車運(yùn)輸，1996，（5）：7－10.