随着北京道路建设和区域经济的活跃，新的地名、路名大量涌现。特别是快速路高架路段出口处，由于指路标志存在信息过多且集中的现象(见图 1)，导致驾驶员因没有足够的时间识别理解标志信息，造成错过出口、突然减速、倒车逆行等危险行为频发，严重影响道路交通安全性和顺畅性。

图 1 指路标志现状 Fig. 1 Present situation of guide signs

本研究前期向社会群众发放的关于指路标志的近300份主观问卷调查结果显示，96%的人有走错路经历，其中76%的人员走错路的原因都与指路标志相关；同时，走错路几率与指路标志信息量(37%)以及版面(24%)设计不当有很大关系。究其根源指路标志的信息量大小和版面设计均存在一些不容忽视的问题(见图 1)，严重影响了道路功能的发挥。从驾驶员视认角度看，指路标志不能设置过多的信息量，但有限的指路信息又不能完全满足出行者需求，特别是城市快速路高架路段这种矛盾更加突出。

目前，国家标准《道路交通标志和标线》(GB5768—2009)^[1]中指出指路标志应信息量适中，各方向指示的目的地信息数量之和不宜超过6条；一般道路交叉路口预告标志和交叉路口告知标志版面中，同一方向指示的目的地信息数量不应超过2条；同一方向需选取2条信息时，应在一行或两行内按照信息由近至远的顺序, 由左至右或由上而下排列。实施中快速路指路标志版面设计、内容及设置位置皆按照高速公路标志规格。由于高速公路和城市快速路的道路等级、设计速度等方面存在较大差异，驾驶员对指路标志的信息需求也有所不同，因此，国标中的规定和要求并不能充分满足城市快速路指标标志系统的需求。北京市地方标准《道路交通管理设施设置规范》(DB11/T493—2007)^[2]中仅对城市道路指路标志(一般道路和环路)与公路指路标志(高速公路和一般公路)进行了规定，其中城市指路标志信息选取一般不超过3条，但对快速路指标标志信息量没有特定限定。相比之下，美国MUTCD(2009)^[3]规范更为详细具体，快速路指路标志信息选取一般不超过2条，其尺寸、位置、设置次数、安装方式、版面设计等亦有明确的规定。指路标志相关研究，国内起步较晚，没有形成系统的研究体系，目前使用也存在不统一的现象。针对标志信息量，早在1999年杨久龄、刘会学在《道路交通标志和标线应用指南》中指出根据信息数量的不同，交通人在驾驶时对交通标志传递的信息的合理接收时间为1.5~4.1 s^[4]；2001年刘浩学发现在理解交通标志时，多义性无形中增加了标志的理解难度^[5]；2005年隽志才从视认心理的角度研究了驾驶员对交通标志的视认性，建立了基于视认心理学的驾驶员信息处理过程的概念模型^[6]；2006年，伍速锋从交通信息在减少出行选择不确定性的角度，构建了定量计算交通信息效用的模型^[7]；2008年，黄凯研究了汉字字体、宽高比、笔划粗细、笔画数、字频对汉字视认的影响^[8-9]；2009年，唐琤琤等人在道路交通标志和标线手册中指出接收信息时，信息的理解程度决定了接收难度^[10]。2011年，高丽英基于认知行为对高速公路限速标志设置间距进行研究，获得限速标志设置间距建议值^[11]。2016年，彭余华基于驾驶人视认特性对高速公路作业区文字类交通标志尺寸进行研究，给出了高速公路作业区文字类标志尺寸的设计标准^[12]。

相比国内，国外的相关研究起步较早。Shannon于1948年提出了“信息熵”的概念，解决了对信息的量化度量问题^[13]；2004年Chrysler对比室内PPT放映方法、驾驶模拟方法及现场视频放映方法，从标志理解水平上讲，得出PPT放映方法在研究交通标志传递的信息质量时较为经济、可靠^[14]；2008年，杜志刚等人通过室内模拟试验得出了信息量与视认反应时间的定量关系^[15]; 2011年，Smahel等人通过试验得出纵向排列的信息比横向排列更易于接收的结论^[16]；2014年，HE J等人提出适度的视认负荷能够帮助驾驶或交通参与者保持良好的驾驶状态^[17]。

综上所述，国内外学者从信息视认过程、信息效用、信息数量和信息排列方式等方面对交通标志的视认性进行了研究，但对于信息量大小和信息排列方式等内容之间是否存在交互效应，驾驶员的视认时间是否受到两者耦合关系的影响这些问题没有明确的结论。鉴于此，论文以探索指路标志视认特性为切入点，针对快速路高架路段出口指路标志，通过室内视认试验，获取标志视认时间为指标，探讨在标志信息量大小和信息排列方式变化条件下的指路标志视认特性，以实现快速路指路标志的优化设置方法，在视认时间有限的情况下增加可视的信息量。考虑到指标重要性与可量化性^[18]，本论文中所提的信息量大小指的是标志中的路名数量, 即有几条路名，暂不考虑路名的长度。

招募被试者32名，其中职员、学生、职业司机各占总人数的37.5%(12名)，34.37%(11名)，28.13%(9名)；被试者年龄分布在20~55岁，驾龄2~30 a，无色弱色盲者，裸眼视力在0.5以上，身体健康。试验当天被试者精神状态良好，未饮用茶或咖啡等刺激性饮品，以减少其他因素对被试者造成的影响。

通过Eclipse开发平台，设置标志图片显示和按键操作，指导被试者完成视认任务，采集被试者操作行为数据及视认时间^[19]。试验过程中控制标志图片随机出现，按键由第三方实验员完成，确保试验视认时间数据的一致性。

被试者大都来自北京，为了避免熟悉度对视认特征的影响，选取上海地区路名作为指路标志信息内容。虽然GB—5768中要求指路标志数量最好不超过6个，但是北京出现了8条信息量的快速路高架路段出口指路标志并且使用者众多，标志如图 1，因此，我们将指路标志信息量增加到12条，以确定被试者的信息量视认极限。论文中以信息量(版面中2~12条路名，共11种)及信息在指路标志内的位置(2~12个位置)作为控制因素，设计77种指路标志图片，每张指路标志含1个目标路名。为减少其他因素的影响，指路标志均为快速路高架路段出口指路标志，所有指路标志中路名均不重复出现，指路标志的所有路名均要作为目标路名进行视认，指路标志样式如图 2所示。

图 2 指路标志样式 Fig. 2 Styles of guide signs

试验由预试验和正式试验组成。正式试验中，每位被试者均需随机视认77张指路标志图片，并通过按键确认此次视认完毕。

通过K-S检验可确定试验数据服从正态分布(p=0.55)，并且样本量=信息量种类×被试者人数，远远大于10，符合拉依达准则的使用条件。因此，试验数据采用拉依达准则法进行预处理，剔除视认时间数据中的异常值，并计算每种图片所有被试者平均视认时间及标准差，每种图片的视认时间如表 1所示。

本研究对信息量与视认时间进行统计显著性分析，图 3显示视认时间随着信息量的增大而增加，并存在显著性差异(F=39.747，p=0.000，a=0.05)。

图 3 视认时间和信息量箱线图 Fig. 3 Boxplot of cognitive time and information volume

构建信息量和视认时间之间的量化关系如公式(1)所示，图 4显示信息量与视认时间的关系曲线。

(1)

图 4 视认时间和信息量的关系 Fig. 4 Relation between cognitive time and information volume

式中，y为视认时间；x为信息量；|r|为相关系数绝对值；R²为判定系数。

对回归拟合效果进行方差分析，结果如表 2、表 3所示。

数据分析结果表明，该回归模型能够很好地表示信息量与视认时间的关系(R²＞0.8，F=534.98，p≤0.01)，两者具有明显的线性关系。

图 4可以发现信息量≥8时，视认时间波动较大，为深入揭示视认时间的变化规律，论文引入指路标志的信息排列方式这一影响因素。

将指路标志中信息排列方式分为矩阵与非矩阵式。其中信息量为2，4，6，9，12时，信息均以矩阵式排列；信息量为3，5，7，8，10，11时，信息以非矩阵式排列，具体信息排列方式见图 2。

论文对信息量、信息排版和视认时间的关系进行逐步回归分析，由于对信息量及信息排列方式进行相关分析可得r=0.12，为低度相关，因此构建多重线性回归模型需考虑信息量与信息排列方式的交互效应，设定关系模型如下：

(2)

可得，

(3)

式中，y为视认时间；x₁为信息量；x₂为排列方式(x₂=0：非矩阵式；x₂=1：矩阵式)；|r|为相关系数绝对值；Adjused R²为调整判定系数。具体结果如表 4、表 5所示，拟合效果如图 5所示。

图 5 多重线性回归模型拟合图 Fig. 5 Multiple linear regression model fitting curve

结果表明，该回归模型能够较准确地拟合(Adjused R²＞0.8，F=1 073.491，p≤0.01)。信息量、信息排版和视认时间的定量关系。

对该模型进行整理可得：

(4)

式(4)可以看出，矩阵式比非矩阵式的拟合曲线斜率要小，即当信息按矩阵式排列时可以有效降低标志的视认难度。

根据国内外相关研究，设计速度为80 km/h的快速路，对指路标志的视认时间极限是2 s^[12]。由此，可求得信息量的极限范围：若信息量均以非矩阵式排列，则x₂=0，x₁≤9；若信息量均以矩阵式排列，则x₂=1，x₁≤10。相同时间内，若信息以矩阵式排列，可以增加信息量范围，即针对快速路高架路段指路标志的信息量的范围可以增加到10条，为其优化设置提供了依据。

论文主要针对快速路高架路段出口指路标志，以标志视认时间为指标，分析信息量大小和信息排列方式变化条件下的指路标志视认特性，论文结论如下：

(1) 驾驶员对指路标志视认时间由标志信息量大小来决定，信息量与视认时间之间呈正相关关系；

(2) 驾驶员对指路标志视认时间的长短也会受到信息布局方式的影响，当信息以矩阵形式排列时，可以有效降低标志的视认难度；

(3) 信息布局方式的变化会引起信息量范围的变化，当信息以矩阵式排列时，可增大信息量的极限范围。

相比真实道路环境，视认试验在试验条件控制、数据采集难度方面存在一定的优势。前人研究显示采用室内互动测试方式实施标识视认规律的研究具有相对有效性^[11]，这一点一定程度上保障了论文研究结果的合理性。后续将采用驾驶模拟动态试验以及外场实测进一步开展深入研究，加强静态测试的准确性，为进一步形成设计规范奠定基础。