基于视觉理解的高速路网指路情报信息优化设计研究

何立斌?刘剑?廖隆恒

摘要：高速公路情报板是传播交通路况信息的设施，但版面信息布局不合理导致的视认性降低等问题仍然存在。针对情报板不同的布局形式开展视觉测试试验，选取了40名不同测试者，针对不同场景要素，利用驾驶模拟设备，测试试验对象对各类情报板布局形式的反应时间，以此建立情报板版面形式与视认时间的响应关系，进而获得最优版面结构设计形式。

关键词：高速公路；情报板；布局形式；反应时间

一、前言

指路标志表示道路信息的指引，在行车过程中，指路标志可以对交通流进行合理引导，降低事故发生率，提高出行效率。基于高速公路具有通行能力大、速度快的特点，高速公路指路标志设置的合理性对行车安全和路网出行效率的影响更为突出。

随着人们对驾车出行时效性要求的提高，情报板作为高速公路传播实时路况信息的重要交通设施，数量呈逐年递增的趋势。以湖南地区为例，截至2020年，湖南省主要高速公路干道已安装近400块情报板，年增长率近15%。

情报板的主要功能是为局部路段或区域发布路况信息的终端，版面内容主要以文字形式为主，发布状况、突发性事件及计划性事件等信息。由于发布内容不受路网结构限制，可发布的信息丰富多样，目前已成为高速公路路况信息传递的主要手段[1-3]。

对于情报板的形式，目前出版了诸多标准，如《道路交通标志和标线》（GB5768.2—2022）等[4]。然而，这些标准主要针对情报板的用途、显示方式、颜色及设置位置进行了较为详细的规定，但是对于复杂信息情况下情报板版面布局及最优的发布内容排布结构的有关规定较为缺乏[5-6]，容易导致驾驶人在有限时间内较难获取有效信息、视认性低等问题[7]，给高速公路交通安全及交通效率带来严重的不良影响。

情报板布局形式优化已逐渐成为关注热点，而以往针对交通标志的研究主要基于静态统计的方法，结合认知心理学等理论，取得了一些研究成果[8-9]。如Zhao等通过行为调查及陈述偏好调查，得出驾驶人更偏好黑底黄色文字的显示形式[10]。Lai等基于统计分析指出情报板显示双颜色的配色方案及两行文字效果较优的结论[11]。此外，Yao、徐昶等一批学者采用动态试验的系列方法分析得知文字信息形式对驾驶人信息获取的有效性有重要影响[12]，并建议将情报板文字信息阈值范围定为12至16个字。这些研究为情报板版面信息设计提供了重要参考，但关于版面信息布局却鲜有讨论。此外，由于实际行车过程中，驾驶人以视觉获取信息为主，通过采访统计等驾驶人回忆调查获取数据方式，有时可能难以提供科考的结果。

针对以上问题，本研究从驾驶人视觉认知角度出发，通过采用驾驶模拟设备，选取40名不同性别及驾龄的测试者，针对晴天、阴天、夜晚及不同车速的情况，开展系列正交试验，获取不同场景下测试者对各类情报板布局形式的反应时间，以此建立情报板版面形式与视认时间的响应关系，进而获得最优版面结构设计形式。研究成果将为完善情报板版面设置规范和使用标准提供重要依据。

二、试验设计

（一）试验测试对象选择

本试验考虑驾龄、性别、光强及车速等四个不同因素影响下驾驶人对高速指路标志信息获取的响应时间，因此招募40名持自动挡驾驶证的驾驶人，其中男女各20人，驾龄分布范围为1至30年，具体各年龄层次人数分布根据2018—2019年机动车驾驶人统计数据比例，选取1—3年驾龄的驾驶人10名，4—10年驾龄的驾驶人20名，10年以上驾龄的驾驶人10名。分别选取晴天、阴天和晚上三个不同光强条件，80km/h、100km/h、120km/h三个车速条件开展正交测试。此外，要求所有测试对象健康状况及精神状态良好，且对驾驶模拟系统场景不熟悉，以减少其他因素对试验结果的影响。

（二）试验仪器测试

DIR3-NOVEL1驾驶模拟设备包括自由度的驾驶舱、控制台以及由3个液晶显示屏组成的显示系统。如图1所示，该系统驾驶舱与控制台部分相互分离，控制台可以根据试验要求设置条件，如模拟速度、光线等，并实时记录试验过程。驾驶舱根据试验需要设置摄像头及心理测试软件，获取被试视认及反应时间。

（三）试验模式设计

本试验设置6个试验场景，其中3个场景将光线强度设定为控制因素，环境分别设定为晴天、阴天和晚上，车速均设定为100km/h，另外3个场景以速度为控制因素，将车速分别设定为80km/h、100km/h、120km/h，环境设定为晴天。通过设置不同试验场景，记录测试对象对情报板（如图2所示）信息的获取时间。

三、试验结果与讨论

在试验进行过程中，有40名被试者针对6个不同试验场景及5组不同指路标志样本均开展了测试，总共获得1200组数据。数据分析过程中，分别针对光线与速度、性别与驾龄进行分析，每个因素都是取样本平均数，即

（一）光线及车速影响

以光线和车速为变量设置了6组试验，针对情报板不同的布局形式，分别获得了不同光线和车速场景下测试者的平均反应时间，如表1所示。可以发现，在晴天驾驶时对情报牌的平均反应时间要比在阴天和雨天驾驶时的平均反应时间短，以较低速度驾驶时对情报板的平均反应时间要比以较高速度驾驶时的平均反应时间短。

针对标志版面信息的不同布局方式绘制了不同场景，对各类标志板情报信息布局形式进行了分析，如图3所示，若标志版面信息量行数过载或过少，会导致驾驶人对情报信息反应时间增加。由图3结果可知，信息行数设置为3行时，测试的反应时间是最优的。因此，根据本试验结果，在进行指路版面信息布局设计时应选取3行布局最优。

（二）驾龄及性别影响

以性别和驾龄为变量设置了6组试验，测试过程中，光线条件及车速设定为晴天及100km/h。针对情报板不同的布局形式，分别获得了不同性别和驾龄情况下测试者的平均反应时间，如表2所示。试验结果表明，男性驾驶时对情报板的平均反应时间要比女性驾驶时的平均反应时间短，驾龄短的测试者驾驶时对情报板的平均反应时间要比驾龄长的测试者驾驶时的平均反应时间短。

同样，针对标志版面信息的不同布局方式，绘制了不同性别和驾龄情况下测试者对各类标志版情报信息布局形式的反应时间，如图4所示，若标志版面信息量行数过载或过少，会导致驾驶人对情报信息反应时间增加。由图4结果可知，信息行数设置为3行时，测试的反应时间是最优的，此结果与图2中所示结果一致。因此，根据本试验结果，在进行指路版面信息布局设计时，应选取3行布局最优。

四、结语

本研究针对情报板不同的布局形式开展视觉测试，选取了40名不同性别及驾龄的测试者，针对晴天、阴天、夜晚及不同车速的情况下，利用DIR3-NOVEL1驾驶模拟设备，获取不同场景下测试者对各类情报板布局形式的反应时间，以此建立情报板版面形式与视认时间的响应关系，进而获得最优版面结构设计形式。具体结论如下：

1.光线强度对驾驶人视认时间具有显著性影响。在晴天驾驶时对情报板的平均反应时间要比在阴天和雨天驾驶时的平均反应时间短。

2.驾驶速度对驾驶人视认时间也具有一定影响。较低低速驾驶时对情报板的平均反应时间要比以较高速度驾驶时的平均反应时间短。

3.驾龄及性别对驾驶人视认时间具有明显影响。男性驾驶时对情报板的平均反应时间要比女性驾驶时的平均反应时间短，驾龄短的测试者驾驶时对情报板的平均反应时间要比驾龄长的测试者驾驶时的平均反应时间短。

4.根据不同驾龄、性别、光线及车速条件下的测试结果可知，当情报板版面信息行数设置为3行时，测试的反应时间是最优的。

作为可变情报板文字信息优化研究的探索尝试，本研究以驾驶人视认特性为切入点开展了系列仿真试验研究。基于试验结果，提出了版面最优行数设计，为相关行业设计提供了重要参考依据。后续研究将通过动态驾驶模拟试验和实车测试，引入版面大小、字体颜色等因素，并进一步挖掘不同年龄、路况熟悉度等驾驶群体的差异，基于实际测试对研究结果的有效性及适用性进行验证和优化。

参考文献

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[11]Lai CJ.Effects of Color Scheme and Message Lines of Variable Message Signs on Driver Performance[J].Accident Analysis and Prevention，2010，42（4）：1003-1008.

[12]Yao XL，Zhao XH，Liu H，et al.An Approach for Evaluating the Effectiveness of Traffic Guide Signs at Intersections[J].Accident Analysis ＆ Prevention，2019，129：7-20.

基金项目：浅层降雨型滑坡的变形破坏特征及细观演化机理研究，湖南省自然科学基金（课题编号：2021JJ40764）

作者单位：何立斌、廖隆恒，湖南省农林工业勘察设计研究总院；刘剑，湖南省交通运输厅规划与项目办公室