Signalisatiesimulator SignSIM: pre-testen en optimaliseren van signalisatie (VK 5/2013)

Max Van Der Linden, Connect

Tom Brijs, IMOB

Johan Kuppens, iNFRANEA

Onduidelijke omleidingen en slecht geplaatste borden creëren verwarring op de weg en brengen de verkeersveiligheid en -doorstroming in gevaar. In België is een nieuwe ‘signalisatiesimulator’ ontwikkeld, waarmee nieuwe bebording of belijning vooraf wordt getest door weggebruikers. Bijzonder hieraan is de integratie van virtuele signalering in Full HD-videopnames van de werkelijke wegsituatie.  

De huidige verkeersdrukte op de Europese wegen, de complexiteit van het wegennetwerk en de talrijke wegwerkzaamheden vragen om weldoordachte signaleringsplannen. Immers, onjuiste (lees, onbegrepen) bebording of markeringen kunnen leiden tot gevaarlijke situaties. Onduidelijke omleidingen en beschadigde of slecht geplaatste borden creëren verwarring en leiden tot nerveus rijgedrag waardoor de verkeersveiligheid en -doorstroming in het gedrang komen. In België vinden er bijvoorbeeld 700 verkeersongevallen per jaar plaats die een directe link hebben met wegwerkzaamheden.

Gepaste signalering en eenduidige omleidingen zijn niet alleen cruciaal voor de veiligheid van weggebruikers (bestuurders), maar ook voor de veiligheid van wegwerkers en de doorstroming. Het Belgische bureau Connect, gespecialiseerd in communicatie bij wegwerkzaamheden, zocht daarom naar een geïntegreerde oplossing voor deze aandachtspunten. Het bureau vond een partner in iNFRANEA, een ingenieursbureau dat onder andere gespecialiseerd is in 3D-simulaties en IMOB, het Instituut voor Mobiliteit verbonden aan de Universiteit Hasselt. De drie partners sloegen de handen ineen en ontwikkelden de eerste versie van de zogenoemde ‘Signalisatiesimulator’. Met steun van het Vlaams Instituut voor Wetenschap en Technologie (IWT) werd het verder geperfectioneerd. In 2010 werd de Signalisatiesimulator gelanceerd in aanwezigheid van Vlaams minister voor Mobiliteit en Openbare Werken Hilde Crevits.

De simulator - ook SignSIM genoemd - integreert fictieve signalering in realistische films of in een volledig virtuele omgeving en biedt de mogelijkheid aan reguliere weggebruikers om nieuwe signalering te testen in een simulator. Zo kan toekomstige signalering getest worden nog vóór deze ontwikkeld en geïnstalleerd wordt, voor een zekerder, duurzamer en veiliger resultaat.

Wegsignalering omvat alle mogelijke signalen die de weggebruiker moeten inlichten, waarschuwen en geleiden om de verkeersstromen op een veilige en vlotte manier te laten verlopen. Hiervoor kunnen tijdelijke of permanente verkeersborden, wegwijzers, verkeersregelinstallaties, dynamische (route-informatie) panelen, markeringen, bakens en andere middelen worden ingezet.

 
De bestuurder die de verkeerssignalering moet verwerken, doet dit in vier fases:

1. Detectie of opmerken
2. Registratie of lezen
3. Opname, begrijpen
4. Eventuele gedragsaanpassing
   

De eerste twee stappen gaan over observatiegedrag, de laatste twee over het reactiegedrag. De eerste fasen bevatten de input, de laatste de output, of het reactiegedrag. Wil de weggebruiker deze stappen succesvol kunnen doorlopen, moet de signalering correct ontworpen en geplaatst zijn.

Voor de gebruikelijke vaste signalering bestaan al veel standaarden. Bij wegwerkzaamheden is de signalering echter niet zo eenduidig. Er bestaat op dit terrein een grote verscheidenheid in de uitvoering. Zo hanteert iedere bouwer zijn eigen aanpak, soms komt signalering in conflict met andere signalering en soms is het aanbod zo groot, dat bestuurders niet meer weten welke keuze ze moeten maken.

Daarom onderzochten talrijke studies de afgelopen decennia al welke kenmerken en variaties bepalend zijn voor de effectiviteit van verkeerssignalering. Voor deze onderzoeken werden tal van methodieken ingeschakeld, die variëren van zelfrapportage op basis van digitale vragenlijsten of computerapplicaties, tot meer geavanceerde technieken zoals registratie van oogbewegingen bij stilstaande of bewegende beelden, directe observatie van rijgedrag op de openbare weg of op testcircuits, en rijsimulaties op basis van virtuele wegbeelden of video-opnames.

Toch hadden alle varianten van video-opname een grote tekortkoming. Ze verschaften geen informatie over de mate waarin verkeerssignalering het werkelijke rijgedrag van bestuurders beïnvloedt, aangezien een video-opname zich meestal beperkt tot het bekijken van een film en dus enkel het observatiegedrag registreert. Bovendien kenmerkten video-opnames zich, vòòr de introductie van de simulator, door een vrij rudimentaire integratie van signalering in het opgenomen beeld, wat het geheel artificieel deed overkomen.

Simulator met werkelijke videobeelden en 3D video-integratie
Het design van de nieuwe signaleringssimulator corrigeert de gebreken van minder geavanceerde varianten door testen niet alleen te voorzien van een virtuele omgeving, maar van de werkelijke omgeving, aangevuld met toekomstige aanpassingen in het wegbeeld. De te testen signalering wordt daartoe verwerkt in een opname van de werkelijke wegomgeving met behulp van gespecialiseerde software voor camera-tracking en 3D video-integratie. Dit resulteert in een realistische intregratie van de signalering in het wegbeeld dat zich afspeelt op een levensgroot scherm in Full High Definition. Hierdoor lijkt de situatie waarin de proefpersoon zich bevindt levensecht, wat de betrouwbaarheid van de testresultaten vergroot. 

Situatie voor en na 3D-integratie

De proefpersonen bedienen in de simulator de klassieke besturingsonderdelen van een voertuig, zoals de pedalen, het stuur en de richtingaanwijzers, zodat ze op een actieve, autonome manier door een levensechte video-opname navigeren. Zo kunnen onderzoekers naast het observatiegedrag ook de andere aspecten van het rijgedrag, zoals versnelling, stuurbeweging en rijstrookwissels, observeren. Bovendien brengt de simulator een participatief proces teweeg, door weggebruikers op voorhand de nieuwe signalering te laten testen.

Ontwikkeld door wetenschappers, ingenieurs en communicatie-experts
De idee voor het ontwerp van de signaleringssimulator ontstond toen communicatieadviesbureau Connect, in 2005 de communicatie verzorgde voor de wegwerkzaamheden aan de Antwerpse Ring. Samen met de partners IMOB en iNFRANEA werd de ontwikkeling opgestart voor een innovatieve tool die baanbrekende en wetenschappelijk onderbouwde resultaten zou moeten opleveren. IMOB ontwikkelde de simulatoropstelling en verzorgt de wetenschappelijke aanpak en analyse van onderzoeksdata. De derde partner, iNFRANEA, zorgt voor de technische ontwikkeling en de bewerking van het beeldmateriaal. Connect zorgt voor de communicatie naar de klant en stakeholders en voor de werving en selectie van de deelnemers voor de testen.

In de loop van 2010 werd de simulator voor het eerst operationeel ingezet en technisch getest. De onderscheidende eigenschappen van de Signaleringssimulator, overtuigden ook de Vlaamse overheid om de verdere ontwikkeling van het concept te ondersteunen. Met deze steun kon het team de simulator verder ontwikkelen en optimaliseren tot een overtuigend eindproduct, dat de effectiviteit van signalering, die nog niet op de weg is aangebracht, op voorhand kan testen op echte en herkenbare locaties. Bovendien zijn de proefomstandigheden voor alle testpersonen vergelijkbaar, zodat een objectieve vergelijking mogelijk is. De onderzoeksresultaten van dit wetenschappelijk onderbouwd instrument vormen op hun beurt weer het onderwerp van verder wetenschappelijk onderzoek.

Vlaams minister van Mobiliteit en Openbare Werken Hilde Crevits bij de lancering van de Signalisatiesimulator

In december 2010 werd de simulator gelanceerd in aanwezigheid van Vlaams minister Hilde Crevits. De minister nam zelf plaats achter het stuur en was meteen overtuigd van de meerwaarde van de operationele tool. Zo kan op het projectmatige vlak, signalering voortaan op voorhand worden getest. Wat de techniek betreft, zorgt de 3D-integratie van signalering voor een nieuwe invalshoek. En vanuit wetenschappelijk perspectief is het leerrijk om het rijgedrag bij nieuwe verkeerssituaties te onderzoeken, terwijl het peilen van de mening van weggebruikers op participatief vlak nieuwe mogelijkheden opent.

Gedetailleerde registratie van observatie en gedrag
De simulator combineert het beste van twee werelden. Enerzijds maakt het gebruik van een virtuele omgeving die de gedragsaspecten van testscenario’s in detail belicht. Deze vorm van simulatie maakt het mogelijk om gedurende één en dezelfde testrit omgevings- en rijvariabelen te controleren en aan te passen. Anderzijds biedt echt videomateriaal een meer waarheidsgetrouwe weergave van de realiteit. Door realistische objecten en obstakels te integreren, voelen de testbestuurders zich meer thuis in de simulatieomgeving.

Video-opname van bestaande wegsituatie

Het ontwikkelen van een testscenario vergt enkele specifieke methodes en middelen. In de eerste plaats filmt een hoge resolutie RED-cam camera (4096x2304 pixels in 16:9 aspect ratio) met groothoeklens een bestaand wegtraject. Deze camera wordt gemonteerd op de motorkap van een opnamevoertuig dat, al dan niet onder begeleiding van politie, met een constante snelheid het traject registreert. Het resultaat is een omgevingsbeeld dat overeenstemt met het normale zichtveld van een autobestuurder. Na de eigenlijke opname volgt de digitale integratie van de gewenste signalering als 3D-objecten, in de videofilm. Deze 3D-objecten kunnen zowel statisch als dynamisch zijn, zoals bij dynamische borden of slagbomen. Dit gebeurt met de hulp van een innovatieve techniek waarvoor gespecialiseerde software voor camera-tracking en video-integratie wordt gebruikt. Met deze techniek kunnen de onderzoekers het observatie- en reactiegedrag van de proefpersonen registreren in een quasi natuurlijkgetrouwe context.

Zowel de virtuele film als het echte videomateriaal worden afgespeeld en getest in de simulator, waarbij allerlei weggebruikers en specifieke doelgroepen de geplande signalisering kunnen testen. Afhankelijk van de opdracht, wordt gekozen voor één van beide technieken of voor de combinatie van beide. Ook de combinatiewijze kan aangepast worden naargelang de objectieven van de onderzoekstaak.

Zie hieronder:  

4-stappen proces voor de integratie van wegsignalisatie in de videobeelden
 
Eye-tracking onderzoekt relatie kijkbeweging en keuzeproces
Niet alleen de SignSIM videobeelden zijn realistisch, ook de opstelling van de simulator zelf probeert de werkelijkheid zo dicht mogelijk te benaderen. In een speciaal ontworpen installatie, bedienen de proefpersonen de verschillende besturingsonderdelen van een voertuig. De Full HD-beamer projecteert 25 fotorealistische beelden per seconde op een groot gebogen projectiescherm. De testbestuurders kunnen via het gas- en rempedaal de video sneller of langzamer laten afspelen om de gewenste rijsnelheid te simuleren. Via de richtingaanwijzers en het stuur geven zij hun route- en rijstrookkeuze aan. Deze data worden naderhand gebruikt bij de evaluatie van het aantal rijstrookwissels en de routekeuze.

Tijdens de test registreert een eye-tracker het observatiegedrag van de proefpersonen. Zo kunnen de onderzoekers nagaan hoe de testpersonen de signalering opmerken. Hiervoor richten zij zich op een aantal parameters zoals het aantal fixatiepunten en hun duurtijd. Zelfs het knipperen en de tijd die de proefpersonen nodig hebben om zich te fixeren op een bepaald punt kan in kaart worden gebracht. Zo is te zien of signalering in het gezichtsveld komt van de bestuurder, hoe lang deze ernaar kijkt en of hij of zij hierop juist anticipeert en tijdig de juiste beslissing neemt. De reden om voor eye tracking te kiezen is dus meerledig. Het visuele zoekgedrag van de bestuurder wordt nauwkeurig in beeld gebracht, waardoor de positie van signalering, de interactie tussen signalering, markeringen en de wegomgeving in het algemeen geëvalueerd kan worden. Daarnaast kunnen de onderzoekers ook de complexiteit van de signalisatie nagaan aan de hand van het aantal fixaties en de duur hiervan. 

Signalisatiesimulator mock-up met eye-tracking systeem

De eye-tracker brengt echter vooral de visuele verwerking van de signalering in beeld. Omdat het voor borden met complexe of niet te missen informatie belangrijk is te weten hoe ze worden gescand en gelezen, biedt dit te weinig informatie. Daarom gaat de eigenlijke simulatortest vaak gepaard met aanvullende testen waarbij er op een meer gedetailleerde manier wordt geregistreerd hoe proefpersonen boodschappatronen verwerken. Hierdoor kunnen onderzoekers de mentale verwerking en de begrijpbaarheid nagaan.

Participatief proces met reguliere weggebruikers
Een extra troef van deze onderzoekstool is dat de testbestuurders gewone weggebruikers zijn. Zij zijn ook in het dagelijkse leven bestuurder en krijgen actief te maken met signalering en moeten hierop anticiperen. Door verschillende doelgroepen aan te spreken, zijn, indien nodig, ook verschillen tussen deze groepen en de risico’s die inherent zijn aan deze groepen in kaart te brengen. Zo speelt onervarenheid bijvoorbeeld een belangrijke factor bij jongeren, terwijl 65-plussers vaker kampen met motorische problematieken. En denk ook aan anderstalige weggebruikers op onze drukke Europese snelwegen. Daarnaast spelen ook individuele componenten zoals zelfcontrole en impulsbeheersing mee in het rijgedrag.

Mix van testpersonen voor nieuwe signalering
Om deze verschillen in kaart te brengen, zoekt Connect steeds naar een goede mix van testpersonen. Voor het testen van nieuwe signalering worden daarom zowel vrachtwagenbestuurders, pendelaars, motorrijders, studenten en 65-plussers aangesproken. Om de begrijpbaarheid van de aanduidingen na te gaan, benadert het team zowel Belgische als buitenlandse bestuurders. Daarnaast krijgen de wegen- en pechhulporganisaties zoals Touring en VAB ook geregeld de kans om deel te nemen aan de testen. Met hun professionele visie en praktijkervaring bieden ook zij relevante inzichten die de geplande signalisering kunnen optimaliseren. Deze verschillende doelgroepen nemen niet alleen plaats als testpersoon in de simulator, maar worden ook gevraagd naar hun ervaring en mening over de test. Op die manier komt een echte participatie tot stand die de kennis van de ontwikkelaars en onderzoekers verbreedt.

Toepassing voor optimalisatie signalering bij werken aan Viaduct van Vilvoorde (Brusselse ring)
De SignSIM is intussen een volwassen tool die is ingezet voor verschillende projecten. Zo werd de signalering geëvalueerd en geoptimaliseerd voor de parkeergeleiding van de gemeente Mol, de wegwerkzaamheden aan de E313 in Ham en de regionale bedrijventerreinen ‘Poort Genk’. Ander voorbeeld is de inzet van de tool voor de grote onderhoudswerkzaamheden aan het Viaduct van Vilvoorde, als onderdeel van de Brusselse ring. Ter hoogte van dit knooppunt van de Brusselse ring met de E19 naar Antwerpen, met 140.000 passerende voertuigen per dag, werd de aansluiting dagelijks tussen 14 uur en 21 uur afgesloten. Hierdoor moest het betrokken verkeer via een lusbeweging omrijden via de Brusselse binnenring, een omleidingroute van zo’n 10 kilometer in de tegenovergestelde richting. Gezien de complexiteit van dit omleidingstraject besloot het Agentschap Wegen en Verkeer van de Vlaamse overheid om de signaleringsplannen op voorhand te testen met SignSIM.

23 proefpersonen namen deel aan een experiment dat bestond uit 2 ritten in de simulator en een reeks aanvullende bordverwerkingstesten. Op basis van de verzamelde data en de verkregen suggesties werden 20 concrete aanbevelingen geformuleerd. De eerste hiervan was de wenselijkheid om het aankondigingsbord te herhalen langs de aanrijroute, aan beide zijden van de autosnelweg. De resultaten gaven namelijk aan dat de proefpersonen gemiddeld 5 à 6 keer keken naar het aankondigingsbord dat verschillende malen herhaald werd op het traject. Ook werd dit afgeleid uit de feedback van de proefpersonen en uit het relatief hoge aantal foute routekeuzes tussen 21 uur en 14 uur, aangezien 7 van de 21 proefpersonen het omleidingstraject volgden terwijl de normale route open was. Een tweede aanbeveling was dat de interferentie tussen tijdelijke en permanente wegsignalering vermeden moest worden, ondanks dat de verkeerswetgeving in Vlaanderen duidelijk stelt dat de normale signalering genegeerd moet worden wanneer tijdelijke signalisatie aanwezig was.

Daarnaast bleken tijdelijke tekstmarkeringen, bijvoorbeeld met de letters GENT gedrukt op het wegdek van de juiste rijstrook, bijzonder effectief omdat de observatie snel en de informatie éénduidig is. Een laatste voorbeeld van aanbevelingen was de toevoeging van contextgerelateerde informatie op het verkeersbord, omdat dit de begrijpbaarheid van het verkeersbord aanzienlijk verbeterde.

Een continu optimalisatieproces
Het verkeer staat niet stil, en evenmin de toepassingen voor signalisering langs de weg. Denk aan de toenemende inzet van digitale signalering in de context van dynamisch verkeersmanagement. En tegelijkertijd evolueren de mogelijkheden van de simulator om signalering grondig te testen. Het team van Connect, IMOB en iNFRANEA volgen de technische ontwikkelingen op de voet. Op dit ogenblik worden de gebruiksmogelijkheden van de SignSIM nog verder uitgebouwd. Dankzij Virtual Reality technieken kan de proefpersoon al vrij van rijstrook wisselen in het videobeeld. Ook de integratie van virtuele voertuigen, met de gewenste mix van personen- en vrachtwagens, de gewenste verkeersintensiteit en -snelheid, behoort nu tot de mogelijkheden. Hierdoor wordt een hogere mate van interactie met het omringende verkeer mogelijk. In deze virtuele, zij het op videobeelden gebaseerde, omgeving kunnen ook de atmosferische omstandigheden en dag/nacht vergelijkingen gesimuleerd worden. Ten slotte kan de registratie en analyse van het observatiegedrag geautomatiseerd worden door eye tracking en Virtual Reality te combineren. Op deze manier vergroot de efficiëntie van het simulatieonderzoek aanzienlijk.

 
Auteur: Margriet Verhoog