道路交通標志單因素視覺信息易讀性研究

周長春 姜浩然 李銳 莊景涵

摘? 要：文章研究交通標志文字的字數對信息易讀性的影響。通過設計實驗來測量不同字數的道路交通標志認讀閾限，作為衡量視覺信息易讀性的一個標準。通過重復測量設計實驗，對此實驗得出的數據進行單因素重復測量方差分析，得出字數對易讀性的影響關系，隨著字數的增加易讀性越差。為以后設計符合人類工效學原則的道路交通標志工作做鋪墊。

關鍵詞：易讀性;交通標志;方差分析;字數

中圖分類號：U491.5+2? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）23-0073-03

Abstract： This paper studies the influence of the number of words of traffic signs on the readability of information. Through designing experiment， we measure the road traffic sign recognition threshold of different words， which is used as a standard to measure the readability of visual information. Through the repeated measurement design experiment， the single factor repeated measurement variance analysis of the data obtained from this experiment is carried out， and the influence of the number of words on readability is obtained; the worse the readability， the larger the number of words. This lays the groundwork for the design of road traffic signs in accordance with the principles of ergonomics in the future.

Keywords： readability; traffic signs; analysis of variance; number of words

1 概述

隨著我國城市的經濟不斷加快發展，城市交通系統的建造也在不斷完善。但由于公路線網越來越密集，交通擁堵、交通事故等頻繁發生。而道路交通標志的設計隊交通事故的發生影響很大。這就對交通標志設計的合理性提出了很高的要求。人感知外界信息其中80%以上的外界信息是通過視覺系統獲取，由此可見進行道路交通標志的視覺信息易讀性研究非常重要。

根據鐘連德等人對國內多條高速公路事故調查的數據顯示，在交通事故致因中人為因素高達83%，占主要部分，其中駕駛員操作不當位于第一位，占總數的36.31%[1]。引起駕駛員操作不當有許多種原因，道路交通標志設計不合理是導致駕駛員操作不當的重要原因之一[2]。

本文針對道路名稱的字數進行易讀性研究，得出一個易讀性較好的組合。意義是通過對道路交通標志進行研究，得出易讀性較好的組合，讓道路交通標志在駕駛員駕駛過程中發揮重要作用，給駕駛員提供有效地道路信息并提前告知前方路況、提高駕駛員的注意力，從而減少交通事故的發生。

2 視覺研究基礎理論

2.1 實驗基礎理論

2.1.1 實驗設計的基本類型

（1）被試者間設計：被試者間設計（或組間法）是要求每個被試者（組）只接受一個自變量處理，對另一被試者（組）進行另一種處理，故又稱這種設計為獨立組設計[3]。

（2）被試者內設計：被試者內設計（或受試者內設計、單組實驗設計）是每個被試者須接受自變量的所有情況的處理，也稱重復測量設計。

（3）混合設計：混合設計是在一個實驗中同時采用上述兩者的兩種基本設計的實驗設計。

2.1.2 視覺實驗中的變量

視覺實驗有許多自變量，如字體的大小、形狀、背景顏色、排列方式、字的個數、文字的熟悉度以及材料的呈現位置和呈現先后等，這些自變量都會影響因變量。

本文以文字字數為自變量，以認讀閥限為因變量進行研究。認讀閾限是人視覺系統的一種特性，呈現為時間達到某個定值才能完全認讀的一個限值。它與易讀性有一定關系，閾限越大，易讀性越差，閾限越小，易讀性越好[4]。

2.2 實驗數據的統計分析

由于本次實驗先是將被試者隨機分配到兩因素（顏色，方向）的不同水平下產生的四個組合中，完成每組樣本間獨立的實驗，即每名被試者只參加了多個自變量水平組合的實驗測量，得出被試間的實驗數據。然后再讓每名被試者接受變量中所有水平的實驗處理，得出被試內的實驗數據。所以實驗數據處理方法有多因素獨立樣本方差分析和多因素重復測量方差分析，即多因素被試間方差分析、多因素被試內反差分析。

在方差分析前先要進行正態分布檢驗，與方差齊性假設檢驗，在本文中先用MATLAB軟件進行正態分布檢驗，后用SPSS軟件進行方差齊性假設檢驗同時進行方差分析。

3 研究方案的設計

3.1 實驗環境、對象、設備的選擇

（1）實驗環境

某人機工程實驗室。實驗時間是9月的白天。實驗室內保證明亮適應，溫度適宜，實驗室保證安靜，避免其他因素干擾。

（2）實驗對象

在校共16名學生，男生8名女生8名，平均年齡22周歲左右，測試時身體精神均良好，視力5.0或矯正到達后5.0。

（3）實驗設備

EP801C型速示測試儀。

3.2 方案的設計

本次實驗研究樣本選擇藍底白字，研究的字數是兩個字、三個字、四個字。

由于實驗研究是在實驗室內，則要在實驗內模擬駕駛員在道路上看到交通標志的情景，因此需要計算出實驗室內測試字體的高度，在實驗室設定被試者看到卡片的距離s=0.5m。先計算消失距離，即駕駛員在行駛過程中看道路標志在他視野消失時，車輛距離標志牌的距離L消，如公式1。

L消=d/tanβ（1）

當速度為120km/h時，人的視野β為22°，交通行業標準JTG B01-2014《公路工程技術標準》規定：設計時速120km/h的高速公路車道寬度為3.75m，人距離邊緣距離取1m得B=10m。標志上的文字高度與道路的運行速度有關，速度為100-120km/h的路段，漢字高度為60-70cm，這里取60cm，常見城市道路指路標志版面高度一般不超過6個漢字的高度，這里取6。標志板下邊緣距地面高取5m，駕駛員視線高取1.2m[9]。則h=5-1.2+5.6×0.6=7.16m。

實驗室內要使被試者在距離物體s=0.5m時，看到字的高度要與駕駛員在高速公路上離標志牌S=75m時，看到H=60cm高的漢字成的像一樣的。則在實驗室內看到的字高h1，由式（3）得h1=0.004m，所以字的高度h1為0.004m。

正式實驗步驟如下：

（1）先通過大量實驗將兩個字，三個字，四個字的測試初始時間與時間梯度測出。

（2）按照實驗指導語給被試者講述，并進行試作實驗，讓被試者熟悉實驗的要求和操作。

（3）以每組的初始時間開始，進行實驗，如果被試者不能準確報告卡片的字，則主試增加呈現時間，以10ms的梯度上升。換另外的卡片再次呈現給被試者，如此重復，逐漸增加呈現時間，直至被試者能快速認讀出卡片呈現的所有字為止，主試記錄下此時的呈現時間，讓16名被試者進行都這兩組的實驗測量，得出重復測量下的兩個組合的認讀閾限，并記錄。

（4）關閉電源，整理實驗儀器，保持實驗室干凈、整潔。

4 不同字數對認讀閾限的影響數據分析

4.1 數據匯總、排異

（1）數據匯總

（2）數據排異

首先通過目測法，排除離群較大的數據。目測表1并沒有發現離群較大的數據，經過目測法進行異數的排除后，要用計算法進行異數排除，具體見表1。表2中的實驗數據為不同組合下的認讀閾限的平均值、標準差和有效范圍。

從表2可知，各一列數據均通過排異測試，每一組數據都是較為科學合理的數，沒有存在非常異樣的數據。

4.2 正態分布檢驗

將排異好后的數據，對第一組合和第三組合都用MATLAB軟件進行正態分布檢驗，分析結果如圖1，2。

圖1對應的是第一個組合，即兩個字組16名被試者的數據分布圖，圖2對應第三個組合。在圖中能大概判斷出，兩組數據均符合。

MATLAB軟件還會反饋四個值：h、p、kstat、critval。當h=0時，p越大正態分布越好，一般是0.5;kstat小于critval時符合正態分布，兩者相差越大正態分布越好。兩組的反饋值見表3。

由表3析得出兩個組合的正態分布反饋值都h=0，且kstat小于critval，所以兩組數據均符合正態分布，不需要將差異大數值排除，可以進行下一步分析。

4.3 單因素重復測量方差分析

本次實驗是每個人都進行兩個字，三個字，四個字的測試，所以數據處理要考慮到重復測量的問題，下面對排異和正態分布檢驗后的數據進行單因素三水平重復測量方差分析。

（1）SPSS輸出結果分析

將數據導入SPSS得重復測量方差分析球對稱檢驗X2=1.989，p=0.370>0.05，滿足球對稱條件，不需要對自由度進行校正，在分析不同字數的認讀閾限是否存在差異的p值時，直接取采用的球形度下的p值。由主體內效應檢驗得方差分析結果F=528.063，p=0.000<0.05，認為字數對認讀閾限是有影響的。

Bonterroni兩兩比較分析結果顯示，兩個字、三個字和四個字三者的認讀閾限間差異均有統計學意義，p均為0.000，小于0.05，結合均值計算結果，兩個字的認讀閾限最小，為132.500;三個字的在兩者之間，為223.750;四個字的最大，為386.250。

（2）誤差分析

實驗是設計時間梯度的實驗，在梯度間的時間，沒有進行測量，認讀閾值可能存在設計的梯度內，從而可能得到比真正值還大的數據。另外，光照強度與噪聲可能會讓被試者注意力不集中，影響實驗結果。

5 結論

本文研究交通標志字數對信息易讀性的影響。駕駛員在認讀指示道路標志的過程中，先是在指示道路標志搜索到你要尋找的道路名稱，再對道路名稱的每個字進行閱讀。當道路名稱字數增加時會增加駕駛員認讀的道路交通標志的時間。因此對文字字數的實驗研究認為兩個字，三個字，四個字的認讀閾限是有合理地解釋的。

但是在根據人因學的研究分析，一般來說，駕駛員認讀四個以上文字時，時間明顯增加，因此在完整清晰地表達標志信息的前提下，標志上的字內容越少越好[10]。看似與本文的研究結果相反，但是本文中在對文字字數的實驗研究沒有對五個字數的認讀時間進行研究，因此如果將兩個字，三個字，四個字，五個字或者更多字一起比較，也許會得出四個以上的文字的認讀時間明顯增加的結果。加上本文是在靜態時進行測量，相對動態時是有差異的。

參考文獻：

[1]鐘連德，孫小端，陳永勝，等.中國高速公路事故特點及分布規律研究[J].道路交通與安全，2007（04）：11-15.

[2]關偉.駕駛員對交通標志的視覺信息認知過程實驗研究[D].北京工業大學，2014.

[3]陳和蘭，陸金生.淺談人機工程學在標識導向系統中的應用——視覺篇[J].廣告大觀（標識版），2010（01）：35-38.

[4]李海平.1933年倫敦地鐵系統交通圖的誕生及其版面形式[D].中國美術學院，2008.

[5]Brian Woishon，Robert Degeyter. Analysis and predictive Modeling of Doad Sign Retroreflectivity Performance [C].16thBiennial Symposiumon Visibility and Simulation，Lowa City，2002.

[6]Manualon Uniform Traffic Control Devices.U.S.Department of Transportation Federal Highway Administration，2003.

[7]Ben-Bassat， T.， & Shinar， D. Ergonomic guidelines for trafficsign design? increase sign comprehension[J]. Human Factors， 2006，48（1）：182-195.

[8]楊久齡，劉會學.GB5768-1998《道路交通標志和標線》應用指南[M].北京：中國標準出版社，新華出版社.

[9]中華人民共和國國家標準：GB 5768-2009道路交通標志和標線[S].

[10]Tinker M A. Perceptual and oculomotor efficiency in reading materials in vertical and horizontal arrangements[J]. The American Journal of Psychology，1955，68（3）：444-449.