专利名称：用于改变驾驶员速度感知的隧道光栅系统及其控制方法
用于改变驾驶员速度感知的隧道光栅系统及其控制方法技术领域
本发明属交通安全技术领域，具体涉及一种控制隧道内车速的系统和方法。
背景技术：
随着经济的快速发展，交通对于高等级公路的需求越来越大，由于地形条件的原因，特别是在多山地区，为了保证公路的等级，往往必须修建隧道。据统计，2003年(不包括香港、澳门特别行政区和台湾省)中国共有公路隧道2175座，累计长度达到1000 km。随着隧道的数量不断增长，机动化水平的提高，事故发生在隧道的情况也越来越严重，隧道的交通事故发生率和事故死亡率都远远高过普通路段。据隧道路段交通事故统计数据显示，超过60%是因驾驶员超速行驶引发交通事故。目前用于控制隧道超速的措施主要有振动减速带、超速抓拍以及限速标志等，然而以上强制控制车速法都存在一定地缺陷。振动减速从驾驶员触觉出发，通过振动让驾驶员高速行驶时感到不舒服从而逼迫降低车速，但随着车辆减振性能的提高减速效果可能会降低，此外振动也会对车辆造成一定地损坏；超速抓拍系统是事后处罚威慑法，不能进行事前预防；限速标志由于驾驶员的遵守率低，降速效果差。这就迫切地需要引入新的理论与方法对车辆进行强制控速，强制控制车速的方法须从人-车-路-环境综合协同进行，更重要的是要从车速控制的主体一驾驶员对车速控制的本质特性出发采取措施。
发明内容
本发明的目的就是提供一种用于改变驾驶员速度感知的隧道光栅系统及其控制方法， 通过改变驾驶员的视知觉信息来影响驾驶员的速度知觉，进而控制车速。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为用于改变驾驶员速度感知的隧道光栅系统，它包括设置在隧道内两侧墙壁上并沿隧道方向排列的多个LED灯，以及用于控制LED灯开关的控制器；所述LED灯为条形，相邻LED灯之间的间距为l_5m。
上述方案中，位于同一侧墙壁上排列的所述LED灯采用1个明1个暗或连续N个明连续N个暗的方式交替闪动，闪动的时距为60-240ms ；N取2_4的正整数。
上述方案中，相邻LED灯之间的间距为細，N为2，LED灯的闪动时距为60ms。
上述方案中，所述LED灯的宽度为8 - 15mm，长度为1500 — 2000mm，所述各LED 灯均相互平行。
上述方案中，所述LED灯的底部与隧道内道路的距离为500 — 1000mm。
上述的隧道光栅系统的控制方法，对位于同一侧墙壁上排列的所述LED灯采用1 个明1个暗或连续N个明连续N个暗的方式控制交替闪动，闪动的时距为60-240ms ；N取 2-4的正整数。
上述方案中，相邻LED灯之间的间距为細，N为2，LED灯的闪动时距为60ms。
本发明的工作原理为利用似动运动理论(是指人们把客观上静止的物体看成是运动的，或者把客观上不连续的位移看成是连续运动的现象)在隧道墙壁上设置产生似动运动的光栅，且似动运动的方向与车辆行驶的方向相反，改变了驾驶员速度感知，使得驾驶员的感知速度增大，从而达到限速的目的。
本发明的有益效果为1、控制车速效果明显，从车速控制的主体一驾驶员对车速控制的本质特性出发采取措施，能使驾驶员产生速度高估，从而主动控制车速。2、操作简单，根据本发明在隧道设置似动光栅只需在隧道壁上设置具有一定间隔的LED灯即可。3、环保经济，设置似动光栅所用设备为LED灯，原料经济成本低，没有对环境有影响的物质产生。
图1为本发明系统结构示意图。图2为排列的LED灯1个明1个暗的方式交替闪动示意图。图3为排列的LED灯连续2个明连续2个暗的方式交替闪动示意图。图4为排列的LED灯连续4个明连续4个暗的方式交替闪动示意图。图5为LED灯1明1暗排列的似动运动感知实验结果。图6为LED灯连续2明连续2暗排列的似动运动感知实验结果。
图7为LED灯连续4明连续4暗排列的似动运动感知实验结果。图8为LED灯连续2明连续2暗时感知速度、时距、间距以及物理车速之间的关系。图9为LED灯连续4明连续4暗时感知速度、时距、间距以及物理车速之间的关系。
具体实施例方式如图1所示本发明用于改变驾驶员速度感知的隧道光栅系统，它包括设置在隧道内两侧墙壁1上并沿隧道方向排列的多个LED灯2，以及用于控制LED灯开关的控制器；所述LED灯为条形，相邻LED灯轴线之间的间距为l_5m。LED灯的宽度为8 一 15mm,长度为 1500 - 2000mm,所述各LED灯均相互平行，各LED灯可以垂直于隧道内的道路3，也可以倾斜。LED灯的底部与隧道内道路的距离为500 - 1000mm。如图2所示本发明用于改变驾驶员速度感知的隧道光栅系统实施例1，位于同一侧墙壁1上排列的所述LED灯2采用1个明1个暗的方式交替闪动，闪动的时距为 60-240ms。该系统的控制方法是控制器对位于同一侧墙壁上排列的所述LED灯采用1个明1个暗的方式控制交替闪动，闪动的时距为60-240ms。如图3所示本发明用于改变驾驶员速度感知的隧道光栅系统实施例2，相邻LED灯轴线之间的间距为細，LED灯的宽度为10mm，位于同一侧墙壁1上排列的所述LED灯2采用连续2个明连续2个暗的方式交替闪动，闪动的时距为60ms。该系统的控制方法是控制器对位于同一侧墙壁上排列的所述LED灯采用连续2个明连续2个暗的方式控制交替闪动，闪动的时距为60ms。如图4所示本发明用于改变驾驶员速度感知的隧道光栅系统实施例3，它与实施例1的区别在于位于同一侧墙壁1上排列的所述LED灯2采用连续4个明连续4个暗的方式交替闪动。本发明利用似动运动理论的从驾驶员速度感知着手的在隧道墙壁设置似动光栅的控制隧道车速，在隧道墙壁上设置产生似动运动的光栅，且设置似动运动的方向与车辆行驶的方向相反，使得驾驶员的感知速度增大。
利用似动运动理论在隧道墙壁上设置光栅(光栅是指可以使入射光的振幅或相位受到周期性空间调制的光学元件)，通过控制影响似动运动效果的主要因素，即时距(S0A， stimulus onset asynchrony)禾口间足巨(SIS, stimulus s印aration)，来使驾驶员产生判断为“稳定同向运动”的似动运动感知，从而确定似动运动的合理形式的空间布局。针对以往研究实验环境的不同，通过3DMAX制作了隧道环境下基于驾驶员视角的与车辆前进方向反向的似动光栅变化视频，采取判断为“稳定同向运动”的比例这一指标来确定似动运动的合理形式。通过对6男2女观测实验的结果进行分析，发现空间布局为两明两暗、四明四暗， 间距为aiidm，时距为60ms，120ms, 180ms, 240ms时判断为“稳定同向运动”的比例均高于 95%。据此，以上述16种组合作为合理形式分别制作了 16种情况下小汽车以60km/h，90km/ h，120km/h的速度在隧道内行驶的视频，采取迫选法设计主观等同速度实验方案282组。通过对6男2女观测实验的结果进行分析，发现光栅空间布局为两明两暗，时距为60ms，间距为細时的实验者的感知速度最大，且此时8名实验者感知速度的标准差较小，所以以此形式作为用于车速控制的似动光栅的最佳形式。通过实验研究证明空间布局、SIS、SOA对似动感知均存在显著地影响 (p-value<0. 01)。从图5、图6和图7的结果可以看出，当似动光栅采用一明一暗时，无论间距和时距为多少，观察者判断为“稳定同向运动”的比例都很低，均低于50%，此时多判断为 “闪动”或者“不稳定运动”；当似动光栅采用两明两暗和四明四暗时，观察者判断为“稳定同向运动”的比例显著提高，此时判断为“稳定同向运动”的比例随着SOA和SIS的变化而变化，当SIS为an、4m时，SOA为60ms、120ms、180ms、M0ms时都能获得稳定同向运动感知，此时判断为“稳定同向运动”的比例均高于95%，这与韦特海默的实验结果有所不同。当空间间距为6m、8m时判断为“稳定同向运动”的比例逐渐降低。依据本实验结果，选取空间布局为两明两暗、四明四暗，SIS为aiidm，SOA为60ms，120ms, 180ms, 240ms的刺激物作为似动运动的合理形式。空间布局SIS、SOA对速度感知均存在显著影响(p-Value<0. 01)。从图8、图9的结果可以看出，在两暗两明和四暗四明的情况下，隧道墙壁上的似动光栅都会导致车速的高估，且表现出相同的特性SIS相同的情况下，随着SOA的减小高估效应逐步放大。SOA相同的情况下，SIS越小则高估效应越大。然而分别对两暗两明和四暗四明情况下8名实验者的实验结果进行方差分析得到，四明四暗时8名实验者速度感知的标准差要大于两明两暗的情况，说明四明四暗时观察者的速度感知差异较大。图中60 (2)表示车速为60km/h， 间距为2m，其它同理。表1列出了不同SOA和SIS情况下的似动运动速度，当SIS相同时，SOA越小则似动运动速度越大。从实验2的结果可以看出，SOA越小则感知速度越大，这实质上是似动运动速度对感知速度的影响。
_2m 4m
60ms~T20"240" T20ms~60~T20"
Tklms 40~80~ 240ms 丨30 丨6「表1不同间距和时距下似动运动的速度(km/h)。
通过实验验证，我们选取如下最佳组合用于车速控制两明两暗，SIS为細，SOA为 60ms,即在隧道墙壁上设置形式为2明2暗的LED灯，灯于灯之间的间距为細，LED灯的闪动时距为60ms。
权利要求
1.用于改变驾驶员速度感知的隧道光栅系统，其特征在于它包括设置在隧道内两侧墙壁上并沿隧道方向排列的多个LED灯，以及用于控制LED灯开关的控制器；所述LED灯为条形，相邻LED灯之间的间距为l-5m。
2.如权利要求1所述的隧道光栅系统，其特征在于位于同一侧墙壁上排列的所述LED 灯采用1个明1个暗或连续N个明连续N个暗的方式交替闪动，闪动的时距为60-240ms ；N 取2-4的正整数。
3.如权利要求2所述的隧道光栅系统，其特征在于相邻LED灯之间的间距为％ι，Ν为 2，LED灯的闪动时距为60ms。
4.如权利要求2或3所述的隧道光栅系统，其特征在于所述LED灯的宽度为8一 15mm，长度为1500 — 2000mm，所述各LED灯均相互平行。
5.如权利要求4所述的隧道光栅系统，其特征在于所述LED灯的底部与隧道内道路的距离为500 — IOOOmm0
6.如权利要求1所述的隧道光栅系统的控制方法，其特征在于对位于同一侧墙壁上排列的所述LED灯采用1个明1个暗或连续N个明连续N个暗的方式控制交替闪动，闪动的时距为60-240ms ；N取2_4的正整数。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于相邻LED灯之间的间距为4m，N为2， LED灯的闪动时距为60ms。
全文摘要
本发明涉及用于改变驾驶员速度感知的隧道光栅系统及其控制方法，系统包括设置在隧道内两侧墙壁上并沿隧道方向排列的多个LED灯，以及用于控制LED灯开关的控制器；所述LED灯为条形，相邻LED灯之间的间距为1-5m。控制方法对位于同一侧墙壁上排列的所述LED灯采用1个明1个暗或连续N个明连续N个暗的方式控制交替闪动，闪动的时距为60-240ms；N取2-4的正整数。本发明可通过改变驾驶员的视知觉信息来影响驾驶员的速度知觉，进而控制车速。
文档编号E21D9/14GK102518448SQ20111040705
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者刘兵, 张子培, 朱顺应, 王红 申请人:武汉理工大学