Ефект на треперещите светлини върху водачите и пътниците
Резюме
Пътната среда включва много фактори, които поради повторения от светлинни сигнали, в рамките на ограничена област от полето, могат да причинят дискомфорт, а в някои случаи дори пристъпи и епилептични припадъци. Под такъв риск са както водачите, така и пътниците. Тези потенциално опасни фактори могат да възникнат при движение по открит път и в тунел.
Затова авторите разработват експериментална програма с цел да се изследват въздействието им върху пътната среда, които могат да предизвикат епилептични припадъци, дължащи се на ефекта от трептенето и да се осигури методика за проектиране и поддържане на пътища, които са безопасни за всички потребители, включително и за хората с фоточувствителност.
1. Въведение:
Надеждността на системата „пътно превозно средство - водач“ се определя от многобройни и сложни фактори. Статистиката показва, че поведението на участниците в пътното движение е основната причина за произшествията (90 %), което го прави основен елемент, върху който трябва да се съсредоточи вниманието. Тъй като поведението на водача силно се обуславя от възприемането на пътната среда, е много важно да се възприеме подходът на проектиране, съобразен с контекста (CSD) [1], или способността да се проектират пътища, които отговарят на очакванията на шофьорите, съставени от хармонични и координирани модели, без изненади или смущаващи фактори, които могат да накарат водача да загуби контрол над превозното средство или да допусне грешка на пътя.
Някои елементи на пътната среда, които генерират циклични повторения на светлинните потоци (трептене), могат да предизвикат различни по вид смущения при хора с фоточувствителност. Тя може да се определи като необичайна реакция към светлинни стимули и се диагностицира в лаборатория с помощта на електроенцефалограма (ЕЕГ), по време на която пациентът се излага на интермитентна фотостимулация (IPS) [2]. Хората, които имат такава чувствителност могат да бъдат засегнати от редица нарушения, вариращи от усещания за дисбаланс и дискомфорт до прояви, свързани с предизвикването на епилептични припадъци. Фоточувствителността има голям генетичен компонент, има тенденция да се появява предимно по време на предпубертета и пубертета (7÷20 години) и засяга повече жените, отколкото мъжете [3, 4].
Между 5 и 7 % от всички пациенти с епилепсия имат клинична анамнеза, включваща припадъци, причинени от визуални стимули в ежедневието, но дори субекти, които не показват патологични реакции (Photoparoxysmal Response - PPR) към IPS в лабораторията, могат да изпитват симптоми като дискомфорт, главоболие, очно напрежение или вегетативни прояви при наличието на светлинни модели [4].
Някои научни изследвания съобщават, че при шофиране по открит път и в тунел могат да възникнат потенциално опасни ситуации и че при всички случаи скоростта на шофиране играе основна роля [3, 5].
На базата на малкото налични източници, авторите задълбочено изследват факторите на пътната среда, които предизвикват ефекта на трептене на открити пътни участъци и в тунел. За целта е разработена експериментална програма, която включва три основни етапа:
-
разглеждане на италианските разпоредби, за да се оцени тяхната чувствителност към потенциалните фактори, предизвикващи трептене;
-
избор на най-значимите фактори, които предизвикват трептене, измежду описаните в литературата, въз основа на мнението на фоточувствителни пациенти;
-
оценка на светлинните честоти, с които са свързани факторите, оказващи влияние, за определяне на разстоянието до тях на пътя, за да се избегне заболяване от трептене.
2. Фактори на пътната среда, които предизвикват трептене
При шофиране на пътя основните фактори, които могат да предизвикат припадък поради ефекта на трептене, са:
-
слънчева светлина, докато шофьорът пътува по осеян с дървета път;
-
прекъсване на слънчевата светлина чрез поставяне на акустични бариери, които са изработени с метална конструкция и големи остъклени панели [фиг. 1];
-
наличие на шумоизолиращи тунели, съставени от метална конструкция и прозрачен покрив и/или предна част в закалено стъкло [фиг. 2].
Фиг. 1. Акустични бариери от стъкло и стомана
Фиг. 2. Тунели със стоманена и стъклена шумоизолация
Когато шофирате в тунел, наличието на светлинни източници, разположени на определено разстояние, по протежение на тунела, може да доведе до светлинни модели. В зависимост от скоростта на шофиране те могат да предизвикат пристъп на трептене. Точковите светлини могат да бъдат [фиг. 3]:
-
първични източници - лампи в тунела;
-
вторични източници - повърхности, върху които се излъчва светлина както от лампите в тунела, така и от светлините на превозните средства, като например:
-
осевите линии, разделящи лентите за движение;
-
светлоотразителността на пътната настилка, която допълва хоризонталната пътна маркировка;
-
точки на „Ботс“, допълващи хоризонталната пътна маркировка;
-
светлоотразителни пътни елементи.
-
В някои тунели, които имат странични отвори, редуването на светлина и сянка също може да създаде критични честоти, които могат да предизвикат проблеми при хора с фоточувствителност [фиг. 4].
Фиг. 3. (а) осветителна система; (б) пътна маркировка
Фиг. 4. Тунели със странични отвори
3. Честоти, които причиняват болестта на трептенето
Учени са установили, че колебанията на светлинния поток в диапазона на честотите, откриваеми за човешкото око, не предизвикват проблеми при нормални условия на осветление, когато честотата на тези колебания е по-ниска от 2,5 цикъла/сек. или по-висока от 15 цикъла/сек. Следователно светлинните източници трябва да бъдат разположени на интервали, така че да се избегнат повторенията между тях [фиг. 5]:
-
2,5 и 15 Hz, съгласно стандарт CIE 88-2004 "Ръководство за осветление на пътни тунели и подлези" [6];
-
5 и 10 Hz, в съответствие със стандарта ANSI/IES RP-22-1987 "Американска национална стандартна практика осветление на тунели" [7].
Честотата на колебанията за субект, движещ се с определена скорост, е свързана с разстоянието между източниците на светлина (i [m]), скоростта на движение (V [km/h]) и честотата (f [Hz]), съгласно формулата:
Фиг. 5. Критични диапазони за болестта на трептене
4. Експериментална програма
4.1 Въведение
Разработена е експериментална програма за изследване на основните фактори на пътната среда, които могат да предизвикат припадъци, дължащи се на ефекта на трептене, с цел да се предоставят полезни указания за проектирането и поддържането на пътища, които са безопасни за всички видове потребители, включително за такива с фоточувствителна епилепсия.
Програмата включва три основни стъпки:
-
проучване на италианските разпоредби, за да се оцени тяхната чувствителност към потенциални фактори за задействане на епилептичен припадък;
-
идентифициране на най-значимите отключващи фактори сред тези, описани в литературата, въз основа на мнението на фоточувствителни пациенти. Въз основа на данните, събрани чрез експериментален въпросник, беше възможно да се определят най-важните причини за получаване на епилептичен припадък от гледна точка на пациентите;
-
оценка на светлинните честоти, с които последните са свързани, за да се определи тяхното разстояние на пътя, за да се избегне епилептичен припадък.
4.2. Преглед на италианските разпоредби
Италианските разпоредби относно проектирането и монтирането на пътни светлини и знаци, определени по-горе като потенциални фактори, предизвикващи трептене, са Италианският кодекс за пътищата (D.L. 30/04/92) и неговите разпоредби [8].
В тях се посочват техническите характеристики и разстоянията за монтиране между отделните елементи, без обаче да се отчитат потенциалните явления, свързани с тяхната визия и възприемане от потребителите. По този начин, също и с цел постигане на по-добра пътна безопасност, те могат да създадат условия за потенциална опасност.
Това може да се потвърди, например, като се разгледат следните нормативни разпоредби [9]:
Чл. 153, в който се посочва, че светлоотразителните пътни маркировки трябва да бъдат на разстояние 15 m на прав участък и на 5 m в завоите;
Чл. 154, точките на точките на Ботс, се поставят при разстояние между два последващи елемента не повече от 100 cm;
Чл. 173, в който се посочва, че шахтите трябва да са разположени надлъжно според радиуса на кривата, а при стойности до 30 m разстоянието между тях трябва да е 8 m;
Чл. 174, в който се посочва, че светлоотразителните еластични пътни ограничители в тунел трябва да бъдат разположени на разстояние не повече от 20 m на прав участък и минимум 8 m в кривите;
Чл. 138, в който се определя размерът и пространството на секциите на осевите линии като се разпределят в осем вида. Тип C, който се използва за разделяне на лентите за движение в тунел, има постоянни стойности на разстоянието, които за някои стойности на скоростта, разрешени от италианския пътен кодекс, попадат в критичното поле за трептене според границите, установени от стандартите на CIE и IES [Таблица 1].
Както е показано на фигура 6, за определени скорости на превозните средства тези индикации могат да доведат до честоти, които попадат в границите на критичния диапазон от 2,5÷15 цикъла в секунда.
Фиг. 6. Критичен обхват за състоянието на трептене
Таблица 1. Честоти за централни линии от тип С
Примерите показват, че в италианските регламенти проблемът с трептенето е слабо засегнат. Нормативният документ пренебрегва недостатъците, свързани с видимостта на някои пътни знаци. Той дава потенциално критични указания по отношение на монтажа, които превръщат тези основни помощни средства за шофиране при определени обстоятелства и скорост на движение в опасни. Проблемът е още по-голям, ако се вземат предвид скоростите на движение.
4.3. Идентифициране на най-значимите фактори, които водят до ефекта на трептене
Изхождайки от известните в научната литературата фактори, предизвикващи трептене, следващата стъпка на експерименталното изследване беше определянето на най-важните от гледна точка на пациентите. Анализът е извършен в партньорство с Катедрата по неврологични науки в Болоня. Медицинския факултет на Болонския университет, който от години лекува пациенти с епилепсия.
Базата данни на пациентите се състои от 22 728 електроенцефалограми, направени между август 1990 г. и декември 2009 г. От тях 261 електроенцефалограми съответстват на фоточувствителни пациенти, които са на възраст между 15 и 84 години, а 86 от тях страдат от фоточувствителна епилепсия [Таблица 2].
Таблица 2. База данни на пациентите обект на изследването
Изготвен е експериментален въпросник, за да се съберат важни данни за светлинните стимули, на които пациентите реагират и които предизвикват пристъпи на трептене или просто са неприятни. Въпросите са структурирани така, че да изискват субективно мнение, което да позволи на всеки участник да изрази директно и точно своите предпочитания.
След първоначалната част, в която се разглежда общата информация на интервюираните, като например лични данни, датата на последната електроенцефалограма с положителна IPS и всяко текущо лечение, е предложена първа серия от въпроси, за да се определи степента на фоточувствителност и цветът на светлината, която причинява дискомфорт или епилептични припадъци.
Втората серия от въпроси, има за цел да установи местата и обстоятелствата, при които се появява дискомфортът или пристъпът, като пациентите се приканват да посочат дали причината за появата му е свързана с изкуствен източник на светлина (телевизия, видеоигри, светлини от дискотеки, осветление в тунели) или с естествен източник (светлина, отразяваща се от водата или снега, слънце, проникващо между лопатките на вентилатор, или между стволовете или клоните на дървета по пътя, или между стълбовете на акустична бариера или шумоизолиращ тунел).
Накрая, последният раздел на въпросника е посветен на потенциалната потискаща ефективност на реакцията на фотопароксизма, упражнявана от специални лещи. Пациентите се питат дали обикновено носят очила с поляризирани лещи и, ако отговорът е положителен, дали ги смятат за полезни [10].
Събраните многобройни данни потвърждават ролята на пътната среда в проблема с припадъците, дължащи се на ефекта на трептене и показват, че най-често дискомфорт при фоточувствителните лица предизвикват осветлението в тунелите, акустичните бариери и шумовите бариери в тунелите, като всички те са с еднаква значимост.
4.4. Оценка на свързаните светлинни честоти
Въз основа на резултатите, получени от въпросника, е необходимо да се проучат факторите, които предизвикват появата на болестта, посочени в отговорите на пациентите. Необходимо е да се посочат светлинните честоти, с които те са свързани, така че да ги отдалечи на определени интервали, с цел да се избегне заболяване от трептене. Така елементите осигуряващи пътната обстановка, които пациентите смятат за критични, бяха заснети с помощта на Full HD видеокамера, поставена в автомобила, свързана със стъклото, от гледната точка на водача. За всеки сценарий, като се започне от скоростта на превозното средство, чрез разделяне на заснетия материал на отделни кадри, беше изчислена честотата на светлинния поток и тя след това беше сравнена с тази, която е потенциално критична за фоточувствителните субекти.
Видеотехниката с висока разделителна способност е избрана, защото е лесен и универсален инструмент, който позволява да се получи лесен за обработка филм, подходящ за третиране на фоточувствителни пациенти в лабораторията. Те ще бъдат наблюдавани чрез визуална симулация, а съответната ЕЕГ ще бъде изследвана, за да се установят евентуални патологични реакции.
Кадрите са получени на 40 км италиански магистрали в Северна Италия и включват пътни тунели, тунели с шумозащитни бариери и акустични бариери [Таблица 3, фиг. 7 и 8].
Таблица 3. Кадри, получени с Full HD видеокамера: процент на наблюдаваните елементи от общия заснет и изминат път
Фиг. 7 Обекти на изследване по автомагистрала (част 1)
Фиг. 8. Обекти на изследване по автомагистрала (част 2)
При средна скорост на превозното средство от 110 км/ч (r10 км/ч) е възможно да се получат диапазони на светлинния поток за всеки тип елемент [Таблица 4].
Таблица 4. Диапазони от честоти за откритите елементи
Диапазоните на честотите, получени от филмите, са сравнени с тези, които се считат за потенциално критични за фоточувствителните лица. За непосредствено разбиране на резултатите, стойностите, отчетени в таблица 4, са включени във фиг. 9, 10 и 11. Наблюдаваните елементи водят до честоти, които попадат в рамките на критичния диапазон от 2,5÷15 цикъла в секунда.
Фиг. 9. (а) пътни тунели (система за осветление); (б) критичен обхват за хора с фоточувствителност
Фиг. 10. (а) тунели с шумоизолиращи бариери; (б) критичен обхват за хора с фоточувствителност
Фиг. 11. (а) акустични бариери; (б) критичен обхват за хора с фоточувствителност
Освен това въз основа на получените резултати е възможно да се оцени минималното разстояние, на което тези наблюдавани елементи трябва да бъдат монтирани на магистралата, за да се избегне заболяване от трептене [Таблица 5].
Таблица 5. Минимално разстояние за инсталиране на откритите елементи
5. Заключение
Могат да се направят следните изводи:
- има многобройни елементи на пътната среда, които чрез генериране на циклични повторения на светлинните потоци, могат да предизвикат смущения при фоточувствителните лица, когато шофират;
- проблемът с трептенето е слабо застъпен в италианските регламенти. Пренебрегвайки явленията, свързани със зрението на някои пътни знаци, той дава потенциално критични указания. Те създават честоти, попадащи в критичния диапазон за болестта на трептенето, така че при определени обстоятелства и при определени скорости на движение тези основни помощни средства за шофиране се превръщат в неудобство за ползвателите, но също така могат да бъдат опасни до толкова, че да станат причина за настъпването на пътен инцидент;
- данните, събрани във въпросника от фоточувствителните лица, показват, че най-важните фактори, които предизвикват смущения, са светлинните източници при шофиране в тунели, тунелите с шумозащитни прегради, акустичните прегради, всички с еднаква значение;
- видеотехниката с висока разделителна способност се оказа много полезен инструмент за определяне на критичните честотни диапазони за болестта на трептенето;
- получените резултати показват, че често осветителната система в тунелите, шумозащитните бариери в тунели и акустичните бариери се инсталират на пътя по начин, който създава честоти, попадащи в критичния диапазон на трептене, което е опасно за хора с фоточувствитерност. Затова е необходимо да се преразгледат италианските разпоредби за инсталиране и поддръжка на тези системи и елементи, за да изграждат пътища, които са безопасни за всички участници в движението, включително и за фоточувствителните лица.
Използвана литература
[1] Dondi, G., Simone, A., Lantieri C., & Vignali V. (2011). Bike lane design: the context sensitive approach. Procedia Engineering, 21, 897- 906.
[2] Shiraishi, H, Tateki, F, Yushi, I. & Kazuichi, Y. (2001). Photosensitivity in relation to epileptic syndromes: a survey from an epilepsy centre in Japan, Epilepsia, 42(3), 393- 397.
[3] Clippingdale, S. & Isono, H. (1999). Photosensitivity, broadcast guidelines and video monitoring, IEEE, Tokyo.
[4] Harding, G.F.A. & Harding, P.F. (2008). Photosensitive epilepsy and image safety. Applied Ergonomics, 4, 504-508.
[5] Cobb, S. (1947), Photic driving as a cause of clinical seizures in epileptic patients, Archives of neurology and psychiatry, 58, 70.
[6] Commission Internationale de L’Eclairage (2004). Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses. Pubblication CIE 88.
[7] Illuminating Engineering Society of North America, IESNA (1987). American National Standard Practice for Tunnel Lighting. RP-22.
[8] D.L. 30/04/92 (1992). Italian Road Code.
[9] Cantisani, G. (1999). Flickering e abbagliamento da sorgenti luminose secondarie nelle gallerie stradali, Quarry & Construction, 12, 121- 128.
[10] Schiavone G. (2011), Fotosensibilità: studio di prevalenza in un centro neurologico di terzo livello. Caratteristiche elettrocliniche e suscettibilità agli stimoli ambientali, Graduation thesis, University of Bologna, Supervisor Prof. Paolo Tinuper.
Автори на изследването
Giulio Dondi – Университет на Болоня
Valeria Vignali – Университет на Болоня
Claudio Lantieri – Университет на Болоня