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摘要: 為保證隧道內駕駛員對指路標志的安全視認，分析隧道照明光環境、標志特性對駕駛員視認距離的影響，營造了隧道中間段5 種色溫、3 種亮度照明光環境，隨機選取了20 名小客車駕駛員進行半透發光式與逆反射式指路標志的視認試驗。結果表明: 隧道內半透發光式指路標志的視認距離明顯優于逆反射式指路標志，且半透發光式指路標志的最佳字體照度范圍為3000～3500lx；在最佳的背景光環境條件下，半透發光式指路標志與字高53 cm，筆畫在5 畫以下、5～10畫及10畫以上的逆反射式指路標志達到相同的視認效果時，字高分別縮減了35.85%、30.19%和24.53%。半透發光式指路標志的應用可提高隧道內指路標志的視認距離，并能減少交通事故的發生，可為以后隧道內交通標志的改進與創新提供理論支撐。關鍵詞: 安全工程；隧道內照明光環境；逆反射式指路標志；半透發光式指路標志；字體照度；視認距離
引言
高速公路隧道出口與立交相距過近的路段，按照駕駛員的駕駛需求，立交出口指路標志只能設置在隧道有限的空間內，一般指路標志內容較多，如果指路標志采用逆反射式，往往版面尺寸較大，難以滿足在隧道安全凈空內設置的需求。因此在高速公路隧道與立交小間距路段存在取消指路預告標志的現象，往往導致交通事故的發生。近年來半透發光式標志版面興起［1－3］，其視認效果優于逆反射式標志［4－6］，為高速公路隧道與立交小間距路段指路標志的設置提供了新方向。
交通標志良好的視認性是保證駕駛員行車安全、順暢的重要保證，國內外學者在影響交通標志視認性因素的研究方面已做過較多研究。在標志特性方面，2017 年，張國輝等［5］通過實車試驗，分析試驗數據得出高速公路上使用的LED 主動發光標志的視認效果明顯優于逆反射標志，且主動發光視認距離比Ⅴ類反光膜逆反射指路標志的視認距離提升了63%，論證了主動發光指路標志的優越性。2018年，陸鍵等［6］首次針對傳統逆反射標志、LED 點陣式發光標志和LED 半透式發光標志，考慮光照強度、閃爍頻率、發光形式等因素的影響，進行了交通標志視認性能的駕駛試驗研究，采用方差分析研究發現光照強度和發光形式對標志的視認距離有影響，且在光照條件較差的情況下，LED半透式發光標志的視認效果更好。2011 年，Wei 等［7］基于駕駛模擬試驗進行了基礎性研究，并通過試驗數據分析了版面漢字高度、行駛速度和標志視認距離之間的關系。2017 年，Liou等［8］首次采用高可靠眩光評價方法研究LED 交通標志版面的視認性，發現交通標志亮度對比度為6200：2066cd/m2時駕駛員對標志版面的視認性最好。在標志視認的背景光環境方面，黃小芳等［9］通過實地試驗研究發現駕駛員對標志的視認性與白天、夜間的環境條件有關，白天時駕駛員對LED 標志和反光膜標志的視認性差異甚微，而夜間時差異顯著，LED 標志的視認性明顯優于反光膜標志的視認性。2013 年，魏建國等［10］通過實車試驗發現車速、駕駛室環境照度、障礙物顏色等對駕駛人夜間視認距離有顯著影響。2006 年，潘曉東等［11］以大量的現場行車試驗為研究手段，首次探討了順光條件、逆光條件對交通標志可視距離的影響，發現順光條件下標志的視認性最佳，其次為夜間反光標志，逆光條件下的標志視認性較差。
上述對交通標志視認性的研究主要集中在普通路段，缺乏對隧道內指路標志視認性的研究。本文基于隧道這種特殊環境，從駕駛員駕駛的行車環境條件、標志版面特性來研究逆反射式指路標志與半透發光式指路標志的視認效果及適用于隧道內且滿足駕駛員視認需求和隧道凈空要求的半透發光式指路標志的字體照度和漢字高度，以彌補傳統的逆反射式指路標志的缺陷，為高速公路隧道與立交小間距路段等需在隧道內設置指路標志的路段提供支撐。
03
試驗數據分析
為減少被試駕駛員受外界因素的影響，提高試驗數據的精度和有效性，對試驗數據進行處理和分析時剔除了非正常視認及誤差較大的樣本量，取被試駕駛員中85% 的駕駛員視認清晰的視認距離作為有效視認距離，最終得到20 名小客車駕駛員在不同環境條件和標志本身條件下的靜態視認距離樣本量2100 個。
3. 1 半透發光式指路標志字體照度與視認距離的關系
將20 名駕駛員在不同背景光環境條件下的半透發光式指路標志的字體照度與視認距離的試驗數據采用Origin 軟件進行整理分析，得到半透發光式指路標志的字體照度與視認距離的關系，見圖3。從圖3 可見，在相同的光環境條件下，隨著標志字體照度的增加，駕駛員的視認距離均呈先增加后減小趨勢。隨著半透發光式指路標志字體照度的增加，標志字體的亮度隨之增加，進入人眼的光束增多，同時隧道內的背景光環境亮度與半透發光式指路標志字體亮度之間的亮度差增加，駕駛員對半透發光式指路標志的視認距離增大；字體照度達到3 500 lx后，半透發光式指路標志字體亮度過大，形成眩光，駕駛員的視認受眩光的影響，容易造成眼疲勞，視認距離減小。因此，漢字結構越簡單，視認距離越遠，且視認距離較好的標志字體照度范圍為3000～3500 lx。因此在不同的背景光環境條件下適合駕駛員舒適視認的半透發光式指路標志字體照度范圍為3000～3500 lx。
3. 2 半透發光式指路標志與逆反射式指路標志視認距離的對比
將20名駕駛員在相同的背景光環境條件下對相同版面尺寸和字體大小的逆反射式指路標志與半透發光式指路標志的視認距離進行整理，選取駕駛員視認性較好的半透發光式標志字體照度下的視認距離與逆反射式指路標志的視認距離進行對比，結果見圖4，其中半透發光式指路標志的視認距離是標志達到最佳字體照度時的視認距離。從圖4可見，在同樣的環境條件下，駕駛員對半透發光式指路標志的視認性明顯優于對逆反射式指路標志；在相同的背景色溫下，隨著背景亮度的增加，駕駛員的視認距離增加。當環境亮度為1. 5cd /m2時，駕駛員對半透發光式指路標志漢字筆畫在5畫以下，5～10畫及10畫以上的視認距離分別提升了52. 09%、49. 50%及48. 93%；當環境亮度為2. 5 cd / m2時，駕駛員對半透發光式指路標志漢字筆畫在5 畫以下，5～10畫及10畫以上的視認距離分別提升了48. 62%、45. 18% 及42. 46%；當環境亮度為3. 5cd / m2時，駕駛員對半透發光式指路標志漢字筆畫在5 畫以下，5～10 畫及10 畫以上的視認距離分別提升了45. 44%、42. 70% 及37. 78%。顯然半透發光式指路標志有效提高了駕駛員的安全視認距離，可避免因駕駛員對指路標志視認不清而導致的交通事故；半透發光式指路標志的興起為隧道等照度較差路段的指路標志設置提供了新方向。
3. 3 半透發光式指路標志與逆反射式指路標志字高的比較
本文選取色溫5500 K、亮度3. 5 cd / m2的背景光環境條件，對字高53 cm 的逆反射式指路標志與字體照度3500 lx 的半透發光式指路標志達到相同視認距離時，半透發光式指路標志不同漢字筆畫的漢字高度進行了分析。在此條件下，將駕駛員對3類字的半透發光式指路標志的視認距離與漢字高度繪制相關關系圖，見圖5。
從圖5 可見，“天”“貴”“黔”三類字的字高與視認距離之間明顯呈二次非線性關系，其關系模型見式(1)～(3) 。
式中y 為駕駛員的視認距離，m；x 為字高，m；x∈( 0，0. 7］，m。
對模型中的變量進行相關性檢驗，擬合優度Ｒ2分別為0. 996 7、0. 992 1、0. 995 6，模型的擬合效果很好；對回歸擬合效果進行方差分析，通過F 的顯著性檢驗，當顯著水平取0. 05 時，式( 1)～( 3) 的Sig．值均小于臨界值，詳細結果見表6，表明該回歸模型可以很好地表示字高與視認距離之間的關系。在不同的背景環境組合條件下，駕駛員對字高為53 cm 的逆反射指路標志最好的視認距離為121m，由式( 1)～( 3) 可得，當半透發光式指路標志與字高53 cm 逆反射式指路標志達到相同的視認距離121 m 時，半透發光式指路標志的漢字筆畫在5 畫以下，5～10 畫及10 畫以上的天、貴、黔三組字體的字高分別為34 cm、37 cm、40 cm，即半透發光式指路標志的字高分別縮減了35. 85%、30. 19%、24. 53%，既能為需在隧道內設置指路標志的隧道路段節約了隧道凈空，又可滿足駕駛員的安全視認需求。
04
結 論
1) 最有利于駕駛員視認半透發光式指路標志的最佳字體照度范圍為3 000～3 500 lx。
2) 在相同的環境條件下，半透發光式指路標志的視認效果明顯優于逆反射式指路標志，且標志漢字筆畫復雜程度不同，半透發光式指路標志提升的視認效果也不同。
3) 字高為53 cm 的逆反射式指路標志與漢字筆畫在5 畫以下、5～10 畫及10 畫以上的半透發光式指路標志達到相同視認效果時，半透發光式指路標志的字高分別為34 cm、37 cm 和40 cm，即半透發光式指路標志的字高分別可減小35. 85%、30. 19%和24. 53%。
4) 本文對隧道內半透發光式與逆反射式指路標志的視認效果的對比研究僅局限于對設計速度為80 km/h 時的技術參數，對于其他設計速度的指路標志的視認效果可在本研究理論和方法基礎上進行拓展研究。
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