基于瞬時記憶特性的強制減速車道標志設置*

袁曉磊，邱歡，余強

基于瞬時記憶特性的強制減速車道標志設置*

袁曉磊，邱歡，余強

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

文章結合駕駛員視野特性對交通標志的視認距離與消失距離進行分析，通過記憶衰減特性對輔助減速車道、避險車道的設置前置距離與重復距離進行研究，降低因為駕駛人對輔助減速車道標志信息的遺忘造成的潛在交通事故的可能性。

瞬時記憶特性；交通標志；重復距離設置；前置距離設置

前言

由于我過西部山區地理與經濟條件限制，山區普通公路設計過程中往往會出現長大下坡路段，此路段行駛車輛由于持續高強度制動導致制動器發生“熱衰退”現象，進而引發重大交通事故[1]。目前一般通過設置避險車道、輔助減速車道對失控車輛強制減速，以保證長下坡路段的運行安全性。駕駛員是否能夠合理利用避險車道或者輔助減速車道主要依賴于是否能夠通過交通標志了解避險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特性分析交通標志設置的前置距離與重復距離，解決駕駛員由于車輛高速下坡失速時而無法識別交通標志的問題；進而為輔助減速車道交通標志的布置和設計提供科學的依據[2]。

1 駕駛員識別交通標志過程分析

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

圖1 駕駛人對交通標志的視認圖

圖中W為輔助減速車道或者避險車道位置，駕駛員通過A2（D3）時發現交通標志2，在A2-B2過程中對交通標志進行有效讀取，此距離為駕駛員的視認距離S1；駕駛員讀取交通標志信息后在一段時間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，駕駛員此過程中對交通標志信息的記憶已經處于衰減階段，為了在駕駛員記憶衰減到一定值之前強化記憶，在 A1(D2)處設置交通標志1，重復以上過程。其中標志1到標志2（或者A1-A2、D1-D2）之間的距離為交通標志設置的重復距離。交通標志1的設置前置距離S4(W-D1)需滿足行駛距離W-B1時間內交通標志記憶信息衰減到有效范圍之內，一般為60%。

2 基于駕駛員視覺特性的視認、消失距離分析

2.1 視認距離分析

交通標志的視認距離一般與駕駛員的相對視力和文字高度相關，根據相關研究[3]絕對視力為1.5的駕駛員以90km/h速度行駛時視認距離一般滿足以下關系：

式中：h為文字高度一般取值0.52m（交通牌尺寸4m*5m）；相對為駕駛人的相對視力，90km/h速度行駛時一般取相對=0.672，為文字與視標的轉化系數，一般取=3.07。由公式（1）可以得到駕駛員90km/h速度行駛時視認距離大約為117m。

2.2 消失距離分析

重型載貨汽車在長大下坡路段的交通事故率相對較高，因此需要設置交通標志以提醒駕駛人。長大下坡路段交通標志設置模型與水平道路差別較大，考慮到長大下坡路段坡度越大交通標志需要更高才能滿足駕駛員正常視野范圍內能夠準確識別交通標志信息。如圖2所示單一坡度的交通標志設置高度模型，駕駛人的視高為駕駛人視點至路面的距離，重型載貨汽車的視高通常在3m。

圖2 單一坡度條件下的標志高度模型

與水平道路不同，長大下坡路段交通標志的設置高度應能保證出現在重型載貨汽車駕駛人的垂直視野下限，根據圖2所建立的綜合考慮視高、縱坡、視角等多個因素建立的高度模型，由幾何關系可得：

由上式解得：

式中：為駕駛人的視高；1為視認距離；為道路縱坡；為駕駛人視角。

圖3 變坡度條件下的標志高度模型

同理可得變坡度條件下的計算模型，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GB11562-1994《汽車駕駛人前方視野要求及測量方法》以及車輛人機工程學，可得駕駛人在行車過程中的垂直視野下限與水平線的夾角為4o-5o?；谶@個國標及駕駛員常用車速等參數計算最小高度如圖4所示。

圖4 不同條件下的交通標志高度

長大下坡路段駕駛人對交通標志視認與水平路面上的不同之處，交通標志設置的過低，駕駛人不能夠及時認讀交通標志，同樣設置過高會造成標志過早的消失在駕駛人視野中。同時，駕駛人視角也影響交通標志高度的設置。因此綜合考慮駕駛人視角、視認距離、視高以及道路縱坡與標志高度的優化模型，如表1所示為長大下坡路段交通標志的建議設置高度。

表1 交通標志建議高度

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

式中：為駕駛人視線的豎直視角，人機工程學的研究表明，當＞8°時，駕駛人視認能力迅速下降取8°；為駕駛人視點高度，一般取3m；為交通標志設置高度2.01m，0為交通標志牌高度，一般為4m。由公式（6）可得車輛以90km/h速度行駛在6%的縱坡道路上時消失距離3為21.4m。

3 交通標志距離設置研究

3.1 駕駛人短時記憶特性

視覺記憶是人的大腦對看到的物體識別、分析、記憶、遺忘、重復記憶的過程。按照記憶保存時間可以分為瞬間記憶、短時記憶和長期記憶。瞬間記憶一般是指外接事物再對人腦刺激的作用下的暫存，一般在0.25-2s之間，瞬間記憶要達到短時記憶的記憶強度的情況下，需要重復認知處理與加強記憶效果。根據駕駛員對交通標志的識別過程分析，交通標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。為了提高駕駛員對避險車道、輔助減速車道在車輛失速緊張條件下的識別效果，我們需要合理設置交通標志的前置距離，重復設置交通提醒標志。

基于艾賓浩斯記憶衰減模型，對8年左右駕齡駕駛員進行記憶衰減回歸分析，得到交通標志記憶量與時間的關系如下：

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

3.2 長大下坡路段交通標志前置距離設置

根據圖（1）分析減速交通標志的前置距離滿足以下公式（8）：

其中：4為交通標志前置距離，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容維持到60%以上[5]，根據公式（8）計算可以得到駕駛員以90km/h行駛時，完全讀取標志信息到輔助減速車道或者避險車道所行駛的記憶衰減距離S(W-B1)為158.5m，則交通標志1設置的前置距離應小于97.06m。

3.3 長大下坡路段交通標志重復距離設置

根據圖（1）可以得到交通標志設置重復距離分為三部分：消失距離、延遲距離、視認距離。

由此得到駕駛員以90km/h下坡行駛時為了能夠對交通標志信息60%以上的持續記憶效果，重復設置距離最大為191.22m。此時正好能夠滿足駕駛員在第一個交通標志視野消失后記憶效果滿足60%的需求時，駕駛員視野中出現第二個交通標志。

4 結論

本文通過合理設置交通標志的高度，分析駕駛員對交通標志的視認距離與消失距離，并基于駕駛人短時記憶特性，設計輔助減速車道標志的前置距離與重復距離，保證駕駛員能夠準確無誤的辨識輔助減速車道交通標志，并減少因為瞬間記憶遺忘的問題，達到對輔助減速車道的合理化利用，從而降低車輛長大下坡路段由于制動失效后不能及時采取強制制動而帶來的重大交通事故。

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

[2] 王建軍,王娟,吳海剛.道路交通標志信息過載閾值研究[J].長安大學學報:自然科學版, 2009(6):174-180.

[3] 于仁杰,馬榮國,韓海,等.高速公路施工區限速標志位置確定方法[J].交通運輸工程學報, 2013, 13(5):91-98.

[4] 廖小芳,關志娟,陸康.漢字交通標志可認知性評價指標及標準[J]. 公路, 2012(10):114-119.參考文獻按GB/T 7714-2005《文后參考文獻著錄規則》的要求著錄.

[5] 王志新.基于汽車行駛安全特性的山區公路連續長大下坡路段輔助減速車道研究[D].長安大學博士論文,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，就讀于長安大學，主要研究車輛主動安全技術。

國家重點研發計劃項目（2017YFC0803904），陜西省重點產業創新鏈（群）項目（2018ZDCXL-GY-05-03-01）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.061