基于視覺理解的高速路網指路情報信息優化設計研究

何立斌?劉劍?廖隆恒

摘要：高速公路情報板是傳播交通路況信息的設施，但版面信息布局不合理導致的視認性降低等問題仍然存在。針對情報板不同的布局形式開展視覺測試試驗，選取了40名不同測試者，針對不同場景要素，利用駕駛模擬設備，測試試驗對象對各類情報板布局形式的反應時間，以此建立情報板版面形式與視認時間的響應關系，進而獲得最優版面結構設計形式。

關鍵詞：高速公路；情報板；布局形式；反應時間

一、前言

指路標志表示道路信息的指引，在行車過程中，指路標志可以對交通流進行合理引導，降低事故發生率，提高出行效率。基于高速公路具有通行能力大、速度快的特點，高速公路指路標志設置的合理性對行車安全和路網出行效率的影響更為突出。

隨著人們對駕車出行時效性要求的提高，情報板作為高速公路傳播實時路況信息的重要交通設施，數量呈逐年遞增的趨勢。以湖南地區為例，截至2020年，湖南省主要高速公路干道已安裝近400塊情報板，年增長率近15%。

情報板的主要功能是為局部路段或區域發布路況信息的終端，版面內容主要以文字形式為主，發布狀況、突發性事件及計劃性事件等信息。由于發布內容不受路網結構限制，可發布的信息豐富多樣，目前已成為高速公路路況信息傳遞的主要手段[1-3]。

對于情報板的形式，目前出版了諸多標準，如《道路交通標志和標線》（GB5768.2—2022）等[4]。然而，這些標準主要針對情報板的用途、顯示方式、顏色及設置位置進行了較為詳細的規定，但是對于復雜信息情況下情報板版面布局及最優的發布內容排布結構的有關規定較為缺乏[5-6]，容易導致駕駛人在有限時間內較難獲取有效信息、視認性低等問題[7]，給高速公路交通安全及交通效率帶來嚴重的不良影響。

情報板布局形式優化已逐漸成為關注熱點，而以往針對交通標志的研究主要基于靜態統計的方法，結合認知心理學等理論，取得了一些研究成果[8-9]。如Zhao等通過行為調查及陳述偏好調查，得出駕駛人更偏好黑底黃色文字的顯示形式[10]。Lai等基于統計分析指出情報板顯示雙顏色的配色方案及兩行文字效果較優的結論[11]。此外，Yao、徐昶等一批學者采用動態試驗的系列方法分析得知文字信息形式對駕駛人信息獲取的有效性有重要影響[12]，并建議將情報板文字信息閾值范圍定為12至16個字。這些研究為情報板版面信息設計提供了重要參考，但關于版面信息布局卻鮮有討論。此外，由于實際行車過程中，駕駛人以視覺獲取信息為主，通過采訪統計等駕駛人回憶調查獲取數據方式，有時可能難以提供科考的結果。

針對以上問題，本研究從駕駛人視覺認知角度出發，通過采用駕駛模擬設備，選取40名不同性別及駕齡的測試者，針對晴天、陰天、夜晚及不同車速的情況，開展系列正交試驗，獲取不同場景下測試者對各類情報板布局形式的反應時間，以此建立情報板版面形式與視認時間的響應關系，進而獲得最優版面結構設計形式。研究成果將為完善情報板版面設置規范和使用標準提供重要依據。

二、試驗設計

（一）試驗測試對象選擇

本試驗考慮駕齡、性別、光強及車速等四個不同因素影響下駕駛人對高速指路標志信息獲取的響應時間，因此招募40名持自動擋駕駛證的駕駛人，其中男女各20人，駕齡分布范圍為1至30年，具體各年齡層次人數分布根據2018—2019年機動車駕駛人統計數據比例，選取1—3年駕齡的駕駛人10名，4—10年駕齡的駕駛人20名，10年以上駕齡的駕駛人10名。分別選取晴天、陰天和晚上三個不同光強條件，80km/h、100km/h、120km/h三個車速條件開展正交測試。此外，要求所有測試對象健康狀況及精神狀態良好，且對駕駛模擬系統場景不熟悉，以減少其他因素對試驗結果的影響。

（二）試驗儀器測試

DIR3-NOVEL1駕駛模擬設備包括自由度的駕駛艙、控制臺以及由3個液晶顯示屏組成的顯示系統。如圖1所示，該系統駕駛艙與控制臺部分相互分離，控制臺可以根據試驗要求設置條件，如模擬速度、光線等，并實時記錄試驗過程。駕駛艙根據試驗需要設置攝像頭及心理測試軟件，獲取被試視認及反應時間。

（三）試驗模式設計

本試驗設置6個試驗場景，其中3個場景將光線強度設定為控制因素，環境分別設定為晴天、陰天和晚上，車速均設定為100km/h，另外3個場景以速度為控制因素，將車速分別設定為80km/h、100km/h、120km/h，環境設定為晴天。通過設置不同試驗場景，記錄測試對象對情報板（如圖2所示）信息的獲取時間。

三、試驗結果與討論

在試驗進行過程中，有40名被試者針對6個不同試驗場景及5組不同指路標志樣本均開展了測試，總共獲得1200組數據。數據分析過程中，分別針對光線與速度、性別與駕齡進行分析，每個因素都是取樣本平均數，即

（一）光線及車速影響

以光線和車速為變量設置了6組試驗，針對情報板不同的布局形式，分別獲得了不同光線和車速場景下測試者的平均反應時間，如表1所示。可以發現，在晴天駕駛時對情報牌的平均反應時間要比在陰天和雨天駕駛時的平均反應時間短，以較低速度駕駛時對情報板的平均反應時間要比以較高速度駕駛時的平均反應時間短。

針對標志版面信息的不同布局方式繪制了不同場景，對各類標志板情報信息布局形式進行了分析，如圖3所示，若標志版面信息量行數過載或過少，會導致駕駛人對情報信息反應時間增加。由圖3結果可知，信息行數設置為3行時，測試的反應時間是最優的。因此，根據本試驗結果，在進行指路版面信息布局設計時應選取3行布局最優。

（二）駕齡及性別影響

以性別和駕齡為變量設置了6組試驗，測試過程中，光線條件及車速設定為晴天及100km/h。針對情報板不同的布局形式，分別獲得了不同性別和駕齡情況下測試者的平均反應時間，如表2所示。試驗結果表明，男性駕駛時對情報板的平均反應時間要比女性駕駛時的平均反應時間短，駕齡短的測試者駕駛時對情報板的平均反應時間要比駕齡長的測試者駕駛時的平均反應時間短。

同樣，針對標志版面信息的不同布局方式，繪制了不同性別和駕齡情況下測試者對各類標志版情報信息布局形式的反應時間，如圖4所示，若標志版面信息量行數過載或過少，會導致駕駛人對情報信息反應時間增加。由圖4結果可知，信息行數設置為3行時，測試的反應時間是最優的，此結果與圖2中所示結果一致。因此，根據本試驗結果，在進行指路版面信息布局設計時，應選取3行布局最優。

四、結語

本研究針對情報板不同的布局形式開展視覺測試，選取了40名不同性別及駕齡的測試者，針對晴天、陰天、夜晚及不同車速的情況下，利用DIR3-NOVEL1駕駛模擬設備，獲取不同場景下測試者對各類情報板布局形式的反應時間，以此建立情報板版面形式與視認時間的響應關系，進而獲得最優版面結構設計形式。具體結論如下：

1.光線強度對駕駛人視認時間具有顯著性影響。在晴天駕駛時對情報板的平均反應時間要比在陰天和雨天駕駛時的平均反應時間短。

2.駕駛速度對駕駛人視認時間也具有一定影響。較低低速駕駛時對情報板的平均反應時間要比以較高速度駕駛時的平均反應時間短。

3.駕齡及性別對駕駛人視認時間具有明顯影響。男性駕駛時對情報板的平均反應時間要比女性駕駛時的平均反應時間短，駕齡短的測試者駕駛時對情報板的平均反應時間要比駕齡長的測試者駕駛時的平均反應時間短。

4.根據不同駕齡、性別、光線及車速條件下的測試結果可知，當情報板版面信息行數設置為3行時，測試的反應時間是最優的。

作為可變情報板文字信息優化研究的探索嘗試，本研究以駕駛人視認特性為切入點開展了系列仿真試驗研究。基于試驗結果，提出了版面最優行數設計，為相關行業設計提供了重要參考依據。后續研究將通過動態駕駛模擬試驗和實車測試，引入版面大小、字體顏色等因素，并進一步挖掘不同年齡、路況熟悉度等駕駛群體的差異，基于實際測試對研究結果的有效性及適用性進行驗證和優化。

參考文獻

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基金項目：淺層降雨型滑坡的變形破壞特征及細觀演化機理研究，湖南省自然科學基金（課題編號：2021JJ40764）

作者單位：何立斌、廖隆恒，湖南省農林工業勘察設計研究總院；劉劍，湖南省交通運輸廳規劃與項目辦公室