基于MATLAB的交通標(biāo)志設(shè)計方法研究
摘要將交通標(biāo)志的設(shè)計工作進(jìn)行系統(tǒng)化和層次化分析和梳理，簡要介紹了MATLAB的基本特點。首次將其應(yīng)用于交通標(biāo)志設(shè)計，給出了幾個基本的設(shè)計案例，并對交通標(biāo)志的系統(tǒng)化和自動化設(shè)計發(fā)展方向作出了展望和預(yù)測。
關(guān)鍵詞MATLAB；交通標(biāo)志；設(shè)計
0交通標(biāo)志設(shè)計分析與梳理
交通標(biāo)志體系的設(shè)計應(yīng)該是高度自動化和層次化的勞動，而目前交通標(biāo)志設(shè)計還基本處于較低的層次，即對每一塊標(biāo)志板的單獨(dú)設(shè)計，并沒有達(dá)到系統(tǒng)化設(shè)計的高度自動化的階段。從理論上講，對于一個既定的路網(wǎng)，應(yīng)該有一套合適的規(guī)則，從而自動判斷在何時何地，設(shè)置何種標(biāo)志，從而最大程度免去人工的具體操作。這有兩個好處，一是可以降低設(shè)計者的勞動強(qiáng)度，二是避免個體差異傳遞到設(shè)計結(jié)果中。
一般交通標(biāo)志設(shè)計者使用Coreldraw、Photoshop、AutoCAD等公共圖形設(shè)計軟件來直接設(shè)計交通標(biāo)志，涉及到單位調(diào)節(jié)、各要素之間的排列組合、調(diào)整，實際上是一種形式上數(shù)字化的手工操作，容易偏離規(guī)范要求，難以控制設(shè)計質(zhì)量，這就對專業(yè)的交通版面標(biāo)志設(shè)計軟件提出了現(xiàn)實需求。劉會學(xué)曾經(jīng)在1996年研究過交通標(biāo)志計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)TSCAD，并在首都機(jī)場高速公路等路段的標(biāo)志設(shè)計中應(yīng)用[1]，但沒有將相關(guān)性高的標(biāo)志整體考慮。之后對于交通標(biāo)志設(shè)計軟件的開發(fā)，大多比較側(cè)重于結(jié)構(gòu)安全，或者信息閾值的研究[2]，而對版面設(shè)計質(zhì)量控制和標(biāo)志之間的系統(tǒng)性重視不夠。
綜合來看，交通標(biāo)志的設(shè)計是綜合定量、自由取量和完全自由的平面設(shè)計，后者是一種創(chuàng)新型的設(shè)計，不便進(jìn)行自動化、機(jī)械化。指路標(biāo)志的版面一般都是矩形，但是地名、字體大小、字?jǐn)?shù)等都依據(jù)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)計車速確定。可見，即使在一塊交通標(biāo)志中，也是常量和變量的組合。圖1表達(dá)了交通標(biāo)志的參數(shù)與外部環(huán)境（特別是路網(wǎng)條件）的相關(guān)性，標(biāo)志的顏色和形狀高度依賴于標(biāo)志類型。
圖1交通標(biāo)志的參數(shù)與設(shè)計條件、環(huán)境的關(guān)系
1MATLAB簡介和交通標(biāo)志特性分析
1.1MATLAB簡介
MATLAB是一款功能非常強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件，可以進(jìn)行各種科學(xué)計算和程序開發(fā)，在航空航天、數(shù)理統(tǒng)計、模擬仿真等方面都有深入的應(yīng)用。一般而言，MATLAB在交通標(biāo)志的識別中研究較多，屬于圖像分析處理的范疇，本文的研究范圍處于設(shè)計階段。
MATLAB與以大眾設(shè)計軟件的區(qū)別就在于可以將設(shè)計步驟編程、打包，對實際設(shè)計者展現(xiàn)有限的、友好的交互設(shè)計界面，從而嚴(yán)格地、精細(xì)地控制設(shè)計質(zhì)量，而且由于MATLAB的數(shù)據(jù)庫功能，可面向路網(wǎng)、交通管理措施以及相關(guān)地名的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行體系化的自動設(shè)計，為系統(tǒng)化設(shè)計的發(fā)展方向提供良好的技術(shù)支持，這就是MATLAB區(qū)別于其他平面設(shè)計軟件的巨大發(fā)展前景。
1.2相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和交通標(biāo)志特性分析
各國都有各自的道路交通標(biāo)志方面的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。ManualonUniformTrafficControlDevices（MUTCD）[3]是美國的交通控制設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)，其中第二部分是關(guān)于交通標(biāo)志的標(biāo)準(zhǔn)，普遍應(yīng)用的是2003版，現(xiàn)已經(jīng)出版最新的2009版。GB5768[4]是中國的道路交通標(biāo)志表現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用的是1999版，現(xiàn)已經(jīng)出版最新的2009版，并對國家高速公路網(wǎng)的標(biāo)志進(jìn)行了大力整合。從目前已有的交通標(biāo)志規(guī)范而言，并沒有對交通標(biāo)志的設(shè)計過程制定嚴(yán)格的操作標(biāo)準(zhǔn)，往往造成各種設(shè)計方法之間的不兼容和不協(xié)調(diào)。由于計算機(jī)軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，各種設(shè)計軟件的綜合性和可操作性造成了設(shè)計者各自的使用慣性。
交通標(biāo)志相比較其他的設(shè)計而言，具有如下幾點特征。平面性：首先，交通標(biāo)志是供駕駛員在駕駛途中閱讀的，是傳遞交通信息的介質(zhì)，所表達(dá)的信息有可能會影響到駕駛員的駕駛行為。一般的交通標(biāo)志都是平面的，而且平面類型有所限制，一般以矩形、圓形、三角形等規(guī)則平面居多。規(guī)范指導(dǎo)性：交通標(biāo)志要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，盡可能在大的區(qū)域內(nèi)保證不同背景的駕駛員都能正確理解標(biāo)志所傳達(dá)的信息。有限選擇性：一般對于交通標(biāo)志中的指路標(biāo)志和輔助標(biāo)志，設(shè)計人員有一定的設(shè)計自由，其他的交通標(biāo)志一般都嚴(yán)格遵循規(guī)范格式。位置相關(guān)性：交通標(biāo)志在路網(wǎng)中的位置、路段縱向和橫向位置等都是其設(shè)計依據(jù)。系統(tǒng)性：位置上臨近的交通標(biāo)志之間往往具有信息搭接關(guān)系，這點在指路標(biāo)志上體現(xiàn)最突出�！ �
2設(shè)計方法
在介紹具體的設(shè)計方法之前先簡單介紹幾個主要的MATLAB語句[5]及其屬性。
2.1常用的MATLAB語句
在利用MATLAB進(jìn)行交通標(biāo)志設(shè)計過程中，經(jīng)常用到的MATLAB語句主要有rectangle,patch,text,line,axes,imshow等。可以通過設(shè)置這些語句里的屬性值和語句之間的組合設(shè)計各種交通標(biāo)志。首先對變量名賦值，后續(xù)語句調(diào)用變量名即可，這是一般的編程技巧。但是這里推薦常量也在程序段首部賦值，并作適當(dāng)標(biāo)注，保證程序的易于修改和易讀性。
Rectangle：畫矩形或者橢圓，這個語句在交通標(biāo)志設(shè)計當(dāng)中非常有用，特別是指示標(biāo)志和指路標(biāo)志設(shè)計中。主要屬性有position,facecolor,linestyle,curvature等，分別定義位置、顏色、線型和圓角曲率。在一定情況下還可以畫圓。
Patch：定義較復(fù)雜的版面，需要輸入較多的點坐標(biāo)，但是自由度較rectangle大；
Text：標(biāo)注文本，主要屬性有position,FontName,FontSize等，可對文本位置、字號、字體以及顏色等屬性進(jìn)行設(shè)定；這里需要注意的是字體的問題。交通標(biāo)志設(shè)計有專門的字體文件，需要將此文件保存到Windows的字體庫中，MATLAB可以通過操作系統(tǒng)的字體庫進(jìn)行調(diào)用。
Line：對于簡單的線條可以通過line實現(xiàn)，主要的屬性有l(wèi)inewidth和color等。Imshow:展示設(shè)計結(jié)果。
Axis:這是一個非常重要的語句，是以上各個語句設(shè)計的要素繼承的基礎(chǔ)。通過axisoff；語句可以保證平面的垂直的兩個方向的比例尺一致，保證版面正確美觀。
2.2設(shè)計方法
在MATLAB的Editor編輯器中編輯交通標(biāo)志的設(shè)計代碼，并進(jìn)行調(diào)試，排除語法上和邏輯上的錯誤之后保存。保存的文件名最好和標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)志版面的編號保持一致，便于設(shè)計時調(diào)用搜尋。當(dāng)然，.m文件可以在任何一種文字編輯器中錄入，只要執(zhí)行時利用MATLAB的Editor編輯器即可。在有需要的地方，可以進(jìn)行尺寸標(biāo)注。這個功能可以通過line，arrow等語句實現(xiàn)。標(biāo)注的數(shù)據(jù)可直接調(diào)用之前的設(shè)計參數(shù)，避免多處修改可能導(dǎo)致的矛盾。
