CN102764107B - 一种模拟公路隧道环境驾驶人视觉反应的实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟公路隧道环境驾驶人视觉反应的实验方法，首先搭建与实际公路隧道光学反射参数接近的暗室环境，在计算机上设置运行照明测试程序，计算机与投影仪相连接，障碍物采用计算机投影方式在屏幕上显示，屏幕上安装亮度可调的灯光控制器；以环境亮度变化时间和屏幕显示时间配合的方法，模拟测试人员以不同车速进入公路随道的动态试验，并采用多种图形停留时间和多次屏幕显示图形的识别率来实现被测试人的真实反映时间，将根据实验要求抽取多样本和同一样本多次测试的统计方法相结合，以此来接近实际公路隧道环境下驾驶人员在不同照明条件下的视觉反应参数；能从安全角度做好公路隧道的照明，达到安全、节能的目标。

Description

一种模拟公路隧道环境驾驶人视觉反应的实验方法

技术领域

本发明涉及一种隧道内驾驶人员在人眼中间视觉范围左右的，不同光照条件与视觉反应时间关系的研究方法，主要涉及一种模拟公路隧道环境驾驶人视觉反应的实验方法。 

背景技术

随着我国高速公路规划网的实施，高速公路隧道的数量正在逐年增多，隧道照明的效果如何，公路隧道运行安全和照明之间的关系成为隧道设计、建设和运营单位需要分析解决的问题。但在实际的隧道中进行实地研究，存在很大的安全隐患，因此针对隧道照明运营环境的模拟方法，是我们研究隧道节能、安全的一个重要手段。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种模拟公路隧道环境驾驶人视觉反应的实验方法。该方法可以测试公路隧道照明指标是否合理，也可以模拟特殊光照环境下车辆运行的安全识别问题。对于大多数修建于偏远山岭区的隧道，能从安全角度做好公路隧道的照明，达到安全、节能的目标。 

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案： 

一种模拟公路隧道环境驾驶人视觉反应的实验方法，其特征在于，该方法首先搭建与实际公路隧道光学反射参数接近的暗室环境，在计算机上设置运行照明测试程序，计算机与投影仪相连接，障碍物采用计算机投影方式在屏幕上显示，暗室内安装亮度可调的灯光控制器； 

以环境亮度变化时间和屏幕显示时间配合的方法，图形投影面的照度与亮度的换算关系与实际公路隧道环境中的照度与亮度换算关系一致，模拟测 试人员以不同车速进入公路随道的动态试验，并采用多种图形停留时间和多次屏幕显示图形的识别率来实现被测试人的真实反映时间，将根据实验要求多样本和同一样本多次测试的统计方法相结合，以此来接近实际公路隧道环境下驾驶人员在不同照明条件下的视觉反应参数。 

本发明的方法，在不同车速条件下安全识别距离与被测试人员实际观测投影面的距离成比例的条件下，通过人眼在不同亮度和对比度下识别字体（图形）判断其开口方向的反应时间，分析研究得出一定公路隧道照明环境下的障碍物识别时间，从而得出保证安全运行条件下的合理的公路隧道照明参数和指标。 

附图说明

图1是本发明的实验流程图。其中，（a）是实验前准备流程图，（b）是实验流程图。 

图2是模拟公路隧道驾驶环境的实验设备结构示意图。 

图3是软件流程图。 

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。 

具体实施方式

如图1所示，本发明的模拟公路隧道环境驾驶人视觉反应的实验方法，包括实验前的准备工作，即搭建与实际公路隧道光学反射参数接近的暗室环境，准备试验器材、安排实验人员和设置所有参数等，具体步骤是： 

（一）实验条件： 

本实验需要能够完成实验的试验空间，利用幕布搭建成模拟隧道环境，并保证模拟隧道环境的光学反射参数与实际公路隧道环境的光学反射参数接近。 

实验需选择被测者多名，根据实验目的确定被测者选择条件，可以采用我国驾驶人员考取驾驶证的医学条件。实验应考虑实验结果代表的普遍性， 人数一般建议大于30名，需要有合理年龄和性别构成。 

（二）实验器材 

本实验采用自主研制的一种模拟公路隧道环境驾驶人视觉反应的实验设备（图2），包括计算机3，在计算机3上连接有投影仪1、屏幕2和灯光控制器4，在灯光控制器4上连接有球形灯泡5。 

灯光控制器4自制（包括CLIPSAL 4 Channel Dimmer；CLIPSAL PC Interface（USB）5500PCU；Merlin Gerin Multi9 C65N C63；FSL 60W球形灯泡24个；导线若干；照度仪、施耐德C-Bus Toolkit程序），亮度可调。 

辅助用具还有卷尺等。 

球形灯泡5的灯光照度可按1%等分可调，灯光变化响应时间小于0.01秒，响应时间可按0.1步距任意调整。 

环境调光： 

首先选择一个可以控制的暗室，模拟隧道中的环境，形成一个相对隔离，不受干扰的场所；其次，利用现有电子技术搭建室内照明，室内照明范围从3000lx直到全暗（低于0.001lux）,采用照度测量仪器，在实验中随时进行测试，保证照明环境符合实验的要求。可根据需求进行环境亮度调节，也能在规定时间内基本线形变化。运用电子控制技术，连接多个球形灯泡，并和计算机连接，可以实现环境调光。 

投影仪1选择数码投影仪，屏幕2选择专门幕布（接近公路隧道地面反射率的材料，灰色加绒），屏幕2显示图像采用三基色可调，显示中具有延时显示，显示停留时长可调，背景亮度可调等功能，可实现对显色性变化的实验。 

计算机3内含自己开发的测试程序，可以将所需要的内容通过投影仪1显示在屏幕2上。并用C-BUS连接灯光控制器4，灯光控制器4连接多个球形灯泡。试验人眼在不同照明条件下识别时间并计算结果。 

（三）实验方法 

本试验包括静态模拟试验和动态模拟试验两种。 

（1）静态模拟试验 

静态模拟试验指在环境亮度不变的情况下进行模拟实验，不考虑人眼的亮度适应问题。 

①根据现有隧道照明的标准，提取大于8组隧道内不同的照度特征值，在实验室利用照度仪让实验室内照度和所提取的特征值相同一组一组进行测试。 

②在计算机上运行测试程序，本实验测试程序是运用C#进行编写制作的（该实验测试程序同期申请了软件著作权）。实验初始参数包括：字体（图形）大小、背景灰度及RGB参数、字母（图形）灰度及RGB参数、字体（图形）出现持续时间。软件的流程如图3所示。 

③设置完成，进入测试界面。本实验就是要判断“C”型视力表中“C”开口的四个不同方向，从而得到人眼在不同亮度和对比度下识别物体的反应时间。障碍物采用计算机投影方式在屏幕上显示。本实验选标准视标符号“C”型视力表中的“C”，大小考虑停车视距和10厘米障碍物的关系进行换算，反应时间采用视标屏幕显示的停留时间来控制，以保证被测试验人员反应时间的准确。视标停留时间、亮度和屏幕亮度均可调，各种情况每位被测者测30次，按医学常规识别正确率在50%以上，即认为可以识别，数据有效。点击程序中测试键后开始测试。 

④调整灯光控制器的不同照明光源，用照度仪实时测量保证照度一致，然后测试在不同显色性的情况下被测者的识别率。 

⑤被测者在“C”显现持续的时间内判断其开口方向，并告诉测试者，测试者通过程序的判断界面做出判断。判断后，点击“确认”，进入下一次的测试判断。测试若干组后，点击“退出”，会出现测试的统计正确率。考虑到暗室内较强的明暗变化会对人眼造成疲劳，甚至影响实验结果，实验程序的图形界面都采用暗色调，从而来保护眼睛，避免明暗突变对眼睛造成的 不适和对实验造成的误差。 

⑥数据的统计分析，得出结论。 

（2）动态模拟实验 

动态模拟试验，则是加入了环境亮度的时间变化，模拟车辆以不同的车速驶入驶出隧道的情况。 

①使用灯光控制器，使灯的亮度在一段时间内的变化来模拟驾驶环境环境亮度的变化，即驾驶者在进入隧道或者驶出隧道时所面临的驾驶环境。 

②在环境亮度变化的过程中，运行测试程序，测试者通过程序测试在环境亮度变化情况下被测试者对投影仪屏幕上“C”的开口方向识别的正确率和反应时间。 

③选择多个不同的照度变化情况，如从暗到亮，从亮到暗，进行多组测试，以保证数据的准确性。 

④更换不同的光源，测试显色性对人眼识别的影响 

⑤数据的统计分析，得出结论。 

（四）实验注意事项 

为了使本实验能够科学合理地进行，使结论确实可信，本实验中数据的确定步骤应十分科学严谨，详细步骤如下： 

1、由于实验模拟的是隧道内的场景，所以障碍物亮度小于环境亮度，即字体图形亮度小于背景亮度。 

2、调整自设可调照明装置使地面亮度在4cd/m2附近取值，营造隧道内实际的照明环境。本实验分别取4.5，4，3.5，3，2.5，2，1.5，1，0.5，0.2（单位:cd/m²）。根据光学原理知亮度和照度之间的关系为: 

L=R×E                        （5） 

式中L为亮度,R为反射系数,E为照度。从而将隧道中要求的地面亮度折算为照度， 

3、为了使背景亮度能够与环境中的亮度相协调，需使投影幕布反射出的出射光与实际隧道中的照度一致。幕布应选择与隧道地面发射参数接近的材料，并利用实测值确定亮度与照度的换算系数，一般选择22。 

幕布出射光照度＝隧道中亮度×22 

本实验中取折算系数为22。 

又由于，投影幕布的反射率定义为： 

$\mathrm{\ρ}=\frac{r}{i}---\left(6\right)$

其中，ρ为反射率，i为入射光，r为出射光。 

应选择合适的幕布，确定幕布反射率。测试者用照度仪实测背景照度实际为入射光的照度。而要使背景亮度与地面亮度、环境亮度相协调，应保证一致。即有 

从而求得背景照度。调整程序背景亮度参数，使照度仪实测与背景照度保持一致。

4、字母图形与背景的对比度按照科学的实验要求取值应为75%，50%，35%，25%，20%，15%，10%，5%。 

通过以下公式： 

即可推导出字母图形“C”的照度。使用照度仪实测，使之满足相应对比度。 

5、根据在实际隧道中设计车速为50km/h，60km/h，80km/h，90km/h，110km/h情况下人眼能够识别110m外10cm的物体可知： 

例如由于本实验暗室中的实际观测距离为4.8m，所以在程序中设置识别物体大小为1.2cm（“C”开口的大小）。 

6、人眼的反应时间取值为1s，0.7s，0.5s，0.4s，0.3s，0.25s，0.2s，0.15s，0.1s，0.05s，在程序中设置。 

7、动态模拟中，渐变时间一般取为3.5秒。 

8、动态模拟中，环境亮度从800cd·m^-2开始变化到实验亮度。 

9、使用照度仪实测地面照度、背景照度、“C”照度，得出程序标称参数与实际照度、亮度之间的关系。 

综上各步，所有参数已设置完毕，可以按照程序说明开始实验。 

10、按实验目的，对实验数据进行整理，得出结论。 

Claims (1)

1.一种模拟公路隧道环境驾驶人视觉反应的实验方法，其特征在于，该方法首先搭建与实际公路隧道光学反射参数接近的暗室环境，模拟隧道中的环境，形成一个相对隔离、不受干扰的场所；暗室环境中设置有屏幕、投影仪，投影仪与计算机连接；所述的屏幕采用接近公路隧道地面反射率的灰色加绒材料制成，障碍物采用计算机投影的方式在屏幕上显示，暗室环境中的亮度通过连接至计算机的灯光控制器调节，在灯光控制器上连接有球形灯泡；

在计算机上运行照明测试程序，模拟测试人员以不同车速进入公路隧道的动态试验，试验步骤具体为：

①使用灯光控制器，使灯的亮度在一段时间内的变化来模拟环境亮度变化，即驾驶者在进入隧道或者驶出隧道时所面临的驾驶环境；调整灯光控制器使地面亮度在4cd/m²附近取值，

②在环境亮度变化的过程中，环境亮度从800cd/m²开始变化到实验亮度；运行测试程序，测试者通过程序测试在环境亮度变化情况下被测试者对投影仪上“C”的开口方向识别的正确率和反应时间，设置识别物体大小，即“C”的开口方向与实验观测距离之间的关系为：

③选择多个不同的照度变化情况，从暗到亮或从亮到暗，进行多组测试，以保证数据的准确性；

④更换不同的光源，测试显色性对人眼识别的影响；

⑤数据的统计分析，得出结论。