Key words
(German)
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Tunneleinfahrt, Einsicht- und Übergangsstrecke, Lichtverhältnisse, Bewegungssehen, Schätzung der Kollisionszeit und der Kollisionsdistanz, Blendung, transiente Adaptation
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Key words
(English)
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Tunnel entrance, access and threshold zone, lighting conditions, motion perception, estimation of time and distance to collision, glare, transient adaptation
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Short description
(German)
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Das Projekt dient zur Untersuchung der Hypothese, wonach abrupt ändernde Lichtverhältnisse beim Tunneleintritt zu einer Fehlschätzung der Kollisionsgefahr mit dem voranfahrenden Fahrzeug führen. Von Interesse sind sowohl die Beeinflussung des Bewegungssehens als auch die verminderte Sichtbarkeit komplexer Sehobjekte. Letztere ist zum Teil bereits untersucht worden, jedoch nicht bis zu derart hohen Leuchtdichtesprüngen, wie wir sie neulich bei einer Tunneleinfahrt gemessen haben. Zudem ist die Sichtbarkeit bei transienter Adaptation bislang nur für einfache Sehobjekte ermittelt worden. Mit unserem Vorhaben soll die Sichtbarkeit für realitätsnahe Objekte, wie Autohecks, Tunnelwand, Signaltafeln etc., für einen grossen Bereich an Leuchtdichtesprüngen ermittelt werden. Aus den experimentell gewonnenen Erkenntnissen leiten sich Gestaltungsmassnahmen zur Verbesserung der Verkehrssicherheit im Einfahrtsbereich des Tunnels (Einsicht- und Übergangsstrecke) ab.
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Short description
(English)
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In this project we investigate the hypothesis stating that abrupt changing lighting conditions while entering a tunnel are the cause for misjudgment of risk of collision with the preceding vehicle. In particular, we will study the effect of abrupt changing lighting conditions on motion perception and on visibility of complex targets. The latter has in part been investigated in the past, however, not using such large variations in lighting as we recently have measured in a tunnel entrance. Past investigations about the effect of transient adaptation on visibility are limited to simple targets. We will expand investigations about transient adaptation by studying visual performance within a large range of abrupt changing lighting conditions and using realistic objects such as rear of a car, tunnel wall and signs. Experimental results will be used to improve traffic safety in proximity of the entrance of tunnels (threshold and transition zone).
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Project description
(German)
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A) Fehlschätzung der Kollisionszeit. Die Fehlschätzung der Kollisionszeit wird mit einem Experiment untersucht, das an jenes von Gray und Regan (2007) anlehnt. Gray und Regan (2007) untersuchten im Simulator das Linksabbiegen vor einem entgegenkommenden Fahrzeug einmal mit und einmal ohne Blendung durch Sonnenlicht. Für unser Vorhaben werden wir unseren Fahrsimulator (s.u.) umrüsten. Das Umrüsten umfasst zum einen die Programmierung der Versuchsaufgabe und zum anderen eine lichttechnische Erweiterung des Simulators, sodass die bei Tunneleinfahrt vorkommenden Leuchtdichtesprünge in realer Grösse (104 cd/m2) nachgestellt werden können. Geplant sind mehrere Versuche, bei denen Bremsverhalten und verbale Distanzschätzung unter verschiedenen Lichtbedingungen und bei vorgelagerten Objekten unterschiedlicher Komplexität und unterschiedlicher Geschwindigkeit ermittelt werden. Aus den Versuchsergebnissen werden Gestaltungshinweise zu den lichttechnischen Massnahmen (Beleuchtung, Materialien Tunnelportal, Signalisierung etc.) und zur Fahrgeschwindigkeit im Bereich der Tunneleinfahrt abgeleitet.
B) Transiente Adaptation. Für die Erweiterung bestehender Kenntnisse über die Sichtbarkeit bei transienter Adaptation werden Versuche in Anlehnung an die Arbeiten von Greule (1993) durchgeführt. Bei Detektions- und Diskriminationsaufgaben werden Kontrastschwellen und Schwellenerhöhungsfaktoren für Leuchtdichtesprünge bis zu 20‘000 cd/m2 ermittelt. Die Versuche werden für mehrere Zeitbereiche der Adaptation durchgeführt. Ein Bereich betrifft die Einsicht- und ein weiterer die Übergangsstrecke im Tunnel. Als Testzeichen werden bei den Versuchen nebst dem Landoltring („C“) auch vollwertige Autohecks, Signaltafeln und Bauobjekte angeboten. Die Ergebnisse der Versuche werden Auskunft über Sichtbarkeit der Testobjekte liefern. Des Weiteren werden die Ergebnisse in Zusammenhang mit den aktuell vorliegenden Beleuchtungsnormen CIE 88:2004 und DIN 67524-1 gebracht. Auch ist denkbar, dass unsere Ergebnisse in ein laufendes Projekt der ASTRA Eingang finden, bei dem die Technik der Ausleuchtung des Tunneleingangs mittels Spiegel erprobt werden soll (ASTRA 2008/16). Die Ergebnisse fliessen bei der Interpretation der beim Experiment über die Fehlschätzung (A) gewonnenen Erkenntnisse.
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Expected findings/ usefulness, beneficiaries
(German)
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Ein für die Sehaufgabe valider Zusammenhang zwischen Sehleistung und transienter Adaptation wird bei adäquater Umsetzung der Erkenntnisse zur Reduktion von Unfällen im Bereich der Tunneleinfahrt führen.
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Methods
(German)
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Im Folgenden werden Inhalte in chronologischer Reihenfolge und Zeitbedarf (in Monaten für Forscher gem. SIA KAT D) der geplanten Arbeitspakete A, B und C aufgelistet.
A) Experiment Fehlschätzung (Zeitbedarf = 15.25 Monate)
1. Definition und theoretische Evaluation der Aufgabe (verbale Schätzung, analoge Schätzung, Bremsmanöver, Abbiegeverhalten, …) (2 Mo)
2. Implementierung der Aufgabe auf den Fahrsimulator (3 Mo)
3. Aufbau einer lichttechnische Vorrichtung zur variablen Wiedergabe der hohen Leuchtdichten ähnlich wie am Portaleingang (3 Mo)
4. Pilotversuche und Festlegung der Datenauswertung (1 Mo)
5. Ethik Gesuch (0.25 Mo)
6. Rekrutierung Versuchspersonen (VPn) inkl. Sehtests (20 VPn < 20 J, 20 VPs ³ 40 J) (1 Mo)
7. Hauptversuch (3 Mo)
8. Auswertung (1 Mo)
9. Bericht mit Schlussfolgerungen (1 Mo)
B) Experimente zur Sichtbarkeit (Zeitbedarf = 11 Monate)
1. Definition von Aufgabe (Detektion, Diskrimination) und Testobjekte (Autoheck, Signaltafeln, etc.) (1.5 Mo)
2. Aufbau lichttechnische Versuchseinrichtung in Anlehnung an Greule (2003) (4 Mo)
3. Ethik Gesuch (0.25 Mo)
4. Rekrutierung Versuchspersonen (5 VPn) (0.25 Mo)
5. Versuche (2 Leuchtdichtesprünge, 2 Zeitintervalle, 5 Testobjekte, 20 Versuche / Versuchsperson à je 15-30 Minuten) (3 Mo)
6. Auswertung (1 Mo)
7. Bericht und Schlussfolgerungen (1 Mo)
C) Übergeordnete Aufgaben (Zeitbedarf = 7.5 Monaten)
1. Literaturrecherchen (2 Mo)
2. Sichtung realer und Auswahl für die Experimente A und B relevanter Fahrsituationen mit Experten des Tunnelbaus und des Strassenverkehrs (0.5 Mo)
3. Zusammenfassen der Ergebnisse beider Experimente (1 Mo) Ableitung von Gestaltungsmassnahmen mit Experten des Tunnelbaus und Strassenverkehrs (4 Mo)
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Special tools and infrastructure
(German)
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1) Fahrsimulator ausgestattet mit stereoskopischer Grossbildprojektion mit Ton, Blick- und Kopfbewegungserfassungssystem, Forced feedback Lenkrad, Pedalerie, haptisches Rückmeldungssystem, stereoskopische Aufnahmevorrichtung usw.
2) Versuchsaufbau zur Darbietung grosser Leuchtdichtesprünge 3) Psychometrische Verfahren zur Registrierung der Antworten der Versuchspersonen
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Overview of research activities
(German)
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In einer Literaturübersicht stellt Cohen (1986) fest, dass nur „spärlich Untersuchungen über die Geschwindigkeitswahrnehmung als Funktion der Lichtverhältnisse“ (s. 30 in Cohen 1986) vorhanden sind. Seither sind zwar einige Studien zum Thema erstellt worden, diese betreffen aber nicht die abrupt ändernde Lichtverhältnisse, wie sie bei der Tunneleinfahrt vorliegen sondern, befassen sich z. B. mit dem Effekt der Blendung durch Sonnenlicht auf Fehlschätzung von Geschwindigkeiten (Gray 2007) oder mit dem Effekt der Blendung auf die Reaktionszeit beim mesopisch adaptierten Auge (Aguirre 2008).
Eigene Literaturrecherchen und eine Rückfrage beim Autor der obengenannten Dissertationsarbeit über die transiente Adaptation (Greule 1993) ergaben, dass zur transienten Adaptation ebenfalls nur spärlich Literatur vorhanden ist. Heutzutage ist die transiente Adaptation bei Situationen wie im sie z. B. am Büroarbeitsplatz bestehen (Sheedy 2005), also mit geringen Leuchtdichtesprüngen im Vergleich zur Tunneleinfahrt, von Interesse. Im Jahre 1995 wurde eine Studie im Auftrag der Vereinigung Schweizer Strassenfachleute (VSS 1995) angefertigt, bei der die visuelle Problematik von Knoten im Bereich von Tunneln untersucht wurde. Die Studie ist auf statische Objekte im Tunnel (Kreisel, Ampel) oder auf die Situation mit Schritttempo voranfahrender Autos beschränkt. Die Autoren der Studie (VSS 1995) untersuchten u. A. die Kontrastschwellenerhöhung, welche durch die abrupte Änderung der Lichtverhältnisse bei Tunneleintritt verursacht wird und zwar für Leuchtdichtesprünge knapp unter 5‘000 cd/m2. Wie die Autoren (VSS 1995) feststellen, lassen sich mit den vorhandenen Daten „kaum Schlüsse“ auf „die Sichtbarkeit von Objekten … mit komplexer Oberfläche wie Autos“ ziehen.
Das Bewegungssehen und die Sichtbarkeit sind zwei unterschiedliche Phänomene, die aber zusammenhängen. Für beide ist bei hohen Leuchtdichtesprüngen ein Wissensdefizit auszumachen. Wie dem bfu-Report Nr. 51 (Salvisberg 2004) zu entnehmen ist, ist auch das Fehlen eines adäquaten Datenmaterials über Unfallereignisse im Strassentunnel mit ein Grund für die oben beschriebene Wissenslücke. Salvisberg (2004) fordert eine genauere Lokalisierung der Unfallereignisse innerhalb des Tunnels, damit der Zusammenhang mit lichttechnischen Parametern besser untersucht werden kann. Die Erfahrung von Experten lässt vermuten, dass eine auffällige Häufung der Unfälle im Eingangsbereich des Tunnels auszumachen ist, was auf eine ungünstige Änderung der Lichtverhältnisse hindeutet.
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Project aims
(German)
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In diesem Forschungsprojekt wird die Auswirkung abrupt ändernder Lichtbedingungen bei Tunneleinfahrt auf das Sehen untersucht. Die Untersuchung geht von der Hypothese aus, dass abrupt ändernde Lichtbedingungen zu einer Fehlbeurteilung der Kollisionsgefahr mit dem vorangehenden Fahrzeug führen. Im Fokus der experimentellen Studie stehen das verfälschte Bewegungssehen und die reduzierte Sichtbarkeit komplexer Objekte. Im Vergleich zu bisherigen Studien, werden im beantragten Projekt 1. höhere Leuchtdichtesprünge, 2. das Bewegungssehen mit einem direkten Ansatz und 3. die Sichtbarkeit realer Verkehrsobjekte untersucht.
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Project aims
(English)
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This project aims to investigate the effect of abrupt varying lighting conditions, such as may appear while entering a tunnel, on vision. The investigation is based on the assumption that abrupt varying lighting conditions are the cause for a misjudgment of risk of collision with the preceding vehicle. In particular, our experimental research will focus on misjudgment of vehicle motion perception and on reduced visibility of complex objects. In contrast to previous studies, our project aims 1. to investigate effects at higher luminance steps, 2. to investigate motion perception by means of a direct approach and 3. to investigate visibility using real traffic objects.
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Research agenda
(German)
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Der Forschungsplan sieht vor, in zwei getrennten Arbeitspaketen die beiden oben erwähnten Effekte experimentell zu untersuchen, die durch die abrupte Änderung der Leuchtdichte bei Tunneleintritt bedingt werden. Ein erstes Arbeitspaket (A) ist der Fehlschätzung der Geschwindigkeit und der Distanz des voranfahrenden Fahrzeugs gewidmet. In einem zweiten Arbeitspaket (B) wird auf die Änderung der Sichtbarkeit eingegangen. Den beiden Arbeitspaketen wird ein drittes (C) Überlagert, indem übergeordnete Arbeiten durchgeführt werden. Meilensteine Bilden die Abschlüsse der Arbeitspakete A und B. Aus Effizienzgründen werden sich die beiden Arbeitspakete teilweise überlappen.
Inhalte und Zeitbedarf für die Arbeitspakete A-C werden unten (s. Methodik) erläutert.
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Transfer and application
(German)
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Gestaltung Tunneleinfahrt, Einsicht- und Übergangsbereich, Geschwindigkeitsregime
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Publications / Results
(English)
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1484
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Berichtsnummer
(German)
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1484
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Literature
(German)
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· Aguirre R., Colombo E., Barraza J., Effect of glare on simple reaction time, J. Opt. Soc. Am. A: 2008; 25(7); 790 – 1798
· ASTRA 2008/16, UDB - Eclairage des tunnels avec miroirs
· CIE 88:2004, (2nd edition), Guide for the lighting of tunnels and underpasses
· Cohen A. S., Möglichkeiten und Grenzen visueller Wahrnehmung im Strassenverkehr, In: Unfall- und Sicherheitsforschung Strassenverkehr, Heft 57, Bundesanstalt für Strassenwesen, Wirtschaftverlag NW, Bremerhaven,1986
· DIN 67524-1, (Juli 2008), Beleuchtung von Strassentunneln und Unterführungen
· Gray R., Regan D., Glare susceptibility test results correlate with temporal safety margin when executing turns across approaching vehicles in simulated low-sun conditions, Ophthal. Physiol. Opt., 2007: 27; 440-450
· Greule R., Kontrastschwelle bei transienter Adaptation, Dissertation an der Universität Fredericiana, Karlsruhe, 1993
· Salvisberg U., Allenbach R., Cavegn M., Hubacher M., Siegrist S., Verkehrssicherheit in Autobahn- und Autostrassentunneln des Nationalstrassennetzes, bfu-Report Nr. 51, Schweizerische Beratungsstelle für Unfallverhütung bfu, Bern, 2004
· Sheedy J., Smith R., Hayes J., Visual effects of the luminance surrounding a computer display, Ergonomics, 2005: 48(9); 1114 – 1128 VSS 1995, Balzari & Schudel AG (Lanz R., Schaufelberger W., Marino F.) und Institut für Psychologie der Uni Bern (Groner R., Groner M., Zahnd D.), A – Niveau – Knoten im Bereich von Tunneln, Forschungsauftrag 13/90 und 15/90 im Auftrag der Vereinigung Schweizerischer Strassenfachleute (VSS)
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