夜間駕駛條件下LED道路可變信息標志的視認現狀調查及分析
——以重慶市主城區為例

何 滎, 石 丹, 邱卓濤

(1.重慶大學建筑城規學院，重慶 400045；2.重慶大學山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，重慶 400045)

引言

隨著城市化進程的快速發展，城市中人口數量以及汽車保有量劇增，城市擁堵情況日益凸顯，城市交通問題亟待解決[1]。由于傳統反光膜標志在雨雪等惡劣天氣以及夜間駕駛條件下使用極易引發交通事故，已經不能夠滿足駕駛人員對于交通信息標志在夜間的使用要求，發展性能更優的交通誘導系統對于改善當前嚴峻的交通形勢來說至關重要[2，3]。

LED道路可變信息標志(LED of Road Variable Message Sign，以下簡稱VMS)能夠通過發布即時交通信息幫助道路使用者及時調整其駕駛行為，從而減少交通事故、緩解交通堵塞、提高路網內交通流量[4]。VMS與傳統道路交通標志相比最大的優點在于LED光源是自發光體且具有較強的光線穿透性能，在特殊天氣(大霧、霾、沙塵暴)以及照明條件差的條件下仍然保持較好的信息可視性[5-7]。基于這些優點，VMS在道路交通中所發揮的作用已經越來越明顯，應用也隨著智能控制技術以及LED顯示技術進步而不斷革新[8]。隨著近些年的不斷發展，可變信息標志已成為發布公共交通信息,實施動態誘導的重要手段之一。VMS在日本、英國、美國等發達國家的發展和研究開始得較早，一系列研究表明屏幕信息內容的字體亮度、色彩等因素對于駕駛人員識別信息能力有一定的影響[9-14]。近年來國內也開始大力研究和發展VMS技術，并取得了不少研究成果[15，16]。相較于國外，我國VMS的投入使用時間較短,在理論研究和技術應用方面還不夠成熟，這些問題導致了我國VMS目前在實際應用中仍然存在一些問題，其中夜間視認效率差是制約VMS發揮其優勢的重要因素。夜間環境下的城市背景亮度值遠低于白天，駕駛人員的視覺識別能力和色彩感知能力也都有所下降，對視認效率影響有很大的影響[6]。

重慶市是我國首批智能交通應用示范工程試點城市之一，VMS投入應用時間比較早[17]。其特殊的山城地形以及巨大的人口密度造就了主城區內復雜擁擠的交通路網，VMS的應用廣泛。因此，本文將重慶市主城區作為研究對象，對主城區內VMS應用現狀進行調查分析。

1 現場調研

1.1 調研對象選取

本文將重慶市主城區作為研究對象，對主城區內VMS應用現狀進行初步調研，在對重慶市主城區內VMS類型、布設位置、顯示信息等方面內容進行初步調查后，兼顧地理位置、屏幕布設等情況選取了沙坪壩、九龍坡等中心區內6個重要交通節點，對這些節點中在夜間工作條件下VMS屏幕亮度、色彩、字體尺寸等信息可視性相關因素進行數據測量、統計，并結合主觀調查進行深入分析。具體區位信息及現狀情況見(表1、表2)。

表1 調研節點基本型信息

表2 現場調研部分節點圖片

1.2 調研過程

在實驗中采用LM-3多視場瞄點式亮度計、XYL-V 全數字瞄點式亮度計對屏幕亮度進行測量。結合相關規范《LED 顯示屏測量方法》(SJ/T 11281—2003)[18]要求以及VMS顯示屏特點，選擇在交通流量較小的夜間時段進行屏幕亮度的測量。亮度測量分為色彩精確亮度測量和顯示屏平均亮度測量。對各顯示色彩的亮度進行精確測量時，將測量儀器固定在1.5 m高的位置，根據顯示屏的翻屏速度，將亮度計視場角對準測量點中心，每3～4 s記錄一次亮度數據并求平均值。測量顯示屏的平均亮度時根據顯示屏幕的尺寸大小，通過距離換算法計算使用的亮度計的3°視場角所能夠完全將其覆蓋的測量距離，使用亮度計對準測量屏幕，對于各主次要頁面進行亮度測量，每3～4 s記錄一次亮度數據并求平均值。

1.3 相關規范理論基礎

1.3.1 亮度規范理論基礎

在GA484—2010《LED道路交通誘導可變信息標志》[19]中規定了各顯示色彩最高顯示亮度對應的最小亮度指標Lmax，還提出了最小亮度(即夜間顯示亮度)應當控制在上述最高亮度Lmax的10%以下(表3)，GB/T 23828—2009《高速公路LED可變信息標志》[20]中也對VMS屏的亮度指標做了規定(表4)。

表3 GA484—2010《LED道路交通誘導可變信息標志》的亮度指標

表4 GB/T 23828—2009《高速公路LED可變信息標志》的亮度指標

1.3.2 字體規范理論基礎

與傳統反光膜道路交通標志相比，LED交通信息顯示屏的字體尺寸標準在相關的規范中都沒有給出具體的要求，通過GA484—2010《LED道路交通誘導可變信息標志》[19]中對于LED顯示屏的兩個相關指標可以推算出規范中對漢字尺寸分為15種，即相應的最小的字體尺寸為256 mm，最大字體尺寸為800 mm。

1.4 主觀調查

通過問卷調查的形式，針對駕駛人員對于VMS的使用現狀(包括視覺舒適度、屏幕亮度、字體大小等視認性能影響因素)的滿意程度進行統計分析。并將駕駛人員的主觀感受與客觀測量數據結合分析，研究二者之間的內在聯系。問卷量表形式使用李克特五級量表形式。

2 調研結果及分析

2.1 VMS常見分類

通過現場調研了解到重慶市主城區VMS按顯示屏類型可分為點陣式、嵌入式和復合式三種類別(表5)。

表5 三種顯示屏類型

1)點陣式：屏幕由LED像素布滿，屏幕背景在工作狀態下為黑色，全屏都可自由變化，顯示圖形和文字的信息內容，應用最為廣泛。因此本次調研選擇將點陣式VMS作為研究對象。

2)嵌入式：屏面上指示道路名稱部分為金屬牌面，信息內容不能改變。使用不同顏色的像素表示道路交通狀態，并能實時變化。

3)復合式：上部是嵌入式結構，顯示路網信息，下部是點陣式結構，顯示文字信息。

2.2 VMS的顯示內容和呈現方式

對各調研點的VMS的頁面數、頁面內容以及主要信息呈現時間的數據統計結果分析發現，VMS顯示頁面有3～6頁不等。根據呈現內容的重要性，可將其分為三個等級(表6)：

1)主要信息：指路信息、道路擁堵狀況等信息；

2)次要信息：周邊重要城市空間指引、天氣信息、實時車速、停車場及停車位等信息；

3)非重要信息：宣傳性標語等信息。

表6 VMS顯示屏的三種信息狀態

2.3 VMS夜間信息現狀調研及分析

為了進一步對重慶市主城區VMS夜間信息識別性能相關因素進行探究，選取了重慶市主城區范圍內6個VMS布設點，對這6個布設點中VMS顯示的字體尺寸、亮度、色彩等因素和道路背景亮度進行數據檢測、分析。這些節點都位于沙坪壩區、九龍坡區如廣場、立交橋、公交站等車流人流量較大，路況較為復雜的交通密集路段。

2.3.1 字體尺寸

由于直接測量顯示字體有一定的難度，因此在與相關部門溝通，查閱部分資料后，獲得了節點內字體尺寸數據，將節點中顯示的字體尺寸和色彩按照信息的主次類型進行統計，結果見表7。

表7 不同節點漢字的字體尺寸調研

通過對比發現重慶主城區內VMS在實際應用時字體尺寸與規范要求存在較大的偏差，具體表現為以下三種情況：

1)漢字尺寸大小整體上遠小于規范中的字體尺寸要求。在實際使用中的字體尺寸幾乎都沒有到達規范要求。近七成的字體尺寸為150～250 mm，達到規范要求的字體比例不到5%，且多為顯示非主要信息；

2)漢字的筆畫粗細不一，漢字之間的間距和寬高比也存在較大差別；

3)漢字字體風格不夠統一。我國現行國家標準GB 5768—2009《道路交通標志和標線》[21]確定了高寬比1∶1的黑體字作為標準字體,而實際應用中VMS顯示如宋體、黑體等多種字體。

2.3.2 字體亮度和色彩現狀調研及分析

對夜間正常工作的VMS屏幕整體平均亮度和顯示色光的精確亮度進行測量和統計，具體數值見表8。

表8 各節點VMS信息亮度測量結果

將所得數據與相關規范對比，發現紅、綠兩種常用色彩的夜間亮度普遍大于規范中規定的夜間最高亮度標準。VMS的整體平均亮度達到185～620 cd/m2，部分VMS顯示屏的色彩亮度值甚至是標準亮度值的2～5倍。

此外，VMS屏幕顯示色彩雖然在色系上都能夠滿足規范要求，但不同VMS屏幕之間色彩的色相存在較大差距。各個屏幕對色彩的使用方式沒有同意要求，部分節點采用綠色作為主要信息顯示彩色，同時也有將紅綠色結合應用的情況，色彩應用的不統一可能會對駕駛人員閱讀交通信息產生一定的影響。

2.4 視認距離測定

視認距離可以直接反映駕駛人員對VMS的視認效果。為了了解目前調研的VMS的實際視認水平，在調研的過程中對調研節點中的LED道路交通顯示屏進行了視認距離的測定。由于本次測量過程無法在駕駛車輛內進行，因此選擇夜間車流量很小的時間段，通過實驗人員模擬駕駛狀態下觀察VMS顯示屏的方式獲取數據，找到自己認為能看清顯示字體的最遠距離，取實驗人員的平均視認距離做為依據。具體數據見表9。

表9 各節點漢字尺寸調研結果

主要信息平均視認距離指模擬駕駛過程中實驗人員測試所得能看清VMS顯示主要信息的最遠距離平均值。最大和最小漢字平均視認距離分別指的是能看清VMS顯示最大、最小字體時的最遠距離平均值。主要、次要信息呈現時間指的是VMS顯示主要、次要信息頁面的停留時長。

2.5 VMS主觀評價調查及分析

通過問卷調查的形式收集駕駛人員對VMS的整體應用評價以及夜間信息識別性能的主觀感受等信息，并結合實地調研所得的相關數據，總結出駕駛人員對于VMS應用現狀的主觀評價以及重慶主城區VMS在夜間顯示信息方面存在的問題。

在主觀問卷調研過程中，參考了前期實地調研中對各個節點的最佳視認距離。為減少客觀因素影響，分別取6個節點中最遠的主要信息使視認距離和最大漢字平均視認距離作為主觀問卷點，即每個節點距VMS顯示屏40 m處以及122 m處，并將兩者命名為A和B地點。為確保問卷參與人員的人身安全，維護正常的交通秩序，選擇在夜間車流量很小的條件下，每一個節點處安排志愿參與問卷調研人員模擬正常駕駛狀態，經過兩個最佳視認距離時觀察VMS顯示屏后完成問卷內容，最終一共獲得120份有效反饋信息。所有參與問卷人員均考取機動車駕駛執照，駕齡從1～16年不等(圖1)。視力及矯正視力均在4.9以上。其中超過一半的人認為VMS可變交通標志應用中優于其他交通標志(圖2)。超過60%的人認為字體的亮度、大小以及色彩應用是影響視認效果的主要因素，其中超過80%的人認為字體亮度是影響視認效果的最主要因素(圖3)。結合主觀評價數據和調研實測數據進行分析可知(圖4～圖6)：

圖1 問卷調查填寫人員年齡比例Fig.1 Age ratio of respondents

圖2 與其他道路交通標志相比優劣性問卷調查結果Fig.2 Compared with the survey results of other road traffic signs

圖3 影響視認效果的主要因素問卷調查結果Fig.3 A survey of the main factors affecting visual recognition

圖4 亮度相關的主觀評價問卷結果(主要信息的最佳視認效果條件下)Fig.4 Results of subjective evaluation questionnaire about brightness(under the condition of best visual recognition of main information)

圖5 亮度相關的主觀評價問卷結果(最大字體的最佳視認效果條件下)Fig.5 Brightness related subjective evaluation questionnaire results (under the condition of the best visual recognition of the largest font)

圖6 字體相關的主觀評價問卷結果Fig.6 Results of subjective evaluation questionnaire on font

1)整體觀感舒適度一項中，2節點評分最高，3節點評分最低。其中在A條件下評價達到一般以上(3分)的有1、2兩個節點。在整體觀感清晰度一項中，1的評分最高，3的評分最低。其中評價達到一般以上(3分)的有1、2、6三個節點。其中在B條件下評價達到一般以上(3分)的有1一個節點。在整體觀感清晰度一項中，1的評分最高，3的評分最低。其中評價達到一般以上(3分)的有1、2兩個。說明駕駛人員對于可變信息標志的應用現狀整體滿意度較低。對比實地調研所得亮度以及字體尺寸數據可以發現，雖然6個節點的亮度值都明顯高于規范要求，但評價達到一般以上的三個節點無論是屏幕整體亮度值還是綠色、紅色的精確亮度值都相對較低。說明屏幕亮度值對于整體視覺舒適度以及視覺清晰度都有較大影響。同時在A和B條件下，整體觀感舒適度的滿意程度均低于整體清晰度的滿意程度，說明能夠滿足視覺舒適度需求的亮度低于視覺清晰度所需亮度值。

2)在A和B條件下，綠色字體亮度舒適度的滿意程度均低于紅色字體亮度，并且評價結果差距較大。結合調研實測數據以及相關規范可以發現，在實際應用中綠色字體亮度普遍高于紅色字體兩倍以上，同時是規范要求4～5倍。說明在顯示色彩(尤其是綠色)的實際應用中的亮度普遍過高。過高的亮度值(尤其是綠色)對于駕駛人員閱讀屏幕信息以及視覺舒適度存在較大影響。同時在B條件下，評價結果滿意度略高于A條件下。說明更近的視認距離對于亮度舒適度更敏感，要求更高。

3)在A和B條件下，整體信息字體大小的評價都比較低，結合調研實測數據以及相關規范可以發現在實際應用中各節點的字體尺寸相差并不大，且均小于規范要求的最小尺寸。說明目前字體應用的現狀無法滿足駕駛人員閱讀屏幕信息的實際需求。同時主次信息字體大小區別的主觀評價結果滿意度相對較高，結合實際應該也可以發現，大多顯示屏在區分主次信息和宣傳標語時采用翻頁和變化色彩的形式進行分類播報，方便駕駛人員閱讀交通信息，說明駕駛人員對于目前字體大小區分的形式比較認可。

4)色彩應用以及屏幕頁面停留時長這兩個主觀評價的結果都相對較高，結合調研實測數據進行分析了解到6個節點運營狀態良好，同時主要信息版面比較一致，駕駛人員能夠比較方便的獲取交通信息。對比具體評價數據可以發現，黃花園大橋節點的色彩應用主觀評價滿意度最高，6個節點中僅有黃花園大橋節點處的主要信息是使用綠色顯示道路、紅色顯示地點文字的方式呈現，而其他節點均采用綠色表示主要信息，說明駕駛人員對紅、綠色彩結合使用的方式滿意度更高。同時每個節點的翻頁時長不同，結合主觀評價結果發現，翻頁時長高于45 s的三個節點評價結果最高且評分差距不大，說明駕駛人員更偏向于頁面停留時長相對較長的方式。

3 建議和總結

通過對重慶市主城區的VMS進行實地調研和駕駛人員的問卷調查，發現在VMS的實際應用中存在字體尺寸過小，夜間屏幕亮度過高等問題。基于這些問題提出以下幾點建議：

1)統一字體形式、尺寸，完善相關規范標準。通過調研發現目前對于VMS顯示字體并沒有明確的尺寸規范要求，應該盡快完善相關要求標準，同時城區各地應該在滿足字體尺寸相關規范要求的前提下，結合駕駛人員的主觀視覺要求來確定字體具體尺寸大小。

2)控制屏幕亮度，結合規范要求以及駕駛人員的主觀評價，選擇適宜的亮度值，確保駕駛人員能夠清晰、明確的獲取VMS顯示信息。統一字體用色，結合駕駛人員的主觀感受統一城區內VMS顯示信息方式。避免不同屏幕之間在顯示同類信息時產生色彩、色相上的差異。

3)加強對VMS的管理力度，在實地調研中可以發現，不同地區的VMS的形式以及安裝、管理等方面都存在一定的差異，同時存在不少因管理不力導致的屏幕損壞、棄用、停用等情況。因此應該促進VMS統籌管理的一體化、規范化，減少不同城區內VMS在屏幕類型、安裝方式等方面的差異，并即時維修更換老舊損壞的VMS屏幕，確保VMS能夠正常運營，為駕駛人員提供及時可靠的交通信息。

VMS作為正在快速發展的道路交通指示標志，相比于傳統道路交通標志，對于提高駕駛人員的出行效率以及緩解城市交通擁堵問題有著很大的優勢。本文通過實地調查和問卷調查分析總結了VMS的使用現狀和問題，并給出了一定的優化建議，旨在能夠為改善VMS應用現狀起到一定的積極作用，同時在調研過程中也存在一些不足之處。例如，通過主觀評價發現整體視覺舒適度的評價結果均低于整體視覺清晰度評價，同時在調研過程中進行測量過程均在深夜進行，環境光影響較小，而實際駕駛條件下附近商鋪、小區燈光對于VMS顯示效果的主觀評價可能會有一定影響，這些問題都值得進一步研究。