隧道路面颜色对行车安全的影响研究

林 志，李佳奇，赵 耀，陈梦婷，苏培循

(1. 重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074； 2. 重庆奉建高速公路有限公司，重庆 404100)

0 引 言

近年来，我国交通基础建设发展迅速，其中，隧道能够缩短路线长度并克服高差，因而得到了广泛的应用，但同时，隧道行车安全问题也成为我国交通持续健康发展必须面对和解决的问题。当前国内隧道路面颜色主要采用黑、灰色系列，但关于其对隧道行车安全性影响的研究较少。笔者将通过环境模拟以及定量试验分析，研究不同颜色隧道路面对行车安全性的影响；并结合交通色彩视觉心理理论给出设计隧道路面的推荐颜色。

目前，国内外关于路面颜色对驾驶员心理特性的影响以及高速公路隧道环境对驾驶人视觉特性的影响已经有了一定的研究。徐良杰等[1]运用色彩视觉心理理论，对驾驶员的色彩心理效应进行调查研究，得到了不同颜色对驾驶员心理特性的影响；田晶晶等[2]通过实验分析得知：随着隧道长度的增长，隧道内驾驶员平均注视的次数增加、时间缩短；同时，驾驶员渐渐适应隧道内较为黑暗的环境，注意力逐渐降低。

虽然目前国内外关于公路彩色路面[3-4]以及隧道安全[5-6]方面已经有较多的研究，但针对隧道路面颜色对行车安全性影响的研究不足，笔者创造性地将两者结合起来进行定量的试验分析，通过设计的“不同路面颜色反应时间测量系统”，在对真实的隧道行车环境进行模拟的基础上，定量地分析不同路面颜色条件与驾驶员反应时间的关系，最后结合交通色彩视觉心理理论，得出隧道路面颜色与行车安全的相关性，从而为深入优化设计隧道路面提供参考。

1 试验原理

1.1 制动机理分析

在驾驶员的实际驾驶过程中，当遇到障碍物或是其它突发状况时，难以在极短的时间内对正在行驶的汽车进行制动，而必须要经过一定的步骤才可以制动汽车，如图1。其中，t2和t3取决于驾驶员本身的生理特性，t4和t5则取决于汽车的制动性能。

图1中，t1为驾驶员的反应时间，即从发现行驶方向上的障碍物或突发状况开始，直到意识到需要采取制动措施并使脚离开油门为止的间间隔。一般情况下t1的数值较小(通常不大于1 s)，但在车速较大时仍然会对整个制动距离产生巨大的影响[7]。

图1 汽车制动过程

1.2 反应时间与事故次数

研究和分析大量交通安全事故发现，反应时间的增加往往会令驾驶员失去最佳的制动时机，延长制动距离，从而导致来不及刹车或制动距离小于安全制动距离，引发交通事故。

表1为日本对于事故次数受驾驶员反应时间影响变化规律的调研结果，由表1可以发现驾驶员反应时间和事故次数之间近似成正比[8]。

表1 事故次数与反应时间关系

驾驶员的生理特性取决于自身的年龄、身体素质、所处环境等因素，汽车的制动性能取决于制动系统质量、行驶时间、温度等因素。因为这两者在特定情境下一般难以改变，所以缩短驾驶员的反应时间对于提高行车安全性具有极其重要的意义。

1.3 系统工作原理

设计了一种通过测量不同路面颜色条件下驾驶员反应时间的系统，该系统具体工作原理为：通过隧道密闭尺缩模型箱及照明装置模拟真实的隧道行车环境；通过光学元件的彼此配合来模拟真实隧道环境内部障碍物的随机出现；通过反应时间测量装置获取受测者发现随机出现目标并作出反应的时间(即从光斑显现到受测者做出反应按下按钮的时间间隔)。系统结构示意如图2。

图2 系统结构示意

2 试验设计

“不同路面颜色反应时间测量系统”由以下3部分组成：隧道及隧道照明环境模拟装置、光源小目标(光斑)生成系统、反应时间测量装置。试验的目的是通过建立模型来模拟真实的隧道行车环境，并以隧道路面颜色作为试验参数，测量观测者肉眼在不同隧道路面颜色条件下观测目标物体(光斑)所需要的反应时间，从而得到反应时间与隧道路面颜色的关系。

2.1 试验环境模拟

试验采用与实际隧道尺寸比例为1∶20的观测箱模拟真实隧道环境，模型箱体各部分尺寸分别为：弧顶圆半径25 cm，断面宽度50 cm，总高度50 cm，总长度100 cm。照明装置主要由LED灯构成，背景亮度的范围应在1.5～2.0 cd/m2之间。试验时将该系统置于工作台面上，如图3。

图3 不同路面颜色反应时间测量系统

在黑暗环境下的光学试验室中，利用试验器材建立环境模型的步骤为：

1)选取黑、红、绿、黄、白这5种颜色的沥青混凝土试块来构造不同颜色隧道路面模型。

2)选取功率为15 W的LED灯模拟夜间隧道照明环境。

3)选用随机出现的光斑作为视标，模拟夜间行车时突然出现的障碍物或者其它突发情况。

2.2 试验步骤

1)选取30名年龄在20～40岁且均具有正常或矫正视力的受测者，随机5人分为1组，共6组，编号为1～6；

2)在黑暗条件下的光学试验室内进行试验，每一组受测者轮流进行测验，在看到光斑后以力所能及的最快速度按下按钮，同时用电子计时器测量该反应时间；

3)每名受测者同一路面颜色测试3次取平均值，测试5组；

4)同组5名受测者在同一路面颜色条件下的反应时间，作为该组在该路面颜色条件下的反应时间，记录如表2。

试验流程图如图4。

图4 试验流程

3 试验结果结合色彩心理效应分析

3.1 试验结果

为了降低试验误差，获得尽量多的有效数据，受测者在测试前对测试规则进行了充分了解，并提前适应测试环境，试验开始后按照试验流程图并在工作人员的协助下依次进行试验，试验时尽量减少外部干扰，工作人员同时记录试验结果，记录表如表2。

表2 受测者在5种路面颜色条件下的反应时间

将同种路面颜色条件下6组受测者的反应时间求平均值，得到反应时间与5种路面颜色的关系，如图5。

从表2和图5可以看出，五种路面颜色条件下，按照受测者的反应时间由长到短排序为：黑色、红色、绿色、黄色、白色。

图5 反应时间与5种路面颜色的关系

3.2 色彩视觉心理效应

颜色在由视觉神经传到大脑中枢的过程中，会产生一系列的色彩效应，其中包括色彩物理、色彩生理以及色彩心理效应，这些色彩效应会使人获得色彩感觉[9]。一方面，颜色能使人们产生大小感、远近感、轻重感、冷暖感等；另一方面，色彩还能引起人们产生兴奋、忧郁、紧张、安全、烦躁等心理效果[10]。综上所述，颜色会在很大程度上影响人们的情绪、效率等方方面面，同样也会在很大程度上影响驾驶员的驾驶行为，从而影响其驾驶的安全性。与交通安全密切相关的色彩视觉心理效应如表3。

表3 与交通安全密切相关的色彩视觉心理效应

3.3 综合分析

由表2及图5可知，目前使用最广泛的黑色、灰色路面，该颜色条件下驾驶员的反应时间最长。同时，黑色、灰色易使驾驶员产生疲劳、困倦的心理效应，以及产生寂寞、黑暗等消极情绪[11]。如果驾驶员长时间注视单调的黑色、灰色路面，会分散驾驶员的注意力使其变得迟钝，诱发驾驶疲劳，甚至产生睡意，进而大大提高事故发生率。

在红色路面条件下驾驶员的反应时间也较长，仅次于黑色路面。另一方面，当驾驶员接触红色过多时，会感到压力增大，出现焦躁不安的情绪，长时间接触红色容易使驾驶员产生驾驶疲劳，甚至还会有精疲力尽的感觉[12]。所以在隧道这种本就倍感压力的环境中，要尽量减少红色路面的使用，尤其是长大隧道，更要避免长距离使用红色路面。但红色可以起到较强警示的作用，所以在事故多发路段以及出入口段可以酌情使用红色路面。

如图5，绿色路面条件下驾驶员的反应时间在5种颜色中居于中等地位。同时绿色作为健康色对于缓解消极情绪和克服疲劳有一定作用，但绿色具有后退、收缩、遥远的感觉[13]，在对安全车距要求更高的隧道环境中显然不适用。

黄色路面条件下驾驶员的反应时间较短，仅次于白色路面。同时黄色有警告危险以及提醒注意的作用，并给人以前进、接近、膨胀的感觉[14]，有利于提醒驾驶员保持安全车距，在发生意外时驾驶员也能够以较快的速度做出反应，是比较理想的隧道路面颜色。

白色路面条件下驾驶员的反应时间最短，但由于白色的颜色情绪具有两面性，其真实使用效果还需要进一步调查研究。

3.4 应用现状

近年来我国对彩色隧道路面的研究与应用越来越多，在江苏、陕西、安徽、重庆等多个省市采用了彩色隧道路面。目前，江苏省南京市的老山隧道、陕西省商洛市的庙岭子沟隧道和自在沟隧道，以及安徽省合肥市的试刀山隧道等隧道入口都采用了一段彩色沥青路面，其中老山隧道的进口段采用了30 m的红色彩色沥青路面[15]；庙岭子沟隧道的进口段采用了45 m的红蓝相间的彩色沥青路面。

这些彩色隧道路面的使用不仅提高了路面的抗滑性，而且缩短了驾驶员的反应时间，从而大大地缩短了制动距离，较高亮度的路面颜色还有着提醒驾驶员注意的心理作用，在很大程度上提高了隧道行车的安全性。

4 结 语

通过“不同路面颜色反应时间测量系统”，在对真实的隧道环境进行模拟的基础上，定量地分析不同隧道路面颜色条件与驾驶员反应时间的关系。试验表明，在5种路面颜色中，按照受测者的反应时间由长到短排序为：黑色、红色、绿色、黄色、白色。结合色彩视觉心理效应，综合分析不同颜色路面的具体使用效果，可以发现，目前使用最广泛的黑色、灰色路面，从反应时间以及色彩视觉心理效应方面来看均不利于隧道行车安全；而黄色路面条件下驾驶员反应时间较短，且其色彩视觉心理效应更适用于隧道环境，是较为理想的隧道路面颜色。下一步的工作可在此基础上进一步调查研究同一颜色不同亮度条件下的隧道路面对行车安全性的影响，最终探索隧道入口段、中段以及出口段路面颜色和亮度的协调与过渡方案。