晝間自由行駛狀態(tài)下駕駛員空間距離判識(shí)規(guī)律*

趙煒華 劉浩學(xué) 馮中祥 施盧丹 蔣偉峰

(長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院 西安 710064)

駕駛員駕駛車輛行駛過(guò)程中,90%以上信息靠視覺獲取,可見視覺信息在駕駛行為決策及相關(guān)操作中具有重要作用[1-2].人眼的視覺特征表明,對(duì)近距離的判斷較為準(zhǔn)確,而隨著與目標(biāo)物空間深度的加大,距離判識(shí)的準(zhǔn)確性變差.因?yàn)椤爱?dāng)人眼與目標(biāo)物之間距離超過(guò)100 m時(shí),空間落在雙眼之間映像的差異非常小”[3-4].文獻(xiàn)[5-6]研究了晝間動(dòng)態(tài)環(huán)境中空間距離判識(shí)規(guī)律,但僅限于在不同深度距離下,判識(shí)距離隨速度的變化趨勢(shì),缺乏深度距離對(duì)距離判識(shí)的影響分析.本文通過(guò)實(shí)際道路試驗(yàn),以探究人在動(dòng)態(tài)環(huán)境中對(duì)障礙物空間距離判識(shí)的規(guī)律,分析深度距離和速度對(duì)判識(shí)的影響,并建立定量變化的數(shù)學(xué)模型.

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與被試選擇

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究遵照心理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法,最大限度控制了影響因素,試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)如圖1所示.

1)試驗(yàn)道路為1 100 m直線區(qū)段,方向?yàn)闁|西走向,道路兩端等條件設(shè)置實(shí)驗(yàn)車輛具有足夠的加速和勻速區(qū)段;實(shí)驗(yàn)時(shí)間區(qū)段為14:00～18:00時(shí),天氣晴到多云,所有被試試驗(yàn)過(guò)程中基本控制在等照度環(huán)境(15 000 lx～40 000 lx).

圖1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)

2)車輛行駛深度方向第一辨識(shí)點(diǎn)障礙物,按近、中、遠(yuǎn)分別設(shè)為25,75,125 m設(shè)置,2個(gè)障礙物之間的相對(duì)距離為40 m.車輛試驗(yàn)速度均按0,20,40,60,80和100 km/h的6級(jí)速度進(jìn)行控制.

3)被試駕駛員在不同設(shè)計(jì)速度下,行駛至判識(shí)基準(zhǔn)線時(shí),直接報(bào)出絕對(duì)空間距離X和相對(duì)距離Y的主觀判識(shí)距離數(shù)值.考慮到光線照射方向和環(huán)境差異的影響,兩個(gè)方向均進(jìn)行一次試驗(yàn),取兩次判識(shí)平均值為駕駛員在不同速度和深度距離下的判識(shí)結(jié)果.

4)實(shí)驗(yàn)車輛為福特全順JX6541B-H型,車速表進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn),并采用ISKRA-1D型非接觸式車速測(cè)試儀進(jìn)行間斷監(jiān)控,以保障試驗(yàn)車速誤差有限;道路障礙物顏色選用暖色系的紅色及冷色系的綠色,其尺寸為0.5 m×0.5 m×1.3 m;環(huán)境照度用LX1330B型數(shù)字照度計(jì)測(cè)試,用以監(jiān)測(cè)整個(gè)實(shí)驗(yàn)開始到結(jié)束的照度變化.

1.2 被試選擇

被試駕駛員按照隨機(jī)性原則選取,并注意相關(guān)因素的影響,共選取不同行業(yè),駕駛經(jīng)歷、職業(yè)、年齡和駕齡的32名男性駕駛員.要求駕駛年限均超過(guò)5年駕齡,持有B照以上駕駛執(zhí)照資格.技術(shù)均嫻熟,且有良好的駕駛習(xí)慣,視覺機(jī)能正常,無(wú)生理缺陷和重、特大事故經(jīng)歷.被試基本情況如表1所列.

表1 被試駕駛員基本情況分類表

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 距離判識(shí)數(shù)據(jù)

按照試驗(yàn)方案設(shè)計(jì),在不同深度距離和速度下,被試駕駛員分別進(jìn)行距離判識(shí).統(tǒng)計(jì)分析判識(shí)結(jié)果,全部判識(shí)結(jié)果符合或接近正態(tài)分布,取全部被試距離判識(shí)數(shù)據(jù)平均值,作為不同速度和距離條件下距離判識(shí)結(jié)果.紅色障礙物距離判識(shí)結(jié)果,如圖2所示.

圖2 紅色障礙物距離判識(shí)結(jié)果

根據(jù)相同數(shù)據(jù)處理方法,獲得綠色障礙物距離判識(shí)結(jié)果如圖3所示.

2.2 被試判識(shí)回顧

試驗(yàn)結(jié)束后,駕駛員普遍反映,在不同深度距離下,絕對(duì)距離X的判識(shí)值隨著車速不斷提高而逐漸下降,相對(duì)距離Y判識(shí)值也不斷下降,但下降程度不如絕對(duì)距離明顯;隨著深度距離增加,判識(shí)絕對(duì)距離下降明顯程度降低,而相對(duì)距離判識(shí)受深度距離變化影響較小,隨速度判識(shí)值變化明顯.不同顏色障礙物的距離判識(shí)差異明顯,綠色障礙物距離遠(yuǎn)于紅色,且隨著深度距離增加,差異愈加明顯.

圖3 綠色障礙物距離判識(shí)結(jié)果

3 判識(shí)距離變化規(guī)律

3.1 不同顏色判識(shí)差異分析

被試回顧結(jié)果顯示,不同顏色障礙物判識(shí)距離差異明顯.判識(shí)記錄數(shù)據(jù)也表明,綠色障礙物判識(shí)距離大于紅色.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,由于被測(cè)試者在相同條件下參加紅、綠兩色障礙物距離判識(shí),故在此選用Paired-T檢驗(yàn)方法進(jìn)行差異檢驗(yàn).在不同速度和深度距離下,不同顏色障礙物判識(shí)距離檢驗(yàn)結(jié)果如表2所列.

表2 晝間不同顏色障礙物判識(shí)配對(duì)T檢驗(yàn)結(jié)果

由表2可知,在不同距離和速度時(shí),對(duì)于紅、綠兩色障礙物判識(shí),絕對(duì)距離和相對(duì)距離檢驗(yàn)顯著程度Sig值,僅有個(gè)別小于0.05,即紅、綠兩色障礙物距離判識(shí)僅在個(gè)別距離和速度時(shí),差異顯著.反之,結(jié)果表明,在試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中,不同顏色障礙物距離判識(shí)數(shù)據(jù)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異.

3.2 判識(shí)距離變化規(guī)律

由于不同顏色障礙物判識(shí)距離,統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上差異不顯著,將紅、綠2色障礙物在不同深度距離和速度下的判識(shí)距離取平均值,不僅可以獲得自由行駛狀態(tài)下距離判識(shí)變化規(guī)律,而且可以提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性.經(jīng)上述數(shù)據(jù)處理后,獲得距離判識(shí)數(shù)據(jù)變化如圖4所示.

圖4 障礙物距離判識(shí)結(jié)果

由圖4所示可見,絕對(duì)距離判識(shí)隨著速度和深度距離的變化,在空間中形成一個(gè)一曲面.通過(guò)曲面回歸分析,逼近判識(shí)距離隨速度和距離變化的函數(shù).考慮到指數(shù)函數(shù)變化趨勢(shì),在此選用二元三次函數(shù)進(jìn)行逼近,函數(shù)見式(1).

式中:z為駕駛員判識(shí)距離;x為第一判識(shí)點(diǎn)深度距離;y為車輛運(yùn)行速度;ε為隨機(jī)誤差.

被測(cè)試者在不同深度距離和速度下,進(jìn)行了多次距離判識(shí),將判識(shí)結(jié)果代入式(1)中,獲得如式(2)所示線性方程組.

式中:k為距離判識(shí)點(diǎn)數(shù),k=1,2,…18;i為深度距離設(shè)置數(shù),i=1,2,3;j為試驗(yàn)設(shè)計(jì)速度數(shù),j=1,2,…,6.

選用最小二乘法解方程組,求得方程組系數(shù)解.將計(jì)算獲得的系數(shù)解代入式(1)中,得曲面回歸函數(shù)見式(3).

式中:za為駕駛員判識(shí)絕對(duì)距離;x為第一判識(shí)點(diǎn)深度距離;y為車輛運(yùn)行速度.

采用同樣處理方法,獲得相對(duì)距離判識(shí)變化函數(shù)見式(4).

式中:zr為駕駛員判識(shí)絕對(duì)距離;x為第一判識(shí)點(diǎn)深度距離;y為車輛運(yùn)行速度.

在試驗(yàn)方案中設(shè)計(jì)速度和距離下,由逼近函數(shù)求得的判識(shí)距離與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)誤差在有限范圍內(nèi).將相關(guān)數(shù)據(jù)代入SPSS進(jìn)行分析,經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)知,模型判定系數(shù)R2為1,進(jìn)入計(jì)算變量為X2,Y2,XY,X,Y.經(jīng)方差分析表明,總體顯著性概率值sig為0,小于0.001,拒絕總體回歸系數(shù)為0的原假設(shè).可見計(jì)算模型有效,擬合效果非常好.

經(jīng)計(jì)算及分析判識(shí)距離實(shí)際得出,當(dāng)深度距離大于等于45 m時(shí),模型計(jì)算符合實(shí)際;當(dāng)深度距離介于25～45 m間,車輛運(yùn)行速度小于 80 km/h時(shí),模型有效;當(dāng)深度距離介于10～25 m,速度小于50 km/h時(shí),計(jì)算模型有效.距離小于10 m時(shí),模型計(jì)算偏差不符合人對(duì)距離判識(shí)實(shí)際.綜上分析,得出距離判識(shí)隨深度距離和速度變化趨勢(shì)如圖5所示.

圖5 障礙物距離判識(shí)結(jié)果

由圖5可見,在自由行使?fàn)顟B(tài)下,駕駛員動(dòng)態(tài)空間距離判識(shí)準(zhǔn)確性,受到速度和深度距離影響.隨著深度距離增加,判識(shí)距離逐漸減小,判識(shí)準(zhǔn)確性變差;隨著深度距離增加,判識(shí)距離增加,判識(shí)準(zhǔn)確性變差.自由行使?fàn)顟B(tài)下,由于速度和深度距離的交互影響,空間距離判識(shí)在空間中形成一個(gè)曲面.

4 結(jié) 論

1)自由行駛時(shí),駕駛員對(duì)空間絕對(duì)距離判識(shí)受深度距離和行駛速度影響大.隨著障礙物深度距離增加,絕對(duì)距離判識(shí)值增大,隨著速度增加,絕對(duì)距離判識(shí)值減小.

2)相對(duì)距離判識(shí)受深度距離影響小,速度變化影響大.

3)二元二次函數(shù)可很好逼近空間距離判識(shí)變化,與試驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)差異非常小,擬合度高.

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