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道路交通视错觉现象的探讨

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一、视错觉现象对道路交通的影响

1.速度错觉

驾驶员在驾驶过程中,对于速度的判断并不是依据车速表,更多的是以观察到的景物变化作为参考条件。随着车速的提高,驾驶员的视野明显变窄,注视点随之远移,两侧的景物变得模糊。当速度达到105km/h时,视野范围仅有40°,这种现象叫隧洞视。驾驶员视野范围与行车速度的对应关系行车速度/(km•h-1)注视点在汽车前方/m视野/(°)4018390~1007236660~8010561040随着行车速度的提高,驾驶员视野变小,外界景物的相对运动速度增加,导致物体在驾驶员视野内的作用时间变短。如果物体在驾驶员视野内的作用时间小于0.4s,驾驶员就无法发现目标,达不到1s,就无法分辨目标的细节。速度很高时,驾驶员的视点就会前移,驾驶员对速度的敏感程度就会降低。如果长时间处于高速行驶中,驾驶员就会对速度产生一定的适应性,再加上敏感性降低,就会产生高速不高的错觉。

2.空间错觉

驾驶员在行车过程中,对空间的判断也会产生误差。同样的距离,如果光线条件不同,白天看起来就要比昏暗的情况下近。同向/相向行驶时,当前面来车为大车时感觉要比小车距离近,这是因为尺寸误差所形成的视觉误差;两车同向/相向行驶时,驾驶员往往把两车相遇的距离认为是两车距离的中点,车速相差越大,判断的误差也越大。车辆行驶过程中,如果路上的树木、行人等参照物多时感觉车辆之间的距离就要比参照物少时近。夜间在林荫树夹道的公路上行驶,两旁树木的反光会使驾驶员产生一种车辆在狭窄的通道里行驶的感觉,当路两旁树木变矮或消失后,驾驶员又会误以为驶出窄道而加速。这些都是驾驶员在行车过程中,对空间所产生的错觉。空间错觉容易使驾驶员产生距离误判,针对不同熟练程度的驾驶员所做的2700驾驶试验中,有38.67%驾驶员认为两车之间的距离远于实际距离,56.7%驾驶员认为两车之间的距离近于实际距离,而只有4.63%驾驶员认为与实际距离大致相当。空间错觉容易导致交通事故。英国苏格兰阿伯丁大学的一项实验结果显示:在交通事故中,由于汽车司机的视力错觉,导致儿童的伤亡事故率要略高一些。人类判断时间的一种方法,是根据影响他们判断的物体体积的变化,即迎面而来的物体体积增大的速率(被称为“视觉流”)。显然,物体离自己越近,其体积增大的速度也就越快。因此,当物体距离遥远时,大脑便要寻找其他能够提供帮助判断距离的线索。那么当光线不好,并且没有明显的参照目标时,驾驶员会将儿童错误地看成是远处的大人,而不是近处的儿童。当做出正确判断时,已没有时间采取措施。

3.线形错觉

在道路几何设计中,在道路平面线形设计时,同向圆曲线之间如果直线长度较短时,在视觉上容易形成直线与两端曲线构成反弯的错觉,当直线过短甚至会把两条曲线当成一条曲线,破坏了线形的连续性,形成所谓的“断背曲线”。在凸形竖曲线顶部插入小半径平曲线时,会使驾驶员产生道路继续直行没有转折的错觉,不能引导视线,必须接近坡顶才能发现平曲线,并且急转弯非常容易发生危险。当凸形竖曲线与反向曲线的拐点重合时,驾驶员会产生道路向相反方向转折的错觉,造成判断上的失误而导致交通事故。另外,驾驶员在长度较短的曲线上行驶,会感觉到曲线的曲率半径比实际小,造成急转弯的错觉。当道路处于比较开阔的区域时,道路的线形随地形起伏而变化,由于道路两侧景色单调,驾驶员会误以为在平道上行驶从而不知不觉间加速。对于较长的大下坡,更易因此导致高速。高速行驶时,驾驶员在单位时间内接受的信息量显著增多,单位时间内出现的刺激物越多,驾驶员就越容易出错,从而导致事故的发生。

4.色彩错觉

色彩错觉是指人眼感知到的色彩同客观存在的色彩之间存在一定差距。色彩错觉是由人类自身的生理原因、心理原因和外部客观原因共同作用的结果。随着生活经验的积累,人们的心理形成了一种体验,令色彩也具有了冷暖的温度错觉。当看到红、橙、黄等颜色时会产生温暖热烈的感受;看到蓝、蓝绿、蓝紫这些颜色就会感到静谧、凉爽。暖色中的红、橙、黄会给人兴奋的错觉,冷色如蓝色会给人沉静的错觉,而黑色或暗色又让人感到忧郁、压抑。同时,色彩还会给人带来进退和胀缩的感觉。暖色如红、橙、黄给人以前进、膨胀的错觉;冷色如蓝、蓝绿、蓝紫给人以后退、收缩的错觉。所以同样面积的物体,因颜色不同会给人以面积大小不一的错觉。此外,色彩还会产生对比视错觉。亮度不同的色彩相互对比时,明亮的色彩会显得更加明亮,暗淡的色彩会显得更加暗淡。深色背景上的亮色有前进感,深色有后退感。浅色背景上的深色有前进感,浅色有后退感。城市中心或经济发达地区,道路周围的景观和广告牌五颜六色、多姿多彩、颜色错综复杂,与交通信号灯和交通标志混杂在一起,会对驾驶员正常的视觉判断造成干扰,甚至出现严重的错觉,把交通信号灯旁的霓虹灯当成信号灯,或受到广告牌上信息的吸引,忙于辨认而严重干扰了驾驶员的驾驶行为,从而导致交通事故的发生。

5.光线错觉

人眼具有视觉残留的特征,由物体射来的光线在视网膜上成像后,该像并不立刻消失,而要保留0.04s的时间,这种现象称为视觉残像,又称为连续对比。例如,当长时间注视一种颜色时,即使眼睛已经移开,眼前还会有这种颜色浮现。当视觉受到刺激而感觉疲劳时,还可能会产生与所看颜色相反的颜色。强烈的阳光以及夜间行车所使用的灯光都会使驾驶员的视觉受到刺激,在未适应之前会出现光线错觉。白天光线较强时,驾驶员的眼睛一方面要聚精会神地注视前方,另一方面还要经常观察后视镜及车内仪表,视觉疲劳在所难免。同时,路两侧的建筑和其他车辆反射过来的光也会对驾驶员的视觉造成刺激,时间一长就会产生光线错觉,视力也开始衰退。晚上,后视镜里反射的车辆灯光和迎面来车的灯光都会使驾驶员的视觉一时难以适应,无法估计车间距离,甚至会造成视觉盲区,发生交通事故。汽车运行在明暗急剧变化的道路上时,由于视觉感受不能立刻适应,容易发生视觉障碍危及行车安全。另外,在北方冬天雪后天气晴朗时,由于长时间白色背景下阳光的照射,不但会使驾驶员产生视觉疲劳,还会产生视觉残像,甚至引发交通事故。

二、视错觉现象的预防和应用

1.路线设计

我国道路线形设计的主要依据是汽车行驶理论,但也考虑了人的视觉心理特性。在我国《公路路线设计规范》中明确规定:公路线形是三维立体线形。线形设计应做好公路平面、纵断面、横断面三者间的组合,并同自然环境相协调。线形设计除应符合行驶力学要求外,还应考虑驾驶员的视觉、心理与生理方面的要求,以提高汽车行驶的安全性、舒适性与经济性。为了避免驾驶员在行车过程中产生错觉而发生交通事故,在考虑工程造价的基础上,两相邻曲线间的直线段长度应尽量长些;纵断面设计过程中,应避免竖曲线前后的坡差过大;平曲线和竖曲线除了要满足规范规定的各种指标以外,还要相互均衡,并注意与环境的协调。同时,应避免长直线与陡坡或半径小且长度短的竖曲线组合;避免长的平曲线内包含多个短的竖曲线,或长的竖曲线内设置半径小的平曲线;避免凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合等。路线设计完成后,还应用透视图法对路线的设计效果进行评价。这些路线设计的要求和方法都可以降低驾驶员驾驶过程中产生错觉的概率。

2.景观设计

合理而美观的公路景观不仅可以使驾驶员产生美的视觉感受和愉悦心情,还可以正确诱导驾驶员的视线,减少事故的发生。例如可以在需要降低速度的道路上种植密集、高大的树木,使得驾驶员产生前方变窄的错觉,提前降低车速,当然这种方法在应用时还要考虑道路的视距条件。在隧道口等处可以进行过渡性种植。公路景观界面的围合度逐渐过渡,可以使驾驶员尽快适应明暗效应,又可以起到美化作用。在道路的中央分隔带设置植物屏障起到防眩作用;在已经采用长直线的路段远处设置建筑或树木,吸引驾驶员的注意力,控制行车速度,或者在道路两侧采用起伏式的景观空间形式,即通过反复栽植不同高度的树木,使得道路空间的围合度以一定的规律变化,引导驾驶员将其在开敞空间提高的车速在围合空间降下来。当一条道路设置在主线的弯道处,比较容易引起视错觉,驾驶员会认为该道路为主线而错误驶入,此时,可以采用种植树木的方式正确引导驾驶员的视线。为了正确诱导驾驶员的视线,可以沿S形曲线道路的凸向种植树木。

3.交通安全设施设计

预防和利用视错觉的交通安全设施目前已经广泛应用。道路交通控制装置信号灯之所以设置成红黄绿的颜色,就是利用了人们对色彩所产生的错觉(如红色代表禁止,黄色代表警告,绿色和蓝色代表安全),以及色彩的对比和错视规律。另外,在容易发生视错觉的路段设置交通标志提醒驾驶员前方道路情况,也可以有效地提高道路交通的安全性。其中,视错觉标线在交通工程中应用广泛。视错觉标线是利用视错觉原理来设置的一种标线,即通过人的视觉及心理上的自然反应提示驾驶员在道路危险地点采取措施,以保障行车安全。与其他控速设施相比,视错觉减速标线具有不会破坏路面结构,施工时间短,成本低,让驾驶员主动减速等优点。常见的视错觉减速标线有以下几种形式:

(1)立体视错觉减速标线。这种标线结合三维立体图形和人的视觉机理制作而成,标线能够产生立体效果。驾驶员看到这种图形时,会认为有障碍物放置在路面上,从而自觉减速。这种减速标线在杭州、乌鲁木齐等地都有实施,效果良好。另外还有一种立体减速标线是在路面上贴上一层道路被破坏的贴纸,驾驶员发现前方路面有破损而自觉减速通过。这种标线颜色鲜艳,即使下雨天视觉效果也良好,而且行车过程中没有颠簸、震荡。但是这种标线应该设置在易于被驾驶员发现的路段,能够提前踩刹车,以防止驾驶员突然刹车引起后车追尾碰撞。

(2)宽度视错觉减速标线。这种标线在车道边缘画上白色虚线块,压缩车道宽度,使得驾驶员产生前方道路变窄和车速偏高的错觉,从而提高注意力,自觉降低车速。

(3)行车道横向视错觉减速标线。这种减速标线垂直于道路中线设置,距离事故多发危险点近的两条横线距离最近,后面的横线逐渐加大距离。当相邻横线的间距沿车辆运行方向不断靠近时,驾驶员会觉得自己的车速在不断变快,从而使驾驶员自觉降低车速。鱼刺形减速标线的原理也是通过两条鱼刺形标线的距离来判断行车的速度,当车辆驶入画有标线的路段时,由于每两条鱼刺形标线之间的排列距离依次缩减,驾驶员视线中出现的鱼刺形标线频率不断增加,产生了速度变快的错觉,从而自觉降低车速。

(4)交叉口视错觉减速标线。在干线与支线相交的交叉口,因为干线上车辆速度较快,转向支线的车辆如果不提前降低车速,易发生交通事故。这种情况下,可以在交叉口右转的区域使用与路缘石一样的颜色。使驾驶员在行车过程中因为视错觉以为道路右转的转弯半径变小,从而引起驾驶员的注意而降低车速。

三、结语

在道路交通中会产生很多视错觉现象,是人们主观上无法克服的。有些视错觉是有害的,严重威胁了人们的行车安全,对于这类视错觉现象,应该通过一切工程和管理手段去克服、预防。同时,应该积极探索其原理和规律,将其应用于道路交通中,以提高道路交通的安全性。(本文来自于《沈阳建筑大学学报》杂志。《沈阳建筑大学学报》杂志简介详见.)

作者:孙宝芸董雷单位:沈阳建筑大学土木工程学院沈阳建筑大学建筑与规划学院

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