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[en] (orig)
Markierungslicht in der Straßenbeleuchtung
vorgelegt von
Dipl.-Ing.
Armin Pertiller
von der Fakultät IV – Elektrotechnik und Informatik
der Technischen Universität Berlin
zur Erlangung des akademischen Grades
Doktor der Ingenieurwissenschaften
- Dr.-Ing. -
genehmigte Dissertation
Promotionsausschuss:
Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. Reinhold Orglmeister
Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Stephan Völker
Gutachter: Prof. Dr. rer. nat. Cornelius Neumann
Gutachter: Prof. Dr. sc. nat. Christoph Schierz
Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 16. Januar 2019
Berlin 2019
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3
Vorwort
Die erfolgreiche Fertigstellung dieser Dissertation ist auf die beratende und tatkräftige Hilfe
zahlreicher Beteiligter zurückzuführen. All jenen, die mir fachlich, konzeptionell und praktisch zur
Seite standen gilt mein besonderer Dank.
Meinem Doktorvater Prof. Stephan Völker danke ich für die umfangreiche Betreuung durch alle
Phasen dieser Arbeit. Sowohl für seine Unterstützung bei der Themenfindung als auch für die vielen
wichtigen Hinweise bei Planung und Durchführung der Probandenstudien und Rücksprachen im
Laufe der Dokumentation. Weiterhin gilt mein besonderer Dank meinem Fachgebietskollegen Herrn
Dipl.-Ing. Juri Steblau, der mich mit profunder fachlicher Kompetenz in allen licht(mess-)technischen
und physiologischen Fragen stets unterstützt und beraten hat. Meinem langjährigen Mitstreiter
Herrn Dipl.-Ing. Serkan Önel danke ich für die große praktische Unterstützung bei der technischen
Vorbereitung und Durchführung der ersten Probandenstudie. Herrn Dr. Jürgen Locher danke ich für
die intensive Beratung, was die Ausgestaltung der Probandenstudien hinsichtlich Messdaten-
erhebung und -verarbeitung, sowie deren Auswertung betrifft. Frau Dr. Martine Knoop danke ich für
viele wichtige Literaturempfehlungen und Beratung zu den Themen Farbmetrik und
Spektralradiometrie.
Weiterhin danke ich meinen Abschlussarbeitern Xiying Zhang, Yasin Kayaalp, Noor Ali, Edward
Guerrero und Monika Zak für die Unterstützung und Mithilfe zum Gelingen dieser Arbeit durch die
bearbeiteten Abschlussthemen. Ich danke Herrn Dipl.-Ing. Ingbert Zimmermann (Lichtlaborleiter) für
viele beratende und informative Gespräche zur photometrischen Messausrüstung. Mein besonderer
Dank gilt den Herren Prof. Christoph Schierz von der Technischen Universität Ilmenau und Prof.
Cornelius Neumann vom KIT für die zahlreichen Verbesserungsvorschläge und Anregungen zur
Korrektur.
Berlin, 29. August 2019 Armin Pertiller
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Kurzfassung
Der Anteil von Dunkelheitsunfällen mit Radfahrern variiert erheblich mit den Jahres- und Tages-
zeiten. Untersuchungen zu Folge vervielfacht sich das Risiko für schwächere Verkehrsteilnehmer bei
Dunkelheit übersehen zu werden. Die Orientierung im Straßenverkehr erfolgt überwiegend visuell.
Offensichtlich ist die Beleuchtungsqualität im Verkehrsraum vielerorts unzureichend, sodass
Hindernisse zu spät oder gar nicht wahrgenommen werden. Um gefährdete Objekte bei Dunkelheit
zu schützen, müssen diese klar und deutlich zu erkennen sein. Niedrige Umfeldleuchtdichten im
Bereich von Konfliktzonen sowie Blendung stellen hierbei die größten Gefahren dar.
Es hat sich gezeigt, dass der Abbiegeunfall die mit Abstand häufigste Unfallursache im Stadtverkehr
ist und dass speziell schwächere Verkehrsteilnehmer wie Radfahrer von den Folgen massiv betroffen
sind. Fußgänger und Zweiradfahrer bilden den überwiegenden Anteil der Schwerverletzten im
Stadtverkehr, bei den Unfalltoten überwiegt ihr Anteil noch deutlicher, obwohl die zurückgelegten
Wegstrecken verglichen mit Pkw wesentlich geringer sind.
Das Markierungslicht im Pkw hat die Aufgabe, Hindernisse wie Wildtiere und Personen auf und
neben der Fahrbahn für den Fahrer frühzeitig sichtbar zu machen. Objekte werden aus dem
Kamerabild des sich der Gefahrenstelle annähernden Pkw maschinell extrahiert, sodass die
frühzeitige und punktgenaue Lichtspotmarkierung automatisch erfolgen kann. Die auf Überland-
fahrten deutlich überschwelligen Sehreize führen nachweislich zu sofortiger Reaktion des Fahrers
nach Kontrasterhöhung des Hindernisses durch den Lichtspot.
Studien zum Blickverhalten von Linksabbiegern zeigen, dass der Blickfokus in Richtung (der
blendenden Scheinwerfer) des Gegenverkehrs gerichtet wird, was die Detektionsleistung von
Hindernissen im peripheren Gesichtsfeld nachweislich senkt. Insbesondere in dunklen Bereichen der
Peripherie besteht ein hohes Risiko Hindernisse zu übersehen, was, durch Studien belegt, nicht nur
auf die visuelle Wahrnehmbarkeit beeinflussende Größen wie der Adaptationsleuchtdichte sondern
ebenso Ursachen im reizverarbeitenden Vermögen beinhaltet, sodass Einflussgrößen wie Müdigkeit
und Überforderung entscheidende Auswirkung auf die Aufmerksamkeitslenkung haben.
Der dynamisch kontrastoptimierende Charakter des Markierungslichts verspricht unauffällige
Objekte auffällig zu machen und somit die Aufmerksamkeit auf gefährdete Hindernisse zu lenken,
sodass eine bewusste Wahrnehmung gewährleistet ist.
Ziel dieser Arbeit ist die Bewertung der Wirksamkeit des Markierungslichts in der
Straßenbeleuchtung mit besonderem Augenmerk auf das periphere Sehobjekt.
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Basierend auf umfassenden Recherchen zu Personenunfällen im Stadtverkehr und Studienergeb-
nissen zu visueller Wahrnehmung und menschlicher Reizverarbeitung wird eine Serie von
Probandenstudien konzipiert, durchgeführt und ausgewertet. Der erste Probandenversuch (PV#1)
untersucht den Zusammenhang zwischen fovealer Adaptationsleuchtdichte und der Kontrastschwelle
weit peripherer Sehreize. PV#2 untersucht den Einfluss des Markierungslichtspotmusters, der
Pulsation, sowie der Spotleuchtdichte auf die Reaktionszeit zur Detektion dynamischer Objekte in der
Peripherie. PV#3 liefert den Zusammenhang zwischen Blendung und der Kontrastschwelle
dynamischer Sehobjekte im peripheren Gesichtsfeld.
Die Laborstudien PV#1 und PV#3 bestätigen, dass die foveale Adaptationsleuchtdichte und die
Blendung beide einen hochsignifikanten Einfluss auf die Detektionsleistung peripherer Sehreize bei
niedrigen Umfeldleuchtdichten haben. Probandenstudie PV#2 zeigt, dass weder die Pulsation noch
die Nutzung von Balkenmustern des dynamischen Markierungslichtflecks eine Reduktion der
Reaktionszeit bewirkt. Vielmehr wird deutlich, dass die stufenweise Erhöhung der Spotleuchtdichte
eines homogenen, kreisrunden Markierungslichtflecks die signifikante Reduktion der Reaktionszeit
peripher wahrgenommener Sehreize bewirkt.
Im Zuge der Arbeit entsteht ein Laborversuchsstand mit vollumfänglicher Funktionalität eines
Markierungslichtsystems. Genutzt wird hierfür ein aktiver Bildsensor, der die hochpräzise
Berechnung der Objektposition (einer Person) in Echtzeit ermöglicht. Als Lichtquelle für den
Markierungslichtfleck wird ein Digitalprojektor (auf Mast montiert) genutzt. Die automatisierte
Messdatenerfassung komplettiert das System zur Nutzung im Probandenversuch. Die Abbildung des
Markierungslichtmusters auf dem 3-dimensionalen Sehobjekt (Person) bewirkt die Verzerrung der
Projektion (ML-Spot) auf dem Objekt, womit ein weiterer Schritt zur Nachbildung des tatsächlichen
visuellen Abbilds in der Straßenszene erfolgt.
Erkenntnisse aus bisherigen Laborstudien zu peripherer Detektionsleistung, sowie Ergebnisse von
Forschungsarbeiten zum Markierungslicht im Pkw tragen gemeinsam mit den Resultaten der
Probandenstudien PV#1, PV#2 und PV#3 zur Beantwortung der Zielfragestellung bei. Als Beitrag zur
angewandten Forschung werden abschließend Empfehlungen zur Wirksamkeit des Markierungslichts
in der Straßenbeleuchtung, mit Hinblick auf demografische und ökologische Gesichtspunkte gegeben.
Im Rahmen dieser Arbeit entstehen basierend auf den Erkenntnissen der Literatur Modelle zur
Vorhersage der Erkennbarkeitsentfernung im Pkw. Im Rahmen der Laborstudien wird auf eine der
tatsächlichen Situation nachempfundenen Ausgestaltung großen Wert gelegt, hierzu zählen bspw.
die Kognitionsbelastung des Probanden mit einer Lenkaufgabe, sowie die Involvierung der
dynamischen Lichtspotmarkierung auf das periphere Sehobjekt in Form einer Person.
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Abstract
The amount of bicycle incidents while darkness varies a lot depending on the season and daytime.
Many studies confirmed that the risk of cyclists and pedestrians not being recognised during night
time is four times as much as on average. The orientation in traffic is mainly driven by visual signals.
Evidently the quality of street illumination in many traffic areas is not sufficient, therefore the
obstacle objects are either recognised too late or not recognised at all. In order to protect the
threatened objects in darkness, one should be able to recognise them clearly. Low surrounding lumi-
nance in the area of conflict zones and glare are in such situations the most dangerous.
It reveals that the incident while turning has the highest rate over other incident types in traffic and
that such weaker road users as cyclists are the mostly affected by its consequences. Pedestrians and
cyclists build the majority of the heavily injured in traffic situations and the percentage of those in
the number of fatalities is even higher, although the travel-distance is considerably lower compared
to cars.
The marking light in cars aims to provide their drivers with early recognition of obstacles like wild
animals or people on and beside the road. The camera of the car which is approaching an obstacle
automatically extracts image objects, which makes it possible to enable an early enough and precise
light spot marking. It was proven that the visual stimulus above threshold which appears during
cross-country drive lead to immediate reaction of the driver due to increase in contrast of the
obstacle by the light spot.
The studies measuring the visual behaviour of the left turning drivers reveal, that the focus of the
gaze goes in the direction of (glaring head lights of) oncoming traffic, which considerably decreases
the ability to detect obstacles in the peripheral field of vision. It was proven that especially in the
dark peripheral areas the risk to oversee an obstacle is higher, which is mainly driven by the sources
of visual perception such as adaptation luminance as well as cognitive ability, so that such sources as
fatigue and mental overload cause the main impact on directing attention.
The dynamic contrast optimisation of marking light promises to make less visible objects more visible
and therefore to draw the attention on the obstacles at risk so that conscious perception becomes
possible.
The goal of this dissertation is to evaluate the efficacy of the marking light in the street
illumination with the special focus on peripheral visual objects.
7
Based on extensive research on street accidents involving people as well as on results of studies on
visual perception and human cognitive ability a series on subject experiments was developed,
organised and evaluated. The first experiment (PV#1) aims to analyse the dependency between
foveal adaptation luminance and contrast threshold of (huge eccentricity) peripheral visual stimulus.
PV#2 investigates the impact of spot pattern of marking light, pulsation and spot luminance on
reaction time to detect dynamic objects at peripheral positions. PV#3 provides insights on depen-
dency between glare and contrast threshold of dynamic visual objects in the peripheral area.
In PV#1 and PV#3 it was proven, that both foveal adaptation luminance und glare have a highly
significant impact on the ability to detect peripheral visual stimuli in the surrounding lower
luminance. PV#2 showed, that neither pulsation nor grating pattern of the dynamic marking light
spot reduce the reaction time. Furthermore, it became clear that gradual increase of spot luminance
of a homogeneous, circular marking light significantly reduces the reaction time needed to perceive
peripheral visual stimuli.
Within this dissertation a laboratory test bench was set up which captures the entire functionality of
the marking light system using an active image sensor, that in real time processes the position of the
object (a person) with high precision. A beamer (which was set up on a pylon) was used as a light
source for the marking light spot. Finally, an automatic data collection completes the system which
was used in the experiment. The marking light spot reproduction on the 3-dimensional visual object
(person) causes the distortion of projections (marking light spot) on objects, which enables a next
step of the real reproduction of the visual picture in street scene.
Insights from already existing experiments in the field of peripheral detection ability, as well as
research on marking light in cars provide together with result of experiments PV#1, PV#2, PV#3 an
answer to the main research question of this work. At the end a contribution to the applied research
and recommendations on effectiveness of the marking light in the street illumination with focus on
demographic and ecological constraints is derived.
Within this dissertation models based on insights from literature, which predict the recognition
distance in the car are derived. Within the experiments we put high attention on perceived design of
the current situation; this includes, for instance, cognitive load of the test person with the driving
task, as well as involvement of dynamic light marking on the peripheral visual object in shape of a
person.
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort ................................................................................................................................................... 3
Kurzfassung ............................................................................................................................................. 4
Abstract ................................................................................................................................................... 6
Kapitel 1 – Einleitung .................................................................................................................. 11
1.1 Motivation ................................................................................................................................... 11
1.2 Zielsetzung ................................................................................................................................... 13
1.2.1 Eingrenzung des Arbeitsumfangs ......................................................................................... 14
1.2.2 Abgrenzung zu Markierungslicht im Pkw ............................................................................. 15
1.3 Übersicht ..................................................................................................................................... 16
1.4 Einführung in die Thematik ......................................................................................................... 17
Kapitel 2 – Unfallgeschehen ........................................................................................................ 21
2.1 Unfallstatistik Personenschaden ................................................................................................. 21
2.1.1 Fußgänger ............................................................................................................................. 24
2.1.2 Zweiradfahrer ....................................................................................................................... 24
2.1.3 Mittelfristiger Trend der Unfallzahlen .................................................................................. 27
2.1.4 Demografische Entwicklung ................................................................................................. 28
2.1.5 Korrelation von Unfallhäufigkeit und Bevölkerungszuwachs ............................................... 29
2.1.6 Technische Spezifikation ...................................................................................................... 32
2.2 Methoden der Unfallanalyse ....................................................................................................... 33
2.2.1 Unfallprävention ................................................................................................................... 33
2.2.2 Unfallrisiko ............................................................................................................................ 33
2.3 Unfallstudien zu Personenschaden ............................................................................................. 36
2.3.1 Örtliche Einflussgrößen ........................................................................................................ 36
2.3.2 Dunkelheitseinflüsse ............................................................................................................ 37
2.3.3 Einschätzungsvermögen ....................................................................................................... 40
2.3.4 Risikofaktor Fahrwegkreuzen ............................................................................................... 40
Kapitel 3 – Stand der Forschung .................................................................................................. 45
3.1 Physiologie des Auges ................................................................................................................. 45
3.1.1 Adaptation ............................................................................................................................ 46
3.1.2 Akkommodation ................................................................................................................... 47
3.1.3 Tag-/Nachtsehen .................................................................................................................. 47
3.1.4 Alterseinflüsse ...................................................................................................................... 48
3.1.5 Streulicht im Auge ................................................................................................................ 48
3.2 Visuelle Wahrnehmung und Aufmerksamkeit ............................................................................ 49
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3.2.1 Foveales Sehen und periphere visuelle Wahrnehmung ....................................................... 49
3.2.2 Aufmerksamkeitsverlagerung und Selektivität .................................................................... 50
3.2.3 Detektion vs. Identifikation .................................................................................................. 50
3.2.4 Blickverhalten ....................................................................................................................... 50
3.2.5 Sichtbarkeit ........................................................................................................................... 53
3.2.6 Auffälligkeit........................................................................................................................... 56
3.2.7 Erfahrung und Erwartung ..................................................................................................... 57
3.2.8 Anstrengung ......................................................................................................................... 58
3.2.9 Ermüdung ............................................................................................................................. 58
3.2.10 Ablenkung ........................................................................................................................... 58
3.2.11 Übersicht der Einflussgrößen auf Personenunfälle ............................................................ 60
3.2.12 Einflussfaktoren auf den Schwellenkontrast ...................................................................... 61
3.3 Studien zur Objektdetektion peripherer Sehzeichen .................................................................. 62
3.4 Gütekriterien der Straßenbeleuchtung ....................................................................................... 66
3.4.1 Gütemerkmale und Bewertungsfelder ................................................................................. 66
3.4.2 Leuchtdichte ......................................................................................................................... 67
3.4.3 Blendung ............................................................................................................................... 68
3.5 Studien zu Markierungslicht im Pkw ........................................................................................... 70
3.5.1 Studienergebnisse ................................................................................................................ 79
3.5.2 Einflussgrößen auf die Erkennbarkeitsentfernung ............................................................... 80
3.5.3 Diskussion ............................................................................................................................. 84
3.6 Methoden und Ergebnisse ausgewählter Studien ...................................................................... 86
3.6.1 Erschwerte Sehbedingen ...................................................................................................... 86
3.6.2 Pulsation und Aufmerksamkeitsbelastung ........................................................................... 90
Kapitel 4 – Eigene Arbeit ............................................................................................................. 97
4.1 Probandenstudie PV#1 ................................................................................................................ 98
4.1.1 Ziel ........................................................................................................................................ 98
4.1.2 Hypothesen .......................................................................................................................... 99
4.1.3 Versuchsdesign ..................................................................................................................... 99
4.1.4 Durchführung ..................................................................................................................... 108
4.1.5 Betrachtung der Fehler und Messunsicherheiten .............................................................. 116
4.1.6 Ergebnisse........................................................................................................................... 119
4.1.7 Diskussion ........................................................................................................................... 122
4.2 Versuchsstand Markierungslicht ............................................................................................... 125
4.2.1 Sensorik .............................................................................................................................. 126
10
4.2.2 Distanzmessung .................................................................................................................. 128
4.2.3 Tiefenbild und Abschätzung der Position ........................................................................... 129
4.3 Probandenstudie PV#2 .............................................................................................................. 131
4.3.1 Ziel ...................................................................................................................................... 132
4.3.2 Hypothesen und Vermutungen .......................................................................................... 132
4.3.3 Versuchsdesign ................................................................................................................... 133
4.3.4 Durchführung ..................................................................................................................... 140
4.3.5 Fehler und Messunsicherheiten ......................................................................................... 146
4.3.6 Darstellung der Ergebnisse ................................................................................................. 151
4.3.7 Diskussion ........................................................................................................................... 156
4.4 Probandenstudie PV#3 .............................................................................................................. 163
4.4.1 Ziel ...................................................................................................................................... 164
4.4.2 Hypothesen ........................................................................................................................ 165
4.4.3 Versuchsdesign ................................................................................................................... 165
4.4.4 Durchführung ..................................................................................................................... 171
4.4.5 Messunsicherheitsbetrachtung .......................................................................................... 174
4.4.6 Darstellung der Ergebnisse ................................................................................................. 176
4.4.7 Diskussion ........................................................................................................................... 178
4.5 Demonstrator Markierungslicht ................................................................................................ 185
4.5.1 Ziel ...................................................................................................................................... 186
4.5.2 Aktuatorik ........................................................................................................................... 186
4.5.3 Anforderungen an die Sensorik .......................................................................................... 188
4.5.4 Anforderungen an die Signalverarbeitung ......................................................................... 189
Kapitel 5 – Schlussfolgerungen ................................................................................................... 190
Kapitel 6 – Anhang und Verzeichnisse ....................................................................................... 196
Abbildungen .................................................................................................................................... 196
Betreute Arbeiten ............................................................................................................................ 208
Probandenfragebogen..................................................................................................................... 209
Probandeninstruktionen ................................................................................................................. 210
Abbildungsverzeichnis ..................................................................................................................... 213
Tabellenverzeichnis ......................................................................................................................... 218
Literaturverzeichnis ......................................................................................................................... 220
Abkürzungs- und Symbolverzeichnis ............................................................................................... 226
11
Kapitel 1 – Einleitung
Das einleitende Kapitel der vorliegenden Arbeit verschafft dem Leser einen ersten, umfassenden Ein-
druck der behandelten Thematik. Zur Motivation werden Chancen und Verbesserungspotential einer
um das Markierungslicht ergänzten Straßenbeleuchtung sukzessive hergeleitet. Die Darstellung der
Arbeitsziele und die Formulierung der Forschungsfragen erfolgen in Abschnitt zwei. Die Eingrenzung
des Themengebiets und die Abgrenzung zu bisherigen Arbeiten sind ebenso Inhalt des zweiten
Unterkapitels. Der dritte Abschnitt skizziert einen kurzen Gesamtüberblick der vorliegenden Arbeit.
Der vierte Abschnitt gibt eine Einführung in die Thematik anhand eines praktischen Beispiels.
1.1 Motivation
Die vorrangige Aufgabe der Straßenbeleuchtung besteht darin, das fehlende Tageslicht in den
Dunkelstunden durch künstliche Lichtquellen zu ersetzen, so dass visuelle Wahrnehmbarkeit von Ob-
jekten, Hindernissen und der Umgebung im Verkehrsraum sichergestellt ist. Um Begriffe wie visuelle
Wahrnehmbarkeit quantifizierbar zu machen, bedient sich die Straßenbeleuchtungsplanung Güte-
merkmalen (mittlere Fahrbahnleuchtdichte Lm, Gleichmäßigkeit der Leuchtdichteverteilung auf der
Fahrbahn U0 und Ul, Umgebungsbeleuchtungsstärkeverhältnis SR, Schwellenwerterhöhung TI) die in
den (weiter unten im Text genauer bezeichneten) deutschen und europäischen Normen geregelt
sind.
Bei der Auslegung der Straßenbeleuchtung sind vielfältige, teilweise diametrale Aspekte zu berück-
sichtigen. Oftmals sind aus Kostengründen für Installation und laufende Betriebskosten optimale Vor-
aussetzungen für die Sichtbarkeit bei Dunkelheit unzulänglich umgesetzt. Laut BAER [Bae16] ist in der
Regel davon auszugehen, ein Optimum zwischen notwendigen Wahrnehmungsbedingungen und
ökonomischen Realisierungsmöglichkeiten zu schaffen.
Mancherorts im Verkehrsraum sind (hinsichtlich visueller Wahrnehmbarkeit) Beleuchtungsverhält-
nisse zu beobachten, die um den Preis hoher Installations- und Betriebskosten, viel Licht auf dafür
nicht vorgesehene Flächen auftreffen lassen. Hierdurch wird das Licht der Straßenbeleuchtung auf
Fassaden und anderen nicht dem Verkehrsraum zuzuordnenden Flächen diffus reflektiert. Staub und
Rußpartikel in der Atmosphäre tragen in dieser Wirkungskette zu einer weiteren Aufhellung des
Nachthimmels über Großstädten bei.
Bei fortlaufender Umrüstung der an vielen Orten aus den 1960er Jahren stammenden
Straßenbeleuchtung auf energieeffizientere LED-Leuchtmittel mindert sich der Spagat zwischen
12
Beleuchtungsqualität im Sinne der Verkehrssicherheit und ökologisch gebotener Energieeinsparung.
Eine ökologisch nachhaltige und unter Verkehrssicherheitsaspekten hochwertige, `flächendeckende‘
Straßenbeleuchtung ist unter Ausnutzung regenerativ erzeugter Energie und hocheffizienter Leucht-
mittel denkbar.
Unter der Prämisse
künstliches Licht? Ja gerne, jedoch präzise dort und nur so viel wie absolut benötigt, um bei
Sicherheitsaspekten im Straßenverkehr keine Kompromisse machen zu müssen
möchte diese Arbeit Alternativen anbieten.
Die klassischen Grundlichtverteilungen im Pkw sind das asymmetrische Abblendlicht mit Ausleuchte-
weiten bis 65 m und Fernlicht, das Sichtweiten über 100 m erlaubt. Die bisherigen Grundlichtvertei-
lungen wurden neuerdings um das Stadtlicht mit verbesserter Ausleuchtung der Peripherie und das
Autobahnlicht erweitert (WINNER [FAS15]). Das adaptive, dem Lenkwinkel folgende Kurven- und
Abbiegelicht sind weitere Bestandteile der AFS (Advanced Frontlighting System) Produktpalette.
Eine technisch anspruchsvollere Assistenzlichtverteilung zum Zweck der frühzeitigen Erkennung von
Wildtieren und Personen auf und neben der Fahrbahn stellt das bislang nur im Pkw eingesetzte
Markierungslicht dar. Bestandteile eines solchen Systems sind neben dem Leuchtenmodul zur
Generierung schwenkbarer Spotlichtverteilungen ein im Fahrzeug eingebetteter Digitalrechner, eine
für die Aufgabenstellung geeignete bildaufgelöste Sensorik, sowie die Implementation eines
Algorithmus der die Objekterkennung, -klassifizierung und -verfolgung sicherstellt. Zahlreiche
wissenschaftliche Untersuchungen zum Pkw-Markierungslicht haben bewiesen, dass hinsichtlich
unterschiedlicher Bewertungskriterien wie Erkennbarkeitsentfernung oder Reaktionszeit signifikante
Verbesserungen zu der Grundlichtverteilung Abblendlicht als Referenz messbar sind. Dem an der
Thematik interessierten Leser sind die Arbeiten von SCHNEIDER [Sch11], JEBAS [Jeb12], HÖRTER [Hör13],
GRUNERT [Gru13] und STROOP [Str17] zu benennen.
Notwendige Voraussetzung einer erfolgreichen Weiterentwicklung und Ergänzung der Grundlichtver-
teilung herkömmlicher Straßenbeleuchtung um adaptive und assistierende Beleuchtungskonzepte ist
der Erkenntnisgewinn zu Personenunfällen innerorts. Ergänzend zu den im Zentrum der vorliegenden
Arbeit stehenden, eigenen Probandenstudien (vgl. Kap. 4) wird daher eine umfassende Recherche zu
Personenunfällen in mittel- und westeuropäischen Metropolen (FOTIOS [Fot15], VOLLRATH [Vol11],
SUMMALA [Sum96], [VSL15], [VSL17], [NRW15]) durchgeführt, aus der Rückschlüsse zur Spezifikation
zu ziehen sind.
13
Weiterhin dienen die in [DIN EN 13201] definierten Beleuchtungsklassen und die in [DIN EN
13201-2] beinhalteten Gütemerkmale der Orientierung bei Auslegung und Planung einer an diverse
Nutzergruppen angepassten Straßenbeleuchtung. [CIE 100-1992] beschreibt die Sehaufgabe bei
Nachtfahrten und definiert die für die Sicherheit im dichten Stadtverkehr hervorzuhebende
Aufmerksamkeit als die Fähigkeit, sich selektiv auf bestimmte Reize einzustellen und bestimmte
andere herauszufiltern und von sich aus in der Lage zu sein zwischen den beachteten Reizen zu
wechseln.
1.2 Zielsetzung
Die Funktionalität des für die Überlandfahrt konzipierten Pkw-Markierungslichts soll in die Straßen-
beleuchtung integriert werden. Der für Strecken außerorts bereits belegte Mehrwert an Sicherheit
muss nun für die an Unfallschwerpunkten innerorts vorliegenden Gegebenheiten nachgewiesen
werden. Um für die Umgebungsbedingungen im Stadtverkehr geeignete Parameter zur Spezifikation
des markierenden, dynamisch kontrastoptimierenden Systems zu entwickeln, werden im Rahmen
dieser Arbeit Probandenstudien im Labor durchgeführt.
Auf Grundlage des Erkenntnisgewinns aus Unfallrecherchen erfolgt der Aufbau mehrerer Labor-
versuchsstände. Die Versuchsaufbauten orientieren sich an Fahrmanövern, die nachweislich großen
Einfluss auf Personenunfälle im Stadtverkehr haben. Es entsteht ein erster Versuchsaufbau für
statische Untersuchungen zum Einfluss der in fovealer Richtung dargebotenen Adaptationsleucht-
dichte Lad, f auf den peripheren Schwellenkontrast Cth, p (PV#1). Weiterhin wird ein vollumfänglich
funktionsfähiges Markierungslichtsystem in einen weiteren Laborversuchsaufbau integriert. Die
peripheren Sehreize sind nun dreidimensional (Personen) und werden dynamisch dargeboten. Der
entstandene Versuchsstand wird in PV#2 zur Untersuchung der Einflussfaktoren (1) Markierungs-
lichtkontrast, (2) Markierungsspotmuster und (3) Pulsation der Reize eingesetzt. Bewertungs-
kriterium in PV#2 ist die Reaktionszeit tr. Die abschließende Probandenstudie PV#3 misst den Einfluss
der Blendung auf Cth, p bei dynamischer Sehreizpräsentation.
Auf Grundlage der in den Probandenstudien PV#1 und PV#3 gewonnenen Erkenntnisse, sowie
basierend auf ausgewählten Resultaten weiterer Studien sind grundsätzliche Aussagen zu dem
Bewertungskriterium peripherer Schwellenkontrast Cth, p möglich, auf Basis derer Empfehlungen zur
Spezifikation geeigneter Parameter für die Anwendung abgeleitet werden können. Durch die
Abschätzung des durchschnittlichen Reflexionsgrades ρ von Oberbekleidung kann nunmehr auf die
erforderliche Beleuchtungsstärke E (am Objekt), sowie auf den notwenigen Lichtstrom φ rückge-
schlossen werden.
14
Im Gegensatz zu der überwiegenden Mehrheit bislang angefertigter Studien zum Thema
Detektionsleistung im Peripheren wird bei PV#1, PV#2 und PV#3 auf eine für das Fernfeld gültige
Akkommodationsentfernung dak sowie auf eine kognitionsbelastende Fahraufgabe wert gelegt, die
die Aufgabenstellung des Führens eines Kfz bestmöglich nachbildet.
Die der Arbeit übergeordnete Forschungsfrage lautet dementsprechend:
Ist der Einsatz des dynamisch kontrastverstärkenden Markierungslichts geeignet, die visuelle
Wahrnehmbarkeit von Objekten im peripheren Gesichtsfeld unter Aufmerksamkeitsbelastung
signifikant zu verbessern?
Die übergeordnete Forschungsfrage wird in einzelne Forschungshypothesen unterteilt und detailliert
formuliert (vgl. Kap. 4). Zu den Bewertungskriterien bei Erhebung objektiver Messdaten zählen der
periphere Schwellenkontrast Cth, p (PV#1 und PV#3), sowie die Reaktionszeit tr auf peripher darge-
botene Sehreize (PV#2).
1.2.1 Eingrenzung des Arbeitsumfangs
Folgende Eingrenzung soll den Untersuchungsgegenstand der Probandenversuche präzisieren:
Die Durchführung der Probandenstudien erfolgen in einer Serie von Laborversuchen, in denen die
Sehreize teils statisch (PV#1), teils dynamisch (PV#2 und PV#3) dargeboten werden. Es handelt sich
dementsprechend um feste (PV#1) und veränderliche (PV#2 & PV#3) Positionen der Sehreize. Die
Sitzposition der Versuchsperson bleibt in jedem Fall unverändert.
Die Untermauerung des Praxisbezugs erfolgt durch vorherige (1) Recherche zu innerstädtischem
Unfallgeschehen. Im Verlauf der Studien wird der Teilnehmer einer (2) Kognitionsbelastung (Lenk-
aufgabe) ausgesetzt, in PV#2 und PV#3 wird der Versuchsperson ein (3) naturgetreues Sehobjekt
(Person) dargeboten.
Das Umfeld der Sehobjekte erscheint in jedem Fall unstrukturiert. Es erfolgt keine Berücksichtigung
der Lichtfarbe.
Bewertungskriterien der Probandenstudien sind der Schwellenkontrast (in PV#1 und PV#3) und die
Reaktionszeit (in PV#2). Es erfolgt keine subjektiven Bewertung aus Teilnehmersicht. Akzeptanz-
studien in Bezug auf die behandelte Thematik sind nicht Gegenstand der vorliegenden Arbeit.
Die Blendungsstudie (PV#3) untersucht den Einfluss der Blendung auf die Detektionsleistung. Unter-
suchungsgegenstand ist die durch den Gegenverkehr verursachte Blendung, da diese laut [CIE 100-
1992] für die durch Störlichter hervorgerufene Sehleistungsverminderung maßgeblich ist. Auf den
Einfluss der Blendung der Straßenbeleuchtung wird nicht eingegangen. Fragestellungen des Seh-
15
komforts sind nicht Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Ebenso ist die Blendungsbewertung des
Markierungslichts im Arbeitsumfang der vorliegenden Arbeit nicht enthalten.
Die Untersuchungen erfolgen unter mesopische Sichtbedingungen.
In allen drei Studien (PV#1, PV#2, PV#3) besteht das Probandenkollektiv aus weiblichen und männ-
lichen Teilnehmenden in einem beschränkten Altersintervall.
1.2.2 Abgrenzung zu Markierungslicht im Pkw
Außerorts beträgt die Höchstgeschwindigkeit für Kfz (Autobahnen und ausgewiesene Kraftfahrt-
straßen ausgenommen) 100 km/h. Bei dieser Geschwindigkeit nähert man sich einer möglichen
Gefahrenstelle mit rund 28 m pro Sekunde. Daher können Zehntelsekunden entscheidend für den
Ausgang einer Gefahrensituation sein. Da herkömmliche Abblendlichtverteilungen lediglich 65 m
weit ausleuchten ist die Sicherheitslücke offensichtlich.
Zielsetzung des Markierungslichts im Pkw ist die frühzeitige Erkennbarkeit von Hindernissen, insbe-
sondere in Situationen, in denen bedingt durch herannahenden Gegenverkehr die herkömmliche
Fernlichtverteilung nicht eingesetzt werden kann. Folgende Merkmale kennzeichnen die Fahrt auf
Straßen außerorts:
Die Fahrzeuggeschwindigkeit rangiert zwischen 60 km/h und 100 km/h.
Hindernisse auf oder in unmittelbarer Nähe der Fahrbahn befinden sich i.d.R. im (nah)-
fovealen (Θ < 6°) Sehbereich.
Der Fahrweg wird lediglich von den Scheinwerfern der Kfz und Zweiräder ausgeleuchtet
Die Markierungsentfernung variiert in Abhängigkeit der Streckenbeschaffenheit zwischen
40 m und 120 m (Abweichungen über die genannte Intervallgrenzen sind bei sehr kurvigen
oder langen, geraden Strecken möglich).
Die Anwesenheit von Fußgängern im Gefahrenbereich einer Landstraße ist (insbesondere bei
Dunkelheit) unwahrscheinlich (vgl. EGGERS [Egg11]).
Innerorts ist die Fahrsituation eine andere:
Die Fahrzeuggeschwindigkeit beträgt bis zu 50 km/h.
Hindernisse können (abhängig vom Fahrmanöver) im peripheren Blickfeld erscheinen, was
insbesondere an Unfallschwerpunkten sehr wahrscheinlich ist.
Der Fahrweg wird i.d.R. von der Straßenbeleuchtung ausgeleuchtet.
Das Umgebungsbeleuchtungsstärkeverhältnis SR ist derzeit (2018) oftmals unzureichend,
was dazu führen kann, dass gefährdete Personen im Konfliktzonenbereich auf Fuß- und Rad-
wegen nicht oder zu spät erkannt werden.
16
Das unvorhergesehene Erscheinen gefährdeter Verkehrsteilnehmer im Bereich der
Fahrtrajektorie muss zu jeder Tages- (und Nacht)zeit und insbesondere in (und in der Nähe
von) Konfliktzonen erwartet werden.
1.3 Übersicht
Die vorliegende Arbeit gliedert sich in fünf Kapitel.
Kapitel 1 (Abs. 1.4) behandelt die Grundlagen der Thematik und beginnt mit einer kurzen Einführung.
Kapitel 2 befasst sich mit dem Unfallgeschehen innerorts und beginnt mit den amtlichen Erhebungen
zu Personenunfällen (Abs. 2.1). Im folgenden Kapitel 2.2 werden Methoden der Unfallanalyse vorge-
stellt. Wissenschaftliche Untersuchungen zum Thema Personenunfall im Stadtverkehr werden in
Abschnitt 2.3 behandelt.
Kapitel 3 beginnt mit einer kurzen Sektion zur Physiologie des menschlichen Auges (Abs. 3.1), gefolgt
von einem umfassenden Unterkapitel zu den wahrnehmungspsychologischen Erkenntnissen zum
Unfallhergang aus verkehrspsychologischer Sicht (Abs. 3.2). Thema in Abs. 3.3 sind bisherige Studien
zu peripherer visueller Wahrnehmung. In Abs. 3.4 werden die Gütekriterien der Straßenbeleuchtung
vorgestellt. Abs. 3.5 behandelt bisher durchgeführte Studien zum Markierungslicht im Pkw. Abs. 3.6
greift ausgewählte Studien, die einen besonderen Bezug zu den eigenen Experimenten (Kap.4) haben
wieder auf.
Kapitel 4 dokumentiert Aufbau und Inbetriebnahme der Laborversuchsstände als Voraussetzung für
statische und dynamische Laborstudien, die den Kernbestandteil dieser Arbeit darstellen. Gesondert
wird auf die sensorischen Grundlagen zur Integration der Markierungslichtfunktion in die Labor-
experimente PV#2 und PV#3 eingegangen. Weiterhin werden Ausgestaltung und Durchführung,
sowie die Messergebnisse der Probandenstudien PV#1, PV#2 und PV#3 dargelegt und diskutiert. Das
Kapitel schließt mit der Vorstellung des Demonstrators Markierungslicht.
In Kapitel 5 werden Schlussfolgerungen aus den gewonnen Erkenntnissen gezogen. Es folgen eine
abschließende Bewertung, Empfehlungen für die Praxis und ein Ausblick auf mögliche weiter-
führende Untersuchungen im Feldversuch.
17
1.4 Einführung in die Thematik
Zum besseren Verständnis der Thematik beginnt dieses Kapitel mit einem einführenden Beispiel. Ab-
bildung 1-1 zeigt einen Straßenabschnitt im Berliner Bezirk Spandau. Der Straßenverlauf folgt einer
abbiegenden Vorfahrt. Die zulässige Höchstgeschwindigkeit an der Biegung beträgt 50 km/h. Die in
Richtung Mittelinsel die Fahrbahn kreuzenden Fußgänger sind gegenüber dem abbiegenden Rad- und
Kraftverkehr wartepflichtig. Hierin liegt das besondere Konfliktpotential der dargestellten Situation.
Die aus Richtung der Nahverkehrshaltestelle kommenden Personen sind sich ihrer Wartepflicht u. U.
nicht bewusst, da aus ihrer Perspektive kein Hinweis auf die bevorrechtigten Abbiegenden vorliegt.
Abbildung 1-1: Abbiegende Vorfahrt im Berliner Bezirk Spandau; Lichtmast auf Mittelinsel:
kleeblattförmige Anordnung der Leuchten (4 Stück) in 12,5 m Höhe; Farbbild: normalbelichtet
Die Stadtverwaltung reagiert auf die besondere Gefahr an dieser Stelle im Verkehrsraum mit
angepasster Beleuchtung: Die Lichtpunkthöhe (LPH) am Mast auf der Mittelinsel beträgt 12,5 m, der
Mast ist mit 4 Leuchten versehen
1
. Die überdurchschnittlich hohe Fahrbahnleuchtdichte ist beim
Betrachten des Farbbilds (Abb. 1-1) offensichtlich. Die störende Wirkung auf angrenzend Wohnende
durch Streulicht
2
liegen auf der Hand, müssen jedoch zugunsten der Verkehrssicherheit (gute visuelle
Wahrnehmbarkeit von Objekten mit der damaligen Technik) in Kauf genommen werden.
Das in Abb. 1-1 dargestellte Beispiel verdeutlicht den Nutzen, der durch Absenkung des
Beleuchtungsniveaus und Ergänzung der Beleuchtungsanlage mit einem adaptiven Beleuchtungs-
system realisierbar sein könnte. Die Umrüstung verspricht (1) Energieeinsparung, sowie (2) Verkehrs-
sicherheit und (3) Lebensqualität gleichsam zu erhöhen.
1
geschätzter Installationszeitpunkt der Beleuchtungsanlage: 1985; Leuchtmittel: Gasentladungslampen
2
Wohngebäudefassaden befinden sich in zwei bis drei Metern Abstand zum Straßenrand (in Abb. 1 nicht
dargestellt).
18
Die visuelle Wahrnehmbarkeit von Objekten lässt sich empirisch in Probandenstudien quantifizieren.
Ein dazu gängiges Testverfahren für den Feldversuch ist das Aufstellen von Sehobjekten in einem
Bewertungsfeld [DIN 13201-3] in vordefinierter Distanz zwischen Objekt und Beobachter, wobei
Reflektionsgrad und Objektposition der Sehobjekte in der Regel variiert werden. Bei Distanzen im
Bereich von 60 m bis 80 m und Fahrbahnbreiten von 3 m bis 4 m ist durchweg von der Detektion
(nah-)foveal positionierter Sehobjekte auszugehen. Als Bewertungskriterium für die Teilnehmer-
studie kommt die Entdeckungsrate in Frage, die, wie die Kontrastschwelle Cth, von zahlreichen Para-
metern wie dem Alter des Beobachters, der Blendung, Größe und Reflektionsgrad der Sehobjekte
sowie etlichen weiteren abhängig ist.
Vorgegriffen auf Abschnitt 2.1 (Recherche zu Personenunfällen im Stadtverkehr) sei an dieser Stelle
angemerkt, dass das besondere Augenmerk dieser Arbeit auf dem Fahrmanöver des Linksabbiegens
und der visuellen Wahrnehmung dabei gefährdeter Verkehrsteilnehmer liegt (zur Präzisierung und
um Unklarheiten zu beseitigen: Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich dem Linksabbiegevorgang
generell). Der als Abbiegeunfall bekannte Unfalltyp resultiert im Wesentlichen aus den sich über-
schneidenden Bewegungstrajektorien in den Konfliktzonen und, offensichtlich, mangelhafter visu-
eller Wahrnehmbarkeit gefährdeter Objekte. Verglichen mit dem Rechtsabbiegen können sich für
den Linksabbiegevorgang mehrere, die visuelle Wahrnehmbarkeit einschränkende Gefahreneinflüsse
zusätzlich oder erschwerend ergeben: (1) Höhere Schwellenkontraste bedingt durch Frontschein-
werfer entgegen kommender Kfz, (2) Anzahl bevorrechtigter Fahrspuren, die gekreuzt werden
müssen, (3) hohe Diskrepanz in der Fortbewegungsgeschwindigkeit der bevorrechtigten Verkehrs-
ströme und (4) eingeschränktes Zeitbudget bis die Konfliktzone verlassen sein muss
3
.
Für die hier betrachtete, spezielle Verkehrssituation gilt es, Elemente aus genormten
Bewertungsverfahren zu übernehmen oder im Hinblick auf die Beantwortung der Zielfragestellung
sinnvoll abzuwandeln. SUMMALA [Sum96] untersucht in seiner Studie das Blickverhalten von
Linksabbiegenden und positioniert den Beobachterstandort somit auf die Mitte der Verkehrs-
kreuzung mit dem Ergebnis, dass die Blicke der Abbieger auf größere, häufiger auftretende Hinder-
nisse (Kraftverkehr) gerichtet werden, kleinere, seltener auftretende Hindernisse ignorierend.
Basierend auf den Ergebnissen von SUMMALA [Sum96] ist davon auszugehen, dass der Winkel
zwischen Fixationspunkt und gefährdetem Objekt beim Linksabbiegen im Bereich zwischen Θ = 20°
und Θ = 60° einzuordnen ist
4
. Zur Illustration aus der Vogelperspektive dient Abb. 1-2, Sehobjekte
(wie Fußgänger oder Radfahrer) sind an den Positionen Θ = 30° und Θ = 50° eingezeichnet.
3
Ist es beim Rechtsabbiegen unübersichtlich, kann sich der Rechtsabbieger ggf. in Schrittgeschwindigkeit
‚vortasten‘, der nachfolgende, geradeaus fahrende Kraftverkehr ist hierbei wartepflichtig. Für den entgegen
kommenden Kraftverkehr beim Linksabbiegen hingegen besteht keine Wartepflicht.
4
Der horizontale Winkel Θ spannt sich in dieser Arbeit links des Fixationspunktes auf und wird im Gegensatz zu
anderen Studien ohne negatives Vorzeichen dargestellt.
19
Für die Beantwortung der Zielfragestellung kommt folglich nur ein peripher zur Blickrichtung des
Beobachters positioniertes Bewertungsfeld in den durchzuführenden Probandenstudien dieser Arbeit
in Frage. Geeignete Bewertungskriterien sind der (1) Schwellenkontrast Cth oder die (2) Reaktions-
zeit tr für Sehobjekte peripher zum Fixationspunkt.
Abbildung 1-2: Abbiegesituation aus der Vogelperspektive: Blickrichtung des Linksabbiegers (rot) nach SUMMALA [Sum96]
und periphere Objektpositionen; wartender Querverkehr (gelb); skizzenhaft: Flächen auf Fahrbahn und Umgebung (E1 bis
E4) zur Berechnung des Umgebungsbeleuchtungsstärkeverhältnis (SR) nach DIN 13201-2
Betrachtet man das Leuchtdichtebild aus Abb. 1-3, wird die im abgebildeten, speziellen Fall unter-
geordnete Bedeutung der laut Normung vorgeschlagenen horizontalen Mindestumgebungsbeleuch-
tungsstärke deutlich: Je nach Position einer fiktiven Person auf Fuß- oder Radweg (siehe Region 1
und Region 2 in Abb. 1-3) bestimmt der unbeleuchtete Park im Hintergrund das Kontrastverhältnis
einer gefährdeten Person im Bereich der Kreuzung maßgebend.
Das Risiko bei sehr niedrigen Umgebungsleuchtdichten ein ebenso dunkles Objekt zu übersehen
nimmt erheblich zu, insbesondere bei Blendung durch entgegen kommende Fahrzeuge und bei
regennasser Fahrbahn.
30°
20°
E4
E3
E4
E2
E3
E3
E1
E2
E1
20
Die in Abb. 1-3 vorliegende, für innerstädtische Bereiche ungewöhnlich niedrige Umgebungs-
leuchtdichte Lu in der Peripherie findet in den im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Probanden-
studien Berücksichtigung. Die in den Probandenstudien foveal dargebotene Adaptationsleuchtdichte
Lad, f hingegen orientiert sich an den in DIN 13201-1 definierten Beleuchtungsklassen.
Abbildung 1-3: Kreuzung im Berliner Bezirk Mitte aus Perspektive des Linksabbiegers; Hintergrundleuchtdichten im Bereich
des Fuß- und Radweges vorrangig durch den unbeleuchteten Park determiniert
5
5
Empfehlung für die Praxis zu der Kreuzung in Abb. 1-3: Eine wirksame Kontrasterhöhung für die auf dem
gegenüberliegenden Radweg fahrenden Radfahrer ist durch herkömmliche Beleuchtung mit hohem baulichen
Aufwand verbunden, indem die rechtsseitig angeordnete Straßenbeleuchtung um eine linksseitig angeordnete
erweitert würde. Eine wesentlich wirtschaftlichere und effizientere Verbesserung der Kontrastwahrnehmung
bietet die Ergänzung der rechtsseitig angeordneten Straßenbeleuchtung um ein dynamisch beleuchtendes
Markierungslicht, das an einem bestehenden Masten montiert über den Linksabbieger hinweg in Richtung des
Parks herannahende, gefährdete Personen erfasst und dynamisch beleuchtet. Alternativ: Statische Beleuchtung
(linksseitig) nur im Bereich der Konfliktzone.
21
Kapitel 2 – Unfallgeschehen
Kapitel 2 gliedert sich in drei Abschnitte. Das Kapitel beginnt mit den amtlichen Erhebungen zu Ver-
kehrsunfällen mit Personenschaden innerorts. In Abschnitt 2.2 werden Methoden der Unfallanalyse
vorgestellt. Abschnitt 2.3 ergänzt die bisherigen Erkenntnisse um weitere Einflussgrößen und liefert
einen Überblick aller zusammengetragenen Einflussgrößen auf das Unfallrisiko.
2.1 Unfallstatistik Personenschaden
Mit dem Ziel Personenunfälle innerhalb geschlossener Ortschaften zu reduzieren, werden Personen-
unfälle außerorts im Rahmen dieser Arbeit nur spärlich betrachtet. Die Recherche fokussiert auf die
Beteiligung von (1) Alters- und Verkehrsteilnehmergruppen, (2) Jahres-, Tageszeits- und Dunkelheits-
einflüssen, (3) Verkehrsdichte, sowie (4) Fahrmanöver und örtlichen Einflussgrößen. Weiterhin wird
auf mittelfristige Trends in der Entwicklung von Personenunfällen Augenmerk gelegt und es werden
Zusammenhänge von Unfalltypen mit Teilnehmergruppen hergestellt.
In den folgenden Abschnitten wird auf die Beteiligung verschiedener Verkehrsteilnehmergruppen an
Personenunfällen eingegangen. Als Informationsquelle dienen die amtlichen Unfalldaten der
Bundeshauptstadt Berlin [VSL15], [VSL16], [VSL17].
Aus den in [VSL15] veröffentlichten Zahlen wird ersichtlich, dass der Anteil der im Straßenverkehr
schwerverletzten (1) Fußgänger, (2) motorisierten- und (3) nichtmotorisierten Zweiradfahrer zusam-
men 73,3% umfasst
6
. Nahezu drei von vier Schwerverletzten (Berlin, 2014) sind einer der genannten
Verkehrsteilnehmergruppen zuzurechnen. Abb. 2-2 stellt die Anteile der im Straßenverkehr
Getöteten dar (Berlin, 2014): Bildet man erneut die Summe der drei genannten Teilnehmergruppen,
beläuft sich das Ergebnis auf 82,7% (insgesamt 52 Verkehrsunfalltote in Berlin 2014). Bei den (absolut
wesentlich zahlreicheren) Leichtverletzten überwiegen hingegen die Kraftfahrer. Hier macht die
Zusammenfassung der Anteile zuerst genannter Gruppen (FRM)
7
53,5% aus.
Die Erhebungen [VSL15] belegen, dass Fehler beim Abbiegen, mit 10.782 registrierten Vorfällen, die
am häufigsten zur verzeichnende Unfallursache darstellt (mit 1.595 registrierten Vorfällen ebenfalls
Hauptunfallursache gegenüber Radfahrern), siehe Abb. 2-1.
Der durch Verkehrsunfälle verursachte volkswirtschaftliche Schaden beläuft sich für das Jahr 2014
auf 1.260.000.000 Euro [VSL15] in Berlin. Diese Summe erhöht sich für das Jahr 2016 [VSL17] um
weitere 60 Mio. Euro auf 1.320.000.000 Euro.
6
Unter den 2.034 Schwerverletzten (2014, Berlin) befanden sich 499 Fußgänger, 589 Radfahrer und 403
Kraftradfahrer
7
Fußgänger, Radfahrer, Motoradfahrer
22
Abbildung 2-1: Hauptunfallursachen, Berlin, 2012 bis 2014, [VSL15]
Der Anteil getöteter Fußgänger (21 getötet) und Radfahrer
8
(10 getötet) beträgt im Jahr 2014
zusammengefasst 59,61%. Addiert man zu diesen Zahlen die 12 getöteten motorisierten Zweirad-
fahrer (2014), wird ersichtlich, dass die Summe nahezu 5 von 6 Verkehrstoten ergibt (Tab. 2-1).
Tabelle 2-1: Getötete im Straßenverkehr nach Teilnehmergruppe, Berlin, 2014 [VSL15]
Gruppe
Anzahl
Anteil [%]
Fußgänger
21
40,4
Radfahrer
10
19,2
Kraftradfahrer
12
23,1
Pkw (Insassen)
7
13,5
sonstige
2
3,8
gesamt
52
100
Fasst man die verunfallten Fußgänger und Zweiradfahrer zusammen, wird laut [VSL15] ersichtlich,
dass mehr als jeder zweite Leichtverletzte (53,5%) und in etwa drei von vier Schwerverletzten (73,3%)
zu einer dieser Verkehrsteilnehmergruppen gehört. Bei den Getöteten sind es 82,7% (Tab. 2-1).
Abbildung 2-2: Berlin, 2014, im Straßenverkehr tödlich Verunglückte; nach Teilnehmergruppe [VSL15]
8
Der Anteil getöteter Radfahrer in Berlin variiert ab 2015 erheblich: 10 Getötete in 2015, 17 Getötete in 2016
und 9 Getötete in 2017
Σ = 82,7%
23
Vergleicht man die Berliner Verkehrsunfalltoten aus dem Jahr 2014 [VSL15] mit den Erhebungen aus
2016 [VSL17] ergeben sich folgende Erkenntnisse: während sich sowohl die Anzahl der tödlich verun-
glückten Fußgänger (21) als auch der tödlich verunglückten Pkw-Insassen (7) konstant hält, steigt die
Anzahl der tödlich verunglückten Fahrradfahrer von zehn (2014) auf 17 im Jahr 2016.
Vergleicht man die Berliner Unfalltoten aus dem Jahr 2014 [VSL15] mit den Erhebungen aus dem Jahr
2016 [VSL17] hinsichtlich der Altersgruppe ergeben sich folgende Daten: Tödlich verunglückte junge
Erwachsenen konstant (7), Jugendliche von zwei (2014) auf eins (2016). Erwachsene: Rückgang von
22 (2014) auf 21 (2016), Senioren über 65 Jahre gesteigert von 21 (2014) auf 26 im Jahr 2016 (vgl.
Abb. 6-2 und Abb. 6-3, Anhang).
Für einen Zehnjahresrückblick aller im Berliner Straßenverkehr zu Tode gekommenen, siehe Abb. 2-3.
Abbildung 2-3: Anzahl der im Straßenverkehr tödlich Verunglückten im Zeitraum 2007 bis 2016, Berlin [VSL17]
Die Anzahl der im Zehnjahresrückblick getöteten Radfahrer und Fußgänger folgt der Entwicklung aller
Todesopfer. Ein Trend ist nicht zu entdecken, im Mittel sind 32,6 getötete Radfahrer und Fußgänger
pro Jahr zu beklagen (Abb. 2-3).
Schlussfolgerungen
Die Gruppe der Radfahrenden hat im Zeitraum von 2014 bis 2016 als einzige einen deutlichen
Zuwachs an Verkehrstoten, während die Zahlen aller anderen Teilnehmenden konstant blieben oder
leicht sanken. Weiterhin erhöhte sich im selben Zeitraum die Anzahl tödlich verunglückter Senioren
deutlich (siehe Abb. 6-2 und Abb. 6-3 Anhang), sodass auf die Bedürfnisse dieser in den kommenden
Jahren vermehrt auftretenden Altersgruppe im Straßenverkehr bei der Spezifikation des
Markierungslichts eingegangen werden sollte (Stichwort: verminderte visuelle Leistungsfähigkeit).
24
2.1.1 Fußgänger
Aus Abb. 2-4 wird ersichtlich, dass Missachtung des Fahrzeugverkehrs die häufigste Unfallursache bei
den Fußgängern (Berlin, 2014) darstellt. Dieses Ergebnis deckt sich mit BANG [Ban11], der angibt, dass
sich die meisten Verkehrsunfälle zwischen Fahrzeug und Fußgänger bei der Fahrbahnüberquerung
des Fußgängers ereignen (Südkorea). BANG [Ban11] führt diesen Befund im Kontext einer Studie zum
Pkw-Markierungslicht an. Die Quelle macht keine Angabe, ob die Erhebung lediglich für Verkehrs-
bereiche außerhalb geschlossener Ortschaften gilt.
Abbildung 2-4: Hauptunfallursachen von Fußgängern, Berlin, 2014 [VSL15]
[VSL15] benennt eine der Hauptunfallursachen von Fußgängern als falsches Verhalten in der Nähe
von Überwegen an Lichtzeichenanlagen und Fußgängerüberwegen (Abb. 2-4). Da Rotlicht-
missachtung als eigener Punkt geführt wird, scheint mit dieser Formulierung das Überqueren der
Fahrbahn (und, sofern vorhanden, des Radwegs) abseits der Überwege zu sein. [UdV13] besagt, das
5% der Unfälle an Knotenpunkten innerorts Überschreiten-Unfälle sind. Ältere Verkehrsteilnehmer
sind laut [UdV13] für diesen Unfalltyp besonders anfällig.
Technische Spezifikation: Das Markierungslicht sollte in der Lage sein, die an die Fußgängerüberwege
angrenzenden Bereiche ebenso abzudecken, sodass eine Lichtspotmarkierung auch dann möglich ist,
wenn gefährdete Objekte an unerwarteten Orten abseits der offiziellen Überwege und Furten
erscheinen. Die verminderte Leistungsfähigkeit Älterer sollte bei der Auslegung Beachtung finden.
2.1.2 Zweiradfahrer
Zweiradfahrer sind im Straßenverkehr einem höheren Risiko ausgesetzt, sowohl zu verunfallen, als
auch in Folge einer Kollision schwere oder tödliche Verletzungen zu erleiden. Das hohe Verletzungs-
risiko von Zweiradfahrern begründet sich (1) in der weitaus höheren Fortbewegungsgeschwindigkeit
verglichen mit Fußgängern und (2) im Fehlen von Sicherheitseinrichtungen, wie sie von Pkw bekannt
sind (Sicherheitsgurt, ABS, Airbag, ESP).
25
Fahrradfahrer
Ein beträchtlicher Anteil der im Straßenverkehr Verunglückten ist der Gruppe der Fahrradfahrenden
zuzuordnen (nahezu 30% bei Leicht- und Schwerverletzten, bis zu 30% der Getöteten). Tab. 2-2 stellt
die Anzahl der Verunfallten, nach Schwere der Verletzungen, für die Jahre 2014 bis 2016 (Berlin) dar.
Tabelle 2-2: Verunglückte Radfahrer Berlin nach Jahr und Unfallschwere, [VSL17]
Jahr
leicht verletzt
schwer verletzt
tödlich verunglückt
2014
4.761
589
10
2015
4.740
613
10
2016
4.673
583
17
Fahrradunfälle müssen laut VOLLRATH [Vol11] in zwei große Gruppen unterteilt werden. Der Unfall
geschieht entweder mit oder ohne die Beteiligung eines weiteren Verkehrsteilnehmers (VTN). In
absoluten Zahlen überwiegt der letztere Unfalltyp. Jedoch entstehen 90 % der tödlichen Fahrrad-
unfälle durch Kollisionen mit Pkw. Laut VOLLRATH [Vol11] ist bei Radfahrern mittleren Alters das
Unfallrisiko bezogen auf die Wege um das 5- bis 15-fache erhöht gegenüber dem Unfallrisiko eines
Autofahrers. Die Quelle macht keine Aussage über das Risiko bei jungen Erwachsenen oder Senioren.
Dem bekannten Risiko als Zweirad übersehen zu werden, begegnet die StVO (bei Motoradfahrern)
mit der generellen Pflicht aktivierter Front- und Heckbeleuchtung, unabhängig von Tageslicht oder
Dunkelheit und ungeachtet der Witterungsbedingungen. Seit 2011 ist Tagfahrlicht ebenso für neu
zugelassene Pkw in der gesamten EU Pflicht.
FOTIOS [Fot15] empfiehlt, den motorisierten Fahrzeugen folgend, gesetzliche Regelungen zu schaffen,
sodass Fahrradfahrer ebenso mit dauerhaft eingeschalteter Beleuchtung am Fahrzeug unterwegs zu
sein haben. Studien von MADSEN [Mad13] in Dänemark haben gezeigt, dass diese Maßnahme (zumin-
dest bei Tageslicht) für eine signifikante Verminderung der Unfälle pro Wegstreckeneinheit führt. Der
Sicherheitseffekt des Fahrradlichts konnte durch Vergleich ermittelt werden. Verglichen wurden
Gruppen von Radfahrern über einen Zeitraum von 12 Monaten mit (1592 Radfahrer) und ohne (1714
Radfahrer) permanentes Fahrradlicht. Das Aufkommen an Verletzungen in Folge eines Fahrradunfalls
konnte um 41% reduziert werden, was die erfolgreiche Aufmerksamkeitslenkung (Abs. 3.2.2) beweist.
Hauptunfallursachen gegenüber Radfahrern
[VSL15] präsentiert die Hauptunfallursachen gegenüber Radfahrern und unterteilt hierbei in fünf
Kategorien. Verglichen werden die absoluten Unfallzahlen der Jahre 2012, 2013 und 2014. Deutlich
wird, dass keine merklichen Unterschiede über die Jahre zu verzeichnen sind (Abb. 2-5).
Mit 1.595 registrierten Vorfällen (2014) führte Fehler beim Abbiegen mit Abstand am häufigsten zu
einer Kollision mit einem Radfahrer. Kreuzungen, Einmündungen und deren unmittelbare Umgebung
26
sind in den meisten Fällen Ort des Geschehens für diesen Fahrfehler. Die für die Stadt Berlin
erhobenen Daten machen die Notwendigkeit eines wirksamen Assistenzsystems für den Abbiege-
vorgang (wie bspw. das Markierungslicht in der Straßenbeleuchtung) deutlich.
Abbildung 2-5: Hauptunfallursachen gegenüber Radfahrern in Berlin [VSL15]
Das Abbiegen stellt für den Kraftfahrer eine erhebliche Stresssituation dar, da Fahrwege von bis zu
drei Verkehrsteilnehmergruppen überquert werden müssen. Die deutlich abweichenden Fortbeweg-
ungsgeschwindigkeiten (der VTN-Gruppen) verlangen dem Abbieger einen wesentlichen Anteil der
kognitiven Ressourcen ab. Hierdurch beschleunigt sich der Ermüdungsprozess (MOSER [Mos75]).
Durch kurzzeitige kognitive Überlastung können Fahr- und Entscheidungsfehler mit Unfallfolge
resultieren (VOLLRATH [Vol11]).
Motorisierte Zweiräder
Fehler beim Abbiegen stellt laut [VSL17] die dritthäufigste Unfallursache mit motorisierten Zwei-
rädern in Berlin dar (Abb. 2-6). Neben Radfahrern sollte die Gruppe der motorisierten Zweiradfahrer
gleichwertige Beachtung finden, wenn es um die Abwendung von Verkehrsunfällen geht.
27
Abbildung 2-6: Hauptunfallursachen motorisierter Zweiräder [VSL17]
2.1.3 Mittelfristiger Trend der Unfallzahlen
Die Analyse ausgewählter Unfallstatistiken [VSL15], [VSL16], [VSL17], [NRW15] erlaubt Einblicke in
die Unfalldaten der letzten drei bis zehn Jahre. Abb. 2-7 zeigt die Entwicklung der Vorfälle mit
Schwerverletzten in Berlin für den Zeitraum der Jahre 2007 bis 2016 nach Verkehrsteilnehmergruppe.
Abbildung 2-7: Anzahl der im Straßenverkehr Schwerverletzten nach Verkehrsteilnehmergruppen;
Jahre 2007 bis 2016, Berlin [VSL17]
Radfahrer: Die jährliche Entwicklung der schwerverletzten Radfahrer in Berlin zeigt einen deutlichen
Aufwärtstrend der absoluten Unfallzahlen. Aus ökologischer Notwendigkeit wird die Anzahl an Rad-
fahrenden innerorts in den nächsten Jahren vermutlich weiter ansteigen. Hierbei sind Maßnahmen
zur Verbesserung der Sicherheit dieser Gruppe unumgänglich, um Unfallfolgekosten zu reduzieren.
Fußgänger: Die Unfallzahlen schwer verletzter Fußgänger (Abb. 2-7) zeigen keinen sichtbaren Trend
für den betrachteten Zeitraum. Es scheint meteorologische Einflüsse auf die Anzahl schwer verletzter
Fußgänger zu geben: Der Winter 2009/2010 war in Berlin von Dauerfrost und Schneeglätte ab Anfang
Sehr harter Winter 2009/2010
Doppelter Abiturjahrgang und
Aussetzen der Wehrpflicht
28
Oktober 2009 geprägt, was mehr Vorsicht bei sowohl Fußgängern als auch Kraftfahrern hervor-
gerufen haben könnte.
Senioren: Die Gruppe der über 64-jährigen verzeichnet laut [VSL17] einen deutlichen Aufwärtstrend
Schwerverletzter, wie Abb. 2-7 zeigt. Extrema bilden die Jahre 2010 (mit 209 schwerverletzten
Senioren) und 2016 mit 308 Personen. Eine weitere Zunahme dieses deutlichen Aufwärtstrends
scheint aus demografischer Sicht als mathematische Gewissheit. Mit nahezu 50 % Zuwachs bildet die
Gruppe der Senioren den stärksten Aufwärtstrend der betrachteten im Vergleich.
Junge Erwachsene: Betrachtet man die Gruppe der 18- bis 24-jährigen, ist keine nennenswerte
Veränderung im Zeitraum der letzten zehn Jahre für die Stadt Berlin zu finden (Abb. 2-7). Der Anstieg
im Jahr 2012 kann mit den damals doppelt endenden Abiturjahrgängen und dem zeitgleichen
Auslaufen der Wehrpflicht erklärt werden. In den Jahren 2015 und 2016 wird der Durchschnitt von
vor 2011 wieder erreicht.
Kraftradfahrer: Die Anzahl der in der Bundeshauptstadt verunglückten Kraftradfahrer mit schweren
Verletzungen weist ebenso wie die Gruppe der jungen Erwachsenen keine nennenswerten
Veränderungen zwischen 2007 und 2016 auf [VSL17].
In den Jahren 2014 bis 2016 verunglückten jährlich ein bis zwei Kinder und Jugendliche bis 17 Jahre
tödlich auf Berliner Straßen [VSL15], [VSL16], [VSL17].
2.1.4 Demografische Entwicklung
Abb. 2-8 zeigt die Bevölkerungsentwicklung für Berlin aus den Jahren 2005 bis 2016 mit weiter-
führender Prognose bis in das Jahr 2030. Die Zunahme der Wachstumsrate ab dem Jahr 2010 ist
deutlich zu erkennen.
Abbildung 2-8: Bevölkerungsentwicklung in Berlin 2005 bis 2016 und Prognose 2017 bis 2030 [BZ17]
Mio.
Einwohner
29
Betrachtet man die Bevölkerungsentwicklung unterteilt nach Bezirken, ergeben sich merkliche
Unterschiede (Tab. 2-3). Gemein haben alle Berliner Verwaltungsbezirke eine Bevölkerungszunahme
oberhalb 5 % im genannten Zeitraum (2005 bis 2016).
Die in Tab. 2-3 dargestellten Kombinationen aus Bevölkerungszuwachs und Bevölkerungsdichte
liefern wertvolle Hinweise für zu erwartende Zuwächse der Verkehrsdichte in den einzelnen Bezirken.
Während die Bevölkerungsdichte im Bezirk Treptow-Köpenick einen niedrigen einstelligen Wert (in
Tausend / km²) aufweist, beläuft sich die Einwohnerzahl pro Flächeneinheit im zentrumsnahen
Friedrichshain-Kreuzberg auf knapp das Zehnfache. Beide Bezirke weisen vergleichbar hohe
Zuwächse für den in Tab. 2-3 dargestellten Zeitraum auf.
Tabelle 2-3: Bevölkerungszuwachs der Berliner Bezirke von 2005 bis 2016 prozentual und in absoluten Zahlen;
Bevölkerungsdichte zum 30. Juni 2016 in Tausend Personen pro km² (Datenquelle: [BZ17])
Bezirk
Zuwachs
Bevölkerungsdichte (30.6.2016)
in Tausend / km²
in [%]
absolut
Mitte
16,7
53.131
9,3
Pankow
14,9
51.453
3,8
Lichtenberg
12,2
30.720
5,4
Charlottenburg-Wilmersdorf
8,9
27.347
5,2
Treptow-Köpenick
11,3
26.430
1,5
Friedrichshain-Kreuzberg
10,2
26.142
13,8
Neukölln
8,4
25.393
7,3
Spandau
10,3
22.481
2,6
Steglitz-Zehlendorf
6,5
18.506
3,0
Tempelhof-Schöneberg
5,6
18.343
6,5
Reinickendorf
6,9
16.797
2,9
Marzahn-Hellersdorf
5,8
14.443
4,2
2.1.5 Korrelation von Unfallhäufigkeit und Bevölkerungszuwachs
In einem weiteren Schritt der innerstädtischen Personenunfallanalyse werden nun die demo-
grafischen Entwicklungstendenzen für Berlin zu der in Abb. 2-7 dargestellten Entwicklung der Unfall-
opfer in Bezug gesetzt. Die Analyse erfolgt mittels linearer Regression nach Nutzer- und Alters-
gruppen separiert. Betrachtet wird wiederum der Zeitraum der Jahre 2007 bis 2016.
Radfahrer und Senioren
Abb. 2-9 zeigt die Entwicklung für Personen über 65 Jahre und Radfahrer (RF) aller Altersgruppen, die
im Zeitraum von 2007 bis 2016 in Berlin infolge eines Verkehrsunfalls schwere Verletzungen erlitten.
30
Abbildung 2-9: In Folge eines Verkehrsunfalls schwer verletzte Personen pro Jahr nach Verkehrsteilnehmergruppe [VSL17]
Beide Verkehrsteilnehmergruppen weisen einen durchschnittlichen Anstieg von leicht über 10 Per-
sonen pro Jahr auf, wie die linearen Regressionsgeraden verdeutlichen. Die Anpassungsgüte des
Regressionsmodells wird durch das Bestimmtheitsmaß (R²) beurteilt.
Fußgänger und junge Erwachsene
Die Anzahl schwer verletzter Fußgänger in Berlin schwankt für den in Abb. 2-10 dargestellten Zeit-
raum um den Mittelwert 500 pro Jahr, eine nennenswerte Änderungsrate ist nicht zu erkennen.
Abbildung 2-10: In Folge eines Verkehrsunfalls schwer verletzte Personen pro Jahr nach Verkehrsteilnehmergruppe [VSL17]
Ein ähnliches Bild wie bei den Fußgängern ergibt sich für die Altersgruppe der jungen Erwachsenen.
Bei Betrachtung der Zehnjahresentwicklung sind lediglich zwischen 2012 und 2014 größere
Abweichungen vom Mittelwert 200 sichtbar (Abb. 2-10).
31
Schlussfolgerungen
Das merklich höhere Bevölkerungswachstum ab dem Jahr 2010 spiegelt sich hauptsächlich in der
Unfallentwicklung der (1) Radfahrer und (2) Senioren wieder, wohingegen bei (3) Fußgängern
Tendenzen und bei (4) jungen Erwachsenen kein sichtbarer Zusammenhang erkennbar ist. Junge
Erwachsene machen einen Bevölkerungsanteil von 7% aus, während 19% Senioren in Berlin leben.
Die Anzahl schwer verletzter Senioren ist von 222 (2007) auf 308 (2016) angestiegen (Faktor 1,39),
die Anzahl schwer verletzter Radfahrer von 525 (2007) auf 583 (2016), (Faktor 1,11).
Demzufolge gilt:
Die Gruppen der Radfahrer und Senioren reagieren empfindlich auf höhere Verkehrsdichte
Der Anteil Schwerverletzter bemessen am Bevölkerungsanteil ist bei jungen Erwachsenen
deutlich höher als bei Senioren
Eine deutliche Verschiebung zu mehr Seniorenunfällen ist unverkennbar
Dichterer Verkehr scheint keinen (oder geringeren) Einfluss auf die Gefährdung von jungen
Erwachsenen und Fußgängern zu haben
Die Gruppen der Senioren und Radfahrer verzeichnen beide sichtbare Aufwärtstrends was die Anzahl
der jährlich Verunglückten mit schweren Verletzungen aus Unfallfolgen betrifft. Beide Gruppen
werden in den nächsten Jahrzehnten entweder aus (1) demografischen Gründen oder aus (2) öko-
logischer Notwendigkeit vermehrt im Straßenverkehrsraum auftreten.
Nach Analyse häufiger Unfallursachen muss nun der Wirksamkeitsnachweis der dynamisch
kontrastoptimierenden Lichtspotmarkierung, einen wesentlichen Beitrag zur Verminderung von Per-
sonenunfällen im Stadtverkehr zu leisten, im Feldversuch erbracht werden. Experimentelle Feld-
studien sind nicht Bestandteil dieser Arbeit.
Offene Fragen
Wie kann dem Anstieg der Unfallzahlen bei (1) Radfahrenden und (2) Senioren begegnet werden?
Wie kann die Anzahl der Verunfallten bei (3) Fußgängern und (4) jungen Erwachsenen reduziert
werden? An welchen Punkten im Verkehrsraum erscheinen Maßnahmen zur Reduktion der Unfall-
zahlen eine vergleichsweise hohe Wirkung zu erzielen, wenn hierbei der lokale (nach Bezirken) und
mittelfristige Bevölkerungszuwachs, sowie Bestandsdichten einbezogen werden?
Empfehlungen
Berlin Mitte weist mit 16,7% (2007 - 2016) den höchsten Bevölkerungszuwachs aller Berliner Bezirke
auf, Friedrichshain-Kreuzberg mit 13,8 Tausend Einwohnern pro km² die höchste Bevölkerungsdichte.
Beide Bezirke liegen Zentral und werden von Durchgangsverkehr frequentiert. Charlottenburg liegt
ebenfalls zentral und ist von Zahlreichen Hauptverkehrsachsen durchzogen. Lichtenberg belegt Platz
32
drei beim Bevölkerungswachstum, bei vergleichbarer Bevölkerungsdichte wie Charlottenburg-
Wilmersdorf.
Alle genannten Kriterien sprechen für Investitionen in die Verkehrsinfrastruktur in den
genannten Bezirken. Es gilt zu beweisen, dass die Installation des Markierungslichts in die
Straßenbeleuchtung ein Mittel zur Weiterentwicklung sicherer Verkehrsinfrastruktur darstellt.
2.1.6 Technische Spezifikation
Die dynamisch kontrastoptimierende Lichtspotmarkierung sollte hauptsächlich an die Bedürfnisse
und Anforderungen von Radfahrenden und Senioren angepasst werden. Motorisch und physisch
muss bei über 65-jährigen von (mit dem Lebensalter) abnehmender Leistungsfähigkeit ausgegangen
werden.
Hier bieten Sensorik und Signalverarbeitung des Systems optimale Voraussetzungen, adaptiv
in die Situation einzugreifen. Wird eine Person, die sich sehr langsam auf dem Fußgängerüberweg
fortbewegt erkannt, kann (1) die Fußgängergrünphase um einige Sekunden verlängert und (2) die
Aufmerksamkeit abbiegender Fahrzeuge über eine geeignete Lichtmarkierungsstrategie auf die
gefährdete Person gelenkt werden. Das Risiko einer möglichen Gefährdung wird durch gezielten
Eingriff vermindert.
Neben verlangsamter Fortbewegung ist bei Senioren weiterhin die massiv fortschreitende
Linsentrübung ab dem Alter von 65 Jahren zu berücksichtigen, wodurch Objekte, die für 45-jährige
gut und für 25-jährige problemlos sichtbar werden, nicht mehr zu erkennen sind. Bessere
Sehbedingungen durch (a) mehr Licht und (b) höheren Kontrast C sind erforderlich.
Um der Gruppe der Radfahrenden gerecht zu werden, ist die technische Ausgestaltung des
Markierungslichts auf Objekte, die sich mit einer Geschwindigkeit von bis 10 m/s fortbewegen
auszulegen. Sensorische Abtastrate, Signalverarbeitung und Aktuatorik müssen in der Lage sein
Objekte bei genannter Geschwindigkeit präzise zu erfassen und optisch zu markieren.
Bedingt durch die Fortbewegungsgeschwindigkeit müssen gefährdete Objekte möglichst früh
im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit stehen. Eine geeignete Strategie, basierend auf zufrieden-
stellender räumlicher Ausdehnung des sensorischen Erfassungsbereichs scheint dem Genüge zu tun.
33
2.2 Methoden der Unfallanalyse
Im Folgenden werden Analysemethoden der Verkehrspsychologie vorgestellt und das Unfallrisiko
(abhängig vom Alter) diverser Verkehrsteilnehmergruppen präsentiert.
2.2.1 Unfallprävention
Sicherheitsvorkehrungen im Straßenverkehr haben das Ziel Verkehrsunfälle abzuwenden und insbe-
sondere die Schwere von Personenschäden abzumildern. Sachliche Bestandteile wie die (1) Verkehrs-
infrastruktur oder die den Verkehrsraum nutzenden (2) Fahrzeuge bestimmen gleichsam mit den (3)
Akteuren die Sicherheit im Straßenverkehr.
Bestandteile der Infrastruktur sind die Verkehrswege und deren Führung, sowie Verkehrsleit-
systeme. Die ortsfest installierte Straßenbeleuchtung innerhalb geschlossener Ortschaften soll einen
wesentlichen Beitrag zur Sicherheit bei Dunkelheit leisten. Die Sichtbarkeit von Objekten und Hinder-
nissen dient der Verkehrssicherheit. Die Erkennbarkeit von Personen schafft darüber hinaus ein sub-
jektives Sicherheitsempfinden.
Möglichkeiten zur Erhöhung der Verkehrssicherheit sind (1) Wegstreckenvermeidung oder
die (2) Umlegung der Wegstrecken auf andere Verkehrsmittel. Jede im öffentlichen Verkehrsraum
zurückgelegte Wegstrecke birgt das Risiko eines Unfalls. Unachtsamkeit, eingeschränkte Sicht durch
Dunkelheit oder ungünstige Witterungsbedingungen, aber auch Ermüdung oder Ablenkung können
Gründe hierfür sein.
Als Basis für die weitere Diskussion (zum Thema Personenunfall) werden in Abs. 2.3 grund-
legend wichtige Begriffe zu den sensorischen und reizverarbeitenden Mechanismen und Eigenheiten
des Menschen in Zusammenhang mit dem Kontext gebracht.
Abs. 2.2.2 beginnt mit der Definition des Begriffs Unfallrisiko.
2.2.2 Unfallrisiko
Laut VOLLRATH [Vol11] wird mit Hilfe der Risikobewertung festgelegt, inwieweit das Auftreten eines
Unfalls von bestimmten Faktoren abhängt. Im ersten Schritt wird die Auftrittshäufigkeit des Unfalls
beschrieben. VOLLRATH [Vol11] benennt zwei Maße, die sich hierbei etabliert haben: Mathematisch
lässt sich das Unfallrisiko in Form eines Quotienten entweder als (1) Chance oder (2) Risiko
darstellen:
(1) Chance = Anzahl Unfälle / Anzahl unfallfreie Fahrten
(2) Risiko = Anzahl Unfälle / (Anzahl unfallfreie Fahrten + Anzahl Unfälle)
Als weiteres Risikomaß kommt das Odds Ratio in Frage: In Abbildung 2-11 wird das Unfallrisiko
abhängig vom Lebensalter für verschiedene Verkehrsteilnehmergruppen dargestellt.
34
VOLLRATH [Vol11] nennt drei für die Verkehrspsychologie relevante Vorgehensweisen zur Unfall-
analyse.
1. Bestimmung von Häufigkeiten: Wie häufig sind verschiedene Arten von Unfällen? Laut
VOLLRATH [Vol11] werden die Antworten auf diese Fragen benötigt, um Forschung und
Gegenmaßnahmen strategisch auszurichten. Bei begrenzten Mitteln (in der Forschung
und Politik) sollte man versuchen, dort einzugreifen, wo man die größte Wirkung erreicht
([Vol11]). Beispielhaft werden die häufigsten Fahrfehler als Ursache für Personenschaden
dargestellt (Deutschland, 2008): Platz 1 (14%) – Abbiegen, Wenden, Anfahren; Platz 2
(13%) – Vorfahrt. VOLLRATH [Vol11] empfiehlt, aus Erhebungen wie diesen durch weiter-
gehende Analyse Hinweise zu gewinnen, wo die größten Problemfelder liegen und wo
Gegenmaßnahmen am effektivsten sein könnten.
2. Bestimmung von Ursachen für kritische Ereignisse: Laut VOLLRATH [Vol11] ist die Suche
nach Ursachen für Unfälle eine zugleich psychologische Frage: Warum verhalten sich
Fahrer in einer Weise, dass Unfälle geschehen? VOLLRATH [Vol11] versäumt in diesem
Kontext, die Ursachen für Unfälle auch dort zu suchen, wo sie nicht der Verantwortung
des Verkehrsteilnehmers zuzurechnen sind. Die Fragestellung sollte daher um eine
nichtpsychologische erweitert werden, bspw.: Welche Gegebenheiten an einer
spezifischen Verkehrskreuzung führen dazu, dass im Berufsverkehr und vorrangig bei
Dunkelheit Abbiegeunfälle in ungewöhnlicher Höhe zu verzeichnen sind?
3. Bestimmung des (I) Verlaufs und der (II) Typen kritischer Ereignisse: Wiederum sucht
VOLLRATH [Vol11] die Ursachen in der Verantwortung und dem Verhalten der Verkehrs-
teilnehmer. Die Risikobestandteile der Verkehrsinfrastruktur werden in den von VOLLRATH
[Vol11] angeführten Beispielen nicht dargelegt oder berücksichtigt.
Zudem ist das Unfallrisiko vom Alter abhängig. Abb. 2-11 zeigt Unfallrisiken nach Altersgruppen für
verschiedene Verkehrsteilnehmergruppen (die Risikoskalen sind unterschiedlich skaliert).
Abbildung 2-11: Unfallrisiko nach Altersgruppe, Fußgänger (links), Radfahrer (Mitte), Motorradfahrer (rechts); [Vol11]
35
Abb. 2-11 zeigt, dass das Unfallrisiko bei Fußgängern um Faktor 4 mit dem Alter variiert. Bei Frauen
sinkt es ab dem Grundschulalter kontinuierlich, bei Männern ab dem frühen Erwachsenenalter. Bei
beiden Geschlechtern ist ein massiver Risikoanstieg beginnend mit dem Renteneintrittsalter
verbunden.
Radfahrende Männer im jungen Erwachsenenalter verzeichnen einen erheblichen Risikoan-
stieg, was bei gleichaltrigen Frauen nicht der Fall ist. Wie bei den Fußgängern steigt das Risiko deut-
lich mit beginnendem Rentenalter.
Bei Motorradfahrern sinkt das Unfallrisiko bei beiden Geschlechtern kontinuierlich mit dem
Lebensalter. Erst bei über 75-jährigen ist wieder ein leichter Anstieg zu beobachten. Das Unfallrisiko
variiert bei dieser Verkehrsteilnehmergruppe enorm mit dem Lebensalter. Insbesondere junge
Motorradfahrer sind sehr gefährdet.
Während eine jugendliche Fußgängerin das 1,3-fache Unfallrisiko aufweist, ist es bei der
jugendlichen Fahrradfahrerin das 3,7-fache. Dahingegen sind jugendliche Kraftradfahrerinnen sehr
gefährdet, sie verzeichnen das 40-fache Unfallrisiko.
36
2.3 Unfallstudien zu Personenschaden
Der folgende Abschnitt bezieht Methoden und Ergebnisse empirischer Studien zum Thema Personen-
unfall in die Diskussion mit ein. Hierbei stehen sowohl örtliche als auch zeitliche Einflusskriterien im
Zentrum der Betrachtung. Dunkelheitseinflüsse werden in bezug zu Tageszeit und Jahreszeit gesetzt.
Fragestellungen zu den Themen Unfallschwerpunkt und Fahrmanöver liefern Hinweise für geeignete
Präventionsmaßnahmen.
2.3.1 Örtliche Einflussgrößen
außerorts
Das Risiko als Radfahrer tödlich zu verunglücken ist auf Straßen außerhalb geschlossener Ortschaften
nahezu drei Mal höher als innerorts. FOTIOS [Fot15] nennt für Großbritannien folgende Zahlen: 7,3
Todesopfer auf 1,6 Milliarden gefahrene Pkw-Kilometer außerorts (innerorts: 2,6 Todesopfer auf 1,6
Milliarden gefahrene Pkw-Kilometer). Höhere Fahrtgeschwindigkeiten werden als Hauptursache
genannt.
SCHNEIDER [Sch11] zu Folge verunglückten 2006 insgesamt 789 Fußgänger in Deutschland
tödlich im Straßenverkehr, davon 226 außerorts, was einem Anteil von 28,6% entspricht. Mehr als
drei von vier der außerorts tödlich verunglückten Fußgänger verunfallten bei Dämmerung oder
Dunkelheit (Abb. 2-12). Jedoch: der Anteil außerorts verunglückter Fußgänger (Dunkelheit) bildet
lediglich einen kleinen Bruchteil der Gesamtheit (genaue Zahlen weiter unten).
innerorts
Im Jahr 2006 betrug der Anteil innerhalb geschlossener Ortschaften tödlich verunglückter Fußgänger
71,4% in Deutschland (SCHNEIDER [Sch11]), etwas mehr als jeder zweite davon bei Dämmerung oder
Dunkelheit (Abb. 2-12). Trotz geringerem Verkehrsaufkommen verunfallen innerorts bei Dunkelheit
(geringfügig) mehr Fußgänger tödlich als bei Tageslicht.
Laut VOLLRATH [Vol11] geschehen in den Niederlanden 78 % der Fahrradunfälle innerorts vor
allem im Bereich von Kreuzungen. Hierbei spielt die Verkehrsdichte eine wesentliche Rolle ([Vol11]).
[DfT14] findet für Großbritannien (Zeitraum 2006 bis 2013) einen Anteil von 60 % aller Fahrradunfälle
innerorts, wobei 68 % des Radverkehrs auf Straßen innerhalb geschlossener Ortschaften aufkommt.
[DfT13] zu Folge geschehen in Großbritannien nahezu zwei Drittel aller Radfahrunfälle mit tödlichen
oder schweren Verletzungen auf oder in der Nähe einer Kreuzung, wobei 30 % aller tödlich und
schwer verletzten Radfahrer bei Geradausfahrt durch Abbiegen eines Kfz zu Schaden kamen.
Oben genannte Erhebungen und Studien liefern Hinweise auf den Funktionalen Zusam-
menhang zwischen Unfallwahrscheinlichkeit und dem Faktor Ort im Straßenverkehr: Der Bereich von
(1) Kreuzungen und Einmündungen hebt das Unfallrisiko deutlich an. Die (2) lokale Verkehrsdichte hat
Einfluss auf das Unfallrisiko.
37
2.3.2 Dunkelheitseinflüsse
Laut SCHNEIDER [Sch11] ist die Anzahl der jährlich in Deutschland verunfallten Fußgänger im Zeitraum
von 1970 bis 2008 von knapp 80.000 auf gut 33.000 gesunken, während sich die Anzahl der
verunfallten Fahrradfahrer (77.072 im Jahr 2006) im selben Zeitraum nahezu verdoppelt hat (vgl.
Abb. 6-8 Anhang). In 2006 wurden bei Tag und Nacht insgesamt 789 Fußgänger bei Unfällen mit
Fahrzeugbeteiligung getötet, davon 563 innerorts (71,4 %). Knapp mehr als die Hälfte (294) der
innerorts getöteten Fußgänger verunfallten bei Dämmerung oder Dunkelheit (Abb. 2-12).
Abbildung 2-12: Verunglückte Fußgänger 2006 Deutschland: Gegenüberstellung inner-/außerorts; unterteilt nach
Unfallschwere und Lichtbedingungen; SCHNEIDER [Sch11D]
Laut SCHNEIDER [Sch11] wurden im Jahr 2006 (in D) bei Dämmerung und Dunkelheit insgesamt 10.034
Fußgänger innerorts, jedoch lediglich 1167 Fußgänger außerorts (durch Pkw verursacht) verletzt.
Diese Zahlen rücken die prozentualen Verteilungen in Abb. 2-12 in ein anderes Licht: Studien von
EGGERS [Egg11] belegen, dass die Wahrscheinlichkeit einen Fußgänger bei Dunkelheit außerhalb
geschlossener Ortschaften in unmittelbarer Nähe zum Straßenrand anzutreffen, sehr gering ist (ca. 1
Fußgänger pro 800 km gefahrene Überlandstrecke).
Folgende Implikationen für das Markierungslicht in der Straßenbeleuchtung lassen sich ableiten:
In etwa 70 % der verletzten Fußgänger verunfallen innerorts bei Tageslicht, in etwa 30 % bei
Dämmerung oder Dunkelheit (Abb. 2-12), wobei nicht nach Leicht- und Schwerverletzten unter-
schieden wird. Der Anteil der (innerorts) Getöteten bei Dämmerung und Dunkelheit überwiegt
jedoch, was einen Zusammenhang zwischen Schwere der Verletzungen und den Sichtbedingungen
vermuten lässt.
38
Um den Anteil der schwer und tödlich verunfallten Fußgänger bei Dunkelheit zu reduzieren, ist die
dynamische Kontrastoptimierung gefährdeter Objekte vielversprechend, insbesondere im Hinblick
auf die absoluten Zahlen der Unfallopfer unter den Fußgängern innerorts.
Tageszeit
Unfälle mit Personenschaden und einem Radfahrer als Unfallbeteiligten können anhand vielfältiger
Kriterien bewertet werden. Ein Gesichtspunkt der Analyse ist die Frage, ob sich die Kollision bei
Tageslicht oder bei Dunkelheit zugetragen hat. [TfL10] untersucht Radfahrunfälle für den Verkehrs-
raum von Greater London hinsichtlich Tageszeit und Jahreszeit. Gegenübergestellt werden mithin
Vorfälle bei Tageslicht und bei Dunkelheit (Abb. 2-13, Abb. 2-14).
Abbildung 2-13: Verunglückte Radfahrende nach Tageszeit und Lichtbedingungen für Greater London, 2008 [DfT14]
Unabhängig von Tageszeit und Jahreszeit geschehen Radfahrunfälle in Greater London überwiegend
bei Tageslicht (Abb. 2-13, Abb. 2-14). Jedoch gibt es ebenfalls einen deutlichen Anteil von Dunkel-
heitsunfällen. Im Jahr 2008 trugen sich für den genannten Verkehrsraum laut [TfL10] ca. 25 von 65
Unfällen bei Dunkelheit zu (Zeitraum 6:00 Uhr bis 7:00 Uhr morgens). Zwischen 7:00 und 8:00 Uhr
morgens verändert sich das Verhältnis massiv: lediglich ca. 25 von 250 Radfahrunfällen geschehen
bei Dunkelheit.
Weiterhin tragen sich zwischen 17:00 Uhr und 18:00 Uhr ca. 75 von 300 Radfahrunfällen bei
Dunkelheit zu (Abb. 2-13). Zwischen 18:00 Uhr und 19:00 Uhr geschehen sogar ca. 125 von 350
derartigen Vorfällen bei Dunkelheit [TfL10].
Zwischen 7:00 Uhr und 8:00 Uhr morgens und ebenso zwischen 16:00 Uhr und 17:00 Uhr
nachmittags ereignet sich ein kleiner Bruchteil an Dunkelheitsunfällen, überwiegend geschehen die
Unfälle in diesen Stunden bei Helligkeit (Abb. 2-13). Dies ist jahreszeitlich bedingt: nur in der
Adventszeit und bis Mitte Januar ist es in den genannten Zeitintervallen dunkel. Zudem lässt der
39
Radverkehr über die Wintermonate witterungs- und temperaturbedingt nach. Der geringe Anteil an
Dunkelheitsunfällen überrascht nicht.
Jahreszeit
[TfL10] legt einen deutlichen Zusammenhang zwischen Jahreszeit und dem Aufkommen von Dunkel-
heitsunfällen nahe. Während der Anteil im Monat Mai bei unter 10 % liegt, steigt das Aufkommen für
den Monat November auf nahezu 50 % (Abb. 2-14).
Abbildung 2-14: Verunglückte Radfahrende nach Jahreszeit und Lichtbedingungen für Greater London, 2008 [DfT14]
Tab. 2-4 stellt die in Abb. 2-14 visualisierten Daten erneut dar. Abgebildet werden die (1) absoluten
Unfallzahlen und das (2) Verhältnis der Dunkelheitsunfälle bezogen auf die Anzahl der Unfälle bei
Tageslicht, dargestellt über dem jeweiligen Monat.
Tabelle 2-4: Verunglückte Radfahrende nach Jahreszeit und Lichtbedingungen für Greater London, 2008 [DfT14]
Kalendermonat
Unfallzahlen
Verhältnis:
dunkel/hell in [%]
Tageslicht
Dunkelheit
gesamt
Januar
110
70
180
63,6
Februar
135
65
200
48,1
März
125
45
170
36,0
April
220
30
250
13,6
Mai
260
25
285
9,6
Juni
340
35
375
10,3
Juli
345
40
385
11,6
August
250
40
290
16,0
September
285
45
330
15,8
Oktober
225
95
320
42,2
November
115
105
220
91,3
Dezember
80
70
150
87,5
Jahr gesamt
2490
665
3155
26,7
Der Anteil an Dunkelheitsunfällen reduziert sich drastisch zu Frühlingsbeginn (Abb. 2-14). Ursachen:
steigende Anzahl an Stunden mit Tageslicht und steigenden Außentemperaturen. Während die
40
Anzahl der Unfälle bei Tageslicht von März bis Juni kontinuierlich zunimmt, sinkt die Häufung an
Dunkelheitsunfälle von Februar bis Mai. Mehr Tageslicht und höhere Außentemperaturen locken,
wie aus Abb. 2-14 ersichtlich, mehr Radfahrer auf die Straßen.
Von Juni bis September bleibt die Häufung an Dunkelheitsunfällen nahezu konstant, obwohl sich der
Anteil an Dunkelstunden pro Tag deutlich erhöht. Die deutliche Zunahme des Anteils an Dunkelheits-
unfällen ab Oktober bei rückläufigen Unfallzahlen bei Helligkeit lässt die Korrelation mit hoher
Verkehrsdichte im Berufsverkehr vermuten.
Die jahreszeitlich bedingte Zeitumstellung spielt laut FOTIOS [Fot15] eine messbare Rolle am Unfall-
aufkommen. 10% mehr Fußgängerunfälle treten in den vier Wochen nach Rückstellung der Uhren
auf, verglichen mit den vier Wochen zuvor.
Aus Tab. 2-4 wird ersichtlich, dass von den etwa 3150 Radfahrunfällen in Greater London 2008 circa
670 bei Dunkelheit geschahen. Während das Verhältnis der Häufungen (dunkel/hell) von Frühjahr bis
Sommer niedrige zweistellige Prozentwerte annimmt, übersteigt der Quotient im November den
Wert von 0,9.
2.3.3 Einschätzungsvermögen
Laut VOLLRATH [Vol11] wird in Unfallstudien sehr häufig berichtet, dass (1) Autofahrer Fahrradfahrer
nicht gesehen hätten (Quelle ohne quantitative Angabe). Weiterhin heißt es dort, dass (2) Radfahrer
die Entfernung, in der sie von Autofahrern gesehen werden können, deutlich überschätzen und sich
entsprechend verhalten. Neben schlechter Sichtbarkeit (nachts, dunkle Bekleidung, keine Fahrrad-
beleuchtung) sind laut VOLLRATH [Vol11] (3) Aufmerksamkeitsstrategien des Fahrers und (4) Erwar-
tungen ein wesentlicher Grund dafür sind, dass Radfahrer nicht wahrgenommen werden.
Laut RÄSÄNEN [Räs98] bemerken sowohl Auto- (12 % oder 34 %) als auch Fahrradfahrer (30 %
oder 49 %) den jeweils anderen VTN zu spät (keine Reaktion mehr möglich) oder gar nicht. Somit
hatten bei 17 % der Unfälle weder Auto- noch Radfahrer die Gefahr bemerkt. Unfälle werden laut
VOLLRATH [Vol11] eher dann geschehen, wenn Radfahrer aus Richtungen kommen, in denen der
Fahrer sie nicht erwartet.
2.3.4 Risikofaktor Fahrwegkreuzen
Bei Durchsicht aller amtlicheren Erhebungen und wissenschaftlichen Studien zu Personenunfällen
innerhalb geschlossener Ortschaften sticht ein Aspekt deutlich heraus: Kreuzungen haben einen
maßgeblichen Einfluss auf das Aufkommen von Personenunfällen innerorts. Das Überschneiden der
Fahrwege birgt ein massives Personenunfallrisiko.
41
DIN EN 13201-2 greift den Ort als Kriterium für die Planung der Straßenbeleuchtung auf und definiert
den Begriff der Konfliktzone worunter alle Bereiche fallen, an denen sich Verkehrsströme
aufteilen,
kreuzen oder
einmünden.
Für Konfliktzonen im Verkehrsraum innerorts existieren gesonderte Beleuchtungsklassen, die
beispielsweise für Kreuzungen, Kreisverkehre, […] Fußgängerüberwege und Fußgängerquerungen
Anwendung finden. Weiterhin ist das Verkehrsaufkommen eine lokale Einflussgröße. In Bereichen
wie Kreuzungen und Kreisverkehren verdichten sich Verkehrsströme kurzfristig.
Sichtbehinderungen wie parkende Fahrzeuge (Transporter) im Verkehrsraum begünstigen das
Unfallrisiko, da hierdurch unvorhersehbare Ereignisse, wie das Plötzliche Hervortreten als Haupt-
unfallursache mit Fußgängern [VSL15], eintreten können (Abb. 6-9, Anhang).
Laut VOLLRATH [Vol11] werden, wenn andere Fahrzeuge an einem Fahrradunfall beteiligt sind, eine
Verletzung oder sogar ein Todesfall wahrscheinlicher. Derartige Kollisionen geschehen laut [Vol11]
überwiegend innerorts vor allem im Bereich von Kreuzungen. Das Unfallrisiko für Radfahrer an
Kreuzungen nimmt mit der Anzahl der Kraftfahrzeuge an der Kreuzung zu ([Vol11]).
Für Greater London gilt: nahezu zwei Drittel aller innerorts tödlich oder mit schweren Verletzungen
verunglückten Radfahrer verunfallen auf oder in der Nähe einer Kreuzung (FOTIOS [Fot15]). 30 % aller
innerorts tödlich oder mit schweren Verletzungen verunglückten Radfahrer verunfallen an Einmün-
dungen oder Kreuzungen bei Geradeausfahrt, während das in den Unfall verwickelte Fahrzeug rechts
oder links abbiegt.
[VSL15] und [VSL17] bestätigen, dass Fehler beim Abbiegen die mit Abstand häufigste Unfallursache
gegenüber Radfahrern ist. Laut RÄSÄNEN [Räs98] ist der häufigste Unfalltyp bei Radfahrbeteiligung an
Orten, wo sich (1) Wege kreuzten (Fußgängerüberweg), gefolgt von (2) Abbiegeunfällen.
42
Linksabbiegeunfall
Abb. 2-15 zeigt die Unfallzahlen für den Unfalltyp mit amtlicher Bezeichnung 211 (Missachtung der
Bevorrechtigung von Geradeausfahrern durch Linksabbieger).
Abbildung 2-15: Unfalltyp 211 (Linksabbiegeunfall) NRW (SV: Schwerverletzte, LV: Leichtverletzte); Quelle: [NRW14]
Unter der Prämisse, dass Radfahrer und Fußgänger die überwiegende Mehrheit der Verkehrstoten
bei Abbiegeunfällen innerhalb geschlossener Ortschaften ausmachen, ergibt sich beispielsweise für
das Jahr 2012 ein Anteil von über 10 % allein für den Unfalltyp 211. Weiterhin ist aus Abbildung 2-15
ersichtlich, dass sich im Jahr 2011 annähernd 1000 Personen schwere Verletzungen in Folge dieses
Unfalltyps zuzogen.
Die Unfallforschung der Versicherer (UdV) beschäftigt sich in der 40. Ausgabe ihrer Schriftenreihe
dem Thema Sichere Knotenpunkte für schwächere Verkehrsteilnehmer [UdV13]. An Knotenpunkten
innerorts entfallen 44% aller Unfälle auf Einbiegen/Kreuzen und 25% auf Abbiegen. 13% entfällt auf
Unfall im Längsverkehr, der Rest auf Fahrunfall, Überschreiten-Unfall und sonstiger Unfall.
Bei detaillierter Betrachtung der Hauptunfalltypen wird ersichtlich, dass der Unfalltyp 211
der am häufigsten auftretende Unfalltyp ist.
Abbildung 2-16: Unfalltyp mit amtlicher Bezeichnung 211 (Missachtung der Bevorrechtigung
von Geradeausfahrern durch Linksabbieger); Quelle: [UdV13]
In der Altersgruppe der über 65-jährigen Kraftfahrer ereignet sich der Unfalltyp 211 häufiger als die
übrigen Unfalltypen (Radfahrer an Einmündung von links oder rechts) der Einbiegen/Kreuzen-Unfälle.
43
Abbildung 2-17: Einbiegen/Kreuzen-Unfälle: Unfalltypen mit amtlicher Bezeichnung 301 (Radfahrer an
Einmündung von links) und 342 (Radfahrer an Einmündung von rechts); Quelle: [UdV13]
Weiter heißt es in [UdV13], dass ältere Menschen als Kfz-Führer am häufigsten bei Abbiege-Unfällen
(insbesondere im Typ 211) und Einbiegen/Kreuzen-Unfällen vertreten sind. Die Beteiligung Älterer
bei Abbiegen-, Einbiegen-/Kreuzen-Unfälle ist unabhängig vom gewählten Verkehrsmittel häufig: Als
Kfz-Führer sticht genannte Altersgruppe als Hauptverursacher heraus. Als Fußgänger oder Radfahrer
erscheinen Personen dieser Altersgruppe überproportional häufig als Unfallgeschädigte mit oder
ohne Mitschuld.
Resultierende Hauptempfehlung von [UdV13]: die Verpflichtung zur Einrichtung separater Phasen für
Linksabbieger sollte bei bestimmten Rahmenbedingungen, wie z. B. eingeschränkte Sichtverhältnisse
oder hohe Verkehrsmengen, verbindlich eingeführt werden. Weiter heißt es: Verschärfte Regelungen
zum signaltechnisch geführten Linksabbieger würden besonders älteren Kraftfahrern helfen und
darüber hinaus zur Erhöhung der Verkehrssicherheit an Knotenpunkten im Allgemeinen beitragen.
Zusammenfassung
Kreuzungen und Einmündungen als Verdichtungsort von Verkehrsströmen bilden ein nachweislich
hohes Risiko für Unfälle mit Personenschaden. Das Kreuzen der Verkehrswege ([Fot15], [Vol11]) und
die kognitive Spitzenbelastung der VTN sind die auf Kreuzungen und Einmündungen maßgeblichen
Ursachen für Kollisionen. Fußgänger und Radfahrer sind [VSL15] und [VSL17] zu Folge die am
stärksten gefährdete Gruppe der VTN, schwere oder tödliche Verletzungen zu erleiden.
Weiterhin lassen sich folgende Einflussgrößen auf das betrachtete Unfallrisiko ableiten:
PUnfall = f(Ort, L, Erwartung, Verkehrsdichte, Sichtbehinderung, Kognitionsbelastung, …)
Für Ältere Verkehrsteilnehmer bergen Linksabbiegeunfälle (insbesondere Unfalltyp 211 als
gesonderter Unfalltyp der Abbiegeunfälle) ein hohes Unfallpotential ([UdV13]).
44
Der Abbiegevorgang im Allgemeinen, sowie speziell der Linksabbiegevorgang wurde anhand von
theoretischen Überlegungen und gestützt durch die Beweiskraft zahlreicher Studien und Erhebungen
[VSL17], [NRW15], [Räs96], [Vol11], [UdV13], [Fot15] als beachtenswertes Fahrmanöver für die
zukünftige Ausgestaltung sicherer Verkehrsräume mit dem Ziel der Verminderung und Abwendung
von Personenunfällen identifiziert. Auf Grundlage der Ergebnisse der Recherche bilden die im
Rahmen dieser Arbeit entworfenen und durchgeführten Probandenstudien das Fahrmanöver des
Linksabbiegevorgangs
exemplarisch nach. Hierbei begibt sich der Studienteilnehmer in die Position des links Abbiegenden
Kraftfahrzeugführers. Die Sehreize erscheinen an Orten links in der Peripherie, während sich die
Blickfokussierung des Rezipienten auf den Ort des sich annähernden Kfz-Gegenverkehrs richtet.
45
Kapitel 3 – Stand der Forschung
Kapitel 3 beginnt mit einem grundlegenden Überblick zu der Physiologie des menschlichen Auges.
Abschnitt 3.2 (Wahrnehmung) befasst sich intensiv mit den Einflussgrößen menschlicher
Informationsaufnahme und Reizverarbeitung. Die periphere visuelle Wahrnehmung ist für die
Sicherheit beim Kreuzen der Fahrwege in besonderem Maße wichtig, da mehrere Hindernisse
zeitgleich in unterschiedlichen Bereichen des Gesichtsfelds in Erscheinung treten können. Folglich
bilden Methoden und Erkenntnisse bisheriger Studien zu peripherer Objektdetektion (Abs. 3.3) einen
wichtigen Bestandteil für die Konzeption der eigenen Experimente. Abschnitt 3.4 behandelt Güte-
merkmale und Bewertungskriterien der Straßenbeleuchtung. Die Beleuchtung der an die Fahrbahn
angrenzenden Bereiche und deren Bedeutung für das sichere Fahrwegkreuzen wird in Abschnitt 3.4
gesondert betrachtet. Abs. 3.5 umfasst die Recherche bisheriger Arbeiten des im Pkw eingesetzten
Markierenden Lichts. Durchweg alle hier zitierten Arbeiten beinhalten mindestens ein Probanden-
experiment in Form einer (a) Feld-, (b) Simulator oder (c) Laborstudie. Es erfolgen eine kompakte
Beschreibung der Versuchsdurchführung, des Untersuchungsgegenstands und der Ergebnisse, gefolgt
von einer kurzer Diskussion und Bewertung, sowie Schlussfolgerungen für die eigene Arbeit. Da sich
die Navigation im Stadtverkehr von der Überlandfahrt in vielfältiger Weise unterscheidet, muss die
Übertragbarkeit der Erkenntnisse notwendigerweise kritisch überprüft werden. Die wichtigsten
Versuchsparameter aller in Abs. 3.5 aufgeführten Studien werden in Tabellen zusammengefasst (Tab.
3-4 und Tab. 3-6). Die gemessenen Erkennbarkeitsentfernungen sind in Abb. 3-8 dargestellt. Das
Wiederaufgreifen ausgesuchter Studien in Abs. 3.6 erfolgt, sofern ein besonderer Detailbezug der
Methodik zu den eigenen Versuchen besteht. Darauf aufbauend werden Erwartungen (in Form von
Forschungshypothesen) in bezug auf die Variablen der eigenen Experimente formuliert (Kap. 4).
3.1 Physiologie des Auges
Das menschliche Auge wandelt den sichtbaren Anteil der elektromagnetischen Strahlung in
Nervenimpulse um, die über den Sehnerv an das Gehirn zur Interpretation weitergeleitet werden.
Das Auge besteht aus dem durchsichtigen Glaskörper im Augeninneren, der Linse, die über den
Ziliarmuskel und die Zonulafasern (beide Bestandteil der inneren Augenmuskulatur) verformt werden
kann, sowie der mit Sehsinneszellen übersäten Netzhaut, bestehend aus Zapfen (vorrangig im
Bereich des schärfsten Sehens, vgl. Abb. 3-1) und Stäbchen, die in der Überzahl in den peripheren
Bereichen der Netzhaut aufzufinden sind. Hornhaut (der Linse vorgelagert) und Lederhaut bilden
gemeinsam die Außenhülle des kugelförmigen Sehsinnesorgans.
Die gedachte Linie zwischen Fovea Centralis (Ort des schärfsten Sehens auf der Retina im Zentrum
des gelben Flecks) und Mittelpunkt der Augenlinse wird als Zentrale Sehachse bezeichnet
46
(UEBERSCHAER [Ueb15]). Die Verlängerung dieser gedachten Linie in die Umwelt führt zu dem Punkt
auf den der Blick fokussiert ist. Die äußere Augenmuskulatur setzt in verschieden Bereichen der
Lederhaut an und dient dem Schwenken, Heben und Senken des Augapfels.
Die bedeutsamsten äußeren Augenmuskeln sind der Musculus rectus lateralis (nach außen gerichtete
Augenbewegung), der Musculus rectus medialis (nach innen gerichtete Augenbewegung), der
Musculus rectus superior (Hauptfunktion: Elevation des Auges im gesamten Blickbereich) und der
Musculus rectus inferior (Senkung des Augapfels im gesamten Blickbereich). Zwei weitere äußere
Augenmuskeln sind der Musculus obliquus superior und der Musculus obliquus inferior (Funktion bei
beiden: Rotieren um die Sehachse).
Die zentrale Sehachse kann über das Zusammenspiel der äußeren Augenmuskeln horizontal um bis
zu 100° und vertikal um bis zu 105° verstellt werden. Laut JENDRUSCH [Jen98] können schnelle
Augenbewegungen Winkelgeschwindigkeiten von 600 – 700 °/s aufweisen (amplitudenabhängig).
3.1.1 Adaptation
Der Bereich des mesopischen Sehens (Zapfen und Stäbchen beide aktiv) umfasst laut VÖLKER [Völ06]
Leuchtdichten zwischen 0,001 cd/m² und 30 cd/m². Bei Leuchtdichten oberhalb 30 cd/m² sind
lediglich die Zapfen (photopisches Sehen) und bei Leuchtdichten unterhalb 0,001 cd/m² (skoto-
pisches Sehen) sind ausschließlich die Stäbchen aktiv. Laut SCHNEIDER [Sch11D] kann sich das Auge an
Helligkeiten zwischen 10-5 cd/m² und 3∙105 cd/m² anpassen. SCHNEIDER [Sch11D] nennt L = 3,0 cd/m²
als Untergrenze für das Tagsehen, laut UEBERSCHAER [Ueb15] werden in der Literatur weitere
voneinander abweichende Grenzwerte genannt.
Das menschliche Auge adaptiert an die unterschiedlichen Leuchtdichtebereiche (1) durch Variation
(Faktor 16) des Pupillendurchmessers, (2) durch chemische Prozesse auf der Netzhaut (Anpassung
der Sehfarbstoffkonzentration innerhalb der Rezeptoren UEBERSCHAER [Ueb15]) und (3) durch Betei-
ligungs- und Verschaltungsmechanismen von Sehsinneszellen auf der Netzhaut (SCHOBER [Sch54]).
Laut MOON [Moo43] ist Adaptation der Anpassungsvorgang an die Quantität und Qualität des Lichts:
Wird das Auge einem gleichbleibenden Zustand lange genug ausgesetzt, erreicht jeder Bestandteil
der Retina einen Gleichgewichtszustand und das Auge kann als an dieses Lichtniveau adaptiert
angesehen werden.
Ein Adaptationsgleichgewicht ist dieser Definition folgend (1) im Laborexperiment vergleichsweise
einfach zu realisieren und (2) für den beleuchteten Straßenverkehrsraum nur in seltenen Ausnahme-
fällen (Fahrt durch homogen ausgeleuchteten langen Tunnel) zu erwarten.
Die Helladaptation verläuft wesentlich schneller als die Dunkeladaptation, wobei letztere in
Abhängigkeit der bestimmenden Zielleuchtdichte mehrere dutzende Minuten andauern kann. Der
zeitlich nichtlineare Übergang zwischen photopischem und skotopischem Sehen und die damit
47
verbundene sinkende Zapfenaktivität (sowie steigende Aktivität der Stäbchen) wird Kohlrauschknick
genannt (vgl. Abb. 6-7, Anhang).
3.1.2 Akkommodation
Die Akkommodation ist ein willentlich nicht beeinflussbarer Vorgang (Reflex), der dem Scharfstellen
von Objekten auf der Netzhaut in Abhängigkeit der Distanz zwischen Objekt und Auge dient. Beim
Akkommodieren wird die Augenlinse durch die innere Augenmuskulatur mechanisch verformt, um
den Strahlengang des einfallenden Lichts zu lenken.
Die für die Akkommodation benötigte Dauer tak ist eine von der Adaptationsleuchtdichte Lad und dem
Kontrast C abhängige Größe, die laut LACHENMAYR [Lac06] bei guten Beleuchtungsverhältnissen und
Objekten mit hohen Kontrasten (altersabhängig) 300 ms bis 400 ms beträgt, im nächtlichen
Straßenverkehr jedoch mehrere Sekunden betragen kann.
3.1.3 Tag-/Nachtsehen
Das Spektrum der sichtbaren Strahlung reicht von 380 nm bis 780 nm Wellenlänge. Die Hell-
empfindung weist der V(λ)-Kurve (Tagsehen) folgend eine spektrale Abhängigkeit auf. Nachts
verschiebt sich das Maximum der spektralen Hellempfindlichkeit hin zu kürzeren Wellenlängen
(max{V‘(λ)} = 1 bei λ = 507 nm), wobei laut CIE das Maximum spektraler Hellempfindlichkeit für das
Tagsehen bei 555 nm liegt (vgl. Abb. 6-6, Anhang).
Das photometrische Strahlungsäquivalent für das Tagsehen beträgt Km = 683 lm/W, für das Nacht-
sehen ist K‘m = 1699 lm/W gültig. Die höhere Empfindlichkeit der nachtaktiven Stäbchen, sowie deren
Häufung in der Peripherie der Retina (vgl. Abb. 3-1) bewirken, dass in den in Kap. 4 beschriebenen
Versuchen periphere Schwellenkontraste Cth, p bei Umfeldleuchtdichten von 0,7 mcd/m² und
Objektleuchtdichten von 0,9 mcd/m² ermittelt werden können.
Abbildung 3-1: Örtliche Verteilung von Stäbchen und Zapfen auf der Netzhaut; Graphik nach Ch. Schierz, Ilmenau [Ueb15]
48
3.1.4 Alterseinflüsse
Die Linse des menschlichen Auges ist einem lebenslangen Alterungsprozess unterworfen. Die
Wirkung des Alterungsprozesses äußert sich in der Trübung der Augenlinse, die sich fortschreitend
verdunkelt und eine Art Vergilbung erfährt. Dieser Prozess zieht eine Änderung des Transmissions-
grades der Augenlinse mit sich.
3.1.5 Streulicht im Auge
Das Auge adaptiert an die im Gesichtsfeld vorherrschende Leuchtdichte. Dort vorhandene helle (stö-
rende) Blendquellen erzeugen im Augeninneren ein Streulicht, das sich (bei hohen Leuchtdichte-
unterschieden) wie ein Schleier auf die Netzhaut legen kann. Durch die zusätzliche Schleierleucht-
dichte LS adaptiert das Auge auf ein höheres Niveau L = Lad + LS. Das bei Lad gerade noch (Schwellen-
kontrast) zu erkennende Objekt ist nun unsichtbar. Die Objektleuchtdichte Lo muss bei Blendung um
ΔLBl erhöht werden, um dieses Objekt wieder wahrnehmbar zu machen.
Die äquivalente Schleierleuchtdichte unter Beachtung eines altersabhängigen (fA) Blendempfindens
berechnet sich [DIN EN 13201-3] zu Folge mit
𝐿𝑠=𝑓𝐴∑𝐸𝑘
𝛩𝑘
2
𝑘
wobei Ek Beleuchtungsstärke am Beobachtungsstandort, von Leuchte k erzeugt und θk Winkel zwi-
schen der zentralen Sehachse und der Mitte der leuchtenden Fläche der Leuchte k.
(3.1)
49
3.2 Visuelle Wahrnehmung und Aufmerksamkeit
Die menschliche Reizverarbeitung im Straßenverkehr erfolgt auf Grundlage der Aufnahme von
Umweltinformationen, woraufhin reagiert werden kann. HILLS [Hil80] schätzt, dass 90% der für die
Fahraufgabe relevanten Informationen visuell aufgenommen werden. Laut GROEGER [Gro00] wird
durch selektive Aufmerksamkeit aus den insgesamt verfügbaren Informationen jener Teilbereich
ausgewählt, den die Person augenblicklich für besonders bedeutend hält.
3.2.1 Foveales Sehen und periphere visuelle Wahrnehmung
Laut VOLLRATH [Vol11] wird foveales Sehen in erster Linie zur Wahrnehmung von (1) Eigenschaften
und (2) Details genutzt. Mit dem Ablesen der Information auf einem Verkehrsschild wird der dort
abgebildete Informationsgehalt identifiziert. Einfache Teile der Fahraufgabe (wie die Spurhaltung)
können laut SUMMALA [Sum98] peripher visuell wahrgenommen erbracht werden, nicht jedoch die
Objektidentifikation.
Was bedeuten diese Erkenntnisse für die Sicherheit gefährdeter Objekte beim Linksabbiegen?
Solange die Aufmerksamkeit des Linksabbiegers (wie von SUMMALA [Sum96] ermittelt, vgl. Abs. 3.2.4)
auf dem entgegen kommenden Kraftverkehr verweilt, kann das gefährdete Objekt in der Peripherie
allenfalls wahrgenommen werden. Die Identifikation ist den Ausführungen von VOLLRATH [Vol11]
folgend frühestens mit der Blickzuwendung möglich.
Es bleibt zu untersuchen, ob eine adäquate Reaktion vor Blickzuwendung und Identifikation
gefährdeter Objekte möglich ist. VOLLRATH [Vol11] merkt an, dass das Entdecken von Veränderungen
und Bewegungen im peripheren Bereich wichtig und Voraussetzung für die Aufmerksamkeitslenkung
auf das Objekt ist, um zu entscheiden, ob Handlungsrelevanz besteht.
Zusammenfassend besteht die Aufgabe fovealen Sehens darin, den (1) Straßenverlauf zu
erkennen, (2) Geschwindigkeit und Abstände zu regulieren und (3) Hindernisse vor dem Fahrzeug zu
erfassen (VOLLRATH [Vol11]). Die Detektion von Objekten in der Peripherie, das Richten der Aufmerk-
samkeit auf diese und Einleiten entsprechender Handlungen, falls notwendig, gehört laut VOLLRATH
[Vol11] zu peripherer Wahrnehmung.
Beim peripheren Sehen können zusätzlich kognitiv beanspruchende Aufgaben dazu führen, dass es
zur Abnahme der Aufnahmefähigkeit im peripheren Bereich des Sehfelds kommt. Dieser Effekt wird
von WILLIAMS [Wil85] als tunnel vision bezeichnet. Beim Linksabbiegen ist das Risiko dann am
höchsten, wenn die Geschwindigkeit entgegen kommender Kfz vom Linksabbieger eingeschätzt
(Kognitionsbeanspruchung!) und eine Entscheidung getroffen werden muss, ob die Passage sicher ist.
Ist der Abstand zweier aufeinander folgender Pkw im Gegenverkehr kritisch und entscheidet sich der
Linksabbieger dennoch zu beschleunigen und durch die Lücke hindurch abzubiegen, steigt die
50
Kognitionsbelastung deutlich (Abschätzen des Abstands und der jeweiligen Geschwindigkeit der
aufeinander folgenden Pkw im Gegenverkehr).
3.2.2 Aufmerksamkeitsverlagerung und Selektivität
[CIE100-1992] definiert den Begriff der Aufmerksamkeit als die Fähigkeit, sich selektiv auf bestimmte
Reize einzustellen und bestimmte andere herauszufiltern und von sich aus in der Lage zu sein
zwischen den beachteten Reizen zu wechseln. Weiter heißt es dort, dass, bedingt durch die sowohl
begrenzten menschliche Aufmerksamkeitsressourcen, als auch durch die begrenzte visuelle
Informationsverarbeitungsfähigkeit Fahrer nicht in der Lage sind, dauerhaft alle potentiell relevanten
Merkmale der visuellen Szene zu verfolgen.
Laut VOLLRATH [Vol11] erfolgt die Aufmerksamkeitsverlagerung überwiegend reizgesteuert. Beispiel:
Beachtung vorausfahrender oder querender Fahrzeuge an einer Kreuzung. Diese Einschätzung deckt
sich mit den Ergebnissen von SUMMALA [Sum96] zum Blickverhalten von Linksabbiegern (Abs. 3.2.4).
3.2.3 Detektion vs. Identifikation
Nach [CIE100-1992] ist die Wahrscheinlichkeit einen fovealen Reiz zu entdecken von vier Faktoren
abhängig: (1) Leuchtdichte des Objekts, (2) Helligkeitsunterschied des Objekts zu unmittelbarem
Umfeld, (3) Größe, Farbe und Form des Objekts, sowie (4) die Beobachtungszeit. Weiter nennt
[CIE100-1992] den (5) Ort des Reizes […] als Einflussgröße auf die Detektionswahrscheinlichkeit (je
näher an der Sehachse, desto besser zu entdecken und je näher die tatsächliche Position der
erwarteten, desto besser zu entdecken).
Visuelle Erkennung ist die Fähigkeit, mehr Wahrnehmungsdetails in einem Reiz zu erfassen als ledig-
lich wo und wann ([CIE100-1992]). Um Erkennung von Entdeckung zu unterscheiden nennt [CIE100-
1992] als Beispiel eine Fahrt unter nebligen Bedingungen: man ist in der Lage etwas vor einem zu
sehen, jedoch nicht in der Lage zu bestimmen was es ist. In diesem Fall ist der Reiz oberhalb der
Entdeckungsschwelle, jedoch unterhalb der Erkennungsschwelle. [CIE100-1992] merkt an, dass der
Zeitpunkt, zu dem Erkennung auftritt nicht der frühestmögliche sein muss, zu dem die Möglichkeit
nach der Entdeckung bestünde. Die Latenz zwischen Entdeckung des Reizes und Erkennung ist
abhängig von der (1) Wahrnehmungslast des Fahrers, den (2) allgemeinen Fahranforderungen in
diesem Moment und (3) der Konzentration des Fahrers auf die gegenwärtige Fahraufgabe.
3.2.4 Blickverhalten
Um ein Objekt im peripheren Gesichtsfeld zu fokussieren, muss eine Blickbewegung erfolgen. Als
Definition für das Blickverhalten nennt HÖRTER [Hör13] die zeitliche Abfolge von (I) Saccaden (das
Auge ändert seine Orientierung mit einer hohen Winkelgeschwindigkeit in Richtung des wahrgenom-
menen Objektes, um es foveal zu untersuchen) und (II) Fixationen, wobei optische Information
51
lediglich während der Fixierung […] aufgenommen werden kann. Während der Fixierung wird das
fokussierte Objekt auf der Fovea Centralis (dem Ort des Schärfsten Sehens) abgebildet.
Die Entscheidung für die Durchführung einer Blickbewegung unter Zuhilfenahme des peri-
pheren Sehens hat laut HÖRTER [Hör13] großen Einfluss auf die Lokalisierung bestimmter Sehobjekte.
Die periphere visuelle Wahrnehmung beim Fahren ist maßgeblich von dem Verhältnis zwischen Fahr-
bahnausleuchtung und der Ausleuchtung angrenzender Bereiche bestimmt. Das Umgebungsbe-
leuchtungsstärkeverhältnis SR (DIN EN 13201-2) kann als Maßzahl herangezogen werden (Abs. 3.4.1).
Nach [CIE100-1992] limitiert eine unzureichend ausgeleuchtete Straßenszene das periphere Sehen,
was zu einer Fehlinterpretation der eigenen Fahrzeuggeschwindigkeit sowie zu einem Übersehen
potentieller Gefahrenquellen führen kann.
Nach ROCKWELL [Roc72] entfallen circa 90% der Fixationen während des Fahrens ohne zusätz-
liche Aufgabe (wie bspw. d. Abbiegevorgang) auf eine kleine Region von +/-4° um den sogenannten
Focus of Expansion. Dieser Punkt liegt direkt in Blickrichtung vor dem Fahrer und wird als ruhender
Punkt wahrgenommen (Abb. 3-2). Daraus lässt sich schließen, dass der Ort (und die Häufung) der
Blickfixationen eine von der Erwartung des Fahrers abhängige Größe ist. Der Befund von ROCKWELL
[Roc72] zum Blickverhalten von Fahrern gilt folglich nicht für Abbiegesituationen (weder innerorts
noch außerorts).
WINTER [Win15] untersucht das Blickverhalten von Pkw-Fahrern auf Haupt- und Anwohner-
straßen im Zuge einer Probandenstudie. Foveale Augenbewegungen für einen Autofahrer bei Dunkel-
heit tendieren in einen Kreis (oder eine Ellipse) zu fallen, deren Mittelpunkte entweder auf der Fahr-
bahnmitte oder leicht in Richtung Beifahrerseite verschoben liegen, abhängig vom Straßentyp und
den erwarteten Gefahren (Abb. 3-2)
Abbildung 3-2: Blickverhalten nach SUMMALA [Sum96] (rot), WINTER [Win15] (blau & pink), ROCKWELL [Roc72] orange
Der Bereich der Blickfixationen variiert stark in Abhängigkeit des von WINTER [Win15] untersuchten
Straßentyps: Für die Hauptstraße fallen die Fixationen in einen Kreis mit 10° Durchmesser, dessen
Mittelpunkt im Horizont der Fahrbahn liegt. Für die Anwohnerstraße fallen die Blickfixationen
mehrheitlich in den Bereich einer Ellipse (Ausdehnung in etwa 20° horizontal und circa 10° vertikal),
52
deren Mittelpunkt auf der Fahrbahnmitte liegt, weiterhin lassen sich die Fixationen für die
Anwohnerstraße ebenfalls durch einen Kreis mit 10° Durchmesser, dessen Mittelpunkt in Richtung
Beifahrerseite verschoben ist (3,8° Verschiebung) beschreiben (Abb. 3-2).
SUMMALA [Sum96] findet heraus, dass Fahrer, die sich einer Kreuzung nähern, dazu tendieren,
hauptsächlich in Richtung des Gegenverkehrs oder in Richtung der Orte zu schauen, an denen
entgegen kommende Fahrzeuge erwartet werden. Tendenziell richtet sich die Konzentration auf die
Entdeckung häufiger auftretender und größerer Gefahren (wie Kfz), seltener auftretende Gefahren
ignorierend.
Die Einschätzung von SUMMALA [Sum96] deckt sich mit den Ergebnissen von VOLLRATH [Vol11]:
Die Wahrscheinlichkeit für einen Radfahrer übersehen zu werden, variiert mit der Anzahl örtlich
gehäuft anwesender Radfahrer. WINTER [Win15] schließt aus den von ihm ermittelten Verteilungen,
dass eine Tendenz des Fahrers besteht dort hin zu schauen, wo Gefahren erwartet werden. Diese
Einschätzung deckt sich wiederum mit der von VOLLRATH [Vol11], der die zielgerichteteren Blick-
bewegungen bei den erfahreneren Fahrern sieht.
SENDERS [Sen67] fand heraus, dass Blickabwendungen von der Straße von mehr als 1,7
Sekunden als unangenehm und kritisch empfunden werden. Hieraus lässt sich ableiten, dass Fahrer
sich der Gefahr von zu langen Informationspausen im Verkehrsfluss bewusst sind und diese aus
Sicherheitsgründen vermeiden wollen.
Schlussfolgerungen
Vergleicht man die Ergebnisse und Einschätzungen von SUMMALA [Sum96], WINTER [Win15] und
VOLLRATH [Vol11], so wird deutlich, dass
(1) die Blicke in Richtung der erwarteten Orte (wo Gefahren wahrscheinlich sind) gerichtet
werden,
(2) erfahrenere Fahrer eine zielgerichtetere Blickabfolge aufweisen,
(3) in Anwohnerstraßen plötzlich auftretende Hindernisse am Straßenrand erwartet werden,
(4) was auf Hauptstraßen nicht der Fall ist,
(5) beim Linksabbiegevorgang der Blickfokus auf dem entgegen kommenden Kraftverkehr
liegt und
(6) bevorrechtigten Radfahrern und Fußgänger beim Linksabbiegevorgang wenig Beachtung
geschenkt wird.
53
3.2.5 Sichtbarkeit
HENTSCHEL [Hen02] stuft das Kontrastsehen neben Adaptations- und Fahrbahnleuchtdichte, Gleich-
mäßigkeit derer sowie Vermeidung der physiologischen Blendung als vorrangig ein, wenn es um die
Sicherheit geht, mit der ein Verkehrsteilnehmer den Straßenraum visuell erfasst. Gleichung 3.2
definiert den Weber-Kontrast C, wobei Lo die Leuchtdichte des Objekts und Lu die Leuchtdichte des
Umfelds darstellt.
C = 𝐿𝑜
𝐿𝑢− 1= 𝐿𝑜−𝐿𝑢
𝐿𝑢=𝛥𝐿
𝐿𝑢 (3.2)
Bei mesopischer Beleuchtung gelingt die Detektion von Objekten hauptsächlich durch das Kontrast-
sehen.
Eine Maßzahl für die Sichtbarkeit ist das Sichtbarkeitsniveau (engl. Visibility Level) VL. Gleichung 3.3
beschreibt das Sichtbarkeitsniveau als das Verhältnis von Kontrast C (des Objekts) zum Schwellen-
kontrast Cth.
VL = C / Cth (3.3)
Für gute Sichtbarkeit von Hindernissen muss gelten: C >> Cth. Der Kontrast C muss deutlich (Faktor 10
bis 20) oberhalb des Schwellenkontrasts Cth liegen.
Das Visibility Level VL oder Sichtbarkeitsniveau wird in BAER [Bae16] wie folgt definiert:
VL = ΔL / ΔLs (3.4)
Der vorhandene Leuchtdichteunterschied ΔL wird zu dem Schwellenleuchtdichteunterschied ΔLs in
das Verhältnis gesetzt. Hierdurch wird laut BAER [Bae16] der Grad der Überschwelligkeit beschrieben.
Die Sichtbarkeit relevanter Objekte bei Dunkelheit wird zudem bedingt durch deren (scheinbare)
Größe α, deren Reflexionsgrad ρ und ihren Bewegungszustand (relative Geschwindigkeit) vrel. Große
Objekte mit hohem Reflexionsgrad ρ werden früher und deutlicher wahrgenommen. Bewegung und
deren Geschwindigkeit hat aufmerksamkeitslenkenden Charakter. Die Sichtbarkeit S eines Hinder-
nisses ist weiterhin abhängig von der Adaptationsleuchtdichte Lad und der Objektposition Θ.
S = f (α, Lad, Lo (ρ), Lu, vrel, Θ, …) (3.5)
HENTSCHEL [Hen02] nennt für die […] maßgebende Sicherheit der Wahrnehmung von Hindernissen
den Leuchtdichteunterschied ΔL, mit dem sie sich vom Hintergrund abheben. Für die Leuchtdichte Lv
eines Hindernisses verwendet HENTSCHEL [Hen02] das Produkt aus Reflexionsgrad ρ des (diffus
reflektierenden) Hindernisses der dem Kraftfahrer zugewandten vertikalen Fläche und anliegender
vertikaler Beleuchtungsstärke geteilt durch die Zahl π:
54
Lv = (ρ/π)∙Ev (3.6)
Weiter heißt es in HENTSCHEL [Hen02]: Wird das Hindernis gegen ein Flächenelement x der
Straßendecke mit der Leuchtdichte Lx gesehen, so ist der Leuchtdichteunterschied
ΔLx = Lv - Lx. (3.7)
Zur sicheren Wahrnehmung muss laut HENTSCHEL [Hen02] ΔLx dem Betrage nach größer sein als die
Unterschiedsschwelle ΔLs.
Die von HENTSCHEL [Hen02] angegebene Fahrbahnleuchtdichte Lx entspricht in vielen Fällen nicht der
Umfeldleuchtdichte Lu des gefährdeten Objekts. Im Stadtverkehr und insbesondere beim Abbiege-
vorgang kann das Hindernis (Fußgänger, Radfahrer) an Orten erscheinen, an denen die Hintergrund-
leuchtdichte aus Perspektive des Linksabbiegers stark von der Fahrbahnleuchtdichte Lx abweicht (vgl.
Abb. 1-3). Abb. 3-3 zeigt eine Übersicht weiterer möglicher Objektumfelder (Hintergründe), die in
Leuchtdichte und Homogenität stark voneinander abweichen. Die von HENTSCHEL [Hen02] (in Glei-
chung 3.7) angegebene Umfeldleuchtdichte (Fahrbahnleuchtdichte) Lx muss gegebenenfalls durch die
vorherrschende Umfeldleuchtdichte Lu ersetzt werden.
55
Abbildung 3-3: Linksabbiegen mit unterschiedlichen Umfeldleuchtdichten Lu (aufsteigend): (1) unbeleuchteter Park (oben
links), (2) teilweise beleuchtete Hausfassade (oben rechts), (3) beleuchteter Park (unten links), (4) beleuchtetes
Schaufenster (unten rechts)
Analyse
Die Beleuchtungssituation in Abb. 3-3 (oben links) bietet schlechte Voraussetzungen für gute Sicht-
barkeit gefährdeter Objekte: direkt angrenzend an Fuß- und Radweg befindet sich ein unbeleuchte-
ter Park. Aus Abb. 1-3 ist ersichtlich, dass die Umfeldleuchtdichte Lu in diesem Fall im Bereich von
0,01 … 0,02 cd/m² liegt. Ein an die Fahrbahnleuchtdichte von 0,3 cd/m² oder sogar 1,0 cd/m² adap-
tierter Linksabbieger ist nun einer Leuchtdichtediskrepanz von bis zu 1:100 ausgesetzt. Das Risiko ein
dunkles, unbeleuchtetes Hindernis (beim Abbiegen) zu übersehen ist als hoch einzustufen. Die
Umfeldleuchtdichten des unbeleuchteten Parks entsprechen größenordnungsmäßig den vorherr-
schenden Umfeldleuchtdichten außerorts (bei Dunkelheit). Lösungsansatz: Die dynamische Licht-
spotmarkierung kann bei genau diesen Beleuchtungsverhältnissen ihr stärkstes Potential entfalten,
was durch zahlreiche Studien zur Wirksamkeit des Pkw-Markierungslichts belegt ist (vgl. Abs. 3.5).
Die Beleuchtungssituation in Abb. 3-3 (unten rechts) bietet beste Voraussetzungen für gute
Sichtbarkeit. Die Silhouette des Hindernisses erscheint vor dem hell beleuchteten Schaufenster im
Negativkontrast und für den Linksabbieger klar und deutlich zu erkennen. Der Reflexionsgrad ρ des
Objekts spielt in diesem Fall eine untergeordnete Rolle. Die Objektaufhellung durch dynamische
56
Lichtspotmarkierung würde in dieser Situation einer Verminderung des Kontrasts C hervorrufen und
ist daher zu vermeiden.
Die Beleuchtungssituationen oben rechts und unten links in Abb. 3-3 bieten höhere Umge-
bungsleuchtdichten Lu als für den unbeleuchteten Park und niedrigere als für das hell erleuchtete
Schaufenster.
Offene Frage: Es ist bisher ungeklärt, inwieweit die dynamische Lichtspotmarkierung eine Verbes-
serung der Sichtbarkeit für die skizzierte Umgebungsbeleuchtung gewährleisten kann. Die Wirksam-
keitsgrenze des Markierungslichts für ein bestimmtes Umfeldleuchtdichteniveau Lu ist in Abhängig-
keit der Adaptationsleuchtdichte Lad und der Blendung durch entgegen kommende Pkw-Scheinwerfer
in Feldversuchen zu ermitteln. Als Ausgangspunkt für die weiterführende Forschung können die
Methoden und Erkenntnisse der in Abs. 3.6.1 diskutierten Laborstudien verwendet werden. Die noch
ausstehenden Feldversuche sind nicht Gegenstand dieser Arbeit.
3.2.6 Auffälligkeit
RÖßGER [Röß12] definiert den Begriff der (visuellen) Auffälligkeit wie folgt: Auffälligkeit ist der Grad zu
welchem ein Objekt in der Lage ist die Aufmerksamkeit eines Beobachters durch seine physikalischen
Eigenschaften gegenüber einem vorgegeben Hintergrund auf sich zu ziehen. Diese Einschätzung
impliziert die funktionale Abhängigkeit von Kontrast C. Auffälligkeit = f(C, …). Auffälligkeit im Stra-
ßenverkehr kann bspw. durch das Tragen einer Warnweste (in Signalfarbe) herbeigeführt werden.
Durch die Auffälligkeit eines (visuellen) Reizes kann die Aufmerksamkeit eines Verkehrsteilnehmers
gelenkt und in Anspruch genommen werden. Hierdurch werden kognitive Ressourcen der Person
belegt. Menschliche Ressourcen zur Verarbeitung von Reizen in einem definierten Zeitintervall sind
begrenzt und von Einflussgrößen, wie bspw. der Ermüdung abhängig. Die Auffälligkeit eines
Verkehrsteilnehmers kann entscheidend für den Ausgang einer Gefahrensituation sein.
FOTIOS [Fot15] unterscheidet zwei Ausprägungen der Auffälligkeit:
(1) Visuelle Auffälligkeit: Beruht wahrnehmungspsychologisch lediglich auf der Analyse der
Reizmerkmale.
(2) kognitive Auffälligkeit: Der Aufmerksamkeitsfokus des Beobachters wird maßgeblich von
Erwartungen, Zielen und Vorwissen beeinflusst
Hierdurch wird wiederum deutlich, dass der Einfluss der Erfahrung (Erwartung durch Vorwissen)
einer Person im Verkehrsraum (als Fußgänger, Radfahrer oder Pkw-Fahrer) mit den Mechanismen
der Auffälligkeit verknüpft ist.
57
Schlussfolgerungen
Die visuelle Auffälligkeit von Radfahrern zu erhöhen ist für FOTIOS [Fot15] vordringlich, um diese
Verkehrsteilnehmergruppe in Relation zu anderen Fahrzeugen auf der Straße herausstechen zu
lassen. Das Markierungslicht bietet gute Eigenschaften (dynamisch kontrasterhöhende Objektver-
folgung) und das Potenzial dieser Forderung gerecht zu werden.
Die folgenden Unterabschnitte befassen sich mit einer Auswahl von Einflussfaktoren auf die
Aufmerksamkeit. Den Einschätzungen der direkt unter der Überschrift von Abschnitt 3.2 zitierten
Quellen folgend, bildet die Aufmerksamkeit gemeinsam mit der visuellen Wahrnehmung das Fun-
dament für Sicherheit im Straßenverkehr aus dem Blickwinkel der menschlichen Reizverarbeitung.
3.2.7 Erfahrung und Erwartung
Erfahrung im Straßenverkehr hilft bei der Bewältigung schwieriger und unübersichtlicher Verkehrs-
situationen. Somit ist das Risiko als junger Erwachsener am Steuer eines Kfz zu verunfallen ver-
gleichsweise hoch, da der Erfahrungsschatz entsprechend schwach ausgeprägt ist. VOLLRATH [Vol11]
stellt die Frage, warum das Unfallrisiko junger Fahrer (trotz höherer Leistungsfähigkeit des visuellen
Systems) deutlich höher als bei den älteren Kollegen ist (vgl. Abb. 3-4). Laut VOLLRATH [Vol11] sind
Vorwissen und Erfahrung erforderlich für die Verarbeitungsprozesse, die den Ausschlag für sichere
Fahrzeugführung geben. Erfahrung besteht aus erlerntem und erfahrenem Vorwissen, was wiederum
Voraussetzung für die Lenkung der (visuellen) Aufmerksamkeit ist.
Abbildung 3-4: Unfallrisiko in Abhängigkeit vom Fahreralter (Pkw) [Vol11]. Risikomaß: odds ratio (x-faches Unfallrisiko)
Nach WICKENS [Wic03] ist Erwartung einer von vier Einflussfaktoren der visuellen Aufmerksamkeit,
beschrieben durch das SEEV-Modell. Der (erfahrene) Fahrer hat Erwartungen, an welchen Orten
relevante Objekte auftauchen könnten. Die situationsgerechte Erwartung (und das damit ver-
bundene Blickverhalten) ist bei erfahrenen Fahrern fortentwickelter ausgeprägt: Sie wissen laut
58
VOLLRATH [Vol11], wo sie hinschauen sollen und wie oft. Neben Erwartung (expectancy) sind der Wert
der Information (value), die Salienz (vgl. Abs. Auffälligkeit) und die Anstrengung (effort) Einfluss-
größen der Informationsverarbeitung.
3.2.8 Anstrengung
Anstrengung als Einflussfaktor der Informationsverarbeitung (SEEV-Modell) beschreibt den Aufwand
ein Objekt anzusehen. Je weiter ein Objekt von anderen, die gerade beobachtet werden, entfernt ist,
desto weniger wird es beachtet. Es wird Anstrengung benötigt, um das Objekt anzusehen, was vom
Organismus gerne vermieden wird.
Für gefährdete Objekte beim Abbiegevorgang bedeutet dies: Je weiter vom Blickfokus ent-
fernt (Winkel Θ), desto gefährdeter. Folgerung: Bedarf für dynamische Lichtspotmarkierung insbe-
sondere für weit periphere Objektpositionen.
3.2.9 Ermüdung
Stress führt laut MOSER [Mos75] zu rascher oder sofortiger Ermüdung. Laut VOLLRATH [Vol11] spielt
bei Müdigkeit die Überwachung der eigenen Leistungsfähigkeit und des eigenen Zustands eine
zentrale Rolle. Laut [CIE-100 1992] ist das Risiko bei Nachtfahrten zu ermüden höher als tagsüber,
insbesondere nach einem bereits absolvierten Arbeitstag.
VOLLRATH [Vol11] nennt drei Ursachen von Müdigkeit, die der Verkehrsteilnehmer (Fahrer)
berücksichtigen kann:
(1) Menge und Qualität des Schlafs in der Nacht zuvor, die
(2) Fahrtdauer und der
(3) Zeitpunkt der Fahrt.
3.2.10 Ablenkung
Der Zusammenhang zwischen Ablenkung und der Entstehung von Unfällen ist KLAUER [Kla06] zufolge
im Rahmen einer Naturalistic Driving Study erwiesen: Unaufmerksamkeit in irgendeiner Form ist bei
fast 80% aller Unfälle und bei etwa 65% aller Beinahe-Unfälle beteiligt. TIJERINA [Tij01] unterscheidet
drei Varianten der Ablenkung:
(1) visuelle Ablenkung: Blickabwendungen von der Fahrbahn
(2) Mentale oder kognitive Beanspruchung: Beeinträchtigung der Sicherheit beim Fahren,
auch dann, wenn der Blick auf die Straße gerichtet ist: Mögliche Ursachen sind (a)
intensive gedankliche Beschäftigung, (b) Konversation mit Passagieren, (c) Telefonieren
(3) Biomechanische Störungen: bspw. Blickzuwendung zu Kindern auf der Rückbank oder
Suchen eines im Fahrzeug fallen gelassenen Gegenstands während der Fahrt
59
Visuelle Ablenkung beeinträchtigt laut VOLLRATH [Vol11] vor allem Fahranfänger, da diese das
periphere Sehen bei Bewältigung der Fahraufgabe wesentlich weniger nutzen als erfahrene Fahrer
(Diese Erkenntnis ist für die Zielfragestellung dieser Arbeit relevant!). Mentale Beanspruchung ver-
schlechtert nicht unmittelbar die Fahrzeugkontrolle, wenn der Blick nach vorne gerichtet wird, aber
das Verkehrsgeschehen wird weniger bewusst wahrgenommen und verarbeitet (RECARTE [Rec00]).
Das Sehfeld verengt sich und das Blickverhalten wird einförmiger, was zu Lücken in der Verfolgung
der Verkehrsregelung und einer verminderten und verzögerten Wahrnehmung von Gefahren führen
kann (HARBLUK [Har02]).
Schlussfolgerungen
Sowohl Müdigkeit als auch Ablenkung vermindern, durch Studien und Befragungen belegt, die
Verkehrssicherheit. Beide Faktoren können Ursache für Kollisionen mit schwächeren Verkehrsteil-
nehmern im Bereich von Kreuzungen und beim Abbiegen sein. Müdigkeit ist stärker mit Dunkelheit
und weniger mit Tageslicht zu assoziieren, Ablenkung als eine Form der Aufmerksamkeitslenkung
(von der Fahraufgabe weg) bedarf einem intensiven (visuellen) Reiz hin zum gefährdeten Objekt. Die
dynamische Kontrastoptimierung mit Lichtspot stellt ein Mittel zur Bewerkstelligung dessen dar.
Die Aussagen nach [CIE-100 1992] zu den Auswirkungen von Ermüdung nach einem bereits
absolvierten Arbeitstag decken sich mit den Anteilen der Dunkelheitsunfälle mit Radfahrern
gruppiert nach Tageszeit (FOTIOS [Fot15]). Abb. 2-13 (Abs. 2.3.2) zeigt deutlich, dass der Anteil an
Dunkelheitsunfällen in den späten Nachmittags- und Abendstunden höher ist als früh morgens. Für
das Markierungslicht bedeuten diese Erkenntnisse: höchstes Wirkungspotential im abendlichen
Berufsverkehr und in den Stunden danach bis Mitternacht.
60
3.2.11 Übersicht der Einflussgrößen auf Personenunfälle
Das Risiko von Radfahr- und Fußgängerunfällen variiert anhand zahlreicher beeinflussender Faktoren
(s. Abs. 2.1 und 2.3, sowie Abs. 3.2). Im Folgenden sind die wichtigsten Kriterien gruppiert dargelegt.
Die Zusammenfassung dient der besseren Übersicht. Die Zusammenhänge beruhen auf Erkennt-
nissen zu Vorfällen innerorts.
Abbildung 3-5: Risikofaktoren für Radfahr- und Fußgängerunfälle innerorts. Einflussgrößen (links) und Kovariable
FOTIOS [Fot15] untersucht den Einfluss von Tageszeit und Jahreszeit auf Radfahrunfälle innerorts.
Tageszeitlich ist eine Häufung in den Stunden des Berufsverkehrs aufzufinden (Abs. 2.3.2), während
über die Mittagszeit und nachts die Anzahl der Vorfälle deutlich abnimmt. Ein Zusammenhang zu
Verkehrsaufkommen und -dichte ist deutlich zu erkennen (Abb. 2-13).
Jahreszeitlich häufen sich Radfahrunfälle in den Monaten Juni und Juli, wobei die Vorfälle bei Tages-
licht in diesem Zeitraum massiv überwiegen. In den Monaten Oktober bis März ist eine Verschiebung
zu wesentlich mehr Dunkelheitsunfällen anteilig zu beobachten (Abb. 2-14).
Das Verkehrsaufkommen wirkt sich in zweierlei Hinsicht auf das Risiko von Radfahr- und Fußgänger-
unfällen aus. VOLLRATH [Vol11] findet, dass das Risiko für Radfahrunfälle für mehrere Radfahrer in der
Nähe zueinander (in der selben Trajektorie unterwegs), geringer ist, als wenn lediglich ein Radfahrer
die Passage durchquert. Dies deckt sich mit der Interpretation von SUMMALA [Sum96], der das Blick-
verhalten von Kraftfahrern, die sich einer Kreuzung annähern (mit der Absicht links oder rechts
abzubiegen) untersucht: Der Blick wird auf häufiger auftretende Gefahren gelenkt, visuelle
Information seltener auftretender Hindernisse wird tendenziell ignoriert.
Tageszeit
Jahreszeit
Verkehrsaufkommen
Meteorologische Einflüsse
Visuelle Einflüsse
Örtliche Einflüsse
Kognitionsbelastende Einflüsse
Erfahrung
Ablenkung
Ermüdung
𝑅𝑈=𝑓(𝒙)
Unfallrisiko RU
61
Das heißt, Radfahren und zu Fuß gehen im Stadtverkehr wird sicherer je mehr Radfahrer und
Fußgänger gehäuft, und je weniger Kraftfahrzeuge im Verkehrsraum zugegen sind.
Niederschläge führen zu Wasserperlen auf Seitenscheiben und Rückspiegeln von Kfz, sowie auf
Motorradhelmvisieren, was die Wahrnehmung von Formen und Silhouetten erschwert. Nasse
Fahrbahnoberflächen reflektieren und erhöhen (bei Dunkelheit) die Leuchtdichte im Gesichtsfeld.
Spritzwasser senkt den Transmissionsgrad und erhöht folglich den Schwellenkontrast.
Schnee und Glätte abseits und auf der Fahrbahn erhöhen die Leuchtdichte im Gesichtsfeld. Bei
Hinterleuchtung (Negativkontrast) kann die Wahrnehmung dunkler Objekte verbessert werden.
Blendung durch Reflektion auf Schnee und Eis bewirkt wiederum höhere Schwellenkontraste foveal
und peripher.
Visuelle Einflussgrößen: Die Abschnitte 3.2.5 und 3.2.6 definieren die Begriffe Sichtbarkeit und Auf-
fälligkeit, wobei letzterer eine (1) visuelle und eine (2) kognitive Komponente aufweist. Sichtbarkeit
ist über die Definition des Visibility Level (vgl. Abs. 3.2.5) mit der Leuchtdichteschwelle ΔLs verbunden
und somit ein Maß für die Überschwelligkeit, die ein Objekt seinem Hintergrund gegenüber aufweist.
Örtliche Einflüsse: Den amtlichen Erhebungen von [VSL17] und [DfT14] folgend ereignen sich
Personenunfälle innerorts vorrangig auf oder in der Nähe von Einmündungen und Kreuzungen.
Nahezu ein Drittel der schwer oder tödlich verunglückten Radfahrer fuhren gerade aus, während das
opponierende Fahrzeug nach links oder rechts abbog ([DFT14]). Die Fahrwegtrajektorie und das
Kreuzen der Wegstrecken scheint eine der maßgeblichen Einflussgrößen auf Personenunfälle
innerorts zu sein.
3.2.12 Einflussfaktoren auf den Schwellenkontrast
VÖLKER [Völ06] liefert eine umfangreiche Übersicht von Einflussfaktoren auf den Schwellenkontrast
bei mesopischen Bedingungen, die sich in sechs Klassen einteilen lassen: (1) Sehobjektfaktoren
(Größe, Form, Kontrastart), (2) Helligkeitsfaktoren (Lo & Lu, Leuchtdichteverteilung und -übergang,
Spektrale Verteilung Lo, Blendquelle), (3) Ortsfaktoren (Objektposition Θ im Gesichtsfeld,
Auffälligkeit/Simultankontraste, Umfeldgröße, Beobachtungsabstand), (4) Zeit- und
Geschwindigkeitsfaktoren (Darbietungszeit, Zeitliche Änderung der Leuchtdichte, Objekt- und
Augenbewegung), (5) Messmethode/Messkriterien, (6) Personenfaktoren (Alter, Geschlecht,
Augenfehler, psychische Verfassung/Ermüdung, Erinnerungs- und Lernvermögen)
VÖLKER [Völ06] merkt zusammenfassend an, dass sich die zahlreichen Einflussfaktoren auf den
Schwellenkontrast nicht in einer einzigen Gleichung beschreiben lassen. VÖLKER [Völ06] folgert, dass
sich die Untersuchungen nur unter festen Versuchsbedingungen durchführen lassen, was u.a. zu
einer Einschränkung der Allgemeingültigkeit führt.
62
3.3 Studien zur Objektdetektion peripherer Sehzeichen
Der folgende Abschnitt behandelt Methodiken und Ergebnisse verschiedener Laborstudien zu
fovealer und peripherer Sehobjektdetektion bei ungestörten und erschwerten Sehbedingungen und
(i.d.R.) statischer Sehobjektposition. Die Versuchskonzepte bilden einen weiteren Baustein für die
Ausgestaltung der im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Experimente.
UEBERSCHAER [Ueb15] untersucht die Objektdetektion nahfoveal und peripher dargebotener Sehzei-
chen. Hierbei wird die Leuchtdichteunterschiedsschwelle als abhängige Variable genutzt, um die
Entdeckung messbar zu machen. Variiert werden die Adaptationsleuchtdichte (0,3; 1,0; 3,0 cd/m²),
die Lichtfarbe (2500 K, 4000 K, 6000 K, Mint) und die Objektposition ±(2°, 10°, 20°). Weiterhin
erschwert UEBERSCHAER [Ueb15] die Sehbedingungen durch Blendung und Regen.
UEBERSCHAER [Ueb15] vollführt die Untersuchung im Rahmen einer Laborstudie für die eigens ein
Versuchsplatz erstellt wird. Als Lichtquelle für die Projektionsfläche dient ein Digitalprojektor
(effektive Adaptationsfläche (Breite x Höhe): 44° x 24°), die Blendquellen werden durch hinter der
Projektionsfläche positionierte LEDs realisiert. Die Akkommodationsentfernung wird zu 4,36 m
gewählt, um die natürlichen Akkommodationsbedingungen für die Ferne näherungsweise nachbilden
zu können. Die Sehaufgabe wird binokular durchgeführt. Die scheinbare Größe der quadratischen
Sehzeichen beträgt 19‘, die Darbietungszeit ist 200 ms.
Der Rezipient fokussiert im Laufe der Studie eine kreuzförmige Markierung auf der Projektionsfläche,
die Sehzeichendetektion erfolgt durch unmittelbaren Tastendruck auf dem Eingabegerät (Gamepad),
gefolgt von einer verbalen Mitteilung der Objektposition („links“ oder „rechts“ sowie „nein“ für die
Nullbedingung) an den Versuchsleiter.
Erschwerte Sehbedingungen
UEBERSCHAER [Ueb15] installiert fünf Blendquellen in die Szene. Deren geometrische Anordnung ist
perspektivisch einer linksseitigen Straßenbeleuchtung nachempfunden. Die einzelnen Lichtpunkte
weisen scheinbare Größen zwischen 9,84‘ und 17,76‘ auf. Realisiert werden die Blendquellen mittels
LED. Diese werden bündig an die rückwärtige Projektionsfläche angebracht. Die Blendquellen werden
100 ms vor Erscheinen des Sehzeichens eingeschaltet und 100 ms nach Erlöschen des Sehzeichens
ausgeschaltet. Die Einschaltdauer der Blendquellen beträgt somit 400 ms. Die Leucht-dichte der
adaptationsbestimmenden Fläche wird bei der Blendungsuntersuchung auf 1,0 cd/m² fixiert. Auf die
Messung der vertikalen Blendbeleuchtungsstärke am Auge des Versuchsteilnehmers verzichtet
UEBERSCHAER [Ueb15]. Es erfolgt eine Rückrechnung auf Ev mittels der Messwerte der Leuchtdichte-
messung.
63
Ergebnisse bei normalen Sehbedingungen
UEBERSCHAER [Ueb15] ermittelt signifikante Unterschiede der Leuchtdichteunterschiedsschwelle in
Abhängigkeit der gewählten Adaptationsleuchtdichte. Hinsichtlich der Objektposition können
ebenfalls signifikante Unterschiede gemessen werden. Die Lichtfarbe hat der Untersuchung von
UEBERSCHAER [Ueb15] zu Folge keinen wesentlichen Einfluss auf die Objektdetektion.
Ergebnisse bei erschwerten Sehbedingungen
Bei erschwerten Sehbedingungen (Blendung, vgl. Abs. 3.6.1) ermittelt UEBERSCHAER [Ueb15] lediglich
bei den nahfovealen Sehzeichen Schwellenwerterhöhungen, was bei den peripheren Objekt-
positionen nicht bestätigt werden kann.
Die in der Arbeit von UEBERSCHAER [Ueb15] recherchierten Studien zu fovealer und peripherer
Detektionsleistung werden in Tab. 3-1 (a, b und c) auszugsweise dargestellt, sowie durch
weiterführende Recherche vervollständigt (Tab. 3-8). Die hier dargestellte Auswahl der von
UEBERSCHAER [Ueb15] recherchierten Experimente orientiert sich vorrangig an Studien mit (weit)
peripheren Sehobjektposition Θ.
Tabelle 3-1a: Von [Ueb15] recherchierte Studien, auszugsweise übernommen
Autor
Anzahl
Versuchspersonen
Sehbedingungen
Lad in [cd/m²]
Θ in [°]
FOTIOS [Fot09]
11/10
statisch,
monokular,
dak = 1,08 m
0,01
0,1
1,0
0
+14,8
+27,9
+42,0
BLUMTRITT [Blu04]
10
statisch,
monokular,
dak = 0,33 m
0,3
0,5
1,0
1,5
2,0
0
+0,3
+1,5
+3,0
+5,0
+10,0
+20,0
Legende zu Tab. 3-1: dak (Akkommodationsentfernung); Θ (Objektposition)
FOTIOS [Fot09] und BLUMTRITT [Blu04] vergleichen Sehobjektpositionen bei Sehwinkeln von 0° bis 42°
sowie von 0° bis 20°, wobei die Akkommodationsentfernung bei 1,08 m und 0,33 m liegt.
FOTIOS [Fot09] variiert die Leuchtdichte in drei Stufen (0,01; 0,1; 1,0 cd/m²). Die Objektpositionen
befinden sich mittig und rechtsseitig bei (0°; 14,8°; 27,9°; 42,0°) von einem Blickfixationspunkt
gesehen (Tab. 3-1a). Die Darbietungszeit der statischen Objekte beträgt bei monokularer
Betrachtung tD = 300 ms. Der mittlere Beobachtungsabstand beträgt 0,72 m, die Objektgröße variiert
von αobj = (0,03° … 0,63°) x 7°. Mit zunehmender Leuchtdichte weist FOTIOS [Fot09] einen Anstieg der
Detektionsleistung (was einer Verminderung der Kontrastschwelle entspricht) nach.
64
BLUMTRITT [Blu04] variiert Leuchtdichte und (statische) Objektposition (Tab. 3-1a) bei dak = 0,33 m. Die
Objektgröße beträgt αobj = 10‘. BLUMTRITT [Blu04] findet einen positiven Zusammenhang zwischen
Adaptationsniveau und peripherer Leuchtdichteschwelle, was einem Schwellenanstieg bei
zunehmendem Adaptationsniveau entspricht.
Tabelle 3-1b: Von [Ueb15] recherchierte Studien, auszugsweise übernommen
Autor
Anzahl
Versuchspersonen
Sehbedingungen
Lad in [cd/m²]
Θ in [°]
tObj in [s]
BULLOUGH
[Bul00]
6
dynamisch,
binokular,
dak = 3,35
0,1
0,3
1,0
3,0
+18
0,5
LINGARD [Lin02]
4
dynamisch,
binokular,
dak = 1,2
0,1
0,3
1,0
3,0
±12
±18
±24
±29
1,25
ALFERDINCK
[Alf06]
21
dynamisch,
binokular,
dak = 3,75
0,01
0,1
1,0
10,0
±5
±10
±15
3,0
ALFERDINCK [Alf06] und BULLOUGH [Bul00] untersuchen peripher dargebotene Sehobjekte bei Seh-
winkeln bis 15° und 18°. Hier entspricht die Akkommodationsentfernung näherungsweise dem
Zustand bei Fernakkommodation.
BULLOUGH [Bul00] verwendet ein αobj = 2,4° x 3,0° großes Testzeichen für die in Tab. 3-1b
aufgeführten Leuchtdichteniveaus. Das Objekt erscheint bei Θ = 18° Objektwinkel für tObj = 500 ms
(fester Kontrast C = 0,78). Die Darbietung erfolgt zu zufällig gewählten Zeitpunkten, die Detektions-
leistung wird durch die Verpasserrate messbar gemacht. Eine signifikante Zunahme der Detektions-
leistung bei Anhebung des Leuchtdichteniveaus konnte von BULLOUGH [Bul00] nachgewiesen werden.
LINGARD [Lin02] nutzt in einer dynamischen Studie ein kreisförmiges Sehobjekt der Größe αObj = 2°
links und rechts des Fixationspunktes (Tab. 3-1b). Darbietungszeit tObj = 1,25 s, Kontrastabstufungen
(0,1; 0,4; 0,7; 1,0). Adaptationsniveau und Detektionsleistung sind positiv korreliert.
Bei ALFERDINCK [Alf06] wird ein αObj = 2° großes Sehobjekt für tObj = 3 s mit einem festen Kontrast von
durchschnittlich C = 0,14 dargeboten.
Auch bei ALFERDINCK [Alf06] zeigt sich ein positiver Zusammenhang zwischen Detektionsleistung und
Adaptationsniveau.
DAVOUDIAN [Dav14] untersucht den Einfluss der Blendung auf die Detektionsleistung bei peripherer
Objektexzentrizität in einer Laborstudie (Tab. 3-1c). Vergleiche hierzu Abs. 3.6.1.
65
Tabelle 3-1c: Von [Ueb15] recherchierte Studien, auszugsweise übernommen (Blendung)
Autor
Anzahl
Versuchspersonen
Sehbedingungen
Lad in [cd/m²]
Θ in [°]
DAVOUDIAN [Dav14]
42
statisch,
binokular,
dak = 4,0 m,
Blendung
0,84
±7
Aus der von UEBERSCHAER [Ueb15] auszugsweise übernommenen Tabelle (Tab. 3-1) wird Folgendes
ersichtlich: Alle Studien arbeiten mit Adaptationsleuchtdichten von im Wesentlichen 10-1 cd/m² bis
100 cd/m², was den im innerstädtischen Straßenverkehr vorherrschenden Leuchtdichten entspricht.
FOTIOS [Fot09] und ALFERDINCK [Alf06] erweitern den Leuchtdichtebereich um eine Zehnerpotenz nach
unten bzw. nach unten und nach oben.
Lediglich BULLOUGH [Bul00], ALFERDINCK [Alf06] und DAVOUDIAN [Dav14] arbeiten mit Akkommodations-
entfernungen, die näherungsweise der für das Fernfeld gültigen Distanz entsprechen. Die Sehobjekt-
exzentrizitäten sind hier auf 18°, 15° und 7° beschränkt. FOTIOS [Fot09] und LINGARD [Lin02], die peri-
phere Sehwinkel bis 42° und 29° untersuchen, arbeiten mit niedrigen Akkommodationsentfernungen
von 1,08 m bzw. 1,2 m. Weiterhin ist ersichtlich, dass die Anzahl der Studienteilnehmer stark
schwankt (Tab. 3-1).
Offene Fragen
In keiner der bisher durchgeführten Arbeiten werden Akkommodationsentfernungen gewählt, die
näherungsweise für das Fernfeld gelten und dabei Sehobjektwinkel Θ ≥ 20° untersuchen (vgl. Tab. 3-
1). Der Einfluss einer Aufmerksamkeitsbelastung (bspw. durch eine Lenkaufgabe realisiert) wird in
den meisten Fällen nicht berücksichtigt. Keine der Studien berücksichtigt abweichende Leuchtdichte-
niveaus (peripher zu foveal), wie es auf Verkehrskreuzungen der Fall sein kann (vgl. Abb. 1-3). Es
ergeben sich offene Fragen wie folgt: (1.) Ist der bei den bisherigen Studien nachweisbare Einfluss
der Adaptationsleuchtdichte auf den Schwellenkontrast auch bei Kognitionsbelastung durch eine
Fahraufgabe nachweisbar? (2) Gilt dieser Zusammenhang ebenso bei niedriger peripherer Umfeld-
leuchtdichte, die abweichend von der (höheren) fovealer Adaptationsleuchtdichte ist? (3a) Welcher
Schwellenkontrast ergibt sich bei Blendung und (3b) bewegtem peripherem (Θ ≥ 20°) Sehobjekt?
66
3.4 Gütekriterien der Straßenbeleuchtung
Hohe und gleichmäßige Fahrbahnleuchtdichte, sowie Blendungsbegrenzung erleichtern das früh-
zeitige Erkennen von Objekten im Verkehrsraum. Je stärker die Überschwelligkeit eines Hindernisses
gegenüber seinem unmittelbaren Umfeld, desto eher erfolgt die Wahrnehmung und Reaktion.
Mitunter aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wird die Auslegung der Gütemerkmale auf die Bean-
spruchung und die Nutzergruppen eines Straßenabschnitts abgestimmt.
Die auf Grund erhöhter Kognitionsbelastung verminderte Aufnahmefähigkeit von Informationen im
peripheren Gesichtsfeld (vgl. Abs. 3.2.1) schafft insbesondere in den Konfliktzonen einen Bedarf für
aufmerksamkeitslenkende Maßnahmen. Das im folgenden Abschnitt vorgestellte Umgebungs-
beleuchtungsstärkeverhältnis (also eine Mindestbeleuchtungsstärke für die an die Fahrbahn
angrenzenden Bereiche) ist eine mögliche Maßnahme zur Aufmerksamkeitssteigerung, was für die in
Abb. 1-3 dargestellte Einmündung offensichtlich nicht umgesetzt wurde.
3.4.1 Gütemerkmale und Bewertungsfelder
Die Norm [DIN EN 13201-2] definiert die zur Bewertung der Straßenbeleuchtung relevanten Güte-
merkmale, anhand derer die Bestimmung der Beleuchtungsqualität erfolgt. Wesentliches Güte-
kriterium ist die mittlere Leuchtdichte der Fahrbahnoberfläche. In der Regel ist davon auszugehen,
dass die Fahrbahnleuchtdichte das Adaptationsniveau Lad des Nutzers bestimmt. Leuchtende Flächen
wie beleuchtete Gebäudefassaden (innerorts) können das Adaptationsniveau mit beeinflussen. Die
Leuchtdichte ist eine maßgebliche Größe in der Lichttechnik, da sie für (1) Sehleistung (messbar,
mögliches Bewertungskriterium: Erkennbarkeitsentfernung) und (2) Helligkeitseindruck (subjektiver
Eindruck der Szene) entscheidend ist. Weitere Gütemerkmale sind die Gesamtgleichmäßigkeit U0 und
die Längsgleichmäßigkeit Ul, anhand derer die Homogenität der Fahrbahnausleuchtung bemessen
wird. Die Schwellenwerterhöhung TI beschreibt das Gütekriterium zur Blendungsbewertung.
Abbildung 3-6: Illustration des Umgebungsbeleuchtungsstärkeverhältnis SR, mittlere Beleuchtungsstärken E1 bis E4 auf den
jeweiligen Streifen im Bewertungsfeld zwischen zwei Leuchten [Tri05]
67
Ein weiteres wichtiges in [DIN EN 13201-2] definiertes Gütekriterium ist das Umgebungs-
beleuchtungsstärkeverhältnis SR (Surround Ratio), das die Beleuchtung der an die Fahrbahn
angrenzenden Bereiche mitberücksichtigt (Abb. 3-6).
Die Breite der Flächen außerhalb der Fahrbahn ist b/2, jedoch nicht mehr als 5,0 m (Abb. 3-6). Der zu
bewertende Streifen auf der Fahrbahn ist ebenfalls entweder b/2 oder höchstens 5,0 m breit. Die
Berechnungsformel für das SR nach [DIN EN 13201-3] lautet
SR = (E1 + E4) / (E2 + E3) (3.8)
[CIE-100 1992] macht auf die Umgebungsbeleuchtung als Voraussetzung für periphere visuelle Wahr-
nehmbarkeit aufmerksam. Mit Hilfe des Umgebungsbeleuchtungsstärkeverhältnis kann die ver-
besserte räumliche Orientierung messbar gemacht werden.
Schlussfolgerungen
Bei zahlreichen in den 1960er Jahren in Betrieb genommenen und heute noch genutzten
Beleuchtungsanlagen erfolgte keine Berücksichtigung der Umgebungsbeleuchtungsstärke, wie bspw.
Abb. 1-3 beweist.
Anstelle einer kompletten Neuinstallation und unter Berücksichtigung des heutigen Standes der
Technik könnten die alten Anlagen unverändert weitergenutzt und um ein dynamisch kontrast-
optimierendes Markierungslicht ergänzt werden, sodass der offensichtliche Mangel unzureichender
peripherer Wahrnehmungsmöglichkeiten zum Schutz gefährdeter Verkehrsteilnehmer in vielen
Fällen behoben wäre.
Mit dieser Vorgehensweise steckt großes Potential im Konzept des Markierungslichts für die Straßen-
beleuchtung, was den Empfehlungen von BAER [Bae16] (Optimum zwischen Sicherheit und Wirt-
schaftlichkeit) und VOLLRATH [Vol11] (Wirksamste Maßnahme bei begrenzten Mitteln) folgen würde.
3.4.2 Leuchtdichte
Laut BAER [Bae16] wird die mittlere Leuchtdichte in der Straßenbeleuchtung zur Charakterisierung
des Beleuchtungsniveaus umfassend angewandt. Die Bestimmung des Beleuchtungsniveaus richtet
sich nach der notwendigen Erfüllung der Wahrnehmungsaufgaben:
Sichtweite,
Erkennbarkeit,
Reaktionsvermögen.
BAER [Bae16] nennt einen funktionalen Zusammenhang zwischen Sichtweite und Leuchtdichteunter-
schied bzw. Kontrast. Als Erkennbarkeit wird in BAER [Bae16] das Verhältnis zwischen (den Anzahlen)
68
wahrgenommener und dargebotener Objekte bei bestimmten Beleuchtungsverhältnissen definiert.
Weiterhin heißt es in BAER [Bae16], dass das relative Reaktionsvermögen in starkem Maße von der
mittleren Fahrbahnleuchtdichte und der Längsgleichmäßigkeit abhängt. Dies ist offensichtlich, da die
Fahrbahnleuchtdichte maßgeblichen Einfluss auf Kontrast und Leuchtdichteunterschied zu einem
Hindernis haben. Ungleichmäßig ausgeleuchtete Fahrbahnen sind von Tarnzonen geprägt, was zu
verzögertem Erkennen eines Hindernisses führen kann.
Die Adaptationsleuchtdichte Lad entspricht laut BAER [Bae16] der mittleren Leuchtdichte des
adaptionsbestimmenden Gesichtsfeldes, das symmetrisch zur Sehachse liegt und einen Sehwinkel
von 20° umfasst.
BAER [Bae16] nennt die im Gesichtsfeld vorherrschende Leuchtdichteverteilung als wesentliches
Merkmal für die Güte von Außenbeleuchtungsanlagen. HENTSCHEL [Hen02] bezieht sich auf eine Reihe
dynamischer Fahrversuche und empfiehlt eine Adaptationsleuchtdichte von 2 cd/m², ab der eine
genügende Sicherheit des Erkennens von Hindernissen gegeben ist.
3.4.3 Blendung
Blendung (1) vermindert die Sehleistung (physiolog. Blendung) und (2) führt beim Geblendeten zu
einem Gefühl von Unbehagen (psycholog. Blendung). Beide Effekte stellen offensichtlich eine Beein-
trächtigung der Verkehrssicherheit dar.
Zur Quantifizierung der Sehleistungsverminderung bietet [DIN EN 13201-3] Berechnungsverfahren
an. Diese Verfahren beruhen auf folgenden Erkenntnissen: Objekte, die bei Blendfreiheit und
konstantem Adaptationsniveau gerade noch
9
entdeckt werden können, werden bei auftretender
Blendung unsichtbar. Das von BAER [Bae16] definierte Verfahren zu Erkennbarkeit (Anzahl entdeckter
zu Anzahl gezeigter Objekte) bietet eine weitere Möglichkeit Blendung in Abhängigkeit von (1) Adap-
tationsniveau, (2) Objektkontrast und (3) Blendbeleuchtungsstärke messbar zu machen.
Physiologische Blendung
HENTSCHEL [Hen02] definiert die physiologische Blendung als Beeinträchtigung der Sehleistung. Die
Gütekriterien Sicherheit und Leistungsfähigkeit auf einem Verkehrsweg hängen laut HENTSCHEL
[Hen02] maßgeblich von der physiologischen Blendung ab. Laut BAER [Bae16] ist der Wirkungs-
mechanismus der physiologischen Blendung durch eine Beeinträchtigung der Sehleistung, meist
gemessen an der Verminderung der Unterschiedsempfindlichkeit, gekennzeichnet.
Den Ausführungen von BAER [Bae16] und HENTSCHEL [Hen02] folgend beurteilen beide
Autoren den Einfluss der Blendung auf die Sichtbarkeit von Hindernissen als erheblich. Sichtbarkeit
9
Die Formulierung gerade noch sichtbar verdeutlicht den Begriff der Kontrastschwelle Cth, welche wiederum
funktional abhängig von Lad, Θ, α, fA, EBl und weiteren Faktoren wie der Form, Farbe und Darbietungszeit ist.
Verringert man die Objektleuchtdichte Lo eines gerade noch sichtbaren Reizes bei ansonsten unveränderten
Parametern, lässt er sich nicht mehr wahrnehmen. Er wird unsichtbar.
69
wiederum ist für die Sicherheit gefährdeter Objekte im Straßenverkehr als maßgeblich einzustufen,
was wiederum Grundlage dafür ist, von anderen Verkehrsteilnehmern rechtzeitig wahrgenommen zu
werden.
Laut [CIE-100 1992] erzeugt das Vorhandensein von […] hellen Lichtern, insbesondere (Pkw-)schein-
werfern, die in der Nähe der Sichtlinie eines entgegenkommenden Fahrers (in einer ansonsten
dunklen Umgebung) erscheinen, Blendung. Weiter heißt es dort: Im Allgemeinen ist die von (Pkw-)
Scheinwerfern ausgehende Blendung eher zu berücksichtigen als die der öffentlichen Beleuchtung, da
die öffentliche Beleuchtung in der Regel einen größeren (räumlichen) Versatz zum Blick(-fokus) des
Fahrers aufweist.
Formel 3.9 definiert den Kontrast C eines Sehobjekts in Abhängigkeit der vorherrschenden Leucht-
dichtedifferenz ΔL = Lo – Lu und der durch physiologische Blendung hervorgerufenen Schleierleucht-
dichte Ls im menschlichen Auge. Formel 3.9 erweitert Formel 3.2 um den Anteil Ls.
C = ΔL / (Lu + Ls)
Psychologische Blendung
In der weiteren Blendbewertung bezeichnet HENTSCHEL [Hen02]die subjektive Beurteilung als
psychologische Blendung. Der Beobachter erteilt der Beleuchtungsanlage hierbei Noten nach einer
Skala von Urteilen, die von unerträglich über gerade zulässig mit weiteren feineren Abstufungen bis
unmerklich reicht.
Einer von HENTSCHEL [Hen02] selbst durchgeführten Studie zu Folge beurteilen Beobachter
mit verminderter Kontrastempfindlichkeit die psychologische Blendung gleichzeitig mit merklich
schlechteren Noten. Offenbar geht hier laut HENTSCHEL [Hen02] bei stärkerer Trübung der Augen-
medien der Streulichtschleier auch in die subjektive Beurteilung ein.
Schlussfolgerungen
Blendung durch Scheinwerfer entgegen kommender Fahrzeuge verschlechtert die Wahrnehmbarkeit
von Hindernissen im Verkehrsraum, insbesondere in den Bereichen, in denen niedrige Umfeldleucht-
dichten auftreten können (bspw. Radwege im Nahbereich von Kreuzungen).
Die dynamische Kontrastoptimierung von Fußgängern und Radfahrern bereits vor deren Eintritt in die
Konfliktzone kann sowohl Wahrnehmbarkeitssteigerung als auch Aufmerksamkeitslenkung auf die
gefährdeten Objekte bewirken. Das frühzeitige Erkennen und Abwenden einer möglichen
Gefahrensituation ist auf Grundlage der vorgeschlagenen Vorgehensweise zu vermuten und muss in
Feldstudien abschließend untersucht werden. Feldstudien sind nicht Gegenstand dieser Arbeit.
(3.9)
70
3.5 Studien zu Markierungslicht im Pkw
Im Rahmen der Recherche werden elf Studien zur psychophysiologischen Bewertung und Wirk-
samkeit von Markierungslichtsystemen miteinander verglichen. Verkehrssicherheit wird mit den
Bewertungskriterien Reaktionszeit oder Erkennbarkeitsentfernung operationalisiert, um Unter-
schiede zwischen herkömmlicher Grundlichtverteilung bzw. additiver, adaptiver Markierungslicht-
nutzung zu messen. Hierbei nimmt der Proband den Platz des Pkw-Fahrers ein, absolviert eine
Fahraufgabe und wird instruiert, die Erkennung von Hindernissen auf oder nahe der Fahrbahn über
Tastendruck unverzüglich mitzuteilen.
EGGERS [Egg11] führt eine Probandenstudie (30 Teilnehmer) im Feldversuch durch. Es soll geklärt
werden, ob der Einsatz des Markierungslichts im Fahrzeug die Erkennbarkeitsentfernung gegenüber
Abblendlicht signifikant verringert. Der Versuchsaufbau besteht aus einem (1) geparkten Pkw (Blend-
quelle: Abblendlicht) und einem (2) schwarz gekleideten Fußgänger (Position statisch) als Sehobjekt
(vgl. Abb. 6-21, Anhang).
Ein weiterer Pkw (Versuchsfahrzeug) wird auf 70 km/h (konst.) beschleunigt (geradliniger Fahrweg).
Die Position des Fußgängers relativ zu dem geparkten Pkw wird in drei Stufen variiert (0; 30; 60 m).
Der Versuchsteilnehmer (am Steuer des fahrenden Pkw) teilt die Entdeckung des (ihm bekannten)
Sehobjekts (Fußgänger) per Tastendruck mit, woraus sich die Erkennbarkeitsentfernung als
Bewertungskriterium für die sechs Versuchsdurchläufe pro Teilnehmer (drei mit und drei ohne
Markierungslicht) messen lässt.
Es wird eine statistisch signifikante Verbesserung der Erkennbarkeitsentfernung, hervorgerufen
durch die Spotlightfunktion, und für alle drei Positionen des Fußgängers ermittelt. Die Erkennbar-
keitsentfernung vermindert sich im Mittel um 10,9 m, was einem Zeitvorteil von 0,56 s entspricht.
Bei Durchführung einer zweiten Studie ohne blendendes Gegenlicht und mit 19 (der ursprünglichen)
Versuchsteilnehmer und ansonsten unverändertem Versuchsaufbau ergibt sich eine durchschnitt-
liche Verbesserung von 25,0 m, was einem Zeitvorteil von 1,29 s entspricht. Die Quelle beinhaltet
keine photometrischen Messdaten.
SCHNEIDER [Sch11] führt eine Laborstudie mit 25 Teilnehmern (Alter: 26 bis 79 Jahre) in einem etwa
100 m langen Versuchsraum durch und misst die Reaktionszeit auf dargebotene Objekte als Reiz.
Variiert werden die (1) Entfernung (d = 50; 70; 90 m), die (2) Objektposition Θ (10 m links, 0 m, 10 m
rechts in Bezug auf die Blickrichtung des Probanden, vgl. Abb. 6-22, Anhang) und die (3) Lichtverteil-
ung auf den jeweiligen Reiz. Als Lichtverteilungen werden (a) Abblendlicht, (b) Fernlicht und (c) drei
Variationen eines Markierungslichts (ML 1, ML 2, ML b), eines davon mit 50 % (ML b) Blinkanteil (bei
5 Hz) untersucht.
71
Ergebnis: SCHNEIDER [Sch11] ermittelt signifikante Reaktionszeitunterschiede: Gegenüber Abblendlicht
wird bei ML 2 (scheinbare Größe: 2° x 6°) eine Verbesserung von durchschnittlich 1,14 s gemessen.
Des Weiteren konnte eben dieser Vorteil zwischen den Lichtverteilungen Fernlicht und ML 2 (0,78 s)
gefunden werden. Bei einem zweiten Test mit d = 100 m Objektentfernung war die Reaktionszeit bei
der Lichtverteilung ML b (50% Blinkanteil, 50% Gleichanteil) um 0,2 Sekunden höher als bei der
Lichtverteilung Fernlicht.
Zur Evaluation des ersten und zweiten (beide statisch) wird ein dritter dynamischer Test in
einer realen Fahrsituation durchgeführt. Hierbei wird ein Fußgänger am Fahrbahnrand an unter-
schiedlichen Positionen präsentiert. Zur Markierung der Objekte dient die Lichtverteilung ML 2
ergänzend zur Abblendlichtverteilung (Xenon-Modul). Mit Nutzung des Markierungslichtmoduls wird
die durchschnittliche Erkennbarkeitsentfernung um 34 m gesteigert. Die optimale Lichtverteilung
erfüllt unter Beachtung der Ergebnisse aller Tests die folgenden Eigenschaften:
1.) schmale horizontale und
2.) weit ausgedehnte vertikale (zur Aufmerksamkeitslenkung über einen Lichtstreifen)
Verteilung
3.) hoher horizontaler Kontrast und
4.) hoher Farbkontrast zur LVK des Abblendlichts
Abschließend macht SCHNEIDER [Sch11] folgende Empfehlungen: Die (I) Projektion eines schmalen,
hellen (hohe Farbtemperatur), Lichtstreifens verbessert nicht nur die Aufmerksamkeitslenkung
sondern auch die Wahrnehmbarkeit bei schlechtem Wetter und komplexen Beleuchtungs-
situationen. (II) Nachteil mechanisch schwenkbarer Systeme ist der Zeitverlust beim Schwenken in
weit voneinander entlegene Winkel. (III) Erfassungsdistanzen von (mindestens) 80m bis 120m sollten
mit intelligenten Warnstrategien kombiniert werden.
STROOP [Str11] führt eine Feldstudie mit 25 Teilnehmern (Durchschnittsalter 33 Jahre, 9 Brillenträger)
durch. Die Probanden manövrieren das Testfahrzeug über eine teilweise bewaldete Teststrecke
außerorts, an deren Rand entlang der Route insgesamt 10 lebensgroße Aufsteller (Silhouette Fuß-
gänger) in unterschiedlichen Distanzen aufgestellt sind (vgl. Abb. 6-23, Anhang).
Das Versuchsfahrzeug ist mit einem Markierungslichtsystem ausgestattet. Die Objekte werden bei
Herannahen des Versuchsfahrzeugs aus unterschiedlicher Distanz (70; 100; 140 m) optisch markiert.
Die Aufgaben der Studienteilnehmer bestehen darin, das (1) Testfahrzeug über die Teststrecke zu
manövrieren und (2) währenddessen bei Erkennen eines Aufstellers sofort eine Taste am Lenkrad zu
drücken. Die Grundlichtverteilung des Testfahrzeugs entspricht einer typischen Abblendlicht-
verteilung. Die Quelle beinhaltet keine photometrischen Messdaten.
72
Ergebnis: Es kann ein klarer Zusammenhang zwischen Markierungsentfernung und Entdeckungs-
entfernung der Objekte beobachtet werden (Abb. 3-7). Die Erkennbarkeitsentfernung ist statistisch
signifikant, wohingegen Variablen wie Alter oder Sehhilfe keinen signifikanten Einfluss aufweisen.
Abbildung 3-7: Erkennbarkeitsentfernung über Markierungsdistanz; STROOP [Str11]
STROOP [Str11] merkt an, dass die Erkennbarkeitsentfernungen bei Fernlicht als Grundlichtverteilung
in einer gesonderten Studie ermittelt werden müssen.
BANG [Ban11] führt eine Feldstudie mit 10 Teilnehmern auf einem nicht bewaldeten Straßenabschnitt
durch. Als Sehobjekte treten Fußgänger (Körpergröße 1,75 m) in Aktion, die entweder auf der
eigenen oder der Gegenfahrbahn positioniert werden. Es wird eine vergleichende Studie durchge-
führt, in der entweder (a) Abblendlicht oder (b) Fernlicht als Grundlichtverteilung genutzt werden.
Dagegen verglichen wird ein Markierungslichtspot zur Beleuchtung der Sehobjekte (mit und ohne
Abblendlicht als Grundlichtverteilung). Als abhängige Variable wird die Erkennbarkeitsentfernung
(Visible Distance) gewählt.
Als Versuchsergebnis nennt BANG [Ban11] Erkennbarkeitsentfernungen von 30 m (Gegenfahrbahn)
und 63 m (eigene Fahrbahn) für die Abblendlichtverteilung (Tab. 3-2). Bei Fernlicht wird der Fuß-
gänger aus 91 m erkannt. Wird lediglich Markierungslicht eingesetzt, gibt BANG [Ban11] die Erkenn-
barkeitsentfernung mit 90 m (für beide Fahrbahnseiten) an.
Tabelle 3-2: Erkennbarkeitsentfernung in Abhängigkeit der Lichtverteilung und Fußgängerposition; BANG [Ban11]
Bei Abblendlicht als Grundlichtverteilung und zusätzlich eingesetztem Markierungslicht erfolgt die
Entdeckung aus 92 m (Gegenfahrbahn) und 94 m (eigene Fahrbahn) Distanz.
73
JEBAS [Jeb12] führt eine Feldstudie mit 31 Probanden (Alter 41 bis 60 Jahre, 10w/21m) im Hauptver-
such durch. Zwei Probanden werden aus der Auswertung ausgeschlossen, es verbleiben 29. Die Test-
fahrten finden stets zwischen 22:30 Uhr und 2:00 Uhr und nur bei trockenen Witterungsbedingungen
statt. Auf einer Teststrecke (8,5 km Länge) werden 6 Sehobjekte platziert (Aufsteller mit Silhouette
Fußgänger, Größe 1,77 m, Reflexionsgrad ρ = 0,1), die anteilig sowohl links als auch rechts in 1,2 m
Abstand vom Fahrbahnrand aufgestellt sind. Die Teststrecke führt durch ein Waldgebiet, der Tempo-
mat des Versuchsfahrzeugs wird auf 60 km/h eingestellt.
Es wird eine vergleichende Studie durchgeführt, in der die Abblendlichtverteilung (Gasentladungs-
scheinwerfer auf Basis Reflexionssystem mit Streuscheibe) als Referenz genutzt wird. Bewertungs-
kriterium ist die Erkennbarkeitsentfernung.
Aufgabe des Probanden ist es, den Rundkurs der Teststrecke dreimal abzufahren und unmittelbar
nach Entdeckung eines Sehobjektes den Taster hinter dem Lenkrad zu betätigen, sowie die Position
des Sehzeichens (links oder rechts) mündlich mitzuteilen.
Technisch realisiert wird die Funktionalität des Markierungslichts durch ein am Straßenrand in 10 m
Distanz vor dem Sehzeichen positioniertes Lichtmodul, das 0,36 s nachdem das Testfahrzeug eine in
96 m vor dem Sehzeichen positionierte Lichtschranke passiert hat, aktiviert wird. Die errechnete
Markierungsentfernung beträgt somit 89 m (Lichtschrankenmechanismus auf Höhe der Fahrzeug-
hinterachse). Die Sehobjektleuchtdichte (im Bereich des Markierungsspots) wird zu Lo = 0,4 cd/m²
angegeben. Bei einer angenommenen Umfeldleuchtdichte von Lu = 0,01 cd/m² ergibt sich nach
Formel (3.2) ein stark überschwelliger Kontrast: C = 39.
JEBAS [Jeb12] unterteilt seine Teilnehmer in zwei Gruppen: A1 und A2. Während Gruppe A1 bei Ein-
satz des Warnsichtsystems eine untere Ausleuchtung (Beine/Hüftbereich) der Sehobjekte dargebo-
ten bekommt, wird bei Gruppe A2 die obere Ausleuchtung (Oberkörper) der Sehobjekte angewandt.
Ergebnis: JEBAS [Jeb12] ermittelt unter Einsatz der Referenzlichtverteilung (Abblendlicht) eine Erkenn-
barkeitsentfernung von durchschnittlich 47,2 m. Für die beiden Varianten A1 und A2 der Lichtver-
teilungen des Warnsichtsystems ergeben sich Detektionsentfernungen von 69,3 m und 69,2 m (bei
beiden hochsignifikante Verbesserungen gegenüber der Referenz), was einer Verbesserung von
knapp über 22 m entspricht. Der zugehörige Reaktionszeitvorteil beträgt 1,33 s (bei 60 km /h).
GRUNERT [Gru13] führt eine Studie im Fahrsimulator durch, an der 53 Probanden (17w/36m) im Alter
von 21 bis 56 Jahren (Mittelwert 39 Jahre, Standardabweichung 7 Jahre) teilnehmen. Der simulierte
Parcours weist eine Wegstrecke von 60 km auf, als Fahrtgeschwindigkeit werden 100 km/h gewählt.
Als Reiz wird ein Fußgänger in die Simulation integriert, der an vier definierten Orten im Parcours
erscheint und die Straße von links nach rechts überquert.
74
GRUNERT [Gru13] stellt die Frage, ob die Reaktionszeit durch Einsatz des Markierungslichts vermindert
werden kann. Als unabhängige Variable verwendet GRUNERT [Gru13] u.a. die Lichtverteilungen
Abblendlicht, Fernlicht und Markierungslicht.
Der Fußgänger wird bei Annäherung des Fahrzeugs dynamisch im Lichtkegel gehalten, bis die
kritische Situation vorüber ist. Das Markierungslicht ist als fokussierter Lichtspot realisiert.
Ergebnis: Es werden signifikant niedrigere Reaktionszeiten bei Einsatz des assistierenden
Markierungslichts gemessen (vgl. Tab. 3-3).
Tabelle 3-3: Mittelwerte und Standardabweichung der Bremsreaktionszeit; GRUNERT [Gru13]
Die vergleichsweise niedrige Darbietungsfrequenz der Sehobjekte ist hinsichtlich der Teilnehmer-
vigilanz als wirklichkeitsnahe Parameterwahl zu bewerten. Die gewählte Fahrtgeschwindigkeit von
100 km/h ist bei der Grundlichtverteilung Abblendlicht als hoch einzustufen, was bei vorsichtig
veranlagten Teilnehmenden ein Gefühl von Unbehagen herbeigeführt haben könnte.
HÖRTER [Hör13] führt einen Feldversuch auf einer bewaldeten Landstraße (7,7 km Wegstrecke) mit 27
Probanden (Hauptversuch) durch. Das Versuchsfahrzeug ist mit einer Markierungslichtfunktion, die
dem Abblendlicht zugeschaltet werden kann, ausgerüstet. Das Alter der Probanden reicht von 25 bis
60 Jahren (Mittelwert 45 Jahre), darunter 18 männliche und neun weibliche Teilnehmende.
Die Studie ist in einen statischen und einen dynamischen Anteil untergliedert. Der statische Teil dient
der freien Parametrisierung der Markierungslichteigenheiten (Strategie, Frequenz, Pulsiergrad)
während dessen jeder Versuchsteilnehmer entscheiden kann, ob das eingesetzte Markierungslicht
einen Blinkanteil haben soll und falls ja, mit welcher Frequenz (1 Hz bis 10 Hz in 1-Hz-Schritten wähl-
bar) gepulst wird. 24 der 27 Teilnehmer entscheiden sich einen blinkenden Anteil zu nutzen, wobei
sich die Wahl der Blinkfrequenz als normalverteilt um den Mittelwert 5 Hz ergibt.
HÖRTER [Hör13] führt eine vergleichende Studie (Markierungslicht aktiviert / nicht aktiviert) durch
und misst die Erkennbarkeitsentfernung zu den auf der Versuchsstrecke aufgestellten Sehzeichen
(Silhouette Mensch oder Reh, Reflexionsgrad: 5%). Die insgesamt zwölf Sehobjekte werden anteilig
links als auch rechts neben der Teststrecke positioniert (vgl. Abb. 6-24, Anhang).
Den Versuchsteilnehmern werden zwei Aufgaben übertragen: Neben der Fahraufgabe über die
Versuchsstrecke (empfohlene Richtgeschwindigkeit 60 km/h) soll unmittelbar nachdem ein
Sehzeichen sowohl wahrgenommen als auch identifiziert wurde, ein Taster hinter dem Lenkrad
75
betätigt, sowie die Objektklasse mündlich benannt werden. Die Versuchsstrecke wird von jedem
Probanden randomisiert zweimal befahren, einmal mit Abblendlicht und einmal mit Markierungslicht
zusätzlich zur Abblendlichtverteilung.
HÖRTER [Hör13] ermittelt für die Versuchsvariante mit Markierungslicht eine signifikante Erhöhung
der Erkennbarkeitsentfernung auf im Mittel 68,69 m (ohne Markierungslicht: Mittelwert 34,23 m).
Bei einer mittleren Reisegeschwindigkeit von 60 km/h entspricht dies einem effektiven mittleren
Zeitgewinn von 2,07 s.
STROOP [Str17] führt eine Simulatorstudie mit 28 Personen in der Auswertung durch und vergleicht
die Erkennbarkeitsentfernungen von (1) Fernlicht und (2) Fernlicht + Markierungslicht. Die Sehob-
jekte werden in 120 m Distanz optisch markiert, der Kontrast des Sehobjekts in 120 m Entfernung
wird mit C = 4,07 angegeben. Um die Auffälligkeit der Lichtspotmarkierung im Simulator zu erhöhen
wird eine pulsende Darbietung gewählt (0,3 s Spot an gefolgt von 0,3 s Spot aus, drei Blinkzyklen).
Nach einer Einführungsrunde auf dem Parcours im Simulator und der Darbietung des Sehzeichens,
auf das zu reagieren ist (Fußgänger am Straßenrand markiert durch Lichtspot), fahren die Probanden
vier weitere Runden auf der Strecke, ohne dass ein Sehobjektereignis auftritt. In der fünften Runde
wird ein zweiter Fußgängerdummy an einer festen Streckenposition dargeboten, auf den zu
reagieren ist. Die Reaktion führt zu Beendigung des Versuchs.
Ergebnis: STROOP[Str17] misst für die Lichtverteilung Fernlicht eine mittlere Erkennbarkeitsentfernung
von 66 m (Standardabweichung 26,5 m), bei Fernlicht und Markierungslicht werden hingegen 68 m
gemessen (Standardabweichung 14 m).
Das Ergebnis von STROOP [Str17] bestätigt den Befund von GRUNERT [Gru13], der für die Fernlicht-
verteilung (in der Simulatorstudie) geringfügig niedrigere Reaktionszeiten misst als bei Einsatz des
Markierungslichts. In der Studie von STROOP [Str17] ist der sehr realistisch nachgebildete Einfluss der
Vigilanz positiv anzumerken. Die Markierungslichtfunktion führt zu messbar niedrigerer Streuung der
erhobenen Erkennbarkeitsentfernungen.
Als Schlussfolgerung aus den Ergebnissen von STROOP [Str17] und GRUNERT [Gru13] lässt sich ableiten:
Bei starker Ausleuchtung (Fernlichtverteilung), entfaltet die Markierungslichtfunktion keine signifi-
kante Auswirkung auf Erkennbarkeitsentfernung oder Reaktionszeit. Diese Erkenntnis ist eine
vermutlich auch auf das Markierungslicht in der Straßenbeleuchtung übertragbare Tatsache, was im
Rahmen dieser Arbeit nicht überprüft wird. In weiterführenden Experimenten sollte zusätzlich zu
dem Einfluss der Umgebungsleuchtdichte Lu, p (am Sehobjekt) die Einwirkung der Blendung auf die
Effektstärke des Markierungslichts untersucht werden (vgl. hierzu auch Abs. 4.5).
Mit dem Ziel der Reaktionszeitverbesserung untersucht HIRATSUKA [Hir16] eine neuartige Beleuchtungs-
methode in einer aufwändigen und an der realen Fahrsituation angelehnten Laborstudie mit zehn Teil-
76
nehmern. In den durchgeführten Tests werden die entwickelten Lichtspotmuster mit der herkömm-
lichen Fernlichtfunktion verglichen.
Als experimenteller Aufbau dient eine typische Unfallsituation: (1) Der Versuchsteilnehmer sitzt in
einem Fahrzeug in 50 m Distanz zu dem Heck des vor ihm positionierten Fahrzeugs. (2) Ein Fußgänger
beabsichtigt die Fahrbahn zu überqueren. Der Fußgänger erscheint an drei unterschiedlichen
Positionen: (A) Linker Fahrbahnrand, (B) Mittelstreifen und (C) Rechter Rand der der Fahrbahn. Die
Bewegungsrichtung des Fußgängers ist senkrecht zur Fahrtrichtung. Der Fußgänger bewegt sich auf
die Fahrbahn des Fahrzeugs, in dem der Versuchsteilnehmer sitzt, zu.
Die Beleuchtung mit Lichtmustern wird über zwei Projektoren realisiert. Zahlreiche Lichtverteilungen
können simuliert werden, hierzu gehören auch flexible Muster. HIRATSUKA [Hir16] untersucht den
Effekt zahlreicher Spotlichtverteilungen: (I) blinkende, (II) Balken- und (III) Schachbrettmuster.
Alle Fahrzeuge im Experiment verbleiben geparkt, es herrscht Linksverkehr, das Dummy-Fußgänger-
system simuliert das plötzliche Erscheinen eines Fußgängers auf der Straße. Der Fußgänger-Dummy
(Θ = ±2°, Θ = 6°) besteht aus einem auf eine ebene Fläche in Lebensgröße aufgedruckten Fußgänger.
Zum Erscheinen wird die bedruckte Fläche um 90° gedreht, sodass sie sich im Sichtfeld des Versuchs-
teilnehmers befindet.
Der Versuchsteilnehmer hat zwei Aufgaben zu erledigen: (1) Wahrnehmung des Fußgängers (Tasten-
druck) und (2) Fahrsimulation. Beide Aufgaben werden gleichzeitig ausgeführt. Zur Ausführung der
Fahrsimulation werden auf dem (in 50 m Distanz zu dem Probandenfahrzeug) stehenden Fahrzeug
fünf LCD-Monitore nebeneinander auf der Heckklappe positioniert. Die obere Hälfte der Displays
zeigt das Führungsziel, das auf tatsächlichen Fahrtenschreiberaufzeichnungen basiert. Als simulierte
Fahraufgabe wird dem Probanden aufgetragen Positionskorrekturen, die ihm auf den LCD-Displays
vorgegeben werden, durchzuführen. Das Lenkrad im Versuchsfahrzeug dient als Eingabegerät.
Insgesamt sechs Beleuchtungsmuster werden als Reiz zur Wahrnehmungsförderung des Teilnehmers
entworfen. Die Muster sind unterteilt in (1) blinkende und (2) Gittermuster. Für die blinkenden
Muster werden dauerhaft eingeschaltet, 2 Hz und 5 Hz genutzt. Für die Gittermuster werden kein
Gitter, vertikal, horizontal und Schachbrettmuster genutzt. Alle Gittermuster ändern bei 5 Hz
abwechselnd Schwarz- und Weißausleuchtung. Die Gitterdicke wird zu 1,0° pro (Wiederholungs-)
Zyklus gewählt.
Ergebnis: Muster P1 (Fernlicht dauerhaft eingeschaltet) wird als Vergleichsmuster genutzt. Zur
Verifikation der Vorteile des Entwurfs wird die Reaktionszeit für die Positionen (A) bis (C) ausge-
wertet. Beleuchtungsmuster P5 (horizontale Balken) hat sich als das effektivste zur Verkürzung der
Reaktionszeit herausgestellt. Berechnet werden die mittlere Reaktionszeit und die Standard-
abweichung. Signifikante Unterschiede werden für die Muster P1 und P3 (5 Hz Pulsation, kein
Muster), P1 und P4 (vertikale Balken) sowie P1 und P6 (Schachbrett) ermittelt. Verglichen mit Muster
77
P1 (Fernlicht dauerhaft eingeschaltet) verhalfen alle entworfenen Beleuchtungsmuster (P2 bis P6) die
Reaktionszeit zu verringern.
Die Analyse ergibt, dass die Reaktionszeit für die rechte Seite tendenziell lange ist. Das Scheinwerfer-
licht hat eine schwache Ausleuchtung für die rechte Seite. Die Sichtverhältnisse auf der rechten
Straßenseite sind vergleichsweise zur linken und zur Straßenmitte gering. Die Reaktionszeit für die
rechte Straßenseite kann (mit Markierungsspot) stark verringert werden. Speziell bei Beleuchtungs-
muster P5 (horizontales Gitter mit 5 Hz Blinken) können im Mittel 0,2 s Reaktionszeitvorteil gegen-
über Beleuchtungsmuster P1 realisiert werden.
78
Tab. 3-4 stellt die wichtigsten Parameter zu (1) Probandenkollektiv, (2) gemessenen und variierten
Größen, sowie (3) Spoteigenschaften der zu der Thematik Markierungslicht recherchierten Studien
dar. Zusätzlich zu den in Tab. 3-4 dargestellten Größen wie (I) Fahrzeuggeschwindigkeit und (II) Blen-
dung wird in Tab. 3-6 auf weitere Details zu (a) Eigenschaften der Versuchsstrecken und (b) photo-
metrischen Größen eingegangen.
Tabelle 3-4: Studien zu Markierungslicht - Versuchsparameter
Autor
VP
Alter
Art
AV*/**
UV
vPkw
Spot
Blendung
SCHNEIDER
[Sch11]
25
[26,79]
Lab
tr
PosSehobjekt
LB / HB
ML1 / 2 / b
0 km/h
mit/ohne
Blinkanteil
nein
EGGERS
[Egg11]
26/
19
[23,57]
Ø 44
Feld
ddet
PosSehobjekt
ML ein/aus
70 km/h
k.A.
nein/ja
SCHNEIDER
[Sch11]
12
k.A.
Feld
ddet
ML ein/aus
variabel
Rechteck,
hochkant
nein
STROOP [Str11]
25
Ø 32,96
Feld
ddet
LB
LB + ML
Markierungs-
entfernung
k.A.
Markierung
der Aufstel-
ler durch
ML im Pkw
nein
BANG [Ban11]
10
k.A.
Feld
ddet
LB
HB
LB + ML
80 km/h
Rechteck,
hochkant,
ML im Pkw
nein
JEBAS [Jeb12]
29
[41,60]
Feld
ddet
LB
LB + ML1/2
60 km/h
rund,
obere/untere
Ausleuchtung
Sehobjekt
nein
GRUNERT
[Gru13]
53
[21,56]
Ø 39
Sim
tr
LB
HB
LB + ML
100 km/h
rund
nein
HÖRTER
[Hör13]
27
[25,60]
Ø 45
Feld
ddet
LB
LB + ML
60 km/h
ML im Pkw
nein
STROOP [Str17]
28
Ø 23,7
Sim
ddet
HB
HB + ML
k.A.
Pulsation
nein
HIRATSUKA
[Hir16]
10
[20,50]
Lab
tr
Pulsation
Lichtmuster
0 km/h
Balkenmuster
Gittermuster
Blinken
ja
* ddet: Erkennbarkeitsentfernung
** tr: Reaktionszeit
Legende (zu Tab. 3-4):
VP beschreibt die Anzahl der Studienteilnehmer, deren Messwerte in die Auswertung
eingegangen sind
Alter in Jahren
Neben Feld- und Laborstudien wurden Experimente im Fahrsimulator durchgeführt
Variiert und verglichen wurde in den beschriebenen Versuchen die Lichtverteilung (LB:
Abblendlicht; HB: Fernlicht; ML: Markierungslicht) sowie die Position (Winkel und Distanz)
der Sehobjekte (i.d.R. Fußgängersilhouetten, jedoch auch Wildtiersilhouetten). Das Markie-
rungslicht wurde teilweise in unterschiedlichen Lichtverteilungen dargeboten (ML1/2)
79
3.5.1 Studienergebnisse
Abb. 3-8 stellt die mittleren Erkennbarkeitsentfernungen recherchierter Markierungslichtstudien dar.
Alle in Abb. 3-8 dargestellten Ergebnisse sind das Resultat von Feldversuchen, die in der
Ausgestaltung mitunter stark voneinander abweichen. Die Analyse der Einflusskriterien auf die in
Abb. 3-8 gezeigten Ergebnisse bildet die Grundlage für eine mögliche Übertragbarkeit der
experimentell ermittelten Mechanismen auf die Verkehrssituation innerorts.
Abbildung 3-8: Erkennbarkeitsentfernung bei Abblendlicht (LB) verglichen mit zusätzlichem Markierungslicht (LB + ML)
Tab. 3-5 zeigt die in Abb. 3-8 visualisierten Erkennbarkeitsentfernungen und den (abgeschätzten)
Kontrast C (bei Markierungslicht). Die Objektleuchtdichte Lo beschreibt die Leuchtdichte des Objekts
bei aktiviertem Markierungslicht (75 m Markierungsdistanz). Für die Abschätzung des resultierenden
Kontrasts C wird die Umgebungsleuchtdichte zu Lu = 0,01 cd/m² angenommen.
Tabelle 3-5: Erkennbarkeitsentfernung in [m] ohne (LB) und mit (LB + ML) Markierungslicht, sowie Kontrast C
Autor / Jahr
Abblendlicht (LB)
LB + ML
Lo (cd/m²)
C (bei Lu = 0,01 cd/m²)
EGGERS [Egg11] (Blendung)
47,2
60,4
0,106
9,6
EGGERS [Egg11]
56,2
81,2
SCHNEIDER [Sch11]
29
63
0,036
2,6
STROOP [Str11]
42,5
73,5
k.A.
k.A
BANG [Ban11]
46,5
93
0,12
11
JEBAS [Jeb12]
47,2
69,3
0,4
39
HÖRTER [Hör13]
34,2
68,7
0,14
13
Trotz vergleichbarer photometrischer Werte (EGGERS [Egg11], BANG [Ban11], HÖRTER [Hör13]) ergeben
sich deutliche Abweichungen der Erkennbarkeitsentfernung (Tab. 3-5). Eine Ursache hierfür sind die Ei-
genschaften der Versuchsstrecke. Gerade Streckenverläufe führen zu vergleichsweise hoher Erkenn-
barkeitsentfernung. Randbewuchs, Bewaldung und kurvige Routen vermindern die Detektionsdistanz.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
[m]
LB
LB + ML
(Blendung)
80
Die Blendungsstudie von EGGERS [Egg11] lässt (bei ansonsten unveränderten Versuchsparametern)
Rückschlüsse auf ein weiteres Einflusskriterium (Blendung) zu (Abb. 3-8).
Die überwiegende Anzahl der Quellen (aus Abb. 3-8) gibt an, signifikante Unterschiede in den Mess-
ergebnissen ermittelt zu haben, macht jedoch keine Angaben über das Ausmaß der Streuung. Aus
diesem Grund wird in Abb. 3-8 auf die Angabe von Streubreiten verzichtet.
Weiterhin ist bei der Interpretation der Ergebnisse aus Abb. 3-8 zu beachten, dass die Markierungs-
entfernung eine zusätzlich wichtige Einflussgröße auf die Erkennbarkeitsentfernung darstellt. Die
Distanz, aus der das Sehobjekt im Versuch markiert wird, variiert bei den in Abb. 3-8 dargestellten
Ergebnissen zum Teil stark. Mitunter wird eine konstante Markierungsentfernung genutzt und
kontrolliert (JEBAS [Jeb12]; HÖRTER [Hör13]), zuweilen wird die Markierungsentfernung gezielt variiert
(STROOP [Str11]), teilweise unterliegt die Markierungsentfernung stochastischen Prozessen (SCHNEIDER
[Sch11]) oder es wird keine Angabe gemacht (EGGERS [Egg11], BANG [Ban11]). Vergleiche Tab. 3-6.
3.5.2 Einflussgrößen auf die Erkennbarkeitsentfernung
Die in der Literatur genannten Messergebnisse für die Erkennbarkeitsentfernung müssen beim Ver-
gleich der durchgeführten Studien hinsichtlich abweichend gewählter Versuchsparameter gesondert
bewertet werden. Dies gilt sowohl für geometrische Größen (es bestehen deutliche Unterschiede
was den Verlauf der Versuchsstrecken betrifft) als auch für die technische Umsetzung der
Markierungslichtfunktion. Die Erkennbarkeitsentfernung beschreibt die Distanz zwischen Sehobjekt
und Auge des Beobachters zum Zeitpunkt der Reaktion auf die erfolgte Wahrnehmung des Reizes.
Tabelle 3-6: Einflussgrößen auf die Erkennbarkeitsentfernung (Feldstudien) bei Abblendlicht + Markierungslicht
Autor
Streckeneigenschaften
Markierung der Sehobjekte
Objektleuchtdichte
[cd/m²]
Objekt-
position
Randbewuchs
Verlauf
Lichtquelle
Markierungsentfernung
60m
75m
90m
re
li
[Egg11]
Pkw
k.A.
,166
,106
,074
1
0
[Sch11]
Pkw
variierend
,056
,036
,025
k.A.*
[Str11]
Pkw
[70, 100, 140] m
k.A.
k.A.
k.A.
6
3
[Ban11]
Pkw
k.A.
,18
,12
,08
**
1
[Jeb12]
Straßen-
rand
89 m
0,4
0,4
0,4
3
3
[Hör13]
Pkw
konstant
,22
,14
,10
7
5
Die Objektleuchtdichten in 60 m, 75 m und 90 m Distanz zwischen Lichtquelle und beleuchteter Fläche ergeben
sich aus Rückrechnung von Beleuchtungsstärkemessungen unter Nutzung der beiden Formeln 𝐸 = 𝐼/𝑟²
und 𝐿 = 𝜌∗ 𝐸/𝜋. Die Anzahl der Objekte bezieht sich auf das einmalige Durchfahren der Versuchsstrecke.
* [Sch11] durchfährt den Testparcours mehrere Male mit jedem Probanden und wählt für jeden Durchlauf
unterschiedliche Routen und Ausleuchtungen, sodass keine Zuordnung möglich ist.
** [Ban11] positioniert das Sehobjekt zusätzlich auf der Fahrbahnmitte
81
Geometrische Einflussgrößen
Streckenverlauf und Objektposition
EGGERS [Egg11] wählt zur Durchführung seiner Studien ein ungenutztes Flugfeld (kurvenlose Ver-
suchsstrecke). Das Sehobjekt wird grundsätzlich rechts positioniert (vgl. Abb. 6-21), das Versuchsfahr-
zeug passiert das Sehobjekt dementsprechend links. Die bei EGGERS [Egg11] vergleichsweise hohe
Erkennbarkeitsentfernung bei Abblendlicht lässt sich hiermit erklären (Abb. 3-8). STROOP [Str11]
befährt mit seinen Studienteilnehmern eine überwiegend bewaldete Teststrecke und positioniert die
Sehobjekte am Straßenrand in verminderter Anzahl links und mehrheitlich rechts. Die Strecken-
führung des Rundkurses ist überwiegend Geradeausfahrt. Es gibt drei Linkskurven (Abb. 3-3). Die von
STROOP [Str11] erhobene Erkennbarkeitsentfernung für die Abblendlichtverteilung befindet sich
vergleichsweise im Mittelfeld (Abb. 3-8). BANG [Ban11] führt seine Versuche auf einem nicht
bewaldeten, ebenen, kurvenlosen Straßenabschnitt durch und positioniert seine Sehobjekte auf der
Gegenfahrbahn und auf der Fahrbahn des herannahenden Pkw. Die Erkennbarkeitsentfernung für
Abblendlicht liegt, im Gegensatz zu EGGERS [Egg11], nur geringfügig über Durchschnitt (Abb. 3-8). Die
Versuchsstrecke von JEBAS [Jeb12] führt durch ein Waldgebiet und beinhaltet einige Biegungen. JEBAS
[Jeb12] positioniert die Sehobjekte anteilig gleichverteilt links und rechts in 1,2 m Entfernung vom
Fahrbahnrand. Die von HÖRTER [Hör13] gewählte Versuchsstrecke (Abb. 3-5) bietet als überwiegend
kurvig, bewaldet und zusätzlich mit Steigung und Gefälle die ungünstigsten Bedingungen für eine
hohe Erkennbarkeitsentfernung. Vor SCHNEIDER [Sch11] rangiert HÖRTER [Hör13] verständlicherweise
unter Durschnitt für die Erkennbarkeitsentfernung bei Abblendlicht.
HIRATSUKA [Hir16] variiert in seiner Laborstudie die Geometrie des Markierungslichtspots. Zum Einsatz
kommen neben dem unstrukturierten, homogenen Lichtspot (horizontale und vertikale) Balken-
muster, sowie ein Schachbrettmuster. Es werden zudem pulsende Reize angewandt.
Markierungsentfernung
Mehrheitlich werden in der Literatur keine Angaben über die Markierungsentfernungen gemacht.
Abhängig von der technischen Umsetzung der Markierungslichtfunktion ist eine Streuung in den
durchgeführten Versuchen wahrscheinlich: Während Systeme basierend auf Lichtschranken oder
differentiellem GPS präzise Kontrolle versprechen, handelt es sich bei Einsatz einer bildbasierten,
wärmestrahlungsempfindlichen Sensorik an Bord des Versuchsfahrzeugs um stochastische Prozesse
bei der maschinellen Detektion der Objekte. Abhängig von der nachgelagerten Signalverarbeitung
und technischen Umsetzung der Aktuatorik (vgl. SCHNEIDER [Sch11], JEBAS [Jeb12], HÖRTER [Hör13]) ist
eine zusätzlich zeitstreuende Latenz des Systems zu vermuten. SCHNEIDER [Sch11] gibt für seinen
Feldversuch an, dass Sehobjekt 8 auf der linken Straßenseite am Ende einer Linkskurve positioniert
wurde und die Detektionsentfernung des Sensorsystems hierdurch bedingt lediglich 50 m beträgt.
STROOP [Str11] variiert die Markierungsentfernung in drei Schritten: Neben der in Abb. 3-8 darge-
82
stellten Erkennbarkeitsentfernung von 73,5 m (Markierungsentfernung 100 m) misst STROOP [Str11]
53,0 m sowie 101,3 m (bei Markierungsentfernungen von 70 m und 140 m) und liefert somit den
Beweis für die Abhängigkeit (vgl. Abb. 3-7). Für das Markierungslicht in der Straßenbeleuchtung ist
daher zu vermuten: Je frühzeitiger bei Eintreten einer potentiellen Gefahrensituation über die
Markierungslichtfunktion eingegriffen wird, desto eher wird das Hindernis entdeckt. Diese Annahme
ist in einer Probandenstudie zu klären und wird im Rahmen dieser Arbeit nicht untersucht.
Photometrie Markierungslicht
SCHNEIDER [Sch11D] nennt für die bei Dunkelheit zu erwartenden natürlichen Umgebungsleucht-
dichten (außerorts) eine Spanne von Lu = [10-3… 10-1] cd/m². Als Einflussfaktoren für dieses Intervall
werden Wetter, Bewölkung, Mondphase und Umgebungsbewuchs angeführt. Weiterhin gibt
SCHNEIDER [Sch11D] Markierungsleuchtdichten von 0,02 cd/m² für 100 m Markierungsentfernung für
das von ihm verwendete System an. Mehrfach wird in SCHNEIDER [Sch11D] angemerkt, dass die
Markierungsbeleuchtungsstärke distanzabhängig variiert werden sollte, um annähernd vergleichbare
Kontraste zu realisieren. Das Streulicht des Abblendlichts muss laut SCHNEIDER [Sch11D] gesondert
und in Abgrenzung zu den natürlichen Leuchtdichten betrachtet werden.
Aus einer in SCHNEIDER [Sch11D] angehängten bildaufgelösten Leuchtdichtemessung ist ersichtlich,
dass (bei Fernlicht) Bereiche links oder rechts neben der Fahrbahn mit ca. 5 bis 6 mcd/m² (90 m
Distanz) leuchten, wobei Bereiche auf der Fahrbahn distanzabhängige Leuchtdichten zwischen ca. 17
(90 m Distanz) und 37 mcd/m² aufweisen.
STROOP [Str11] entbehrt für die durchgeführte Feldstudie jedweder photometrischer Messergebnisse.
Die in JEBAS [Jeb12] beschriebene Feldstudie zeigt Markierungsleuchtdichten im Bereich oberhalb von
Lo = 0,4 cd/m². Zur Verifizierung führt JEBAS [Jeb12] sowohl Reflexionsgradmessungen der Sehobjekte
als auch die goniophotometrische Vermessung der verwendeten Markierungslichtmodule durch. Die
Messentfernung für die Beleuchtungsstärke entspricht der Distanz zwischen denen am Straßenrand
(im Versuch) positionierten Markierungslichtmodulen und den Sehobjekten.
HÖRTER [Hör13] ermittelt messtechnisch Beleuchtungsstärken von 80,5 lx (maximal) für das von ihm
genutzte Markierungslichtmodul, wobei der Messabstand 25 m beträgt. Der Reflexionsgrad der von
HÖRTER [Hör13] im Versuch genutzten Sehobjekte wird zu ρ = 5 % gewählt. Nach Formel (L = ρ *E/π)
ergeben sich rechnerisch Markierungsleuchtdichten von Lo = 1,28 cd/m² bei 25 m Distanz zwischen
Fahrzeug und beleuchteter Fläche und dementsprechend Lo = 0,32 cd/m² bei 50 m Distanz zwischen
Fahrzeug und beleuchteter Fläche (vgl. Tab. 3-6).
BANG [Ban11] gibt eine Lichtstärke von I = 90.000 cd für jeden der vier pro Scheinwerfer verbauten
Markierungslicht LEDs an. Bei 120 m Entfernung werden E = 6,25 lx gemessene Beleuchtungsstärke
83
genannt. Weiterhin nennt BANG [Ban11] ρ = 5 % Reflexionsgrad des dunkel gekleideten Sehobjekts.
Die Markierungsbeleuchtungsstärke wird im Versuch auf E = 5 lx (bei 91 m Distanz) reduziert. Unter
Verwendung von Formel (L = ρ *E/π) ergeben sich dementsprechend rechnerische Leuchtdichten
von Lo = 0,08 cd/m² bei 91 m Distanz zwischen Fahrzeug und beleuchteter Fläche, sowie Lo = 0,26
cd/m² bei 50 m Distanz zwischen Fahrzeug und beleuchteter Fläche.
EGGERS [Egg11] gibt E = 40 lx (vermutlich 25 m Messentfernung) für maximal 7° horizontalen Winkel
(Markierungslichtmodul) an und nennt einen dunkel gekleideten Fußgänger (ohne Angabe
Reflexionsgrad) als Sehobjekt. Bei ρ = 7,5 % (angenommener Reflexionsgrad) ergibt sich hiermit eine
Objektleuchtdichte von Lo = 0,95 cd/m² in 25 m Entfernung und dementsprechend Lo = 0,24 cd/m²
in 50 m Entfernung (vgl. Tab. 3-6).
Technische Umsetzung der Markierungslichtfunktion
In der Literatur wird vorwiegend die an Bord des Versuchsfahrzeugs installierte Markierungslicht-
funktionalität auf sowohl sensorischer als auch lichtmarkierender Seite aufgeführt. Hierbei kann ein
wärmestrahlungsempfindlicher Bildsensor zur Detektion der Objekte zum Einsatz kommen.
Abtastrate und Bildauflösung haben Einfluss auf die präzise Verfolgung und Detektionsentfernung
der Objekte. Für die technische Realisierung der adaptiven Lichtverteilung kommen entweder rein
elektrische oder elektro-mechanische Scheinwerfer in Frage (vgl. SCHNEIDER [Sch11], JEBAS [Jeb12],
HÖRTER [Hör13]). JEBAS [Jeb12] und HÖRTER [Hör13] verwenden am Straßenrand positionierte Licht-
schranken, um die Messpräzision im laufenden Versuch zu gewährleisten. STROOP [Str11] hingegen
verwendet ein differentielles GPS zur präzisen Wegstreckenbestimmung. Während STROOP [Str11]
und HÖRTER [Hör13] die an Bord der Versuchsfahrzeuge installierten Markierungslichtaktuatoren
verwenden, nutzt JEBAS [Jeb12] am Straßenrand postierte Beleuchtungseinheiten zur gezielten
Markierung der Sehobjekte. SCHNEIDER [Sch11], BANG [Ban11] und EGGERS [Egg11] verwenden an Bord
des Versuchsfahrzeugs montierte Sensorik und Aktuatorik
84
3.5.3 Diskussion
SCHNEIDER [Sch11D] schreibt, dass der Einsatz der Markierungslichtfunktion auf Strecken außerorts
nicht dem klassischen Ansatz des Schwellenkontrasts genügt. Objekte werden bei den hier zitierten
Studien nicht lediglich in Abhängigkeit der Distanz erkennbar. Vielmehr ist es so, dass zu einem
definierten (Markierungs-)zeitpunkt ein Sehobjekt unmittelbar stark überschwellig sichtbar wird.
Auf Grundlage der Literaturrecherche werden im Folgenden die Bedeutung der Abhängigkeiten und
Zusammenhänge und die damit verbundene Auswirkung auf die Erkennbarkeitsentfernung
diskutiert. Ziel ist die Formulierung der physiologischen und kognitiven Mechanismen, während die
Einflüsse der technischen Parameter weitestgehend isoliert werden. Eine Übersicht relevanter
Einflüsse auf die Erkennbarkeitsentfernung wurde bereits in Tab. 3-5 dargestellt.
BANG [Ban11] und EGGERS [Egg11] nutzen vergleichbare Streckeneigenschaften, dennoch weichen die
Versuchsergebnisse deutlich voneinander ab (Abb. 3-8). Dieses Resultat lässt sich mit unterschied-
lichen Sehobjektpositionen und (vermutlich) voneinander abweichenden Markierungsentfernungen
erklären. Die Fahrzeuggeschwindigkeiten unterscheiden sich vergleichsweise um 10 km/h (Tab. 3-4).
STROOP [Str11] variiert die Markierungsentfernung in drei Stufen bei ansonsten unveränderten Ver-
suchsbedingungen, sodass sich eine funktionale Abhängigkeit formulieren lässt (Tab. 3-7, ddet,Str be-
zeichnet die Erkennbarkeitsentfernung nach STROOP [Str11]). Bedauerlicherweise ist die (durch-
schnittliche) Fahrzeuggeschwindigkeit nicht bekannt.
Die Versuche von EGGERS [Egg11], SCHNEIDER [Sch11], STROOP [Str11] und HÖRTER [Hör13] unterschei-
den sich allesamt in der Kombination der Streckenausgestaltung (Tab. 3-7). In der Tat ergeben sich
zugehörig vier unterscheidbare Erkennbarkeitsentfernungen (Abb. 3-8). Tab. 3-7 stellt die Erkennbar-
keitsentfernungen der vier genannten Studien den jeweiligen Streckeneigenschaften gegenüber.
Man beachte, dass die Markierungsentfernungen von EGGERS [Egg11], SCHNEIDER [Sch11], und HÖRTER
[Hör13] nicht bekannt sind, was eine Unsicherheit in Bezug auf die Zusammenhänge mit sich bringt.
Tabelle 3-7: Einflussgrößen auf die Erkennbarkeitsentfernung
Streckeneigenschaften
Ø Erkennbarkeits-
entfernung [Autor]
variable Markierungsdis-
tanz nach STROOP [Str11]
kurvig
bewaldet
ja
nein
ja
nein
(ddet,Str = 42,5 + 0,15∙M) m
x
x
68 m [Hör13]
x
x
81 m [Egg11]
Blendung n. EGGERS [Egg11]
(x)
x
73 m [Str11]
(ddet,Egg = 81,2 - B∙21,7) m
x
x
63 m [Sch11]
M = n∙dMark: n = 0 (ohne ML); n = 1 (für dMark = 70 m); n = 2,05 (für dMark = 100 m); n = 2,8 für (dMark = 140 m)
B = 1: Blendung; B = 0: keine Blendung;
EGGERS [Egg11] vollführt seine Studie doppelt (mit und ohne Blendung) bei ansonsten unveränderten
Versuchsbedingungen, sodass sich eine funktionale Abhängigkeit formulieren lässt (Tab. 3-7). Diese
Abhängigkeit ist eingeschränkt gültig für (1) gerade Straßenverläufe, mit (2) Sehobjekt am rechten
Straßenrand und (3) einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 70 km/h.
85
Implikationen für die eigene Arbeit
Laut GRUNERT [Gru13] (S.39) (…) beeinflussen höhere kognitive Prozesse die Reaktionsauswahl und
Ausführung der Reaktion. GRUNERT [Gru13] empfiehlt das Bewegungsmuster des Fußgängers in die
Versuche einzubeziehen, (…). Um Aussagen über die Wirkung des Markierungslichts auf das
Verhalten des Fahrers treffen zu können, ist daher eine Analyse der Funktionswirkung in kritischen
Situationen mit einem sich bewegenden Fußgänger unabdingbar (GRUNERT [Gru13]).
GRUNERT [Gru13] lässt den Fußgänger als Sehobjekt in seiner Fahrsimulatorstudie in 85 m Distanz
erscheinen. In der Simulatorstudie von STROOP [Str17] wird der Fußgänger in 120 m Distanz
lichtmarkiert. Beide Studien verwenden die Fernlichtverteilung als Grundlichtverteilung, es wird
jedoch keine signifikant kürzere Reaktionszeit bei zusätzlicher Nutzung des Markierungslichts
gemessen. Hieraus lässt sich eine Vermutung ableiten: (1) Bei hoher Umfeldleuchtdichte im Bereich
des Objekts (Fernlichtverteilung) entfaltet die Lichtmarkierung keine verbessernde Wirkung. Die
Sehobjektgröße sowie das Blick- und Suchverhalten auf Überlandfahrten (nicht Untersuchungs-
gegenstand dieser Arbeit) spielen in diesem Kontext ebenso eine Rolle.
Die Ergebnisse der Blendungsstudie von EGGERS [Egg11] beweisen die Wirksamkeit des Markierungs-
lichts für die dynamische Fahrsituation unter (nah-)fovealer Objektposition. Es bleibt die Übertrag-
barkeit der Erkenntnisse von EGGERS [Egg11] auf die Verkehrssituation innerorts zu überprüfen
(Linksabbiegevorgang, peripheres Sehobjekt, Blendung aus Richtung des Gegenverkehrs).
Offene Fragen
Das für die Überlandfahrt konzipierte Markierungslicht im Pkw markiert Hindernisse im (nah-)fove-
alen Gesichtsfeld. Die generelle Gefährdung schwächerer Verkehrsteilnehmer im peripheren
Gesichts-feld von Kraftfahrern innerorts wird zudem in zahlreichen Erhebungen nachgewiesen. Keine
der bisher durchgeführten Studien untersucht die Wirksamkeit des Markierenden Lichts für
periphere Objektpositionen (Θ > 6°). Demzufolge ergibt sich die erste offene Frage: Welche Wirkung
entfaltet das Markierende Licht bei peripherer Objektposition? Können Reaktionszeitvorteile
nachgewiesen werden?
HIRATSUKA [Hir16] markiert Sehobjekte mit Balken- und Schachbrettmustern und vergleicht die
gemessenen Reaktionszeiten mit der des unstrukturierten Lichtspots. Die Objektexzentrizität rangiert
zwischen Θ = 2° und Θ = 6°. Die zweite offene Frage lautet: Sind die Reaktionszeitvorteile der
Lichtspotmusterstudie von HIRATSUKA [Hir16] auch bei peripherer Objektposition gültig?
GRUNERT [Gru13], HÖRTER [Hör13] und HIRATSUKA [Hir16] verwenden pulsende Lichtreize in Labor-,
Feld- und Simulatorstudien. Während HIRATSUKA [Hir16] Reaktionszeitvorteile nachweisen kann, ist
dies bei GRUNERT [Gru13] lediglich in der statischen Laborstudie der Fall. Eine weitere offene Frage
lautet: Können bei peripherer Objektposition und pulsender Lichtspotmarkierung
Reaktionszeitvorteile gegenüber nicht pulsenden Reizen gemessen werden?
86
3.6 Methoden und Ergebnisse ausgewählter Studien
Abschnitt 3.6 beinhaltet Methoden und Ergebnisse von Feld- und Laborstudien zu den Themen (1) Er-
schwerte Sehbedingungen, (2) Objektdetektion bei pulsierender Beleuchtung und (3) Aufmerksam-
keitsbelastung. Hierbei wird ein Anteil der bereits in den Abschnitten 3.3 und 3.5 behandelten
Literatur bezüglich der speziellen Thematik wieder aufgegriffen, gegenüber gestellt und abschließend
diskutiert. Abschnitt 3.6 schließt mit den offenen Forschungsfragen.
3.6.1 Erschwerte Sehbedingen
STADLER [Sta64] untersucht den Einfluss der Blendung auf die Detektionsleistung eines foveal darge-
botenen Sehzeichens und nutzt hierbei die Unterschiedsschwelle als Bewertungskriterium. Der Teil-
nehmer blickt auf die Abbildung einer Straßenszene. Die Adaptationsleuchtdichte wird in vier Stufen
variiert (0,01; 0,1; 1,0; 8,0 cd/m²). Der Blick auf die Sehaufgabe erfolgt aus 2,5 m Entfernung durch
eine mit Klarlacktropfen präparierte, ebene Glasscheibe, die ein Regenereignis nachbilden soll. Die
Scheibe befindet sich in 2,0 m Distanz zu der abgebildeten Straßenszene.
Die Präsentation des α = 0,3° großen Sehzeichens erfolgt statisch und binokular. Es kommen
insgesamt zehn Blendquellen zum Einsatz, deren Position perspektivisch einer rechtsseitig ange-
ordneten Straßenbeleuchtung entspricht. Die Blendbeleuchtungsstärke wird in drei Stufen variiert
(0,06; 0,6; 1,8 lx). Es nimmt lediglich eine Versuchsperson am Experiment teil, deren Aufgabe darin
besteht die Detektion des Sehzeichens über einen Druckknopf mitzuteilen.
STADLER [Sta64] findet einen zunehmenden Einfluss der Blendung bei (1) steigender Blendbe-
leuchtungsstärke und (2) abnehmender Adaptationsleuchtdichte. Während die Unterschiedsschwelle
unter Einsatz der präparierten Glasscheibe in Abhängigkeit des Adaptationsniveaus um den Faktor
1,6 … 2,0 gegenüber Nichtverwendung der Glasscheibe ansteigt, erhöht sich die
Unterschiedsschwelle bei Lad = 1,0 cd/m², Blendung und Blick durch die präparierte Scheibe um
Faktor 5 (bei EBl = 0,6 lx) und um Faktor 18 (bei EBl = 1,8 lx) gegenüber ungestörten Sehbedingungen.
BULLOUGH [Bul01] findet in seiner Studie zum Einfluss erschwerter Sehbedingungen auf die
Detektionsleistung einen nennenswerten Einfluss der Hintergrundleuchtdichte. BULLOUGH [Bul01]
modelliert ein Regenereignis durch aufsteigende Luftblasen in einem Wasserbecken (inverser Regen),
durch das die (insgesamt drei) Teilnehmer auf die Sehaufgabe
10
blicken.
Niedrige Hintergrundleuchtdichten führen bei erschwerten Sehbedingungen zu merklich
schlechterer Detektionsleistung. Mit ansteigendem Leuchtdichteniveau verbessert sich die
Detektionsleistung sowohl bei erschwerten als auch bei ungestörten Sehbedingungen, wobei nach
und nach Konvergenz zu beobachten ist.
10
Steuern eines Sehobjekts mit festem Kontrast zu Hintergrund auf einem Rundkurs. Fehlerrate (Abweichen
von der Rundkursbegrenzung) als Bewertungskriterium.
87
DAVOUDIAN [Dav14] vollführt eine Laborstudie zum Thema Blendung mit 42 Versuchsteilnehmern.
Dargestellt wird ein in dak = 4,0 m Abstand zum Beobachter projizierter Straßenzug bei Adaptations-
niveau Lad = 0,84 cd/m². Als Fixationspunkt wählt DAVOUDIAN [Dav14] einen Landoltring mit hohem
Kontrast. Das Sehobjekt wird für td = 0,65 s dargeboten. Das Sehobjekt (Silhouette Hund) der Größe α
= 0,70° x 0,55° erscheint bei Θ = ± 7° (Winkel rein horizontal).
Als Blendquelle kommt eine LED-Leuchte zum Einsatz, die linksseitig des Straßenzugs
positioniert wird. Variiert werden die (1) Lichtfarbe (3000 K; 6000K), die (2) Blendbeleuchtungsstärke
(1 lx; 2 lx), sowie die Größe der Blendquelle (0,2°; 0,8°).
Weder die Blendquellengröße noch die Lichtfarbe können als Einflussfaktoren auf die
Detektionsleistung ausgemacht werden. Ein Beleg für den Einfluss der Blendbeleuchtungsstärke EBl
auf die Detektionsleistung kann in der Studie hingegen erbracht werden.
JAINSKI [Jai62] untersucht den Einfluss der Blendung auf die Unterschiedsempfindlichkeit unter Ver-
wendung eines kreisrunden (α = 1° großen) foveal, in dak = 2,3 m Distanz dargebotenen Sehobjekts,
wobei u.a. das (1) Adaptationsniveau und die (2) Blendbeleuchtungsstärke (in 6 Stufen, vgl. Tab. 3-8)
variiert werden. Bei Hintergrundleuchtdichten von 0,017 cd/m² bis 51 cd/m² wird die Unterschieds-
schwelle mit und ohne Blendung bestimmt. Das Probandenkollektiv besteht aus vier Teilnehmern.
Mit ansteigendem Adaptationsniveau misst JAINSKI [Jai62] niedrigere Unterschiedsschwellen.
Höhere Blendbeleuchtungsstärken vermindern die Detektionsleistung, was bei niedrigen
Umgebungsleuchtdichten einen stärkeren Effekt zeigt als bei höheren.
UEBERSCHAER [Ueb15] führt Methoden und Ergebnisse von insgesamt 4 Studien zu erschwer-
ten Sehbedingungen auf. Tab. 3-8 beinhaltet auszugsweise Inhalte der von UEBERSCHAER [Ueb15] re-
Tabelle 3-8: Aus UEBERSCHAER [Ueb15] auszugsweise übernommene und ergänzte Studien zu erschwerten Sehbedingungen
Autor
AV
Sehobjekt-
position Θ [°]
Sichtbeeinträchtigung
Adaptationsni-
veau Lad [cd/m²]
STADLER [Sta64]
ΔL
foveal
Regen
Blendung (0,06; 0,6; 1,8 lx) mit
Regen
0,01
0,1
1,0
8,0
BULLOUGH [Bul01]
Fehler-
rate
nahfoveal
Regen (invers)
0,03 bis 10,0
(6 Stufen)
DAVOUDIAN [Dav14]
Cth
± 7
Blendung (1,0; 2,0 lx)
0,84
JAINSKI [Jai62]
ΔL
0
Blendung (0,5; 1; 3; 6; 10; 20 lx)
0,017 … 51
UEBERSCHAER [Ueb15]
ΔL
± (2; 10; 20)
Regen
Blendung (0,8 lx)
Blendung (0,8 lx) mit Regen
1,0
EGGERS [Egg11]
ddetect
nahfoveal
(dynamisch)
Blendung (dynamisch)
dynamisch
WINTER [Win16]
Cth
0; +10
Blendung
1,0
88
cherchierten Arbeiten. Weiterhin wird Tab. 3-8 um die Blendungsstudie von UEBERSCHAER [Ueb15],
WINTER [Win16] und eine weitere Studie zum Thema Markierungslicht und Blendung (EGGERS [Egg11])
erweitert.
UEBERSCHAER [Ueb15] erweitert den in Abs. 3.2 skizzierten Versuchsaufbau um fünf linksseitig
angeordnete Blendquellen, die perspektivisch eine Straßenbeleuchtung nachbilden. Untersucht wird
der Einfluss der Blendung auf die Leuchtdichteschwelle bei Lad = 1,0 cd/m² und zwei verschiedenen
Farbtemperaturen des Adaptationsfeldes (2500 K; 6000 K). Es werden zwei nahfoveale und vier
extrafoveale Objektpositionen (vgl. Tab. 3-8) bei Objektgröße α = 19‘ und dak = 4,36 m untersucht.
Eine stufenweise Variation der Blendbeleuchtungsstärke erfolgt nicht. Es werden Leucht-
dichteschwellen bei EBl = 0 lx und EBl = 0,8 lx erhoben und verglichen. Das Probandenkollektiv umfasst
unverändert 32 Teilnehmer. Die Darbietung der Sehzeichen erfolgt statisch für td = 200 ms. Die
Blendquellen werden 0,1 s vor der Darbietung eines Sehzeichens aktiviert und erlöschen 0,1 s nach
dem Sehzeichen.
Es wird darauf verzichtet, die Blendbeleuchtungsstärke messtechnisch zu ermitteln. In
UEBERSCHAER [Ueb15] (Abs. 4.3.4) heißt es: Die vertikalen Blendbeleuchtungsstärken sind rechnerisch
bestimmte Größen, die auf den gemessenen Leuchtdichtewerten basieren.
UEBERSCHAER [Ueb15] kann keine signifikanten Unterschiede für die vier extrafovealen
Sehobjektpositionen ermitteln. Für die beiden nahfovealen Sehobjektpositionen ergibt sich ein
signifikanter Unterschied: Die Schwelle steigt bei Blendung im Mittel um Faktor 1,47.
EGGERS [Egg11] (vgl. Abs. 3.5) misst in einer dynamischen Feldstudie die Erkennbarkeitsentfernung
mit und ohne blendendes Gegenlicht bei sowohl aktiviertem als auch deaktiviertem Markierungs-
licht. Ergebnis: Mit blendendem Gegenlicht wird das Objekt in durchschnittlich ddet = 48,5 m Distanz
erkannt (bei zusätzlich aktiviertem Markierungslicht: ddet = 59,5 m). Ohne Blendung erhöht sich
Erkennbarkeitsentfernung auf ddet = 56,2 m (ddet = 81,2 m bei aktiviertem Markierungsspot). Aus
diesen Distanzen lassen sich durch die Blendung hervorgerufene Reaktionszeitverzögerungen von 0,4
s (und 1,1 s bei aktiviertem Markierungslicht) ableiten.
EGGERS [Egg11] Versuchsergebnisse belegen die nachteilige Auswirkung der Blendung auf die
Detektionsleistung im (1) dynamischen Feldversuch (2) für (nah-)foveale Sehobjektpositionen und (3)
unabhängig vom Einsatz der Markierungslichtfunktion, was durch die Reaktionszeit bis zur Detektion
eines Hindernisses bei abweichenden Sichtbedingungen und Variation der angewandten Lichtver-
teilungen messbar gemacht wird.
Da sich der Versuchsteilnehmer im Fahrzeug in Bewegung befindet, sind sowohl Sehobjekt-
position Θ, als auch Blendbeleuchtungsstärke EBl dynamisch. Sowohl Θ als auch EBl sind mit zu-
nehmender Annäherung ansteigend. Die Sehobjektposition kann (bis zum Eintritt des Detektions-
89
ereignisses) als durchweg nahfoveal betrachtet werden (vgl. Abb. 6-21, Anhang). Für die Blend-
beleuchtungsstärke ist in 25 m Distanz zu dem geparkten Fahrzeug EBl = 1 lx anzunehmen.
WINTER [Win16] untersucht den Einfluss der Blendung auf die foveale und periphere Kontrastschwelle
in einer Laborstudie mit 24 Teilnehmenden (6w / 18m) im Alter von 20 bis 36 Jahren (Mittelwert 27
Jahre, 4 Jahre Standardabweichung). Als Apparatur dient eine weiße Halbkugelsphäre (Radius 31 cm)
mit Kinnstütze und mehrere Lichtquellen.
Die Darbietung der Sehobjekte erfolgt bei Θ = 0° und Θ = 10° (rechts) in randomisierter Reihenfolge.
Die über das Adaptationsfeld homogen verteilte Leuchtdichte beträgt Lad = 1,0 cd/m² und erzeugt
ihrerseits eine vertikale Beleuchtungsstärke von Ev = 3,3 lx am Auge des Betrachters. Als Blendquelle
dienen zwei kaltweiße LEDs, positioniert bei ΘBl = 2,88° und ΘBl = 4,87° links des Blickfixations-
punktes. Jede der beiden LEDs erzeugt EBl = 0,5 lx vertikale Beleuchtungsstärke am Auge des
Betrachters. Zusätzlich verwendet WINTER [Win16] eine externe Lichtquelle im Versuch, deren
Einfluss für die Diskussion an dieser Stelle keine Relevanz aufweist.
Die Teilnehmer haben per Tastendruck auf die Entdeckung der Sehzeichen zu reagieren. Die Seh-
zeichendarbietung erfolgt in Form kontinuierlicher Erhöhung der Reizstärke (method of ascending
limits). Die Blendquelle wird grundsätzlich 2 s vor dem Beginn der Sehzeichendarbietung aktiviert.
WINTER [Win16] misst eine signifikante Schwellenwerterhöhung für die foveale Sehobjektposition bei
aktivierter Blendquelle gegenüber dem blendfreien Fall. Bei peripherer Sehobjektposition und
Blendung wird ebenfalls eine Erhöhung der mittleren Detektionsschwelle gegenüber ungestörten
Sehbedingungen gemessen, der Vergleich der Mittelwerte ist hierbei nicht signifikant.
Offene Fragen
Bei Blick auf die Gegenfahrbahn (Blickverhalten des Linksabbiegers nach SUMMALA [Sum96]) und
Blendung durch die Scheinwerfer des Gegenverkehrs stellt sich die Frage: Sind die Ergebnisse der
Blendungsstudie von EGGERS [Egg11]auf die Konstellation 1) foveale Blendung und 2) peripheres
Sehobjekt übertragbar? Befindet sich an der Straßenkreuzung darüber hinaus ein unbeleuchteter
Bereich im peripheren Gesichtsfeld, stellt sich zuletzt die Frage: Welches Ausmaß entfaltet die
Blendung bei 1) niedrigen peripheren Objektleuchtdichten und 2) Blendung aus fovealer Richtung?
90
3.6.2 Pulsation und Aufmerksamkeitsbelastung
Pulsierende Lichtreize sind Untersuchungsgegenstand zahlreicher Studien, deren Fragestellung auf
die Mechanismen der Aufmerksamkeitslenkung abzielt (vgl. hierzu SCHNEIDER [Sch11], HÖRTER [Hör13],
GRUNERT [Gru13], STROOP [Str17], HIRATSUKA [Hir16]). Als unabhängige Variable für Experimente
kommen u.a. die (1) Pulsationsfrequenz und das (2) Tastverhältnis in Frage. Die Methodiken und
Ergebnisse der Laborversuche von HIRATSUKA [Hir16] (vgl. Abs. 3.5) und GRUNERT [Gru13] werden im
Folgenden gegenüber gestellt und diskutiert.
Ein weiteres wesentliches Einflussmerkmal auf die kognitive Leistungsfähigkeit bei experimentellen
Untersuchungen zum Thema Verkehrssicherheit ist die Aufmerksamkeitsbelastung. Diese erfolgt in
den meisten Feldstudien automatisch, indem der Studienteilnehmer auf dem Fahrersitz eines Ver-
suchsfahrzeugs platziert wird. In Laborversuchen hingegen bietet sich die Simulation der Inanspruch-
nahme kognitiver Ressourcen durch eine Lenkaufgabe an, wie sie von HIRATSUKA [Hir16] und
MOSER[Mos75] vorgeschlagen wird.
HIRATSUKA [Hir16] untersucht (wie in Abs. 3.5 dargelegt) Beleuchtungsstrategien, die Autofahrern eine
verbesserte Wahrnehmung von Fußgängern bei Nacht ermöglichen soll. Hierbei wird durch sowohl
(1) zeitliche als auch (2) räumliche Wiederholraten in den Varianten der markierenden Beleuchtung
Einfluss auf die Kontrastempfindlichkeit ausgeübt. Um die Einwirkung visueller Eigenschaften auf
eine reaktionszeitabhängige Aufgabe (wie die Wahrnehmung eines Fußgängers bei Nacht) zu be-
werten, werden die Untersuchungen in einem der Zielumgebung nachempfundenen Aufbau (Abb. 3-
9) durchgeführt.
Zu der Versuchsumgebung gehören drei Pkw, die Distanz zwischen Ego-Fahrzeug (mit dem Versuchs-
teilnehmer auf dem Fahrersitz) und Sehobjekt beträgt d = 50 m. Die Sehobjekte erscheinen an drei
Positionen (A, B, C). Weiterhin befinden sich ein vorausfahrendes und ein entgegen kommendes
Fahrzeug in der Versuchsanordnung, keines der Fahrzeuge wird im Versuchsablauf bewegt.
Abbildung 3-9: Versuchsumgebung HIRATSUKA [Hir16]
91
Untersuchungsgegenstand ist die visuelle Wahrnehmung eines Fußgängers bei gleichzeitiger
Aufmerksamkeitsbelastung des Probanden durch eine Lenkaufgabe mit Blickfokus auf das voraus
fahrende Fahrzeug. Die objektive Messdatenerhebung erfolgt unter Mitwirkung von neun männ-
lichen und einer weiblichen Teilnehmenden (Alter: 20 bis 50 Jahre) am Experiment, wobei die
Reaktionszeit als Bewertungskriterium dient.
Tab. 3-9 beinhaltet die im Versuch von HIRATSUKA [Hir16] konstant gehalten Parameter.
Tabelle 3-9: Übersicht der konstanten Versuchsparameter HIRATSUKA [Hir16]
Symbol
Ausprägung
Beschreibung
α
2° (vertikal)
Sehobjektgröße
Θ
2°; 6°
Sehobjektposition
dak
50 m
Akkommodationsentfernung
Im Experiment werden die von HIRATSUKA [Hir16] gewählten Lichtspotmuster nach Objektposition Θ
durchmischt dargeboten. Die Fernlichtverteilung dient als Referenz. Die mittels Digitalprojektor auf
die drehbaren Aufsteller (Fußgänger als Sehobjekt, Positionen A, B, C) projizierten Lichtverteilungen
sind in Abb. 3-10 dargestellt.
Abbildung 3-10: von HIRATSUKA [Hir16] angewandte Licht(spot)muster
HIRATSUKA [Hir16] macht keine Angaben zu im Experiment durchgeführten Leuchtdichtemessungen
der angestrahlten Sehobjekte. Jedoch kann über die zur Verfügung gestellten Farbbilder der
Reflektionsgrad der Kleidung auf ρo = 0,3 und der der direkten Umgebung auf ρu = 0,05 abgeschätzt
werden. Durch die in der Quelle zur Verfügung gestellte Distanz zwischen Projektor und Projektions-
fläche (drehbarer Sehobjektaufsteller mit Fußgängeraufdruck), sowie Informationen zur Gerätelicht-
stärke ist eine grobe Abschätzung des Kontrastes (vgl. Abs. Vergleich und Diskussion der Ansätze,
weiter unten) am Sehobjekt möglich.
92
Abbildung 3-11: Experimentelle Ergebnisse HIRATSUKA [Hir16]
Ergebnis: Abb. 3-11 zeigt die über alle drei Sehobjektpositionen gemittelten Reaktionszeiten darge-
botener Lichtspotmuster P1 bis P6. Der Unterschied der Mittelwerte der zu P1 und P5 gemessenen
Reaktionszeiten ist hochsignifikant (Irrtumswahrscheinlichkeit p < 0,01). Bei dem Vergleich der Mit-
telwerte von P1 mit P3, P4 und P6 ist das Ergebnis signifikant (Irrtumswahrscheinlichkeit p < 0,05).
GRUNERT [Gru13] untersucht in einer Laborstudie die Reaktionszeit bis zur Blickzuwendung
auf weiße, kreisrunde Lichtreize. An der Studie nehmen 35 Teilnehmer (26m/9w) im Alter von 22 bis
40 Jahren teil. Als Versuchsumgebung wird ein 33 m² großer Raum mit dunklem Fußboden und
schwarzen Wänden, teilweise stoffbespannt, genutzt.
Aufgabenstellung ist die sofortige Blickzuwendung bei einsetzendem Lichtreiz. Als statischer
Fixationspunkt dient eine rote LED, symmetrisch inmitten der beiden Sehreizpositionen positioniert
(Abb. 3-12). GRUNERT [Gru13] variiert die Blinkfrequenz der Sehzeichen stufenweise im Bereich
zwischen 2 Hz und 8 Hz, verwendet wird ein Rechtecksignal mit 50 % Tastverhältnis.
Abbildung 3-12: Versuchsanordnung Laborstudie GRUNERT [Gru13]; eingezeichneter roter Pfeil zeigt auf stat. Fixationspunkt
93
Zielfixationspunkt bei einsetzendem Sehreiz ist ein schwarzes Quadrat (Fläche: 1 cm²) im Mittelpunkt
der kreisrunden Lichtzeichen (vgl. Abb. 3-12). Der Sehwinkel (von LED bis Sehzeichenrand) bei Blick-
zuwendung beträgt 10° (12,2° von LED bis Mittelpunkt Sehzeichen). Weitere konstante Versuchs-
parameter sind in Tab. 3-10 aufgeführt.
Die von GRUNERT [Gru13] nicht explizit aufgeführte scheinbare Sehzeichengröße α kann aus den
übrigen geometrischen Angaben errechnet werden. Die Distanz zwischen roter LED und
Sehzeichenmittelpunkte auf der Projektionsfläche beträgt 1,08 m.
Tabelle 3-10: Übersicht der konstanten Versuchsparameter GRUNERT [Gru13]
Symbol
Ausprägung
Beschreibung
α
2,24° (0,2 m Radius)
Sehobjektgröße
Θ
10° (12,2°)
Sehobjektposition
dak
5,0 m
Akkommodationsentfernung
Lo
8,5 cd/m²
Objektleuchtdichte
Auf Grund der hohen Sehzeichenleuchtdichte auf schwarzer Projektionsfläche in einem ansonsten
fensterlosen, komplett abgedunkeltem Raum muss in der Laborstudie von GRUNERT [Gru13] von
einem stark überschwelligen Kontrast (C > 100) ausgegangen werden (keine Quellenangabe zu Lu).
GRUNERT [Gru13] verwendet einen Eye Tracker zur Messdatenerfassung, einen Gehörschutz zur
Reduktion akustischer Störeinflüsse und eine Kinnstütze zur Fixierung des Kopfes. Die Erfassung der
objektiven Messdaten erfolgt 22 Minuten nach Betreten des Versuchsraums. Gemessen wird die
Zeitdifferenz von dem Zeitpunkt des einsetzenden Lichtspots bis zu dem Zeitpunkt der Fixation des
Lichtspots. Abb. 3-13 zeigt die Mittelwerte und Standardabweichungen der erhobenen Messdaten.
Abbildung 3-13: Reaktionszeit in Abhängigkeit der Blinkfrequenz GRUNERT [Gru13]
94
Signifikante Unterschiede der Reaktionszeit ergeben sich zwischen 2 Hz, 3 Hz und 4 Hz, jedoch nicht
zwischen 2 Hz und 5 Hz. Die Reaktionszeiten zu den Blinkfrequenzen von 6 Hz bis 8 Hz unterscheiden
sich ebenfalls nicht signifikant.
Vergleich und Diskussion der Forschungsansätze
GRUNERT [Gru13] und HIRATSUKA [Hir16] untersuchen beide den Einfluss der Pulsationsfrequenz auf die
Detektionsleistung nahfovealer und peripherer Sehzeichen. Altersstruktur des Probandenkollektivs
und Sehobjektgröße α sind in beiden Experimenten vergleichbar. Die von GRUNERT [Gru13] gewählte
Akkommodationsentfernung kann als für das Fernfeld näherungsweise gültig betrachtet werden und
ist somit der Akkommodationsdistanz von HIRATSUKA [Hir16] ebenfalls vergleichbar. In beiden Studien
verbleibt die Sehobjektposition Θ konstant.
Die Objektleuchtdichte bei HIRATSUKA [Hir16] lässt sich auf 44 cd/m² abschätzen, was in etwa dem
Fünffachen der bei GRUNERT [Gru13] vorherrschenden Objektleuchtdichte entspricht. Dennoch ist bei
GRUNERT [Gru13] auf Grund kontrollierter Streulichtabschirmung von einem höheren Kontrast
auszugehen, was mitunter auch mit den vergleichsweise sehr unterschiedlichen Gesamtab-
messungen der beiden Versuchsaufbauten zu tun hat.
Bei dem Vergleich der Versuchsergebnisse (Abb. 3-10 / Abb. 3-11 zu Abb. 3-13) ist zu erkennen, dass
sich die Resultate der hier verglichenen Experimente wiedersprechen. GRUNERT [Gru13] misst keinen
Reaktionszeitunterschied zwischen den Pulsationsfrequenzen 2 Hz und 5 Hz, jedoch signifikante
Unterschiede zwischen 2 Hz, 3 Hz und 4 Hz. HIRATSUKA [Hir16] hingegen misst sichtbare Unterschiede
bei dem Vergleich zwischen 2 Hz und 5 Hz.
Mögliche Erklärungsansätze sind wie folgt: Die in Abb. 3-11 dargestellten Ergebnisse beinhalten zwei
nahfoveale (2°) und eine periphere (6°) Sehobjektposition (Vgl. Abb. 3-9). Der Vergleich von 2 Hz und
5 Hz wird in der Quelle für Θ = 6° nicht gesondert dargestellt. Der Einfluss der Sehobjektposition auf
die Empfindlichkeit der Pulsationsfrequenz ist zu vermuten. Es existieren jedoch zwei weitere
gewichtigere Unterschiede in der Ausgestaltung der jeweiligen Experimente von GRUNERT [Gru13]
und HIRATSUKA [Hir16]. (1) Kognitionsbelastung: Während HIRATSUKA [Hir16] die Aufmerksamkeits-
ressourcen mit einer Lenkaufgabe belastet, lässt GRUNERT [Gru13] den Teilnehmer auf eine statische
Positionsmarke blicken. (2) Physiologische Ausprägung zur Messung der Reaktionszeit. Während
HIRATSUKA [Hir16] die Detektion mittels Tastendruck ermittelt, analysiert GRUNERT [Gru13] Blick-
bewegungen.
Ein Hinweis auf einen möglichen Zusammenhang zwischen Reaktionszeitvorteilen pulsierender Reize
und der Kognitionsbelastung (Lenkaufgabe) ist die von GRUNERT [Gru13] in einer späteren Fahrsimu-
latorstudie gefundenen Tatsache, dass der in der Laborstudie gefundene Reaktionszeitvorteil bei 3 Hz
95
nicht bestätigt werden konnte. Welcher der oben genannten Einflussfaktoren die dominierende Rolle
für die abweichenden Resultate einnimmt, ist an dieser Stelle nicht zweifelsfrei zu klären und muss
durch weitere geeignete Untersuchungen geklärt werden.
Offene Fragen
GRUNERT [Gru13] weist auf den Einfluss des Bewegungsmusters von Fußgängern auf die menschliche
Reizverarbeitung hin (Abs. 3.1.3). Die zu beantwortenden Fragen lauten: Können pulsende Reize
(Lichtspotmarkierung) signifikante Reaktionszeitverbesserungen bei (1) peripherer Sehobjektposition
und bei (2) sich fortbewegendem Sehobjekt (dynamische Sehobjektposition Θ) herbeiführen? Gilt der
vermutete Zusammenhang ebenso für die statische Sehobjektposition Θ? Welche Unterschiede für
die beiden genannten Fälle sind zu beobachten? Welche Unterschiede hinsichtlich der Wirksamkeit
der Pulsation sind in Abhängigkeit einer statischen gegenüber einer sich bewegenden Gesamtszene
zu beobachten?
Aufmerksamkeitsbelastung
MOSER [Mos75] beschreibt eine Versuchsanordnung zur experimentellen Ermittlung der Reaktionszeit
auf dargebotene visuelle Reize in Form roter Signallichter. Die Laborversuchsanordnung besteht aus
einer Projektionsfläche, einer Projektionslichtquelle und einer Blickfeldabschirmung zwischen
Sitzposition des Probanden und Projektionsfläche. Weiterhin befindet sich ein Lichtfilter zur
Einstellung der Leuchtdichte zwischen Projektionsleinwand und Signallichtquelle.
Der Versuch ist so ausgestaltet, dass den Versuchsteilnehmern eine Kombination verschieden
großer weißer Störlichter mit unterschiedlichen Leuchtdichten dauerhaft entgegen scheint. Die An-
zahl der Störlichter auf der Projektionsfläche wird in vier Stufen variiert (11, 24, 36, 49). Inmitten der
Störlichter leuchtet in unterschiedlichen Zeitabständen ein rotes Signallicht auf, worauf der Rezipient
unmittelbar zu reagieren hat, indem er einen Druckknopf betätigt. Die Leuchtdichte des Signallichts
wird in acht Stufen variiert (9; 12; 15; 22; 36; 49; 59; 82) cd/m².
Ziel der Untersuchung ist die Auswirkung der Störlichter auf die Wahrnehmung von Verkehrs-
signalanlagen zu ermitteln. Die Versuche werden in drei Stufen der Aufmerksamkeitsbelastung
durchgeführt.
Stufe 1: rotes Signallicht immer an derselben Stelle zwischen unterschiedlichen Stör-
lichtkombinationen. Stufe 2: innerhalb der verschiedenen, weißen Störlichtkombinationen leuchtet
das rote Signallicht in zufälliger Folge an wechselnden Orten auf. Stufe 3: Zusätzlich zur Reaktions-
aufgabe lässt man den Probanden während der ganzen Versuchsdauer mittels eines Lenkrades einen
grünen Punkt so steuern, dass er zwischen zwei roten, sich hin und her bewegenden Lichtpunkten
verbleibt.
Ergebnisse: In Stufe 1 ist kein Einfluss der Störlichtanzahl auf die Reaktionszeit zu
beobachten. Stufe 2: Die Reaktionszeit erhöht sich in Abhängigkeit der Anzahl der Störlichter. Bei 49
96
Störlichtern verlängert sich die Reaktionszeit um 0,2 s gegenüber der Kombination mit 24 Stör-
lichtern, wobei die Signalleuchtdichte in beiden Fällen 12 cd/m² beträgt. MOSER [Mos75] merkt zu
den Ergebnissen aus Stufe 1 an: „Dadurch, dass das rote Licht […] immer im Zentrum der Projektions-
fläche aufleuchtete, konzentrierten sich die Versuchspersonen von vornherein auf die richtige Stelle.
Durch die Einengung der Aufmerksamkeit auf einen bestimmten Punkt wird der Effekt von Störreizen
bekanntlich stark neutralisiert, […].“
Durch die zusätzliche Aufmerksamkeitsbelastung (mit Lenkaufgabe) in Stufe 3 wurden laut
MOSER [Mos75] „[…] – wie zu erwarten – ganz allgemein längere Reaktionszeiten beobachtet, […].“
MOSER [Mos75] macht keine quantitativen Angaben über die verlängerten Reaktionszeiten bei zusätz-
licher Aufmerksamkeitsbelastung durch eine Lenkaufgabe (Stufe 3).
Schlussfolgerungen: In Probandenstudie PV#2 wird die Reaktionszeit als Bewertungskriterium
gewählt. Das Sehobjekt erscheint in diesem Versuch an immer derselben Position peripher (Θ = 30°).
Ob die Messergebnisse aus PV#2 bei zufälliger Variation des Ortes, an dem das Objekt erscheint, von
den erhobenen Werten abweichen würden, lässt sich aus den Ergebnissen von MOSER [Mos75] (Seh-
reiz foveal) nicht ableiten jedoch vermuten.
Aus den Ergebnissen der von MOSER [Mos75] dargestellten Studie ist für die in PV#2 gewählte
Aufmerksamkeitsbelastung (durch Lenkaufgabe) eine im Mittel verlängerte Reaktionszeit gegenüber
statischer Fixation auf einen Zielpunkt zu vermuten. Den Einfluss einer Kognitionsbelastung (durch
Lenkaufgabe) auf die Reaktionszeit dargebotener Reize quantitativ zu ermitteln ist nicht Gegenstand
dieser Arbeit und muss anhand weiterer Versuche geklärt werden.
Generell ist davon auszugehen, dass die Aufmerksamkeitsbelastung durch eine Lenkaufgabe
den Realitätsbezug einer experimentellen Probandenstudie mit Fragestellungen zur Verkehrs-
sicherheit erhöht.
97
Kapitel 4 – Eigene Arbeit
Kapitel 4 beinhaltet die Dokumentation der eigenen Aufbauten und der eigenen Laborexperimente in
chronologischer Abfolge. In Abs. 4.1 wird die (statische) Probandenstudie zur Ermittlung des
peripheren Schwellenkontrastes (PV#1) bei Kognitionsbelastung behandelt. Es folgen Aufbau und
Inbetriebnahme des Versuchsstands Markierungslicht in Abs. 4.2. Die dynamische Probandenstudie
PV#2 untersucht den Einfluss der Leuchtdichte, des Musters und der Pulsation (des Markierungslicht-
spots) auf die Reaktionszeit (Abs. 4.3). Untersuchungsgegenstand von Probandenstudie PV#3 ist der
Einfluss der Blendung auf die Detektion des peripheren Sehobjekts (Abs. 4.4). Kapitel 4 schließt mit
Abschnitt 4.5 zum Aufbau eines Markierungslichtdemonstrators für den Einsatz im Feldversuch.
98
4.1 Probandenstudie PV#1
Probandenversuch #1 (PV#1) untersucht den Einfluss der fovealen (zentralen) Adaptationsleuchtdich-
te Lad, f auf die periphere Kontrastschwelle Cth, p in einer statischen (konstante Reize) Laborstudie. Die
folgenden Abschnitte beinhalten Ziel, Entwurf der Methodik, Aufbau und Durchführung des Experi-
ments in den Abschnitten 4.1.1 bis 4.1.4. Anschließend erfolgen Messunsicherheitsbetrachtung (Abs.
4.1.5), sowie Darstellung, statistische Auswertung und Diskussion der Ergebnisse (Abs. 4.1.6 u. 4.1.7).
4.1.1 Ziel
Ziel der Probandenstudie PV#1 ist die Untersuchung eines möglichen Einflusses der aus fovealer
Richtung dargebotenen Adaptationsleuchtdichte Lad, f auf den Schwellenkontrast Cth, p im weit peri-
pheren Gesichtsfeld. Die vermutete Abhängigkeit hat einen direkten Bezug zum innerstädtischen
Unfallgeschehen:
Amtlichen Erhebungen [VSL17], [NRW15] und Unfallstudien [Vol11], [Fot15] zu Folge besteht
ein erhöhtes Risiko für Personenunfälle beim Abbiegevorgang im Stadtverkehr, was sich bei Dunkel-
heit um ein Vielfaches erhöht. Das Blickverhalten von Linksabbiegern (SUMMALA [Sum96]), verbunden
mit nachlassendem Wahrnehmungsvermögen peripherer Hindernisse (WILLIAMS [Wil85]) bei erhöhter
kognitiver Belastung (vgl. Abs. 3.2.1) liefern Nachweise für den Zusammenhang zwischen mangelnder
Auffälligkeit [= f(C)] peripher gelegener Hindernisse und dem Personenunfall als möglicher Folge.
Bereits durchgeführte Studien zum Einfluss von Lad auf die periphere Kontrastschwelle Cth, p
(vgl. Abs. 3.3) belegen einen messbaren und signifikanten Einfluss der genannten Ursache-Wirkungs-
Beziehung. Der überwiegende Anteil bisheriger Studien untersucht den Schwellenkontrast für Sehob-
jektpositionen Θ < 20° bei ungeteilten Adaptationsniveaus (foveal zu peripher).
Gefährdete Personen können jedoch im Bereich von Konfliktzonen wie Kreuzungen und Ein-
mündungen im peripheren Sehfeld an Objektpositionen Θ > 20° in Erscheinung treten (vgl. Abb. 1-2).
Das Leuchtdichtebild einer Verkehrskreuzung innerorts (Abb. 1-3) verdeutlicht, dass die Leuchtdich-
ten in Blickrichtung um ein Vielfaches höher gegenüber Bereichen im peripheren Blickfeld sein kön-
nen. Beide genannten Aspekte machen den Bedarf für den zusätzlichen Erkenntnisgewinn ersichtlich.
Zusammengefasst lässt sich formulieren: Die Zielsetzung der Probandenstudie PV#1 ist die Ermittlung
des peripheren Schwellenkontrasts unter (1) kognitiver Belastung des Teilnehmenden durch eine
simulierte Fahraufgabe unter Berücksichtigung eines (2) realistischen Akkommodationsabstands und
einer (der realen Verkehrssituation) vergleichbaren (3) Dimension und Größe eines peripheren
Sehzeichens (Fußgänger nachempfundenen) an unterschiedlichen Objektpositionen Θ unter Variation
der foveal dargebotenen Adaptationsleuchtdichte.
99
4.1.2 Hypothesen
PV#1 sieht die Prüfung folgender Hypothesen vor:
H1: Der periphere Schwellenkontrast Cth, p bei
a) Winkel Θ = 30° zwischen Blickfokus und Sehobjekt
b) Winkel Θ = 50° zwischen Blickfokus und Sehobjekt
variiert signifikant in Abhängigkeit der foveal dargebotenen Adaptationsleuchtdichte Lad, f.
4.1.3 Versuchsdesign
Für die Ausgestaltung des Experiments wird eine virtuelle Umgebung genutzt (s. weiter unten). Die
Abmessungen der genutzten Bodenfläche im lichttechnischen Laborversuchsraum betragen (7,5 x
6,0) m². Die Aufgabenstellung für den Versuchsteilnehmer besteht aus zwei simultan zu erledigenden
Aufgaben: (1) Lenkaufgabe nach MOSER [Mos75] (vgl. Abs. 3.6.2), dargestellt auf der fovealen
Projektionsfläche und (2) Sehaufgabe auf der peripheren Projektionsfläche zur Bestimmung der
Kontrastschwellen.
Für die Darbietungen der Kognitionsbelastungs-/(Lenk-)aufgabe (foveal) und der Sehaufgabe
(peripher) werden zwei Digitalprojektoren genutzt, die jeweiligen Projektionsflächen schließen einen
Winkel von 90° ein (Abb. 4-1). Die foveale Projektionsfläche dient darüber hinaus zur Variation der
fovealen Adaptationsleuchtdichte Lad, f als unabhängiger Variable. Die Umfeldleuchtdichte Lu, p der
Sehzeichen auf der peripheren Projektion verbleibt über die gesamte Dauer des Versuchs
unverändert.
Die Messdatenerhebung erfolgt in 2 x 8 Versuchsreihen, jede Versuchsreihe beinhaltet acht
Sehzeichen, die in nicht äquidistanter zeitlicher Abfolge für td = 0,2 Sekunden (bei konstanter Reiz-
stärke) dargeboten werden.
Um Lerneffekte gering zu halten, wird die Reizdarbietung innerhalb der Versuchsreihen (nach
Objektleuchtdichte Lo und Winkel Θ) durchmischt. Ebenso erfolgt eine Vermischung der Versuchs-
reihen untereinander wie in Abs. 4.1.4 detailliert skizziert.
Versuchsvariablen
Für die vorliegende Studie (PV#1) wird die Sehzeichendetektion als abhängige Variable (AV) definiert
und durch den Kontrast Cw (Weberkontrast), also den Unterschied der Leuchtdichte des Sehzeichens
Lo und der Leuchtdichte des Hintergrundes Lu, bezogen auf die Hintergrundleuchtdichte Lu, messbar
gemacht. Jeder Sehzeichenkontrast wird im Verlauf der Studie vier Mal für jede Kombination aus
Objektposition Θ und fovealer Adaptationsleuchtdichte Lad, f gezeigt. Als Schwellenkontrast Cth wird
der Kontrast desjenigen Sehobjekts bezeichnet, das in mindestens 50% aller Darbietungen entdeckt
wird (vgl. Abs. 4.1.6). Eine Zusammenfassung der Versuchsvariablen ist in Tab. 4-1 wiedergegeben.
Die Tabelle beinhaltet ebenso die gewählten Ausprägungen.
100
Zu den unabhängigen Variablen (UV) gehören die foveale Adaptationsleuchtdichte Lad, f und
der horizontale Winkel Θ zwischen Blickfokus des Studienteilnehmers und peripherer Position des
Sehzeichens. Für die foveal dargebotene Adaptationsleuchtdichte wird entsprechend der in der
Norm [DIN EN 13201-2] definierten und im Straßenverkehrsraum überwiegend genutzten ME 3
Klasse und ME 6 Klasse 1,0 cd/m² und 0,3 cd/m² gewählt.
Tabelle 4-1: Übersicht der Versuchsvariablen PV#1
Variable
Typ
Ausprägung
CW
AV
--
Lad, f
UV
0,3 cd/m²; 1,0 cd/m²
Θ
UV
30°; 50°
Eine Übersicht aller im Verlauf der Studie konstant gehaltener Parameter ist in Tab. 4-2 dargestellt.
Bestimmung der Kontrastschwellen
Untersuchungsgegenstand des Experiments (PV#1) ist die Ermittlung des Schwellenkontrasts Cth, p. Im
Verlauf des Versuchs werden Sehreize unter- und oberhalb der Wahrnehmungsschwelle dargeboten.
Wie in Abs. 3.2.12 behandelt, ist die Kontrastschwelle Cth von zahlreichen Einflussfaktoren abhängig,
darunter auch Personenfaktoren. Über das Probandenkollektiv gemittelt soll die Schwelle der Seh-
reize, die gerade noch entdeckt werden können, ermittelt werden. Mit zunehmendem Kontrast des
Sehzeichens steigt die individuelle Entdeckungswahrscheinlichkeit unter den im Versuch
herrschenden Sehbedingungen.
In PV#1 erfolgt die Adaptation lokal, da die Leuchtdichten im Bereich der Sehzeichen sehr viel niedri-
ger sind als die foveal dargebotenen Leuchtdichten. Die (harte) Grenze zwischen hohen und niedri-
gen Leuchtdichten wird durch die Umrandung des fovealen Adaptationsfeldes bestimmt (Abb. 4.3).
Es wird die Konstantwertmethode nach Goldstein [Gol02] verwendet. Zur Schwellenbestimmung
werden acht Objektreizstärken (für jedes Θ) gezeigt. Die Umfeldleuchtdichte des peripheren
Bewertungsfeldes Lu, p verbleibt für beide Leuchtdichteniveaus Lad, f der fovealen Projektion
unverändert. Die peripheren Sehzeichen erscheinen im Positivkontrast.
Die Abfolge der Reizdarbietung erfolgt nach Sehzeichenposition Θ und Reizintensität vermischt (vgl.
Abs. 4.1.4). Das Anheben der fovealen Adaptationsleuchtdichte Lad, f geschieht nach der ersten Hälfte
der absolvierten Versuchsreihen (vgl. Zeitverlauf PV#1, Abb. 6-17 Anhang).
Für jede Reizstärke, Objektposition Θ und fovealer Adaptationsleuchtdichte Lad, f werden vier Wieder-
holungen gezeigt. Die Leuchtdichteschwelle ergibt sich aus der Entdeckungsrate der Sehzeichen einer
Reizstärke. Die detaillierte Methodik der individuellen Bestimmung der Schwellenwerte erfolgt in
Abs. 4.1.6. Der Proband teilt die Entdeckung eines Sehreizes durch Klick am Eingabegerät (s. weiter
unten) mit.
101
Raumgeometrie und Abschattungen
Abb. 4-1 zeigt die schematische Darstellung der Versuchsraumanordnung. Der Proband sitzt, auf die
Wand A frontal vor ihm blickend und erfüllt dabei die kognitionsbelastende Lenkaufgabe. Die Wand
B, zu der Linken des Probanden, dient der Projektion der Sehzeichen peripher. Die gestrichelten
Umrisse in Abb. 4-1 symbolisieren die Kanten der fovealen und peripheren Projektionsflächen.
Abbildung 4-1: Schematische Darstellung der Raumgeometrie: Versuchsperson als Stern dargestellt, den Blick auf den
grünen Kreis auf Wand A fixiert (dak = 5,11 m), rechteckige Sehzeichen bei Θ = (30° und 50° links) auf Wand B;
Abschattungwand beginnend in Raumecke, Projektor II auf Mast hinter Versuchsteilnehmer (periphere Projektion)
Die Lichtquelle (Projektor I) für die foveale Projektion befindet sich auf 0,5 m Höhe unmittelbar vor
Sitzposition und Eingabegerät des Probanden (Abb. 4-2). Projektor II (periphere Projektion) befindet
sich auf einen Mast montiert (2,4 m Höhe über Fußboden), zu sehen in Abb. 4-5.
Abbildung 4-2: Sitzgelegenheit für Probanden mit Eingabegerät (Lenkrad), Projektor für foveale Projektion (Projektor I);
periphere Projektionsfläche (anteilig) oberhalb Kabelkanal (diese entspricht Wand B in Abb. 4-1)
A
B
Projektor II
Versuchsperson
Mast (für Projektor II)
Projektor I
102
In der Raumecke zwischen den Wänden A und B beginnend (vgl. Abb. 4-1) wird eine 2,5 m tiefe und
2,5 m hohe Abschattung, beidseitig mit schwarzem Molton bespannt, installiert. Die Abschattung hat
den Zweck Reflexionen der sehr viel höheren Leuchtdichten der Projektion auf Wand A in Richtung
der Wand B zu unterbinden, auf welcher niedrigere Umfeldleuchtdichten vorherrschen. Das in Abb.
4-3 dargestellte Farbbild stellt den Blick auf die foveale Projektion aus der Probandenposition dar, die
Stirnfläche der Abschattungswand ist ebenfalls erkennbar. Das Laserkreuz in Abb. 4-3 dient der geo-
metrischen Justage der Projektionen und wird im laufenden Versuch deaktiviert.
Abbildung 4-3: Blick auf foveale Projektion aus Sitzposition des Studienteilnehmers;
Abschattungswand zu peripherer Projektionsfläche (links)
Der Winkel Θ zwischen Blickfokus und Sehreiz variiert geringfügig in Abhängigkeit der Lenk-
bewegungen (vgl. Abs. 4.1.4) und damit verbundenen der horizontalen Verschiebung des
Betrachtungspunktes (grüner Kreis). Vergleiche hierzu Abschnitt 4.1.5.
Die betriebsbedingten Lichtstromschwankungen beider Projektionsgeräte werden
regelmäßig vor und nach jedem einzelnen Versuchsdurchlauf durch Leuchtdichtebilder beider
Projektionen dokumentiert. Vergleiche hierzu Abschnitt 4.1.5.
Abschattungswand
zwischen fovealer und
peripherer
Projektionsfläche
Periphere Projektions-
fläche (anteilig) links
Leica Lino Laserkreuz
foveales
Adaptationsfeld
103
Abb. 4-4 zeigt den Versuchsaufbau im Aufbaustadium. Die Gesamtabmessungen beider Projektions-
flächen sowie die installierte Abschattungswand sind hier deutlich zu erkennen (vgl. Abb. 4-1).
Abbildung 4-4: Projektionsflächen und Abschattungswand im Aufbaustadium
Die Sitzpositionen der Versuchsleiter befinden sich direkt hinter einem schwarzen, sichtundurchläs-
sigen Vorhang, an den Versuchsplatz angrenzend (Abb. 4-5). Von dort aus können die Versuchsleiter
sowohl die Bewältigung der Kognitionsaufgabe (vgl. Abs. Aufgabenstellung) als auch das Erscheinen
der Sehzeichen, sowie die etwaige Reaktion des Rezipienten darauf, mitverfolgen.
Abbildung 4-5: Regiepult zur Überwachung der Projektionen im Versuchsraum; links auf Mast: Projektor II
104
Periphere Sehzeichen
Die peripheren Sehreize in PV#1 werden als Rechtecke im Seitenverhältnis von ca. 3:1 dargeboten.
Die Rechtecke stehen aufrecht (Abb. 4-7). Diese Wahl kommt der Zielfragestellung am nächsten, da
die Silhouette eines Fußgängers durch ein aufrecht stehendes Rechteck im hier gewählten Seiten-
verhältnis approximiert werden kann. Die Sehobjekte erscheinen im peripheren Bewertungsfeld bei
Objektpositionen Θ = 30° und Θ = 50° (Tab. 4-1). Die Sehobjekte und Sehobjektumfelder erscheinen
unstrukturiert. Die Erkennbarkeit der Reize ergibt sich aus der Differenz zwischen dem Mittelwert
der Objektleuchtdichte (Lo) und an das Objekt angrenzender mittlerer Umfeldleuchtdichte (Lu).
Der Flächenschwerpunkt des Sehzeichens bei Θ = 30° peripher ist 4,12 m vom Rezipienten entfernt.
Die Größe des Sehzeichens ist 8,19° x 2,59°. Zum Vergleich: Ein in zwölf Metern entfernter Fußgänger
(Körpergröße 1,77 m) entspricht einer vertikalen Größe von 8,44°. Der Flächenschwerpunkt des Seh-
zeichens bei Θ = 50° peripher ist 3,19 m vom Beobachter entfernt. Die Größe des Sehzeichens ist
9,14° x 3,05°.
Der vertikale Winkel Θ𝑣 zwischen Flächenschwerpunkt der Sehobjekte und Blickrichtung des Studien-
teilnehmers beträgt 0°. Hierzu wird die Höhe der Sitzmöglichkeit für den Probanden in Abhängigkeit
seiner Körpergröße vor Beginn des Versuchs angepasst. Die Lenkaufgabe wird in immer derselben
Höhe projiziert, sodass der vertikale Blickwinkel Θ𝑣 reproduzierbar konstant bleibt.
Die Darbietungszeit der Sehobjekte beträgt td = 200 ms. Die Sehzeichen werden im Positivkontrast
dargestellt. Der Positivkontrast wird gewählt, weil das Markierungslicht in der Regel positive Kon-
traste zwischen markiertem Objekt und Umfeld erzeugt. Die Sehaufgabe wird, der Situation in der
Realität äquivalent, binokular durchgeführt.
Kognitionsbelastende Lenkaufgabe
Als Aufmerksamkeitsbelastung wird die von MOSER [Mos75] vorgeschlagene Lenkaufgabe (vgl. Abs.
3.6.2) gewählt. Die beiden roten Kreise in Abb. 4-6 bewegen sich auf einer imaginären horizontalen
Linie einer sinusoidalen Schwingung folgend innerhalb der schwarzen Box. Der Abstand der roten
Kreise zueinander bleibt konstant.
Der grüne Kreis inmitten der beiden roten folgt den Lenkbewegungen, die der Studienteilnehmer am
Eingabegerät (vgl. Eingabegerät) vollführt. Der grüne Kreis bewegt sich auf derselben imaginären
horizontalen Linie wie die beiden roten innerhalb der schwarzen Box. Die Beschleunigung des grünen
Kreises wird von dem am Eingabegerät eingeschlagenen Lenkwinkel 𝜑 bestimmt.
Der Auftrag an den Studienteilnehmer (vgl. Probandeninstruktion, Anhang) lautet: den grünen Kreis
durch Lenkbewegungen innerhalb der beiden roten zu balancieren, sodass rote und grüner Kreis sich
105
nicht berühren. Die Bewältigung der Lenkaufgabe wird am Kontrollmonitor (Abb. 4-5) im Regie-
bereich überwacht.
Durch die Lenkaufgabe werden (1) Blickfokus des Probanden und damit (2) Objektposition Θ kontrol-
liert.
Lichtquellen und Projektionsflächen
Abb. 4-6 zeigt die foveale Projektion seitlich, aus kurzer Distanz fotografiert. Die mittlere Leucht-
dichte Lad, f der fovealen Projektion wird stündlich nachgemessen. Ein Nachregeln der Leuchtdichte ist
in seltenen Fällen (einmal täglich) erforderlich, da Projektor I (Modell: Panasonic PT-EX800Z EJ)
niedrige Lichtstromschwankungen aufweist.
Abbildung 4-6: Foveale Projektion (Farbbild) mit Kognitionsaufgabe und Abmessungen, Seitenansicht;
(Das Laserkreuz wird im laufenden Versuch deaktiviert)
Die Maße der fovealen Projektionsfläche sind 1,37 m in der Breite und 0,93 m in der Höhe. Die
Distanz zwischen fovealer Projektionsfläche und dem Probanden entspricht der Akkommodations-
entfernung von dak = 5,11 m, wodurch ausreichend Abstand zum Betrachtungspunkt hergestellt ist,
um die natürlichen Akkommodationsbedingungen für die Ferne näherungsweise nachbilden zu
können (UEBERSCHAER [Ueb15]). Hieraus ergibt sich die scheinbare Größe der fovealen Projektions-
fläche von 15,27° x 10,40° (Abb. 4-6). Abgesehen von der schwarzen Box, in der die farbigen Kreise
am unteren Rand der Projektion erscheinen, ist der Hintergrund unstrukturiert.
1,37 m (15,27°)
0,93 m (10,40°)
106
Die Abmessungen der schwarzen Box am unteren Rand der Projektion betragen 0,38 m x 0,083 m
was einer scheinbaren Größe von 4,26° x 0,93° entspricht. Der Durchmesser der roten und des
grünen Kreises ist dk = 0,057 m (0,64°), der Abstand der Mittelpunkte der beiden roten Kreise beträgt
konstant 0,23 m (2,58°). Der Hintergrund des Blickfokus wird aus ergonomischen Gründen schwarz
gewählt, um einen möglichst hohen Kontrast zu den farbigen Kreisen zu erzeugen.
Projektor II (Optoma EP 780) dient der Projektion der Sehzeichen im peripheren Bewertungsfeld (s.
Abb. 4-7). Die Projektion erfolgt aus 2,4 m Höhe (Abb. 4-1 und Abb. 4-5), weder horizontal, noch
vertikal parallel zur Projektionsfläche, sodass eine Ungleichmäßigkeit der Leuchtdichte auf der
Projektionswand hingenommen wird (Abb. 4-7 und Abb. 4-13), da kein funktionaler Zusammenhang
mit der Objektposition Θ hergestellt werden soll.
Abbildung 4-7: Leuchtdichtebild periphere Projektion: Sehzeichen im Positivkontrast bei Θ = 30° (rechts) und Θ = 50°
Die Lichtstromänderung in Abhängigkeit der Betriebsdauer von Projektor II ist in Abb. 4-8 darge-
stellt. Abb. 4-8 (links) zeigt das Anlaufverhalten der ersten 120 Minuten nach Betriebsstart (Kaltstart).
Innerhalb der ersten 15 Minuten weist der Projektor einen erheblichen Anstieg des abgegebenen
Lichtstroms auf, dessen Wachstumsrate im weiteren Betrieb stetig abnimmt. Aus Abb. 4-8 (rechts) ist
ersichtlich, dass das Projektionsgerät zwischen 120 Minuten und 600 Minuten Betriebsdauer nach
Kaltstart ein Lichtstromanstieg von 3,3% aufweist.
107
Abbildung 4-8: Projektor II (Optoma EP780): Lichtstromänderung in Abhängigkeit der Betriebsdauer;
beginnend bei Kaltstart (links) und bei Betriebsdauer bis 10 Stunden nach Kaltstart (rechts)
Die Projektoren I und II werden spätestens 120 Minuten vor Versuchsbeginn und ersten Leucht-
dichtemessungen gestartet. Hiermit lässt sich gewährleisten, dass die Lichtstromänderung von
Projektor II über den Versuchstag weniger als 4% variiert. Projektor I zeigte sich in Vorunter-
suchungen als außerordentlich lichtstromstabil. Stündliche Messungen über den Versuchstag
ergaben Abweichungen des Lichtstroms von unter 3% im Vergleich zum Referenzzeitpunkt (120
Minuten nach Kaltstart).
Die matt schwarz gestrichenen Wände des Laborraums dienen als Projektionsflächen für
beide Projektionen (Abb. 4-4).
Eingabegerät und Sitzposition
Als Eingabegerät dient ein an das System angeschlossenes Lenkrad (Abb.4- 9). Der Lenkwinkel 𝜑
bestimmt die horizontale Beschleunigung des grünen Kreises in der Probandenaufgabe zur Belastung
der Kognition und Blickfixierung (Abb. 4-6). Entdeckt der Proband ein Sehzeichen peripher, hat er 2
Sekunden Zeit dies über Tastendruck auf dem Lenkrad mitzuteilen. Erfolgt der Tastendruck später als
2 Sekunden nach Erscheinen des peripheren Sehobjekts, wird die Mitteilung als Verpasser gewertet.
Abbildung 4-9: Eingabegerät Lenkrad
Auf die Verwendung einer Kinnstütze zur Fixierung der Akkommodationsentfernung im Versuch wird
verzichtet. Sitzposition und Körperhaltung des Studienteilnehmers vor dem Eingabegerät entsprech-
108
en somit der realen Fahrsituation. Um die Akkommodationsentfernung des Rezipienten zu kontrol-
lieren, wurden Positionsmarken genutzt. Die Augenhöhe des Probanden wurde unmittelbar vor Be-
ginn des Versuchs mithilfe eines Gliedermaßstabes ermittelt. Auf die durch Veränderung der Körper-
haltung des Probanden mögliche Abweichung von der Sollposition wird in Abs. 4.1.5 eingegangen.
Versuchsparameter
Tab. 4-2 beinhaltet die Übersicht der konstanten Versuchsparameter. Aufgrund der abweichenden
Distanzen zwischen Teilnehmer und jeweiliger Sehobjektposition Θ ergeben sich geringfügige
Unterschiede zwischen den scheinbaren Größen α der beiden Sehobjekte. Der Abstand zwischen
Teilnehmendem und Blickfixationspunkt dak bildet die Bedingungen für die Fernakkommodation
näherungsweise ab. Die Dunkeladaptationszeit ist auf Leuchtdichten von 10-3 cd/m² abgestimmt.
Tabelle 4-2: Übersicht der konstanten Versuchsparameter (PV#1); wahre Ausdehnung in [m], scheinbare Größe in [°]
Bezeichner
Wert des Parameter
Beschreibung
td
200 ms
Darbietungszeit Sehobjekt
A30 (α30)
0,19 m x 0,59 m (2,59° x 8,19°)
Sehobjektgröße (b x h) bei Θ = 30°
A50 (α50)
0,17 m x 0,51 m (3,05° x 9,14°)
Sehobjektgröße (b x h) bei Θ = 50°
Af
1,37 m x 0,93 m (15,27° x 10,40°)
Abmessungen der fovealen Projektion (b x h)
dk
0,057 m (0,64°)
Kreisdurchmesser Lenkaufgabe
dak
5,11 m
Akkommodationsentfernung (Lenkaufgabe)
tad
> 13 min
Dunkeladaptationszeit
Die lokalen Umfeldleuchtdichten Lu, p des peripheren Bewertungsfeldes sind in Abb. 4-13 (Regionen 3
und 4) dargestellt.
4.1.4 Durchführung
Alle Teilnehmenden erfahren nach Betreten des Versuchslabors eine (mindestens) 13-minütige Adap-
tationszeit bis zu Beginn der ersten in die Auswertung eingeschlossen Versuchsreihe. Abhängig von
Rückfragen des Probanden vor Versuchsbeginn, was die erklärte Aufgabenstellung anbelangt, kann
die Adaptationszeit auf bis zu 16 Minuten ansteigen.
Die Adaptationszeit gliedert sich in die Abschnitte Begrüßung, Betreten des Laborraums, Platz
nehmen außerhalb des Versuchsraums zur schriftlichen Abfrage von Name, Geburtsdatum,
Geschlecht, Kontaktdaten, Sehschwäche und Fahrerlaubnisbesitz, anschließendem Betreten des
Versuchsraums, Platz nehmen vor dem Eingabegerät, Justierung der Sitzposition und Augenhöhe,
gefolgt vom Verlesen der Aufgabenstellung (s. Probandeninstruktion Anhang). Daran gliedern sich
das Vertraut machen mit dem Eingabegerät sowie drei Trainingsversuchsreihen an. Eine Übersicht
des zeitlichen Ablaufs (PV#1) ist in Abb. 6-17 (Anhang) dargestellt.
Beim Ausfüllen des Probandenfragebogens wird eine rote Beleuchtung verwendet. Somit kann die
Adaptationszeit für die Vorbereitung auf den Versuch genutzt werden. Verwendet wurde ein
109
Leuchtmittel, das unterhalb 560 nm keine und unterhalb 590nm eine vernachlässigbar geringe spek-
trale Strahldichte emittiert. Die spektrale Charakteristik des Leuchtmittels ist in Abb. 6-18 (Anhang)
abgebildet.
Vorversuche
Zur testweisen Überprüfung, Effekte bei Variation der unabhängigen Variablen messbar zu machen,
werden vor Beginn des Hauptversuches Vorstudien mit einer geringen Teilnehmerzahl durchgeführt.
Ziel der Untersuchungen vorab ist im Wesentlichen die experimentelle Ermittlung der Schwellen-
werte für die gewünschte Probandenzielgruppe. Die Reize zur Schwellenwertermittlung werden in
acht Reizstärken (Lu, p = const.; Lo, p in acht Stufen variiert) dargeboten.
Während die Reizstärken zur Mitte hin (Stufe 4) mit geringeren Abständen zu den benachbar-
ten Reizstärken gewählt werden, vergrößern sich die Abstände in Richtung Minimalreiz und Maximal-
reiz sukzessive.
Reizstärke Stufe 1 wurde von keinem in die Auswertung mit aufgenommenem Versuchsteil-
nehmer entdeckt, sodass eine messbare Untergrenze feststeht. Stufe 8 hätte aus nachträglicher
Betrachtung weggelassen werden können, da bereits alle Messwerte der Probanden in der
Auswertung Stufe 7 ausnahmslos entdeckt hatten.
Aufgabenstellung
Die Versuchsteilnehmer haben zwei Aufgaben zeitlich parallel zu erledigen (vgl. Probandeninstruk-
tion, Anhang). Während die Sehzeichen im peripheren Gesichtsfeld dargeboten werden, auf die der
Teilnehmer durch unmittelbaren Tastendruck am Eingabegerät zu reagieren hat, ist die Lenkaufgabe
(nach MOSER [Mos75]), wie oben beschrieben, zu erledigen.
Die Lenkaufgabe erfüllt drei Zwecke:
(1) Der vom Teilnehmenden am Eingabegerät eingeschlagene Lenkwinkel ϕ bestimmt die horizontale
Beschleunigung des grünen Kreises. Um die aufgetragene Lenkaufgabe gewissenhaft zu erfüllen
(keine Berührungen der Kreise), muss der Proband seinen Blick auf den grünen Kreis, inmitten der
roten Kreise, fixiert halten.
(2) Durch die visuelle Verfolgung der Bewegung der roten Kreise auf der fovealen Projektion und der
analogen Lenkbewegung am Eingabegerät werden kognitive Ressourcen des Studienteilnehmers
angelehnt an eine reale Fahraufgabe belastet.
(3) Die spezielle Wahl der Aufgabenstellung (Lenkaufgabe), vergleichbar der Problemstellung auf der
Bahnführungsebene in der realen Straßenverkehrssituation unterfüttert den Versuchsablauf mit
mehr Bezug zur Realität. Die Modellierung der Fahrsituation erhält hierdurch eine weitere wichtige
Komponente.
110
Versuchsreihen
Jede Versuchsreihe beinhaltet acht Sehzeichen, sequentiell und zeitlich nicht äquidistant dargeboten.
Objektposition Θ und Objektleuchtdichte Lo, p jedes Sehzeichens folgt den Reihenfolgesequenzen A
und B (Abb. 4-10). Jede Kombination aus Objektposition Θ und Objektleuchtdichte Lo, p des Reizes,
sowie Adaptationsleuchtdichte Lad, f der fovealen Projektion wird vier Mal dargeboten. Dement-
sprechend werden in der Summe 128 Sehzeichen genutzt, um die vier Schwellen zu bestimmen.
Die Messdatenerhebung erfolgt in 16 Versuchsreihen. Die Sehzeichen werden in acht Reizstärken
dargeboten: Die Objektleuchtdichte Lo, p variiert bei konstanter Umgebungsleuchtdichte Lu, p. Hierbei
erscheinen die peripheren Objekte in der in Abb. 4-10 dargelegten Reihenfolge den Sequenzen A
und B folgend. Weiterhin ist aus Abb. 4-10 die zeitliche Abfolge der Sehzeichen ersichtlich.
Abbildung 4-10: Abfolgesequenz A und B der Sehzeichen peripher; Format [Winkel (Θ) in Grad - Kontrast (Stufe 1 bis 8)];
das erste Sehzeichen erscheint 10 Sekunden nach Start der Versuchsreihe, das zweite 4 Sekunden später
Sowohl bei Lad, f = 0,3 cd/m² (erste acht Hauptversuchsreihen) als auch bei Lad, f = 1,0 cd/m² (zweite
acht Hauptversuchsreihen) werden die Einzelsequenzen A und B zu der Hauptsequenz
A B A A B A B B
aneinander gereiht.
Vor jeder Versuchsreihe erfolgt ein visueller Countdown (5 Sekunden) auf der fovealen Projektions-
fläche, der vom Versuchsteilnehmer durch Klick auf dem Eingabegerät initiiert wird. Im Anschluss an
jede Sequenz (A oder B) erfolgt eine kurze Pause von 25 Sekunden (visueller Countdown auf fovealer
Projektion).
Die Adaptation (der bereits dunkel adaptierten Versuchsperson) auf die vorherrschende Leuchtdichte
der fovealen Projektion Lad, f erfolgt in drei Trainingsversuchsreihen, die den Testversuchsreihen (für
jedes Lad, f) vorgelagert sind. Die Adaptationszeit während der Trainingsversuchsreihen beträgt
mindestens 4 Minuten, während derer der Blick der Versuchsperson auf die (zu absolvierende
Lenkaufgabe) gerichtet ist. Der Übergang von Trainings- zu Testversuchsreihen ist unterbrechungslos
und wird vom Studienteilnehmer nicht bemerkt.
Sequenz
Zeitversatz
111
Versuchsablauf
Auf die initial 13- bis 16-minütige Adaptationszeit folgt die Datenerhebung in 16 Versuchsreihen.
Jede Versuchsreihe nimmt in etwa 50 Sekunden (inklusive 5 Sekunden Countdown zu Beginn) in
Anspruch (vgl. Abb. 4-10). Der detaillierte Ablauf einer einzelnen Versuchsreihe ist in Abb. 4-11
dargestellt. Alle Meldungen an den Teilnehmer erfolgen visuell auf der fovealen Projektionsfläche.
Nach den ersten acht Messversuchsreihen erfolgt eine geringfügig verlängerte Pause von ca. einer bis
zwei Minuten, in der die Leuchtdichte der fovealen Projektion Lad, f vom Versuchsleiter von 0,3 cd/m²
auf 1,0 cd/m² erhöht wird. Es folgen drei weitere Trainingsversuchsreihen und darauf acht Mess-
reihen bei erhöhter Leuchtdichte der fovealen Projektion. Während der verlängerten Pause beim
Wechsel zwischen niedriger (Lad, f = 0,3 cd/m²) und hoher (Lad, f = 1,0 cd/m²) fovealer Adaptations-
leuchtdichte wird die foveale Projektion für ca. eine halbe Minute mittels mechanischer Blende im
Projektor abgeschattet. Kein Lichtstromaustritt ist in diesem Zustand möglich.
Abbildung 4-11: Ablaufplan einer einzelnen Versuchsreihe; Kommunikation über Ethernet zur Messdatenerfassung
112
Zur Inbetriebnahme des Versuchsaufbaus dienen zwei über Ethernet kommunizierende Digitalrech-
ner. Abb. 4-11 zeigt den Programmablaufplan desjenigen Rechners, der die foveale Projektion mit
Kognitionsaufgabe bereit stellt und den Lenkwinkel 𝜑 sowie die Klicksignale des Eingabegerätes
verarbeitet. Die Kommunikation mit einem zweiten Rechner, der die Projektion des peripheren
Bewertungsfeldes realisiert und die Messdaten abspeichert, erfolgt bidirektional.
Die gegenseitig gesendeten Nachrichten regeln den Wechsel zwischen Pausenprojektion (Countdown
foveal) und Ablaufprojektion (farbige Ringe foveal, vgl. Abb. 4-6), sowie den Zeitpunkt zu dem der
Proband den Klick am Eingabegerät in Folge eines entdeckten Objekts peripher tätigt.
Die foveale Projektion wechselt im Versuchsablauf zwischen Versuchsreihe durchlaufend und Pause
(Abb. 4-12). Die mittlere Leuchtdichte der Pausenprojektion entspricht der Leuchtdichte der fovealen
Projektion der darauf folgenden Versuchsreihe. Der Proband wird gebeten, während der
Pausenprojektion seinen Blick auf die herunterzählende Zeit (Sekunden Countdown) zu fixieren.
Abbildung 4-12: Leuchtdichtebild der fovealen Pausenprojektion (hier nach abgelaufenem Countdown); der Countdown
befindet sich (vor Ablauf auf null) innerhalb des unteren Drittel (mittig) der Projektionsfläche
Während einer laufenden Versuchsreihe verhaftet der Blick des Teilnehmers, wie in Abschnitt
Aufgabenstellung beschrieben, auf dem grünen Kreis. Es werden Lenkbewegungen vollführt, um den
Fixationspunkt (grüner Kreis) zwischen den beiden roten Kreisen berührungslos zu balancieren.
Die Sehzeichenabfolge folgt der in Abschnitt Versuchsreihen dargelegten Reihenfolge, wobei sich die
Sequenzen A und B entsprechend skizziert abwechseln.
Eine detaillierte Beschreibung der photometrischen Vermessung zur Gewährleistung der Betriebs-
stabilität der Lichtquellen ist in Abschnitt Leuchtdichtemessung dargelegt.
113
Leuchtdichtemessung
Abb. 4-13 zeigt das periphere Bewertungsfeld links (bei Reizstärke 5) als Falschfarbenbild. Die Mess-
aufnahme erfolgt in der Pause zwischen zwei Sitzungen zur Messdatenerhebung. Das Sehzeichen bei
Θ = 50° weist eine Gleichmäßigkeit von U50 = Lmin / Lmax = 0,87 (Abb. 4-13: Region 8 zu Region 7) auf,
das Sehzeichen bei Θ = 30° weist eine Gleichmäßigkeit von U30 = 0,88 auf. Die Gleichmäßigkeit der
Sehzeichen zueinander beträgt Uges = 0,60 (entspricht ebenso Gleichmäßigkeit Hintergrund).
Die Leuchtdichtemessung des peripheren Bewertungsfeldes erfolgt mit der LMK 98.4 Color
Leuchtdichtekamera der Firma Technoteam unter Verwendung des 25 mm Objektivs. Die Leucht-
dichtemessung wird aus der Perspektive des Rezipienten durchgeführt. Auf Grund des in Abhängig-
keit der Betriebstemperatur und der Betriebsdauer des Digitalprojektors schwankenden Lichtstroms
(vgl. Abs. 4.1.3) werden stündlich Leuchtdichtemessungen aller acht Reizstärken beider Sehzeichen
im peripheren Bewertungsfeld durchgeführt.
Die Messungen erfolgen unmittelbar im Anschluss an jede Sitzung zeitnah innerhalb weniger
Minuten. Infolge dessen wird jedem Teilnehmenden ein eigener Satz an Leuchtdichtemessungen
zugeordnet und zur Ermittlung der individuellen Leuchtdichteschwelle herangezogen werden.
Abbildung 4-13: Peripheres Bewertungsfeld: Sehzeichen bei Θ = 30° (rechts) und Θ = 50° (links); L in [cd/m²]
Weiterhin wird die foveale Projektion (Abb. 4-14) stündlich vermessen, um die Abweichung der
Leuchtdichte von den Sollwerten zu dokumentieren und ggf. nachzuregeln. Die in seltenen Fällen
114
vorkommende Überschreitung der Toleranzbandgrenzen von 3% wird durch Anpassung des
Grauwertes korrigiert.
Abbildung 4-14: Foveales Adaptationsfeld mit kognitionsbelastender Lenkaufgabe bei Lad, f = 1,0 cd/m²
Die Leuchtdichtemessung der fovealen Projektion erfolgt mit der LMK 98.3 Color Leuchtdichte-
kamera der Firma Technoteam unter Verwendung des 50 mm Objektivs und wird aus der Perspektive
des Teilnehmenden durchgeführt.
Probandenkollektiv
Das Probandenkollektiv besteht aus 32 Teilnehmenden im Alter von 17 bis 75 Jahren. Das Kollektiv
wird in zwei Altersgruppen unterteilt. Gruppe A besteht aus der Altersgruppe 17 bis 34 Jahre. Gruppe
B besteht aus der Altersgruppe 45 bis 75 Jahre (Abb. 4-15).
Bei Abfrage der persönlichen Daten unmittelbar vor Beginn des Versuchs werden Visus und der
Besitz einer gültigen Fahrerlaubnis abgefragt. Auf eine messtechnische Ermittlung der Sehstärke wird
verzichtet. Es wird vorab auf die Notwendigkeit der Nutzung einer eventuellen Fehlsichtigkeit
ausgleichenden Sehhilfe als Voraussetzung zur Teilnahme am Experiment hingewiesen. Die Über-
prüfung ausreichender Sehschärfe erfolgt durch Überwachung der erfolgreichen Bewältigung der
Lenkaufgabe am Kontrollmonitor im Regieraum (bei starker Fehlsichtigkeit wäre dem Probanden das
erfolgreiche Balancieren der bunten Ringe nicht möglich). Es wird keine Abfrage hinsichtlich der
Fahrerfahrung, Jahresfahrleistung oder Datum des Erwerbs der Fahrerlaubnis getätigt.
115
Abbildung 4-15: Altersstruktur des Probandenkollektivs: Werte unterhalb der Balken entspricht Alter in Jahren; Werte
oberhalb der Balken entspricht der Anzahl der teilnehmenden Personen des zugehörigen Altersintervalls
Die Einweisung der Probanden erfolgt unmittelbar vor Beginn der Studie, nachdem der Proband im
Versuchsraum vor dem Eingabegerät Platz genommen und sich in die vorgesehene Position
(Augenhöhe / Distanz zu Fixationspunkt) begeben hat. Die Einweisung erfolgt mündlich durch den
Versuchsleiter (vgl. Anhang Probandeninstruktionen). Es werden ausschließlich die Aufgaben-
stellungen und die Bedienung des Eingabegeräts erklärt. Die Studienziele werden dem Probanden
nicht mitgeteilt.
Versuchszeitraum
Die Versuche finden im Zeitraum von 6. bis 12. Juli 2016 am Fachgebiet Lichttechnik der Technischen
Universität Berlin statt. Pro Versuchstag absolvieren vier bis sechs Teilnehmende die Studie. Da es
sich um eine Laborstudie handelt, besteht keine Notwendigkeit Witterungs- oder Tageszeiteinflüsse
zu berücksichtigen.
116
4.1.5 Betrachtung der Fehler und Messunsicherheiten
Im Mittelpunkt der hier betrachteten Fehler und Unsicherheiten, die zu Abweichungen der Mess-
werte von ihren tatsächlichen Werten führen, stehen die gemessenen photometrischen und geo-
metrischen Größen. Auf die Abweichung der geometrischen Messwerte wurden zwei Hauptein-
flussgrößen identifiziert: (1) die (horizontale) Bewegung der zentralen Sehachse bedingt durch die
Lenkaufgabe und (2) Abweichungen von Größe und Position der Sehzeichen hervorgerufen durch
Abweichung der Kopfposition des Versuchsteilnehmers von der vorgesehenen Sollposition. Die
Unsicherheitsbetrachtung der (1) fovealen und (2) peripheren Leuchtdichtemessungen, sowie
Methodiken zur Abschätzung reproduzierbarer Leuchtdichtemessungen werden in Abschnitt
Photometrie behandelt. Der Abschnitt schließt mit einer tabellarischen Übersicht aller betrachteten
Fehlereinflussgrößen.
Die Fehler- und Unsicherheitsbetrachtung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Vielmehr wird
das Augenmerk auf die Quantifizierung der offensichtlich einflussreichsten Faktoren gelegt (Tab. 4-3).
Behandelt werden Einflüsse, deren Ausmaß auf oberhalb 1 % der Abweichung vom Sollwert
abgeschätzt wird. Die vertikale Abweichung der Kopfposition des Probanden von der vorgesehenen
Position bspw. kann, bedingt durch sorgfältige Einstellungen vor jedem Versuchsdurchlauf auf
Abweichungen (der Sehobjektgröße und -position) unterhalb 1 % abgeschätzt werden.
Messfehler und -unsicherheiten lassen sich in systematische und zufällige Abweichungen kategori-
sieren. Eine systematische Abweichung zeichnet sich laut [DIN 1319-1] durch im Prinzip feststellbare
Ursachen aus, die bei Messwiederholungen unter gleichen Voraussetzungen dieselbe Messab-
weichung bewirkt. Zur Berechnung des Messergebnisses wird der gemessene Wert um die bekannte
systematische Abweichung korrigiert. Die durch die Lenkaufgabe bedingte Abweichung der Objekt-
position Θ (Abs. 4.1.3) ist als systematische (bekannte) Abweichung einzustufen. Die bei Messwieder-
holung unter gleichen Bedingungen entstehende und in den Messwerten erkennbare Abweichung
wird als zufällige Unsicherheit bezeichnet. Die Ergebnisse streuen in einem Intervall. Die Abweichung
der Messergebnisse von kurzzeitig aufeinander folgend erzeugten Leuchtdichtebildern der unver-
änderten Szenerie ist als zufällige Unsicherheit zu betrachten.
Photometrie
Für die Messungen im peripheren Bewertungsfeld und für die foveale Projektion werden die in Abs.
4.1.4 angegebenen Leuchtdichtekameras verwendet. Der Messbereich der bildaufgelösten Mess-
technik ist variabel und wird über die Integrationszeit eingestellt.
Der niedrigste Messwert der fovealen Projektion beträgt 0,3 cd/m². Die niedrigste gemes-
sene Objektleuchtdichte im peripheren Bewertungsfeld beträgt bei maximal möglicher Integrations-
zeit 0,001 cd/m². Der maximale Fehler ist mit < 10 % angegeben.
117
Sehobjektposition und -größe
Um die Sehobjektposition Θ im Gesichtsfeld des Studienteilnehmers konstant und präzise zu halten,
werden Positionsmarkierungen verwendet. Die tatsächlichen Objektpositionen Θ im Experiment sind
Abweichungen unterworfen, da auf eine Fixation des Kopfes mittels Kinnstütze o.ä. verzichtet wird.
Die Sitzgelegenheit des Versuchsteilnehmers verfügt über eine Rückenlehne, der Rezipient wird
angehalten eine aufrechte Körperhaltung im Verlauf des Experiments beizubehalten. Die kurze Pause
von ein bis zwei Minuten (beim Anheben von Lad, f) wird vom Versuchsleiter genutzt, Sitzposition und
Körperhaltung zu überprüfen und ggf. zu korrigieren.
Für die Unsicherheitsabschätzung der Objektposition Θ im Gesichtsfeld des Teilnehmers
bedingt durch Veränderung der Oberkörperposition werden folgende Annahmen getroffen: (1) die
Veränderung der Oberkörperposition erfolgt in Richtung der zentralen Sehachse, (2) die Abweichung
von der Sollposition beträgt maximal ± 10 cm. Eine Abschätzung der Abweichung von Θ, hervorge-
rufen durch Oberkörperbewegungen erfolgt in Tab. 4-3.
Die Lenkaufgabe stellt ein weiteres Einflusskriterium auf die Abweichung zwischen tatsäch-
licher und vorgesehener Sehobjektposition Θ im Gesichtsfeld des Studienteilnehmers dar. Durch die
Blickfokussierung auf den grünen Kreis und dessen (rein) horizontale Pendelbewegung entsteht eine
Diskrepanz deren Ausmaß ebenfalls in Tab. 4-3 abgeschätzt wird. Weiterhin finden sich Unsicher-
heiten bezüglich der Sehobjektgrößen auf Grund von Positionsabweichungen des Probanden.
Übersicht der Unsicherheiten
Die im Rahmen der Probandenstudie PV#1 behandelten Fehler und Unsicherheiten sind in Tab. 4-3
zusammengefasst aufgeführt. Abgebildet sind die Auswirkungen der prozentual abgeschätzten
Abweichungen auf die geometrischen und photometrischen Sollwerte.
Tabelle 4-3: Übersicht der Fehler und Messunsicherheiten
Parameter
Sollwert
Unsicherheit
Resultierender Ist-Werte-
bereich
Sehobjektposition:
d. Körperhaltung:
30°
3,1 %
29,07°… 30,93°
50°
2,6 %
48,70° … 51,30°
d. Lenkaufgabe:
30°
2,0 %
29,40° … 30,60°
50°
1,2 %
49,40° … 50,60°
Sehobjektgröße
d. Körperhaltung
9,68° diag. (Θ = 30°)
1,6%
9,53 °… 9,84°
8,61° diag. (Θ = 50°)
1,8 %
8,45° … 8,76°
Photometrie (LMK):
Leuchtdichte foveales
Adaptationsfeld
0,3 cd/m²
10 %
0,27 … 0,33 cd/m²
1,0 cd/m²
10 %
0,90 … 1,10 cd/m²
Lo, p, min
0,001 cd/m²
10 %
0,0009 … 0.0011 cd/m²
118
Mit zunehmender Exzentrizität (1) verringert sich die Rezeptorendichte im Auge (vgl. Abb. 3-1) und
(2) die rezeptiven Felder werden größer. Sehobjektposition: Bei Unsicherheiten zwischen 2,6% und
3,1% (Tab. 4-3) sind keine nennenswerten Auswirkungen auf den gemessenen peripheren Schwel-
lenkontrast zu vermuten. Schwankungen der Sehobjektgröße zwischen 1,6% und 1,8% (Tab. 4-3)
haben sehr wahrscheinlich ebenso keine nennenswerten Auswirkungen auf den gemessenen peri-
pheren Schwellenkontrast.
119
4.1.6 Ergebnisse
Die Verarbeitung der erhobenen Messdaten wird in drei Arbeitsschritte unterteilt. Im ersten Schritt
erfolgt die Unterteilung in zwei Versuchsgruppen nach Probandenalter und eine Übersicht der aus
der Auswertung ausgeschlossenen Versuchsteilnehmer. In einem weiteren Abschnitt erfolgt die
Beschreibung zur Methodik der Bestimmung der Leuchtdichteschwellen mit anschließender Darstel-
lung der Ergebnisse. Im letzten Schritt wird überprüft, ob die ermittelten Leuchtdichteschwellen zu-
fällig sind oder auf die Variation der exogenen Variablen zurückzuführen ist.
Altersgruppen und Ausschluss aus der Auswertung
Für die Ermittlung der Schwellenwerte werden 20 der 32 Teilnehmenden in die Auswertung
miteinbezogen. Alle in die Auswertung aufgenommenen Teilnehmer stammen aus Gruppe A. Vier
Teilnehmer aus Gruppe A gaben an, mit der Aufgabenstellung nicht zurecht gekommen zu sein, ein
Teilnehmer klagte über starke Müdigkeit, der jüngste Teilnehmer entdeckte das Sehzeichen bei
Reizstufe 1 (keine Bestimmung der unteren Schwelle möglich), sodass von den ursprünglich 26
Teilnehmenden (aus Gruppe A) die Messwerte der verbleibenden 20 in die Auswertung mit
einbezogen werden.
Vorgehen zur Bestimmung der Kontrastschwelle
Zur Bestimmung der Kontrastschwellen werden dem Probanden Reize unterschiedlicher Stärke
dargeboten, von denen ein Anteil unterhalb seiner Wahrnehmungsschwelle und ein Anteil oberhalb
seiner Wahrnehmungsschwelle liegen. Die Entdeckungswahrscheinlichkeit bildet funktional die
abhängige Variable, die Reizstärke zu jeder Objektposition Θ die unabhängige Variable.
Werden mindestens zwei der vier pro Darbietungskombination (Θ, Lad, f) gezeigten Sehzei-
chen einer Reizstärke erkannt, ist die Wahrnehmungsschwelle erreicht und kann nach weiter unten
beschriebener Vorschrift bestimmt werden.
Die Reizstärke (Kontrast) der Sehobjekte wird durch das Verhältnis der Objektleuchtdichte Lo
des peripheren Sehzeichens zur Umfeldleuchtdichte Lu in unmittelbarer Nähe zu dem Sehzeichen
bestimmt (vgl. Abb. 4-13). Während die periphere Umfeldleuchtdichte Lu über die gesamte Dauer des
Versuches konstant verbleibt, variiert die Objektleuchtdichte Lo gestuft von Darbietung zu Darbietung
(vgl. Abs. 4.1.4). Der Definition des Weber-Kontrasts folgend (Formel 3.2) ergeben sich folglich acht
Reizstärkeniveaus für jede Objektposition Θ.
Die Wertebereiche für die Entdeckungswahrscheinlichkeit und die Reizstärke ergeben sich, der
Entscheidungsvorschrift im folgenden Abschnitt folgend, aus den erhobenen Messwerten.
120
Entscheidungsvorschrift zur Bestimmung der Detektionsschwelle
Null oder ein von vier entdeckten Sehobjekten einer Reizstärkestufe werden bei der Ermittlung der
Kontrastschwelle Cth, p nicht berücksichtigt, da in diesem Fall entweder null Prozent oder 25 Prozent
der Gesamtheit erkannt wurden (Abb. 4-17).
Bei zwei entdeckten von vier gezeigten Sehzeichen wurden 50% erkannt (Abb. 4-16). Unabhängig
davon, ob in der nächst höheren Stufe drei oder vier von vier gezeigten Sehzeichen erkannt werden,
berechnete sich die Kontrastschwelle Cth, p nach Formel 4.2.
𝐶𝑡ℎ,𝑝 =𝐶𝑖+𝐶𝑖+1
2 (4.2)
Abbildung 4-16: Anzahl der Sehobjektdetektionen (schematische Darstellung): zweimalige Detektion bei Reizstärke Stufe i
(Objektleuchtdichte Li) und drei bzw. vier Entdeckungen bei Reizstärke Stufe i + 1 (Objektleuchtdichte Li+1)
Wurden drei oder vier von vier Sehzeichen entdeckt (Li+1), während in der nächst niedrigeren Stufe
(Li) null oder ein Sehobjekt erkannt wurden (Abb. 4-17), ergibt sich die Kontrastschwelle Cth, p nach
Formel 4.3.
𝐶𝑡ℎ,𝑝 =𝐶𝑖+1 (4.3)
Abbildung 4-17: Anzahl der Sehobjektdetektionen (schematische Darstellung): keine oder eine Detektion bei Reizstärke
Stufe i (Objektleuchtdichte Li) und drei bzw. vier Entdeckungen bei Reizstärke Stufe i + 1 (Objektleuchtdichte Li+1)
Falscher Alarm
Bei 128 dargebotenen Sehzeichen für jeden Reizempfänger in der Auswertung hat sich im Versuchs-
verlauf heraus gestellt, dass im Mittel weniger als ein Falschalarm auf die Gesamtheit aller Sehzei-
chen kommt. Da die 16 Messversuchsreihen lediglich ca. 15 Minuten andauern, sind Ermüdungs-
erscheinungen unwahrscheinlich. Auf Grund dieser und der zuvor genannten Tatsache ist bei der
121
Auswertung der Messergebnisse auf die Berücksichtigung möglicher Falscher Alarme verzichtet
worden. Wenn vom Teilnehmer versehentlich geklickt wurde, ist dies dem Ver-suchsleiter
unmittelbar mitgeteilt worden, sodass der bewusst fehlerhafte Klick während der Datenaufbereitung
nachträglich entfernt werden konnte.
Darstellung der Messwerte
In Abb. 4-18 ist der für die fovealen Leuchtdichten Lad, f von 0,3 cd/m² und 1,0 cd/m² gemessene
Schwellenkontrast Cth, p für das Sehzeichen bei Θ = 30° abgebildet. Während sich für Lad, f = 0,3 cd/m²
ein Median von Cth, p = 0,178 ergibt, liegt die mittlere Leuchtdichteschwelle für Lad, f = 1,0 cd/m² bei
Cth, p = 0,26. Während bei Lad, f = 0,3 cd/m² der Bereich zwischen Median und drittem Quartil ca.
doppelt so breit ist wie zwischen erstem Quartil und Median, stellt sich für Lad, f = 1,0 cd/m² ein
verhältnismäßig breiterer Bereich zwischen erstem Quartil und Median ein.
Abbildung 4-18: Schwellenkontrast Cth, p für Sehzeichen bei Θ = 30° peripher unter Lad, f = 0,3 cd/m² und Lad, f = 1,0 cd/m²
In Abb. 4-19 ist der für die foveal dargebotenen Leuchtdichten Lad, f von 0,3 cd/m² und 1,0 cd/m²
gemessene Schwellenkontrast Cth, p für das Sehzeichen peripher bei Θ = 50° abgebildet. Während sich
für Lad, f = 0,3 cd/m² ein Mittelwert von Cth, p = 0,136 ergibt, liegt die mittlere Leuchtdichteschwelle
für Lad, f = 1,0 cd/m² bei Cth, p = 0,193. Auffällig ist die breite Streuung zwischen erstem Quartil und
Median bei Lad, f = 1,0 cd/m².
122
Abbildung 4-19: Schwellenkontrast Cth, p für Sehzeichen bei Θ = 50° peripher unter Lad, f = 0,3 cd/m² und Lad, f = 1,0 cd/m²
Beide Sehobjektpositionen Θ weisen einen deutlich sichtbaren Unterschied der peripheren
Schwellenkontraste Cth, p in Abhängigkeit der foveal dargebotenen Leuchtdichte Lad, f auf.
Varianzanalyse und Prüfung auf Signifikanz
Die Analyse der Messdaten (aus PV#1) erfolgt auf Grundlage des paarweisen Vergleichs zweier Stich-
proben. Verwendet wird hierfür der nichtparametrische Wilcoxon-Test. Eine Prüfung der Daten auf
Normalverteilung ist dem gewählten Testverfahren zu Folge nicht erforderlich. Durch das gewählte
Testverfahren (Wilcoxon-Rangsummentest) können die Hypothesen über die Gleichheit der Mittel-
werte der vorverarbeiteten Grundgesamtheit der Messwerte abgeleitet werden.
Abb. 4-18 und Abb. 4-19 zeigen die Verteilung der erhobenen Messwerte in PV#1. Das Ergebnis des
statistischen Tests ist in beiden Fällen hochsignifikant (p < 0,01).
Die Forschungshypothesen H1a und H1b sind somit anzunehmen.
4.1.7 Diskussion
In den Abbildungen 4-18 und 4-19 ist die Wirkung der adaptationsbestimmenden frontal darge-
botenen Leuchtdichte Lad, f auf den peripheren Schwellenkontrast Cth, p dargestellt. Der Zusammen-
hang ist hochsignifikant (p < 0,01). Die Hypothese H1 ist somit verifiziert.
Zum Vergleich mit den Erkenntnissen bisheriger Studien werden die gemessenen Leuchtdichte-
schwellen den Messwerten von UEBERSCHAER [Ueb15] gegenübergestellt. [Ueb15] hat im Labor-
123
versuch Leuchtdichteschwellen bei Θ = ±(2°; 10°; 20°) untersucht. Aus diesem Grund werden zum
Vergleich lediglich die Sehzeichen bei Θ = 20° berücksichtigt (Tab. 4-4) und mit den in PV#1 ermit-
telten Schwellen bei Θ = 30° verglichen. Der Faktor in der letzten Spalte von Tab. 4-4 gibt den
Unterschied zwischen den Messwerten von UEBERSCHAER [Ueb15] und PV#1 an.
Für die in Tab. 4-4 gegenübergestellten Messwerte muss eine Besonderheit hinsichtlich abweichen-
der Versuchsausgestaltung berücksichtigt werden. Während bei [Ueb15] die Umfeldleuchtdichte Lu
(der Sehzeichen) der jeweils vorherrschenden (globalen) Adaptationsleuchtdichte Lad entspricht, liegt
bei der Ausgestaltung von PV#1 eine andere Situation vor: Die gewählte periphere Umfeldleucht-
dichte Lu, p ist (1) wesentlich niedriger (Faktor 200 bis 650), (2) nicht gleich der (frontalen) Adap-
tationsleuchtdichte Lad, f und wird (3) über den gesamten Versuch konstant gehalten. Dies hat zur
Folge, dass (1) die Leuchtdichteschwellen ΔL bei [Ueb15] mit steigender Adaptationsleuchtdichte Lad
ansteigen, die ermittelten Schwellenkontraste Cth hingegen fallen (vgl. Tab. 4-4, Werte außerhalb der
Klammern). In dem Versuchsdesign von PV#1 kehrt sich dieser Effekt auf Grund der konstanten peri-
pheren Umfeldleuchtdichte Lu, p um.
Aus diesem Grund wird beim Vergleich eine Anpassung der Werte (Kontraste) von [Ueb15]
vorgenommen: Die bei Lad = 1,0 cd/m² ermittelte Leuchtdichteschwelle ΔL1000 wird auf die Umge-
bungsleuchtdichte Lu300 = 0,3 cd/m² bezogen: C* = ΔL1000/Lu300. Die Umgebungsleuchtdichten sind auf
diese Weise in beiden Fällen (PV#1 vs. [Ueb15]) unverändert konstant und somit vergleichbar.
Tabelle 4-4: Vergleich der ermittelten Leuchtdichteschwellen (PV#1) mit den von UEBERSCHAER [Ueb15] ermittelten Werten
Lad, f in (cd/m²)
Cth,p,(PV#1) (Θ = 30°)
Cth,(Ueberschaer) (Θ = 20°)
Faktor
0,3
0,178
0,275
1,54
1,0
0,26
0,20 (C* = 0,666)
0,77 (2,56)
Die Abweichungen der Schwellenwerte zwischen UEBERSCHAER [Ueb15] und den in PV#1 gemessenen
sind auf weitere Unterschiede in der Versuchsausgestaltung zurückzuführen. Im Folgenden sind
Unterschiede und Gemeinsamkeiten dargelegt.
Sehzeichengröße und Sehzeichenform: Die Sehzeichen in PV#1 sind der scheinbaren Größe eines
Fußgängers auf einer Straßenkreuzung angepasst (vgl. Abs. 4.1.3). Aus Tab. 4-5 ist ersichtlich, dass
die scheinbare Größe der Sehzeichen in PV#1 geringfügig mehr als das 200-fache, verglichen mit der
Sehzeichengröße von UEBERSCHAER [Ueb15], ausmacht.
Tabelle 4-5: Vergleich Sehzeichenabmessungen
UEBERSCHAER [Ueb15]
PV#1
Faktor
Größe
α = 19‘ x 19‘
α = 2,59° x 8,19°
8,17 x 25,8
Form
quadratisch
Rechteck (hochkant)
--
124
Vermutlich verringert das Sehzeichen erheblich weiterer Ausdehnung den Schwellenkontrast. Der
senkende Effekt kann als unterproportional eingestuft werden (vgl. Tab. 4-4 und Tab. 4-5).
Sehzeichenposition: Verglichen werden Sehobjektpositionen bei Θ = 20° und Θ = 30°. Die Zapfen-
dichte variiert (vgl. Abb. 3-1) sowohl nasal als auch temporal geringfügig, während die Stäbchen-
dichte temporal (weiter peripher) etwas niedriger ist (150k vs. 130k). Berücksichtigt man die
vergleichsweise hohen Umfeldleuchtdichten bei UEBERSCHAER [Ueb15], ist eine vergleichsweise hohe
Zapfenaktivität zu erwarten.
Umfeldleuchtdichte Sehzeichen: Globale und lokale Adaptation sind bei UEBERSCHAER [Ueb15]
identisch. Bei PV#1 weicht die lokale (periphere) Adaptation um Faktor 10² bis 10³ von der fovealen
Adaptationsleuchtdichte Lad, f ab. Bei niedrigerer Lokaladaptation sind niedrigere Kontrastschwellen
Cth, p zu erwarten, worauf der Vergleich der Werte in Tab. 4-4 hindeutet.
Die Kognitionsbelastung der beiden Versuche [Ueb15] und PV#1 ist deutlich abweichend: Während
UEBERSCHAER [Ueb15] auf eine örtlich ruhende Markierung fokussieren lässt, hat der Proband in PV#1
eine Lenkaufgabe (parallel zur Objektdetektion) zu erledigen (vgl. Abs. 4.1.3). Höhere kognitive
Belastung führt (laut MOSER [Mos75]) zu früherer Ermüdung, was bei lediglich 15 Minuten kognitiver
Belastung in PV#1 sehr wahrscheinlich keinen nennenswerten Einfluss ausübt.
Die Altersstruktur beider Versuche ist vergleichbar. [Ueb15]: Median 25,5 Jahre; Standard-
abweichung 7,39 Jahre; (PV#1: vgl. Abb. 4-15). Insofern ist der Einfluss der Altersverteilung auf die
gemessenen Schwellenwerte im Vergleich unwahrscheinlich.
Der Akkommodationsabstand weist im Vergleich keine beeinflussenden Unterschiede auf (in PV#1 ist
dak = 5,11 m vs. dak = 4,36m [Ueb15]). Beide Versuche werden mit der für das Fernfeld (näherungs-
weise) gültigen Akkommodationsentfernung durchgeführt.
Die Ergebnisse aus PV#1 zeigen, dass für Leuchtdichteverhältnisse (foveal zu peripher) wie in dem
Leuchtdichtebild (Kap. 1, Abb. 1-3) dargestellt, ein signifikanter Einfluss des durch die Straßenbe-
leuchtung bedingten, fovealen Adaptationsniveaus Lad, f auf die periphere Detektionsleistung (bei
kognitiver Belastung durch eine Lenkaufgabe) zu erwarten ist. Würde die in Abb. 1-3 dargestellte
foveale Adaptationsleuchtdichte von 0,3 cd/m² auf 1,0 cd/m² angehoben, ist von einem gesteigerten
Risiko auszugehen, dass dunkle, periphere Objekte übersehen werden.
125
4.2 Versuchsstand Markierungslicht
Der folgende Abschnitt skizziert die Vorüberlegungen zu Konzeption und Aufbau des Versuchsstands
Markierungslicht in kompakter Weise. Eingegangen wird auf das für die geplanten Versuche notwen-
dige Anforderungsprofil und auf alle (mechanischen und elektrischen) Bestandteile der Anordnung.
Nachdem in Probandenstudie PV#1 statische Sehreize dargeboten wurden, besteht von nun an die
Absicht eine naturgetreuere Umgebung für die Folgeexperimente zu schaffen. Die Involvierung einer
schwarz gekleideten, das Bewertungsfeld durchschreitenden Person (als Sehreiz) repräsentiert
hierbei ein zentrales Merkmal.
Probandenversuch PV#2 können vier übergeordnete Anforderungskriterien zugeschrieben werden:
(1) Nachbildung der herkömmlichen (statischen) Straßenbeleuchtung, (2) Aufmerksamkeits-
belastung des Teilnehmers durch eine Lenkaufgabe, (3) kontrollierbare Erscheinungsposition Θ des
Sehreizes und (4) Realisierung einer echtzeitfähigen, präzisen (dynamischen) Lichtspotmarkierung auf
die Person im peripheren Bewertungsfeld.
Abb. 4-20 zeigt den Versuchsaufbau aus Perspektive des Teilnehmers.
Abbildung 4-20: Blick aus Probandenperspektive auf (1) peripheres Bewertungsfeld (links) und (2) foveales Adaptationsfeld
(rechts); Markierungsspot (Variante Schachbrettmuster) auf Sehreiz (Person) im peripheren Bewertungsfeld
Das foveale Adaptationsfeld (Abb. 4-20, rechts) beinhaltet die aus PV#1 übernommene Lenkaufgabe
(Abs. 4.1.3). Die Pfeile in orange (Abb. 4-20) deuten auf den horizontalen Holmen, der als Träger für
den (die Straßenbeleuchtung nachbildenden) LED-Streifen dient (vgl. Abs. 4.3.3). Die in Abb. 4-20 in
der Farbe Magenta eingezeichneten Pfeile markieren die (vertikalen) Kanten zweier Abschattungs-
wände, die sich aus Perspektive des Probanden bei den Exzentrizitäten Θ = 30° und Θ = 50° befinden
126
(vgl. Abs. 4.3.3). Das kontrollierte Erscheinen und Verschwinden des Sehobjekts wird hiermit sicher-
gestellt.
Die dynamische Lichtspotmarkierung beleuchtet den Oberkörper der Person in Abb. 4-20. Das
verwendete Schachbrettmuster zeigt die horizontale und vertikale Verzerrung des Lichtspots beim
Auftreffen auf der Person
11
.
Ein Digitalprojektor dient als Lichtquelle für den Markierungslichtspot. Für die Echtzeitpositions-
erfassung der Person kommt ein aktiver Bildsensor zum Einsatz. Die für die Anwendung erstellte
Applikationssoftware liefert auf Basis der erfassten Umweltdaten die Raumkoordinaten der
Spotprojektion. Es resultiert ein vollumfänglich funktionsfähiges Markierungslichtsystem. Bei
Durchschreiten des Bewertungsfeldes (Abb. 4-20) folgt der Lichtspot dynamisch dem Oberkörper der
Person im Sensorerfassungsbereich.
Notwendige Voraussetzungen für die Lichtmarkierung ist die akkurate Positionserfassung des Objekts
im Sensorbereich. Die Sensorabtastrate und die Auflösung des Sensorbilds repräsentieren hierbei
zentrale Gesichtspunkte. Die automatisierte Echtzeitbildverarbeitung ermöglicht das dauerhafte,
maschinelle Fokussieren der aus dem Sensorbild extrahierten Merkmale. Laut HÖRTER [Hör13] stellt
ein solider Algorithmus zur Detektion, Klassifikation und Verfolgung von […] Objekten […] das
Kernstück für die funktionale Realisierung eines Markierenden Lichts dar.
4.2.1 Sensorik
Vor Aufbau und Inbetriebnahme des Versuchsstandes erfolgt der Vergleich möglicher, für die
Anwendung verwendbarer Sensoreinheiten. Die Evaluierung beschränkt sich auf kamerabasierte
Systeme. Nach Berücksichtigung der Anforderungsmerkmale und grundlegender Recherche der
Alternativen fokussiert die engere Auswahl auf zwei Sensorvarianten, deren Eignung für das
vorliegende Problem im Folgenden kurz skizziert wird.
Auf Grund der skotopischen Lichtverhältnisse im peripheren Bewertungsfeld erscheinen Einheiten,
deren Empfindlichkeit im sichtbaren Bereich liegt, ungeeignet. In Frage kommen Sensoren, die
spektral entweder im (1) Nahinfraroten oder im (2) thermischen Infrarot auflösen. In der engeren
Auswahl werden zwei Varianten betrachtet: (a) eine Wärmebildkamera und ein (b) aktiver
Bildsensor, dessen maximale Empfindlichkeit spektral bei λ = 830 nm liegt (HANNA [Han13]).
Die Anforderungen an die verglichenen Systeme sind (i) präzise Positionsbestimmung, (ii) Bild-
wiederholrate, (iii) Zuverlässigkeit und Einsatzfähigkeit bei völliger Dunkelheit, sowie ein ausreichend
ausgedehnter (iv) Erfassungsbereich.
11
Das Schachbrettmuster wird in PV#2 nicht verwendet, eingesetzt werden Balkenmuster und ein runder Spot.
127
Positionsbestimmung: Aus dem Wärmebild lassen sich Bereiche ober- und unterhalb einer zu
definierenden Temperaturschwelle separieren. Nach Rauschfilterung und Umwandlung des
Wärmebilds in ein Binärbild ist die Merkmalsextraktion möglich. Ausgangssignal des (monokularen)
Wärmebilds ist eine zweidimensionale Projektion der Bildszene.
Der aktive Bildsensor bezieht die Verzerrung emittierter Bildpunkte in die Auswertung der
Positionsbestimmung mit ein (vgl. Abs. 4.2.3). Jedem Pixel des Nahinfrarotbilds wird hierdurch eine
Tiefenbildinformation überlagert. Die Positionsabschätzung der Person im Sensorbereich ist somit
hochpräzise und dreidimensional. Das beschriebene Vorgehen wird von HALL [Hal01] als Data Level
Sensor Fusion beschrieben. Ihr gegenüber steht die Declaration Level Fusion, die sich durch die
optimale Zustandsschätzung voneinander unabhängig akquirierter Sensordaten (beispielsweise
mittels Kalman Filter [Kal61]) definiert.
HALL [Hal01] definiert den Nutzen der Sensordatenfusion (in Originalsprache) wie folgt:
Data fusion techniques combine data from multiple sensors and related information to achieve more
specific inferences than could be achieved by using a single, independent sensor.
Beide Sensorvarianten liefern Bildwiederholraten (oberhalb 25 Bildern pro Sekunden), die eine
verzögerungsfreie Lichtspotmarkierung ermöglichen. Der Erfassungsbereich des aktiven Bildsensors
beschränkt sich auf 8,0 m fokal, was für die gewünschte Anwendung ausreichend ist. Der Wärmebild-
sensor kann Objekte in bis zu 150 m Distanz auswerten, was weit oberhalb der hier benötigten Anfor-
derungen liegt. Beide Sensoren arbeiten zuverlässig bei absoluter Dunkelheit. Tab. 4-6 fasst die
gegenübergestellten Kriterien der verglichenen Ansätze zusammen.
Tabelle 4-6: Gegenüberstellung der Leistungsfähigkeit des aktiven Bildsensors (Kinect) und der Wärmebildkamera
Kriterium
Kinect
Wärmebildkamera
Positionsabschätzung
++
+
Bildwiederholrate
+
+
Erfassungsbereich
o
+
Umgebungslicht
+
+
Aufgrund der höheren Präzision der Positionsabschätzung (1cm Genauigkeit) fällt die Wahl der
verglichenen Sensorvarianten auf den (aktiven) Tiefenbildsensor. Der vergleichsweise geringe
Erfassungsbereich stellt keine Einschränkungen für den Laborversaufbau dar. Die übrigen
Gerätekriterien weisen im Vergleich keine Vor- oder Nachteile auf.
128
Gerätespezifikationen
Abb. 4-21 zeigt den in PV#2 und PV#3 verwendeten aktiven Bildsensor bei geöffnetem Geräte-
gehäuse. Grundlage für die Echtzeitpositionsbestimmung sind die Komponenten Tiefenbildsensor
und Infrarot Emitter. Die optische Kamera (Abb. 4-21, links) kommt hierbei nicht zum Einsatz.
Abbildung 4-21: Tiefenbildsensor und Infrarot Emitter bei geöffnetem Gerätgehäuse (Bild: iFixit: URL: http://ifixit.com)
Tab. 4-7 beinhaltet weitere Gerätespezifikationen des verwendeten Sensors.
Tabelle 4-7: Gerätespezifikation Kinect
Gerätespezifikation
Wert
Einheit
Bildwiederholrate
30
s-1
optische Auflösung
512 x 424
px
Max. spektr. Empfindlichkeit
830
nm
Öffnungswinkel der Optik (horizontal)
70
°
Erfassungsbereich Tiefenbild
8
m
4.2.2 Distanzmessung
Abb. 4-22 zeigt den (dreidimensionalen) Sensorerfassungsbereich. Die Echtzeitpositionsdaten einer
Person stehen im Rechnerspeicher in kartesischen Koordinaten (𝑥,𝑦,𝑧) zur Verfügung. Die
Sensorlinse befindet sich physisch im Koordinatenursprung.
Abbildung 4-22: Sensorerfassungsbereich (in grau)
Depth Sensor
IR Emitters
129
Die Signalverarbeitung detektiert Personen und stellt deren ‘‘Skelett‘‘ im Sensorbild dar (Abb. 4-23).
Die vollautomatische Distanzmessung basiert auf der Identifikation 25 markanter Körpergelenke
(Skelettal Joints) der Person. Der im Rechnerspeicher verfügbare Distanzmesswert zu jedem
betrachteten Gelenk (Joint) wird repräsentiert von der Länge der Strecke zwischen
(1) der vertikalen Ebene, in der sich Linse des Bildsensors befindet und dem
(2) Körpergelenk selbst.
Abb. 4-23 zeigt die Rekonstruktion des dreidimensionalen Raumes im Erfassungsbereich. Vgl. hierzu
auch Abb. 4-22.
Abbildung 4-23: Kinect: Tiefenbildrekonstruktion mit Person im Erfassungsbereich
Personen im Sensorbereich werden grundsätzlich als Ganzes (alle Körperteile) erfasst. Jedoch, die
Raumpositionen aller markanten Körpergelenke liegen im Speicher separat vor und können geson-
dert verwendet werden. Abrufbar ist beispielsweise die Distanz zwischen linkem und rechtem
Handgelenk, deren Positionen alle 33,33 ms aktualisiert werden.
Der Sensor arbeitet mit hoher Zuverlässigkeit. Es werden lediglich ein bis zwei Sekunden
benötigt, um Personen im Erfassungsbereich zu detektieren. Ist dies geschehen, wird der Aufent-
haltsort der Person in der Szene dauerhaft verfolgt und deren Raumkoordinaten wiederkehrend
aktualisiert, solange der Erfassungsbereich nicht verlassen wird.
4.2.3 Tiefenbild und Abschätzung der Position
Der Rückschluss auf die Körperposition ist ein zweistufiger Prozess. Die Infrarot Emitter des Sensors
werfen eine Punktewolke, aus deren Reflexion das Tiefenbild entsteht. Für das Tracking der Person
werden die (a) Reflexion des emittierten Musters und (b) Machine Learning Algorithmen genutzt.
Im ersten Schritt wird das Tiefenbild (depth map) berechnet. Die IR-Emitter senden Pulse zu verschie-
denen Zeiten, in verschiedenen Wellenlängen und Phasen aus. Die depth map kommt zu Stande,
130
indem das von den IR-Emittern produzierte und von den im Raum befindlichen Objekten reflektierte
Muster (Abb. 4-24a) ausgewertet wird.
Abbildung 4-24a: Emittiertes Tupfenmuster; Quelle: MCCORMICK [JMC12]
Im zweiten Schritt wird auf die Körperposition zurück geschlossen, wobei Machine Learning
Algorithmen eingesetzt werden.
Die Vorgehensweise ein bekanntes Muster zu analysieren wird vom Gerätehersteller als Structured
Light bezeichnet
12
. Der Sensor verbindet zur Berechnung des Tiefenbilds das sogenannte Structured
Light und ein Werkzeug aus dem Bereich der Computer Vision: depth from focus. Depth from focus
nutzt die Eigenheit, dass Gegenstände in größerer Distanz zu dem Sensor verschwommener
erscheinen.
Der aktive Bildsensor (Kinect) verbessert die Genauigkeit von herkömmlichem Depth from
Focus deutlich. Genutzt wird eine spezielle, astigmatische Linse (unterschiedliche fokalen Längen in x-
und y-Richtung; vgl. Abb. 4-22). Ein projizierter Kreis, beispielsweise, wird hierdurch zu einer Ellipse
deren Ausrichtung von der Tiefe abhängt (Abb. 4-24b).
Abbildung 4-24b: Patent von PrimeSense; Quelle: MCCORMICK [JMC12]
12
Die Bezeichnung Structured Light ist unpräzise: lediglich ein geringer Anteil der emittierten Strahlung
befindet sich im sichtbaren Bereich (λ > 700 nm).
131
4.3 Probandenstudie PV#2
Probandenversuch #2 (PV#2) untersucht den Einfluss des (1) Kontrastes, der (2) Pulsation und der
(3) Geometrie des peripheren Markierungslichtflecks auf die Reaktionszeit tr in einer dynamischen
(bewegte Reize) Laborstudie. Es wird der Linksabbiegevorgang aus Perspektive des Kraftfahrers auf
der Kreuzungsmitte modelliert. Der Entwurf der Versuchsanordnung (Abs. 4.3.3) wird dement-
sprechend ausgestaltet. Die Darbietung der Sehreize erfolgt im peripheren Bewertungsfeld, im
Bereich von Θ = [30°… 50°].
Der Versuchsstand Markierungslicht wird in den Versuchsaufbau von PV#2 eingebettet. Der Funk-
tionsumfang des Markierungslichtversuchsstands beinhaltet im Wesentlichen die (1) sensorische
Erfassung des Sehobjekts (schwarz gekleidete Person), die (2) Echtzeitverarbeitung der Positions-
daten der sensorisch erfassten Person, die (3) dynamische Lichtspotmarkierung der Person.
Durch die Verwendung eines vollumfänglich funktionstüchtigen Markierungslichtsystems im
laufenden Versuch werden wesentliche, die visuelle Informationsaufnahme und Reizverarbeitung
betreffende Einflussgrößen abgebildet: Die Bewegung des Sehobjekts im peripheren Bewertungsfeld
bezieht einen maßgeblichen, die Aufmerksamkeitslenkung beeinflussenden Bestandteil in den
Versuchsentwurf mit ein. Der Lichteinfall auf dem Sehobjekt erfolgt aus zwei Richtungen: (1) steil,
von oben, die herkömmliche Straßenbeleuchtung nachbildend und (2) flach, seitlich als Markierungs-
lichtspot. Das Entdecken peripherer Sehreize erfolgt unter Aufmerksamkeitsbelastung: Als perma-
nente Belastung des Reizverarbeitungsvermögens wird die von MOSER [Mos75] vorgeschlagene
Lenkaufgabe (vgl. Abs. 3.6.2), die der von HIRATSUKA [Hir16] verwendeten ähnelt, in den
Versuchsentwurf mit eingebunden.
Die der Probandenstudie PV#2 übergeordnete Forschungsfrage lautet:
„Welcher Einfluss auf die periphere Objektdetektion ist bei Darbietung verschiedener
Spotleuchtdichten, unterschiedlicher Spotgeometrien und pulsierendem Markierungslichtspot
zu beobachten?“
Die folgenden Abschnitte beinhalten Ziel, Erwartung, Methodik und Durchführung des Experiments
in den Sektionen 4.3.1 bis 4.3.4. Anschließend erfolgen Messunsicherheitsbetrachtung (Abs. 4.3.5),
sowie Darstellung, statistische Auswertung und Diskussion der Ergebnisse (Abschnitte 4.3.6 und
4.3.7).
132
4.3.1 Ziel
Ziel der Probandenstudie PV#2 ist die Messung der Reaktionszeit tr unter permanenter Aufmerksam-
keitsbelastung (Lenkaufgabe) und Variation der Eigenschaften des dynamischen Markierungslicht-
spots im weit peripheren Gesichtsfeld.
Es wird angestrebt alle kognitiven, visuellen, geometrischen und im Kontext der Markierungslicht-
funktion technischen Besonderheiten im Versuchsaufbau realistisch nachzubilden. Der Abbiegevor-
gang nach links und die visuellen Eigenschaften des Reizes in der Peripherie sollen in PV#2 abgebildet
werden, wozu der Einsatz des objektverfolgenden Markierungslichtspots und des dreidimensionalen
Sehobjekts (schwarz gekleidete Person) als bewegtem Reiz gehören.
In PV#2 wird eine Auswahl der von HIRATSUKA [Hir16] (Abs. 3.5 und Abs. 3.6.2) vorgeschlagenen und
untersuchten Markierungslichtstrategien aufgegriffen und wieder verwendet. Die Übertragbarkeit
der Ergebnisse von HIRATSUKA [Hir16] auf das in PV#2 modellierte Fahrmanöver ist zu überprüfen.
Zusammengefasst lässt sich formulieren: Die Zielsetzung der Probandenstudie PV#2 ist die Ermittlung
des vermuteten (1) Zusammenhangs zwischen Reaktionszeitvorteil und Einsatz des Markierungslichts
bei peripherer Objektposition Θ unter (2) kognitiver Belastung des Teilnehmenden durch eine
simulierte Fahraufgabe unter Berücksichtigung eines (3) realistischen Akkommodationsabstands und
(4) Variation der Lichtspoteigenschaften wie (a) Spotleuchtdichte Lo, (b) Spotgeometrie und (c) Pulsa-
tion im Experiment.
4.3.2 Hypothesen und Vermutungen
H2a: Die Reaktionszeit bis zur Wahrnehmung eines Fußgängers im Peripheren unterscheidet sich
signifikant bei Nutzung des dynamischen Markierungslichtspots.
H2b: Die Reaktionszeit bis zur Wahrnehmung eines Fußgängers im Peripheren unterscheidet sich
signifikant in Abhängigkeit der dargebotenen Objektleuchtdichte des Markierungslichtspots bei
ansonsten unveränderter Umgebungsleuchtdichte.
H3: Die Reaktionszeit bis zur Wahrnehmung eines Fußgängers im Peripheren unterscheidet sich
signifikant in Abhängigkeit des verwendeten Markierungslichtmusters.
H4: Die Reaktionszeit bis zur Wahrnehmung eines Fußgängers im Peripheren unter Einsatz pulsender
Reizdarbietung (5 Hz) unterscheidet sich signifikant zu dem vergleichbaren Reiz ohne Pulsation (0 Hz)
Es wird eine Verringerung der Reaktionszeit bei Einsatz des Markierungslichtspots vermutet. Es wird
angenommen, dass sich die Reaktionszeit bei steigendem Kontrast (steigende Spotleuchtdichte)
weiter verringert.
133
Bei Einsatz von Balkenmustern wird eine verringerte Reaktionszeit gegenüber dem vollflächigen
Markierungslichtspot erwartet (vgl. Ergebnisse von HIRATSUKA [Hir16]). Vermutet wird, dass die
Pulsation des Lichtspots als aufmerksamkeitslenkende Komponente reaktionszeitvermindernd wirkt.
4.3.3 Versuchsdesign
Das Experiment (PV#2) erfolgt in Form einer Laborstudie. Der genutzte Versuchsaufbau (vgl. hierzu
Abb. 4-25 und Abb.4-26) besteht aus einer Anordnung von mechanischen Komponenten (wie bspw.
Abschattungswänden) und der Integration des Markierungslichtversuchsstands (Abs. 4.2), bestehend
aus (a) aktivem Bildsensor, (b) Steuerungsrechner und (c) Digitalprojektor als Lichtquelle.
Die Aufgabenstellung für den Versuchsteilnehmer besteht aus zwei parallel zu erledigenden
Tätigkeiten: (1) Lenkaufgabe nach MOSER [Mos75], dargestellt auf der fovealen Projektionsfläche und
(2) Sehaufgabe im peripheren Bewertungsfeld zur Ermittlung der Reaktionszeiten.
Für die Darbietungen der aufmerksamkeitsbelastenden Lenkaufgabe (foveal) und der Sehauf-
gabe (peripher) werden zwei Digitalprojektoren (wie in PV#1) genutzt. Die frontale Projektionsfläche
dient neben der Darstellung der Lenkaufgabe als foveales Adaptationsfeld (Lad, f = 1,0 cd/m²).
Die Messdatenerhebung erfolgt in drei Hauptversuchsreihen, jede Versuchsreihe beinhaltet
13 dynamische Darbietungen, die in nicht äquidistanter zeitlicher Abfolge erscheinen. Um Lern-
effekte gering zu halten, wird die Reizdarbietung innerhalb der Versuchsreihen durchmischt (vgl.
Abs. 4.3.4). Die Reihenfolge der Hauptversuchsreihen wird über das Teilnehmerkollektiv durchmischt
dargeboten (Abs. 4.3.4).
Versuchsvariablen
Die Reaktionszeit tr ist die abhängige Variable (AV) in PV#2 und wird technisch durch Bildung der Dif-
ferenz zwischen dem Zeitpunkt der Unterbrechung von Lichtschranke 1 (Abb. 4-27) und Reaktion des
Probanden durch Betätigung der Klicktaste am Eingabegerät (vgl.4.1.3) ermittelt.
Eine Zusammenfassung der Versuchsvariablen ist in Tab. 4-8 wiedergegeben. Die Tabelle beinhaltet
ebenso die gewählten Ausprägungen.
Tabelle 4-8: Übersicht der Versuchsvariablen in PV#2
Variable
Typ
Ausprägung
tr
AV
--
C
UV
0,46; 0,8; 1,64; 19
fML
UV
0 Hz, 5 Hz
Spotmuster
UV
kreisrund, Balken*
Pulsation
UV
einfach, alternierend**
* horizontale, vertikale Ausrichtung
** nur Balkenmuster
134
Raumgeometrie und Abschattungen
Abb. 4-25 zeigt den Architektengrundriss des Lichtlaborraums E 224 der TUB. Der Versuchsstand zum
Markierungslicht in der Straßenbeleuchtung überdeckt eine Fläche von ungefähr 55 m² und bildet
den Ausschnitt einer Verkehrskreuzung mit dem Probanden in der Position des Linksabbiegenden
modellhaft nach.
Der in Abb. 4-25 farbig eingezeichnete Versuchsstand verfügt über mehrere, mit schwarzem Molton
bespannte Abschattungswände, die das kontrollierte Erscheinen und Verschwinden des Sehreizes (in
Form einer schwarz gekleideten Person) im peripheren Bewertungsfeld erlauben.
Während der Versuchsteilnehmer in der Position des links abbiegenden Kraftfahrers in Richtung des
(Kfz-) Gegenverkehrs blickt, repräsentiert die im peripheren Bewertungsfeld erscheinende Person
den bevorrechtigten Fußgänger beim Überschreiten des Fußgängerüberwegs an der modellhaft
nachgestellten Kreuzung.
Die Blickrichtung des Probanden wird durch die von MOSER [Mos75] übernommene aufmerksam-
keitsbelastende Lenkaufgabe kontrolliert. Als Eingabegerät dient das Lenkrad (vgl. Abs. 4.1.3). Der
grüne inmitten der roten Ringe in Abb. 4-25 (rechts) symbolisiert den Blickfokus des Teilnehmers. Der
Sehreiz im peripheren Bewertungsfeld kann aus Perspektive des Rezipienten an zwei Positionen
erscheinen oder verschwinden: Θ = 30° bzw. Θ = 50°. Im Bereich von Θ = 30° … 50° ist das Sehobjekt
für den Probanden unverdeckt und somit sichtbar (Abb. 4-25, Abb. 4-26).
Das Sehobjekt (Versuchshelfer) im peripheren Bewertungsfeld erscheint in PV#2 generell bei Θ = 30°
und durchläuft das periphere Bewertungsfeld, um bei Θ = 50° hinter der nächsten Abschattung zu
verschwinden. Die Bewegungsrichtung des Sehobjekts entspricht mit dieser Wahl der Bewegungs-
richtung des Gegenverkehrs, wie bspw. des entgegen kommenden Radverkehrs.
Die schwarze, undurchsichtige Abschattung im Rücken des Probanden trennt den Versuchsraum von
dem Versuchsvorraum, der zur Dunkeladaptation des Teilnehmers und Abfrage persönlicher Daten
13
genutzt wird (Abb. 4-25). Eine weitere mit schwarzem Molton bespannte Abschattungswand dient
als Hintergrund des peripheren Bewertungsfelds aus der Perspektive des Versuchsteilnehmers
14
.
13
Der zeitliche Ablauf bis zu Beginn der ersten Messversuchsreihe ist dem von PV#1 vergleichbar (s. Abb. 6-17).
14
direkt angrenzend an bidirektionale Messanlage (Abb. 4-25)
135
Abbildung 4-25: Architektenplan Laborversuchsraum E 224 (TU Berlin), farbig eingezeichnet: Versuchsstand
Markierungslicht; violettes Kreuz: Warteposition Versuchshelfer; schwarzes Quadrat: Tischoberfläche an dem das
Eingabegerät befestigt ist; Fahrbahnmarkierungen: Mittellinie und Fußgängerüberweg
Es werden insgesamt drei Lichtquellen (siehe weiter unten) genutzt, darunter zwei Projektoren, wozu
ein Digitalprojektor für die Projektion des (a) fovealen Adaptationsfeldes dient und ein weiterer für
die Projektion des (b) Markierungslichtspots im peripheren Bewertungsfeld. Der entlang des peri-
pheren Bewertungsfeldes installierte LED-Streifen (siehe weiter unten) modelliert die Grund-
beleuchtung der herkömmlichen Straßenbeleuchtung im Versuchsstand (Abb. 4-25).
Der Versuchsstand verfügt über ein vollumfänglich funktionstüchtiges Markierungslichtsystem, das
den visuellen Reiz (Markierungslichtspot) dynamisch auf die schwarz gekleidete Person im peri-
pheren Bewertungsfeld wirft. Zur Umweltdatenerfassung kommt ein bildaufgelöster Sensor (Kinect)
zum Einsatz. Die sensorische Abtastrate von 30 Bildern pro Sekunde gewährleistet eine unter-
brechungsfreie (ruckelfreie) Projektion der dynamischen Lichtspotmarkierung im Betrieb (Abs. 4.2).
Abb. 4-26 zeigt die Versuchsanordnung zu PV#2 aus der Third-Person-Perspektive. Der Digitalpro-
jektor des Markierungslichtsystems befindet sich auf 2,4 m Höhe oberhalb des Probanden montiert.
Dessen Projektionsfläche deckt das komplette periphere Bewertungsfeld ab. Der dynamische
Markierungslichtspot kann dementsprechend den in Echtzeit gelieferten Positionsdaten folgend auf
den Oberkörper der Person im peripheren Bewertungsfeld projiziert werden.
136
Abbildung 4-26: DIALux Simulation des Versuchsraums (PV#2), Kopfposition des Teilnehmers (in orange), foveales
Adaptationsfeld (gestrichelt), Markierungslichtspot auf Oberkörper der Person im peripheren Bewertungsfeld
Die Sitzgelegenheit des Teilnehmers befindet sich unmittelbar hinter dem Eingabegerät (Lenkrad),
das an die Kante eines quadratischen Tisches angebracht ist (Abb. 4-26). Der Blick des Versuchsteil-
nehmers fokussiert in Richtung des (imaginären) herannahenden motorisierten Gegenverkehrs, wo
sich (in PV#2) das foveale Adaptationsfeld inklusive visueller Lenkaufgabe befindet (in Abb. 4-26 gelb,
gestrichelt umrandet).
Die in Abb. 4-26 dargestellte Person im peripheren Bewertungsfeld (Versuchshelfer) befindet sich an
der Kante der Abschattungswand bei Θ = 30° peripher des Blickfokus der Versuchsperson. Im laufen-
den Versuchsbetrieb ist diese Person schwarz gekleidet (Rollkragenpullover, Hose, Skimaske und
Handschuhe).
Zeitmessung und Lichtschranken
Zur Operationalisierung des in PV#2 gewählten Bewertungskriteriums (Reaktionszeit tr) wird ein
Messverfahren vergleichbar zu Lichtschranken genutzt. Die technische Umsetzung der licht-
schrankenähnlichen Messung erfolgt auf Grundlage des aktiven, bildaufgelösten Sensors (Kinect).
Abb. 4-27 zeigt den Ausschnitt des peripheren Bewertungsfeldes aus Abb. 4-25. Lichtschranke 1 ist in
der Farbe violett markiert. Wie in Abb. 4-27 ersichtlich, ist das Sehobjekt für den Probanden bei
Unterbrechung von Lichtschranke 1 (durch den Versuchshelfer) noch nicht sichtbar, da die Stirnseite
der Abschattungswand etwas versetzt positioniert ist. Der räumliche Versatz von ungefähr 0,15 m
137
führt zu einem zeitlichen Offset von einigen hundert Millisekunden in den Messergebnissen (vgl. Abs.
4.3.5).
Abbildung 4-27: Lichtschranken im peripheren Bewertungsfeld (violett: Lichtschranke 1; grün: Lichtschranke 2)
Lichtschranke 2 (Abb. 4-27) ist durch die grün gepunktete Linie dargestellt. Das Sehobjekt erscheint in
den Studien PV#2 (und PV#3) generell bei Θ = 30° peripher, also bei Lichtschranke 1. Die jeweilige
Durchlaufzeit des Sehobjekts ergibt sich aus der Zeitdifferenz Δtd = t1 – t0. Der Zeitpunkt t0 stellt
hierbei das Passieren der Lichtschranke 1, der Zeitpunkt t1 das Passieren der Lichtschranke 2 dar.
Die Messung des Bewertungskriteriums (tr) erfordert einen weiteren Messwert, den Zeitpunkt der
Reaktion nach Entdeckung des Sehreizes (tklick), der die Reaktionslatenz des Rezipienten beinhaltet.
Die Reaktionszeit tr errechnet sich nach Formel 4.1 und wird unmittelbar vom System abgespeichert.
tr = tklick – t0 (4.1)
Der Messwert von tr beinhaltet zusätzlich zu der personen- und reizindividuellen Reaktionszeit das
durch die Versuchsanordnung bedingte zeitliche Offset. Der zuletzt genannte Versatz ist als syste-
matische Abweichungen zu kategorisieren. Beim Vergleich der Messergebnisse (Abs. 4.3.7) wurde die
durch die Versuchsanordnung in PV#2 bedingte Diskrepanz entfernt.
Lichtquellen
Digitalprojektor I wird auf einem 0,45 m hohen Podest im Bereich der Gegenfahrbahn positioniert
und für die foveale Projektion (foveales Adaptationsfeld) eingesetzt (Abb. 4-26). Die Gehäuserück-
seite wird mit hängendem schwarzem Tuch verdeckt, sodass das Gerät für den Studienteilnehmer
nicht sichtbar ist. Der in Abb. 4-26 (gelb umrandete) foveale Adaptationsbereich, überdeckt eine
leuchtende Fläche scheinbarer Größe von 10,5° x 6,5° (Breite x Höhe) aus Perspektive des Rezi-
pienten (vgl. Tab. 4-11).
Weiterhin zeigt Abb. 4-26 den oberhalb der Sitzposition des Probanden auf 2,4 m Höhe positionier-
ten Digitalprojektor II zur Bereitstellung des dynamischen Markierungslichtspots im peripheren
Bewertungsfeld (s. auch Abb. 6-13, Anhang). Digitalprojektor II wird mit einem Graufilter vor der
Optik versehen, sodass die in schwarz projizierten Pixel keine Aufhellung der Umgebungsleuchtdichte
138
auf der rückwärtigen Abschattung im peripheren Bewertungsfeld bewirken. Die Ecken- und Trapez-
korrektur von Digitalprojektor II kommt zum Einsatz, um mit Unter- und Seitenkanten der rück-
wärtigen Abschattung im peripheren Bewertungsfeld (Abb. 4-26) bündig abzuschließen.
Die Bildauflösung beider Projektoren beträgt 1024 x 768 Pixel (XGA).
Die Betriebsstabilität der Projektoren wird durch regelmäßige Leuchtdichtemessungen der fovealen
Projektion und des peripheren Bewertungsfeldes überwacht.
Grundbeleuchtung
Der zur modellhaften Nachbildung der Grundbeleuchtung (Straßenbeleuchtung) eingesetzte LED-
Streifen ist in Abb. 4-25 als gepunktete orangene Linie skizziert in und in Abb. 4-28 aus der Perspek-
tive des peripheren Bewertungsfeldes fotografiert. Die Lichteinfallsrichtung (auf dem Sehobjekt) ist
überwiegend vertikal und bildet das diffuse Licht der herkömmlichen Straßenbeleuchtung nach, das
ebenso eine vorrangig vertikale Komponente in der Lichteinfallsrichtung aufweist. Der LED-Streifen
ist dauerhaft aktiviert und dient im Versuch als Grundlichtverteilung.
Aus der Perspektive des Versuchsteilnehmers ist der linke vordere Schulterbereich des Versuchs-
helfers (Sehobjekt) stärker ausgeleuchtet (Lichtquelle LED-Streifen), als die übrigen Körperpartien.
Ursache hierfür ist die Bewegungstrajektorie des Versuchshelfers, dessen linke Schulter sich beim
Durchschreiten des peripheren Bewertungsfeldes unterhalb des LED-Streifens befindet. Der Ver-
suchshelfer (Sehobjekt) bewegt sich parallel zu dem LED-Streifen (vgl. Abb. 4-25).
Abbildung 4-28: LED-Streifen aus der Bodenperspektive des peripheren Bewertungsfeldes
Der LED-Streifen erstreckt sich über die volle Breite der rückwärtigen Abschattung im Aufbau von
PV#2 (vgl. Abb. 4-25), um eine über die Breite des peripheren Bewertungsfeldes gleichmäßige
Umfeldausleuchtung zu schaffen. Das Leuchtmittel kann über 8 Stufen gedimmt werden. Im Versuch
wird Stufe 2 (Stufe 1 liefert den niedrigsten Lichtstrom) gewählt. In Abb. 6-16 (Anhang) ist das
Ergebnis der spektralen Vermessung des LED-Leuchtmittels aufgeführt.
139
Aufmerksamkeitsbelastende Lenkaufgabe
Abb. 4-26 zeigt die bereits in PV#1 genutzte foveale Projektion (foveales Adaptationsfeld) inklusive
der kognitionsbelastenden Lenkaufgabe in Form der über das Eingabegerät zu balancierenden
farbigen Ringe. Während die beiden roten Ringe in PV#1 einer reinen Sinusschwingung folgen, wird
die Kognitionsbelastung in PV#2 erhöht, indem der Sinusgrundschwingung eine höher frequente
weitere sinusförmige Schwingung überlagert wird.
Die erschwerte Aufmerksamkeitsbelastung scheint auf Grund der nun größeren und dynamischen
Objekte im peripheren Bewertungsfeld sowie einer grundsätzlich überschwelligen Darbietung der
Reize geboten. Die Sinusschwingung der in PV#1 genutzten Lenkaufgabe weist eine Durchlaufzeit von
8 s pro vollen Zyklus auf. Die in PV#2 der aus PV#1 überlagerten Schwingung weist eine Durchlaufzeit
von 3 s pro vollen Zyklus auf. Die Überlagerung führt zu unvorhersehbaren Bewegungen der roten
Kreise, was die Kognitionsbelastung spürbar erhöht.
Regengeräusch
Voruntersuchungen haben die Vermutung akustischer Einflüsse auf die Zeitmessung bestätigt.
Testpersonen berichteten, die Schritte des Versuchshelfers, der als lebensechtes Sehobjekt im
peripheren Bewertungsfeld zum Einsatz kommt, akustisch wahrnehmen zu können.
Zur Unterbindung des Störeinflusses werden ein Paar Aktivlautsprecher unmittelbar hinter den
Probanden auf 0,8 m Höhe positioniert. Die akustische Einspielung eines monotonen Regen-
geräusches bei laufender Studie gewährleistet jedweden akustischen Einfluss ausschließen zu
können. Der Schalldruck der Geräuschkulisse wurde messtechnisch zu durchschnittlich 56 dB(A)
bestimmt. Das neu angeschaffte Gerät zur Messung des Schalldrucks (Trotec BS 15) und die
eingesetzten Aktivlautsprecher sind in Abb. 4-29 zu sehen.
Abbildung 4-29: Schalldruckmessung mit TROTEC BS 15. Maximalwert Regengeräusch 57,3 dB(A)
140
4.3.4 Durchführung
Der Versuchsablauf von PV#2 ist der Versuchsdurchführung von PV#1 vergleichbar. Hierzu gehören
(1) Dunkeladaptationszeit, (2) Abfrage persönlicher Daten und (3) Instruktionen an den Teilnehmer,
sowie (4) Vertraut machen mit dem Eingabegerät und der Aufgabenstellung. Es sei dementsprechend
auf die in Abs. 4.1.4 genannten Details verwiesen. Hingegen erfolgt die Darbietung der Sehreize im
peripheren Bewertungsfeld in PV#2 dynamisch, was einen wesentlichen Unterschied zu der in PV#1
gewählten Verfahrensweise darstellt.
Jeder Versuchstag untergliedert sich in (abwechselnd) (a) Versuchsdurchlauf und (b) bildaufgelöste
Leuchtdichtemessungen des (1) fovealen Adaptationsfeldes, sowie des (2) peripheren Bewertungs-
feldes. Hierbei kommen dieselben Leuchtdichtemesskameras der Firma Technoteam zum Einsatz wie
in PV#1. Für Details und gerätespezifische Messunsicherheitsbetrachtung vgl. Abs. 4.1.3 und 4.1.5.
Aufgabenstellung
Die Versuchsteilnehmer haben zwei Aufgaben zeitgleich zu erledigen (vgl. Probandeninstruktion, An-
hang). Während dynamische Sehreize im peripheren Gesichtsfeld erscheinen, auf die der Teilnehmer
durch unmittelbaren Tastendruck am Eingabegerät zu reagieren hat, ist die Lenkaufgabe (nach
MOSER [Mos75]) zu absolvieren. Die Lenkaufgabe erfüllt drei Zwecke: Vergleiche hierzu Abs. 4.1.4.
Periphere Sehreize
Der Reiz im peripheren Bewertungsfeld erscheint in Form einer durch variierte Markierungslichtspots
beleuchteten Person. Die Person ist schwarz gekleidet, trägt eine Skimaske und schwarze Hand-
schuhe. Die Person (Körpergröße 1,85 m) erscheint bei Sehobjektwinkel Θ = 30° und durchläuft das
periphere Bewertungsfeld m, um bei Sehobjektwinkel Θ = 50° den für den Rezipienten einsehbaren
Bereich zu verlassen (vgl. Abb. 4-25).
In PV#2 erscheinen alle peripheren Sehreize überschwellig. Jeder einzelne Reiz wird erkannt. Die
Sehreize werden im Augenwinkel detektiert, es erfolgt keine Blickabwendung von der fovealen
Lenkaufgabe. Jede Sehreizvariante (vgl. Tab. 4-9) erscheint pro Hauptversuchsreihe drei Mal.
Der Bezug zur realen Verkehrssituation wird durch die Nutzung der Kleidungsstücke Handschuhe und
Skimaske eingeschränkt (Hautreflexionsgrad). Beide Kleidungsstücke sind für den Laborversuch (ohne
blendendes Gegenlicht) unverzichtbar, um messbare Reaktionszeitunterschiede der auf die Labor-
bedingungen adaptierten Versuchsteilnehmer bei variierten Beleuchtungsstrategien zu erheben.
Versuchsreihen
Probandenstudie PV#2 ist in vier Versuchsreihen aufgeteilt. Zwischen den einzelnen Versuchsreihen
erfolgen Pausen von je 180 s. Die Hauptversuchsreihen R, H und V (Tab.4-9) werden den Teil-
nehmern in wechselnder Reihenfolge dargeboten. Eine Versuchsreihe beinhaltet zwischen zwölf und
13 Darbietungen, die den Reizempfangenden zu nicht äquidistanten Zeitpunkten gezeigt werden. Die
einzelnen Darbietungen erfolgen mit Unterbrechungszeiten zwischen 25 Sekunden und 50 Sekunden.
141
Jede Versuchsreihe dauert zwischen 9,5 min und 10 min an. Somit ergibt sich eine Gesamtversuchs-
dauer von maximal 48 Minuten von Beginn der ersten Versuchsreihe bis zum Ende der letzten.
Die Versuchsreihen sind in die Versuchsreihe Training (T), kreisrunder Spot (R), horizontale Balken (H)
oder vertikale Balken (V) unterteilt. Während in der Trainingsversuchsreihe verschiedene Spotmuster
gemischt dargeboten werden, erfolgt die Darbietung der Reize in den folgenden Reihen separiert
nach rund, horizontal und vertikal. Tab. 4-9 gibt detaillierte Übersicht der Sehreizabfolge in den
Versuchsreihen T, R, H und V.
Tabelle 4-9: Versuchsreihen PV#2 - Abfolgesequenz der ML-Muster
Bezeichner
Abfolgesequenz
T
R
H
V
Alle verwendeten Spotleuchtdichten in PV#2 weisen Leuchtdichten auf, die zu Kontrasten von C = 0,8
führen (vgl. Abs. 4.3.5). Ausnahmen sind die Spotvarianten Max (C = 19) und bright (C = 1,64).
Tabelle 4-10: Legende zu Tabelle 4-9
5 Hz blinken
bright
dark
142
Die Versuchsreihen werden den Probanden in drei unterschiedlichen Reihenfolgen (T-R-H-V, T-V-R-H,
T-H-V-R) präsentiert. Die unterschiedlichen Reihenfolgen werden zu je acht, acht und acht gezeigt (24
Teilnehmende).
Lateinisches Quadrat
Das Lateinische Quadrat erlaubt die Randomisierung einer wiederkehrenden Abfolge von Symbolen.
Dies können bspw. die Zahlen 1 bis 4 oder die Auswahl der Reihenfolge der Darbietungsvarianten in
PV#2 sein (vgl. Tab. 4-9).
Versuchsablauf
Jede Versuchsperson absolviert das Experiment in einer Einzelsitzung. Der zeitliche Aufwand für den
Teilnehmer beträgt in etwa eine Stunde. Durch die Aufgabenstellung hervorgerufen Ermüdungs-
erscheinungen sind im Hinblick auf das zeitliche Ausmaß eines Versuchsdurchlaufs unwahrscheinlich.
Der Versuch unterteilt sich in (1) vorbereitende Maßnahmen und (2) Messung der Reaktionszeiten in
den Hauptversuchsreihen. Bestandteil der Versuchsvorbereitung ist der Hinweis an jeden Teil-
nehmenden, das eigene Mobiltelefon auszuschalten.
Die Versuchsvorbereitung unterteilt sich zeitlich in (a) schriftliche Abfrage persönlicher Daten, (b) In-
struktionen an den Probanden und (c) Vertrautmachen mit dem Eingabegerät und der Lenkaufgabe.
Beim Verlassen des Versuchsvorraumes und Betreten des Versuchsraumes ist das foveale Adap-
tationsfeld bereits auf die im Versuch vorherrschende Leuchtdichte (vgl. Tab. 4-11) eingestellt. Nach
Positionierung des Teilnehmenden erfolgen Instruktionen zum Eingabegerät. Der Teilnehmer wird
nun vom Versuchsleiter aufgefordert die Lenkaufgabe per Tastendruck zu starten.
Aufgrund der erschwerten Aufmerksamkeitsbelastung durch die Lenkaufgabe (vgl. Abs. 4.3.3) wird
dem Teilnehmer ausreichend Zeit zur gründlichen Einübung gewährt. Der Versuchsleiter weist den
Teilnehmenden ausdrücklich an, möglichst sanfte Lenkbewegungen auszuführen, sodass der zu
balancierende Kreis seiner mittleren Ruheposition möglichst nahe bleibt
15
. Die Vergleichbarkeit der
Kognitionsbelastung unter allen Teilnehmenden wird auf diese Weise kontrolliert, evtl. durch die
Lenkaufgabe bedingten Ermüdungserscheinungen werden entgegen gewirkt. Der Versuchsleiter
überwacht den Einübevorgang bis ein gefestigter Umgang mit Eingabegerät und Lenkaufgabe
erkennbar ist (erkennbar durch sanftes Lenken ohne hektische Bewegungen).
Nach eingeübter Lenkaufgabe wird mit den Instruktionen zur Reaktion auf Sehreize in der Peripherie
fortgefahren. Die Instruktionen erfolgen von nun bei deaktivierter fovealer Projektion (Lenkaufgabe),
sodass die Aufmerksamkeit des Teilnehmers voll und ganz auf die verbalen Ausführungen des
Versuchsleiters gelenkt wird (vgl. Probandeninstruktionen Anhang).
15
Ausschweifende Lenkbewegungen erhöhen die Kognitionsbelastung, das Balancieren wird unruhig und hastig
143
Nach Abschluss der Instruktionen wird dem Teilnehmer bis zum Start der Trainingsversuchsreihe das
Einüben der Lenkaufgabe für weitere ein bis zwei Minuten ermöglicht. Daraufhin erfolgt eine letzte
Rückfrage des Versuchsleiters an den Teilnehmer, ob mit dem Versuch nun begonnen werden kann.
Bei positiver Rückantwort erfolgen die Aktivierung des Regengeräusches (Abs. 4.3.3) und der Beginn
der Trainingsversuchsreihe. Ab nun hat der Proband simultan die Lenkaufgabe zu erfüllen und auf
periphere Sehreize per Tastendruck zu reagieren.
Der Versuchsablauf von PV#2 erfolgt teilautomatisiert: Vollautomatisch erfolgen (1) Spotbeleuchtung
auf die Person (Versuchshelfer) im peripheren Bewertungsfeld (Abb. 4-20), die kontrollierte (2) Zeit-
unterbrechung zwischen den einzelnen Reizdarbietungen, sowie die (3) Messung der (a) Durchlauf-
und (b) Reaktionszeiten, gefolgt von der (c) automatische Speicherung der erhobenen Messwerte.
Nicht automatisiert ist die Rolle des Versuchshelfers im peripheren Bewertungsfeld. Seine Aufgabe
besteht darin, sich selbst (1) hinter dem Sichtschutz zu positionieren (vgl. Abb. 4-25, violettes Kreuz)
und das Signal abzuwarten, dass die Unterbrechungszeit bis zur nächsten Darbietung abgelaufen ist.
Daraufhin setzt sich der Versuchshelfer in (2) Bewegung, erscheint an der Kante der Abschattung, um
in den für den Teilnehmer unverdeckten Bereich des peripheren Bewertungsfeldes (bei Θ = 30°) ein-
zutreten, zu durchschreiten und bei Θ = 50° hinter der nächsten Abschattung zu verschwinden. Die
Kontrolle der Sehobjektpositionen Θ erfolgt wiederum durch die erzwungene Blickfokussierung des
Probanden auf die Lenkaufgabe. Die zentrale Sehachse schwenkt der Lenkaufgabe folgend
geringfügig horizontal (vgl. Abs. 4.1.6).
Leuchtdichtemessungen foveal und peripher erfolgen vor und nach den Reaktionszeitmessungen der
Probanden (zwischen den Versuchen). Sofern die Leuchtdichte des fovealen Adaptationsfeldes um
mehr als 5 % vom Sollwert abweicht, erfolgt eine Angleichung durch Grauwertänderung in der
Steuerungssoftware.
Der Ablauf einer jeden Versuchsreihe in PV#2 folgt einem sich wiederholenden Muster von teilauto-
matisierten Vorgängen. Hieran beteiligt sind (1) eine Person (Versuchshelfer als Sehobjekt) und das
auf die (2) bildbasierte Personenerfassung und -verfolgung (Tracking) abgestimmte Markierungslicht-
system. Die Darbietung eines einzelnen Sehreizes innerhalb einer Versuchsreihe geschieht auf Basis
folgend dargelegter Abfolge:
(1) Positionierung des Versuchshelfers (Abb. 4-25, Markierung violett), linker Fuß an Positions-
marke auf dem Fußboden.
(2) Automatische Erfassung der Person durch den Sensor. Folge: Die Position wird alle 33 ms
aktualisiert und liegt dem System somit quasikontinuierlich vor. Die erfolgreiche Erfassung
144
wird dem Versuchshelfer durch eine Bounding Box im Sensorbild auf dem Kontrollmonitor in
Sichtweite angezeigt.
(3) Die per Versuchsplan vordefinierte Pausenzeit bis zum Start der nächsten Darbietung wird
auf dem Kontrollmonitor dekrementiert.
(4) Das Signal zum Start der nächsten Darbietung an den Versuchshelfer erfolgt visuell.
(5) Der Versuchshelfer betritt den aus Perspektive des Teilnehmers einsehbaren Bereich des
peripheren Bewertungsfeldes mit dem rechten Fuß beginnend. Hierbei wird Lichtschranke 1
überschritten (Abb. 4-27, violett gepunktete Linie). Die Zeitmessung startet.
(6) Beim Durchschreiten des peripheren Bewertungsfeldes wird der Versuchshelfer dynamisch
Lichtspotmarkiert. Das jeweilige Spotmuster verhaftet der Bewegung des Versuchshelfers
folgend auf dessen Oberkörper.
(7) Die Entdeckung des peripheren Sehreizes wird vom Teilnehmer durch Klick am Eingabegerät
mitgeteilt. Die gemessene Reaktionszeit wird unmittelbar abgespeichert.
(8) Beim Verlassen des aus Perspektive des Rezipienten einsehbaren Bereichs im peripheren
Bewertungsfeld passiert der Versuchshelfer Lichtschranke 2 (Abb. 4-27, grün gepunktete
Linie). Die Durchlaufzeit Δtd wird automatisch abgespeichert.
(9) Der Versuchshelfer begibt sich zurück zu seiner Ausgangsposition (Abb. 4-25, Kreuz in Farbe
violett). Bis zum Ende der Versuchsreihe werden die Schritte (1) bis (9) zyklisch wiederholt.
Versuchsparameter
Tabelle 4-11 stellt eine Übersicht der in PV#2 konstanten Versuchsparameter dar. Die Objektposition
Θ ist variabel in den Grenzen von Θ = 30° bis Θ = 50°.
Tabelle 4-11: Übersicht der konstanten Versuchsparameter (PV#2)
Bezeichner
Wert des Parameter
Beschreibung
Af
1,17 m x 0,72 m (10,5° x 6,5°)
Abmessungen der fovealen Projektion (b x h)
dak
6,37 m
Akkommodationsabstand
tad
> 13 min
Dunkeladaptationszeit
Lad, f
1,0 cd/m²
Foveale Adaptationsleuchtdichte
Θ
30°… 50°
Objektposition
hoc
1,25 m
Augenhöhe des Probanden
ht
1,23 m
Höhe der Lenkaufgabe Projektion
Versuchszeitraum
Die Versuche finden zwischen dem 19. und 26. April 2017 werktags zwischen 10:00 und 17:00 Uhr im
Lichttechnischen Laborraum E 224 der TUB statt.
145
Probandenkollektiv
Das Probandenkollektiv besteht aus 24 Teilnehmenden im Alter von 29 bis 50 Jahren. Das Kollektiv
besteht aus 6 weiblichen und 18 männlichen Teilnehmenden. Vergleiche hierzu Abb. 4-30.
Abbildung 4-30: Altersstruktur des Probandenkollektivs in PV#2
146
4.3.5 Fehler und Messunsicherheiten
In PV#2 werden dieselben Leuchtdichtemessgeräte für die Messungen im (a) fovealen Adaptations-
feld und (b) peripheren Bewertungsfeld wie in PV#1 eingesetzt, ebenso wird die kognitionsbelas-
tende Lenkaufgabe aus PV#1 (Abs. 4.1.4) übernommen. Für die hierdurch hervorgerufenen geometri-
schen Abweichungen und die photometrische Messunsicherheit sei daher auf Abs. 4.1.5 verwiesen.
In PV#2 werden dieselben Digitalprojektoren als Lichtquellen für die foveale und periphere
Projektion wie in PV#1 verwendet. Die Probandenversuche starten wiederum frühestens 120 Minu-
ten nach Kaltstart der Projektoren. Für das Anlaufverhalten der Lichtquellen vergleiche Abs. 4.1.3.
Leuchtdichteunsicherheit in Abhängigkeit des Betriebszustands der Lichtquelle
Im Laufe der Probandenstudie PV#2 erfolgen pro Versuchstag zwischen einer und drei bildauf-
gelösten Leuchtdichtemessreihen (insgesamt zehn Messreihen). Vermessen werden das (1) foveale
Adaptationsfeld und das (2) periphere Bewertungsfeld. Die Anzahl der Messungen richtet sich nach
Probandenaufkommen pro Versuchstag. Die Messungen erfolgen entweder vor oder unmittelbar
nach einem Versuchsdurchlauf, i.d.R. inmitten zweier. Der Zeitversatz zwischen Messung und
Darbietung im Versuch liegt daher bei unterhalb einer Stunde. Für die Messungen im peripheren
Bewertungsfeld dient die Leuchtdichtekamera LMK 98-4 color der Firma Technoteam als Messgerät.
Im Zuge jeder Messreihe werden insgesamt fünf Messungen (peripher) erhoben, jeweils eine
bildaufgelöste Messung für die Variante: ML off, dark, bright, hori, vert. Die Varianten dark und
bright repräsentieren kreisrunde Markierungslichtspots unterschiedlicher Leuchtdichten. Die
Spotvarianten hori und vert repräsentieren horizontale und vertikale Balkenmuster, deren Leucht-
dichte der von dark äquivalent ist (Äquivalenz ergibt sich aus identischem Lichtstrom durch identi-
sche Pixelgrauwerte d. ML-Projektion). Die Messungen entstehen im Zeitraum 19. bis 26. April 2017.
Abb. 4-31 (links) zeigt die Gesamtheit (10 Messreihen zu 5 Einzelmessungen, peripher) der im o.g.
Zeitraum auf Basis der Leuchtdichtemessungen ermittelten Kontraste für die Spotvariante bright. Die
stärkste Abweichung vom Mittel (C = 1,81) stammt von der Leuchtdichtemessung am Montag-
morgen. Die Messung erfolgte zu früh nach Einschalten des Digitalprojektors. Der abgegebene
Lichtstrom hatte sich noch nicht in den warmen Betriebsmodus eingependelt. Vgl. hierzu Abs. 4.1.3.
Abb. 4-31 (rechts) zeigt das Sehobjekt (schwarz gekleidete Person) im peripheren Bewertungsfeld.
Zusätzlich zu schwarzer Kleidung trägt die Person in schwarze Handschuhe und eine schwarze
Skimaske. Der kreisrunde ML-Spot trifft auf dem Oberkörper der schwarz gekleideten Person im
peripheren Bewertungsfeld auf. Die Unterkante des Markierungslichtspots befindet sich im
Bauchnabelbereich, die Oberkante streift das Kinn der Person. Der im Bild linke Anteil des
Markierungslichtflecks trifft auf der Rückwand des peripheren Bewertungsfeldes auf, was den
vertikalen Versatz erklärt.
147
Abbildung 4-31: Spotvariante bright – Alle Messungen über den Versuchszeitraum, ermittelte Kontraste (links), einzelne
Leuchtdichtemessung vom 25. April 2017 um 15:00 Uhr (rechts); Objektposition: Mitte des peripheren Bewertungsfeldes
Aus Abb. 4-31 (rechts) ist die Leuchtdichteinhomogenität des Markierungslichtspots deutlich zu
erkennen. Die Leuchtdichte variiert in Abhängigkeit des Auftreff- und Reflexionswinkels des Lichts.
Aufgrund der in PV#2 gewählten Geometrie zwischen dem Standort der Person (Sehobjekt) und dem
Montageort der Markierungslichtquelle (vgl. Abb. 4-25), ergeben sich die maximalen (dominieren-
den) Leuchtdichten im Bereich der (I) Schulter, des (II) linken Oberarms und (III) linken Brustbereichs
(vgl. Abb. 4-31). Das Farbbild aus Abb. 4-32 bietet die Möglichkeit zu einem geometrischen Vergleich
mit der Leuchtdichteaufnahme aus Abb. 4-31. Am unteren rechten Rand des Leuchtdichtebilds (Abb.
4-31) sind die im Versuchsraum installierten Randmarkierungen deutlich zu erkennen (vgl. Abb. 4-32)
Abbildung 4-32: Peripheres Bewertungsfeld PV#2
148
Die Kante zwischen Boden und Rückwand des peripheren Bewertungsfeldes (parallel zu den genann-
ten Bodenmarkierungen) lässt sich in Abb. 4-31 ebenso wiederfinden. Lediglich erahnen lassen sich
die Füße der Person.
Für die in den Leuchtdichtebildern (Abb. 4-31; Abb. 4-33) gewählten Regionen für Objekt- und Um-
feldleuchtdichte zur Ermittlung des Kontrastes (nach Weber) werden folgende Konventionen fest-
gelegt: Für die (1) Objektleuchtdichte Lo: Die Region befindet sich (a) auf der Person, nicht auf dem
Umfeld (Rückwand), weiterhin wird der (b) dominierende Bereich ausgewählt. Für die (2) Umfeld-
leuchtdichte Lu: Die Region befindet sich (a) auf der Rückwand in (b) einem Bereich, in dem keine
Spotleuchtdichte auftrifft, (c) so nahe wie möglich vor der Person (vgl. Abb. 4-31).
Die Unsicherheit bei der Bestimmung des Kontrastes wird von verschiedenen Einflussgrößen
geprägt. Wesentliche Einflussgröße ist die Pose der Person. Um diesen Einfluss zu reduzieren,
positioniert sich die Person im peripheren Bewertungsfeld für sämtliche Leuchtdichteaufnahmen an
einer dafür vorgesehene Markierung am Fußboden. Dennoch erzeugen geometrische Abweichungen
Unterschiede der gemessenen Leuchtdichte. Hierzu gehören translatorische und rotarische
Bewegungen mit dem Oberkörper. Würde die Person ihren Oberkörper in Richtung Leuchtdichtmess-
kamera verdrehen, ergäben sich wiederum abweichende Messwerte.
Abb. 4-33 (links) zeigt die im o.g. Zeitraum über die Leuchtdichtemessungen ermittelten Kon-
traste für die Spotvariante off. Neun der zehn Messungen bewegen sich im Bereich C = [0,435; 0,5].
Abbildung 4-33: Spotvariante off - Alle Messungen über den Versuchszeitraum, ermittelte Kontraste (links), bildaufgelöste
Leuchtdichtemessung vom 25. April 2017 um 15:00 Uhr (rechts); Objektposition: Mitte des peripheren Bewertungsfeldes
149
Abb. 4-33 (rechts) zeigt die bildaufgelöste Leuchtdichtemessung für die Spotvariante off (25. April
2017, 15:00 Uhr). Die Silhouette der Person in der Szene kann lediglich noch erahnt werden. Deutlich
sichtbar ist die erhöhte Leuchtdichte auf der linken Schulter (Region 1 in Abb. 4-33). Bei deakti-
viertem ML-Spot wird das Sehobjekt lediglich von dem herunter gedimmten LED-Streifen beleuchtet,
der die herkömmliche Straßenbeleuchtung modelliert.
Vergleicht man die Leuchtdichten der Bodenmarkierungen in Abb. 4-31 und Abb. 4-33, wird ersicht-
lich, dass diese vorrangig von dem (für jede Spotvariante unverändert leuchtenden) LED-Streifen
stammen.
Ein weiterer Grund für die in Abbildung 4-33 (links) dargestellte Streuung der Kontraste ist die Mess-
unsicherheit der Leuchtdichtekamera (LMK 98-4 color) aufgrund der sehr niedrigen Leuchtdichten im
Bereich von 0,5 mcd/m² bis 0,75 mcd/m². Zu berücksichtigen ist in diesem Kontext die Kalibrierung
des Leuchtdichtemessgeräts bei wesentlich höheren Leuchtdichten. Die Messung erfolgt, wie in dem
verrauschten Bild (Abb. 4-33, rechts) zu sehen, an der unteren Messbereichsgrenze.
Unsicherheit bei Messung der Durchlaufzeit
Die Unsicherheit bei Messung der Durchlaufzeit elap (über zwei Lichtschranken) ergibt sich, bedingt
durch die vorgegebene Abtastrate des Sensors (Abs. 4.2), zu
elap = max{ 2 ∙|esamp|} = 2 ∙ 16,67 ms = 33,34 ms.
Die Messung der Durchlaufzeit des Sehobjekts im peripheren Bewertungsfeld erfolgt durch
Differenzbildung der Zeitpunkte t1 (Passieren Lichtschranke 2) und t0 (Passieren Lichtschranke 1).
Vergleiche hierzu Abb. 4-27. Maßnahmen, um die Durchlaufzeit so (reproduzierbar) konstant wie
möglich zu halten sind eine (a) Markierung am Fußboden (Abb. 4-25, violettes Kreuz) als Startpunkt
und die Maßgabe für den Versuchshelfer den Durchlauf stets (b) mit dem rechten Fuß zu beginnen.
Die Durchlaufzeit wird unmittelbar nach jedem Durchlauf auf dem Kontrollmonitor angezeigt.
Zeitlicher Versatz (Offset) 1. Lichtschranke bei noch verdecktem Sehobjekt
Aus Abb. 4-27 ist ersichtlich, dass die erste Lichtschranke passiert, also die zu stoppende Zeit
gestartet wird, obwohl das Objekt noch durch die Abschattung verdeckt ist. Die Lichtspotmarkierung
beginnt, sobald das Sehobjekt (anteilig) aus der Perspektive des Versuchsteilnehmers zu sehen ist.
Das Objekt ist anfangs noch teilweise verdeckt, während es sich hinter der Abschattung bei Θ = 30° in
Abb. 4-27 hervor bewegt.
Die gemessene Reaktionszeit tr bezieht sich jedoch auf die Zeitdifferenz zwischen erster Licht-
schranke und Klick des Probanden. Hierin ist das zeitliche Offset (Sehobjekt aus Perspektive des
Versuchsteilnehmers verdeckt) noch enthalten. Will man die tatsächlichen Reaktionszeiten zwischen
Klick am Eingabegerät und teilweiser bzw. vollständiger Sichtbarkeit (Obj. nicht mehr verdeckt) des
Objekts betrachten, müssen die in Abbildung 4-34 aufgeführten zeitlichen Offsets in Abhängigkeit der
150
Objektposition berücksichtigt werden. In Abs. 4.3.7 (Diskussion) werden die bereinigten Messwerte
(nach Abzug des zeitlichen Offsets) dargestellt.
Abbildung 4-34: Objektposition und zugehöriger Zeitpunkt (nach passieren der 1. Lichtschranke) mit Streuung – v.l.n.r:
Objekt zu 50 % verdeckt (rot), Objekt erstmals unverdeckt (blau), Lichtschranke 2 (grün)
Aus Abb. 4-34 (links) ist ersichtlich, dass das Objekt bei 0,54 s nach Passieren der ersten Licht-
schranke (Zeit wird gestartet) noch zu 50% verdeckt ist. Nach 1,1 s ist das Objekt nicht mehr (zu 0%)
verdeckt. Die 2. Lichtschranke wird bei 4,9 s passiert (Abb. 4-34, rechts).
Weiterhin ist aus Abb. 4-34 ersichtlich, dass die zeitliche Streuung der Messwerte mit zurückgelegter
Wegstrecke breiter wird, was nicht verwundert. Während die Standardabweichung bei zu 50%
verdecktem Objekt σ = 0,03 s und bei zu 0% verdecktem Objekt σ = 0,04 s beträgt, gilt für die
Streuung der Messwerte bei Passieren der 2. Lichtschranke σ = 0,15 s.
Objekt verdeckt
Objekt verdeckt
151
4.3.6 Darstellung der Ergebnisse
Die in Abb. 4-35 aufgeführten Reaktionszeiten gelten für den kreisrunden Markierungslichtspot.
Dargestellt ist die generelle Wirkung der Objektleuchtdichte Lo (in aufsteigender Reihenfolge: off-
dark-bright-max) auf die Reaktionszeit tr. Das Ergebnis ist hochsignifikant
16
(p < 0,05) und führt zur
Annahme der Hypothesen H2a und H2b. Gegenüber deaktiviertem (off) Markierungslichtfleck
reduziert sich die mittlere Reaktionszeit bei niedriger (dark) Objektleuchtdichte um 430 ms. Bei
hoher (bright) Objektleuchtdichte reduziert sich die Reaktionszeit um 240 ms gegenüber niedriger
Objektleuchtdichte und um 670 ms gegenüber deaktiviertem Markierungslichtfleck. Bei maximaler
(max) Leuchtdichte ergibt sich ein Reaktionszeitvorteil von 320 ms gegenüber hoher und 560 ms
gegenüber niedriger Markierungsleuchtdichte, gegenüber deaktiviertem Markierungslichtfleck
vermindert sich die Reaktionszeit um 990 ms.
Die Reaktionszeitdifferenzen ausgesuchter Spotvarianten sind in Tab. 4-12 aufgeführt.
Abbildung 4-35: Kreisrunder Markierungsspot: Reaktionszeit über verschiedenen Spotleuchtdichteniveaus
In Abb. 4-36 ist die mittlere Reaktionszeit tr über dem Kontrast C für den kreisrunden Markierungs-
spot in halblogarithmischer Form und ohne Streuung dargestellt. Die Messwerte folgen der Rezi-
proken Funktion 1/x und sind den in Abb. 4.35 dargestellten Ausprägungen (off-dark-bright-max)
zugehörig.
16
Bei Anwendung des Kolmogorov-Smirnov-Tests auf die Daten wurde die Nullhypothese nicht abgelehnt,
somit ist von einer Normalverteilung auszugehen.
152
Abbildung 4-36: Einfluss von Kontrast C auf die Reaktionszeit tr (kreisrunder Spot); Streuung der Ergebnisse: vgl. Abb. 4-35
Spotmuster
Abb. 4-37 zeigt die Gegenüberstellung der empirisch ermittelten mittleren Reaktionszeiten für
verschiedene geometrische Muster des Markierungsspots.
Abbildung 4-37: Mittlere Reaktionszeiten verschiedener geometrischer Muster des Markierungsspots; Variante bright weist
eine höhere Spotleuchtdichte als die übrigen drei dargestellten Varianten auf, deren Leuchtdichten identisch sind
off
dark
bright
max
153
Die drei Spotvarianten hori (horizontales Balkenmuster), dark (kreisrunder Markierungsspot) und vert
(vertikales Balkenmuster) weisen identische Objektleuchtdichten Lo auf, während bright (kreisrunder
Spot) heller leuchtet (vgl. Abb. 4-37). Der Vergleich der Reaktionszeiten zwischen hori, dark und vert
weist keine statistisch signifikanten Unterschiede auf, womit die Hypothese H3 zu verwerfen ist.
Pulsation
Abb. 4-38 zeigt die empirisch ermittelten Reaktionszeiten für den kreisrunden Markierungsspot. An
zweiter Stelle von rechts sind die Werte für die blinkende Variante (5 Hz) dargestellt. Es konnte kein
signifikanter Unterschied zu der nicht blinkenden (Abb. 4-38, 2.v.l.) Referenz (dark) identischer
Objektleuchtdichte gefunden werden. Dies wiederspricht der Erwartung, da bei HIRATSUKA [Hir16] ein
deutlicher Reaktionszeitvorteil der mit 5 Hz pulsierenden gegenüber niederfrequenter (2 Hz) oder
nicht pulsierender Muster erzielt wurde.
Die ebenfalls bei 5 Hz blinkenden horizontalen und vertikalen Balkenmuster ergaben
wiederum keinen signifikanten Reaktionszeitunterschied zu den jeweilig nicht pulsierenden
Referenzmustern (Abb. 4-39 und 4-40). Die Hypothese H4 ist daher zu verwerfen.
Abbildung 4-38: kreisrunder Markierungsspot bei unterschiedlichen Spotleuchtdichten; 2.v.r.: Blinkender
Spot (5 Hz) identischer Leuchtdichte zu dark (2.v.l.)
154
Balkenmuster
Gegenüber der Grundlichtverteilung (ML off) ergibt sich mit dem horizontalen Balkenmuster eine
Tendenz für einen Unterschied (Abb. 4-39). Bei vertikalem Balkenmuster ist analoger Vergleich
hochsignifikant (Abb. 4-40). Bei keinem der angewandten Balkenmuster konnten signifikante
Unterschiede zwischen zeitlich konstanter Darbietung (0 Hz), einfachem pulsieren bei 5 Hz und
alternierender Balkenpulsation (5 Hz) gefunden werden. Die Mittelwerte weichen geringfügig
voneinander ab (Abb. 4-39 und 4-40).
Abbildung 4-39: Markierungslicht als horizontales Balkenmuster: zeitlich konstant (hori),
bei 5 Hz pulsend (blink), alternierend gepulst (alt) bei 5 Hz
Insgesamt sechs der 24 Teilnehmenden gaben nach Beendigung des Versuchs ohne Rück-
frage des Versuchsleiters an, dass blinkende Reize im Moment der Detektion (Sehobjekt erscheint bei
Θ = 30°) vorerst nicht als blinkend wahrgenommen wurden. Erst nach einem weiteren Moment,
wurde das sich in Richtung Objektposition Θ = 50° dynamisch weiter bewegende Sehobjekt als
pulsierender Lichtreiz (bewusst) erkannt. Diese Rückmeldung einzelner Versuchsteilnehmer deutet
auf eine stärkere Empfänglichkeit der weiter peripheren Rezeptoren auf pulsierende Reize hin.
155
Abbildung 4-40: Markierungslicht als vertikales Balkenmuster: zeitlich konstant (vert),
bei 5 Hz pulsend (blink), alternierend gepulst (alt) bei 5 Hz
156
4.3.7 Diskussion
Die folgende Diskussion untergliedert sich in zwei Abschnitte. Vorerst werden die Messergebnisse
der Vielzahl an Darbietungsvarianten (aus PV#2) betrachtet. Eine Übersicht und ein Vergleich ausge-
suchter Reaktionszeiten finden sich in Tab. 4-12. Die Messergebnisse ausgewählter Reizdarbietungen
aus PV#2 werden anschließend mit den von HIRATSUKA [Hir16] ermittelten Werten verglichen,
weiterhin werden Übereinstimmungen und Diskrepanzen besprochen.
Vergleich der Reaktionszeiten (PV#2)
Im Rahmen der Probandenstudie PV#2 werden 11 Darbietungsvarianten des dynamischen Markie-
rungslichtspots verglichen (Tab. 4-9). Als Bewertungskriterium dient die mittlere Reaktionszeit, mit
Hilfe derer die Forschungshypothesen 2 bis 4 beantwortet werden. Als Referenz zu allen ermittelten
Reaktionszeiten dient die Variante Markierungslicht deaktiviert (ML off), lediglich ein herunter
gedimmter LED-Streifen (vgl. Abs. 4.3.3) beleuchtet in diesem Fall das periphere Bewertungsfeld.
ML off
Die nach Spotmuster getrennten Hauptversuchsreihen nutzen allesamt die Variante ML off als Refe-
renz. Die Variante ML off wird somit vergleichsweise am häufigsten gezeigt. Es ergeben sich mittlere
Reaktionszeiten (mRz) von 1,95 s (Versuchsreihe: Spot rund), 1,87 s (Versuchsreihe: Balken horizon-
tal) und 1,97 s (Versuchsreihe: Balken vertikal). Die mRz entspricht generell der o.g. Reaktionszeit tr.
ML rund
Es zeigen sich zwei deutliche Zusammenhänge (vgl. Abb. 4-35): Die mittlere Reaktionszeit (mRz)
vermindert sich bei Einsatz des Spots (dark) um 0,43 s gegenüber deaktiviertem Spot (ML off). Bei
erhöhtem Spotkontrast (bright) reduziert sich die mRz um weitere 0,24 s gegenüber (dark). Zwischen
(ML off) und (bright) ergibt sich demnach ein Reaktionszeitvorteil von 0,67 s.
Horizontale Balken
Die mRz der Variante horizontale Balken (hori) ist um 0,2 s im Vorteil (Abb. 4-39) gegenüber ML
deaktiviert (selbe Versuchsreihe), jedoch um 0,15 s verlängert gegenüber dem kreisrunden
Markierungslichtspot (dark) identischer Spotleuchtdichte (Abb. 4-37 links).
Vertikale Balken
Werden dem Rezipienten die vertikalen Balken (vert) präsentiert, liegt die mRz 0,42 s unter ML off
(selbe Versuchsreihe). Gegenüber Spot rund (dark), also identischer Spotleuchtdichte, verlängert sich
die mRz um geringfügige 0,03 s, die als vernachlässigbar erachtet werden können (Abb. 4-37).
ML max
In allen drei Hauptversuchsreihen dient die Variante Maximale Spotintensität (ML max) zur Ermitt-
lung der minimalen Reaktionszeit. Der Kontrast beträgt C = 19, was deutlich oberhalb der übrigen
dargebotenen Varianten ist. Zur besseren Vergleichbarkeit wird grundsätzlich der runde Spot ange-
wandt. Die mRz ergeben sich zu 0,96 s, 0,98 s und 0,97 s in den 3 Hauptversuchsreihen (Abb. 4-42).
157
5 Hz Pulsation
Die Varianten dark
17
(nicht pulsierend) und blink (5 Hz Pulsation) bei kreisrunder Spotgeometrie
weisen identische Spotleuchtdichten auf. Die mRz der Variante dark ist 0,13 s niedriger als die mRz
der Variante blink. Die mRz wird in diesem Fall durch die Pulsation erhöht (Abb. 4-41 links).
Die mRz der horizontalen Balken (hori) ist 0,1 s niedriger verglichen mit gleichem Muster bei 5 Hz
Pulsation. Bei den vertikalen Balken (vert) erhöht sich die mRz durch 5 Hz Pulsation um 0,06 s
gegenüber dem gleichen nicht pulsierenden Reiz (Abb. 4-41 links).
Abbildung 4-41: Vergleich der mittleren Reaktionszeiten (mRz): nicht pulsierend vs. 5 Hz pulsierend (links);
5 Hz pulsierend vs. 5 Hz Balken alternierend (rechts); Streuung der Ergebnisse (vgl. Abb. 4-37 bis Abb. 4-40)
Aus Abb. 4-41 links ist ersichtlich, dass sich unabhängig von der Spotgeometrie niedrigere Reaktions-
zeiten ergeben, wenn auf die 5 Hz Pulsation verzichtet wird. Dieser Zusammenhang hat bei kreisrun-
der Spotgeometrie das vergleichsweise stärkste Ausmaß. In den Abb. 4-37 bis 4-40 ist die zughörige
Streuung zu den Mittelwerten aus Abb. 4-41 (links) dargestellt. Es zeigt sich: weder der Vergleich der
Spotgeometrien, noch der der 5 Hz Pulsation (blink) führt zu signifikanten Unterschieden der Vari-
anten. Dies gilt ebenso für die verglichenen mRz in Abb. 4-41 (rechts) und Abb. 4-42 (rechts).
Alternierende Pulsation 5 Hz
Alternierende Pulsation verkürzt die Reaktionszeit im Mittel bei horizontalem Balkenmuster um
niedrige 0,08 s gegenüber einfacher Pulsation desselben Musters. Bei vertikalen Balken kehrt sich
dieser Effekt um, die alternierende Pulsation verlängert die mRz um 0,03 s (Abb. 4-41, rechts).
Abbildung 4-42: links: mRz Spot (max); rechts: mRz nicht pulsierend (still) vs. 5 Hz alternierend; Streuung (s.Abb. 4-39/4-40)
17
Spotvariante bright: C = 1,64; Spotvariante dark: C = 0,8 (ebenso alle übrigen; außer max: C = 19) vgl. Tab. 4-8
!
konst
konst
158
Balken im Vergleich
Unabhängig vorherrschender Pulsation ergibt sich bei Vergleich der Balkenmuster ein deutlicher mRz
Vorteil für die vertikalen Balken. Bei einfacher Pulsation ist dieser mit 0,16 s am deutlichsten. Ohne
Pulsation beträgt die Differenz 0,12 s. Selbst bei alternierenden Balken ergeben sich niedrige 0,04 s
Zeitvorteil im Mittel für die vertikale Geometrie (vgl. Tab. 4-12).
Gesamtvergleich
In Tab. 4-12 ist der Vergleich (einer Auswahl) mittlerer Reaktionszeiten (mRz) aufgeführt. Negative
Vorzeichen repräsentieren Reaktionszeitnachteile, also vergleichsweise längere mRz.
Tabelle 4-12: Vergleich der mittleren Reaktionszeiten (mRz) in [ms] – Positive Werte repräsentieren Reaktionszeitvorteile
ML
off
ML
max
Spot rund
horizontale Balken
vertikale Balken
dark
bright
blink
hori
blink
alt
vert
blink
alt
ML off
0
990
430
670
300
200
100
190
420
360
330
ML max
0
Spot
rund
dark
0
240
-130
-150
-30
bright
0
blink
0
40
Balken
horiz.
hori
0
-100
-16
120
blink
0
80
160
alt
0
40
Balken
vertik.
vert
0
-60
-90
blink
0
-30
alt
0
Tab. 4-12 spiegelt zusammenfassend die Reaktionszeitdifferenzen ausgesuchter Vergleiche wieder.
Der kreisrunde ML-Spot mit maximaler Leuchtdichte repräsentiert mit knapp 1 s den stärksten
Reaktionszeitvorteil gegenüber ML deaktiviert. Spot rund (dark) und vertikale Balken (vert) sind mit
430 ms und 420 ms nahezu gleich auf, verglichen mit deaktiviertem Spot (in grün markiert).
Für den kreisrunden Spot mit geringfügig erhöhter Spotleuchtdichte (bright) verglichen mit dem
kreisrunden Spot normaler Spotleuchtdichte (dark) ergibt sich ein Reaktionszeitvorteil von 240 ms.
Der in orange markierte Reaktionszeitvorteil von erst genanntem gegenüber ML deaktiviert schlägt
mit 670 ms zu Buche.
In pink markiert ist ersichtlich, dass pulsierende Reize (blink) grundsätzlich nachteilige Auswirkungen
auf die Reaktionszeit ausüben, verglichen mit der Variante ohne Pulsation. Ebenso der Vergleich der
alternierenden Reize mit den Reizen ohne Pulsation.
159
Vergleich mit HIRATSUKA [Hir16]
HIRATSUKA [Hir16] testet sechs verschiedene Beleuchtungsstrategien mit Fernlicht als Referenz. Bei
den übrigen fünf Beleuchtungsvarianten werden die (1) Pulsationsfrequenz und das (2) Markierungs-
lichtmuster (geometrisch) variiert. Bei der mit 2 Hz pulsenden Variante wird kein Reaktionszeitvorteil
gegenüber der Referenzlichtverteilung ermittelt. Für die mit 5 Hz pulsierenden, verschiedenen
geometrischen Muster (Vollspot, vertikale Balken, horizontale Balken, Schachbrett) ermittelt
HIRATSUKA [Hir16] signifikante Reaktionszeitvorteile gegenüber dem Fernlicht als Referenz. Bei
horizontalen Balkenmuster (im Mittel niedrigste Reaktionszeit) wird sogar ein hochsignifikanter
Unterschied (p < 0,01) gemessen.
Tab. 4-13 zeigt die von HIRATSUKA [Hir16] ermittelten Reaktionszeiten einer Auswahl von
Beleuchtungsvarianten separiert nach Sehobjektposition. Der mit Abstand deutlichste Reaktions-
zeitvorteil wird an der Sehobjektposition peripher rechts bei Θ = 6° gemessen.
Tabelle 4-13: Reaktionszeiten in Abhängigkeit von Objektposition und Lichtverteilung, HIRATSUKA [Hir16]
(der Beobachter fokussiert zwischen Objektposition links und Mitte) – Reaktionszeiten in [ms]
Lichtverteilung
Objektposition
statistische Signifikanz
mit Irrtumswahr-
scheinlichkeit p
links (Θ = 2°)
Mitte (Θ = 2°)
rechts (Θ = 6°)
Fernlicht
1,13
* 1,21
** 1,33
ML Spot (5 Hz)
1,07
1,08
1,15
* p < 0,05
ML Balken (quer, 5 Hz)
1,01
* 1,02
** 1,04
** p < 0,01
Abb. 4-43 stellt die gemessenen Reaktionszeiten von (1) HIRATSUKA [Hir16] und (2) PV#2 dar. Alters-
struktur des Teilnehmerkollektivs und kognitive Belastung sind bei beiden Studien vergleichbar.
Abbildung 4-43: Vergleich der Versuchsergebnisse von HIRATSUKA [Hir16] und PV#2; Grundlichtverteilung Fernlicht (HB) bei
HIRATSUKA [Hir16]; Grundlichtverteilung LED(-Streifen) bei PV#2
160
Die Messwerte von HIRATSUKA [Hir16] (in Abb. 4-43) repräsentieren die gemittelten Reaktionszeiten
über die drei im Versuch gewählten Sehobjektpositionen (vgl. Abs. 3.5 und Abs. 3.6.2). Dem gegen-
über stehen die Reaktionszeiten der in PV#2 bei Θ = 30° peripher erschienenen Sehobjekte. Die in
Abb. 4-43 und Abb. 4-44 dargestellten Ergebnisse zu PV#2 sind um den (durch den Versuchsaufbau
bedingten) zeitlichen Versatz der Reaktionszeiten bereinigt (vgl. Abs. 4.3.5 / Abb. 4-34).
Die Spotvarianten 2 Hz Pulsation und Schachbrettmuster sind kein Bestandteil von PV#2 und daher in
Abb. 4-43 nicht vorhanden.
Abb. 4-44 stellt die gemessenen Reaktionszeiten bei Objektposition Θ = 6° von HIRATSUKA [Hir16] den
Ergebnissen von PV#2 (Objekt erscheint bei Θ = 30°) gegenüber.
Abbildung 4-44: Vergleich der Versuchsergebnisse von HIRATSUKA [Hir16] (Θ = 6°) und PV#2
Beim Betrachten der Ergebnisse aus Tab. 4-13 werden zwei Dinge ersichtlich: Zum einen ist der Reak-
tionszeitvorteil unter Einsatz des Markierungslichts (Balkenmuster horizontal) gegenüber der Refe-
renzlichtverteilung bei peripherer Objektposition (Θ = 6°) am größten. Weiterhin variiert die gemes-
sene Reaktionszeit unter Einsatz des horizontalen Balkenmusters über die Objektpositionen nur sehr
geringfügig. Erstere Beobachtung spiegelt sich auch bei Vergleich der Ergebnisse aus Abb. 4-43 und
Abb. 4-44 wieder: Die von HIRATSUKA [Hir16] gemessene Reaktionszeit bei Referenzlichtverteilung und
Θ = 6° (Abb. 4-44) steigt gegenüber dem über die Objektpositionen gemittelten Ergebnis (Abb. 4-43)
um ca. 0,1 s an, was den stärkeren Zeitvorteil bei Markierungslicht mit sich zieht.
Vergleicht man die Ergebnisse der Referenzlichtverteilung von HIRATSUKA [Hir16] mit dem
Ergebnis aus PV#2 ist in Abb. 4-43 eine Zeitdiskrepanz von 0,25 s zu beobachten, während der
Unterschied in Abb. 4-44 lediglich noch 0,05 s beträgt.
blink5Hz hori5HzRevers (alt)
161
Vergleicht man die in Abb. 4-43 dargestellten Ergebnisse der Spotgeometrien von HIRATSUKA [Hir16]
und PV#2, ergibt sich eine wesentliche Diskrepanz. HIRATSUKA [Hir16] misst bei horizontal blinkendem
Balkenmuster eine im Mittel 70 ms niedrigere Reaktionszeit, verglichen mit dem (bei selber Pulsa-
tionsfrequenz) blinkenden Vollspot. In PV#2 hingegen verlängert sich die Reaktionszeit bei analogem
Vergleich um 40 ms. (vgl. hierzu auch Abb. 4-37). Genannter Unterschied wird für die in Abb. 4-44
dargestellten Ergebnisse (von HIRATSUKA [Hir16]) mit noch größerem Ausmaß (110 ms) bestätigt.
Tab. 4-13 und Abb. 4-37 zeigen: Während das horizontale Balkenmuster bei HIRATSUKA [Hir16] über
alle Objektpositionen gemittelt durchschnittlich 80 ms niedrigere Reaktionszeiten gegenüber der
Vollspotmarkierung bewirkt, verschlechtert sich die Reaktionszeit in PV#2 vergleichsweise um 150
ms. Dies ist insofern unerwartet, als dass der Reaktionszeitunterschied (ΔtR = 0,11s) der Muster im
Vergleich bei HIRATSUKA [Hir16] an Objektposition Θ = 6° (im Vergleich zu Θ = 2°) am deutlichsten in
Erscheinung tritt.
Beim Vergleich der Reaktionszeiten von Vollspot gegenüber vertikalem Balkenmuster ist die
Abweichung der Ergebnisse von HIRATSUKA [Hir16] gegenüber PV#2 geringfügig. Im Mittel 30 ms
niedrigere Reaktionszeiten bei vertikalem Balkenmuster gegenüber Vollspot (HIRATSUKA [Hir16]) und
durchschnittlich 10 ms niedrigere Reaktionszeit im Vergleich bei PV#2 (Abb. 4-43).
Schlussfolgerungen
Den Ergebnissen von HIRATSUKA [Hir16] zufolge erhöht sich die Wirksamkeit des Markierenden Lichts
mit steigender Objektexzentrizität Θ. Die Wirkung des asymmetrisch (zur zentralen Sehachse des
Teilnehmers) positionierten Gegenlichts in der Versuchsanordnung von HIRATSUKA [Hir16] muss
hierbei ebenso berücksichtigt werden (vgl. Abb. 3-9). HIRATSUKA [Hir16] misst bei peripherer Objekt-
position Θ und Grundlichtverteilung (ohne Markierendes Licht) deutlich höhere Reaktionszeiten als
bei nahfovealer Objektposition, was auf gesteigerte Wirksamkeit des Markierungslichts für Seh-
objekte im peripheren Gesichtsfeld hindeutet.
Offene Fragen
Die gegenläufigen Ergebnistendenzen zwischen HIRATSUKA [Hir16] und PV#2 haben bei Vergleich der
Geometrien (1) Vollspot und (2) Balkenmuster horizontal vermutlich mehrere Ursachen. Hierbei ist
ebenso der Einfluss der Pulsation zu berücksichtigen.
a) Bei den angewandten Balkenmustern ist eine Abhängigkeit von dem Sehobjektwinkel Θ zu
vermuten. Bei Θ = 30° … 50° besteht vermindertes Auflösungsvermögen gegenüber (nah-)
fovealer Objektposition, was eine niedrigere Reaktionszeit mit einem Vollspot, verglichen mit
Balkenmustern, erklären würde. Diese Vermutung muss durch weiterführende Experimente
und Objektpositionen im Bereich von Θ = 6° … 30° belegt werden.
162
b) In dem Versuch von HIRATSUKA [Hir16] sind die Objektexzentrizitäten Θ konstant, was bei
PV#2 nicht der Fall ist. Für weitere Untersuchungen bleibt zu klären, ob die Kombination aus
(i) dynamischer Objektposition (PV#2) und (ii) balkenförmigem Spotlicht (im Vergleich zu
statischer Objektposition) zu generell verminderter Reizverarbeitungsleistung und folglich
höherer Reaktionszeit führt.
c) in PV#2 führen blinkende Reize zu generell längeren Reaktionszeiten, verglichen mit ihrem
nicht blinkenden Äquivalent (Lo und Geometrie identisch). Für weitere Untersuchungen
bleibt zu klären, ob die Kombination aus (i) dynamischer Objektposition und (ii) gepulstem
Spotlicht grundsätzlich zu verminderter Reizverarbeitungsleistung und folglich höherer
Reaktionszeit führt.
d) Es bleibt zu klären, ob statische Objekte bei weit peripherer Sehobjektposition und gepulster
Spotlichtmarkierung schneller erkannt werden als bei Verzicht auf Pulsation.
163
4.4 Probandenstudie PV#3
Blendung ist ein maßgeblicher Einflussfaktor für die Sicherheit im Straßenverkehr bei Tageslicht
(tiefstehende Sonne) und bei Dunkelheit. Physiologische Blendung (vgl. Abs. 3.1.5) führt zu Beein-
trächtigung der Sehleistung (Anstieg der Detektionsschwelle), was die Erkennbarkeit von Hinder-
nissen im (und nahe) des Fahrwegs erschwert. Dunkle Kleidung und Regenwetter begünstigen das
Risiko im nächtlichen Straßenverkehr von einem geblendeten Kraftfahrzeugführer übersehen zu
werden.
EGGERS [Egg11] hat für den Verkehrsraum außerorts gezeigt, dass der Einsatz des Markierenden Lichts
im Kraftfahrzeug zu einer signifikanten Erhöhung der Erkennbarkeitsentfernung (Sehobjekt: Person)
bei blendendem Gegenlicht führt (vgl. hierzu Abs. 3.5). Es bleibt in Folge dessen zu klären, ob bei zu
EGGERS [Egg11] Experiment abweichenden Versuchsparametern (Sehobjektwinkel Θ, Fahrgeschwin-
digkeit) eine ebenso begünstigende Wirkung des Markierenden Lichts für das Fahrmanöver des
Linksabbiegevorgangs zu messen ist.
UEBERSCHAER [Ueb15] und WINTER [Win16] (vgl. Abs. 3.3) haben unter den in ihren jeweiligen Labor-
studien herrschenden Umgebungsbedingungen keinen bzw. einen geringen Anstieg der peripheren
Detektionsschwelle infolge von Blendung ermittelt. Auf die vermuteten Umstände wird in Abs. 4.4.7
eingegangen.
Außer Frage steht, dass Blendung (EBl = 1 lx am Auge) zu einem Anstieg der peripheren Kontrast-
schwelle Cth, p führt. Bei peripherer Umfeldleuchtdichte von Lu, p = 1,0 cd/m² ist die Wirkung nur
geringfügig (vgl. WINTER [Win16]). Die Schwellenerhöhung hat in jedem Fall direkten Einfluss auf das
Unfallrisiko. Die Forschungsfrage zu der Thematik in Probandenstudie PV#3 lautet dementsprechend:
Ist die Funktionalität des Markierenden Lichts ein geeignetes Instrumentarium, die Verkehrs-
sicherheit im Stadtverkehr signifikant zu erhöhen, indem (a) die Detektionswahrscheinlichkeit bei
Dunkelheit durch gezielte Lichtspotmarkierung gefährdeter Objekte erhöht und somit die (b) Auf-
merksamkeit auf das Hindernis gelenkt wird? (Forschungshypothese H5, s. Abs. 4.4.2).
Die dritte und letzte im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte Studie (PV#3) behandelt den
Gesichtspunkt der Störgrößenbewertung und versteht sich als Erweiterung der Probandenstudien
PV#1 und PV#2, was die Fortführung des Erkenntnisgewinns hinsichtlich der spezifischen Thematik
Abbiegeunfall bei Dunkelheit mit Personenschaden ermöglicht. Probandenstudie PV#3 untersucht die
Auswirkung physiologischer Blendung im Gesichtsfeld des Versuchsteilnehmers auf das Entdeckungs-
vermögen von Objekten (Hindernissen) bei peripherer Exzentrizität Θ. Als Bewertungskriterium dient
der messtechnisch ermittelte Kontrast Cth, p, zu dem das Sehobjekt im peripheren Bewertungsfeld in
mindestens 50 % der Darbietungen entdeckt wurde. Die Messdatenerhebung erfolgt (wie in PV#1
164
und PV#2) unter ständiger Aufmerksamkeitsbelastung durch eine Lenkaufgabe. Es liegt (wie in PV#1
und PV#2) ein geteiltes Adaptationsfeld vor (Lu, p ≈ 0,001 cd/m² << Lad, f = 1,0 cd/m²). Die Darbietung
der Sehobjekte erfolgt (PV#2 folgend) dynamisch. Die Anzahl der in den Versuchen PV#1 und PV#2
variierten Parameter wird eingeschränkt. Hierzu gehören beispielsweise die Objektposition Θ, sowie
die Eigenschaften des Markierungslichtspots (vgl. Abs. 4.4.3 und Abs. 4.4.4).
In zahlreichen Studien zu physiologischer Blendung erfolgt die Positionierung der Blendquellen im
Gesichtsfeld des Rezipienten perspektivisch der Straßenbeleuchtung nachempfunden (vgl. STADLER
[Sta64] und UEBERSCHAER [Ueb15]). [CIE 100-1992] hingegen sieht die dominierende (physiologische)
Blendwirkung von den Frontscheinwerfern entgegen kommender Fahrzeuge ausgehend. Unter
Berücksichtigung des von SUMMALA [Sum96] ermittelten Blickverhaltens von Linksabbiegern wird die
(einzige) in PV#3 verwendete Blendquelle perspektivisch im Bereich der Gegenfahrbahn auf Anbau-
höhe der Kraftfahrzeugscheinwerfer installiert (Abb. 4-45).
4.4.1 Ziel
Der Einfluss der Blendung auf die periphere Detektionsleistung, hervorgerufen durch Scheinwerfer
entgegen kommender Pkw, soll an dem bereits in PV#2 eingesetzten Versuchstand Markierungslicht
durch eine weitere Probandenstudie (PV#3) empirisch ermittelt werden. Angestrebtes Ziel ist ein
tiefgreifendes Verständnis der involvierten Mechanismen in der nachgestellten, spezifischen
Verkehrssituation.
Untersucht werden soll, ob die in der Feldstudie von EGGERS [Egg11] (Abs. 3.5) ermittelten
Ergebnisse (1) bei (nah-)fovealer Objektposition Θ und (2) dynamischer Annäherung an das Sehob-
jekt für die im Rahmen dieser Arbeit analysierte Abbiegesituation und bei Objektexzentrizität Θ = 30°
übertragbar sind.
Die durch physiologische Blendung bedingte Anhebung des Schwellenkontrasts bei fovealer
Objektposition Θ wurde in den Studien von STADLER [Sta64] und UEBERSCHAER [Ueb15] nachgewiesen.
DAVOUDIAN [Dav14] erbringt ebenso den Nachweis für den Einfluss der Blendbeleuchtungsstärke bei
(schwach) peripherer Exzentrizität Θ. Dennoch weisen einzelne Studien stark abweichende Ergeb-
nisse bei nahezu identischer Versuchsanordnung auf (STADLER [Sta64] vs. UEBERSCHAER [Ueb15], vgl.
Abs. 4.4.7).
Ziel ist daher zudem die (1) Aufklärung bestehender Unstimmigkeiten bei Vergleich der Ergebnisse
bisheriger Studien und (2) präzise Aussagen über den Einfluss der Blendung auf die periphere Kon-
trastschwelle Cth, p bei (a) niedrigen, vom (b) fovealen Adaptationsniveau abweichenden Umfeld-
leuchtdichten Lu, p im peripheren Bewertungsfeld.
Der Einfluss von Regen(tropfen auf Pkw-Scheiben) ist nicht Gegenstand der Untersuchung in PV#3.
165
4.4.2 Hypothesen
H5: Die bekannte Abhängigkeit des Schwellenkontrasts Cth von der Blendung gilt auch für periphere
Reize bei einer Blendbeleuchtungsstärke von
a) EBl = 0,5 lx
b) EBl = 1,0 lx
am Auge des Rezipienten, verglichen mit deaktivierter Blendung (EBl = 0 lx), wobei das foveale
Adaptationsniveau Lad, f = 1,0 cd/m² und die Umfeldleuchtdichte peripher Lu, p ≈ 1 mcd/m²
betragen.
4.4.3 Versuchsdesign
Die Gesamtanordnung des für PV#2 genutzten Versuchsaufbaus (vgl. Abs. 4.3.3) wird in PV#3 ein
weiteres Mal und unverändert verwendet. Das Adaptationsniveau der fovealen Projektionsfläche in
PV#3 beträgt weiterhin Lad, f = 1,0 cd/m².
Gegenüber der Ausgestaltung von Probandenstudie PV#2 ergeben sich in PV#3 geringfügige
Abänderungen. Dies betrifft u.a. die Position Θ des peripheren Sehobjekts. Während das Sehobjekt
(schwarz gekleidete Person) in PV#2 bei Θ = 30° die Szene betrat, das periphere Bewertungsfeld
durchlief und bei Θ = 50° hinter einer weiteren Abschattungswand verschwand, verändert sich der
Bewegungsablauf in PV#3 folgendermaßen: Das Sehobjekt (schwarz gekleidete Person) erscheint bei
Θ = 30°, macht einen Schritt in das aus Teilnehmerperspektive einsehbare periphere Bewertungsfeld,
verbleibt dort für ca. 2 Sekunden, um den aus Probandenperspektive einsehbaren Bereich durch
einen Schritt zurück wieder zu verlassen (vgl. Abb. 4-25). In PV#3 erscheint das Sehobjekt bei Θ = 30°
und verschwindet bei Θ = 30°, eine Bewegung in Richtung Θ = 50° erfolgt nicht.
In PV#3 wird die schwarz gekleidete Person als Sehobjekt im peripheren Bewertungsfeld von einem
kreisrunden Markierungslichtspot dynamisch markiert. Die in PV#2 verwendeten Balkenmuster,
sowie die Pulsation des Markierungslichtspots finden in PV#3 keine Wiederverwendung. Die Leucht-
dichte des kreisrunden Spots in PV#3 wird dem Verfahren aus PV#1 äquivalent (vgl. Abs. 4.1.6)
variiert, um den Schwellenkontrast Cth, p zu ermitteln.
Versuchsvariablen
Die Sehobjektdetektion ist die abhängige Variable (AV) in PV#3 und wird durch den Kontrast
operationalisiert. Der Kontrast Cw (Weberkontrast) ergibt sich als Differenz der Spotleuchtdichte Lo
(auf dem Objekt) und der Leuchtdichte des Hintergrundes Lu, bezogen auf die Hintergrundleucht-
dichte Lu. Jede Spotleuchtdichte wird im Verlauf der Studie vier Mal für jede Blendbeleuchtungs-
stärke gezeigt. Als Schwellenkontrast Cth, p wird der Kontrast desjenigen Sehobjekts bezeichnet, das in
166
mindestens 50% aller Darbietungen entdeckt wird (vgl. Abs. 4.1.6). Eine Zusammenfassung der
Versuchsvariablen ist in Tab. 4-14 wiedergegeben.
Unabhängige Variable (UV) ist die Blendbeleuchtungsstärke EBl am Auge des Beobachters. Die
Ausprägung der Blendbeleuchtungsstärken EBl ist in Tab. 4-14 aufgeführt.
Tabelle 4-14: Übersicht der Versuchsvariablen in PV#3
Variable
Typ
Ausprägung
CW
AV
--
EBl
UV
0,0 lx; 0,5 lx; 1,0 lx
Eine Übersicht aller im Verlauf der Studie PV#3 konstant gehaltener Parameter ist in Tab. 4-15 dar-
gestellt. Die Parameter aus Tab. 4-15 ergänzen die aus PV#2 übernommenen (vgl. Tab. 4-11) Para-
meter mit einer Ausnahme: Die in PV#2 angewandte Objektposition Θ = 30° … 50° verbleibt in PV#3,
wie bereits erwähnt, bei Θ = 30°.
Die Bestimmung der Kontrastschwellen Cth, p erfolgt analog dem in PV#1 angewandten, in
Abs. 4.1.6 aufgeführten Verfahren.
Versuchsaufbau
Der bereits für PV#2 eingesetzte und für die Durchführung der Blendungsstudie (PV#3) wiederver-
wendete Versuchsraum wird um zusätzliche Bestandteile ergänzt: Abb. 4-45 (Bildmitte) zeigt den als
Blendquelle eingesetzten Digitalprojektor III (Modell: NEC NP4100).
167
Abbildung 4-45: Blick des Studienteilnehmers auf foveale Projektion; Bildmitte: Projektor III zur Realisierung der Blendung
Abb. 4-45 zeigt weiterhin den Blick aus Probandenperspektive auf das unstrukturierte,
foveale Adaptationsfeld mit aufmerksamkeitsbelastender Lenkaufgabe (vgl. Abs. 4.1.4). Der mittig
hinter dem Eingabegerät (Lenkrad) platzierte Versuchsteilnehmer hält seinen Blick auf den grünen
Kreis (Abb. 4-45) fixiert. Aus der in Abb. 4-45 dargestellten Lasermarkierung ist ersichtlich, dass der
Winkel ΘBl (vgl. Tab. 4-15) zwischen zentraler Sehachse des Versuchsteilnehmers und einer gedach-
ten Linie zwischen (1) Augen des Probanden und der (2) Lichtaustrittsöffnung der Blendquelle (Linse
Projektor III) rein vertikal ist. Der Versuchsteilnehmer blickt über die Blendquelle direkt hinweg.
Der Abstand zwischen Blendquelle und Augen der Versuchsperson beträgt dBQ = 2,33 m. Die Lichtaus-
trittsöffnung der Blendquelle befindet sich auf hBQ = 0,65 m (entspricht der Anbauhöhe der Front-
scheinwerfer an Kfz) über dem Boden. Die Höhe der Augen des Probanden beträgt hoc = 1,25 m. Der
daraus resultierende (vertikale) Winkel zwischen zentraler Sehachse und der gedachten Linie zwi-
schen Augen des Probanden und Lichtaustrittsöffnung der Blendquelle beträgt demnach ΘBl,v = 15°.
Die Größe der Blendquelle ist αBl = 0,49° (vgl. Tab. 4-15).
Blendquelle
Die Wahl von hBQ in PV#3 entspricht der regulären Anbauhöhe von Kfz-Hauptscheinwerfern.
Ursprünglich wurde bei den Vorbereitungen zu PV#3 beabsichtigt, die Distanz zwischen Blendquelle
und Versuchsteilnehmer auf mindestens 6 m festzusetzen, was auf Grund geometrischer Einschränk-
ungen im Versuchsraum nicht realisiert werden konnte. Ein höher gewählter Abstand dBQ zwischen
Blendquelle
(Digitalprojektor III)
foveales Adaptationsfeld
mit Lenkaufgabe
Eingabegerät
Lenkrad
Laserkreuzquelle (lediglich für
Positionierungszwecke, wird im
laufenden Versuch entfernt)
168
Blendquelle und Beobachter hätte die Abweichung der Sollblendbeleuchtungsstärke EBl,s, bedingt
durch Abweichungen der Kopfposition vom Sollwert, vermindert. Vergleiche hierzu Abs. 4.4.5.
Ergänzend zu den Versuchsparametern aus PV# 2 (Tab. 4-11) sind in Tab. 4-15 die durch das zusätz-
liche Element Blendquelle hinzugekommenen konstanten Versuchsparameter für PV#3 aufgeführt.
Tabelle 4-15: Erweiterte Parameterliste Probandenversuch PV#3
Parameterdefinition
Bezeichner
Wert
Größe der Blendquelle
αBl
0,49°
Distanz zwischen Blendquelle und Auge des Probanden
dBQ
2,33 m
Horizontaler Winkel zwischen Blendquelle und Fixationspunkt auf
fovealer Projektion (aus Perspektive des Versuchsteilnehmers)
ΘBl,h
0°
Vertikaler Winkel zwischen Blendquelle und Fixationspunkt auf
fovealer Projektion (aus Perspektive des Versuchsteilnehmers)
ΘBl,v
15 °
Höhe Lichtaustrittsöffnung Blendquelle
hBQ
0,65 m
Höhe des Blendflecks
hBF
0,06 m
Breite des Blendflecks
bBF
0,28 m
Die Blendbeleuchtungsstärke EBl wird im laufenden Versuchsbetrieb zu regelmäßigen Zeitintervallen
(fünf Messungen pro Versuchstag, vor bzw. nach einem Probandendurchlauf) nachgemessen und bei
Abweichungen (> 5%) vom Sollwert, die durch den Betriebszustand des Digitalprojektors bedingt sein
können, nachjustiert. Als Blendquelle dient ein Projektor des Geräteherstellers NEC (Modell NP4100).
Die Optik von Projektor III wird zur Reduktion von Lichtstrom und Streulicht mit Graufiltern versehen.
Blendfleck
Im Verlauf der Versuchsvorbereitung wurde großer Wert darauf gelegt, die Reflektionen des in das
Gesichtsfeld des Probanden geworfenen Blendflecks (Abb. 4-46) so niedrig wie möglich zu halten.
Damit kann gewährleistet werden, dass die Aufhellung von Objekt- und Umgebungsleuchtdichte im
peripheren Bewertungsfeld als vernachlässigbar zu erachten sind. Tab. 4-16 zeigt eine Übersicht ver-
schiedener am Auge gemessener Blendbeleuchtungsstärken in Kombination mit unterschiedlichen
Durchmessern des Blendflecks und deren Auswirkung auf die Umfeldleuchtdichte im peripheren
Bewertungsfeld. Bei dieser Voruntersuchung wird ein kreisrunder Blendfleck gewählt.
Tabelle 4-16: gemessene Umfeldleuchtdichten im peripheren Bewertungsfeld in [mcd/m²] bei verschiedenen
(1) Blendbeleuchtungsstärken und (2) Blendfleckdurchmessern
Durchmesser
Blendfleck
Blendbeleuchtungsstärke
0 lux
0,5 lux
1 lux
3 lux
10 lux
30 lux
0,4 m
,57
,59
,59
,61
,64
,73
0,6 m
,57
,6
,61
,62
,69
,83
Die Werte in Tab. 4-16 beweisen: Je geringer die Abmessungen des Blendflecks im Gesichtsfeld des
Probanden, desto niedriger ist der Einfluss der Lichtreflektionen auf das periphere Bewertungsfeld.
Um die Augen des Versuchsteilnehmers jederzeit im Bereich des Blendflecks zu halten, müssen die
169
Blendfleckabmessungen jedoch so groß sein, dass durch geringfügige Kopfbewegungen des
Probanden keine Gefahr besteht, den Blendbereich zu verlassen.
Abb. 4-46 skizziert die endgültige Form und Abmessungen des für den Hauptversuch
gewählten Blendflecks.
Abbildung 4-46: Blendfleck im Gesichtsfeld des Versuchsteilnehmers
Für das endgültige Versuchsdesign wird ein ellipsenförmiger Blendfleck mit den Maßen 0,06 m
(Höhe) und 0,275 m (Breite) gewählt. Die Abmessungen des Blendflecks gelten für die angenommene
Ebene, in der sich die Netzhaut des Probanden befindet.
Ein mutwilliges Verlassen des Blendbereichs ist in den Messdaten bei laufendem Versuch
unmittelbar zu erkennen, was letztendlich zum Ausschluss eines der 27 Versuchsteilnehmer geführt
hat, der im Anschluss an das Experiment angab, die Blendung als unerträglich empfunden zu haben.
Photochemische Netzhautgefährdung
Die im Versuch eingesetzte Blendquelle verfügt über eine Entladungslampe als Lampe. Da der Her-
steller des Projektors auf dem Gerätegehäuse ausdrücklich davor warnt, (bei Betrieb) direkt in die
Optik des Projektors zu blicken, wurde die potentielle photochemische Netzhautgefährdung vor
Beginn der Versuche mittels Spektralmessgerät überprüft.
Die Richtlinie [PBL13] macht folgendes Aussage zur Thematik: Optische Strahlung im Spektralbereich
von 300 nm bis 700 nm kann zu einer photochemischen Schädigung der Netzhaut führen. Dieser
Schädigungsmechanismus dominiert über den thermischen Schädigungsmechanismus der Netzhaut
für die Expositionsdauer über 10 s. Zur Beurteilung einer photochemischen Gefährdung der Netzhaut
für optische Strahlungsquellen mit einer Winkelausdehnung 𝛼𝑄 ≥ 11 mrad im Messabstand, ist die
effektive Strahldichte LB für die Blaulichtgefährdung zu ermitteln. Sie ist die mit der spektralen
27,5 cm
cm
6 cm
170
Wirkungsfunktion B(𝜆) für photochemische Netzhautgefährdung bewertete und zwischen 300 nm und
700 nm integrierte spektrale Strahldichte L(𝜆):
𝐿𝐵=∫𝐿(𝜆)∙𝐵(𝜆)∙𝑑𝜆
700 𝑛𝑚
300 𝑛𝑚
Für die Expositionsdauer von t = 10.000 s oder darunter gilt folgender Höchstwert für die effektive
Strahldichte für Blaulichtgefährdung [PBL13].
𝐿𝐵=106
𝑡𝑊∙𝑚−2 ∙𝑠𝑟−1
Die vor Beginn der Hauptversuche gemessene Strahldichte LB liegt unterhalb des empfohlenen
Grenzwerts, die Messwerte sind in Abb. 6-19 (Anhang) dargestellt.
171
4.4.4 Durchführung
Die den Versuchsteilnehmern übertragene Aufgabenstellung in Probandenstudie PV#3 unterscheidet
sich nicht von der Aufgabenstellung in den vorgegangenen Studien PV#1 und PV#2. Wiederum wird
simultan gelenkt und bei Entdeckung eines peripheren Sehzeichens geklickt (vgl. Abs. 4.1.4).
Probandenkollektiv
An der Laborstudie PV#3 nimmt ein Kollektiv von 27 Probanden teil. Hierzu gehören 10 weibliche
und 17 männliche Teilnehmende im Alter von 23 bis 37 Jahren. Die Altersstruktur ist in Abb. 4-47
dargestellt.
Abbildung 4-47: Altersverteilung Probandenstudie PV#3
Versuchsablauf
Tab. 4-17 stellt den Ablaufplan für einen kompletten Versuchsdurchlauf dar, der sich in die (1) Vorbe-
reitungsphase und die (2) Messdatenerhebung untergliedert. Die Adaptationszeit bis zu Beginn der
ersten Messversuchsreihe beträgt wenigstens 18 Minuten, gemessen ab Betreten des Laborversuchs-
raums durch den Probanden.
Tabelle 4-17: Zeitliche Untergliederung der (1) Adaptationszeit und der (2) Messdatenerhebung
Formular
Instruktionen
Training (VR#1)
Pause
VR#2
Pause
VR#3
Pause
VR#4
3 min
5 min
4 min
6 min
9 min
6 min
9 min
6 min
9 min
Versuchsreihen
Die Blendungsstudie PV#3 ist in vier Versuchsreihen (VR) unterteilt. VR #1 dient der Eingewöhnung
an das Eingabegerät (Lenkrad) und an die Aufgabenstellung. Im Anhang (Kap. 6) ist die dem
Probanden vor Beginn der Studie vorgelesene Instruktion beigefügt.
172
Die Hauptversuchsreihen #2, #3 und #4 dienen der Messdatenerhebung im Studienverlauf, in
denen jeweils 20 Reize (pro Versuchsreihe) zu nicht äquidistanten Zeitpunkten dargeboten werden.
Die Dauer jeder Hauptversuchsreihe beträgt neun Minuten, es erfolgen zwei sechsminütige Pausen
als Unterbrechung zwischen den Versuchsreihen (Tab. 4-17). Der Proband verbleibt während der
Unterbrechungen auf seiner Sitzposition und hält den Blick auf das foveale Adaptationsfeld fixiert.
Die Blendquelle wird spätestens 60 Sekunden vor Beginn der jeweiligen Blendversuchsreihe (durch
Entfernen der Abdeckung aus Moltontuch) aktiviert, sodass der Teilnehmer bereits vor Pausenende
auf die Blendung adaptiert. Die Blendquelle verbleibt daraufhin über die jeweilige Versuchsreihe
ununterbrochen aktiviert und blendet das Gesichtsfeld des Probanden, wie in Abb. 4-46 dargestellt.
Reihenfolge der Versuchsreihen
Zum Nachweis der Isolation von Einflüssen bedingt durch die Reihenfolge der vier Versuchsreihen
sind die Varianten A und B zufällig für jeden Probanden gelost worden. Tab. 4-18 zeigt die Reihen-
folge der vier Versuchsreihen für die Varianten A und B. Zwölf der 25 ausgewerteten Beobachtungen
durchliefen Variante A und 13 die Variante B.
Tabelle 4-18: Reihenfolge der Versuchsreihen
VR
Variante A
Variante B
#1
Training
Training
#2
ohne Blendung
0,5 lx Blendung
#3
0,5 lx Blendung
1,0 lx Blendung
#4
1,0 lx Blendung
ohne Blendung
Die Versuchsreihe Training wird dem Probanden stets zuerst dargeboten. Während der Trainings-
versuchsreihe verbleibt die Blendquelle deaktiviert. Der Teilnehmende hat die Gelegenheit sich mit
der Fahraufgabe und der simultanen Detektion peripher dargebotener Sehreize vertraut zu machen.
Insgesamt werden in der Trainingsversuchsreihe zehn Sehreize präsentiert. Die Dauer beträgt
ungefähr 4 Minuten und ist somit die zeitlich kürzeste aller Versuchsreihen.
Photometrie
Die photometrischen Kontrollmessungen werden am jeweiligen Versuchstag stets unmittelbar vor
Beginn oder nach Beendigung einer Studiensitzung vorgenommen. Der Messumfang beträgt
i. 15 Leuchtdichtebilder für das periphere Bewertungsfeld (5 Bilder für jede Stufe von EBl; da
die Leuchtdichte des Sehobjekts Lo, p zur Ermittlung von Cth, p für jedes EBl in jeweils 5 Stufen
variiert wird),
ii. 2 Leuchtdichtebilder für das foveale Adaptationsfeld (Pause  Lenkaufgabe) und
iii. 2 Beleuchtungsstärkemessungen für schwache und starke Blendung am Raumpunkt des
Auges der Studienteilnehmer.
173
Abb. 4-48 zeigt auszugsweise ausgewählte Leuchtdichtebilder des peripheren Bewertungsfeldes.
Messintervalle
Pro Versuchstag nehmen bis zu vier Teilnehmer an der Studie teil. Die Messintervalle werden wie
folgt gewählt: Proband (60min) Messung (30min) Proband (60 min). Auf diese Weise werden
Vor- und Nachmittag der Studientage gefüllt. Zwischen Vor- und Nachmittag fällt eine weitere,
zusätzliche Pause von i.d.R. 45 min.
Abbildung 4-48: Variierte Spotleuchtdichten im peripheren Bewertungsfeld (hier: zu EBl = 0,5 lx)
Versuchszeitraum
Der Versuch findet zwischen 1. und 11. August 2017 im lichttechnischen Laborversuchsraum E 224
der TU Berlin statt.
Ermittlung des peripheren Schwellenkontrasts
Die Ermittlung des peripheren Schwellenkontrasts Cth, p erfolgt nach der Konstantwertmethode von
GOLDSTEIN [Gol02]. Die Ermittlungsvorschrift ist dem Verfahren aus PV#1 äquivalent (vgl. Abs. 4.1.6).
Aus der Auswertung ausgeschlossene Beobachtungen
Die Messdaten von 25 der insgesamt 27 Teilnehmenden werden in die Auswertung aufgenommen.
Hauptvoraussetzung für die Aufnahme der Beobachtungen in die Auswertung ist die erfolgreiche
Bestimmung der 50%-Kontrastschwelle unter allen drei Blendbedingungen.
Erforderlich ist hierzu, die jeweils kontrastreichste ML-Stufe immer (oder wenigstens in 3 von 4 Fäl-
len) sowie die kontrastschwächste ML-Stufe niemals (oder höchstens in 1 von 4 Fällen) zu entdecken.
Bei den zwei aus der Auswertung ausgeschlossenen Studienteilnehmern ist die Hauptvoraussetzung
nicht erfüllt worden. Einer der beiden (Alter: 34 Jahre) detektierte keinen der insgesamt 70 darge-
botenen Sehreize. Lediglich die 6 Sehreize mit Maximalintensität wurden entdeckt. Mit den vor-
eingestellten Kontraststufen war keine Schwellenwertbeobachtung möglich. Der andere Kandidat
(Alter: 26 Jahre) verließ mehrmals den Bereich des Blendflecks (Abb. 4-46), sodass keine sinnvolle
Beobachtung möglich war.
174
4.4.5 Messunsicherheitsbetrachtung
Die Betrachtung der Messunsicherheit fokussiert an dieser Stelle auf das in PV#3 zusätzliche
eingesetzte Element Blendquelle. Für die weitere Betrachtung der Messunsicherheiten sei auf Grund
des ansonsten zu PV#2 identischen Versuchsaufbaus auf die Dokumentation in Abs. 4.3.5 verwiesen.
Abweichung der Sollbeleuchtungsstärke am Auge des Versuchsteilnehmers
Wie in Abb. 4-49 zu sehen, nimmt der Proband auf einem handelsüblichen Bürostuhl Platz. Auf die
Verwendung einer Kinnstütze zur Fixation der Kopfposition des Probanden wird in PV#3 verzichtet
(Begründung dieser Wahl: vgl. Abs. 4.1.3). Hierdurch besteht die Möglichkeit einer Abweichung von
der Sollblendbeleuchtungsstärke EBl,s, bedingt durch Veränderung der Körperhaltung des Versuchs-
teilnehmers. Die Sollposition des Probanden wird durch eine Markierung mittels einer vom Mast
herab hängenden Metallgliederkette bestimmt (Abb. 4-49).
Abbildung 4-49: Als Markierung für die Solldistanz zwischen Blendquelle und Netzhaut des Probanden dient eine vertikal
hängende Metallgliederkette oberhalb des Kopfes. Mögliche Abweichung von der Sollposition gekennzeichnet durch Pfeile
in orange
Berücksichtigt werden bei der Messunsicherheitsbetrachtungen Kopf- und Oberkörperbewegungen
entlang der zentralen Sehachse des Versuchsteilnehmers. Untersucht werden Abweichungen der
Kopfposition um bis zu 0,18 m vom Sollwert.
175
In Tab. 4-19 sind die Abweichungen von der Sollblendbeleuchtungsstärke EBl, s für beide in PV#3
eingesetzten Blendbeleuchtungsstärken EBl = 0,5 lx und EBl = 1,0 lx in Abhängigkeit der Abweichung
(Kopfposition des Probanden) vom Sollwert angegeben.
Tabelle 4-19: Abweichung der Blendbeleuchtungsstärke in Abhängigkeit der Abweichung der Probandenposition vom
Sollwert
Örtliche Abweichung
von Pos. Soll [m]
Abweichung ΔEBl [lx] von der Sollblendbeleuchtungsstärke EBl,s
EBl,s = 0,5 lx
EBl,s = 1,0 lx
- 0,18
+ 0,08
+ 0,14
- 0,12
+ 0,07
+ 0,11
- 0,06
+ 0,03
+ 0,05
- 0,03
+ 0,02
+ 0,01
0
+ 0,01
- 0,01
+ 0,03
±0
- 0,03
+ 0,06
- 0,01
- 0,06
+ 0,12
- 0,04
- 0,11
+ 0,18
- 0,09
- 0,19
Bei 0,18 m Abweichung der Kopfposition vom Sollwert variiert die Blendbeleuchtungsstärke um bis
zu 19 % vom beabsichtigen Wert. Realistisch betrachtet ist die Abweichung der Kopfposition vom
Sollwert um mehr als 0,12 m unwahrscheinlich, sodass die maximale relative Unsicherheit auf 14 %
(bei EBl,s = 0,5 lx) und auf 11 % (bei EBl,s = 1,0 lx) geschätzt werden kann (vgl. Tab. 4-19).
176
4.4.6 Darstellung der Ergebnisse
Abb. 4-50 zeigt die generelle Wirkung der Blendbeleuchtungsstärke EBl auf die periphere Kontrast-
schwelle Cth, p des dynamisch in die Szene eintretenden Sehobjekts bei Θ = 30°. Auf der Abszisse sind
die am Auge des Rezipienten vorherrschenden Beleuchtungsstärken EBl dargestellt, auf der Ordinate
ist der mittlere Schwellenkontrast Cth, p abgetragen. Die Unterschiede im Vergleich mit und ohne
Blendung sind hochsignifikant (ρ < 0,01). Die Forschungshypothese H5 ist daher anzunehmen.
Abbildung 4-50: Generelle Wirkung der Blendung EBl auf die periphere Kontrastschwelle Cth,p bei Objektposition Θ= 30°
Die in den Abbildungen 4-50 bis 4-52 dargestellten Ergebnisse beruhen auf lokalen, peripheren
Umgebungsleuchtdichten von Lu, p = 0,7 mcd/m² , die Leuchtdichte auf dem fovealen Adaptationsfeld
beträgt Lad, f = 1,0 cd/m². Der Winkel zwischen Blendquelle und Fixationspunkt hat keine horizontale
Komponente und beträgt ΘBl, v = 15° (Blendquelle unterhalb Fixationspunkt). Die Blendbeleuchtungs-
stärke EBl wird für die jeweilige Versuchsreihe dauerhaft aufrechterhalten. Der Rezipient wird der
Blendung bereits 60 Sekunden vor Beginn (der jeweiligen Versuchsreihe) ausgesetzt.
Die periphere Umgebungsleuchtdichte wird aus Gründen der (1) besseren Vergleichbarkeit
zu PV#2 und (2) um bei deaktivierter Blendung im Versuch Schwellen messen zu können auf dem
oben genannten niedrigen Niveau belassen. Das lebensgroße, dreidimensionale, dynamisch in die
Szene eintretende Sehobjekt macht diese Wahl im Laborversuch notwendig. Vgl.: Der Faktor zwi-
schen der niedrigsten Umgebungsleuchtdichte in Abb. 1-3 (Region 2) und Lu, p (in PV#3) beträgt 23.
Zur Untersuchung möglicher Lerneffekte wird die Reihenfolge der Versuchsreihen in die
Abfolgesequenzen A und B gruppenweise unterteilt (vgl. Abs. 4.4.4). Sequenz A beginnt mit
deaktivierter Blendung, gefolgt von schwacher (EBl = 0,5 lx) und daraufhin starker (EBl = 1,0 lx)
Blendung am Auge. Die Messergebnisse (von Gruppe A) sind in Abb. 4-51 dargestellt.
EBl = 0,0 lx
EBl = 0,5 lx
EBl = 1,0 lx
Cth,p
177
Abbildung 4-51: Cth,p über EBl; Versuchsreihen Abfolgesequenz Variante A (v.l.n.r) - Objektposition Θ = 30°
Vergleicht man die ermittelten Schwellenkontraste Cth, p in den Abbildungen 4-51 und 4-52 (Gruppe
B), ist die Diskrepanz bei EBl = 1,0 lx am deutlichsten. Der Lerneffekt äußert sich in einer deutlichen
Verschiebung der Beobachtungen zwischen erstem und drittem Quartil, während der Median nahezu
unverändert verbleibt. Eine ähnliche, jedoch schwächer ausgeprägte Tendenz ist bei EBl = 0,5 lx zu
beobachten, wobei sich der Median der Schwelle um nahezu 0,3 verschiebt. Bei deaktivierter
Blendung sind lediglich marginale Unterschiede zwischen den Abfolgesequenzen A und B zu
beobachten, was auf eine ausreichend lang gewählte Readaptionszeit (6 min) im Versuch hindeutet.
Abb. 4-52 zeigt die Messergebnisse der Abfolgesequenz B (Cth, p über EBl), die beginnend mit
schwacher (EBl = 0,5 lx), gefolgt von starker Blendung (EBl = 1,0 lx) und zuletzt deaktivierter Blendung
durchlaufen wird. Beiden Abfolgesequenzen A und B geht eine identische Trainingsversuchsreihe
voraus.
Abbildung 4-52: Cth,p über EBl; Versuchsreihen Abfolgesequenz Variante B (v.l.n.r) - Objektposition Θ= 30°
EBl = 0,0 lx
EBl = 0,5 lx
EBl = 1,0 lx
EBl = 0,0 lx
EBl = 0,5 lx
EBl = 1,0 lx
Cth,p
Cth,p
178
Die Messergebnisse beider Varianten, sowie aller erhobenen Messungen der Blendungsstudie PV#3
sind in Tab. 4-20 numerisch dargestellt. Die insgesamt 25 in die Bewertung aufgenommen Datensätze
teilen sich zu 12 und 13 auf die beiden Darbietungsvarianten (Sequenzen A und B) auf. Trotz der
Abweichungen zwischen den Sequenzen A und B weisen alle verglichenen Blendbeleuchtungsstärken
EBl (innerhalb der Gruppen A und B) hochsignifikante Unterschiede (p < 0,01) zueinander auf. Der
paarweise Vergleich (t-Test) zwischen Gruppe A und B bei EBl = 0,5 lx Blendung ergab keine signifi-
kanten Unterschiede. Dies gilt ebenso für EBl = 0,0 lx und EBl = 1,0 lx.
Tabelle 4-20: Mittlere periphere Schwellenkontraste Cth,p nach Gruppe und Blendbeleuchtungsstärke EBl
Gruppe
EBl = 0,0 lx
EBl = 0,5 lx
EBl = 1,0 lx
Anzahl Beobachtungen
A
0,1
1,35
2,6
13
B
0,1
1,65
2,6
12
gesamt
0,1
1,5
2,6
25
4.4.7 Diskussion
Im folgenden Abschnitt werden die Ergebnisse aus PV#3 und eine Auswahl der in Abs. 3.6.1 behan-
delten Studien diskutiert. Es erfolgt eine paarweise Gegenüberstellung der ausgewählten Ansätze,
sodass eine abschließende Einordnung und Interpretation der jeweiligen Ergebnisse möglich ist.
Abb. 4-53 stellt die Versuchsergebnisse von PV#3 und STADLER [Sta64] gegenüber. Dargestellt
ist der Faktor der Schwellenwerterhöhung in Abhängigkeit der Blendung. Es werden die drei Fälle (1)
ohne, (2) schwache und (3) starke Blendung unterschieden. Während in PV#3 EBl = 0,5 lx gewählt
wird, fiel die Wahl bei STADLER [Sta64] auf EBl = 0,6 lx als schwächere Blendbeleuchtungsstärke.
Weiterhin verdreifacht STADLER [Sta64] die (schwächere) Blendbeleuchtungsstärke und gelangt
hiermit zu EBl = 1,8 lx, während in PV#3 eine Verdoppelung zu EBl = 1,0 lx erfolgt (Abb. 4-53).
Abbildung 4-53: Blendung als Ursache für Schwellenwerterhöhung bei Sehobjektposition Θ. Blendbeleuchtungsstärken
oberhalb der Diagrammbalken.
179
Es ist zu beobachten, dass die Schwellenfaktoren gegenüber dem Referenzfall (ohne Blendung) in
PV#3 deutlich über den Vergleichswerten von STADLER [Sta64] liegen, obwohl STADLER [Sta64] stärkere
Blendbeleuchtungsstärken anwendet (Abb. 4-53). Die Hauptursache hierfür ist in den wesentlich
niedrigeren Umfeldleuchtdichten Lu im peripheren Bewertungsfeld von PV#3 (Lu, p ≈ 10-3 cd/m²) zu
vermuten. Dieser Verdacht wird von den Erkenntnissen von BULLOUGH [Bul01] untermauert: Niedrige
Hintergrundleuchtdichten führen bei erschwerten Sehbedingungen zu merklich schlechterer
Detektionsleistung.
Gemeinsam haben PV#3 und der Versuch von STADLER [Sta64] das (foveale) Adaptations-
niveau (Lad = 1,0 cd/m²) und vergleichbare Blendbeleuchtungsstärken. Weiterhin abweichend sind die
(1) Objektgröße
18
α, die (2) Objektposition Θ (vgl. Abb. 4-53), sowie die (3) statische Objekt-
darbietung bei STADLER [Sta64], wohingegen das Sehobjekt bei PV#3 dynamisch in die Szene tritt.
In PV#3 ist bei Verdoppelung der Blendbeleuchtungsstärke (stark zu schwach) ein leicht
unterproportionaler (nahezu linearer) Kurvenverlauf der Schwellenfaktorerhöhung zu beobachten
(Interpolation aller drei Stützstellen in Abb. 4-53). Bei STADLER [Sta64] führt die Verdreifachung der
Blendbeleuchtungsstärke analog zu einem approximiert parabelförmigen Verlauf.
Trotz abweichender (1) Sehobjektgrößen, (2) Umgebungsleuchtdichten und (3) statischer vs.
dynamischer Objektdarbietung sind die Ergebnisse von PV#3 und dem Versuch von STADLER [Sta64]
vergleichbar. Die für foveale Objektdarbietung ermittelten Schwellenwerterhöhungen können nun
auch für extrafoveale Exzentrizitäten bei Θ = 30° (für die in PV#3 gewählten Versuchsparameter)
bestätigt werden. Die Schwellenwerte erhöhen sich bei 1,0 cd/m² Adaptationsniveau und Blend-
beleuchtungsstärken von 0,5 lx bis (knapp unter) 2 lx um Faktor 5 bis Faktor 25, wobei (bei peri-
pherer Objektposition) eine starke Abhängigkeit zwischen Schwellenfaktorerhöhung und vor-
herrschendem Umgebungsleuchtdichteniveau im Bereich des Sehobjekts zu erwarten ist.
UEBERSCHAER [Ueb15] untersucht den Einfluss der Blendung auf die Leuchtdichteschwelle nahfovealer
und peripherer Sehzeichen in einer Laborstudie. Verglichen mit dem Laborversuch von STADLER
[Sta64] sind folgende übereinstimmende Versuchsparameter zu nennen:
(1) Adaptationsniveau: Lad = 1,0 cd/m²
(2) Sehobjektgröße: α = 19‘ bzw. α = 0,3°
(3) Perspektivische Ausrichtung der Blendquellen
Folgende Versuchsparameter sind vergleichbar ähnlich:
(a) Blendbeleuchtungsstärke: 0,8 lx [Ueb15] bzw. 0,6 lx [Sta64]
(b) Akkommodationsentfernung: 4,36 m [Ueb15] bzw. 2,5 m [Sta64]
(c) Sehobjektposition: ±2° [Ueb15] bzw. 0° [Sta64]
18
STADLER [Sta64]: α = 0,3°; PV#3: α = 5,25°
180
Die Ergebnisse von UEBERSCHAER [Ueb15] (bei Θ = ±2°) und STADLER [Sta64] weisen dennoch starke
Diskrepanzen zueinander auf: Während sich die Schwellenwerte bei UEBERSCHAER [Ueb15] und
aktivierter Blendung um 47 % (Abb. 4-54) gegenüber ausbleibender Blendung als Referenz erhöhen,
steigt die Schwelle bei STADLER [Sta64] um 400 % (vgl. Abb. 4-53), trotz vergleichsweise niedrigerer
Blendbeleuchtungsstärke.
UEBERSCHAER [Ueb15] aktiviert die Blendquellen 0,1 s vor dem Erscheinen des Sehzeichens und lässt
diese 0,1 s nach Verschwinden des Sehzeichens erlöschen. Die Brenndauer der Blendquellen beträgt
somit 400 ms.
Das von UEBERSCHAER [Ueb15] im Laborversuch systematisch herbeigeführte impulsartige Blend-
ereignis lässt keine Aussage zu einer Auswirkung bei dauerhafter Blendung zu. Die mechanischen,
chemischen, und elektrischen Anpassungsvorgänge im menschlichen Auge sind (wie bei jedem
dynamischen System) einer Impulsantwort unterworfen. D.h. der Ausgleichsprozess ist nach 100 ms
nicht abgeschlossen. Es wurde eine Messung erhoben, bevor sich das Auge dauerhaft an die
ausgesetzte Blendung eingestellt hat (vgl. KESSLER [Kes02], BOYNTON [Boy63]).
Das von UEBERSCHAER [Ueb15] herbeigeführte Blendereignis ist folgender praktischer Situation
ähnlich: Die Hell-Dunkel-Grenze des entgegen kommenden Verkehrs auf einer holprigen Straße
außerorts kann, hervorgerufen durch die Straßenunebenheiten für Sekundenbruchteile nach oben
überschwappen, sodass für derart kurze Zeiträume direkte Blendung erfolgt. Die Praktische Erfahrung
lehrt jedoch, dass diese Form der Blendung nicht mit der Reduktion der Detektionsleistung bei
dauerhafter Blendung, wie sie bspw. bei aktiviertem Fernlicht des entgegen kommenden Verkehrs
einträte, vergleichbar ist. Durch lang anhaltende Blendung ändert sich das Adaptationsniveau, was zu
einer Änderung der Unterschiedsempfindlichkeit führt.
UEBERSCHAER [Ueb15] gibt weiterhin an, dass eine (reflexartige) Blickabwendung der Versuchsteil-
nehmer vom vorgesehen Fixationspunkt zum Zeitpunkt der Aktivierung der Blendquellen zu ver-
muten ist und somit keine Aussage über die tatsächliche Exzentrizität Θ des Sehzeichens mehr
möglich.
Weiterhin verzichtet UEBERSCHAER [Ueb15] auf die direkte Messung der Blendbeleuchtungsstärke im
Versuchsaufbau und berechnet diese aus Leuchtdichtemesswerten. Eine eventuelle Abweichung der
tatsächlichen Blendbeleuchtungsstärke EBl von der von[Ueb15] errechneten ist daher nicht zweifels-
frei geklärt.
Auf Grund der genannten Kritikpunkte ist die Validität der von UEBERSCHAER [Ueb15] ermittelten
Schwellenwerte nur eingeschränkt gültig einzuordnen.
181
In den Laborstudien von UEBERSCHAER [Ueb15], WINTER [Win16] und PV#3 wird der Einfluss der Blen-
dung auf die Detektionsschwelle (1) foveal und (2) peripher positionierter Sehobjekte untersucht.
Zusätzlich zu den Eigenschaften der verwendeten Blendquellen gibt Tab. 4-21 Aufschluss über den
Einschaltzeitpunkt der Störlichter (tBl), Leuchtdichte (Lad) und Ausdehnung (Aad)der Adaptations-
felder, sowie deren Anteil an der vertikalen Beleuchtungsstärke (Ead) am Auge des Rezipienten. Die
letzte Spalte von Tab. 4-21 vergleicht die jeweils angewandte Sehzeichengröße (α).
Aus Tab. 4-21 geht hervor, dass sowohl die Blendbeleuchtungsstärke EBl, als auch die Leuchtdichte
der adaptationsbestimmenden Felder in allen Studien übereinstimmend sind (Ausnahme: EBl bei
[Ueb15]). Weiterhin ist aus Tab. 4-21 ersichtlich, dass der Blendwinkel ΘBl der äußersten Blendquelle
von UEBERSCHAER [Ueb15] nahezu mit ΘBl aus PV#3 übereinstimmt. Die Ausdehnung αBl genannter
Blendquellen variiert um den Faktor 1,65. Weiterhin übereinstimmend sind ΘBl der Störlichtquellen
von WINTER [Win16] mit der a) mittleren und b) inneren Blendquelle von UEBERSCHAER [Ueb15].
Tabelle 4-21: Einflussgrößen auf den Schwellenkontrast Cth bei Blendung (Auswahl Studien mit peripherer Objektposition Θ)
Autor /
Jahr
EBl
αBl
ΘBl
tBl
Lad (Lad,f bei PV#3)
Aad (Af bei PV#3)
Ead
α
[Ueb15]
0,8 lx
0,30°
0,25°
0,21°
0,18°
0,16°
13,7°
7,0°
4,7°
3,5°
2,8°
0,1 s
1,0 cd/m²
44° x 24°
k. A.
0,3°
[Win16]
1,0 lx
k.A.
4,87°
2,88°
2,0 s
1,0 cd/m²
180° x 180°
3,3 lx
1°
PV#3
(2017)
1,0 lx
0,49°
15°
--
1,0 cd/m²
10,5° x 6,5°
0,02 lx
5,25°
tBl Zeitversatz zwischen Einschaltzeitpunkt der Blendquelle und Aktivierung des Sehzeichens
Die in Tab. 4-21 nicht aufgeführten Einflussgrößen (I) Kognitionsbelastung, (II) Dynamik der Sehreize
und (III) Altersfaktor werden nun folgend diskutiert. Aufmerksamkeitsbelastung durch eine Lenkauf-
gabe liegt in PV#3 vor, bei UEBERSCHAER [Ueb15] und WINTER [Win16] erfolgt Blickfixierung auf eine
Markierung (ohne Kognitionsbelastung). UEBERSCHAER [Ueb15] lässt die Sehreize für td = 200 ms (bei
konstanter Reizintensität) erscheinen, WINTER [Win16] erhöht die Reizintensität kontinuierlich
(method of ascending limits), der Sehreiz in PV#3 bewegt sich dynamisch in das periphere
Bewertungsfeld, während bei UEBERSCHAER [Ueb15] und WINTER [Win16] die Sehreize statisch im
Gesichtsfeld verweilen. Die Altersstruktur (Teilnehmer von Anfang 20 Jahre bis Mitte 30 Jahre) aller
drei Probandenkollektive ist vergleichbar.
182
UEBERSCHAER [Ueb15] und WINTER [Win16] messen beide signifikant höhere Detektionsschwellen für
(nah-)foveal positionierte Sehobjekte (Abb. 4-54 und Abb. 4-55 links) bei aktivierter Blendung. Die
asymmetrische Schwellenwerterhöhung in Abb. 4-54 ist auf die asymmetrisch angeordneten
Blendquellen in dem Versuchsaufbau von UEBERSCHAER [Ueb15] zurückzuführen.
Weder UEBERSCHAER [Ueb15] noch WINTER [Win16] messen eine signifikante Erhöhung der Detektions-
schwelle bei peripherer Objektposition Θ (Abb. 4-54 und Abb. 4-55 rechts). WINTER [Win16] misst bei
aktivierter Blendung und Θ = 10° (rechts) einen geringfügigen Anstieg des Schwellenkontrasts (Abb.
4-55 rechts). Dies ist bei UEBERSCHAER [Ueb15] nicht der Fall. Bei Θ = 10° (rechts) stimmen die Schwel-
lenwerte mit und ohne Blendung nahezu überein (Abb. 4-54).
Abbildung 4-54: Versuchsergebnis von UEBERSCHAER [Ueb15]; Einfluss der Objektposition Θ auf die Detektionsschwelle mit
dem Parameter Blendung
Übereinstimmend lässt sich aus dem Vergleich der Ergebnisse von UEBERSCHAER [Ueb15] und WINTER
[Win16] schließen, dass eine Blendbeleuchtungsstärke von EBl = 0,8 lx (bzw. EBl = 1,0 lx) unter den von
UEBERSCHAER [Ueb15] und WINTER [Win16] gewählten Versuchsparametern (Tab. 4-21) einen signifi-
kanten Einfluss auf die Detektionsschwelle (nah-)foveal positionierter Sehzeichen jedoch keinen
signifikanten Einfluss auf die periphere Detektionsschwelle ausübt.
Offensichtlich ist, dass weder EBl noch Lad einen Einfluss auf die zum Teil starken Abweichungen der
jeweiligen Versuchsergebnisse (PV#3 vs. UEBERSCHAER [Ueb15] und WINTER [Win16]) ausüben. Ein
geringfügiger Einfluss auf die in den Abb. 4-50 (PV#3), 4-54 und 4-55 dargestellten Versuchsergeb-
nisse ist aus der Wahl von αBl und ΘBl zu vermuten. Der maßgebliche Einflussfaktor auf die Diskrepanz
183
in den gemessenen Ergebnissen muss jedoch durch die Einflussgrößen tBl und Aad, sowie den dadurch
hervorgerufenen Anteil der vertikalen Beleuchtungsstärke am Auge des Versuchsteilnehmers Ead
bedingt sein (vgl. Tab. 4-21).
Abbildung 4-55: Versuchsergebnisse (mittlere Kontrastschwelle 𝑪
) WINTER [Win16]; foveale Sehobjektposition (links);
periphere (Θ = 10°) Sehobjektposition (rechts); mit und ohne Blendung; im Rahmen dieser Diskussion irrelevante
Ergebnisse: ausgegraut; Die Fehlerbalken bezeichnen das 95% Vertrauensintervall (CI)
Es ist davon auszugehen, dass das Ausbleiben einer signifikanten Schwellenkontrasterhöhung bei
Blendung und peripherer Objektposition Θ in den Versuchen von UEBERSCHAER [Ueb15] und WINTER
[Win16] auf zwei vollkommen unterschiedliche Ursachen zurückzuführen ist. Tab. 4-21 gibt hierzu
Aufschluss.
UEBERSCHAER [Ueb15] bietet das Sehzeichen 0,1 s nach Aktivierung der Blendquellen dar. BOYNTON
[Boy63] zu Folge befindet sich das Auge des Rezipienten zum Zeitpunkt des Erlöschens des
Sehzeichens in dem Versuch von UEBERSCHAER [Ueb15] immer noch in einem zeitlichen Ausgleichs-
prozess auf die sprunghaft geänderte Beleuchtung (durch die Blendquelle). Diese Einschätzung wird
ebenso von KESSLER [Kes02], bestätigt. Es muss in Folge dessen davon ausgegangen werden, dass
UEBERSCHAER [Ueb15] höhere Kontrastschwellen (bei Blendung und Θ peripher) hätte messen können,
wären die Blendquellen frühzeitiger (bspw. WINTER [Win16] folgend: tBl = 2 s vor Sehzeichen-
darbietung) aktiviert worden.
Aus Tab. 4-21 ist ersichtlich, dass die weite Ausdehnung des Adaptationsfeldes Aad in dem Versuch
von WINTER [Win16] ein Vielfaches an vertikaler Beleuchtungsstärke am Auge des Teilnehmers Ead
(verglichen mit dem Anteil der durch die Blendquelle bewirkten EBl) hervorruft. Folglich ist zu ver-
muten, dass gleichbleibend hohe Leuchtdichte über das komplette Gesichtsfeld verteilt für periphere
Objektpositionen Θ einen vergleichsweise schwachen Effekt, was die Erhöhung der Detektions-
schwelle bei Blendung (EBl = 1 lx) betrifft, bewirkt.
184
Wie ist nun die (hohe) Schwellenwerterhöhung in dem Laborversuch PV#3 demgegenüber zu erklä-
ren? Tab. 4-21 zeigt, es herrscht in PV#3 die vergleichsweise (1) geringste Ausdehnung des (hellen)
Adaptationsfeldes Aad und (2) ein (im Vergleich zu WINTER [Win16]) geringfügiger Anteil der am Auge
des Teilnehmers vorliegenden Beleuchtungsstärke hervorgerufen durch Ead. Die periphere Umfeld-
leuchtdichte in PV#3 liegt deutlich unterhalb der fovealen Adaptationsleuchtdichte Lad, f = 1,0 cd/m².
Es ist davon auszugehen, dass Lu, p ≈ 1∙10-3 cd/m² der wesentliche Einflussfaktor für die in Abb. 4-50
dargestellte Erhöhung der Kontrastschwellen Cth, p bei Blendung und Θ = 30° darstellt. Hieran können
die erwartungsgemäß detektionsschwellensenkenden Faktoren wie Sehobjektgröße α (Tab. 4-21)
und dynamische Bewegung des Sehobjekts augenscheinlich nichts verändern.
Ungeklärt bleibt, welchen Anteil die in PV#3 angewandte kognitionsbelastende Lenkaufgabe zu der
Schwellenkontrasterhöhung bei Blendung beisteuert. Der Autor empfiehlt daher weiterführende
Untersuchungen zu diesem Einflussfaktor in einer Versuchsumgebung mit auf die Zielfragestellung
abgestimmte Rahmenbedingungen (wie bspw. periphere Umfeldleuchtdichte Lu, p = 0,05 cd/m²).
185
4.5 Demonstrator Markierungslicht
Nach erfolgreicher Fertigstellung des Laborversuchstands (vgl. Abs. 4.3.3) und Durchführung einer
(Blink-)musterstudie, sowie einer Blendungsstudie unter Laborbedingungen besteht die Absicht die in
den Laboruntersuchungen ermittelten Zusammenhänge und Gesetzmäßigkeiten unter realistischeren
Bedingungen zu validieren.
In den dynamischen Laborversuchen erschienen den Rezipienten Reize unter skotopischen
Beleuchtungsverhältnissen im peripheren Bewertungsfeld, während die adaptationsbestimmende,
fokussierte Beleuchtungsfläche mesopische Leuchtdichte aufwies (Lad,f = 1,0 cd/m²). Die vergleichs-
weise niedrigen Leuchtdichten im peripheren Bewertungsfeld sind, solange der Proband nicht direkt
geblendet wird, notwendig, um Reaktionszeitunterschiede messbar zu machen.
Die technische Realisierung der im Labor genutzten Lichtquellen sind für den Einsatz im Freien
ungeeignet, da (1) Feuchtigkeit und (2) Schwankungen der Außentemperatur Beschädigungen an den
Digitalprojektoren verursachen und den abgegeben Lichtstrom beeinträchtigen würden. Wetterfeste
Gehäuse um die Projektoren herum würden wiederum (3) Probleme bei der Wärmeabfuhr und damit
einhergehend die photometrische Betriebsstabilität noch weiter aus dem Gleichgewicht bringen, als
das bei diversen Fabrikaten selbst unter Nutzung in Innenräumen der Fall ist.
Die in der Veranstaltungstechnik eingesetzten Moving Heads kommen als elektromechanisch
schwenk- und neigbare Lichtquelle für den vorgesehen Zweck in Frage. Die bei den derzeit jüngsten
Geräten eingesetzten LED versprechen hohen Lichtstrom und zuverlässigere Betriebsstabilität als
Entladungslampen. Wetterfeste Moving Heads nach Klasse IP65 sind im Fachhandel verfügbar, in den
Strahlengang der Leuchte einkoppelbare Goboräder erlauben den Durchmesser und das Muster des
Lichtspots zu verändern.
Im Rahmen einer B.Sc.-Abschlussarbeit (Titel vgl. Anhang) ist die Auswahl, Anschaffung und
Vorbereitung eines Moving Head zur Anbindung an ein Markierungslichtsystem durchgeführt
worden. Kernbestandteil der Aufgabenstellung war die Anfertigung einer Ansteuerungssoftware, die
den individuellen Zugriff auf alle elektrischen und elektromechanischen Bestandteile der Leuchte
ermöglicht. Für die Komplettierung des wetterfesten Markierungslichtsystems ist lediglich der
Austausch eines derzeit implementierten vergleichsweise leistungsschwachen Objekterkennungs-
und Verfolgungsalgorithmus durch eine ausreichend zuverlässige Variante zu erledigen. Weiterhin
sollte hierbei die mechanische Latenz von Neigung und Schwenken beachtet und behandelt werden.
186
4.5.1 Ziel
Der in Abschnitt 4.3.3 beschriebene Laborversuchsstand kann zur Erkennung und Positionsverfolgung
von Personen im Erfassungsbereich und deren verzögerungsfreier Lichtspotmarkierung genutzt
werden. Hierbei kommt ein aktiver Bildsensor zum Einsatz, der sogar bei absoluter Dunkelheit
zuverlässig arbeitet (vgl. Abs. 4.2.1). Die Lichtspotmarkierung erfolgt über einen handelsüblichen
Digitalprojektor.
Abbildung 4-56: OpenDMX USB Umsetzer; (Bild: ENTTEC; URL: https://www.enttec.com/eu/products/controls/dmx-
usb/open-dmx-usb/)
Die beschriebene Funktionalität soll nun auf ein wetterfestes System übernommen werden.
Technische Herausforderung ist hierbei die Ansteuerung der Leuchte (Moving Head) über das DMX-
Protokoll. Direkter Zugriff auf alle relevanten Leuchtenbestandteile erfolgt über einen USB/DMX-
Adapter (Abb. 4-56), der die Verbindung mit der Entwicklungsumgebung auf dem PC herstellt.
4.5.2 Aktuatorik
Der in Abb. 4-57 dargestellte Moving Head kann stehend oder hängend in Betrieb genommen
werden. Das Gerät kann entweder am Energieversorgungsnetz oder autark mit Akkumulator
verwendet werden. Die Datenverbindung zwischen der Leuchte und der Steuerung kann ebenfalls
wahlweise kabelgebunden oder drahtlos erfolgen.
Abbildung 4-57: SGM G1-BEAM (Moving Head); (Bild: SGM; URL: http://sgmlight.com/standard/g-1-beam/c-23/p-248)
187
Das in Abb. 4-56 dargestellte Verbindungsstück zwischen USB-Protokoll und DMX-Protokoll lässt sich
aus der Entwicklungsumgebung Visual Studio von Microsoft direkt ansteuern. Visual c++ oder Visual
C# kommen für die Quellcoderstellung in Frage.
Tabelle 4-22: DMX-Ansteuerungskanäle (Auswahl)
Tab. 4-22 gibt einen Überblick der für die Anwendung relevanten DMX-Ansteuerungskanäle: Kanal
(1) öffnet und schließt die Optik der Leuchte mechanisch, mit Kanal (2) lässt sich der Lichtstrom
variieren. Kanäle (4) und (6) bestimmen Neigung und Schwenkwinkel. Mit Kanal (9) lassen sich
Aperturblenden und Muster anwenden. Während Kanal (10) den Farbort ändert, kann die Projektion
mit Kanal (11) scharf gestellt werden.
Abbildung 4-58: Ansteuerungssoftware des Leuchtenaktuators
Abb. 4-58 zeigt die grafische Benutzeroberfläche zur Ansteuerung des Moving Heads. Mögliche
Betriebsmodi sind manuell oder Echtzeit. Die meisten der in Tab. 4-22 aufgeführten Funktionen sind
hier implementiert. Neben Schwenk- und Neigungswinkel, Fokus und Lichtstrom kann der
Spotdurchmesser je nach Distanz zwischen Leuchte und Objekt in fünf Stufen variiert werden.
188
4.5.3 Anforderungen an die Sensorik
Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, das wetterfeste Demonstrator-Markierungslicht fertig zu
stellen: die eine ist die Wiederverwendung der bereits im Laborversuchsstand eingesetzten aktiven
Sensorik. Hieraus ergeben sich eine Reihe von Vor- und Nachtteilen: (1) Die Wetterfestigkeit ist nicht
gegeben: Der Sensor müsste gegen Feuchtigkeit und extreme Temperaturen geschützt werden. Der
(2) Erfassungsbereich des aktiven Sensors ist gering: lediglich ca. 13m² können (pro Sensor) abge-
deckt werden. Im Rahmen einer Demonstration in einem Hörsaal der TU Berlin ist die Erweiterung
des Erfassungsbereichs auf mehrere, baugleiche Sensoren und Verbindung im Netzwerk erfolgreich
präsentiert worden. Diese Vorgehensweise bringt weitere Nachteile mit sich, auf die an dieser Stelle
nicht näher eingegangen wird. (3) Die aktive Sensorik ermöglicht eine hochpräzise Objektlokalisation
im Dreidimensionalen. (4) Wie bereits erwähnt arbeitet die aktive Sensorik im Nahinfraroten, sodass
die Beleuchtungsverhältnisse auf die Zuverlässigkeit der Sensordaten keine Auswirkungen haben.
Abbildung 4-59: Objekterkennung und -verfolgung
Abb. 4-59 zeigt ein einzelnes Bild einer Videosequenz: ein Ball bewegt sich springend quer durch das
Bild. Der (einfache) Objektverfolgungsalgorithmus vergleicht wiederkehrend zwei aufeinander-
folgende Einzelbilder. Das grüne Fadenkreuz verfolgt im Video das sich fortbewegende Objekt. In
blau werden die Bildkoordinaten x und y fortlaufend aktualisiert. Auf dieser sensorischen Basis ist die
Lichtspotmarkierung unter Vermeidung der oben genannten Nachteile möglich.
Die Anforderungen an eine passive Sensorik sind aus theoretischen Überlegungen entstanden.
Auflösung: VGA (640 x 480 Pixel) bildet bei einem 32 m breiten Erfassungsbereich 0,05 m der Szene
auf einen Pixel ab. Eine feinere Auflösung wird für die automatische Bilderkennung und Objekt-
verfolgung nicht benötigt.
189
Spektrale Empfindlichkeit: Die (optische) Sensorfusion visueller und thermischer Bildinformationen
bildet optimale Grundlage eine Zustandsschätzung höchster Zuverlässigkeit zu erhalten. Thermische
und im visuellen empfindliche Pixel sind bereits auf ein und demselben CCD-chip verfügbar.
Wiederum muss eine Abwägung zwischen (Sensor- /Detektions-)energieverbrau und der
Zustandsschätzung auf Daten-, Merkmals- und Erklärungsebene getroffen werden (vgl. THRUN
[Thr05].
Bildwiederholraten oberhalb 20 Hz liefern hinreichend temporale Auflösung zur Objektverfolgung.
Auch hier kann durch adaptive Reduktion der Wiederholraten bei Abwesenheit von Objekten im
Erfassungsbereich Energie gespart werden. Sollte an den Rändern der Szene die Wahrscheinlichkeit
für eintretende Merkmale von Interesse steigen, kann die Wiederholrate abrupt erhöht werden.
4.5.4 Anforderungen an die Signalverarbeitung
Auf Datenebene ist die Rauschverminderung und Kontrastverstärkung der erste Schritt für die Auf-
bereitung bildaufgelöster Sensorinformationen im visuellen Bereich. Dies kann entweder soft- oder
hardwareseitig durchgeführt werden. Beide Vorgänge sind notwendig, um den automatischen
Objekterkennungs- und verfolgungsvorgang zuverlässiger und ressourcensparender zu machen.
Liegen Videoinformationen ausreichender Qualität vor, bildet die Merkmalsextraktion den
darauf folgenden Schritt. Aus den extrahierten Merkmalen werden nun diejenigen von Interesse
selektiert. Für beide Vorgänge existieren in der Literatur zahlreiche Ansätze, die in Bezug auf
Ressourcenverbrauch und Leistungsfähigkeit deutliche Unterschiede aufweisen.
Aus den selektierten Objekten in der Szene ist nun die Klassifikation als bspw. Fußgänger,
Radfahrer, Erwachsener, Kind, Hund, Rollstuhl, etc. möglich. Die Behandlung aller klassifizierten
Verkehrsteilnehmer in Bezug auf Lichtspotmarkierung kann nun individuell vorgenommen werden,
insofern die Positionsdaten wiederkehrend aktualisiert werden.
190
Kapitel 5 – Schlussfolgerungen
Das dynamisch adaptiv agierende Markierungslicht im Kraftfahrzeug hat die Aufgabe Hindernisse auf
Überlandfahrten so früh als möglich für den Fahrer wahrnehmbar zu machen.
Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur Beantwortung der Frage inwieweit das Markierende Licht durch
Integration (der Funktonalität) in die Straßenbeleuchtung auf die Verbesserung der Wahrnehmungs-
bedingungen im Verkehrsraum innerorts einwirken kann. Zielsetzung hierbei ist ein Zugewinn an
Verkehrssicherheit bei Dunkelheit und schlechten Witterungsbedingungen, insbesondere für
schwächere Verkehrsteilnehmer.
In diesem abschließenden Kapitel wird eine Antwort auf die eingangs gestellte Forschungsfrage
gegeben. Die Beantwortung der Forschungsfrage erfolgt auf den Ergebnissen der (1) eigenen Labor-
untersuchungen basierend. Weiterhin wird in den folgenden Absätzen der Bezug zu den Erkennt-
nissen aus (2) vorhergehenden wissenschaftlichen Arbeiten hergestellt. Die Methodiken der
Probandenstudien PV#1, PV#2 und PV#3, die Ergebnisse und deren Bedeutsamkeit für die
Anwendung in der Praxis werden resümiert. Weiterhin werden die sich im Laufe der Entstehung
dieser Arbeit entstandenen offenen Fragen genutzt, um Empfehlungen und Anregungen für
weiterführende Experimenten zu unterbreiten.
Untersuchungsgegenstand der experimentell angelegten Laborstudie PV#1 ist die Erkennung
peripher dargebotener Sehzeichen bei zwei unterschiedlichen Objektexzentrizitäten (Θ = 30°; 50°)
und zwei verschieden Leuchtdichteniveaus des fovealen Adaptationsfeldes (Lad, f = 0,3; 1,0 cd/m²). Die
im Positivkontrast dargebotenen (rechteckigen) Sehzeichen sind an die Größe eines in 12 m Distanz
entfernten Fußgängers angepasst. Das foveale Adaptationsfeld umfasst die Abmessungen 15,3° (Brei-
te) x 10,4° (Höhe). Für die Darbietung der Sehzeichen wird die Konstanzwertmethode verwendet, die
Darbietungszeit beträgt 200 ms. Die Umfeldleuchtdichte des unstrukturierten, nicht vollständig
homogen leuchtenden peripheren Bewertungsfeldes beträgt Lu, p = 1 … 2 mcd/m². Die Sehzeichen-
entdeckung erfolgt unter ständiger Aufmerksamkeitsbelastung des Versuchsteilnehmers durch eine
der realen Fahrsituation nachempfundenen Lenkaufgabe. Die insgesamt 20 in die Auswertung der
gemessenen Daten mit aufgenommenen Versuchsteilnehmer sind zum Zeitpunkt der Versuchs-
durchführung zwischen 18 und 33 Jahre alt.
Mit den Ergebnissen aus Probandenstudie PV#1 konnte die eingangs postulierte Hypothese H1
bestätigt werden. Die periphere Detektionsschwelle erhöht sich bei Zunahme der fovealen
Adaptationsleuchtdichte für beide peripheren Objektpositionen Θ.
191
Für die Spezifikation des Markierungslichts in der Straßenbeleuchtung ist mit den Erkenntnissen aus
PV#1 zu berücksichtigen, dass das (1) Verhältnis der mittleren fovealen Adaptationsleuchtdichte Lad, f
zu der mittleren peripheren Umfeldleuchtdichte Lu, p sowie zu der (2) niedrigsten peripheren
Umfeldleuchtdichte Lu, min zu beachten ist, um visuelle Wahrnehmbarkeit gefährdeter Objekte beim
Abbiegevorgang zu gewährleisten.
Die dauerhafte Fokussierung des Blickes auf das foveale Adaptationsfeld in PV#1 bewirkt eine nach-
haltige lokale Adaptation an die (im Versuch vorherrschenden) niedrigen peripheren Umgebungs-
leuchtdichten Lu, p. Die im Straßenverkehr ständig wechselnden Adaptationseinflüsse (foveal und
peripher) lassen daher einen wesentlich gewichtigeren Effekt vermuten, als in PV#1 gezeigt werden
konnte.
In dem Laborexperiment PV#2 wird die Reaktion auf peripher dargebotene, dynamisch in das
Bewertungsfeld eintretende Sehreize untersucht. Das in Form einer schwarz gekleideten Person
erscheinenden Sehobjekt wird hierbei von verschiedenen Varianten eines Lichtspots dynamisch
verfolgt und somit optisch kontrastoptimierend markiert. Das Sehobjekt erscheint bei Exzentrizität
Θ = 30°, durchläuft das periphere Bewertungsfeld und verlässt bei Θ = 50° den für den Studienteil-
nehmer einsehbaren Bereich. Die Leuchtdichte des fovealen Adaptationsfeldes (Aad = 10,5° x 6,5°)
beträgt Lad, f = 1,0 cd/m², während die periphere Umfeldleuchtdichte Lu, p = 0,7 mcd/m² aufweist. Die
Eigenschaften des Markierungslichtspots in PV#2 werden in verschiedener Hinsicht variiert. Hierzu
gehören räumliche (horizontale und vertikale Balkenmuster, kreisrunder Spot) und zeitliche
(Pulsation bei 5 Hz) Varianten, sowie mehrere Abstufungen der Spotleuchtdichte (C = 0,46; 0,8; 1,64;
19). Die gemessene Reaktionszeit auf die Sehreizdarbietung dient als Bewertungskriterium in PV#2.
Die Reaktion auf die dargebotenen Reize erfolgt unter dauerhafter Aufmerksamkeitsbelastung des
Versuchsteilnehmers durch eine Lenkaufgabe. Das Probandenkollektiv umfasst 24 Teilnehmer im
Alter von 29 bis 50 Jahren.
Mit den Ergebnissen aus Probandenstudie PV#2 konnte die eingangs postulierte Hypothese H2
bestätigt werden. Die Reaktionszeit reduziert sich signifikant bei a) Nutzung des auf das Sehobjekt
ausgerichteten Markierungslichtspots gegenüber Referenzbeleuchtung und b) die Reaktionszeit
reduziert sich signifikant mit steigender Spotleuchtdichte Lo.
Die Ausgestaltung der variierten Markierungslichtspots in PV#2 basiert auf einer Auswahl der von
HIRATSUKA [Hir16] verwendeten Varianten in einer für (nah-)foveal positionierte Objektpositionen Θ
durchgeführten Probandenstudie. Die experimentellen Ergebnisse von HIRATSUKA [Hir16] zu den
Themen Pulsation und geometrische Struktur (Balkenmuster) des Markierungslichtspots für (nah-)
foveale Sehobjekte konnten für die periphere Objektposition Θ in PV#2 nicht bestätigt werden.
Während HIRATSUKA [Hir16] mit balken- und schachbrettförmig strukturierten, bei 5 Hz gepulsten
192
Markierungsspots durchweg niedrigere Reaktionszeiten messen konnte, als mit homogen
leuchtenden Spotgeometrien, konnte dies für die Probandenstudie PV#2 nicht bestätigt werden.
Periphere, dynamisch passierende Sehobjekte werden in PV#2 bei Vollspotausleuchtung (kreisrunde
Spotgeometrie) und ohne Spotpulsation durchweg schneller erkannt, als bei Pulsation und
Balkenmuster. Die Forschungshypothesen H3 und H4 sind somit abzulehnen.
Als mögliche Ursachen für die Diskrepanz beim Vergleich der Ergebnisse von HIRATSUKA [Hir16] und
PV#2 sind verschiedene Gründe zu vermuten. Sehr wahrscheinlich lassen sich die Abweichungen der
Ergebnisse (was die Balkenmuster betrifft) mit dem Auflösungsvermögen des menschlichen Auges in
Abhängigkeit der Objektexzentrizität Θ erklären. Während die strukturiert beleuchteten Reize bei
nahfovealer Objektposition Θ zu niedrigeren Reaktionszeiten führen, ist dies für periphere Sehob-
jektpositionen nicht der Fall.
Als weiteren Aspekt beim Vergleich der Versuchsergebnisse von HIRATSUKA [Hir16] und PV#2 ist die
(in beiden Versuchen) angewandte, aufmerksamkeitsbelastende Lenkaufgabe zu berücksichtigen.
Nach WILLIAMS [Wil85] übt Aufmerksamkeitsbelastung auf die Wahrnehmbarkeit peripherer Seh-
objekte einen stärker ins Gewicht fallenden Einfluss im Vergleich zu (nah-)foveal erscheinenden
Reizen aus (tunnel vision). Die Beanspruchung der Reizverarbeitung führt unter Umständen zu einer
Abnahme der Aufnahmefähigkeit im peripheren Bereich des Sehfeldes. Die Ergebnisse von HIRATSUKA
[Hir16] bestätigen, dass das Markierende Licht für das am weitesten von der zentralen Sehachse
entfernt positionierte Objekt deutlichere Reaktionszeitvorteile (verglichen mit den nahfovealen
Sehreizen) bewirkt, was auf die aufmerksamkeitslenkende Wirkung der Lichtspotmarkierung
hindeutet.
Was die Diskrepanz der Forschungsergebnisse zu Pulsation des Sehreizes bei Θ = 30° verglichen mit
der von HIRATSUKA [Hir16] angewandten (nah-)fovealen Sehobjektposition angeht, stehen zwei
Erklärungsansätze im Fokus.
Entweder führen pulsende Reize bei peripherer Objektposition zu generell höheren Reaktionszeiten
als nicht gepulste Reize. Diese Vermutung steht jedoch im Widerspruch zu den Erkenntnissen von
GRUNERT [Gru13], der herausfand, dass bei 3 Hz und 4 Hz gepulste Reize zu niedrigeren Reaktions-
zeiten (Blickzuwendung) führen als 2 Hz Pulsation desselben Reizes.
Andernfalls ist zu vermuten, dass die Abbildung des (bei 5 Hz gepulsten) dynamisch entlang des peri-
pheren Gesichtsfelds bewegten Lichtreizes auf immer wieder neue (weiter peripher gelegene)
Rezeptorfelder eine Latenz der Reizverarbeitung bewirkt. Diese Vermutung fußt auf der Tatsache,
dass die bei HIRATSUKA [Hir16] dargebotenen Reize stets auf dieselben Flächen der Netzhaut
abgebildet werden (die Objektposition Θ ist bei HIRATSUKA [Hir16] im Gegensatz zu PV#2 statisch).
Die Hinweise auf solch einen Zusammenhang sind jedoch zum gegenwärtigen Kenntnisstand rein
spekulativ, die Mechanismen sollten durch geeignete weiterführende Versuche aufgeklärt werden.
193
Untersucht wurden bisher die Reizdarbietung genannter Varianten (Pulsation und Balkenmuster) bei
Objektexzentrizitäten von Θ = (2°; 6°) durch HIRATSUKA [Hir16] (mit Kognitionsbelastung). GRUNERT
[Gru13] untersucht kreisrunde Reize bei Θ = 12,2° und Variation der Pulsationsfrequenz von 2 Hz bis
8 Hz in Schritten von 1 Hz (ohne Kognitionsbelastung). Weiterführende Experimente bei Θ = 15 … 25°
sind aus Sicht des Autors wünschenswert, um die Forschungslücke zu PV#2 (Sehobjekt erscheint bei
Θ = 30°) zu schließen.
Für die Probandenstudie PV#3 wird der in PV#2 verwendete Versuchsaufbau um eine Blendquelle
ergänzt. Um den Einfluss der Blendung auf die Wahrnehmung des dynamischen Sehobjekts messbar
zu machen, dient der periphere Schwellenkontrast Cth, p als Bewertungskriterium. In die Auswertung
mit einbezogen werden die Messdaten von 25 Teilnehmern im Alter von 23 bis 37 Jahren. Das
wiederum in Form einer schwarz gekleideten Person bei Θ = 30° erscheinende Sehobjekt verschwin-
det (im Gegensatz) zu PV#2 auch wieder an derselben Objektposition. Die Adaptationsleuchtdichten
(foveal und peripher), die Abmessungen des fovealen Adaptationsfeldes, sowie die kognitions-
belastende Lenkaufgabe sind identisch zu der Konfiguration in PV#2. Die Blendbeleuchtungsstärke
wird in PV#3 in drei Stufen variiert EBl = (0,0; 0,5; 1,0 lx).
Die Ergebnisse der Blendungsstudie PV#3 zeigen, dass der durchschnittliche Schwellenkontrast Cth, p
bei (1) frontaler Adaptation auf 1,0 cd/m² und (2) lokal peripherer Adaptation auf ≈ 1 mcd/m² um
Faktor 14 (bei EBl = 0,5 lx) und um Faktor 25 (bei EBl = 1,0 lx) gegenüber dem Fall ohne Blendung
ansteigt. Die eingangs postulierte Hypothese H5 kann somit bestätigt werden.
Die Empfehlung für die Praxis an Kreuzungen wie in Abb. 1-3 dargestellt lautet daher, Verkehrs-
teilnehmer, die beim Abbiegevorgang durch Blendung gefährdet werden könnten, so zu beleuchten,
dass deren Kontrast gegenüber dem dunklen Umfeld deutlich erhöht wird. Das Konzept des
Markierenden Lichts stellt hierbei sehr wahrscheinlich (ebenso was den Aspekt der Aufmerksam-
keitslenkung betrifft) eine hochwirksame Realisierungsvariante dar.
WINTER [Win16] dehnt das homogene Adaptationsfeld auf eine Halbkugelsphäre aus und zeigt im
Laborexperiment, dass der periphere Schwellenkontrast bei (einer durch die Adaptationsleuchtdichte
Lad = 1,0 cd/m² hervorgerufenen vertikalen) Beleuchtungsstärke Ev = 3,3 lx am Auge des Rezipienten
und zusätzlicher Blendung (EBl = 1 lx) nur geringfügig gegenüber dem Fall EBl = 0,0 lx angehoben wird.
Unter Berücksichtigung der Ergebnisse von WINTER [Win16] und PV#3 sind aus Sicht des Autors
folgende Fragestellung für weiterführende Experimente zu Blendung und peripherer Objektdetektion
interessant: Ist die Funktionalität des Markierenden Lichts in der Lage (1) Aufmerksamkeitslenkung
194
und (2) Reaktionsvermögen unter Kognitionsbelastung des Teilnehmers auf einen (a) erwarteten und
einen (b) nicht erwarteten Reiz zu verbessern. Um die Lücke zwischen den in WINTER [Win16] und
PV#3 gewählten peripheren Umgebungsleuchtdichten Lu, p zu schließen, sind für die Folgeexperi-
mente Lu, p = (30; 100 mcd/m²) ratsam. Weiterhin sollte untersucht werden, ob das Hindernis bei
heller Peripherie (Lu, p = 300 mcd/m²) und unter starker kognitiver Belastung auch ohne Markierungs-
licht erkannt wird, oder selbst in diesem Fall eine aufmerksamkeitslenkende Wirkung zu beobachten
ist. Die Empfehlung für weiterführende Experimente lautet daher einen geeigneten Weg zu finden,
das Niveau der Aufmerksamkeitsbelastung gezielt zu variieren, um quantifizierbare Aussagen über
das Wahrnehmungsvermögen überschwelliger, peripherer Reize zu erlangen.
Als Alternative zu einem Feldversuch als weiterführendes Experiment wird der Versuch im Simulator
empfohlen.
Das im Kfz für Strecken außerhalb geschlossener Ortschaften erprobte Markierungslicht im inner-
städtischen Verkehrsraum (im Bereich von Kreuzungen) einzusetzen, ist ein bisher unerforschter
Ansatz. Es ist daher selbstverständlich, dass die im Rahmen dieser Arbeit entstandenen Erkenntnisse
erst einen Anfang der Forschungs- und Entwicklungsarbeit darstellen und der Ausbau des Kenntnis-
stands in weiteren Experimenten zu erfolgen hat. Im Rahmen weiterführender Studien muss nicht
nur die an die Verkehrssituation angepasste Wirksamkeit eines Markierenden Lichts untersucht
werden, es bedarf ebenso einer Analyse möglicher negativer Beeinträchtigungen auf das Verkehrs-
geschehen, wobei die Frage der Blendung eine zentrale Rolle spielt. Es muss technisch abgesichert
werden, dass der Markierungslichtspot keinen beteiligten Verkehrsteilnehmer blenden kann.
Die Blendungsvermeidung für ein automatisiertes System wie das Markierungslicht sicherzustellen
stellt eine nicht zu unterschätzende Entwicklungsherausforderung dar. Hierbei sind Experten aus
dem Fachbereich des Maschinellen Sehens gefragt, die für die Gewährleistung der Hell-Dunkel-
Grenze des Markierungsspots unterhalb des Schlüsselbeins eines jeden Verkehrsteilnehmers Sorge zu
tragen haben.
Im Rahmen bisheriger Studien konnte gezeigt werden, dass das Markierende Licht im Kfz die
Erkennbarkeitsentfernung zu Hindernissen auf Überlandfahrten signifikant erhöht. Die hierdurch
gewonnene Reaktionszeit kann für die Abwendung einer Kollision entscheidend sein. Die Aufmerk-
samkeit des Fahrers wird durch die abrupte Lichtspotmarkierung auf das Hindernis und die Gefahren-
195
stelle gelenkt. VOLLRATH [Vol11] betont die Relevanz des Situationsbewusstseins für die Sicherheit im
Straßenverkehr und definiert ein Modell in drei Stufen.
1. Wahrnehmung der Elemente in der Situation
2. Verstehen der Situation
3. Antizipation der Zukunft
Voraussetzung für die in dem Modell von VOLLRATH [Vol11] definierten Stufen ist die Erkennbarkeit
gefährdeter Objekte und die Lenkung der Aufmerksamkeit auf diese, was die wesentlichen
Eigenschaften der Wirkungsweise eines Markierenden Lichts darstellt.
Nach weiterführender Forschungs- und Entwicklungsarbeit stellt das Markierende Licht ein
vielversprechendes Instrumentarium für mehr Sicherheit gefährdeter Verkehrsteilnehmer im
innerstädtischen Verkehrsraum dar. Nicht nur die Befürworter der geforderten Verkehrswende
werden die Chancen des Konzepts erkennen.
196
Kapitel 6 – Anhang und Verzeichnisse
Abbildungen
In Berlin verunglückten im Jahr 2016 insgesamt 56 Personen tödlich im Straßenverkehr (Abb. 6-1).
Abbildung 6-1: Im Straßenverkehr tödlich Verunglückte, Berlin, 2016 [VSL17]
Die Gesamtzahl der Verkehrsunfalltoten 2014 in Berlin betrug 52 (Abb. 6-2).
Abbildung 6-2: Im Straßenverkehr tödlich Verunglückte nach Altersgruppen, Berlin, 2014 [VSL15]
197
Abbildung 6-3: Im Straßenverkehr tödlich Verunglückte nach Altersgruppen, Berlin, 2016 [VSL17]
Abbildung 6-4: Anzahl der Schwerverletzten im Straßenverkehr, Berlin, Jahre 2007 bis 2016 [VSL17]
.
198
Abbildung 6-5: Unfallschwerpunkte nach Unfallursachen, Januar bis Dezember 2016, Berlin [VSL17]
Abbildung 6-6: Relative spektrale Hellempfindlichkeit der Stäbchen (blau) und Zapfen (rot)
[Graphik nach Ch. Schierz, Ilmenau]
199
Abbildung 6-7: Verlauf der Dunkeladaptation nach Hecht und Mandelbaum [Hen02]
Abbildung 6-8: Verunglückte bei Wild-, Fußgänger- und Fahrradunfällen in der BRD zwischen 1970 und 2008 [Sch11D]
200
Abbildung 6-9: Hauptunfallursache von Fußgängern, Berlin. [VSL15]
Abbildung 6-10: Entwicklung des Fahrradverkehrs seit 1951 (Berlin), Webressource: heruntergeladen am 01.12.2017. URL:
http://www.berlin.de/senuvk/verkehr/politik_planung/zahlen_fakten/download/Mobilitaet_dt_Kap-1-4.pdf ,FRV13
.
201
Abbildung 6-11: Bediensoftware Versuchsstand Markierungslicht
Abbildung 6-12: Spektrum der gemessenen Bestrahlungsstärke Ee des Blendprojektors
202
Abbildung 6-13: Als Markierung für die Solldistanz zwischen Blendquelle (PV#3) und Netzhaut des Probanden dient eine
vertikal hängende Metallgliederkette oberhalb des Kopfes der Versuchsperson
Abbildung 6-14: Messen der Blendbeleuchtungsstärke am Auge des Beobachters und Messung der Leuchtdichte im
peripheren Bewertungsfeld
203
Abbildung 6-15: Getötete Verkehrsteilnehmer (NRW); Quelle: [NRW15]
Abbildung 6-16: Spektrum der in PV#2 und PV#3 verwendeten Grundbeleuchtung (LED-Streifen)
204
Abbildung 6-17: Zeitablaufplan Probandenstudie PV#1
.
205
Abbildung 6-18: Leuchtmittelspektrum Versuchsvorraum
Abbildung 6-19: Spektrum der gemessenen Bestrahlungsstärke Ee des Blendprojektors
206
Abbildung 6-20: Spotvarianten vert und hori (PV#2)
Abb. 6-20 zeigt die
Leuchtdichteaufnahmen peripher
für das horizontale und vertikale
Balkenmuster. Wie bei kreisrundem
Markierungslichtspot trifft ein
geringer Anteil des markierenden
Lichts nicht auf der Person, sondern
auf dem Hintergrund auf.
207
Abbildung 6-21: Schematische Darstellung der Versuchsanordnung von EGGERS [Egg11]
Abbildung 6-22: Laborversuchsaufbau SCHNEIDER Sch[11], 9 Sehobjektpositionen
Abbildung 6-23: Teststrecke STROOP [Str11]; Start- & Endpunkt (blaues Kreuz), Testbereich (rot), Aufstellort Sehobjekte
(gelb)
Abbildung 6-24: Versuchsstrecke (7,7 km) von HÖRTER [Hör13] mit Sehobjektpositionen
208
.
Betreute Arbeiten
Xiying Zhang (M.Sc.) Erweiterte Probandenstudie am Versuchsstand Ortsfest installiertes
Markierungslicht
Yasin Kayaalp (B.Sc.) Komponenten zum Aufbau eines Versuchsstands zum Thema
Ortsfestes Markierungslicht
Noor Ali (B.Sc.) Vergleichende Untersuchung von Spotvarianten zum Thema Ortsfest
installiertes Markierungslicht
Monika Zak (B.Sc.) Aufbau eines adaptiv agierenden Leuchtenmoduls zur zeitlich und
räumlich gezielt aufgelösten Markierung von Objekten
Edward Guerrero (B.Sc.) Aufbau eines adaptiv agierenden Leuchtenmoduls zur zeitlich und
räumlich gezielt aufgelösten Markierung von Objekten
209
Probandenfragebogen
Studie am Fachgebiet Lichttechnik
Liebe Probandin, lieber Proband,
herzlichen Dank, dass Sie an unserer Studie teilnehmen.
Bitte füllen Sie diesen kurzen persönlichen Fragebogen aus. Ihre Angaben werden streng vertraulich
behandelt und nicht an Dritte weiter gegeben. Bitte füllen Sie alle Felder, die mit einem Stern
gekennzeichnet sind, auf jeden Fall aus. Diese Informationen benötigen wir für die Auswertung.
Die Teilnahme an der Studie dauert für Sie ungefähr 45 Minuten. Sie erhalten für Ihre Teilnahme eine
Prämie in Höhe von 15 Euro. Sollte die Studie aus irgendwelchen Gründen frühzeitig enden, erhalten
Sie die Teilnahmeprämie selbstverständlich dennoch.
*Name: _____________________ *Vorname: ______________
*Geburtsdatum: ___.___.19___
*Geschlecht: O m / O w (bitte ankreuzen)
*Ich besitze eine gültige Pkw-Fahrerlaubnis: O ja / O nein (bitte ankreuzen)
*Ich nutze eine Sehhilfe: O ja / O nein (bitte ankreuzen)
(wenn ja: _____ Dioptrien)
*E-Mail Adresse: __________________________
Telefonnummer: ________________________
Es steht Ihnen im Verlauf der Studie mindestens ein Versuchsleiter zur Verfügung. Ihn können Sie
jederzeit ansprechen, sollten Sie Fragen haben. Ihr Versuchsleiter wird Sie vor Beginn über den
genauen Ablauf und die Aufgabe informieren.
Soviel vorab: es handelt sich um eine Aufmerksamkeitsstudie. Es werden Ihnen Sehzeichen
dargeboten. Ihre Aufgabe ist es, über Tastendruck auf dem Eingabegerät, mitzuteilen, ob Sie das
Sehzeichen wahrgenommen haben. Es geht nicht darum, eine außergewöhnlich gute Leistung zu
erbringen. Versuchen Sie bitte vielmehr die Aufgabe gewissenhaft und ohne besondere Anstrengung
zu erledigen.
Bitte bestätigen Sie uns mit Ihrer Unterschrift Ihre Teilnahme am Versuch. Vielen Dank!
___________________
Unterschrift Teilnehmer
210
Probandeninstruktionen
Probandenstudie Markierungslicht 2016
Liebe/r Teilnehmer/in,
vielen herzlichen Dank für deine Teilnahme an unserer Studie!
Im Folgenden einige kurze Hinweise für den Ablauf der Studie. Es gibt zwei Aufgaben für dich zu
erledigen:
1.) Auf der Projektionsfläche direkt vor dir werden zwei rote Kreise auf einer horizontalen
Linie hin und her wandern. Zwischen den beiden roten Kreisen befindet sich ein grüner
Kreis. Mit deinem Eingabegerät, dem Lenkrad, kannst du den grünen Kreis, ebenfalls
horizontal, hin und her bewegen indem du lenkst.
Deine Aufgabe ist es, den grünen Kreis zwischen den beiden roten Kreisen zu
balancieren, ohne dass sich die Kreise berühren.
2.) Auf der Projektionsfläche links von dir wird dir eine Vielzahl von Sehzeichen
nacheinander angezeigt. Die Sehzeichen werden an unterschiedlichen Orten, in
unterschiedlicher Helligkeit und nur für einen kurzen Moment erscheinen.
Deine Aufgabe ist es, sofort nachdem du ein Sehzeichen wahrnimmst, eine der beiden
Klicktasten links oder rechts hinter dem Lenkrad zu betätigen. Dabei spielt es keine Rolle,
ob du die linke oder die rechte Klicktaste verwendest.
Bitte halte während der gesamten Studie deinen Blick auf den grünen Kreis vor dir fokussiert. Blicke
nicht nach links. Die angezeigten Sehzeichen sollen nur im Augenwinkel wahrgenommen werden.
Zur Sitzposition: Deine Schulterblätter sollten die Rückenlehne nur ganz leicht berühren.
Der Versuch ist in eine Vielzahl von einzelnen Versuchsreihen unterteilt. Zwischen den einzelnen
Versuchsreihen wird es immer eine Pause von 25 Sekunden geben, bis die nächste Versuchsreihe
von dir, durch Druck auf eine der beiden Schaltwippen gestartet werden kann.
Der Versuch wird, inklusive Pausen, ca. 40 Minuten dauern. Nach ca. 20 Minuten legen wir eine
verlängerte Pause von ca. 3 Minuten ein.
Die erste Versuchsreihe dient der Eingewöhnung an das Eingabegerät. Erst ab der zweiten
Versuchsreihe werden dir Sehzeichen links im Augenwinkel angezeigt auf die du durch Tastendruck
an einer der beiden Schaltwippen reagieren sollst.
Gut.
Noch einmal zusammen gefasst: 1.)Grünen Kreis mit Lenkrad balancieren 2.)Klick auf Klicktaste bei
entdecktem Sehobjekt links 3.)Start jeder Versuchsreihe nach kurzer Pause mit Klick auf Klicktaste.
Bist du bereit?
Du startest die erste Versuchsreihe durch Druck auf eine der beiden Klicktasten.
211
Probandenstudie Markierungslicht 2017
Liebe/r Teilnehmer/in,
vielen herzlichen Dank für deine Teilnahme an unserer Studie!
Im Folgenden einige kurze Hinweise für den Ablauf der Studie. Es gibt zwei Aufgaben für dich zu
erledigen:
1.) Auf der Projektionsfläche direkt vor dir werden zwei rote Kreise auf einer horizontalen
Linie hin und her wandern. Zwischen den beiden roten Kreisen befindet sich ein grüner
Kreis. Mit deinem Eingabegerät, dem Lenkrad, kannst du den grünen Kreis, ebenfalls
horizontal, hin und her bewegen indem du lenkst.
Deine Aufgabe ist es, den grünen Kreis zwischen den beiden roten Kreisen zu
balancieren, so dass sich die Kreise möglichst nicht berühren.
2.) Im Bereich links von dir wirst du Sehreize im Augenwinkel wahrnehmen. Die Sehreize
erscheinen von Zeit zu Zeit nacheinander, niemals mehrere gleichzeitig. Die Sehreize
werden sich bewegen, wandern also an deinem Gesichtsfeld vorbei.
Deine Aufgabe ist es, sofort nachdem du einen Sehreiz wahrnimmst, eine der beiden
Klicktasten links oder rechts hinter dem Lenkrad zu betätigen. Dabei spielt es keine Rolle,
ob du die linke oder die rechte Klicktaste verwendest.
Bitte halte während der gesamten Studie deinen Blick auf den grünen Kreis vor dir fokussiert. Blicke
nicht nach links. Die angezeigten Sehreize sollen nur im Augenwinkel wahrgenommen werden.
Zur Sitzposition: Deine Schulterblätter sollten die Rückenlehne nur ganz leicht berühren.
Der Versuch ist in vier einzelne Versuchsreihen unterteilt. Zwischen den einzelnen Versuchsreihen
wird es immer eine Pause von 180 Sekunden geben, bis die nächste Versuchsreihe von dir, durch
Druck auf eine der beiden Schaltwippen gestartet werden kann.
Der Versuch wird, inklusive den kurzen Pausen zwischen den Versuchsreihen, ca. 40 Minuten dauern.
Die erste Versuchsreihe dient der Eingewöhnung an das Eingabegerät. Du bekommst genügend Zeit
dich in aller Ruhe an die Aufgaben und das Eingabegerät zu gewöhnen.
Gut.
Noch einmal zusammen gefasst: 1.)Grünen Kreis mit Lenkrad balancieren 2.)Klick auf Klicktaste bei
entdecktem Sehreiz links 3.)Start jeder Versuchsreihe nach der Pause mit Klick auf Klicktaste.
Bist du bereit?
Du startest die erste Versuchsreihe durch Druck auf eine der beiden Klicktasten.
212
Blendungsstudie Markierungslicht 2017
Liebe/r Teilnehmer/in, Danke für deine Teilnahme an unserer Studie!
Im Folgenden einige kurze Hinweise für den Ablauf der Studie. Es gibt zwei Aufgaben für dich zu
erledigen:
1.) Auf der Projektionsfläche direkt vor dir werden zwei rote Kreise auf einer horizontalen
Linie hin und her wandern. Zwischen den beiden roten Kreisen befindet sich ein grüner
Kreis. Mit deinem Eingabegerät, dem Lenkrad, kannst du den grünen Kreis, ebenfalls
horizontal, hin und her bewegen indem du lenkst.
Deine Aufgabe ist es, den grünen Kreis zwischen den beiden roten Kreisen zu
balancieren, so dass sich die Kreise möglichst nicht berühren.
2.) Im Bereich links von dir wirst du Sehreize im Augenwinkel wahrnehmen. Die Sehreize
erscheinen von Zeit zu Zeit nacheinander, niemals mehrere gleichzeitig. Die Sehreize
werden immer für einen kurzen Moment erscheinen.
Deine Aufgabe ist es, sofort nachdem du einen Sehreiz wahrnimmst, eine der beiden
Klicktasten links oder rechts hinter dem Lenkrad zu betätigen. Bitte entscheide vorab, ob
die mit links oder rechts klicken möchtest und behalte die Wahl möglichst bei. Gewertet
werden die Klicks sowohl mit links als auch mit rechts.
Manche Reize werden sehr schwach sein, du wirst dir nicht immer sicher sein, ob der Reiz wirklich da
ist. Bitte klicke nur dann, wenn du dir sicher bist, den Reiz entdeckt zu haben. Bitte halte während
der gesamten Studie deinen Blick auf den grünen Kreis vor dir fokussiert. Blicke nicht nach links. Die
angezeigten Sehreize sollen nur im Augenwinkel wahrgenommen werden.
Zur Sitzposition: Deine Schulterblätter sollten die Rückenlehne nur ganz leicht berühren.
Der Versuch ist in vier einzelne Versuchsreihen unterteilt (1x Training und 3x Testreihen). Zwischen
den drei Hauptversuchsreihen wird es immer eine Pause von 6 Minuten geben, bis die nächste
Versuchsreihe von dir, durch Druck auf eine der beiden Schaltwippen gestartet werden kann.
In 2 der 4 Versuchsreihen wird eine Blendquelle aktiviert werden, die die Bedingungen erschwert.
Der Versuch wird, inklusive den kurzen Pausen zwischen den Versuchsreihen, ca. 55 Minuten dauern.
Die erste Versuchsreihe dient der Eingewöhnung an das Eingabegerät und die Aufgabenstellung. Du
bekommst genügend Zeit dich in aller Ruhe an die Aufgabe und das Eingabegerät zu gewöhnen.
Noch einmal zusammen gefasst: 1.)Grünen Kreis mit Lenkrad balancieren 2.)Klick auf Klicktaste bei
entdecktem Sehreiz links 3.)Start jeder Versuchsreihe nach der Pause mit Klick auf Klicktaste.
Bist du bereit?
Du startest die erste Versuchsreihe durch Druck auf eine der beiden Klicktasten.
213
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1-1: Abbiegende Vorfahrt im Berliner Bezirk Spandau; Lichtmast auf Mittelinsel: ........................... 17
kleeblattförmige Anordnung der Leuchten (4 Stück) in 12,5 m Höhe; Farbbild: normalbelichtet .............. 17
Abbildung 1-2: Abbiegesituation aus der Vogelperspektive: Blickrichtung des Linksabbiegers (rot) nach SUMMALA
[Sum96] und periphere Objektpositionen; wartender Querverkehr (gelb); skizzenhaft: Flächen auf
Fahrbahn und Umgebung (E1 bis E4) zur Berechnung des Umgebungsbeleuchtungsstärkeverhältnis (SR)
nach DIN 13201-2 ................................................................................................................................... 19
Abbildung 1-3: Kreuzung im Berliner Bezirk Mitte aus Perspektive des Linksabbiegers;
Hintergrundleuchtdichten im Bereich des Fuß- und Radweges vorrangig durch den unbeleuchteten Park
determiniert ........................................................................................................................................... 20
Abbildung 2-1: Hauptunfallursachen, Berlin, 2012 bis 2014, [VSL15] ............................................................... 22
Abbildung 2-2: Berlin, 2014, im Straßenverkehr tödlich Verunglückte; nach Teilnehmergruppe [VSL15] .......... 22
Abbildung 2-3: Anzahl der im Straßenverkehr tödlich Verunglückten im Zeitraum 2007 bis 2016, Berlin [VSL17]
.............................................................................................................................................................. 23
Abbildung 2-4: Hauptunfallursachen von Fußgängern, Berlin, 2014 [VSL15] .................................................... 24
Abbildung 2-5: Hauptunfallursachen gegenüber Radfahrern in Berlin [VSL15] ................................................. 26
Abbildung 2-6: Hauptunfallursachen motorisierter Zweiräder [VSL17] ............................................................ 27
Abbildung 2-7: Anzahl der im Straßenverkehr Schwerverletzten nach Verkehrsteilnehmergruppen; ............... 27
Jahre 2007 bis 2016, Berlin [VSL17] ......................................................................................................... 27
Abbildung 2-8: Bevölkerungsentwicklung in Berlin 2005 bis 2016 und Prognose 2017 bis 2030 [BZ17] ............ 28
Abbildung 2-9: In Folge eines Verkehrsunfalls schwer verletzte Personen pro Jahr nach
Verkehrsteilnehmergruppe [VSL17] ........................................................................................................ 30
Abbildung 2-10: In Folge eines Verkehrsunfalls schwer verletzte Personen pro Jahr nach
Verkehrsteilnehmergruppe [VSL17] ........................................................................................................ 30
Abbildung 2-11: Unfallrisiko nach Altersgruppe, Fußgänger (links), Radfahrer (Mitte), Motorradfahrer (rechts);
[Vol11] ................................................................................................................................................... 34
Abbildung 2-12: Verunglückte Fußgänger 2006 Deutschland: Gegenüberstellung inner-/außerorts; unterteilt
nach Unfallschwere und Lichtbedingungen; SCHNEIDER [Sch11D] ............................................................. 37
Abbildung 2-13: Verunglückte Radfahrende nach Tageszeit und Lichtbedingungen für Greater London, 2008
[DfT14] ................................................................................................................................................... 38
Abbildung 2-14: Verunglückte Radfahrende nach Jahreszeit und Lichtbedingungen für Greater London, 2008
[DfT14] ................................................................................................................................................... 39
Abbildung 2-15: Unfalltyp 211 (Linksabbiegeunfall) NRW (SV: Schwerverletzte, LV: Leichtverletzte); Quelle:
[NRW14] ................................................................................................................................................ 42
Abbildung 2-16: Unfalltyp mit amtlicher Bezeichnung 211 (Missachtung der Bevorrechtigung ........................ 42
von Geradeausfahrern durch Linksabbieger); Quelle: [UdV13] ................................................................ 42
Abbildung 2-17: Einbiegen/Kreuzen-Unfälle: Unfalltypen mit amtlicher Bezeichnung 301 (Radfahrer an ......... 43
Einmündung von links) und 342 (Radfahrer an Einmündung von rechts); Quelle: [UdV13] ....................... 43
Abbildung 3-1: Örtliche Verteilung von Stäbchen und Zapfen auf der Netzhaut; Graphik nach Ch. Schierz,
Ilmenau [Ueb15]..................................................................................................................................... 47
Abbildung 3-2: Blickverhalten nach SUMMALA [Sum96] (rot), WINTER [Win15] (blau & pink), ROCKWELL [Roc72]
orange .................................................................................................................................................... 51
Abbildung 3-3: Linksabbiegen mit unterschiedlichen Umfeldleuchtdichten Lu (aufsteigend): (1) unbeleuchteter
Park (oben links), (2) teilweise beleuchtete Hausfassade (oben rechts), (3) beleuchteter Park (unten links),
(4) beleuchtetes Schaufenster (unten rechts) .......................................................................................... 55
Abbildung 3-4: Unfallrisiko in Abhängigkeit vom Fahreralter (Pkw) [Vol11]. Risikomaß: odds ratio (x-faches
Unfallrisiko) ............................................................................................................................................ 57
214
Abbildung 3-5: Risikofaktoren für Radfahr- und Fußgängerunfälle innerorts. Einflussgrößen (links) und
Kovariable .............................................................................................................................................. 60
Abbildung 3-6: Illustration des Umgebungsbeleuchtungsstärkeverhältnis SR, mittlere Beleuchtungsstärken E1
bis E4 auf den jeweiligen Streifen im Bewertungsfeld zwischen zwei Leuchten [Tri05] ............................. 66
Abbildung 3-7: Erkennbarkeitsentfernung über Markierungsdistanz; STROOP [Str11] ........................................ 72
Abbildung 3-8: Erkennbarkeitsentfernung bei Abblendlicht (LB) verglichen mit zusätzlichem Markierungslicht
(LB + ML) ................................................................................................................................................ 79
Abbildung 3-9: Versuchsumgebung HIRATSUKA [Hir16] ..................................................................................... 90
Abbildung 3-10: von HIRATSUKA [Hir16] angewandte Licht(spot)muster ............................................................ 91
Abbildung 3-11: Experimentelle Ergebnisse HIRATSUKA [Hir16] ......................................................................... 92
Abbildung 3-12: Versuchsanordnung Laborstudie GRUNERT [Gru13]; eingezeichneter roter Pfeil zeigt auf stat.
Fixationspunkt ........................................................................................................................................ 92
Abbildung 3-13: Reaktionszeit in Abhängigkeit der Blinkfrequenz GRUNERT [Gru13] ......................................... 93
Abbildung 4-1: Schematische Darstellung der Raumgeometrie: Versuchsperson als Stern dargestellt, den Blick
auf den grünen Kreis auf Wand A fixiert (dak = 5,11 m), rechteckige Sehzeichen bei Θ = (30° und 50° links)
auf Wand B; Abschattungwand beginnend in Raumecke, Projektor II auf Mast hinter Versuchsteilnehmer
(periphere Projektion) .......................................................................................................................... 101
Abbildung 4-2: Sitzgelegenheit für Probanden mit Eingabegerät (Lenkrad), Projektor für foveale Projektion
(Projektor I); periphere Projektionsfläche (anteilig) oberhalb Kabelkanal (diese entspricht Wand B in Abb.
4-1) ...................................................................................................................................................... 101
Abbildung 4-3: Blick auf foveale Projektion aus Sitzposition des Studienteilnehmers; .................................. 102
Abschattungswand zu peripherer Projektionsfläche (links) ............................................................................ 102
Abbildung 4-4: Projektionsflächen und Abschattungswand im Aufbaustadium .............................................. 103
Abbildung 4-5: Regiepult zur Überwachung der Projektionen im Versuchsraum; links auf Mast: Projektor II.. 103
Abbildung 4-6: Foveale Projektion (Farbbild) mit Kognitionsaufgabe und Abmessungen, Seitenansicht; ........ 105
(Das Laserkreuz wird im laufenden Versuch deaktiviert) ....................................................................... 105
Abbildung 4-7: Leuchtdichtebild periphere Projektion: Sehzeichen im Positivkontrast bei Θ = 30° (rechts) und Θ
= 50°..................................................................................................................................................... 106
Abbildung 4-8: Projektor II (Optoma EP780): Lichtstromänderung in Abhängigkeit der Betriebsdauer; .......... 107
beginnend bei Kaltstart (links) und bei Betriebsdauer bis 10 Stunden nach Kaltstart (rechts) ......................... 107
Abbildung 4-9: Eingabegerät Lenkrad ........................................................................................................... 107
Abbildung 4-10: Abfolgesequenz A und B der Sehzeichen peripher; Format [Winkel (Θ) in Grad - Reizstärke
(Stufe 1 bis 8)]; das erste Sehzeichen erscheint 10 Sekunden nach Start der Versuchsreihe, das zweite 4
Sekunden später ................................................................................................................................... 110
Abbildung 4-11: Ablaufplan einer einzelnen Versuchsreihe; Kommunikation über Ethernet zur
Messdatenerfassung ............................................................................................................................ 111
Abbildung 4-12: Leuchtdichtebild der fovealen Pausenprojektion (hier nach abgelaufenem Countdown); der
Countdown befindet sich (vor Ablauf auf null) innerhalb des unteren Drittel (mittig) der Projektionsfläche
............................................................................................................................................................ 112
Abbildung 4-13: Peripheres Bewertungsfeld: Sehzeichen bei Θ = 30° (rechts) und Θ = 50° (links); L in [cd/m²] 113
Abbildung 4-14: Foveales Adaptationsfeld mit kognitionsbelastender Lenkaufgabe bei Lad, f = 1,0 cd/m² ....... 114
Abbildung 4-15: Altersstruktur des Probandenkollektivs: Werte unterhalb der Balken entspricht Alter in Jahren;
Werte oberhalb der Balken entspricht der Anzahl der teilnehmenden Personen des zugehörigen
Altersintervalls ..................................................................................................................................... 115
Abbildung 4-16: Anzahl der Sehobjektdetektionen (schematische Darstellung): zweimalige Detektion bei
Reizstärke Stufe i (Objektleuchtdichte Li) und drei bzw. vier Entdeckungen bei Reizstärke Stufe i + 1
(Objektleuchtdichte Li+1) ....................................................................................................................... 120
Abbildung 4-17: Anzahl der Sehobjektdetektionen (schematische Darstellung): keine oder eine Detektion bei
Reizstärke Stufe i (Objektleuchtdichte Li) und drei bzw. vier Entdeckungen bei Reizstärke Stufe i + 1
(Objektleuchtdichte Li+1) ....................................................................................................................... 120
215
Abbildung 4-18: Schwellenkontrast Cth, p für Sehzeichen bei Θ = 30° peripher unter Lad, f = 0,3 cd/m² und Lad, f =
1,0 cd/m² ............................................................................................................................................. 121
Abbildung 4-19: Schwellenkontrast Cth, p für Sehzeichen bei Θ = 50° peripher unter Lad, f = 0,3 cd/m² und Lad, f =
1,0 cd/m² ............................................................................................................................................. 122
Abbildung 4-20: Blick aus Probandenperspektive auf (1) peripheres Bewertungsfeld (links) und (2) foveales
Adaptationsfeld (rechts); Markierungsspot (Variante Schachbrettmuster) auf Sehreiz (Person) im
peripheren Bewertungsfeld .................................................................................................................. 125
Abbildung 4-21: Tiefenbildsensor und Infrarot Emitter bei geöffnetem Gerätgehäuse (Bild: iFixit: URL:
http://ifixit.com)................................................................................................................................... 128
Abbildung 4-22: Sensorerfassungsbereich (in grau) ....................................................................................... 128
Abbildung 4-23: Kinect: Tiefenbildrekonstruktion mit Person im Erfassungsbereich ...................................... 129
Abbildung 4-24a: Emittiertes Tupfenmuster; Quelle: MCCORMICK [JMC12] ..................................................... 130
Abbildung 4-24b: Patent von PrimeSense; Quelle: MCCORMICK [JMC12] ......................................................... 130
Abbildung 4-25: Architektenplan Laborversuchsraum E 224 (TU Berlin), farbig eingezeichnet: Versuchsstand
Markierungslicht; violettes Kreuz: Warteposition Versuchshelfer; schwarzes Quadrat: Tischoberfläche an
dem das Eingabegerät befestigt ist; Fahrbahnmarkierungen: Mittellinie und Fußgängerüberweg .......... 135
Abbildung 4-26: DIALux Simulation des Versuchsraums (PV#2), Kopfposition des Teilnehmers (in orange),
foveales Adaptationsfeld (gestrichelt), Markierungslichtspot auf Oberkörper der Person im peripheren
Bewertungsfeld .................................................................................................................................... 136
Abbildung 4-27: Lichtschranken im peripheren Bewertungsfeld (violett: Lichtschranke 1; grün: Lichtschranke 2)
............................................................................................................................................................ 137
Abbildung 4-28: LED-Streifen aus der Bodenperspektive des peripheren Bewertungsfeldes .......................... 138
Abbildung 4-29: Schalldruckmessung mit TROTEC BS 15. Maximalwert Regengeräusch 57,3 dB(A) ................ 139
Abbildung 4-30: Altersstruktur des Probandenkollektivs in PV#2 ................................................................... 145
Abbildung 4-31: Spotvariante bright – Alle Messungen über den Versuchszeitraum, ermittelte Kontraste (links),
einzelne Leuchtdichtemessung vom 25. April 2017 um 15:00 Uhr (rechts); Objektposition: Mitte des
peripheren Bewertungsfeldes ............................................................................................................... 147
Abbildung 4-32: Peripheres Bewertungsfeld PV#2 ........................................................................................ 147
Abbildung 4-33: Spotvariante off - Alle Messungen über den Versuchszeitraum, ermittelte Kontraste (links),
bildaufgelöste Leuchtdichtemessung vom 25. April 2017 um 15:00 Uhr (rechts); Objektposition: Mitte des
peripheren Bewertungsfeldes ............................................................................................................... 148
Abbildung 4-34: Objektposition und zugehöriger Zeitpunkt - Lichtschranke 2 (blau), Objekt zu 50 % sichtbar
(rot), Objekt erstmals zu 100 % sichtbar (grün) ..................................................................................... 150
Abbildung 4-35: Kreisrunder Markierungsspot: Reaktionszeit über verschiedenen Spotleuchtdichteniveaus . 151
Abbildung 4-36: Einfluss von Kontrast C auf die Reaktionszeit tr (kreisrunder Spot); Streuung der Ergebnisse: vgl.
Abb. 4-35 ............................................................................................................................................. 152
Abbildung 4-37: Mittlere Reaktionszeiten verschiedener geometrischer Muster des Markierungsspots; Variante
bright weist eine höhere Spotleuchtdichte als die übrigen drei dargestellten Varianten auf, deren
Leuchtdichten identisch sind ................................................................................................................ 152
Abbildung 4-38: kreisrunder Markierungsspot bei unterschiedlichen Spotleuchtdichten; 2.v.r.: Blinkender ... 153
Spot (5 Hz) identischer Leuchtdichte zu dark (2.v.l.) .............................................................................. 153
Abbildung 4-39: Markierungslicht als horizontales Balkenmuster: zeitlich konstant (hori), ............................. 154
bei 5 Hz pulsend (blink), alternierend gepulst (alt) bei 5 Hz ................................................................... 154
Abbildung 4-40: Markierungslicht als vertikales Balkenmuster: zeitlich konstant (vert), ................................. 155
bei 5 Hz pulsend (blink), alternierend gepulst (alt) bei 5 Hz ................................................................... 155
Abbildung 4-41: Vergleich der mittleren Reaktionszeiten (mRz): nicht pulsierend vs. 5 Hz pulsierend (links); . 157
5 Hz pulsierend vs. 5 Hz Balken alternierend (rechts); Streuung der Ergebnisse (vgl. Abb. 4-37 bis Abb. 4-
40) ....................................................................................................................................................... 157
Abbildung 4-42: links: mRz Spot (max); rechts: mRz nicht pulsierend (still) vs. 5 Hz alternierend; Streuung
(s.Abb. 4-39/4-40) ................................................................................................................................ 157
216
Abbildung 4-43: Vergleich der Versuchsergebnisse von HIRATSUKA [Hir16] und PV#2; Grundlichtverteilung
Fernlicht (HB) bei HIRATSUKA [Hir16]; Grundlichtverteilung LED(-Streifen) bei PV#2 ................................ 159
Abbildung 4-44: Vergleich der Versuchsergebnisse von HIRATSUKA [Hir16] (Θ = 6°) und PV#2 ......................... 160
Abbildung 4-45: Blick des Studienteilnehmers auf foveale Projektion; Bildmitte: Projektor III zur Realisierung
der Blendung ........................................................................................................................................ 167
Abbildung 4-46: Blendfleck im Gesichtsfeld des Versuchsteilnehmers ........................................................... 169
Abbildung 4-47: Altersverteilung Probandenstudie PV#3 .............................................................................. 171
Abbildung 4-48: Variierte Spotleuchtdichten im peripheren Bewertungsfeld (hier: zu EBl = 0,5 lx) .................. 173
Abbildung 4-49: Als Markierung für die Solldistanz zwischen Blendquelle und Netzhaut des Probanden dient
eine vertikal hängende Metallgliederkette oberhalb des Kopfes. Mögliche Abweichung von der
Sollposition gekennzeichnet durch Pfeile in orange ............................................................................... 174
Abbildung 4-50: Generelle Wirkung der Blendung EBl auf die periphere Kontrastschwelle Cth,p bei Objektposition
Θ= 30° .................................................................................................................................................. 176
Abbildung 4-51: Cth,p über EBl; Versuchsreihen Abfolgesequenz Variante A (v.l.n.r) - Objektposition Θ = 30° . 177
Abbildung 4-52: Cth,p über EBl; Versuchsreihen Abfolgesequenz Variante B (v.l.n.r) - Objektposition Θ= 30° .. 177
Abbildung 4-53: Blendung als Ursache für Schwellenwerterhöhung bei Sehobjektposition Θ.
Blendbeleuchtungsstärken oberhalb der Diagrammbalken.................................................................... 178
Abbildung 4-54: Versuchsergebnis von UEBERSCHAER [Ueb15]; Einfluss der Objektposition Θ auf die
Detektionsschwelle mit dem Parameter Blendung ................................................................................ 182
Abbildung 4-55: Versuchsergebnisse (mittlere Kontrastschwelle C) WINTER [Win16]; foveale Sehobjektposition
(links); periphere (Θ = 10°) Sehobjektposition (rechts); mit und ohne Blendung; im Rahmen dieser
Diskussion irrelevante Ergebnisse: ausgegraut; Die Fehlerbalken bezeichnen das 95% Vertrauensintervall
(CI) ....................................................................................................................................................... 183
Abbildung 4-56: OpenDMX USB Umsetzer; (Bild: ENTTEC; URL:
https://www.enttec.com/eu/products/controls/dmx-usb/open-dmx-usb/) .......................................... 186
Abbildung 4-57: SGM G1-BEAM (Moving Head); (Bild: SGM; URL: http://sgmlight.com/standard/g-1-beam/c-
23/p-248) ............................................................................................................................................. 186
Abbildung 4-58: Ansteuerungssoftware des Leuchtenaktuators .................................................................... 187
Abbildung 4-59: Objekterkennung und -verfolgung ....................................................................................... 188
Abbildung 6-1: Im Straßenverkehr tödlich Verunglückte, Berlin, 2016 [VSL17] ............................................... 196
Abbildung 6-2: Im Straßenverkehr tödlich Verunglückte nach Altersgruppen, Berlin, 2014 [VSL15]................ 196
Abbildung 6-3: Im Straßenverkehr tödlich Verunglückte nach Altersgruppen, Berlin, 2016 [VSL17]................ 197
Abbildung 6-4: Anzahl der Schwerverletzten im Straßenverkehr, Berlin, Jahre 2007 bis 2016 [VSL17] ............ 197
Abbildung 6-5: Unfallschwerpunkte nach Unfallursachen, Januar bis Dezember 2016, Berlin [VSL17] ............ 198
Abbildung 6-6: Relative spektrale Hellempfindlichkeit der Stäbchen (blau) und Zapfen (rot).......................... 198
[Graphik nach Ch. Schierz, Ilmenau] ...................................................................................................... 198
Abbildung 6-7: Verlauf der Dunkeladaptation nach Hecht und Mandelbaum [Hen02] ................................... 199
Abbildung 6-8: Verunglückte bei Wild-, Fußgänger- und Fahrradunfällen in der BRD zwischen 1970 und 2008
[Sch11D] ............................................................................................................................................... 199
Abbildung 6-9: Hauptunfallursache von Fußgängern, Berlin. [VSL15] ............................................................. 200
Abbildung 6-10: Entwicklung des Fahrradverkehrs seit 1951 (Berlin), Webressource: heruntergeladen am
01.12.2017. URL:
http://www.berlin.de/senuvk/verkehr/politik_planung/zahlen_fakten/download/Mobilitaet_dt_Kap-1-
4.pdf ,FRV13 ......................................................................................................................................... 200
Abbildung 6-11: Bediensoftware Versuchsstand Markierungslicht ................................................................ 201
Abbildung 6-12: Spektrum der gemessenen Bestrahlungsstärke Ee des Blendprojektors ................................ 201
Abbildung 6-13: Als Markierung für die Solldistanz zwischen Blendquelle (PV#3) und Netzhaut des Probanden
dient eine vertikal hängende Metallgliederkette oberhalb des Kopfes der Versuchsperson ................... 202
Abbildung 6-14: Messen der Blendbeleuchtungsstärke am Auge des Beobachters und Messung der
Leuchtdichte im peripheren Bewertungsfeld ......................................................................................... 202
217
Abbildung 6-15: Getötete Verkehrsteilnehmer (NRW); Quelle: [NRW15] ....................................................... 203
Abbildung 6-16: Spektrum der in PV#2 und PV#3 verwendeten Grundbeleuchtung (LED-Streifen) ................ 203
Abbildung 6-17: Zeitablaufplan Probandenstudie PV#1 ................................................................................. 204
Abbildung 6-18: Leuchtmittelspektrum Versuchsvorraum ............................................................................. 205
Abbildung 6-19: Spektrum der gemessenen Bestrahlungsstärke Ee des Blendprojektors ................................ 205
Abbildung 6-20: Spotvarianten vert und hori (PV#2)...................................................................................... 206
Abbildung 6-21: Schematische Darstellung der Versuchsanordnung von EGGERS [Egg11] ................................ 207
Abbildung 6-22: Laborversuchsaufbau SCHNEIDER Sch[11], 9 Sehobjektpositionen .......................................... 207
Abbildung 6-23: Teststrecke STROOP [Str11]; Start- & Endpunkt (blaues Kreuz), Testbereich (rot), Aufstellort
Sehobjekte (gelb) ................................................................................................................................. 207
Abbildung 6-24: Versuchsstrecke (7,7 km) von HÖRTER [Hör13] mit Sehobjektpositionen .............................. 207
218
Tabellenverzeichnis
Tabelle 2-1: Getötete im Straßenverkehr nach Teilnehmergruppe, Berlin, 2014 [VSL15] .................................. 22
Tabelle 2-2: Verunglückte Radfahrer Berlin nach Jahr und Unfallschwere, [VSL17] .......................................... 25
Tabelle 2-3: Bevölkerungszuwachs der Berliner Bezirke von 2005 bis 2016 prozentual und in absoluten Zahlen; .
Bevölkerungsdichte zum 30. Juni 2016 in Tausend Personen pro km² ...................................................... 29
Tabelle 2-4: Verunglückte Radfahrende nach Jahreszeit und Lichtbedingungen für Greater London, 2008
[DfT14] ................................................................................................................................................... 39
Tabelle 3-1a: Von [Ueb15] recherchierte Studien, auszugsweise übernommen ............................................... 63
Tabelle 3-1b: Von [Ueb15] recherchierte Studien, auszugsweise übernommen ............................................... 64
Tabelle 3-1c: Von [Ueb15] recherchierte Studien, auszugsweise übernommen (Blendung) .............................. 65
Tabelle 3-2: Erkennbarkeitsentfernung in Abhängigkeit der Lichtverteilung und Fußgängerposition; BANG
[Ban11] .................................................................................................................................................. 72
Tabelle 3-3: Mittelwerte und Standardabweichung der Bremsreaktionszeit; GRUNERT [Gru13] ......................... 74
Tabelle 3-4: Studien zu Markierungslicht - Versuchsparameter ........................................................................ 78
Tabelle 3-5: Erkennbarkeitsentfernung in [m] ohne (LB) und mit (LB + ML) Markierungslicht, sowie Kontrast C 79
Tabelle 3-6: Einflussgrößen auf die Erkennbarkeitsentfernung (Feldstudien) bei Abblendlicht + Markierungslicht
.............................................................................................................................................................. 80
Tabelle 3-7: Einflussgrößen auf die Erkennbarkeitsentfernung ........................................................................ 84
Tabelle 3-8: Aus UEBERSCHAER [Ueb15] auszugsweise übernommene und ergänzte Studien zu erschwerten
Sehbedingungen ..................................................................................................................................... 87
Tabelle 3-9: Übersicht der konstanten Versuchsparameter HIRATSUKA [Hir16] .................................................. 91
Tabelle 3-10: Übersicht der konstanten Versuchsparameter GRUNERT [Gru13] ................................................. 93
Tabelle 4-1: Übersicht der Versuchsvariablen PV#1 ...................................................................................... 100
Tabelle 4-2: Übersicht der konstanten Versuchsparameter (PV#1); wahre Ausdehnung in [m], scheinbare Größe
in [°] ..................................................................................................................................................... 108
Tabelle 4-3: Übersicht der Fehler und Messunsicherheiten ........................................................................... 117
Tabelle 4-4: Vergleich der ermittelten Leuchtdichteschwellen mit den von UEBERSCHAER [Ueb15] ermittelten
Werten ................................................................................................................................................. 123
Tabelle 4-5: Vergleich Sehzeichenabmessungen ............................................................................................ 123
Tabelle 4-6: Gegenüberstellung der Leistungsfähigkeit des aktiven Bildsensors (Kinect) und der
Wärmebildkamera ................................................................................................................................ 127
Tabelle 4-7: Gerätespezifikation Kinect ......................................................................................................... 128
Tabelle 4-8: Übersicht der Versuchsvariablen in PV#2 ................................................................................... 133
Tabelle 4-9: Versuchsreihen PV#2 - Abfolgesequenz der ML-Muster ............................................................. 141
Tabelle 4-10: Legende zu Tabelle 4-10 .......................................................................................................... 141
Tabelle 4-11: Übersicht der konstanten Versuchsparameter (PV#2) .............................................................. 144
Tabelle 4-12: Vergleich der mittleren Reaktionszeiten (mRz) in [ms] – Positive Werte repräsentieren
Reaktionszeitvorteile ............................................................................................................................ 158
Tabelle 4-13: Reaktionszeiten in Abhängigkeit von Objektposition und Lichtverteilung, HIRATSUKA [Hir16]
(der Beobachter fokussiert zwischen Objektposition links und Mitte) 159
Tabelle 4-14: Übersicht der Versuchsvariablen in PV#3 ................................................................................. 166
Tabelle 4-15: Erweiterte Parameterliste Probandenversuch PV#3 ................................................................. 168
Tabelle 4-16: gemessene Umfeldleuchtdichten im peripheren Bewertungsfeld in [mcd/m²] bei verschiedenen ..
(1) Blendbeleuchtungsstärken und (2) Blendfleckdurchmessern ............................................................ 168
219
Tabelle 4-17: Zeitliche Untergliederung der (1) Adaptationszeit und der (2) Messdatenerhebung .................. 171
Tabelle 4-18: Reihenfolge der Versuchsreihen .............................................................................................. 172
Tabelle 4-19: Abweichung der Blendbeleuchtungsstärke in Abhängigkeit der Abweichung der
Probandenposition vom Sollwert .......................................................................................................... 175
Tabelle 4-20: Periphere Schwellenkontraste Cth,p nach Gruppe und Blendbeleuchtungsstärke EBl .................. 178
Tabelle 4-21: Einflussgrößen auf den Schwellenkontrast Cth bei Blendung (Auswahl Studien mit peripherer
Objektposition Θ) ................................................................................................................................. 181
Tabelle 4-22: DMX-Ansteuerungskanäle (Auswahl) ....................................................................................... 187
.
220
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226
Abkürzungs- und Symbolverzeichnis
Abkürzungen
AFS Advanced Frontlighting System
AV Abhängige Variable
BRD Bundesrepublik Deutschland
CIE Commission Internationale d’Éclairage
CI Konfidenzintervall
ESP Elektronisches Stabilitätsprogramm
FG Fußgänger
FRM Fußgänger, Radfahrer, Motorradfahrer
GUI Graphical User Interface (dt. graphische Benutzeroberfläche)
H Hypothese
H0 Nullhypothese
H1 Alternativhypothese
HB High Beam (dt. Fernlicht)
Kfz Kraftfahrzeug
LB Low Beam (dt. Abblendlicht)
LED Licht emittierende Diode
LMK Leuchtdichtemesskamera (Typen: LMK98-3 color; LMK98-4 color)
LPH Lichtpunkthöhe
ML Markierungslicht
mRz mittlere Reaktionszeit
RF Radfahrer
SR Surround Ratio (dt. Umgebungsbeleuchtungsstärkeverhältnis)
th Threshold (dt. Schwelle)
TI Threshold Increment
TUB Technische Universität Berlin
UdV Unfallforschung der Versicherer
UV Unabhängige Variable
VTN Verkehrsteilnehmer
XGA Extended Graphics Array (Bildauflösung 1024 x 768 Pixel)
227
Symbole (Lateinisch)
Aad Fläche des Adaptationsfeldes
Af Abmessungen der fovealen Projektion
b Fahrbahnbreite
bBF Breite des Blendflecks
B(λ) spektralen Wirkungsfunktion für photochemische Netzhautgefährdung
C Kontrast
Cw Kontrast (nach Weber)
Cth Schwellenkontrast
Cth, p Schwellenkontrast bei peripher Objektposition Θ
𝐶 Mittlere Kontrastschwelle (nach WINTER [Win16])
ddet Erkennbarkeitsentfernung
ΔEBl Abweichung von der Sollblendbeleuchtungsstärke (PV#3)
ΔL Leuchtdichteunterschied
ΔLs Unterschiedsschwelle (nach HENTSCHEL [Hen02] und BAER [Bae16])
ΔLBl Unterschiedsschwelle (bei Blendung)
ΔLx Leuchtdichteunterschied eines Flächenelements x (nach HENTSCHEL [Hen02])
Δtd Zeitdifferenz zwischen Passieren der Lichtschranken 1 und 2
ΔtR Reaktionszeitunterschied
dak Akkommodationsentfernung
dBQ Abstand von Auge zu Blendquelle (Digitalprojektor III)
dk Kreisdurchmesser Projektion Lenkaufgabe
dMark Markierungsdistanz
dML Distanz zwischen Markierungslichtquelle (Digitalprojektor) und Sehobjekt
ed,ML Abweichung Beleuchtungsstärke ML-Spot
ed,ML,max Maximale Abweichung Beleuchtungsstärke ML-Spot
elap Messfehler (Zeitmessung) Durchlaufzeit Bewertungsfeld (PV#2)
esamp Messfehler (Zeitmessung) durch Abtastrate bedingt
E Beleuchtungsstärke
Ead vertikale Beleuchtungsstärke (am Auge des Beobachters) hervorgerufen durch Lad
EBl Blendbeleuchtungsstärke
EBl,s Sollblendbeleuchtungsstärke
Ee Bestrahlungsstärke
Ek Beleuchtungsstärke der k-ten Blendquelle
EML Beleuchtungsstärke Markierungslichtfleck
Ev vertikale Beleuchtungsstärke (am Auge des Beobachters)
fA Altersfaktor
228
fML Pulsationsfrequenz Lichtspot
hBF Höhe des Blendflecks
hBQ Höhe der Blendquelle
hoc Augenhöhe des Probanden
ht Höhe der Lenkaufgabe Projektion
Km photometrisches Strahlungsäquivalent (Tagsehen)
K‘m photometrisches Strahlungsäquivalent (Nachtsehen)
L Leuchtdichte
Lad Adaptationsleuchtdichte
Lad, f Mittlere Adaptationsleuchtdichte der frontalen Projektion
Lad, p Lokale Adaptationsleuchtdichte im peripheren Bewertungsfeld
LB effektive Strahldichte
Lm mittleren Fahrbahnleuchtdichte
Lo Objektleuchtdichte
Lo, p Objektleuchtdichte im peripheren Bewertungsfeld
Lu Umfeldleuchtdichte
Lu, min niedrigste periphere Umfeldleuchtdichte
Lu, p Umfeldleuchtdichte im peripheren Bewertungsfeld
Ls Schleierleuchtdichte
Lv Leuchtdichte (vertikal)
Lx Leuchtdichte Flächenelement x (bspw. auf Straßendeckschicht)
L(λ) spektrale Strahldichte
p Irrtumswahrscheinlichkeit
RU Unfallrisiko
sr Steradiant
t Zeit
t0 Zeitpunkt bei Passieren der Lichtschranke 1
t1 Zeitpunkt bei Passieren der Lichtschranke 2
tad Dunkeladaptationszeit
tak Akkommodationszeit
tBl Einschaltzeitpunkt Blendquellen
td Darbietungszeit (PV#1)
tklick Klickzeitpunkt
tr Reaktionszeit
U0 Gesamtgleichmäßigkeit
Ul Längsgleichmäßigkeit
vrel relative Geschwindigkeit
vPkw Fahrgeschwindigkeit Pkw
229
Symbole (Griechisch)
α Sehobjektgröße
αBl Größe der Blendquelle
αQ Winkelausdehnung Strahlungsquelle
Θ Sehobjektwinkel (Winkel zwischen Flächenschwerpunkt Sehobjekt und Blickfixationspunkt)
ΘBl Winkel zwischen Blendquelle und Fixationspunkt
ΘBl,h Horizontale Winkelkomponente zwischen Blendquelle und Fixationspunkt
ΘBl,v Vertikale Winkelkomponente zwischen Blendquelle und Fixationspunkt
ΘMov Neigungswinkel Moving Head
θk Winkel zwischen zentraler Sehachse und Mitte der leuchtenden Fläche der Leuchte k
λ Wellenlänge
µ Mittelwert
ρ Reflektionsgrad
σ Standardabweichung
Φ Lichtstrom
𝜑 Lenkwinkel (Eingabegerät)
𝜑Mov Schwenkwinkel Moving Head