專利名稱：一種模擬公路隧道環境駕駛人視覺反應的實驗方法
技術領域：
本發明涉及一種隧道內駕駛人員在人眼中間視覺范圍左右的，不同光照條件與視覺反應時間關系的研究方法，主要涉及一種模擬公路隧道環境駕駛人視覺反應的實驗方法。
背景技術：
隨著我國高速公路規劃網的實施，高速 公路隧道的數量正在逐年增多，隧道照明的效果如何，公路隧道運行安全和照明之間的關系成為隧道設計、建設和運營單位需要分析解決的問題。但在實際的隧道中進行實地研究，存在很大的安全隱患，因此針對隧道照明運營環境的模擬方法，是我們研究隧道節能、安全的一個重要手段。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種模擬公路隧道環境駕駛人視覺反應的實驗方法。該方法可以測試公路隧道照明指標是否合理，也可以模擬特殊光照環境下車輛運行的安全識別問題。對于大多數修建于偏遠山嶺區的隧道，能從安全角度做好公路隧道的照明，達到安全、節能的目標。為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案一種模擬公路隧道環境駕駛人視覺反應的實驗方法，其特征在于，該方法首先搭建與實際公路隧道光學反射參數接近的暗室環境，在計算機上設置運行照明測試程序，計算機與投影儀相連接，障礙物采用計算機投影方式在屏幕上顯示，暗室內安裝亮度可調的燈光控制器；以環境亮度變化時間和屏幕顯示時間配合的方法，圖形投影面的照度與亮度的換算關系與實際公路隧道環境中的照度與亮度換算關系一致，模擬測試人員以不同車速進入公路隨道的動態試驗，并采用多種圖形停留時間和多次屏幕顯示圖形的識別率來實現被測試人的真實反映時間，將根據實驗要求多樣本和同一樣本多次測試的統計方法相結合，以此來接近實際公路隧道環境下駕駛人員在不同照明條件下的視覺反應參數。本發明的方法，在不同車速條件下安全識別距離與被測試人員實際觀測投影面的距離成比例的條件下，通過人眼在不同亮度和對比度下識別字體(圖形)判斷其開口方向的反應時間，分析研究得出一定公路隧道照明環境下的障礙物識別時間，從而得出保證安全運行條件下的合理的公路隧道照明參數和指標。


圖I是本發明的實驗流程圖。其中，(a)是實驗前準備流程圖，(b)是實驗流程圖。圖2是模擬公路隧道駕駛環境的實驗設備結構示意圖。圖3是軟件流程圖。以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式如圖I所示，本發明的模擬公路隧道環境駕駛人視覺反應的實驗方法，包括實驗前的準備工作，即搭建與實際公路隧道光學反射參數接近的暗室環境，準備試驗器材、安排實驗人員和設置所有參數等，具體步驟是(一)實驗條件本實驗需要能夠完成實驗的試驗空 間，利用幕布搭建成模擬隧道環境，并保證模擬隧道環境的光學反射參數與實際公路隧道環境的光學反射參數接近。實驗需選擇被測者多名，根據實驗目的確定被測者選擇條件，可以采用我國駕駛人員考取駕駛證的醫學條件。實驗應考慮實驗結果代表的普遍性，人數一般建議大于30名，需要有合理年齡和性別構成。(二)實驗器材本實驗采用自主研制的一種模擬公路隧道環境駕駛人視覺反應的實驗設備(圖
2)，包括計算機3，在計算機3上連接有投影儀I、屏幕2和燈光控制器4，在燈光控制器4上連接有球形燈泡5。燈光控制器4 自制(包括 CLIPSAL 4 Channel Dimmer ；CLIPSAL PC Interface(USB)5500PCU ;Merlin Gerin Multi9 C65N C63 ；FSL 60W 球形燈泡 24 個；導線若干；照度儀、施耐德C-Bus Toolkit程序),亮度可調。輔助用具還有卷尺等。球形燈泡5的燈光照度可按1%等分可調，燈光變化響應時間小于0. 01秒，響應時間可按0. I步距任意調整。環境調光首先選擇一個可以控制的暗室，模擬隧道中的環境，形成一個相對隔離，不受干擾的場所；其次，利用現有電子技術搭建室內照明，室內照明范圍從30001x直到全暗(低于0. OOllux),采用照度測量儀器，在實驗中隨時進行測試，保證照明環境符合實驗的要求。可根據需求進行環境亮度調節，也能在規定時間內基本線形變化。運用電子控制技術，連接多個球形燈泡，并和計算機連接，可以實現環境調光。投影儀I選擇數碼投影儀，屏幕2選擇專門幕布(接近公路隧道地面反射率的材料，灰色加絨)，屏幕2顯示圖像采用三基色可調，顯示中具有延時顯示，顯示停留時長可調，背景亮度可調等功能，可實現對顯色性變化的實驗。計算機3內含自己開發的測試程序，可以將所需要的內容通過投影儀I顯示在屏幕2上。并用C-BUS連接燈光控制器4，燈光控制器4連接多個球形燈泡。試驗人眼在不同照明條件下識別時間并計算結果。(三)實驗方法本試驗包括靜態模擬試驗和動態模擬試驗兩種。( I)靜態模擬試驗靜態模擬試驗指在環境亮度不變的情況下進行模擬實驗，不考慮人眼的亮度適應問題。①根據現有隧道照明的標準，提取大于8組隧道內不同的照度特征值，在實驗室利用照度儀讓實驗室內照度和所提取的特征值相同一組一組進行測試。②在計算機上運行測試程序，本實驗測試程序是運用C#進行編寫制作的(該實驗測試程序同期申請了軟件著作權)。實驗初始參數包括字體(圖形)大小、背景灰度及RGB參數、字母(圖形)灰度及RGB參數、字體(圖形)出現持續時間。軟件的流程如圖3所示。③設置完成，進入測試界面。本實驗就是要判斷“C”型視力表中“C”開口的四個不同方向，從而得到人眼在不同亮度和對比度下識 別物體的反應時間。障礙物采用計算機投影方式在屏幕上顯示。本實驗選標準視標符號“C”型視力表中的“C”，大小考慮停車視距和10厘米障礙物的關系進行換算，反應時間采用視標屏幕顯示的停留時間來控制，以保證被測試驗人員反應時間的準確。視標停留時間、亮度和屏幕亮度均可調，各種情況每位被測者測30次，按醫學常規識別正確率在50%以上，即認為可以識別，數據有效。點擊程序中測試鍵后開始測試。④調整燈光控制器的不同照明光源，用照度儀實時測量保證照度一致，然后測試在不同顯色性的情況下被測者的識別率。⑤被測者在“C”顯現持續的時間內判斷其開口方向，并告訴測試者，測試者通過程序的判斷界面做出判斷。判斷后，點擊“確認”，進入下一次的測試判斷。測試若干組后，點擊“退出”，會出現測試的統計正確率。考慮到暗室內較強的明暗變化會對人眼造成疲勞，甚至影響實驗結果，實驗程序的圖形界面都采用暗色調，從而來保護眼睛，避免明暗突變對眼睛造成的不適和對實驗造成的誤差。⑥數據的統計分析，得出結論。(2)動態模擬實驗動態模擬試驗，則是加入了環境亮度的時間變化，模擬車輛以不同的車速駛入駛出隧道的情況。①使用燈光控制器，使燈的亮度在一段時間內的變化來模擬駕駛環境環境亮度的變化，即駕駛者在進入隧道或者駛出隧道時所面臨的駕駛環境。②在環境亮度變化的過程中，運行測試程序，測試者通過程序測試在環境亮度變化情況下被測試者對投影儀屏幕上“C”的開口方向識別的正確率和反應時間。③選擇多個不同的照度變化情況，如從暗到亮，從亮到暗，進行多組測試，以保證數據的準確性。④更換不同的光源，測試顯色性對人眼識別的影響
⑤數據的統計分析，得出結論。(四)實驗注意事項為了使本實驗能夠科學合理地進行，使結論確實可信，本實驗中數據的確定步驟應十分科學嚴謹，詳細步驟如下I、由于實驗模擬的是隧道內的場景，所以障礙物亮度小于環境亮度，即字體圖形
亮度小于背景亮度。2、調整自設可調照明裝置使地面亮度在4cd/m2附近取值，營造隧道內實際的照明環境。本實驗分別取4. 5,4,3. 5,3,2. 5,2,1. 5,1,0. 5,0. 2(單位cd/m2)。根據光學原理知亮度和照度之間的關系為L=RXE(5)
式中L為亮度，R為反射系數，E為照度。從而將隧道中要求的地面亮度折算為照度，3、為了使背景亮度能夠與環境中的亮度相協調，需使投影幕布反射出的出射光與實際隧道中的照度一致。幕布應選擇與隧道地面發射參數接近的材料，并利用實測值確定亮度與照度的換算系數，一般選擇22。幕布出射光照度=隧道中亮度X22本實驗中取折算系數為22。又由于，投影幕布的反射率定義為
權利要求
1 一種模擬公路隧道環境駕駛人視覺反應的實驗方法，其特征在干，該方法首先搭建與實際公路隧道光學反射參數接近的暗室環境，在計算機上設置運行照明測試程序，計算機與投影儀相連接，障礙物采用計算機投影方式在屏幕上顯示，暗室內安裝亮度可調的燈光控制器； 以環境亮度變化時間和屏幕顯示時間配合的方法，圖形投影面的照度與亮度的換算關系與實際公路隧道環境中的照度與亮度換算關系一致，模擬測試人員以不同車速進入公路隨道的動態試驗，并采用多種圖形停留時間和多次屏幕顯示圖形的識別率來實現被測試人的真實反映時間，將根據實驗要求抽取多樣本和同一樣本多次測試的統計方法相結合，以此來接近實際公路隧道環境下駕駛人員在不同照明條件下的視覺反應參數。
全文摘要
本發明公開了一種模擬公路隧道環境駕駛人視覺反應的實驗方法，首先搭建與實際公路隧道光學反射參數接近的暗室環境，在計算機上設置運行照明測試程序，計算機與投影儀相連接，障礙物采用計算機投影方式在屏幕上顯示，屏幕上安裝亮度可調的燈光控制器；以環境亮度變化時間和屏幕顯示時間配合的方法，模擬測試人員以不同車速進入公路隨道的動態試驗，并采用多種圖形停留時間和多次屏幕顯示圖形的識別率來實現被測試人的真實反映時間，將根據實驗要求抽取多樣本和同一樣本多次測試的統計方法相結合，以此來接近實際公路隧道環境下駕駛人員在不同照明條件下的視覺反應參數；能從安全角度做好公路隧道的照明，達到安全、節能的目標。
文檔編號A61B5/18GK102764107SQ20121025317
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者劉學, 劉鵬, 朱曉金, 穆千祥, 袁志清, 袁文倩, 趙樂, 鄭晅, 陳建勛 申請人:長安大學