一种可抑制驾驶员视觉疲劳的照明系统的制作方法

本发明属于道路照明技术领域，尤其涉及一种可抑制驾驶员视觉疲劳的照明系统。

背景技术：

近年来，因疲劳驾驶而引发的道路交通事故屡屡发生。道路照明系统作为道路交通系统的重要组成部分，其对驾驶员的视觉疲劳影响研究越来越受到重视。如何通过道路照明的改进，降低因驾驶员视觉疲劳所导致交通事故的发生概率，是保障道路交通安全的重要内容之一。

现阶段，关于道路照明对视觉疲劳影响的研究，主要依托于传统照明光源，并且多以光源亮度、色温作为研究对象，缺少对光色以及光色周期变化的研究。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可抑制驾驶员视觉疲劳的照明系统，旨在解决现有技术中的传统照明光源无法通过光色以及光色周期变化缓解视觉疲劳的问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种可抑制驾驶员视觉疲劳的照明系统，所述照明系统包括若干个相间分布的低灯位路灯组，每一个低灯位路灯组包括若干个低灯位路灯，所述低灯位路灯沿道路依次排列，每一个所述低灯位路灯的光色静态不变；同一低灯位路灯组的所有低灯位路灯的光色相同，不同的所述低灯位路灯组的低灯位路灯的光色不同。

进一步地，每一个所述的低灯位路灯的光色均为冷色调。

进一步地，所述低灯位路灯的光色为蓝色、绿色或白色中的一种。

进一步地，每一个所述的低灯位路灯组沿道路分布的长度为2.0至2.5千米。

进一步地，每一个所述的低灯位路灯距离道路路面不高于1.6米，灯距不大于12米，从行驶中的驾驶员视点看，不同所述路灯组的光色呈动态变化。

进一步地，所述照明系统可以单独存在并运行，也可做为专利“一种低灯位多维照明路灯”(201210334281.5)中的照明子系统，所述照明子系统与“一种低灯位多维照明路灯”的其它照明子系统共同集成在路灯体内，发光方式是将路灯灯体部分表面设置为发光体或透光体。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的一种可抑制驾驶员视觉疲劳的照明系统，其通过将若干相同光色的低灯位路灯组成低灯位路灯组，并将若干个不同光色的低灯位路灯组沿道路行驶方向依次循环往复地分段排列在道路的两侧，从而使得驾驶员在行驶过程中能够在一段时间内处于一种光色环境下，并在下一段时间内处于另一种光色环境下。从驾驶员的视角来看，光色呈动态变化，通过交替的光色变化对驾驶员的视觉适量刺激，从而达到抑制驾驶员视觉疲劳的效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种可抑制驾驶员视觉疲劳的照明系统的结构示意图；

图2是图1中低灯位路灯的结构示意图；

图3是模拟实验中不同光色的光谱示意图；

图4是模拟实验中三种光色环境下视敏度变化总量示意图；

图5是模拟实验中的视敏度变化曲线示意图；

图6是不同周期频率对视觉疲劳的抑制作用示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种可抑制驾驶员视觉疲劳的照明系统100，其包括若干个相间分布的低灯位路灯组10。

具体地，每一个所述的低灯位路灯组10均包括若干个低灯位路灯1，每一个所述的低灯位路灯1的光色静态不变。同一低灯位路灯组10的所有低灯位路灯1的光色相同，不同的所述低灯位路灯组10的低灯位路灯1的光色不相同。所述若干个相同的低灯位路灯组10沿道路行驶方向依次循环往复地排列在道路的两侧，从而使得驾驶员能够在不同的光色环境下经常切换，利用交替的光色变化对驾驶员的视觉适量刺激，从而达到抑制驾驶员视觉疲劳的效果。

在本发明实施例中，参照图2，每一种所述的低灯位路灯1均利用彩色亚克力作为外壳，并具有相应地出光口。每一种所述的低灯位路灯1的光色均为冷色调，所述低灯位路灯1的光色为蓝色、绿色或白色中的一种，但不限定于所述低灯位路灯1的具体光色。

同时，每一个所述的低灯位路灯组10沿道路行驶方向的长度D1均相同，本发明实施例中，每一个所述的低灯位路灯组10沿道路行驶方向的长度均为2.0至2.5千米。每一个所述的低灯位路灯1距离道路路面的高度H相同，且不高于1.6米，相邻两个低灯位路灯1的间距D2不大于12米。但不限定于所述低灯位路灯组10的具体长度，以及所述低灯位路灯1的具体高度和间距。

所述照明系统100可以单独存在并运行，也可做为专利“一种低灯位多维照明路灯”(201210334281.5)中的照明子系统，所述照明子系统与“一种低灯位多维照明路灯”的其它照明子系统共同集成在路灯体内，发光方式是将路灯灯体部分表面设置为发光体或透光体。

上述实施例中的光色对缓解视觉疲劳的原理以及实验数据如下：

一、光色及其周期选择的原理

1、动态条件下驾驶员的视觉特性

驾驶人员在驾驶车辆行驶过程中，主要依靠视觉来获取外界道路与环境的信息。现阶段研究中，对于光色以及光色变化周期对视觉疲劳程度影响的研究多是基于静止状态。而在实际的驾驶过程中，驾驶员通过视觉所获得的车辆行驶信息绝大多数是在运动状态下。因此对于驾驶员动态视觉特性的研究，是研究光色对驾驶员视觉疲劳影响程度的基础与前提。

与静态视觉相比动态视觉下的视觉疲劳程度影响因素将会有以下几点变化：

(1)空间识别范围缩小，驾驶员对于驾驶室内的相关信息的关注程度将会降低，因而驾驶室内的光色变化对驾驶人员的疲劳程度影响相较于静止状态将大幅下降，因而对于光色的改变是基于道路照明系统，排除驾驶室内的光色变化对驾驶员视觉疲劳影响；

(2)动态视觉下，驾驶人员视野变窄，因而对于外界的视觉疲劳刺激信息的接受范围也将随之变窄。对视觉疲劳程度影响研究基于道路照明系统，传统的灯杆式道路照明方式的灯具光色变化信息将被摒除在视野之外。而低灯位道路照明的灯具光色变化处于驾驶员水平视野内，对于驾驶人员视觉依旧能够产生相关作用；

(3)在动态条件下，单位时间内所接受的外界环境信息量将会大大增加，这对于光色变化周期的选择产生相关影响，此部分将在光色周期变化章节详细论述；

(4)对于动态视觉条件下色彩敏感度，蓝色目标物在此状态下相较于其他色彩将更容易被识别，对视觉刺激相较于静态状况将有所提升，刺激的加强对于视觉疲劳程度的作用是否有利，将通过实验进行相关的对比分析。

2、中间视觉下光谱光视效率

中间视觉的研究中，对于光源光谱、亮度以及光源在视野中的位置对于人眼视觉的光谱光视效率，相较于明视觉下做出了对比。从而为视觉疲劳的光色影响研究中，光色的选择提出以下几种方向：

(1)对于中间视觉条件而言，并不是固定的某一亮度值，而是一个亮度范围。而在此范围内，由于照明水平的下降，对于人眼视觉的光谱光视效率函数而言，其峰值将向短波方向偏移。

(2)从视网膜感光细胞的角度分析，中间视觉条件下，两种感光细胞是在同时产生作用，但其参与程度是由人眼适应水平和光源光谱共同决定的。当光源光谱中的短波较多时，光谱光视效率将随人眼适应水平的降低而升高。

因此在中间视觉条件下，首先要确定高速公路照明亮度处于中间视觉亮度范围内的位置，进而判断其光谱光视效率峰值波长。整体而言，中间视觉条件下，光谱光视效率峰值波长趋向于短波。

3、非视觉生物效应

光生物效应虽然是一种非视觉效应，却控制着人的昼夜节律，并对瞳孔大小有所影响。中间视觉条件下，当照明环境相同时，瞳孔大小决人眼视看能力：若照明光源光谱中蓝光较多，瞳孔将会收缩，从而有较好的视看效果，目标物就感到相对清晰，模糊感少，可见度较高；反之，则瞳孔增大，驾驶员视看容易模糊不清，可见度就差。

因而针对非视觉生物效应，从长时间的反应来看，蓝光光谱相对于其他光谱对神经结细胞刺激会升高，进而使得退黑色分泌减少，抑制人体的疲劳；从短时间的反应来看，光源光谱中蓝光较多时，瞳孔收缩，同等亮度下，驾驶人员会有更清晰的视看效果，相对于瞳孔放大的模糊情况下而言，将会降低视觉疲劳的产生。

4、周边视野视觉特性研究

在道路照明条件下，人眼所看的中央视野的亮度值，虽然处于中间视觉的亮度范围内，但接近中间视觉亮度范围的上限亮度，其视觉特性主要是以锥状细胞，也就是明视觉所主导。

而中间视觉效应在以下两种条件下会起到作用：1.视网膜上的亮度远低于中间视觉亮度范围的上端亮度，即在道路照明标准中的下端亮度或者亮度更低时。2.对于非中央视野范围的视觉作业。当关注物出现在周边视野内，此时边缘视觉较之中央视觉起到更为主要的作用，在此状态下中间视觉效应起主要作用。

因此夜间驾驶状态下，对于驾驶员的周边视野，其视觉信号接受主要由杆状细胞起作用，视觉特性更趋近于中间视觉的下限亮度。

5、综合分析

中间视觉主要是由两种感光细胞所起作用的比例不同，而对同一波长的光源光谱产生不同的视觉视亮度，对于中央视野而言其视觉环境接近中间视觉亮度范围的上线，因而光谱光视效率的最大波长偏向于长波。然而本次研究中的光色变化并不是位于中央视觉位置，而是位于周边视野下，因此在考虑亮度的同时也需要考虑感光细胞在人眼中分布的特点，从而导致不同视野下的感光细胞作用范围不尽相同，其光谱光视效率更应偏向于短波方向。除此之外，考虑非视觉生物效应，则从蓝光波长对褪黑素的抑制以及会使瞳孔收缩使得夜间视看更清晰两个方面考虑。由此从理论上可以推断中间视觉条件，动态视觉的周边视野的蓝光光源将更有利于对于驾驶人员视觉疲劳的抑制。

二、灯具光色及周期实验

1、光源选择

本实验研究是基于以LED作为光源的低灯位照明方式，在此基础上进行光色及其有周期性变化对驾驶员视觉疲劳程度的实验研究。选择LED低灯位照明有以下几个原因：

(1)由于传统道路照明灯具位置较高，在动态驾驶环境下，灯具位于驾驶人员视野范围之外。灯具光色对驾驶员视觉疲劳产生的影响微乎其微。基于LED光源的低灯位照明方式，灯具位于驾驶员水平视线范围内，其光色变化能够对驾驶员视觉产生影响。

(2)传统道路照明方式中，灯杆之间间距较大，灯具无法对驾驶人员的视觉产生连续作用。低灯位灯具之间的间隔在2m-10m之间，在高速驾驶下，能够对驾驶员的视觉产生连续刺激，对驾驶员的视觉疲劳程度作用更为突出。因此采用低灯位照明方式进行本次研究。

(3)传统道路照明采用高压钠灯、金属卤素灯等作为光源，灯具在光谱的调节上没有过多的选择，对于道路照明的设计，也因此有着较大的局限性。目前，随着新型照明光源的迅速发展，大量采用LED光源作为道路照明光源。LED光源相较于传统道路照明光源而言，光源光谱有着较大的可调节性，具备研究中灯具自身光色改变以及周期变化调节的基础。

2、实验场景设计

在研究路灯光色与驾驶员疲劳度实验方面，因受实验设置的限制，通过对场景三维动画模拟的方式，全暗的环境下进行因变量灯具光色及其变化周期的调整，以及被测试人员在模拟环境下疲劳程度的测量。

本实验基于夜间高速公路驾驶环境，模拟环境中高速公路为三条标准车道外加紧急停车带，车辆行驶速度设定为90公里每小时，始终保持匀速行驶。道路为直线型道路，减少因弯道、岔口等情况对被测试者的视觉干扰。被测试者行驶车道以及周边车道均无其他车辆干扰，除实验灯具外，无其他外部因素对被测试人员进行干扰刺激。

基于前面的分析，选择蓝光光谱作为首选光源，暖白光、黄光光谱作为参照光源进行实验。基于现有的模拟设备条件，对模拟实验中的光色光谱选择，详见图3。

3、不同光色环境下视觉疲劳程度对比实验

本次实验的被测试者共有10人(5男5女)，被测试者的年龄段在22-35岁之间。实验按照不同光谱分为三组，每组实验时长50分钟，分为5段，每段10分钟，每段结束后测量被测试者的闪光融合频率值。

在对三种不同光色环境下的被试者视敏度分别进行分析之后，对三组实验结果进行对比，分析三者对驾驶人员疲劳程度影响的效果，筛选出对视觉疲劳程度下降抑制最为有效的光色，见表1。

表1三种光色环境下闪光融合频率值变化趋势

由于人眼之间存在一定的差异性，因而被测试者的初始闪光融合频率值不尽相同，为了使得视敏度随测试时间的变化程度更加明晰，采用归一化的方法对测量结果进行处理，得出闪光融合频率变化量与测量时间的关系，消除不同被测试者之间初始闪光融合频率值的差异性，见表2。

表2三种光色环境下闪光融合频率值变化量对比

参见图4，通过三种光色环境下视敏度变化总量可以看出，在同等亮度环境下，暖白光、蓝光、黄光三种不同光色灯具环境下的闪光融合频率值分别下降3Hz、2.2Hz、2.5Hz。从总体下降程度来看，暖白光光色环境下的闪光融合频率值下降最为显著，而蓝光环境下的相对下降量最低。因而在整个实验过程中，位于周边视野的蓝光光谱对于动态下的驾驶员视觉疲劳抑制作用最为显著。

从视敏度变化曲线的对比可以看出，暖白光、黄光环境下，被测试者的闪光融合频率值相较于蓝光环境在初始阶段下降明显，而后下降程度才趋于平稳。而蓝光环境下的视敏度下降程度基本与时间呈线性关系。

在中间视觉条件下，对于驾驶人员的动态视觉而言，周边视野内的暖白光、蓝光、黄光三种不同光色灯具的环境下，蓝光光色灯具下的道路环境无论是从对视觉疲劳程度整体的抑制作用，还是从不同实验时间阶段的抑制情况而言都优于其他两种光色。因此在低灯位照明灯具的设计中，从驾驶人员的视觉疲劳抑制作用上考虑，可选择蓝光光色作为灯具自身光色，从而抑制视觉疲劳的产生。

4、光色变化周期的对比实验

在目前的研究中，作为道路照明光源而言，除了在隧道照明中需要因人眼明暗适应的需求而对其亮度进行有变化的调整外，道路照明中对光源亮度以及光源光色不会采取具有变化的形式。然而在高速公路驾驶环境下，单调的道路环境与驾驶人员的视觉疲劳有着密切的关系。通过灯具光色的周期变化，进而改善道路单调环境则是一种可行的改善措施。

现有研究得出环境单调性的产生为单一景观长度为五公里左右，与此同时刺激点设置的距离应与行车速度有关。通过高速公路驾驶的模拟，研究灯具光色的周期变化对驾驶员视觉疲劳的影响，分析光色周期变化对视觉闪光融合频率的影响，研究不同光色周期刺激下驾驶员视觉疲劳的影响程度，确定适合的光色变化周期。

参考以往的研究结果，选择0-30min这一时间范围作为刺激间隔时间段的研究范围。研究共选用五组不同间隔距离的光色刺激作为光色周期实验的研究场景，分别为30s、90s、300s、600s、1200s。本次实验的被测试者共有5人，被测试者的年龄段在22-35岁之间。实验按照不同周期分为五组，每组实验时长50分钟，分为5段，每段10分钟，每段结束后测量被测试者的闪光融合频率值。

五组不同光色周期的视敏度趋势归一化处理之后，得到视敏度变化量与时间的关系，见表3所示。

表3五种光色周期闪光融合频率变化量

参照图5，从视敏度变化曲线可以看出，黄光、暖白光周期变化对视觉疲劳的抑制作用随时间变化的趋势大致相似，0-20分钟闪光融合频率值衰减较快，视觉疲劳程度大幅升高，20分钟之后闪光融合频率值呈缓慢下降状态。

从视敏度的整体下降程度可以看出，90s周期频率相较于其它周期频率而言对视觉疲劳的整体抑制作用要大，闪光融合频率下降数值在在1.7Hz左右。其他周期频率之间的闪光融合频率相差不大，见图6所示。

通过五组周期频率的实验分析可得出光色变化周期为90s时，对驾驶员视觉疲劳抑制作用最为显著。周期频率过大或者周期频率过小对于驾驶人员视觉疲劳的抑制作用都会有所减弱。

综上所述，本发明实施例提供的一种可抑制驾驶员视觉疲劳的照明系统100，其每一个低灯位路灯的光色静态不变，并采用多种光色分段组合的方式，使得从驾驶员的视角来看，光色呈动态变化，通过交替的光色变化对驾驶员的视觉适量刺激，从而达到抑制驾驶员视觉疲劳的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。