1、湖南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)人因工程課程設(shè)計(jì)題目：人因工程在交通信號(hào)燈中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 14工業(yè)工程二班 姓 名： 汪長(zhǎng)鑫 王浩 學(xué) 號(hào): 1401040210 1401040222 時(shí) 間： 14-15周 指導(dǎo)教師： 吳海 摘要現(xiàn)在交通安全對(duì)于我們的日常生活越來(lái)越重要，交通信號(hào)燈與我們的日常生活聯(lián)系越來(lái)越緊密。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使得交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量，提高道路通行能力減少交通事故有明顯效用。但是交通信號(hào)燈也存在以下幾個(gè)問(wèn)題，本次課程設(shè)計(jì)研究旨在發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)及安裝不合理的狀況1. 傳統(tǒng)紅綠燈(全屏燈)每個(gè)方向一組，共四組。這種紅綠燈控制簡(jiǎn)便但是缺點(diǎn)是只

2、適合小型城市，由于沒(méi)有各燈的停留時(shí)間，極易造成駕駛員誤判從而導(dǎo)致交通擁堵。2. 箭頭型紅綠燈每個(gè)方向三組，共十二組。這種紅綠燈應(yīng)用廣泛，該模式下各方向車輛行人只需要按照相應(yīng)指示箭頭通行，缺點(diǎn)是綠燈時(shí)間較短，等待時(shí)間長(zhǎng)，駕駛者容易心理焦躁。3. 紅綠燈倒計(jì)時(shí)顯示器與信號(hào)燈顏色不一致。容易出現(xiàn)闖紅燈4. 部分紅綠燈是單燈，通過(guò)變換顏色來(lái)控制交通，這種單一刺激的情況下（即只有顏色）感知覺(jué)系統(tǒng)所需要的時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及缺陷，運(yùn)用人因工程學(xué)方面的知識(shí)進(jìn)行重新考察和設(shè)計(jì)，提出部分建議，對(duì)機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、人行橫道信號(hào)燈及信號(hào)燈燈架中存在的缺陷進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，力求重新設(shè)計(jì)的道路交通信號(hào)燈在交通安全中發(fā)

3、揮作用。關(guān)鍵詞：道路交通信號(hào)燈，不合理設(shè)計(jì)，誤判，心理焦躁，闖紅燈AbstractNow the traffic safety of our daily life more and more important, traffic lights in touch with our daily life more and more closely. The emergence of the traffic lights, make traffic is effectively controlled, for facilitating traffic flow, improve road traff

4、ic capacity to reduce traffic accidents have obvious effect. But there are also several problems with traffic lights, the course design of study aims to find the status of the design and installation is unreasonable 1. The traditional traffic light lamp (full screen) each direction a group, a total

5、of four groups. The traffic light control is simple but the downside is only suitable for small city, because there is no residence time of each lamp driver misjudgment caused by extremely easily lead to traffic jams. 2. The arrow lights three groups in each direction, twelve groups. Under this mode

6、l is widely used at the traffic lights, the direction of traffic just need to follow the instructions of the corresponding arrow, the disadvantage is that green time is shorter, waiting time is long, the driver easy psychological anxiety. 3. The traffic lights countdown display and light color is no

7、t consistent. Its easy to have a red light 4. Part of the traffic light is light, through the change color to control the traffic, the single stimulus (that is, the only color) under the condition of perceptual system need time will be longer In view of the problems and defects found, using the know

8、ledge of human factors engineering to inspect and design, puts forward some Suggestions, for motor vehicles, non-motor vehicles and pedestrian crossing the defects existing in the light and signal light fixtures are redesigned, makes every effort to set 目錄摘要2Abstract3一、引言61.2研究目的61.3研究?jī)?nèi)容6二、理論依據(jù)62.1人

9、的視野和視距62.2人的反應(yīng)時(shí)間8三、道路交通信號(hào)燈設(shè)置與安裝規(guī)范93.1道路交通信號(hào)燈類型93.2機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、人行橫道信號(hào)燈安裝位置要求113.3信號(hào)燈安裝高度要求12四、信號(hào)燈現(xiàn)狀分析134.1問(wèn)題發(fā)現(xiàn)與分析144.2問(wèn)題改善17五、應(yīng)用及原理18六、參考文獻(xiàn)18一、引言1.1研究背景隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)迅猛發(fā)展，統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示截至2014年全國(guó)公路總里程446.39萬(wàn)公里。機(jī)動(dòng)車數(shù)量增加勢(shì)頭極其迅猛私家車數(shù)量超過(guò)1.24億。隨著交通工具的增加，交通問(wèn)題成為了一大難題。交通信號(hào)燈是交通安全產(chǎn)品中的一種類別。適用于十字、丁字等交叉路口。作為疏導(dǎo)交通流量的主要工具，發(fā)揮了很大的

10、作用，相應(yīng)的交通設(shè)施相對(duì)公路和汽車的迅速發(fā)展還有一定的差距。1.2研究目的1.3研究?jī)?nèi)容通過(guò)實(shí)地觀察與查找資料，研究各種類型的交通型號(hào)燈的不同，例如時(shí)燈的顯示，燈的停留時(shí)間，燈的類型。燈的數(shù)字顯示器顏色與通過(guò)對(duì)各種交通信號(hào)燈的研究找出符合人因工程學(xué)的最佳信號(hào)燈設(shè)計(jì)，從而改善交通狀況。燈色是否一致等等 二、理論依據(jù)2.1人的視野和視距視野是指當(dāng)頭部和眼球固定不動(dòng)是所能看到的正前方空間范圍，或稱靜視野，常以角度表示。眼球自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所能看見的空間范圍稱為動(dòng)視野如圖 2-1 圖2-1正常人的視野在水平面內(nèi)的視野，雙眼視區(qū)大學(xué)在左右60以內(nèi)的區(qū)域在這個(gè)區(qū)域內(nèi)還包括字、字母和顏色的辨別范圍，辨別字的視線角

11、度為1020：分辨字母的視線角度為530，在各自視線范圍以外，字和字母模模糊糊，趨于消失。對(duì)于特定的顏色的辨別，視線角度為30到60。最敏銳的勢(shì)力是在標(biāo)準(zhǔn)視線每側(cè)1的范圍內(nèi)。 在同一光照下，對(duì)不同顏色的光測(cè)得的視野范圍不同，白色視野最大，黃、藍(lán)色次之，再其次為紅色，綠色的視野最小。這表面不同顏色的光波被不同顏色敏感的感光細(xì)胞在視網(wǎng)膜的分布范圍不同。人對(duì)不同顏色的視野如圖2-2所示圖2-2：人對(duì)于不同顏色的視野 視距是指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離，視距過(guò)遠(yuǎn)或過(guò)近都會(huì)影響認(rèn)讀的速度和準(zhǔn)確性，而且觀察距離與工作的緊密程度密切相關(guān)。推薦使用的幾種工作視距見表2-1任務(wù)要求舉例視距離（CM）固定視野直

12、徑（CM）最精細(xì)工作安裝最小部件（表電子元件）12252040精細(xì)工作安裝收音機(jī)。電視機(jī)2535（多為3032）4060中等粗活印刷機(jī)、機(jī)床旁工作50以下至80粗活包裝、粗磨5015030250遠(yuǎn)看看黑板、開汽車150以上250以上2.2人的反應(yīng)時(shí)間表2-2反應(yīng)時(shí)間隨感覺(jué)通道的變化感覺(jué)通道聽覺(jué)觸覺(jué)視覺(jué)嗅覺(jué)味覺(jué)咸味甜味酸味苦味T（s）0.1150.1820.1170.2010.1880.2060.2000.3070.3080.4460.5231.082表2-3反應(yīng)時(shí)間與刺激數(shù)目的關(guān)系刺激選擇數(shù)12345678910反應(yīng)時(shí)間（ms）187316364434485532570603619622表2-

13、4反應(yīng)時(shí)間與刺激數(shù)目的關(guān)系刺激信號(hào)類型反應(yīng)時(shí)間（ms）光176電擊143聲音142光和電擊142光和聲音142聲音和電擊131光，聲和電擊127表2-5反應(yīng)時(shí)間與顏色的關(guān)系顏色對(duì)比白與黑紅與綠紅與黃紅與橙平均反應(yīng)時(shí)間（ms）197208217246三、道路交通信號(hào)燈設(shè)置與安裝規(guī)范3.1道路交通信號(hào)燈類型 主要分為：機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、非機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、人行橫道信號(hào)燈、方向指示信號(hào)燈、車道信號(hào)燈、閃光警告信號(hào)燈、道口信號(hào)燈。3.1.1機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈motorvehicle signals 黃色、綠色三個(gè)幾何位置分立的無(wú)圖案圓形單元組成的一組信號(hào)燈，指導(dǎo)機(jī)動(dòng)車通行。3.1.2非機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈non-motor

14、vehiclesignals 黃色、綠色三個(gè)幾何位置分立的內(nèi)有自行車圖案的圓形單元組成的一組信號(hào)燈，指導(dǎo)非機(jī)動(dòng)車通行。注：左轉(zhuǎn)非機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈,由紅色、黃色、綠色三個(gè)幾何位置分立的內(nèi)有自行車和向左箭頭圖案的圓形單元組成的一組信號(hào)燈，指導(dǎo)左轉(zhuǎn)非機(jī)動(dòng)車通行。3.1.3人行橫道信號(hào)燈crosswalksignals 置分立的內(nèi)有紅色行人站立圖案的單元和內(nèi)有綠色行人行走圖案的單元組成的一組信號(hào)燈，指導(dǎo)行人通行。3.14方向指示信號(hào)燈direction signals 黃色、綠色三個(gè)幾何位置分立的內(nèi)有同向箭頭圖案的圓形單元組成的一組信號(hào)燈，用于指導(dǎo)某一方向上機(jī)動(dòng)車通行。箭頭方向向左、向上和向右分別代表左轉(zhuǎn)

15、、直行和右轉(zhuǎn)。綠色箭頭：表示車輛允許沿箭頭所指的方向通行；紅色或黃色箭頭：表示僅對(duì)箭頭所指方向起紅燈或黃燈的作用。3.1.5車道信號(hào)燈lanesignals 由一個(gè)紅色交叉形圖案單元和一個(gè)綠色向下箭頭圖案單元組成的信號(hào)燈。紅色交叉形表示本車道不準(zhǔn)車輛通行；綠色向下箭頭表示本車道準(zhǔn)許車輛通行。3.1.6閃光警告信號(hào)燈flashalarmsignals 色無(wú)圖案圓形單元構(gòu)成的信號(hào)燈。工作狀態(tài)閃爍，表示車輛、行人通行時(shí)應(yīng)注意暸望，在確保安全后通過(guò)。3.1.7道口信號(hào)intersectionofroadandrailwaysignals 由兩個(gè)或一個(gè)紅色無(wú)圖案圓形單元構(gòu)成的信號(hào)燈。兩個(gè)紅燈交替閃爍或者

16、一個(gè)紅燈亮?xí)r，表示禁止車輛、行人通行；紅燈熄滅時(shí)，表示允許車輛、行人通行。3.2機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、人行橫道信號(hào)燈安裝位置要求 沒(méi)有機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)車道隔離帶的道路，對(duì)向信號(hào)燈燈桿宜安裝在路緣線切點(diǎn)附近。當(dāng)?shù)缆份^寬時(shí)，可采用懸臂式安裝在道路右側(cè)人行道上，也可根據(jù)需要在左側(cè)人行道上增加一個(gè)信號(hào)燈組：到道路較窄時(shí)，可采用柱式安裝在道路兩側(cè)人行道上信號(hào)燈安裝數(shù)量和位置，對(duì)應(yīng)于路口某進(jìn)口，可根據(jù)需要安裝一個(gè)或多個(gè)信號(hào)燈組。 注：信號(hào)燈組指用于指導(dǎo)路口某進(jìn)口所有機(jī)動(dòng)車交通流通行的信號(hào)燈的最小集合。信號(hào)燈可安裝在出口左側(cè)、出口上方、出口右側(cè)、進(jìn)口左側(cè)、進(jìn)口上方和進(jìn)口右側(cè)。若只安裝一個(gè)信號(hào)燈組，應(yīng)安裝在出口處

17、。至少有一個(gè)信號(hào)燈組的安裝位置能確保，在該信號(hào)燈組所指示的車道上的駕駛?cè)?，位于?規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)均能清晰觀察到信號(hào)燈。若不能確保駕駛?cè)嗽谠摲秶鷥?nèi)能清晰觀察到信號(hào)燈顯示狀態(tài)時(shí)，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的警告標(biāo)志。懸臂式機(jī)動(dòng)車燈桿的基礎(chǔ)位置(尤其懸臂背后)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電力淺溝、窨井等，同時(shí)與路燈桿、電桿、行道樹等相協(xié)調(diào)。設(shè)置的信號(hào)燈和燈桿不應(yīng)侵入道路通行凈空限界范圍。3.3信號(hào)燈安裝高度要求3.3.1機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、方向指示信號(hào)燈、閃光警告信號(hào)燈和道口信號(hào)燈 采用懸臂式安裝時(shí)，高度5.5m至7m；采用柱式安裝時(shí)，高度不應(yīng)低于3m；安裝于立交橋體上時(shí)，不得低于橋體凈空。3.3.2非機(jī)動(dòng)車道信號(hào)燈 安裝高度為2.5m至

18、3m，在借用指導(dǎo)機(jī)動(dòng)車通行信號(hào)燈燈桿采用懸臂式安裝非機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈情況下，應(yīng)符合7.4.2要求。3.3.3人行橫道信號(hào)燈安裝高度為2m至2.5m。3.3.4車道信號(hào)燈安裝高度5.5m至7m；安裝于立交橋體上時(shí)，不得低于橋體凈空。3.3.5道口信號(hào)燈高度不應(yīng)低于3m。四、信號(hào)燈現(xiàn)狀分析 根據(jù)實(shí)地調(diào)查與查找資料，發(fā)現(xiàn)信號(hào)燈主要存在以下幾種類型1單燈信號(hào)燈2三燈信號(hào)燈 3箭頭型信號(hào)燈4.1問(wèn)題發(fā)現(xiàn)與分析19世紀(jì)中期在英國(guó)等歐洲國(guó)家最先出現(xiàn)了交通燈，當(dāng)時(shí)只有紅綠兩種顏色兩個(gè)燈，后來(lái)發(fā)展為三個(gè)燈或四個(gè)燈（直行、轉(zhuǎn)彎兩個(gè)燈），一方面因?yàn)榧夹g(shù)尚不能實(shí)現(xiàn)一盞燈實(shí)時(shí)切換不同顏色，另一方面多個(gè)燈，固定排列的方式也能

19、照顧到色盲人士，幫助他們有效辨識(shí)。很多交通燈都使用LED點(diǎn)陣技術(shù)（發(fā)光二極管），單燈轉(zhuǎn)換顏色在技術(shù)上沒(méi)有什么門檻但是單燈信號(hào)燈一般只做臨時(shí)緊急應(yīng)用雖然單燈信號(hào)燈控制簡(jiǎn)便，但是設(shè)置的太低，后車極易被前車遮擋，看不清信號(hào)燈。從而駕駛者會(huì)有錯(cuò)誤的判斷，最終導(dǎo)致交通堵塞根據(jù)GB14886-2006機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈采用柱式安裝不得低于三米。垂直平面視野中顏色辨界限為視平線以上30視平線以下40只有高度高于三米才符合人因工程學(xué)中人視野角度的辨別區(qū)域交通燈的設(shè)計(jì)典型的運(yùn)用了信息編碼的冗余設(shè)計(jì)，即為了傳達(dá)一個(gè)信息（停、等待、走）使用了兩種編碼：顏色（紅、黃、綠）和位置（左、中、右/上、中、下）。人識(shí)別、獲取信息的

20、能力是有限制的，在短時(shí)間、緊急狀態(tài)下，信息識(shí)別能力會(huì)降低。而雙重刺激下的（顏色與位置）感知系統(tǒng)能讓用戶在短時(shí)間內(nèi)做出更快的判斷（反應(yīng)時(shí)間更短）紅綠燈顏色必須要與位置的一一對(duì)應(yīng)，依賴于信息的物理刺激感知儲(chǔ)存的編碼進(jìn)一步形成工作記憶。因此相比而言三燈信號(hào)燈比單燈號(hào)燈更符合人因工程學(xué) 。但是大部分三燈信號(hào)燈都沒(méi)有數(shù)字顯示器，駕駛者與過(guò)馬路的行人不知道信號(hào)燈的持續(xù)時(shí)間，所以不能知道紅綠燈會(huì)何時(shí)變化而慢幾秒動(dòng)作，使得后方原本可以通過(guò)的車輛不能通過(guò)，易造成交通擁堵。目前大部分城市建設(shè)采取的都是最新型的箭頭型信號(hào)燈，這種信號(hào)燈容易看懂，行人和駕駛者只需要按照相應(yīng)的箭頭指示即可。但是由于信號(hào)燈的組合過(guò)多，導(dǎo)致

21、綠信比（綠燈持續(xù)時(shí)間所占的比例）較小，等待時(shí)間長(zhǎng)，則會(huì)影響駕駛者的情緒。有調(diào)查顯示，在德國(guó)，行人馬路口紅燈的等待時(shí)間忍耐限度是60秒，因此德國(guó)人行信號(hào)燈設(shè)計(jì)最長(zhǎng)紅燈時(shí)間都不超過(guò)60秒，英國(guó)則是45秒。中國(guó)目前還沒(méi)有這樣的調(diào)查。在廣靈二路和中山北路的交叉口紅燈的時(shí)間為64秒，綠燈時(shí)間為42秒，綠燈閃爍倒計(jì)時(shí)為14秒；在曲陽(yáng)路玉田路口，紅燈的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)126秒，綠燈時(shí)間僅有34秒，綠燈閃爍倒計(jì)時(shí)為20s同時(shí)還存在一個(gè)問(wèn)題，根據(jù)調(diào)查，部分信號(hào)燈的數(shù)字顯示器顏色與燈色不一致，導(dǎo)致駕駛者形成誤判，從而引起交通混亂甚至造成交通事故。這是由于感知系統(tǒng)接收的刺激相違背而引起的。下表是調(diào)查118人對(duì)以上信號(hào)燈的通

22、行看法，從表中可以看出大部分人對(duì)于這種狀況下的信號(hào)燈不知所措4.2問(wèn)題改善通過(guò)對(duì)各種類型信號(hào)燈的調(diào)查與分析，再結(jié)合人因工程的各項(xiàng)原則設(shè)計(jì)出以下類型的交通信號(hào)燈。 根據(jù)視野與視距的原理，在來(lái)車方向距離停止線50米處安裝警告標(biāo)志，并設(shè)置減速帶。通過(guò)這個(gè)方法提高駕駛員注意力。安全駕駛安裝高度5.5米至7米。增加語(yǔ)音提示系統(tǒng)。箭頭型信號(hào)燈可以和三燈信號(hào)燈切換，根降低等待時(shí)間，提高交通效率。同時(shí)各燈的形狀不一致，通過(guò)多種刺激提高駕駛者的注意力，加快反應(yīng)時(shí)間。這些措施是通過(guò)調(diào)整刺激性質(zhì)和感覺(jué)通道以及增加刺激樹木的方式來(lái)提高駕駛者的注意力，使得駕駛者更好的接受信號(hào)。并且使得信號(hào)燈的顏色與數(shù)字顯示器顏色保持一致使人能做出正確的判斷五、應(yīng)用及原理 紅綠燈是應(yīng)用了光的衍射的原理，紅綠燈好考慮到天氣的變化，讓天氣的影響降到最低，光的波長(zhǎng)使的紅光在氣霧，陰天，光線比較差的時(shí)候容易看到。特別是起霧的時(shí)候紅光在霧氣里的穿透力比較強(qiáng)，基本上不會(huì)受到霧氣的影響，司機(jī)們比較容易看到。我覺(jué)得還有一個(gè)原因就是紅色比較耀眼比較顯眼。 而綠光好象是因?yàn)槭抢渖{(diào)的，紅光是暖色調(diào)，兩者剛好是對(duì)立的。當(dāng)然選擇綠色也是跟綠光的波長(zhǎng)有關(guān)的。紅綠燈主要在車流量大和人流量大的地方會(huì)設(shè)置，但是紅綠