0 引言
当前的研究结果表明，驾驶人视错觉对隧道道路安全存在潜在威胁[5]。由于隧道内光线昏暗、环境单调，容易使驾驶人产生视错觉，从而影响驾驶行为[6-7]。与隧道内其他区域相比，隧道中部空间相对封闭，侧墙多为对比度低的白色面砖，驾驶景观单调，长时间行驶容易引发隧道效应，导致驾驶人疲劳甚至不适，削弱其对于行驶速度、车头时距、隧道宽度等的感知能力，增加了事故风险[8]。根据以上特点，Zhao等[9]通过试验证明，在隧道中部和隧道出口附近添加壁画可以明显增强驾驶人的车速控制能力，车速有明显降低。Bucchi等[10]从心理学角度分析了驾驶人在交通环境中产生视错觉的原因，阐述了大脑通过感官获取信息的过程（知觉）以及大脑在经验基础上对感知的信息进行修正的能力，指出在驾驶环境中不当的参照系信息会导致大脑错误地修正感知信息，从而引发视错觉现象。刘兵等[11]强调了人眼的视觉停留特点也是导致驾驶人产生视错觉的原因之一，并运用结构方程模型进一步解释了在隧道光环境下驾驶人视错觉产生的机制。杜志刚等[12]认为，在隧道路段，视线诱导系统能有效调控驾驶人视错觉，满足驾驶人安全感需求，减少不良驾驶行为及交通事故。
综上所述，目前关于驾驶人视错觉对隧道交通安全的影响研究主要是理论研究和模拟驾驶验证，缺少结合视线诱导标志的系统性设计方案研究。本文将基于视错觉原理，结合隧道侧壁视线诱导标志设计视觉控速引导标志，以减少驾驶人的速度错觉，强化速度感知，进而引导驾驶人提高警觉性并主动减速。通过检测隧道内行驶车辆的速度变化，研究视觉控速引导标志在形状、角度、长度和颜色等参数的不同组合下对降低车速和提高车速稳定性的影响，揭示不同类型的视觉控速引导标志在实际驾驶环境中的作用效果，确定最佳设计方案，以提升驾驶员在隧道中对车速的感知和控制能力，降低交通事故率。
1 隧道侧壁视觉控速引导标志设计
隧道内驾驶人的视错觉与道路两侧线条透视有关。线条透视是指驾驶人在笔直道路上行驶时，道路两侧物体在驾驶人视网膜上形成一定角度并在远处汇聚，此时驾驶人通过观测这些角度及其变化实现对距离和速度的感知。人为改变视野中的线条透视关系，会影响驾驶人对距离的判断，对距离产生高估或低估，即产生了视错觉。当驾驶人认为与前车或标志物、障碍物等视觉信息距离过近时，就会提高注意力并主动采取制动措施，降低车速。
根据道路两侧线条透视视错觉原理，设计不同形状、角度、长度和颜色等参数组合下的控速引导标志，加强驾驶人的距离和速度感知，并进行主动降速，提高交通安全。
2 试验设计及数据采集
将视觉控速引导标志分别铺设于试验隧道的侧壁，设定现状组和9个试验组行车场景，分别检测试验隧道内现状组和9个试验组的行驶车速，对比不同行车场景下车速大小及车速稳定性的差异，考察不同类型的隧道侧壁视觉控速引导标志对驾驶人的影响程度，从而验证不同类型视觉控速引导标志的实际应用效果。
2.1 试验隧道
2.2 试验设备及数据采集
为了采集车辆加速和减速的完整过程，根据驾驶员的平均反应时间以及试验隧道设计速度80 km/h，将400 m长的试验数据采集路段分为3个部分：100 m影响范围段+200 m铺设范围段+100 m影响范围段。在试验段设置5个观测点，各观测点之间的间隔为100 m，如图4（a）所示。在200 m铺设范围段分别设置现状组和试验组行车场景。
在每个观测剖面前后距离5 m处各标定1条刻度线，形成5个观测剖面，共有10条刻度线，相邻两条刻度线之间的距离为10 m。每组刻度线处分别配置激光测速系统和图像采集系统，用于采集视觉控速引导标志设置前后的车型组成、瞬时车速以及行车轨迹等数据并进行校准。数据采集方案如图4（b）所示。
3 控速效果及稳定性分析
为全面评估隧道侧壁上不同形式的视觉控速引导标志对驾驶行为的影响，以瞬时车速和平均车速作为表征控速效果的关键指标，以平均加速度作为表征控速效果稳定性的关键指标。通过对这些指标的综合分析，定量描述驾驶人在不同形式的视觉控速引导标志下的行为表现，以探究不同形式的视觉控速引导标志在隧道行车环境下的作用效果。
3.1 控速效果分析
在复杂的隧道交通环境中，车辆运行面临多种挑战，包括驾驶行为突变引起的速度异常，如紧急制动和紧急变道。这些变动导致试验数据存在一定误差。为了将这些干扰对试验结果的影响最小化，采用离群值清洗方法进行数据清洗。在数据清洗阶段排除异常值，能够在提高试验数据可信度的同时，有效消除由异常驾驶行为引发的不稳定性。在对试验数据作预处理和清洗后，用于分析的现状组和9个试验组每组样本数量不少于1 500个。
1）在现状组以及设置对角线形55°视觉控速引导标志的行车场景下，车辆通过各观测点时的瞬时车速和平均车速均相对较高。
2）每个试验组在从观测点1所在断面至观测点2所在断面的行驶过程中，行车速度分别降低了10.2%, 4.7%, 5.7%, 5.3%, 14.4%, 12.5%, 17.1%, 15.0%和3.9%。
3）相对于现状行车场景，除了对角线形55°试验场景外，其他8个试验场景的瞬时车速、车速均值以及车速标准差均显著下降。这表明在这些场景下，驾驶人采取了有效的降速操作。
4）在对角线形55°视觉控速引导标志下的行车场景中，车辆在穿越区间1后速度下降了10.2%，然而在随后的区间2内，车辆的瞬时速度又提升了9.3%。这表明，视觉控速引导标志设置不当可能导致驾驶者产生严重的视错觉，从而影响其速度感知和操作行为。
5）与对角线形视觉控速引导标志设置条件相比，驾驶人在箭头形和垂线形视觉控速引导标志设置场景下，车速降低幅度更大。具体而言，在箭头形90°视觉控速引导标志设置场景下，车速均值与标准差达到最小值，分别为60.0 km/h和6.46。与现状行车场景相比，这两项指标分别降低了18.3%和24.8%，表明箭头形90°视觉控速引导标志在控速效果方面表现最佳。
3.2 控速稳定性分析
控速稳定性采用加速度进行分析。利用加速度计算公式，对从观测点1所在断面到观测点5所在断面经过的4个区间的加速度进行计算，得到各个区间的平均加速度值。区间平均加速度的计算方法如式（1）所示，相应的可视化效果见图7。
式（1）中： 为区间n的平均加速度，单位 ； 为区间n起始观测点所在断面的瞬时速度，单位 ； 为区间n终止观测点所在断面的瞬时速度，单位 ；s为区间长度，取值为100 m； 为区间序号，取值为{1, 2, 3, 4}。
由图7可知：
1）除了现状组行车场景外，9种试验组行车场景中的区间1平均加速度均为负值。这表明不同类型的隧道侧壁视觉控速引导标志在进入驾驶人视野范围后均对其产生了一定的视觉刺激和行为干预。可见，通过在隧道侧壁布设视觉控速引导标志以增强隧道行车环境下的控速效果是可行的。
2）不同类型视觉控速引导标志的控速效果存在显著差异。对角线形55°视觉控速引导标志行车场景下，驾驶人在区间1采取了有效的减速措施；然而，随着驾驶人逐渐适应视觉环境，在区间2、区间3、区间4呈现连续正向加速的特征。这表明引导标志设置不当反而可能对行车安全不利，进而增加新的风险。
3）在不同类型视觉控速引导标志的作用下，控速的稳定性呈现明显的差异。垂线形视觉控速引导标志虽然控速效果明显，但在不同区间内加速度存在较大差异，导致控速的稳定性较差。这种大幅度的波动可能对交通流的稳定造成干扰。
4）与对角线形和垂线形视觉控速引导标志相比，箭头形视觉控速引导标志的控速效果相对稳定，特别是在箭头形90°引导标志下，控速效果及其稳定性都更为优越。
通过对控速效果和控速稳定性的综合分析可知，箭头形视觉控速引导标志在降低隧道交通流整体车速方面效果显著。特别是当箭头夹角设置为90°时，该引导标志不仅控速效果出色，而且能明显提高控速稳定性。因此，本文提出的4种隧道行车环境下视觉控速引导标志设计方案中，箭头形90°视觉控速引导标志是最有效的方案。该方案在提高控速效果和保持控速稳定性方面取得了最佳平衡，有助于保障隧道内的交通安全和交通流效率。
4 结论
本文通过对隧道行车环境下控速引导标志的控速效果及稳定性进行分析，得出以下结论：
1）受隧道环境昏暗、单调以及缺乏视觉参照等因素影响，驾驶人在隧道行车环境下对车速的感知和控制能力降低，容易出现超速行驶。
2）在隧道侧壁布设视觉控速引导标志是增强隧道行车环境下控速效果的有效措施，但不同类型的视觉控速引导标志的控速效果存在显著差异。
3）视觉控速引导标志设置不当可能导致驾驶者出现更严重的视错觉，从而影响其速度感知能力和操作行为，反而对行车安全构成威胁。
4）箭头形视觉控速引导标志在降低车速和保持控速稳定性方面表现最佳，具有良好的应用前景。