华中科技大学-基于视觉原理的主动式交通安全设施设计与研究.docVIP

基于视觉原理的主动式交通安全设施设计与研究 设计者：曹昌衡，李通，梅添宝，郑秋实，吴昊 指导教师：邹志云，刘有军 （大学学院） 我们设计的主动式交通设施（道路新型标线，新型动画提示标志和主动式防撞设施）主要用于高速公路，提醒安全驾车。道路新型标线组合运用了冯特和黑灵错觉，制造出驾驶失稳的错觉，从而迫使驾驶员减速；新型动画警示标志运用了动画相关原理，克服了静态提示标志的不足，刺激性强，可以“智能”提醒超速车辆，形式灵活多变；主动式防撞设施运用视错觉原理，变被动为主动，提前警示，能很好的做到事前预防和事后补救。 通过实验和BP神经网络分析，发现主动式交通安全设施能很大程度上改善驾驶员行车环境，对于驾驶员减速安全行驶有比较明显的效果。而且我们设计的主动式安全设施具有制造工艺简单，设计灵活，工程造价较低的特点。通过CAD编程，实现了减速标线的工程制造标准。 关键字： 交通安全，主动式交通设施，视觉心理，动画原理，神经网络，CAD编程 1．研究背景 交通设施的研究与改进，是减少由超速引起的交通事故的一个重要的方法。交通设施分为主动与被动两种。主动交通设施侧重于防止事故的发生，被动交通设施则侧重于事故发生后的补救。相较于被动式设施，它能最大可能的减少人员，财产的损失。因此主动式交通设施的研究显得尤其重要。 主动式设施中的交通标志标线对于交通安全的影响很大。国内外对于交通标志标线的视觉特性研究有很多，但是交通标线视觉特性研究集中于利用驾驶员行驶过程中速度，距离，弯度，坡度等错觉进行标线设计以及突起路标的研究，对于行驶过程中的利用视错觉造成失稳错觉的研究不多。交通警示标志在视觉特性方面的研究相较而言比较多，但是多集中于静态式，而静态式警示标志视觉刺激不够强，持续时间短，容易被驾驶员忽略。对于动态式警示标志的领域的研究很少。如今在北京等大城市的地铁里有一种地铁动画（Topflash），这是一种动态的标志，在道路交通动态警示标志的研究中借鉴地铁动画技术，是动态式交通标志的一个重要研究方面。 被动式设施中防撞桶与护栏是影响交通安全的两个重要设施，国内外对于防撞桶与护栏的研究有很多，但是主要是就尺寸，材料方面的研究，对于利用视觉特性，通过改变表面图案，将被动式设施改变为主动式设施的研究不多。 所以，把视觉特性与交通设施主动性结合起来考虑交通安全问题是很有研究空间的，也是解决交通安全问题的一种新思路、新方法。 2．设计原理 2.1 设计思路 2.1.1减速标线 在减速标线设计中，我们将黑灵与冯特错觉相结合，同时运用驾驶员视觉心理学相关知识在需要减速的特定路段制造出一种路面晃动的效果（类似于驾驶操纵失稳），迫使驾驶员减速，从而达到安全行车的目的。 (1) 黑灵错觉 中间两条直线是平行的，由于受下图线条的影响，看起来，中间部分要比两端的宽一些，而成弯曲了，如图2所示 (2) 冯特错觉 中间两条直线是平行的，由于受一组Ｖ形线条的影响，看起来，中间部分要比两端的窄一些，而成弯曲了，如图3所示 图2 黑灵错觉 图3冯特错觉 2.1.2道路限速警示标志 我们利用了动画相关原理（视觉暂留与似动现象），结合驾驶员高速行车状态下的视觉特征，将静态警示标志变为动态限速警示标志和“智能”（可只对超速车辆有作用）限速警示标志，警示效果更加强烈。 (1)视觉暂留原理 视觉对这个光像亮度与颜色的主观感觉在△t(大约1／20～1/10)秒之内不会完全消失，这使得本来在时间上和空间上都不连续的画面会给人以真实的连续的感觉。 (2)似动现象 先后在幕布上投射出两条光线．一条是垂直线，另一条则同这条垂直线成角，如果在两条线出现之间有一最适应的时间间隔(例如60)。这时被试者实际看到的光线则是从一处向另一处移动。这种原来是静止的两条光线。能在一定条件下知觉为单线移动的现象，被称为似动现(Apparemmotion)。 2.1.3主动式防撞设施 (1)深度知觉（Depthperception）和透视原理 人们的视觉所观测到的外界世界是二维的，而所感知的却是三维的，透视原理正是利用深度知觉将三维画面展现在二维画幅上。我们通过将防撞桶、护 栏等被撞后的三维情形展现在二维画面上，再装饰于正常的防撞桶和护栏上，就可以利用人的深度视觉造成正常设施被破坏的错觉。 (2)事故心理 人的行为受心理影响很大，在驾驶员看到被损坏的防撞桶或被撞过的护栏 后，就会产生道路危险的心理反应，然后会产生相应的行为，提高注意力，减速慢性。 2.2 方案设计 2.2.1减速标线 (1)尺寸设计 ①间距与限定车速的关系： ， v——车速， ； ②线宽15cm，道路两侧各占道宽50cm； ③设置地点：易超速路段，收费站进口路段，闸道出口路段等； ④设置范围：对于