考虑环境照度变化的城市道路指路标志前置距离确定方法

摘要

本发明公开了一种考虑环境照度变化的城市道路指路标志前置距离确定方法，针对环境照度影响驾驶人的视觉机能问题，设计实车实验，探究环境照度与速度变化耦合影响的驾驶人视觉机能规律，建立关于环境照度和速度的指路标志识认时间模型，在此基础上，根据安全行车的必要条件，建立指路标志视认距离模型。基于建立的指路标志识认距离模型，并结合指路标志设置的有效性要求，确定城市道路指路标志最小前置距离模型。本发明克服了现有指路标志在低照度下视认距离增加，但实际却按照照度充分时设置前置距离的缺陷，可以用于不同照度下确定城市道路指路标志前置距离，从而提高行车安全。

主权项

考虑环境照度变化的城市道路指路标志前置距离确定方法,其特征是包括以下步骤：(1)设计实验，探究动态低照度坏境下驾驶人的视觉机能规律；实验选取典型的包含4个路名的指路标志作为识别对象，以驾驶人的识认时间为视觉机能衡量指标，探究环境照度与速度变化对指路标志识认时间的耦合影响,其中，环境照度测量范围是0.1‑600lx，车辆到达标志发现点的行驶速度设置6个等级,分别为：30km/h,40km/h,50km/h,60km/h,70km/h，80km/h；通过实验获取不同行驶速度与环境照度对应的指路标志识认时间t，时间单位是s；(2)根据实验数据，建立照度和速度耦合影响的识认时间模型；根据(1)中获取的数据，利用Matlab探究指路标志识认时间随环境照度和行驶速度的变化规律，并进一步利用三维曲面分析法建立照度和速度耦合影响的驾驶人识认时间模型t＝f((v/3.6),i)，其中v代表车辆到达标志发现点时的速度，单位是km/h；i代表环境照度，单位是lx；(3)建立驾驶人标志视认距离模型；标志视认距离S是指从标志发现点至标志设置点之间的距离，从驾驶人发现标志开始，随着车辆的继续行驶，驾驶人视线与路侧标志的夹角α逐渐增大，当α增至与驾驶人的视角阈值θ相等时，标志将从驾驶人的视野中消失；因此，为了确保行驶的安全性，驾驶人应该在标志消失前完成标志认读工作，即标志识认距离S,消失距离m和认读距离l三者应该满足以下关系：S‑l≥m   (1)根据速度和时间确定认读距离l：l＝(v/3.6)*t＝(v/3.6)*f((v/3.6),i)   (2)根据驾驶人到达标志消失点时，其视平面与标志距离的几何关系确定消失距离m：$m=\frac{\sqrt{H^2+K^2}}{\tan \left(\theta \right)}---\left(3\right)$其中H为标志中心点到驾驶人视平面的垂线，K为车辆中心线至指路标志的侧距，θ为驾驶人视角阈值，一般取15°；将(2)(3)代入(1)式可得$S\ge \frac{\sqrt{H^2+K^2}}{\tan \left(\theta \right)}+(v/3.6)*t=\frac{\sqrt{H^2+K^2}}{\tan \left(\theta \right)}+(v/3.6)*f\left(\right(v/3.6),i)---\left(4\right)$因此，指路标志最小识认距离(4)建立关于环境照度和速度的指路标志前置距离模型；前置距离D是指从标志设置点到标志实施点之间的距离，为了保证标志设置的有效性，驾驶人应该在指路标志实施点之前完成认读、决策、反应和行动等一系列操作，即认读距离l，决策距离j，反应距离r，行动距离d与标志视认距离S和标志前置距离D应满足下列关系：S+D≥l+j+r+d(5)根据速度和时间可以确定认读距离l，决策距离j，反应距离r和行动距离d，具体公式如下：l＝(v/3.6)*t＝(v/3.6)f((v/3.6),i)   (6)j＝(v/3.6)*t_j   (7)r＝(v/3.6)*t_r   (8)d＝n*(v/3.6)*t_c+(v²‑(v')²)/(2*3.6²*a)   (9)其中，t_j是驾驶人判断决策时间，t_r是驾驶人反应时间,t_c是完成一次变道所用的时间,a为车辆减速度，这些参数可以通过文献获得；v是车辆发现标志时的行驶速度，v'是车辆减速完成后的速度，t是驾驶人对指路标志的识别时间，是环境照度i和车辆发现标志时行驶速度v的函数,n是车辆变道次数，这些参数可以通过实验确定；将(6)(7)(8)(9)代入(5)式可得D≥(v/3.6)[f((v/3.6),i)+t_j+t_r]+n*(v/3.6)*t_c+(v²‑(v')²)/(2*3.6²*a)‑S_min因此，指路标志的最小前置距离模型为：D_min＝(v/3.6)[f((v/3.6),i)+t_j+t_r]+n*(v/3.6)*t_c+(v²‑(v')²)/(2*3.6²*a)‑S_min；(5)确定动态低照度环境下指路标志的最小前置距离值；将7组光照值i＝0.1,100,200,300,400,500,600(lx)与6组速度值v＝30,40,50,60,70,80(km/h)两两组合，根据(4)中确定的指路标志最小前置距离模型，可以得到每组光照与速度值对应的前置距离，取所计算前置距离的最大值作为城市道路动态低能见度环境中指路标志前置距离的最小值。