文官陽

視覺質(zhì)量影響行車安全

文官陽

一、影響行車安全的因素——人因技術(shù)領(lǐng)域的基本概念

駕駛機動車，是人類操控機械在地面進行移動的過程。從移動速度看，這是迄今為止人類在地面作為個體單獨進行操作所能實現(xiàn)的最快的運動形式之一，僅僅有個別的極限運動可以略與之比擬。在這種高速的運動之下，人類的感知能力、反應(yīng)能力和操控能力，都要面臨駕駛?cè)蝿?wù)需求的巨大挑戰(zhàn)，當(dāng)人類的能力面對這種挑戰(zhàn)敗下陣來時，就會導(dǎo)致車輛失控，進而可能導(dǎo)致車輛碰撞事故，引發(fā)傷亡！所以，車輛移動速度越高，駕駛?cè)蝿?wù)難度越大，對人的能力要求就越高，這就是為什么需要“速度”管理，也是人們對行車安全認(rèn)知的最直接起點。

但是，如果我們的注意力僅僅放在速度的研究上，就會很難解釋，為什么都是同樣的速度，有些路段就不會出事故，而有些路段，卻不斷地出事故！甚至在同樣一條道路上，同樣的車速，為什么白天從來沒有事故，晚上卻接連出事？這種現(xiàn)象，被很多人簡單地解釋為交通事故的隨機性，而不再追究事故的深層次原因。那么，到底這里面還有沒有客觀規(guī)律可以追尋呢？有沒有技術(shù)手段可以應(yīng)對這種隨機性的難題呢？我們的回答是“有的”！這就是交通工程的安全價值所在，就是交通控制技術(shù)的來龍去脈！

人因的概念

要解開這個謎題需要涉及到一個專門的技術(shù)領(lǐng)域，英文叫Human Factor，國內(nèi)的翻譯并不統(tǒng)一，有一些專家學(xué)者稱之為“人類因素”。但細究起來，根據(jù)其內(nèi)涵的領(lǐng)域和要實現(xiàn)的目的做出判斷，這個詞在中文的稱謂并沒有直接的、可以對應(yīng)的漢語詞匯，我們應(yīng)該再造一個詞，比如 “人因”，以區(qū)分它可能帶給大家的困惑。馬克思講過，語言來自勞動，生產(chǎn)力水平?jīng)Q定了語言的發(fā)展水平，人因，其實就是人類在操控機器過程中，對求索人類控制機械能力極限范圍的一種新生的語言概念！在這方面的研究，我國起步比較晚，詞匯的豐富性發(fā)展，是個必然要經(jīng)歷的過程。

Human Factor一詞，最早出現(xiàn)在上世紀(jì)三十年代，它是指在操作車輛或者機械時，因為人的自然屬性而導(dǎo)致的技術(shù)故障或者機械失敗?！叭艘颉币辉~不是指人類的行為或者人類的表現(xiàn)，而是專屬的，簡稱HF，換言之，人因，就是對人類在操作機械時導(dǎo)致?lián)p害事件的發(fā)生有貢獻的那些人的因素。

參照物的概念

從“人因”的角度出發(fā)，我們繼續(xù)展開的話題，就有了一個更深入的問題，人類是如何感知到速度的高低呢？

人類能夠感受到在移動的最基本途徑是通過視覺！因為人類要用眼睛搜索參照坐標(biāo)，才能判斷自己的位置。比如，我們很多人都有過這樣的經(jīng)歷，坐在車上時，透過車窗盯著旁邊的車輛觀察，突然覺得自己的車在后退，然后趕緊看看周邊其他的物體，才發(fā)現(xiàn)原來是那輛車在向前開動而自己是原地不動的。這個過程其實就是人類判斷自己是否在移動的基本過程。這里有一個基本的要素，就是“周邊的物體”，從交通控制技術(shù)講，它們有一個很重要的詞來描述，英文叫CUE， 中文可以翻譯為“參照物”，參照物的質(zhì)量，直接影響到行車安全。我們平時經(jīng)常看到的標(biāo)志、標(biāo)線和輪廓標(biāo)等，其實都是人工設(shè)置的行車參照物。車速越高，司機搜索和采集處理參照物信息的任務(wù)需求就越高。

視區(qū)是什么

在機動車駕駛過程中，司機都能看到什么呢？這里，就又有了一個技術(shù)概念，叫視區(qū)，英文是Field of View。 視區(qū)是指在人眼外有某種固定邊框的限制下所能看到的區(qū)域，比如人們透過眼鏡能看到范圍，就是眼睛的視區(qū)！這種范圍，與眼球的移動沒有關(guān)系。司機的視區(qū)，就是通過車窗能觀察到的范圍。提到視區(qū)，我們很容易想到一個詞——視野Visual Field，是指人裸眼在固定狀態(tài)下能看到的角度數(shù)。人眼向前觀察平面視野幾乎達到180°，垂直視野能達到135°，遠大于視區(qū)。簡單區(qū)分，就是視野表示的是人眼的能力，而視區(qū)是人眼在車?yán)锏挠^察范圍，視野是人的基本條件，而視區(qū)，會隨著車輛的條件和運行狀態(tài)而改變，相對于人眼的視野，視區(qū)要小很多，白天如此，夜晚，視區(qū)還要受到車燈的能力的影響，車速越高，視區(qū)越窄。

人們?yōu)槭裁磹坶_快車

就行車而言，人類的視區(qū)變化比任何其他運動都更頻繁。頻繁變化的視區(qū)，直接引發(fā)的是人的眼球的快速移動，進而刺激視神經(jīng)躁動并誘發(fā)人的腦神經(jīng)的活躍，人類為了能感知所看到的物體，進行認(rèn)知、判斷和反應(yīng)（英文簡稱PRT），就必須加快處理眼睛和身體所感受到的各種變化，此時，神奇的人體系統(tǒng)就會釋放出更多的腎上腺素，以應(yīng)對快速上升的任務(wù)需求，這就是我們有時會聽到的“荷爾蒙”的加速釋放！荷爾蒙的增加與聚集，會讓人產(chǎn)生一種欣快感，人類的神經(jīng)系統(tǒng)在愉快的狀態(tài)下會因歡喜而放松，于是，車速在不知不覺中，逐漸沖向了人類承載能力的極限！這就是為什么人們開車容易超速而不是失速的內(nèi)在原因。

與直線行駛相比，在彎道上，視區(qū)的變化頻率會因為車輛運行軌跡的改變而出現(xiàn)疊加的效應(yīng)，所以在進入彎道時，就更容易出現(xiàn)超速的現(xiàn)象，因為這時的視覺刺激和欣快感，都強于直線行駛。進入彎道時的視區(qū)疊加過程，非常容易讓人在愉悅和輕松之中忽視駕駛?cè)蝿?wù)難度的增加幅度，自以為車輛會完全被有效控制，當(dāng)人們沉浸在彎道駕駛的愉悅中時，車輛在不知不覺中逐漸加速，就會挑戰(zhàn)人們的有效控制的極限，這種情況一旦出現(xiàn)，為了降低難度，人類會下意識地通過剎車和調(diào)整行駛方向予以應(yīng)對，而這時，很有可能為時已晚，特別是雨天的彎道事故，多出于此！去彎道上觀察，在彎道的上游，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)緊急制動的剎車痕跡，而下游卻不多見，就是這個原因！這也是為什么要在彎道上設(shè)置彎道線形誘導(dǎo)標(biāo)志的原因，因為司機在進入彎道時，必須提前意識到彎道的弧度，進而意識到駕駛難度需求的增加，提前降低車速。

所以，針對行車安全，要讓人類大腦減少運算錯誤，時刻提高警惕，時刻將車輛控制在人類承受能力的極限之內(nèi)，就要在視覺質(zhì)量上做功課，要讓人類在應(yīng)對快速變化的視區(qū)時，可以及時、準(zhǔn)確、清晰地捕捉到需要獲取的參照坐標(biāo)體系，減少信息處理時間。簡單說，一套好的道路視覺系統(tǒng)，可以有效提高人類駕馭車輛的成功率。在交通安全領(lǐng)域，當(dāng)?shù)缆窊碛泻玫囊曈X系統(tǒng)時，被專業(yè)人員稱為“道路使用者友好型道路”或“自詮釋道路”。我們今天經(jīng)常提到關(guān)于智能汽車和輔助駕駛的車路協(xié)同技術(shù)，其實就是“自詮釋道路”在信息技術(shù)時代可能達到的新高度，那時，將是依靠機器視覺，而不僅是人視覺。

經(jīng)過常年的研究和積累，在人因領(lǐng)域，交通工程專業(yè)已經(jīng)形成了圍繞保障視覺質(zhì)量提出的三大公理，分別是：六秒公理，視區(qū)公理，邏輯公理。它們的目的都是相同的，就是避免因錯時、錯位和錯覺導(dǎo)致大腦出現(xiàn)運算錯誤！我們在下面，將著重來介紹這三大公理。

二、影響視覺管理的因素——人因領(lǐng)域的三大公理及反光技術(shù)

人因領(lǐng)域的三大公理和反光技術(shù)對視覺質(zhì)量管理有重要的意義。

六秒公理

六秒公理指道路必須給人以充分的時間。一般司機平均需要4-6秒才能完全改變駕駛程序，100公里時速就是近300米。道路使用者友好型道路，會允許司機進行可靠的調(diào)整以適應(yīng)新的道路情況。在道路上，任何關(guān)鍵變化點之前，至少要給司機6秒鐘的時間，比如：路口前、彎道前。在道路上，還要移除視距遮擋的障礙物，要讓路口的到來有預(yù)期。如果沿著道路，道路本身的條件無法在6秒之前就讓司機足以關(guān)注到這些情況，就要利用標(biāo)志標(biāo)線進行提示，或者進行更根本的工程改造。在我國，行道樹和路側(cè)綠植，在很多時候，就是典型的視距遮擋障礙物，破壞了路側(cè)視距凈空。當(dāng)6秒公理不到位時，謹(jǐn)慎的司機，會選擇降低車速。我們?nèi)粘ｉ_車，在路上遇到的莫名其妙的車流減速和追尾事故，多數(shù)就是這個原因?qū)е碌摹?/p>

視區(qū)公理

視區(qū)公理是指道路必須給司機安全的視區(qū)。機動車駕駛者的視區(qū)變化比任何其他運動更頻繁。單調(diào)或者有強烈對比度的道路邊緣地帶，視覺和光線誤導(dǎo)以及視錯覺都會影響駕駛質(zhì)量。視區(qū)可以使司機穩(wěn)定也可以使司機躁動，可以使司機疲倦也可以使司機興奮。一條用戶友好的、自詮釋道路，會避免諸如路側(cè)景觀的單調(diào)問題，視覺引導(dǎo)線的斷裂問題，視覺引導(dǎo)線與道路本身線形不一致的問題，還要避免有不顧道路方向和重點，而又在吸引眼球方面有壓倒性優(yōu)勢的物體的問題。這種視覺吸引物體，有個很形象的名字，叫eye-catching objects，直譯是“抓眼睛的物體”。如果我們這時需要司機去關(guān)注的人行橫道上的行人，但在視區(qū)范圍內(nèi)，最抓眼球的是人行橫道附近上空的指路標(biāo)志或霓虹燈廣告，那行人的安全，就會受到嚴(yán)重威脅！

邏輯公理

道路必須遵循司機的預(yù)期邏輯。司機沿著道路開車時，是帶有心理預(yù)期或者有傾向性的邏輯的，這些東西來自于司機的經(jīng)驗或者是最近的觀察理解。出乎意料的、非常規(guī)因素，會打亂基于心理預(yù)期建立起來的一連串最自動化的動作，導(dǎo)致司機的“磕絆”。此時，會渡過致命的幾秒鐘，以便司機可以處置這種干擾。這個過程，很像一個踏步高度不一致的樓梯，人們的心理預(yù)期是用一致的抬腿高度勻速攀爬，但是突然出現(xiàn)的反預(yù)期踏步高度，很容易讓人踉蹌，而且爬的速度越快，踉蹌的機率越高。道路設(shè)計者要設(shè)法使道路特征符合心理預(yù)期。要設(shè)法使那些無法避免的變化能盡早、盡可能清晰地傳遞給司機，以避免司機因為突然的變化而困惑。

當(dāng)我們把這些內(nèi)容總結(jié)出來后，筆者相信善于思考的人很容易就會想到我們今天的交通困境，無論是交通事故還是交通秩序，其實都是因為我們的道路上還有很多地方違背了這三大公理，我們的駕駛?cè)蝿?wù)難度太大，對司機能力的要求太高，已經(jīng)超過了人類的應(yīng)對能力范圍。在這種情況下，人們的駕駛錯誤是必然的，毫無辦法。比如今天很多城市的交叉路口，都是典型的超視區(qū)路口，在這種路口內(nèi)行車，邏輯和6秒空間都很難得到保障，交通走廊的流暢性就是這樣被廢掉的！

反光技術(shù)與視覺質(zhì)量

為了進一步揭示視覺質(zhì)量對行車安全的影響，和反光技術(shù)在國際交通安全領(lǐng)域的研究深度，再介紹一個很不起眼的領(lǐng)域，就是“逆反射技術(shù)”在交通安全領(lǐng)域的演進和作用，也希望大家可以掌握到一種可以實現(xiàn)自我保護的安全手段。

為了全天候和全天時的保障視覺質(zhì)量，在汽車問世之初，汽車制造者，就為汽車安裝了最基本的視覺輔助裝備——車燈！百年來，汽車照燈的技術(shù)不斷演進，其光照控制力、質(zhì)量和照射范圍，被做得越來越科學(xué)。與此同時，聰明的人類，還從仿生學(xué)的角度，發(fā)現(xiàn)將光控制技術(shù)應(yīng)用在道路上，可以有效提高車燈的照射效果，我們今天隨處可見的反光材料，專業(yè)上稱為逆反射材料，就是這種技術(shù)進步的衍生品。

很多人一提到反光材料，就會認(rèn)為只要有路燈或者車燈就夠了，不一定需要反光。事實上，了解了視區(qū)的概念，就會知道路燈照射到的很多事物，不一定是司機應(yīng)該關(guān)注的物體，在商業(yè)區(qū)，各種霓虹燈或燈箱廣告發(fā)出來的光，對司機眼球的吸引，就是很典型的視覺干擾元素。只有車燈照射范圍內(nèi)的物體，是最應(yīng)該被司機看到的，但此時，車燈的光卻不一定能回到司機的視區(qū)范圍內(nèi)。

光的反射方式示意（夜間，司機能看到的物體，主要依靠車燈的逆反射光和發(fā)光物體），上組圖為光反射的三種基本形式

為什么這么說呢？是因為當(dāng)我們在車燈的后面，隨著車燈的照射方向向前觀察路況時，我們看到的并不是車燈的光，而是那些被照射物體返回來的光，如果物體表面的物理結(jié)構(gòu)不是逆反射結(jié)構(gòu)，而是鏡面反射或者漫反射，那很多光就會跑掉了。很多司機開遠光燈，其實就是因為路上的逆反射光太少了，希望提高照射前方的總光通量，來提高被反射回來的光的總量，從而改善視距。

汽車前照燈形成的逆反射光錐示意圖?；貜?fù)的光由于空氣中懸浮顆粒的衍射導(dǎo)致擴散，有一部分將無法回到司機的位置

通過這個示意圖可以看出，反光材料是在車輛行駛的方向上，把車燈照射的光收集并投射回給司機，如果我們是用正確的反光材料制作各種行車參照物，那么這些參照物就是司機最應(yīng)該關(guān)注也是最容易關(guān)注的坐標(biāo)。

良好的道路視區(qū)設(shè)計被稱為“視區(qū)管理”上圖為美國某地施工區(qū)的夜間臨時設(shè)施效果

就目前已知的所有的視覺優(yōu)化手段而言，反光材料的發(fā)明和普及，應(yīng)該是成本最低，也是效果最好的一種安全技術(shù)途徑了。它最大的優(yōu)點，就是利用了車燈的光源，而不再需要額外的能源進行照明。所以在1939年這項技術(shù)的原始版問世伊始，交通標(biāo)志和標(biāo)線的制作，就再也沒有離開這項技術(shù)。在近80年的時間里，世界上一批科技精英，一直在嘗試用越來越好的光控制技術(shù)和材料技術(shù)，捕捉車燈釋放的光波，盡可能地以更科學(xué)的布局形式投射回到司機眼睛里。今天，在交通標(biāo)志和設(shè)施上使用的大角度反光膜，每平方厘米上有930個精心設(shè)計的光控制結(jié)構(gòu)單元，已經(jīng)可以使司機在使用近光燈的情況下，在800米之外就發(fā)現(xiàn)被標(biāo)識物，在50米的近距離時，在高達十幾米的垂直高度和水平寬度15米的大觀察角度范圍里，也就是車燈光傳統(tǒng)布設(shè)的困難區(qū)域，仍能把燈光捕捉到并投射回給司機。

在標(biāo)線領(lǐng)域，最新型的人造反光晶體已經(jīng)可以實現(xiàn)與天然鉆石一樣的2.4的光折射率，即使透過雨水，也可以把車燈的光波折射回到司機的視區(qū)，而不是讓這些光四散奔逃，脫離司機的眼睛。

看到這里，大家也許更容易明白一個道理，當(dāng)我們說車燈能不能照到時，并不是車燈的光到達不了這些地方，而是到達這些地方的燈光，能不能被投射回到司機的視區(qū)。

美國某地的雨夜標(biāo)線效果

在夜間，如果我們每個人的身上都可以有一小塊反光材料，就可以大大提高被司機看到的機會。這種材料，如果能在機動車輛、自行車和行人身上，如果能廣泛使用，那么司機就可以很容易地在6秒之前，發(fā)現(xiàn)危險，并采取有效措施，很多事故，就可以因此避免。

用一個簡單的總結(jié)來形容反光材料，它是改善視覺質(zhì)量的重要手段，人、車、路的廣泛而科學(xué)地使用反光材料，可以大大提升我們的道路安全通行條件以及提升行車安全。