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司机室光环境工效学实验评估

发表时间：2021/4/14 来源：《城市建设》2021年2月作者：董华新李珊珊岳立明

[导读] 随着国家经济发展，越来越多的城市开通了轨道交通车辆。对于车辆运营安全性息息相关的司机室光环境问题，需要进行更加深入的研究及实践。本文研究的主要内容为驾驶员在不同光环境中视觉功能，根据司机室的人机界面，分析目前司机室内发光器件设置的合理性，提出防眩光建议，缓解驾驶员视觉疲劳

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摘要：随着国家经济发展，越来越多的城市开通了轨道交通车辆。对于车辆运营安全性息息相关的司机室光环境问题，需要进行更加深入的研究及实践。本文研究的主要内容为驾驶员在不同光环境中视觉功能，根据司机室的人机界面，分析目前司机室内发光器件设置的合理性，提出防眩光建议，缓解驾驶员视觉疲劳。工效学实验是对司机室内不同光环境的主观评价与工作绩效的评估，研究影响舒适度和视觉绩效的光环境因素。通过分析与评估，提出照明优化建议，改善现有光环境，提高驾驶员的视觉舒适度和行车安全性。
关键词：司机室；光环境；工效学实验；
        前言
        当前，我国社会经济发展迅速，越来越多的城市开通了轨道车辆，人们对轨道交通车辆的安全性的关注也越来越高。秉持以人为本的精神，为满足车辆的运营安全，轨道车辆的设计将更多考虑驾驶员工作环境，改善驾驶员视觉舒适性，缓解驾驶员视觉疲劳，提高行车安全。
        一、光学参数
        眩光：表示由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起不舒适感觉或降低观察细部或目标的能力的视觉现象。
        照度：表示单位面积上的光通量分布。
        亮度：表示单位投影面积上的发光强度。
        亮度均匀度：表示显示屏表面的亮度差与平均亮度之比。
        二、实验目的
        以主观评价结果评估在各种实际光环境中司机的视觉舒适程度和绩效结果，研究影响舒适度和视觉绩效的光环境因素，提出照明优化建议。
        三、实验设置
        3.1实验场景模式
        实验场景分为三种模式，分别为夜间模式、日间模式、动态模式。其中，夜间模式又分为12种照明条件N1-N12，日间模式分为2种照明条件D1、D2，动态模式分为进入隧道和出隧道IN、OUT两种照明条件。
        3.2实验流程
        在不同模式下，被试在进行实验时有不同的实验任务。夜间模式下，被试需要在每个光照条件观察周围环境，填写夜间模式视觉舒适评价量表、不舒服眩光与均匀度评价量表。日间模式下，被试需填写日间模式视觉舒适评价量表、不舒服眩光与均匀度评价量表。动态模式下，被试需在观察光环境的动态变化后，完成视觉适应评价量表和不舒适眩光与均匀度评价量表。
        四、实验数据分析
        4.1被试信息
        本次实验共有16名被试参与，2名女性，14名男性，平均年龄27岁，均无色盲等视觉问题。
        4.2夜间模式数据分析
        夜间模式共有12种照明条件，在每一种条件下进行了夜间模式视觉舒适度评价、不舒适眩光和均匀度评价。
        不同被试之间存在着个体差异，因此对每个被试的主观评价做了标准化处理，将问卷评价得分映射到[0,1]区间上，再进行比较。对眩光和均匀度的评价则选取一个基准条件N10（司机台照明灯光通量设置100%，顶灯光通量设置100%），与其他条件相比较，得出的评价差值作为比较对象。

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        根据实验结果，可知操作台发光器件设置合理，典型眼位无明显眩光感受，列车行驶过程中，不影响驾驶员在夜晚的正常视觉作业。N11的条件下对显示器件带来的眩光感受优于N1条件，即夜晚顶灯开启，司机台照明灯开启和关闭情况进行对比，关闭司机台照明灯时，周围环境黑暗，较高的显示器亮度易引起不舒适眩光，在周围光环境较暗时，可降低显示器亮度；
        夜间场景中，列车外部环境亮度较低，司机室内发光器件具有一定亮度，易形成不舒适眩光。实验结果表明，顶灯关闭，打开司机台照明灯情况下，司机台照明灯亮度越大，眩光感受越强烈。保持司机台照明灯亮度不变的情况下，顶灯的亮度越大，眩光感受越强烈。因此，降低司机台照明灯与顶灯亮度可降低眼位眩光值。
        光环境感知均匀度评分与眩光感受评分相结合，可以看到在一定范围内，眩光感受越高，光环境感知均匀度越差，可能会产生更多的视觉不舒适感。在不影响视觉作业的情况下，提高发光设备的亮度均匀度有利于减少驾驶员的视觉不舒适度。其中，夜间司机室照明条件对列车前侧标志物视觉识别影响不显著，可以说明前风挡玻璃成像不影响驾驶员正常视觉作业；
        4.3日间模式数据分析
        日间模式共有两种条件，在司机室正前方安置金卤灯模拟日光，模拟日光成30°角照进司机室。D1条件下司机室座位前方的遮光板收起，D2条件下遮光板放下。对两组数据的结果进行配对样本t检验分析，结果不存在显著性差异。日间直射进司机室的光线并不会对视觉舒适度和视觉任务绩效造成显著影响，不影响驾驶员的正常视觉作业。
        4.4动态模式数据分析
        动态模式分为进入隧道和出隧道两种。进入隧道时，司机室外照明灯具突然关闭；出隧道时，司机室外照明灯具突然点亮。被试在充分适应初始环境后，对照明环境突变时的视觉舒适度进行主观评价。可以看到，进入隧道时人眼的舒适性更高，出隧道时，人从暗视场进入亮视场，由于前方阳光的照射，眩光对人眼舒适性影响较大。
进入隧道模式中，光环境的变化未造成明显眩光感受与视觉不舒适。出隧道模式中，由于前方光线的突然照射，不舒适眩光感受较强烈，可能会影响驾驶员的正常视觉作业。两种动态模式中，外界光环境亮度变化剧烈，环境视觉均匀度均较低。
        4.6小结
        对全部场景进行综合分析后发现，各场景的均匀度评价存在显著差异；各场景的眩光评价不存在显著差异。夜晚司机室内不开灯时，显示器件产生的眩光不舒适感更加严重，但不影响驾驶员的正常视觉作业。当周围光环境较暗时，可降低显示器亮度，提高视觉舒适度。动态模式下，进入隧道时由明变暗，不存在不舒适眩光，而出隧道时由暗变明，带来较明显的不舒适眩光。日间模式下，日光不会影响对显示屏上信息的阅读和对车外环境的观察，操作台发光器件未带来眩光感受，同时前后亮度差异也未导致不舒适感。动态模式下，照明条件的改变不会影响对车内外环境的观察。
        五、司机室改善建议
        增大司机台照明灯光通量，并改善发光角度，提高操作台表面照度，同时可进一步改善右侧窗玻璃上成像问题。也可提高操作台表面材料的反射率或设置为自发光器件，以提高操作台表面字符的辨识度。
        不同光环境选择不同的屏幕亮度，在较暗光环境中选择较低的屏幕亮度，以降低不舒适眩光，在较亮光环境中选择较高的屏幕亮度。
        出隧道时打开车内照明灯具，提高司机室内部环境亮度，减小内外光环境的亮度对比。并放下遮光板，对外部环境光线的突然照射起到一定遮挡作用。
        六、结束语
        综上所述，司机室光环境是与司机直接接触的接口，直接决定了驾驶人员的工作感受。随着社会的进步，需要我们发现更多符合时代需求的新型研究手段，提高司机操作舒适性，提高车辆运行安全性。
参考文献：
[1]周晓易.动车组列车司机室照明灯具布置对反射眩光的影响[J].北京交通大学,2015.
[2]陈奎.驾驶舱眩光仿真分析与实车评价[J].中国公路学报,2019.
[3]何润.列车司机室视景仿真系统的研究与实现[J].西南交通大学,2012.