基于法契納效應(yīng)的高速公路限速方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光學(xué)控制領(lǐng)域，具體涉及通過法契納效應(yīng)構(gòu)建的公路安全輔助系統(tǒng)。將設(shè)計(jì)好的單個(gè)法契納矩形圖案連續(xù)重復(fù)地施畫在高速公路兩側(cè)護(hù)欄上，在高速公路限制速度下相對(duì)駕駛員平移時(shí)產(chǎn)生的顏色足夠刺激到駕駛員視覺神經(jīng)，以告知駕駛員當(dāng)前超速狀態(tài)；通過調(diào)整單位矩形圖案尺寸，將平移時(shí)能夠產(chǎn)生顏色的速度區(qū)間的下限值與高速公路限制速度對(duì)應(yīng)。本發(fā)明可以將物體的繞心旋轉(zhuǎn)速度和物體的平移速度以顏色的形式反映出來。同時(shí)，提供了一種將本發(fā)明在交通安全領(lǐng)域的應(yīng)用，即通過在高速公路護(hù)欄兩側(cè)重復(fù)連續(xù)地施畫通過該函數(shù)設(shè)計(jì)的圖案，使其將駕駛員的超速信息以顏色的方式反饋給駕駛員。本發(fā)明給高速公路限速標(biāo)線的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的方向。
【專利說明】基于法契納效應(yīng)的高速公路限速方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)控制領(lǐng)域，具體涉及通過法契納效應(yīng)構(gòu)建的公路安全輔助系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在高速行車過程中，駕駛員對(duì)兩側(cè)景觀或物體的光流率進(jìn)行感知，從而對(duì)當(dāng)前速度進(jìn)行估計(jì)。但是，在高速公路上，由于行車速度較快、行車時(shí)間較長(zhǎng)，使得駕駛員對(duì)光流率的感知出現(xiàn)低估，導(dǎo)致駕駛員主動(dòng)提高車速，從而造成駕駛員無意識(shí)超速。
[0003]造成無意識(shí)超速的主要原因是駕駛員是信息的模糊性。駕駛員通過對(duì)光流率的感知對(duì)速度進(jìn)行估計(jì)，而光流率信息并不是一種準(zhǔn)確信息，駕駛員需要主觀上對(duì)其進(jìn)行感知，并將光流率信息轉(zhuǎn)換為對(duì)速度的估計(jì)，其準(zhǔn)確程度更依賴于駕駛員的精神狀態(tài)和駕駛經(jīng)驗(yàn)。
[0004]針對(duì)高速公路上駕駛員無意識(shí)超速的問題，國(guó)內(nèi)采取的是設(shè)置視覺立體減速標(biāo)線和設(shè)置震動(dòng)帶。兩種方法雖然在一定程度上緩解了高速公路上無意識(shí)超速的狀況，但由于其自身特點(diǎn)限制，在使用效果上仍存在一些問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提出了一種基于法契納效應(yīng)的高速公路限速系統(tǒng)，使駕駛員能夠根據(jù)即時(shí)觀察到的顏色信息對(duì)速度進(jìn)行自主判斷，并及時(shí)限制調(diào)整自己速度。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種基于法契納效應(yīng)的高速公路限速方法，其特征在于:將設(shè)計(jì)好的單個(gè)法契納矩形圖案連續(xù)重復(fù)地施畫在高速公路兩側(cè)護(hù)欄上，使法契納矩形圖案在高速公路限制速度下相對(duì)駕駛員平移時(shí)產(chǎn)生的顏色足夠刺激到駕駛員視覺神經(jīng)，以告知駕駛員當(dāng)前超速狀態(tài)；
[0008]當(dāng)觀察人員觀察到有顏色逐漸產(chǎn)生時(shí)，說明速度已達(dá)到產(chǎn)生顏色的速度區(qū)間的下限值；
[0009]通過調(diào)整單位矩形圖案尺寸，將平移時(shí)能夠產(chǎn)生顏色的速度區(qū)間的下限值與高速公路限制速度對(duì)應(yīng)。
[0010]上述技術(shù)方案中，單個(gè)法契納矩形圖案包括黑白兩部分矩形構(gòu)成的矩形，黑色矩形部分設(shè)置在左邊，右邊白色矩形部分上設(shè)置5個(gè)黑色條紋帶，5個(gè)黑色條紋帶沿上下方向的寬度相同，并且從上而下分布在白色區(qū)域內(nèi)；5個(gè)黑色條紋帶并不都處于一條豎直線上。
[0011]上述技術(shù)方案中，單個(gè)法契納矩形圖案的右邊白色矩形區(qū)域中5個(gè)黑色條紋帶由上至下間隔設(shè)置；第一個(gè)黑色條紋帶內(nèi)含8根黑色直線，8根直線等長(zhǎng)并等上下間距分布，該第一個(gè)黑色條紋帶末端與該白色矩形區(qū)域的右邊重合；第二個(gè)黑色條紋帶內(nèi)含8根等間距黑色直線，8根直線頭端與黑色矩形部分和白色矩形部分相交的邊緣平齊，末端長(zhǎng)度等差延長(zhǎng)；第三個(gè)黑色條紋帶內(nèi)含8根等間距黑色直線，8根直線左端平齊右邊長(zhǎng)度等差延長(zhǎng)，第三個(gè)黑色條紋帶處于該白色矩形區(qū)域的中部；第四個(gè)黑色條紋帶與第二個(gè)黑色條紋帶形式相同，頭端與黑色矩形部分和白色矩形部分相交的邊緣平齊；第五個(gè)黑色條紋帶與第一個(gè)黑色條紋帶形式相同，末端與該白色矩形區(qū)域的右邊重合。
[0012]上述技術(shù)方案中，光波波長(zhǎng)與單個(gè)法契納矩形圖案的各參數(shù)關(guān)系如下:
[0013]λ = 254.2+35f-0.41-7.6d+26.9e
[0014]其中，光波波長(zhǎng)為λ (nm),頻率為f (Hz),條紋長(zhǎng)度為I (mm),條紋初始位置為d(cm),白黑比為e。
[0015]上述技術(shù)方案中，在車輛平移運(yùn)動(dòng)中，對(duì)于單個(gè)法契納矩形圖案對(duì)于車輛限速的判定方法如下:第一個(gè)黑色條紋在平移過程中出現(xiàn)紫色，第二個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)紅色，第三個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)綠色，第四個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)紅色，第五個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)紫色；
[0016]當(dāng)車輛行駛速度達(dá)到90km/h時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)兩側(cè)護(hù)欄上第一個(gè)黑色條紋帶和第五個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生藍(lán)色，其他黑色條紋帶并未產(chǎn)生明顯顏色；
[0017]當(dāng)車輛行駛速度達(dá)到100km/h時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)黑色條紋帶和第五個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生的顏色由藍(lán)色向紫色過渡，第二個(gè)黑色條紋帶和第四個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生紅黃色，第三個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生綠色；
[0018]當(dāng)車輛行駛速度從100km/h向120km/h增加時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)五個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生的顏色越來越明顯，在速度為120Km/h時(shí)，顏色的飽和度最高即所看到的顏色最鮮艷；
[0019]當(dāng)車速超過120km/h時(shí),駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)顏色向灰色過渡,在車速達(dá)到150km/h時(shí)，顏色飽和度全部降至O即看到的都是灰色。
[0020]一種基于法契納效應(yīng)的高速公路限速系統(tǒng)，其特征在于:在高速公路兩側(cè)的護(hù)欄上重復(fù)連續(xù)施畫設(shè)計(jì)好的單個(gè)法契納矩形圖案；通過調(diào)整單個(gè)法契納矩形圖案尺寸，將平移時(shí)能夠產(chǎn)生顏色的速度區(qū)間的下限值與高速公路限制速度對(duì)應(yīng)；單個(gè)法契納矩形圖案包括黑白兩部分矩形構(gòu)成的矩形，黑色矩形部分設(shè)置在左邊，右邊白色矩形部分上設(shè)置5個(gè)黑色條紋帶，5個(gè)黑色條紋帶沿上下方向的寬度相同，并且從上而下分布在白色區(qū)域內(nèi)；5個(gè)黑色條紋帶并不都處于一條豎直線上。
[0021]上述技術(shù)方案中，光波波長(zhǎng)與單個(gè)法契納矩形圖案的各參數(shù)關(guān)系如下:
[0022]λ = 254.2+35f-0.41-7.6d+26.9e
[0023]其中，光波波長(zhǎng)為λ (nm),頻率為f (Hz),條紋長(zhǎng)度為I (mm),條紋初始位置為d(cm),白黑比為e。
[0024]上述技術(shù)方案中，在鋁制反光薄片表面連續(xù)施畫設(shè)計(jì)好的單個(gè)法契納矩形圖案；該鋁制反光薄片垂直固定在護(hù)欄上；當(dāng)護(hù)欄為雙波峰和三波峰的波型欄時(shí)，鋁制薄片垂直固定在最上波峰和最下波峰之間。
[0025]上述技術(shù)方案中，在車輛平移運(yùn)動(dòng)中，對(duì)于單個(gè)法契納矩形圖案對(duì)于車輛限速的判定方法如下:第一個(gè)黑色條紋在平移過程中出現(xiàn)紫色，第二個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)紅色，第三個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)綠色，第四個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)紅色，第五個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)紫色；
[0026]當(dāng)車輛行駛速度達(dá)到90km/h時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)兩側(cè)護(hù)欄上第一個(gè)黑色條紋帶和第五個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生藍(lán)色，其他黑色條紋帶并未產(chǎn)生明顯顏色；
[0027]當(dāng)車輛行駛速度達(dá)到100km/h時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)黑色條紋帶和第五個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生的顏色由藍(lán)色向紫色過渡，第二個(gè)黑色條紋帶和第四個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生紅黃色，第三個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生綠色；
[0028]當(dāng)車輛行駛速度從100km/h向120km/h增加時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)五個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生的顏色越來越明顯，在速度為120Km/h時(shí)，顏色的飽和度最高即所看到的顏色最鮮艷；
[0029]當(dāng)車速超過120km/h時(shí),駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)顏色向灰色過渡,在車速達(dá)到150km/h時(shí)，顏色飽和度全部降至O即看到的都是灰色。
[0030]本發(fā)明的原理為:
[0031]法契納效應(yīng)的矩形形式為，當(dāng)一種特殊的黑白矩形圖案在視野內(nèi)從左向右連續(xù)重復(fù)地平移時(shí)，如圖1，平移速度達(dá)到一定值時(shí)，可以看到紙帶上會(huì)出現(xiàn)顏色色帶，隨著平移速度的不同，顏色也有所變化。
[0032]本發(fā)明通過對(duì)法契納效應(yīng)的矩形形式成色規(guī)律的探索發(fā)現(xiàn):將矩形圖案重復(fù)連續(xù)地施畫在平動(dòng)物體兩側(cè)，平動(dòng)物體上的人員可以通過觀測(cè)兩側(cè)特殊圖案產(chǎn)生的顏色估計(jì)物體的平動(dòng)速度。
[0033]然后通過MATLAB對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、函數(shù)擬合、殘差分析，得到各自變量與因變量的函數(shù)關(guān)系，并將實(shí)驗(yàn)所得圖標(biāo)與函數(shù)創(chuàng)造性的用于超速提示方法及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將某物體平動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)的速度水平以顏色的形式反映出來。本發(fā)明將該原理應(yīng)用在高速公路的限速方法上，使其能夠提供一種較光流率更加準(zhǔn)確、刺激強(qiáng)度更高的顏色信息。本發(fā)明的探索結(jié)論為:法契納效應(yīng)的成色影響因素如下:矩形在視點(diǎn)出現(xiàn)的頻率、白黑區(qū)域比例、黑色條紋初始位置、黑色條紋長(zhǎng)度。
[0034]通過10個(gè)年齡平均分布在20-50歲之間觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，將看到的顏色與電子色盤對(duì)應(yīng)，使用孟塞爾顏色系統(tǒng)量化，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并通過MATLAB、SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，包括曲線擬合、殘差分析、3D圖形擬合等。得到結(jié)論如下:
[0035](I)左側(cè)黑色區(qū)域矩形在視點(diǎn)出現(xiàn)的頻率:單位時(shí)間內(nèi)，觀測(cè)點(diǎn)能觀測(cè)到平移通過的矩形的個(gè)數(shù)。隨著頻率的增加，觀測(cè)到的顏色的色調(diào)逐漸減小，觀測(cè)到的顏色的波長(zhǎng)逐漸增加，即由紫色向紅色過渡。一般頻率為5Hz到12Hz為有效頻率。當(dāng)頻率低于5Hz時(shí)或者高于12Hz時(shí)，都無法看到顏色產(chǎn)生。如附圖2，Vl和v2代表不同的平移速度。
[0036](2)白黑區(qū)域比例:單位矩形圖案(單個(gè)法契納矩形圖案)內(nèi)，右側(cè)白色區(qū)域(含黑色條紋帶)與左側(cè)黑色區(qū)域的面積比例。當(dāng)白黑區(qū)域比例逐漸增加時(shí)，所得顏色飽和度增加，當(dāng)白黑區(qū)域比例為3:1時(shí)，飽和度達(dá)到最大值，白黑區(qū)域比例繼續(xù)增加時(shí)，飽和度下降。如附圖2，該比例為dl與d2的比值。
[0037](3)黑色條紋初始位置:單位矩形圖案(單個(gè)法契納矩形圖案)內(nèi)，白色區(qū)域內(nèi)黑色條紋帶距離左側(cè)黑色區(qū)域的距離。當(dāng)頻率一定時(shí)，隨著黑色條紋初始位置的增加，色調(diào)逐漸增加，觀測(cè)到的顏色的波長(zhǎng)逐漸減小，即由紅色向紫色過渡。如附圖2，d代表黑色條紋初始位置。
[0038](4)黑色條紋長(zhǎng)度:單位矩形圖案(單個(gè)法契納矩形圖案)內(nèi)，白色區(qū)域內(nèi)，各黑色條紋的長(zhǎng)度。當(dāng)頻率一定時(shí)，隨著黑色條紋長(zhǎng)度的增加，顏色色調(diào)逐漸增加，觀測(cè)到的顏色的波長(zhǎng)逐漸減小，即由紅色向紫色過渡。如附圖2，d’代表黑色條紋長(zhǎng)度。
[0039]對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行殘差分析，剔除異常數(shù)據(jù)，對(duì)剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括其回歸系數(shù)、復(fù)相關(guān)系數(shù)、總殘差。得到數(shù)據(jù)殘差分析結(jié)果如下:
[0040]回歸系數(shù):254.2 ；0.8「0.4「7.6 ；26.9。復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.9889，當(dāng)該值高于0.9時(shí)表不具有較聞相關(guān)性?？倸埐?11.6864。
[0041]對(duì)剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行函數(shù)擬合，得到如下規(guī)律:
[0042]假設(shè):光波波長(zhǎng)為λ (nm),頻率為f (Hz),條紋長(zhǎng)度為I (mm),條紋初始位置為d(cm)，白黑比為e。則存在光波波長(zhǎng)λ為:
[0043]λ = 254.2+35f-0.41-17.6d+26.9e
[0044]以上規(guī)律將對(duì)線速度或者角速度的判定提供一種新的方法:
[0045](I)當(dāng)白黑比例、各部分的黑色條紋長(zhǎng)度和初始位置確定時(shí)，即圖案樣式確定，其頻率在5-12Hz時(shí)可看到顏色產(chǎn)生。該結(jié)論表明一旦看到顏色產(chǎn)生，其平動(dòng)頻率在5-12Hz之間。
[0046](2)通過函數(shù)可知，在有效頻率內(nèi)，當(dāng)頻率不同時(shí)，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)也不同。該結(jié)論表明，在有效速度內(nèi)，我們可以通過顏色判斷其角速度或者是平移速度具體水平。
[0047]當(dāng)施畫有特殊黑白圖案的矩形重復(fù)連續(xù)地平移時(shí)，其平動(dòng)速度為1.5m/s-3.6m/s時(shí)可看到有顏色產(chǎn)生。
[0048]當(dāng)沒有或者無需要精確測(cè)速裝置的情況下，該方法可以使得人員對(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)或者平動(dòng)速度進(jìn)行估計(jì)。當(dāng)避免物體轉(zhuǎn)動(dòng)或平動(dòng)速度達(dá)到某上限值或者確保物體轉(zhuǎn)動(dòng)或平動(dòng)速度超過某下限值時(shí)，觀測(cè)人員可通過觀測(cè)顏色來達(dá)到要求。若轉(zhuǎn)速或者平動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，可觀察到顏色產(chǎn)生，即達(dá)到或已超過上限值；若轉(zhuǎn)速或者平動(dòng)速度超過一定值時(shí)，可觀測(cè)到顏色已無法辨認(rèn)，此時(shí)已超過下限值。
[0049]本發(fā)明提供了一種基于法契納效應(yīng)的速度反饋技術(shù)，該技術(shù)為一個(gè)含有四個(gè)變量的顏色光波波長(zhǎng)的控制函數(shù)。由于法契納效應(yīng)具有兩種形式，圓形形式和矩形形式，因此該函數(shù)可以用于對(duì)線速度和角速度進(jìn)行反饋。本發(fā)明可以將物體的繞心旋轉(zhuǎn)速度和物體的平移速度以顏色的形式反映出來；并在交通安全領(lǐng)域應(yīng)用，即通過在高速公路護(hù)欄兩側(cè)重復(fù)連續(xù)地施畫通過該函數(shù)設(shè)計(jì)的圖案，使其將駕駛員的超速信息以顏色的方式反饋給駕駛員。本發(fā)明給高速公路限速標(biāo)線的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的方向。
[0050]與傳統(tǒng)的法契納效應(yīng)的矩形形式相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0051]通過模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)法契納效應(yīng)的矩形形式與光波的關(guān)系，并創(chuàng)造性將其應(yīng)用于公路交通，通過使法契納矩形圖案在高速公路限制速度下相對(duì)駕駛員平移時(shí)產(chǎn)生的顏色足夠刺激到駕駛員視覺神經(jīng)，以告知駕駛員當(dāng)前超速狀態(tài)。
[0052]與傳統(tǒng)的高速公路速度提示方法相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0053]該方法提供的超速信息是以顏色的形式反饋給駕駛員，由于色彩的多樣性和刺激性，它較傳統(tǒng)方法更能引起駕駛員的注意，同時(shí)，在數(shù)字、圖片、色彩、文字等信息中，大腦對(duì)顏色信息的接收和處理速度最快，可以減少駕駛員的反應(yīng)時(shí)間，避免影響其正常行駛。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0054]圖1是法契納效應(yīng)的矩形形式原理說明圖。
[0055]圖2是法契納效應(yīng)的矩形形式的變量說明圖。
[0056]圖3是本發(fā)明法契納效應(yīng)的矩形形式結(jié)構(gòu)圖。
[0057]圖4是本發(fā)明在高速公路限速方法上應(yīng)用的法契納效應(yīng)的矩形形式在護(hù)欄上的放置方式。
[0058]圖5是本發(fā)明應(yīng)用在高速公路限速方法上時(shí)的法契納效應(yīng)的矩形形式在100km/h時(shí)的尺寸圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059]結(jié)合以上基于法契納效應(yīng)的速度判斷方法，以下將給出本次發(fā)明在高速公路上限速方法設(shè)計(jì)上的使用。
[0060]本設(shè)計(jì)使用的判斷方法為:當(dāng)觀察人員觀察到有顏色逐漸產(chǎn)生時(shí)，說明速度已達(dá)到產(chǎn)生顏色的速度區(qū)間的下限值。通過調(diào)整單位矩形尺寸，將平移時(shí)能夠產(chǎn)生顏色的速度區(qū)間的下限值與高速公路限制速度對(duì)應(yīng)。
[0061]利用法契納效應(yīng)的成色的規(guī)律，將設(shè)計(jì)好的法契納矩形連續(xù)重復(fù)地施畫在高速公路兩側(cè)護(hù)欄上。使其在高速公路限制速度下相對(duì)駕駛員平移時(shí)產(chǎn)生的顏色足夠刺激到駕駛員視覺神經(jīng)，以此告知駕駛員當(dāng)前超速狀態(tài)。
[0062]本次發(fā)明的技術(shù)方案為，利用法契納效應(yīng)的成色規(guī)律和函數(shù)，結(jié)合人眼在高速情況下的視覺特點(diǎn)和視覺習(xí)慣，對(duì)法契納矩形進(jìn)行設(shè)計(jì):
[0063]如圖3，左側(cè)黑色區(qū)域17與右側(cè)白色區(qū)域18的長(zhǎng)度比例為1:3，該設(shè)計(jì)目的為使產(chǎn)生的顏色具有最大的飽和度。
[0064]如圖3，第一個(gè)黑色條紋部分19內(nèi)含8根黑色直線，8根直線等長(zhǎng)并等間距分布。第一個(gè)黑色條紋帶處于該矩形單元白色區(qū)域的尾部。在平移過程中，該條紋部分出現(xiàn)紫色。由于人眼的余光部分對(duì)低波長(zhǎng)光最敏感，同時(shí)，余光更容易捕捉明度較高的光線，因此設(shè)計(jì)使得第一個(gè)黑色條紋部分帶產(chǎn)生明度較高的紫色，該設(shè)計(jì)的目的使得駕駛員在超速狀態(tài)的時(shí)候，視野內(nèi)兩側(cè)可以出現(xiàn)能吸引其余光的顏色。
[0065]如圖3，第二個(gè)黑色條紋部分20內(nèi)含8根黑色直線，8根直線長(zhǎng)度等差并等間距部分。第二個(gè)黑色條紋帶處于該矩形單元白色區(qū)域的前部。在平移過程中，該條紋部分出現(xiàn)以紅色為主的漸變色。在駕駛員余光捕捉到紫色的后，駕駛員會(huì)偏轉(zhuǎn)頭部觀察護(hù)欄上出現(xiàn)的顏色，因此，中央視軸由道路中央向左側(cè)或右側(cè)護(hù)欄偏轉(zhuǎn)一定角度，護(hù)欄與中央視軸的夾角減少，此時(shí)，人眼對(duì)高波長(zhǎng)光更敏感，因此設(shè)計(jì)使得第二個(gè)黑色條紋部分產(chǎn)生紅色，該設(shè)計(jì)目的使得駕駛員能夠準(zhǔn)確、迅速地捕捉到顏色，從而意識(shí)到超速。設(shè)計(jì)使得第二個(gè)黑色條紋部分為階梯狀，其目的在于產(chǎn)生的顏色為波長(zhǎng)逐漸增加的紅色，避免了單一的紅色刺激強(qiáng)度過大，干擾駕駛員心理，同時(shí)，也使得產(chǎn)生的顏色更為豐富，延長(zhǎng)駕駛員對(duì)該刺激的適應(yīng)期，保證了本研究提出的方法具有一個(gè)較長(zhǎng)的效用時(shí)間。
[0066]如圖3，第三個(gè)黑色條紋部分21內(nèi)含8根黑色直線，8根直線長(zhǎng)度等差并等間距部分。第三個(gè)黑色條紋帶處于該矩形單元白色區(qū)域的中部。在平移過程中，該條紋部分出現(xiàn)以綠色為主的漸變色。設(shè)計(jì)使得該部分產(chǎn)生綠色，其目的在于駕駛員中存在單一顏色色弱患者，避免部分駕駛員對(duì)顏色信息獲取較難的問題，使得該設(shè)計(jì)能夠服務(wù)于更廣泛的駕駛?cè)巳?，同時(shí)，階梯狀設(shè)計(jì)也保證了顏色的多樣性。
[0067]如圖3，第四個(gè)黑色條紋部分22內(nèi)含8根黑色直線，8根直線長(zhǎng)度等差并等間距部分。第四個(gè)黑色條紋帶處于該矩形單元白色區(qū)域的前部。在平移過程中，該條紋部分出現(xiàn)紅色。該部分設(shè)計(jì)目的同第二個(gè)黑色條紋部分，其重復(fù)設(shè)計(jì)的目的在于加強(qiáng)顏色刺激強(qiáng)度，避免產(chǎn)生駕駛員對(duì)顏色的認(rèn)知模糊而耗費(fèi)時(shí)間去辨認(rèn)色帶的問題，該問題會(huì)影響駕駛安全。
[0068]如圖3，第五個(gè)黑色條紋部分23內(nèi)含8根黑色直線，8根直線等長(zhǎng)并等間距分布。第五個(gè)黑色條紋帶處于該矩形單元白色區(qū)域的尾部。在平移過程中，該條紋部分出現(xiàn)紫色。該部分的設(shè)計(jì)原理同第一個(gè)黑色條紋部分一樣，其重復(fù)設(shè)計(jì)的目的在于加強(qiáng)其對(duì)余光部分的吸引，避免駕駛員因?yàn)榇碳?qiáng)度不夠而忽略了余光部分的顏色信息。
[0069]5個(gè)黑色條紋帶寬度相同，并且從上而下分布在白色區(qū)域內(nèi)，但并不都處于一條垂直線上。
[0070]在光波波長(zhǎng)λ = 254.2+35f-0.41-17.6d+26.9e中，f為可感知到顏色時(shí)法契納矩形在視野內(nèi)出現(xiàn)的中間頻率，經(jīng)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算得到f為10Hz，同時(shí)，為確保顏色的飽和度，e取3。法契納矩形中，對(duì)I和d的調(diào)整即可使之產(chǎn)生預(yù)期的顏色。
[0071]1.為使第一個(gè)和第五個(gè)黑色條紋部分產(chǎn)生紫色，I取81.6mm，d取122.4mm。代入λ = 254.2+35f-0.41-17.6d+26.9e中可得，波長(zhǎng)為436nm，對(duì)應(yīng)為紫色光。該部分未設(shè)計(jì)成梯形狀，是為了保證紫光的純度，使之具有較高的刺激強(qiáng)度。
[0072]2.為使第二個(gè)和第四個(gè)黑色條紋部分產(chǎn)生紅色，I取61.2mm，d取0mm，代入λ =254.2+35f-0.41-17.6d+26.9e中可得，波長(zhǎng)為660nm，對(duì)應(yīng)為紅色光，并設(shè)計(jì)為梯形狀，使得顏色以紅色為主出現(xiàn)漸變。
[0073]3.為使第三個(gè)黑色條紋部分個(gè)黑色條紋部分出現(xiàn)綠色，I取40.8mm, d取81.6mm,代入λ = 254.2+35f-0.41-17.6d+26.9e中可得，波長(zhǎng)為525nm，對(duì)應(yīng)為綠色光，并設(shè)計(jì)為梯形狀，使得顏色以綠色為主出現(xiàn)漸變。
[0074]圖2是我們用來研究得到這個(gè)公式使用的最原始的圖案，就是做實(shí)驗(yàn)用的圖案，圖3是根據(jù)我們發(fā)明的創(chuàng)造性結(jié)論公式設(shè)計(jì)得到的圖案。
[0075]將設(shè)計(jì)的圖案重復(fù)連續(xù)施畫在一定規(guī)格的鋁制反光薄片表面，其尺寸可根據(jù)高速公路不同的限速做出調(diào)整。由于高速公路兩側(cè)護(hù)欄多為波型欄，分為雙波峰和三波峰，將施畫好的鋁制薄片垂直固定在最上波峰和最下波峰之間。鋁制薄片的寬度為最上波峰和最下波峰之間的距離，長(zhǎng)度根據(jù)需要設(shè)計(jì)，厚度為5mm，如圖4，左邊是雙峰波形欄的剖面圖，右邊是雙峰波形欄的正視圖，虛線表示他們的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后將法契納矩形施畫在兩個(gè)波峰之間。
[0076]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0077]以100km/h對(duì)本發(fā)明的預(yù)期效果進(jìn)行說明，對(duì)應(yīng)的法契納矩形尺寸如圖5。當(dāng)車輛行駛速度達(dá)到90km/h時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)兩側(cè)護(hù)欄上第一個(gè)黑色條紋帶19和第五個(gè)黑色條紋帶23產(chǎn)生藍(lán)色。其他黑色條紋帶并未產(chǎn)生明顯顏色。
[0078]當(dāng)車輛行駛速度達(dá)到100km/h時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)黑色條紋帶19和第五個(gè)黑色條紋帶23產(chǎn)生的顏色由藍(lán)色向紫色過渡，第二個(gè)黑色條紋帶20和第四個(gè)黑色條紋帶22產(chǎn)生紅黃色。第三個(gè)黑色條紋帶21產(chǎn)生綠色。此時(shí)，產(chǎn)生的顏色飽和度最大，即顏色最鮮艷。
[0079]當(dāng)車輛行駛速度從100km/h向120km/h增加時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)第二、三、四條色帶產(chǎn)生的顏色鮮艷程度維持不變，但顏色的波長(zhǎng)逐漸下降，即黃綠色向橙紅色漸變，橙紅色向標(biāo)準(zhǔn)紅色漸變，而第一、五條色帶產(chǎn)生的紫色基本維持不變。
[0080]當(dāng)車速達(dá)到并超過120km/h時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)第二、三、四條色帶顏色向灰色過渡，第一、五條色帶顏色向黑色過度。
【權(quán)利要求】
1.一種基于法契納效應(yīng)的高速公路限速方法，其特征在于:將設(shè)計(jì)好的單個(gè)法契納矩形圖案連續(xù)重復(fù)地施畫在高速公路兩側(cè)護(hù)欄上，使法契納矩形圖案在高速公路限制速度下相對(duì)駕駛員平移時(shí)產(chǎn)生的顏色足夠刺激到駕駛員視覺神經(jīng)，以告知駕駛員當(dāng)前超速狀態(tài)； 當(dāng)觀察人員觀察到有顏色逐漸產(chǎn)生時(shí)，說明速度已達(dá)到產(chǎn)生顏色的速度區(qū)間的下限值； 通過調(diào)整單位矩形圖案尺寸，將平移時(shí)能夠產(chǎn)生顏色的速度區(qū)間的下限值與高速公路限制速度對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于法契納效應(yīng)的高速公路限速方法，其特征在于:單個(gè)法契納矩形圖案包括黑白兩部分矩形構(gòu)成的矩形，黑色矩形部分設(shè)置在左邊，右邊白色矩形部分上設(shè)置5個(gè)黑色條紋帶，5個(gè)黑色條紋帶沿上下方向的寬度相同，并且從上而下分布在白色區(qū)域內(nèi)；5個(gè)黑色條紋帶并不都處于一條豎直線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于法契納效應(yīng)的高速公路限速方法，其特征在于:單個(gè)法契納矩形圖案的右邊白色矩形區(qū)域中5個(gè)黑色條紋帶由上至下間隔設(shè)置；第一個(gè)黑色條紋帶內(nèi)含8根黑色直線，8根直線等長(zhǎng)并等上下間距分布，該第一個(gè)黑色條紋帶末端與該白色矩形區(qū)域的右邊重合；第二個(gè)黑色條紋帶內(nèi)含8根等間距黑色直線，8根直線頭端與黑色矩形部分和白色矩形部分相交的邊緣平齊，末端長(zhǎng)度等差延長(zhǎng)；第三個(gè)黑色條紋帶內(nèi)含8根等間距黑色直線，8根直線左端平齊右邊長(zhǎng)度等差延長(zhǎng)，第三個(gè)黑色條紋帶處于該白色矩形區(qū)域的中部；第四個(gè)黑色條紋帶與第二個(gè)黑色條紋帶形式相同，頭端與黑色矩形部分和白色矩形部分相交的邊緣平齊；第五個(gè)黑色條紋帶與第一個(gè)黑色條紋帶形式相同，末端與該白色矩形區(qū)域的右邊重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于法契納效應(yīng)的高速公路限速方法，其特征在于:光波波長(zhǎng)與單個(gè)法契納矩形圖案的各參數(shù)關(guān)系如下:
λ = 254.2+35f-0.41-7.6d+26.9e 其中，光波波長(zhǎng)為λ (nm),頻率為f (Hz),條紋長(zhǎng)度為I (mm),條紋初始位置為d (cm),白黑比為6。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的基于法契納效應(yīng)的高速公路限速方法，其特征在于:在車輛平移運(yùn)動(dòng)中，對(duì)于單個(gè)法契納矩形圖案對(duì)于車輛限速的判定方法如下:第一個(gè)黑色條紋在平移過程中出現(xiàn)紫色，第二個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)紅色，第三個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)綠色，第四個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)紅色，第五個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)紫色； 當(dāng)車輛行駛速度達(dá)到90km/h時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)兩側(cè)護(hù)欄上第一個(gè)黑色條紋帶和第五個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生藍(lán)色，其他黑色條紋帶并未產(chǎn)生明顯顏色； 當(dāng)車輛行駛速度達(dá)到100km/h時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)黑色條紋帶和第五個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生的顏色由藍(lán)色向紫色過渡，第二個(gè)黑色條紋帶和第四個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生紅黃色，第三個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生綠色； 當(dāng)車輛行駛速度從100km/h向120km/h增加時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)五個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生的顏色越來越明顯，在速度為120Km/h時(shí)，顏色的飽和度最高即所看到的顏色最鮮艷； 當(dāng)車速超過120km/h時(shí),駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)顏色向灰色過渡,在車速達(dá)到150km/h時(shí),顏色飽和度全部降至O即看到的都是灰色。
6.一種基于法契納效應(yīng)的高速公路限速系統(tǒng)，其特征在于:在高速公路兩側(cè)的護(hù)欄上重復(fù)連續(xù)施畫設(shè)計(jì)好的單個(gè)法契納矩形圖案；通過調(diào)整單個(gè)法契納矩形圖案尺寸，將平移時(shí)能夠產(chǎn)生顏色的速度區(qū)間的下限值與高速公路限制速度對(duì)應(yīng)；單個(gè)法契納矩形圖案包括黑白兩部分矩形構(gòu)成的矩形，黑色矩形部分設(shè)置在左邊，右邊白色矩形部分上設(shè)置5個(gè)黑色條紋帶，5個(gè)黑色條紋帶沿上下方向的寬度相同，并且從上而下分布在白色區(qū)域內(nèi)；5個(gè)黑色條紋帶并不都處于一條豎直線上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于法契納效應(yīng)的高速公路限速系統(tǒng)，其特征在于:光波波長(zhǎng)與單個(gè)法契納矩形圖案的各參數(shù)關(guān)系如下:
λ = 254.2+35f-0.41-7.6d+26.9e 其中，光波波長(zhǎng)為λ (nm),頻率為f (Hz),條紋長(zhǎng)度為I (mm),條紋初始位置為d (cm),白黑比為6。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的基于法契納效應(yīng)的高速公路限速系統(tǒng)，其特征在于:在鋁制反光薄片表面連續(xù)施畫設(shè)計(jì)好的單個(gè)法契納矩形圖案；該鋁制反光薄片垂直固定在護(hù)欄上；當(dāng)護(hù)欄為雙波峰和三波峰的波型欄時(shí)，鋁制薄片垂直固定在最上波峰和最下波峰之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于法契納效應(yīng)的高速公路限速系統(tǒng)，其特征在于:在車輛平移運(yùn)動(dòng)中，對(duì)于單個(gè)法契納矩形圖案對(duì)于車輛限速的判定方法如下:第一個(gè)黑色條紋在平移過程中出現(xiàn)紫色，第二個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)紅色，第三個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)綠色，第四個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)紅色，第五個(gè)黑色條紋帶在平移過程中出現(xiàn)紫色； 當(dāng)車輛行駛速度達(dá)到90km/h時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)兩側(cè)護(hù)欄上第一個(gè)黑色條紋帶和第五個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生藍(lán)色，其他黑色條紋帶并未產(chǎn)生明顯顏色； 當(dāng)車輛行駛速度達(dá)到100km/h時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)黑色條紋帶和第五個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生的顏色由藍(lán)色向紫色過渡，第二個(gè)黑色條紋帶和第四個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生紅黃色，第三個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生綠色； 當(dāng)車輛行駛速度從100km/h向120km/h增加時(shí)，駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)五個(gè)黑色條紋帶產(chǎn)生的顏色越來越明顯，在速度為120Km/h時(shí)，顏色的飽和度最高即所看到的顏色最鮮艷； 當(dāng)車速超過120km/h時(shí),駕駛員會(huì)發(fā)現(xiàn)顏色向灰色過渡,在車速達(dá)到150km/h時(shí),顏色飽和度全部降至O即看到的都是灰色。
【文檔編號(hào)】E01F9/016GK104195967SQ201410309785
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】尹靚, 宋江, 劉博文, 吳晨瑋, 陳秀嶺 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)