人因工程课程设计人因工程在交通信号灯中的设计与应用.doc

湖南科技大学本科生课程设计

《人因工程》课程设计

题目：人因工程在交通信号灯中的设计与应用

学 院： 机电工程学院
专业班级： 14工业工程二班
姓 名：
学 号: 时 间：
指导教师：

摘要
现在交通安全对于我们的日常生活越来越重要，交通信号灯与我们的日常生活联系越来越紧密。交通信号灯的出现，使得交通得以有效管制，对于疏导交通流量，提高道路通行能力减少交通事故有明显效用。但是交通信号灯也存在以下几个问题，本次课程设计研究旨在发现设计及安装不合理的状况
1. 传统红绿灯(全屏灯)每个方向一组，共四组。这种红绿灯控制简便但是缺点是只适合小型城市，由于没有各灯的停留时间，极易造成驾驶员误判从而导致交通拥堵。
2. 箭头型红绿灯每个方向三组，共十二组。这种红绿灯应用广泛，该模式下各方向车辆行人只需要按照相应指示箭头通行，缺点是绿灯时间较短，等待时间长，驾驶者容易心理焦躁。
3. 红绿灯倒计时显示器与信号灯颜色不一致。容易出现闯红灯
4. 部分红绿灯是单灯，通过变换颜色来控制交通，这种单一刺激的情况下（即只有颜色）感知觉系统所需要的时间会较长
针对发现的问题及缺陷，运用人因工程学方面的知识进行重新考察和设计，提出部分建议，对机动车、非机动车、人行横道信号灯及信号灯灯架中存在的缺陷进行重新设计，力求重新设计的道路交通信号灯在交通安全中发挥作用。
关键词：道路交通信号灯，不合理设计，误判，心理焦躁，闯红灯

Abstract
Now 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 traffic 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 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 model 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 not consistent. It's 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 knowledge 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

目录
摘要 2
Abstract 3
一、引言 6
1.2研究目的 6
1.3研究内容 6
二、理论依据 6
2.1人的视野和视距 6
2.2人的反应时间 8
三、道路交通信号灯设置与安装规范 9
3.1道路交通信号灯类型 9
3.2机动车、非机动车、人行横道信号灯安装位置要求 11
3.3信号灯安装高度要求 12
四、信号灯现状分析 13
4.1问题发现与分析 14
4.2问题改善 17
五、应用及原理 18
六、参考文献 18

一、引言
1.1研究背景
随着社会的发展，我国交通运输行业迅猛发展，《统计公报》显示截至2014年全国公路总里程446.39万公里。机动车数量增加势头极其迅猛私家车数量超过1.24亿。随着交通工具的增加，交通问题成为了一大难题。交通信号灯是交通安全产品中的一种类别。适用于十字、丁字等交叉路口。作为疏导交通流量的主要工具，发挥了很大的作用，相应的交通设施相对公路和汽车的迅速发展还有一定的差距。
1.2研究目的
1.3研究内容
通过实地观察与查找资料，研究各种类型的交通型号灯的不同，例如时灯的显示，灯的停留时间，灯的类型。灯的数字显示器颜色与通过对各种交通信号灯的研究找出符合人因工程学的最佳信号灯设计，从而改善交通状况。
灯色是否一致等等
二、理论依据
2.1人的视野和视距
视野是指当头部和眼球固定不动是所能看到的正前方空间范围，或称静视野，常以角度表示。眼球自由转动时所能看见的空间范围称为动视野如图 2-1
图2-1正常人的视野
在水平面内的视野，双眼视区大学在左右60°以内的区域在这个区域内还包括字、字母和颜色的辨别范围，辨别字的视线角度为10°~20°：分辨字母的视线角度为5°~30°，在各自视线范围以外，字和字母模模糊糊，趋于消失。对于特定的颜色的辨别，视线角度为30°到60°。最敏锐的势力是在标准视线每侧1°的范围内。
在同一光照下，对不同颜色的光测得的视野范围不同，白色视野最大，黄、蓝色次之，再其次为红色，绿色的视野最小。这表面不同颜色的光波被不同颜色敏感的感光细胞在视网膜的分布范围不同。人对不同颜色的视野如图2-2所示
图2-2：人对于不同颜色的视野
视距是指人在操作系统中正常的观察距离，视距过远或过近都会影响认读的速度和准确性，而且观察距离与工作的紧密程度密切相关。推荐使用的几种工作视距见表2-1
任务要求
举例
视距离（CM）
固定视野直径（CM）
最精细工作
安装最小部件（表电子元件）
12~25
20~40
精细工作
安装收音机。电视机
25~35（多为30~32）
40~60
中等粗活
印刷机、机床旁工作
50以下
至80
粗活
包装、粗磨
50~150
30~250
远看
看黑板、开汽车
150以上
250以上
2.2人的反应时间

表2-2反应时间随感觉通道的变化
感觉通道
听觉
触觉
视觉
嗅觉
味觉
咸味
甜味
酸味
苦味
T（s）
0.115—0.182
0.117—0.201
0.188—0.206
0.200—0.307
0.308
0.446
0.523
1.082
表2-3反应时间与刺激数目的关系
刺激选择数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
反应时间（ms）
187
316
364
434
485
532
570
603
619
622
表2-4反应时间与刺激数目的关系
刺激信号类型
反应时间（ms）
光
176
电击
143
声音
142
光和电击
142
光和声音
142
声音和电击
131
光，声和电击
127
表2-5反应时间与颜色的关系
颜色对比
白与黑
红与绿
红与黄
红与橙
平均反应时间（ms）
197
208
217
246
三、道路交通信号灯设置与安装规范
3.1道路交通信号灯类型
主要分为：机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、方向指示信号灯、车道信号灯、闪光警告信号灯、道口信号灯。
3.1.1机动车信号灯motorvehicle signals
黄色、绿色三个几何位置分立的无图案圆形单元组成的一组信号灯，指导机动车通行。
3.1.2非机动车信号灯non-motorvehicle signals
黄色、绿色三个几何位置分立的内有自行车图案的圆形单元组成的一组信号灯，指导非机动车通行。注：左转非机动车信号灯,由红色、黄色、绿色三个几何位置分立的内有自行车和向左箭头图案的圆形单元组成的一组信号灯，指导左转非机动车通行。
3.1.3人行横道信号灯crosswalk signals
置分立的内有红色行人站立图案的单元和内有绿色行人行走图案的单元组成的一组信号灯，指导行人通行。
3.14方向指示信号灯direction signals
黄色、绿色三个几何位置分立的内有同向箭头图案的圆形单元组成的一组信号灯，用于指导某一方向上机动车通行。箭头方向向左、向上和向右分别代表左转、直行和右转。绿色箭头：表示车辆允许沿箭头所指的方向通行；红色或黄色箭头：表示仅对箭头所指方向起红灯或黄灯的作用。
3.1.5车道信号灯lane signals
由一个红色交叉形图案单元和一个绿色向下箭头图案单元组成的信号灯。红色交叉形表示本车道不准车辆通行；绿色向下箭头表示本车道准许车辆通行。
3.1.6闪光警告信号灯flash alarm signals
色无图案圆形单元构成的信号灯。工作状态闪烁，表示车辆、行人通行时应注意暸望，在确保安全后通过。
3.1.7道口信号intersection of road and railway signals
由两个或一个红色无图案圆形单元构成的信号灯。两个红灯交替闪烁或者一个红灯亮时，表示禁止车辆、行人通行；红灯熄灭时，表示允许车辆、行人通行。

3.2机动车、非机动车、人行横道信号灯安装位置要求
没有机动车道和非机动车道隔离带的道路，对向信号灯灯杆宜安装在路缘线切点附近。当道路较宽时，可采用悬臂式安装在道路右侧人行道上，也可根据需要在左侧人行道上增加一个信号灯组：到道路较窄时，可采用柱式安装在道路两侧人行道上信号灯安装数量和位置，对应于路口某进口，可根据需要安装一个或多个信号灯组。
注：信号灯组指用于指导路口某进口所有机动车交通流通行的信号灯的最小集合。信号灯可安装在出口左侧、出口上方、出口右侧、进口左侧、进口上方和进口右侧。若只安装一个信号灯组，应安装在出口处。至少有一个信号灯组的安装位置能确保，在该信号灯组所指示的车道上的驾驶人，位于表4规定的范围内时均能清晰观察到信号灯。若不能确保驾驶人在该范围内能清晰观察到信号灯显示状态时，应设置相应的警告标志。悬臂式机动车灯杆的基础位置(尤其悬臂背后)应尽量远离电力浅沟、窨井等，同时与路灯杆、电杆、行道树等相协调。设置的信号灯和灯杆不应侵入道路通行净空限界范围。
3.3信号灯安装高度要求
3.3.1机动车信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯和道口信号灯
采用悬臂式安装时，高度5.5m至7m；采用柱式安装时，高度不应低于3m；安装于立交桥体上时，不得低于桥体净空。
3.3.2非机动车道信号灯
安装高度为2.5m至3m，在借用指导机动车通行信号灯灯杆采用悬臂式安装非机动车信号灯情况下，应符合7.4.2要求。
3.3.3人行横道信号灯
安装高度为2m至2.5m。
3.3.4车道信号灯
安装高度5.5m至7m；
安装于立交桥体上时，不得低于桥体净空。
3.3.5道口信号灯
高度不应低于3m。
四、信号灯现状分析
根据实地调查与查找资料，发现信号灯主要存在以下几种类型
1单灯信号灯
2三灯信号灯
3箭头型信号灯

4.1问题发现与分析
19世纪中期在英国等欧洲国家最先出现了交通灯，当时只有红绿两种颜色两个灯，后来发展为三个灯或四个灯（直行、转弯两个灯），一方面因为技术尚不能实现一盏灯实时切换不同颜色，另一方面多个灯，固定排列的方式也能照顾到色盲人士，帮助他们有效辨识。很多交通灯都使用LED点阵技术（发光二极管），单灯转换颜色在技术上没有什么门槛但是单灯信号灯一般只做临时紧急应用虽然单灯信号灯控制简便，但是设置的太低，后车极易被前车遮挡，看不清信号灯。从而驾驶者会有错误的判断，最终导致交通堵塞根据GB14886-2006机动车信号灯采用柱式安装不得低于三米。垂直平面视野中颜色辨界限为视平线以上30°视平线以下40°只有高度高于三米才符合人因工程学中人视野角度的辨别区域
交通灯的设计典型的运用了信息编码的冗余设计，即为了传达一个信息（停、等待、走）使用了两种编码：颜色（红、黄、绿）和位置（左、中、右/上、中、下）。人识别、获取信息的能力是有限制的，在短时间、紧急状态下，信息识别能力会降低。而双重刺激下的（颜色与位置）感知系统能让用户在短时间内做出更快的判断（反应时间更短）红绿灯颜色必须要与位置的一一对应，依赖于信息的物理刺激感知储存的编码进一步形成工作记忆。因此相比而言三灯信号灯比单灯号灯更符合人因工程学 。但是大部分三灯信号灯都没有数字显示器，驾驶者与过马路的行人不知道信号灯的持续时间，所以不能知道红绿灯会何时变化而慢几秒动作，使得后方原本可以通过的车辆不能通过，易造成交通拥堵。
目前大部分城市建设采取的都是最新型的箭头型信号灯，这种信号灯容易看懂，行人和驾驶者只需要按照相应的箭头指示即可。但是由于信号灯的组合过多，导致绿信比（绿灯持续时间所占的比例）较小，等待时间长，则会影响驾驶者的情绪。有调查显示，在德国，行人马路口红灯的等待时间忍耐限度是60秒，因此德国人行信号灯设计最长红灯时间都不超过60秒，英国则是45秒。中国目前还没有这样的调查。在广灵二路和中山北路的交叉口红灯的时间为64秒，绿灯时间为42秒，绿灯闪烁倒计时为14秒；在曲阳路玉田路口，红灯的时间长达126秒，绿灯时间仅有34秒，绿灯闪烁倒计时为20s
同时还存在一个问题，根据调查，部分信号灯的数字显示器颜色与灯色不一致，导致驾驶者形成误判，从而引起交通混乱甚至造成交通事故。这是由于感知系统接收的刺激相违背而引起的。
下表是调查118人对以上信号灯的通行看法，从表中可以看出大部分人对于这种状况下的信号灯不知所措
4.2问题改善
通过对各种类型信号灯的调查与分析，再结合人因工程的各项原则设计出以下类型的交通信号灯。

根据视野与视距的原理，在来车方向距离停止线50米处安装警告标志，并设置减速带。通过这个方法提高驾驶员注意力。安全驾驶安装高度5.5米至7米。增加语音提示系统。箭头型信号灯可以和三灯信号灯切换，根降低等待时间，提高交通效率。同时各灯的形状不一致，通过多种刺激提高驾驶者的注意力，加快反应时间。这些措施是通过调整刺激性质和感觉通道以及增加刺激树木的方式来提高驾驶者的注意力，使得驾驶者更好的接受信号。并且使得信号灯的颜色与数字显示器颜色保持一致使人能做出正确的判断
五、应用及原理
红绿灯是应用了光的衍射的原理，红绿灯好考虑到天气的变化，让天气的影响降到最低，光的波长使的红光在气雾，阴天，光线比较差的时候容易看到。特别是起雾的时候红光在雾气里的穿透力比较强，基本上不会受到雾气的影响，司机们比较容易看到。我觉得还有一个原因就是红色比较耀眼比较显眼。 而绿光好象是因为是冷色调的，红光是暖色调，两者刚好是对立的。当然选择绿色也是跟绿光的波长有关的。 
红绿灯主要在车流量大和人流量大的地方会设置，但是红绿灯也有类型的分布，一般对行人来将，倒计时类型的红绿灯应用更为合理，因为倒计时的红绿灯可以更快将信息传递到人的大脑中，行人能更好的做出相应的判断，根据倒计时来对自己做出合理的行为。 如：继续通行，等待，加快脚步等，在倒计时红绿灯的控制下，行人的心理舒适程度会更高，减少抢时间用过的危险现象。对司机来讲，动态红绿灯和倒计时红绿灯的优缺都有，倒计时红绿灯对一些性格较为急躁的司机并不是好的选择，尤其在大城市，通过数字传递到司机大脑中的信息会让急躁的司机去争夺那短短的几秒，往往这种行为这是酿成了车祸，好处就是和行人的好处几乎差不多，司机可以很好的去处理，是否减速，是否匀速，是否停车，对一些外地的司机能传递很好的交通信息。动态红绿灯在一些不是特别拥挤的地方就适用性很大，不是很拥挤的地方一般是当地的居民或者工作人员，他们对红绿灯的变化时间会有较为准确的判断，例如：通过这个路口我大概要等多长时间，一般都心里有数，只是需要电子眼进行抓拍。因为许多有经验的司机会闯红绿灯，安装电子眼能有效防止此现象。红绿灯的应用跟人因工程是分不开的，人对颜色的舒适度，人对颜色信息的处理，人的心理舒适度等等。都和人因工程密不可分。
六、结论
本设计结合了各种类型的交通信号灯的优点，再从人因工程方面去考虑信号灯的各类设计。通过设计出来的信号灯，可以继承以前信号灯的优点，并且可以正确高效的疏导交通。如今中国面临新一轮的跨越发展，旧城区改造也同时进行。道路建设必不可少。所以本设计无论在理论或者实际上都有着一定的推广价值
六、参考文献
[1]郭伏，钱省三主编《人因工程学》机械工业出版社[m]
[2]《中华人民共和国道路交通信号灯标准》（GB148862006）[s]
[3]安全色国家标准GB2893-2001[s]
[4]从互联网搜索所得资料
[5]公安部交通管理局报告
[6]2016中国公路里程报告
目 录

第一章 总 论 1
一、项目提要 1
二、可行性研究报告编制依据 2
三、综合评价和论证结论 3
四、存在问题与建议 4
第二章 项目背景及必要性 5
一、项目建设背景 5
二、项目区农业产业化经营发展现状 11
三、项目建设的必要性及目的意义 12
第三章 建设条件 15
一、项目区概况 15
二、项目实施的有利条件 17
第四章 建设单位基本情况 19
一、建设单位概况 19
二、研发能力 20
三、财务状况 20
第五章 市场分析与销售方案 21
一、市场分析 21
二、产品生产及销售方案 22
三、销售策略及营销模式 22
四、销售队伍和销售网络建设 23
第六章 项目建设方案 24
一、建设任务和规模 24
二、项目规划和布局 24
三、生产技术方案与工艺流程 25
四、项目建设标准和具体建设内容 26
五、项目实施进度安排 27
第七章 投资估算和资金筹措 28
一、投资估算依据 28
二、项目建设投资估算 28
三、资金来源 29
四、年度投资与资金偿还计划 29
第八章 财务评价 30
一、财务评价的原则 30
二、主要参数的选择 30
三、财务估算 31
四、盈利能力分析 32
五、不确定性分析 33
六、财务评价结论 34
第九章 环境影响评价 35
一、环境影响 35
二、环境保护与治理措施 35
三、环保部门意见 36
第十章 农业产业化经营与农民增收效果评价 37
一、产业化经营 37
二、农民增收 38
三、其它社会影响 38
第十一章 项目组织与管理 40
一、组织机构与职能划分 40
二、项目经营管理模式 42
三、技术培训 42
四、劳动保护与安全卫生 43
第十二章 可行性研究结论与建议 46
一、可行性研究结论 46
二、建议 47