LED主动发光交通标志视认性的灰色关联度分析

黄小芳，贾志绚，卓亚娟

(太原科技大学交通与物流学院，太原 030024)

LED主动发光交通标志视认性的灰色关联度分析

黄小芳，贾志绚，卓亚娟

(太原科技大学交通与物流学院，太原 030024)

以太原市中环路上试设的LED主动发光指路标志及相同规格的反光膜标志为研究对象，基于灰色系统理论，展开驾驶员在不同速度下对交通标志视认性的灰色关联度分析，并通过LED主动发光交通标志与反光膜标志的对比研究，着重分析LED主动发光交通标志的视认性。结果表明，LED主动发光交通标志(白天、夜间)的视认性与反光膜标志(白天)的视认性相近，而远优于反光膜标志(夜间)的视认性，且进一步提高驾驶员在高速行驶时对LED主动发光交通标志的视认性有利于该类标志未来的研究与发展，并能有效减少交通安全事故，可为日后的改进与创新提供有力依据。

LED；主动发光交通标志；视认性；灰色关联度

低能见度下反光膜标志的视认性能显著降低，甚至不能被识别，驾驶员在行车时需开启强光才能更好地视认标志的具体信息，而违规使用远光灯会给其他车辆的驾驶员带来刺眼灯光，导致驾驶员眼前产生瞬间白光，短暂失明，极易引发交通事故[1-2]。据统计，我国2013年发生于夜间的交通事故中，因乱用远光灯而导致的占3～4成，且呈上升趋势[3]。在此严峻的背景下推出LED主动发光交通标志意义重大。但是，目前国内外对LED主动发光交通标志的研究还较少，相关指标参数的研究数据尚欠缺，这也是该类标志发展的难点，故其相关指标参数也成为了当前研究的热点[4]。夏如艇等[5]在不同照度及对比度下对LED主动发光标志的视认性与易读性进行实验研究，并探讨了视膨胀现象和易读性的关系，表明对比度与标志视认性成正比，年老者的视膨胀现象要显著于年轻者。李长城等[6]对雾区行车主动诱导系统进行参数优化研究，得出不同能见度下各参数的对应关系，表明该系统特有的防追尾警示功能可很好保证行车安全。周群[7]探讨了不同能见度和工作条件下主动诱导设施的实际效果，表明该系统可在低能见度下大幅度提高高速公路的通行效率及行车安全性。在前人的研究中，实验测试多数在室内的模拟环境下进行，实验结果不可避免的掺夹着人为因素的影响。而本文的实验研究在实际道路条件下展开，实验结果与实际生活更为贴切。

以太原市中环路上布设试用的LED主动发光指路标志及相同规格的反光膜标志为研究对象，基于灰色系统理论主要研究驾驶员在不同速度下对交通标志的视认情况，并将驾驶员在夜间时对反光膜标志视认距离相对其在白天时对反光膜标志视认距离的关联度与驾驶员在白天及夜间时对LED主动发光交通标志视认距离相对其在白天时对反光膜标志视认距离的关联度进行对比研究，着重分析驾驶员对LED主动发光交通标志的视认性，为日后对该类标志的改进与创新提供有力的参考依据。

1 实验方案

1.1 实验设施

将太原市中环路上试设的LED主动发光指路标志及同种规格的反光膜标志作为研究对象，采用徕卡S910手持激光测距仪对视认距离进行测量。环路上多数路段的设计车速为80 km/h，少数路段为60 km/h.被研究标志的汉字高50 cm，版面规格为4 000 mm×3 000 mm，符合国家标准[8]。

实验选取了50名自备小汽车的驾驶员分别在白天及夜间进行实验测试，其中女性15人，男性35人，18～30岁6人，31～40岁20人，41～55岁24人，矫正视力均在1.0以上，有36人属于职业出租车司机。为减少记忆因素的影响，在测试过程中由测试员指定驾驶员视认标志信息的位置。

1.2 实验过程

实验分静态实验和动态实验两部分进行，且LED主动发光交通标志与反光膜标志的实验方式相同。而由于道路条件的限制，在实验测试时选取的测试车速为0 km/h，40～80 km/h(5 km/h间隔)。

1)静态实验

静态实验(0 km/h)的实验员以步行代替行车，在能辨别标志的位置向标志方向行走，能清楚地视认标志信息时停下，由测试员通过手持激光测距仪测定实验员的静态视认距离，记录员做好相关记录。

2)动态实验

动态实验时实验员均在平峰时段以正常状态行车，在能清楚地视认标志信息时立即告知测试员，由测试员采用手持激光测距仪测定动态视认距离，记录员做好相关视认距离及车速的记录。

实验中对两种标志的测试方法、测试员及测试设备都不变，且测试设备的反应时间不受车速的影响。

2 灰色关联理论分析

灰色系统理论由著名学者邓聚龙教授首创，适用于存在样本量少、数据无规律、信息缺失及经验不足等不确定性问题的样本分析，且其量化结果与定性分析结果相符。设样本组成数列为xi=xi(1),xi(2),…,xi(k)i=0,1,2,…,n，其中x0=x0(1)，x0(2)，…，x0(k)为参考数列，xi=xi(1)，xi(2)，…，xi(k)i=1,2,…,n为比较数列，分析计算所得的ri为xi对于x0的灰色关联度[9-11]。具体灰色关联度的分析步骤如下：

步骤一：对原始数据进行无量纲化处理，根据公式(1)将原始数据初值化，并选定参考序列x0.

(1)

步骤二：根据公式(2)求取初值化后的差数列，并根据公式(3)、公式(4)选出差序列中的最大差和最小差。

(2)

(3)

(4)

步骤三：根据公式(5)求取关联系数，其中ρ为分辨系数，且ρ∈(0,1)，它的取值只会影响到关联系数的计算值，对关联排序无影响，故一般按最少信息原理取ρ=0.5[9].

ξi(k)=

(5)

步骤四：根据公式(6)求取关联度。

(6)

3 视认性的灰色关联度计算研究

根据实验结果，组成数列yj={0 km/h，40 km/h，45 km/h，50 km/h，…，80 km/h}=y1,y2,…,y10j=1,2,…,10，并将驾驶员于不同速度下分别在白天和夜间时对两种标志的视认距离作为分析样本，组成样本数列xi={反光膜标志视认距离(白天)，LED标志视认距离(白天)，反光膜标志视认距离(夜间)，LED标志视认距离(夜间)}=x0,x1,x2,x3i=0,1,2,3，并以x0为参考数列，基于灰色系统理论及上述计算步骤进行标志视认性的关联度分析。表1为驾驶员在不同速度下分别在昼夜时对LED主动发光交通标志与反光膜标志视认距离的原始数据，已删除由偶然因素如弯道、天桥阻挡、眩光、其他车辆补光等引起的误差较大的实验数据，且对应驾驶员的自身条件基本相同，都为男性，5年驾龄，31～40岁，正常视力。表2为对原始数据进行初值化后的数据。表3为差数列，从差数列表得出的最大差和最少差分别为Δmax=0.1019，Δmin=0.表4为ρ=0.5时的关联系数。表5为LED主动发光交通标志(白天、夜间)视认距离及反光膜标志(夜间)视认距离相对反光膜标志(白天)视认距离的相应关联度。

表1 原始数据

Tab.1 The original data

标志类型y1y2y3y4y5y6y7y8y9y10x0279．2263．4258．6253．2244．7243．5236．6231．2224．1217．1x1281．1262．4261．7253．1242．5241．4236．3231．6225．9219．1x2170．3145．4143．7137．1134．0133．4130．2129．0122．1117．4x3266．1257．3255．6247．5239．2237．4232．5227．3220．1212．0

表2 初值

Tab.2 The initial value

初值y1y2y3y4y5y6y7y8y9y10x‘010．94340．92620．90690．87640．87210．84740．82810．80270．7776x‘110．93350．9310．90040．86270．85880．84060．82390．80360．7794x‘210．85370．84380．8050．78680．78330．76450．75750．7170．6894x‘310．96690．96050．93010．89890．89210．87370．85420．82710．7967

表3 差数列

Tab.3 The differential array

差数列y1y2y3y4y5y6y7y8y9y10Δ100．00990．00480．00650．01370．01330．00680．00420．00090．0018Δ200．08970．08240．10190．08960．08880．08290．07070．08570．0882Δ300．02350．03430．02320．02250．020．02630．02610．02440．0191

表4 关联系数

Tab.4 The correlation coefficient

关联系数y1y2y3y4y5y6y7y8y9y10ξ110．83730．91390．88690．78810．7930．88230．92380．98260．9659ξ210．36220．38210．33330．36250．36460．38060．41880．37290．3662ξ310．68440．59770．68710．69370．71810．65950．66130．67620．7273

表5 关联度

Tab.5 The correlation degree

关联度r1r2r3数值0．897380．434320．71053

同理，按上述步骤可计算出不同ρ值时的关联度，表6为ρ=0.1,0.2,0.3,0.4,0.6,0.7,0.8,0.9时在不同速度下驾驶员对各类标志视认性的相应关联度。图1为不同ρ值时关联度的相应曲线。

表6 不同ρ值的关联度

Tab.6 The correlation degree of differentρ

ρ0．10．20．30．40．60．70．80．9r10．673440．789920．844470．876380．912240．923350．931960．93883r20．195340．27230．335770．389010．473360．507350．537190．56364r30．368850．513110．603420．665350．744920．771990．793870．8119

图1 不同ρ值的关联度曲线

Fig.1 The Correlation curve of differentρ

由表5、6及图1可知，当ρ=0.1,0.2,…,0.9时，关联度ri的排序都为：r1>r3>r2.而在分辨系数根据最少信息原理取ρ=0.5时，LED主动发光交通标志(白天、夜间)的视认距离相对反光膜标志(白天)视认距离的关联度r1和r3分别为0.897 38和0.710 53，接近于1，说明前两者的视认距离与后者的视认距离很接近，而反光膜标志(夜间)的视认距离相对反光膜标志(白天)视认距离的关联度r2小于0.5，说明前者的视认距离与后者的视认距离差异相当明显。

综上计算研究表明，LED主动发光交通标志在白天及夜间时的视认性与反光膜标志在白天时的视认性相当，而远远优于反光膜标志在夜间时的视认性。研究发现，人的动视力会随着速度的增加而不断减弱[12]。因此，进一步提高驾驶员在高速行驶时对标志的视认性，对LED主动发光交通标志未来的研究与发展意义重大，能有效减少因分散注意力引发的交通事故。

4 结 论

(1)LED主动发光交通标志(白天、夜间)视认距离相对反光膜标志(白天)视认距离的关联度在分辨系数ρ=0.5时分别为0.897 38和0.710 53，接近于1，而反光膜标志(夜间)视认距离相对反光膜标志(白天)视认距离的关联度在分辨系数ρ=0.5时小于0.5，说明LED主动发光交通标志(白天、夜间)视认距离与反光膜标志(白天)视认距离相近，反光膜标志(夜间)视认距离与LED主动发光交通标志(夜间)视认距离相差甚远。

(2)进一步提高驾驶员在高速行驶时对LED主动发光交通标志的视认性，能有效降低交通事故率，对其未来的发展研究有重要意义。

(3)由于道路条件的限制，实验测试只能在中低速时对标志视认性进行分析研究，高速时的影响情况在有条件的基础上应进一步展开研究，为LED主动发光交通标志在今后的改进与创新中收集更全面的参考数据。

[1] 丁柏林, 刘干等, 马健霄,等. LED背投式主动发光指路标志的研发[J]. 道路交通科学技术, 2015(1):34-35.

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GreyRelationDegreeAnalysisofLegibilityaboutLEDActiveLuminousTrafficSigns

HUANG Xiao-fang, JIA Zhi-xuan, ZHUO Ya-juan

(Department of Transportation and Logistics, Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024, China)

The LED active luminous guide signs which are designed to trial on the middle ring road of Taiyuan city and the same specification of reflective film signs are treated as the research object. Based on Grey System Theory, the analyses of legibility about grey relation degree are made both on LED active luminous guide signs and reflective film signs which recognized by drivers under different speeds. Furthermore, the analysis results are compared with each other, especially the analysis about visual cognition characteristic of LED active luminous active signs. Experimental results show that the legibility distances of LED active luminous traffic signs in day or night are nearly equal to the legibility distances of reflective film signs in day, but are much larger than the legibility distances of reflective film signs in night. Improving the legibility of LED active luminous traffic signs in higher speeds can effectively reduce traffic accidents, can benefit their research and development, and especially contribute to the improvement and innovation of signs in the future.

LED，active luminous traffic signs， legibility， grey relation degree

1673-2057(2018)01-0058-05

2016-11-21

山西省科技攻关项目(20140321022-04)，太原科技大学校研究生创新项目(20151032)

黄小芳(1992-)，女，硕士研究生，研究方向为道路交通安全与交通设施。

U417.9

A

10.3969/j.issn.1673-2057.2018.01.011