高速公路駕駛員晝夜感知速度變化規(guī)律

程國柱 胡立偉 韓 娟

(1哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱150090)

(2昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院，昆明650093)

國內(nèi)外大量研究表明，速度與道路交通事故密切相關(guān)，車速限制作為降低道路交通事故發(fā)生率與嚴(yán)重程度的一項(xiàng)有效措施被廣泛采用，而駕駛員的感知車速在制定合理的車速限制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)不可或缺.Campbell等［1］認(rèn)為速度感知是指某一駕駛員對(duì)其自身行駛快慢的判斷，如果駕駛員低估其行駛速度，則行駛速度高于期望速度;如果駕駛員高估其行駛速度，則行駛速度低于期望速度.目前，國內(nèi)還沒有對(duì)感知速度的確切定義.金會(huì)慶等［2］給出了速度估計(jì)的定義;鄭安文等［3］在 McLean［4］的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步闡述了期望車速的定義.

諸多學(xué)者對(duì)駕駛員感知速度偏差及其產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析.Haglund等［5］調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有47%～58%的駕駛員感知速度低于實(shí)際記錄的平均速度.Pasetto等［6］調(diào)查發(fā)現(xiàn)，駕駛員在夜間感知速度不穩(wěn)定，且有45%的駕駛員在夜間彎道行駛時(shí)會(huì)有延遲反應(yīng).Snowden等［7］發(fā)現(xiàn)，霧天會(huì)導(dǎo)致駕駛員車速估計(jì)發(fā)生偏差.Suh等［8］發(fā)現(xiàn)，夜間有限的照明條件會(huì)使駕駛員產(chǎn)生車輛行駛速度過低的錯(cuò)覺，導(dǎo)致駕駛員高速行駛甚至超速.Campbell等［1］總結(jié)了影響駕駛員感知速度的因素，包括道路線形、光照條件等.國內(nèi)對(duì)駕駛員感知速度的研究多集中在分析其影響因素，如艾力·斯木吐拉等［9］研究指出，疲勞駕駛使駕駛員速度估計(jì)時(shí)間明顯增加.

綜上所述，目前駕駛員感知速度的研究都沒有定量給出感知速度隨其影響因素的變化規(guī)律，建立相應(yīng)的量化分析模型.本文擬開展高速公路駕駛員晝夜感知速度與道路線形、行駛車速的量化關(guān)系研究，以期為制定合理的高速公路晝夜車速限制標(biāo)準(zhǔn)提供理論支撐與決策依據(jù).

1 駕駛員晝夜感知速度試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方案

1.1.1 試驗(yàn)樣本

選取身體健康的中等駕駛經(jīng)驗(yàn)駕駛員10名，駕齡均在3～10年.

1.1.2 試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)

白天選取的時(shí)間段為上午9:00—11:30，夜間選取車輛相對(duì)較少的時(shí)間段21:00—23:00.選擇長春至松原高速公路22 km新建路段(以下簡稱“長松高速”)為試驗(yàn)地點(diǎn)，設(shè)計(jì)速度為100 km/h，無照明設(shè)施.考慮我國高速公路很少設(shè)置照明設(shè)施，故本研究僅針對(duì)無照明設(shè)施的高速公路.此外，高速公路交通標(biāo)志標(biāo)線設(shè)計(jì)均需遵照國家標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，不存在差異，故交通標(biāo)志標(biāo)線對(duì)駕駛員速度感知的影響本文也不予以考慮.為了研究不同線形條件下的高速公路駕駛員晝夜感知速度，根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［10］對(duì)平曲線半徑和縱坡的規(guī)定，長松高速公路試驗(yàn)路段分類標(biāo)準(zhǔn)如表1所示.

表1 長松高速公路試驗(yàn)路段分類標(biāo)準(zhǔn)

1.1.3 試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)車輛選取小型轎車，具體試驗(yàn)步驟如下:

①根據(jù)長松高速平、縱斷面設(shè)計(jì)文件及交通標(biāo)志設(shè)置一覽表，按照表1的分類標(biāo)準(zhǔn)確定多組試驗(yàn)路段并編號(hào)，以試驗(yàn)路段內(nèi)的交通標(biāo)志作為路標(biāo)識(shí)別各試驗(yàn)路段，并獲取其平縱線形指標(biāo).

②駕駛員在到達(dá)各試驗(yàn)路段起點(diǎn)前加速行駛到速度v(駕駛員事先不知道具體速度值)，行駛平穩(wěn)后，駕駛員報(bào)出其速度估計(jì)值vf.

③記錄員記錄整理駕駛員的感知速度數(shù)據(jù).

④在白天和夜間分別對(duì)各試驗(yàn)路段以70 km/h為起始車速，10 km/h為步長加速至120 km/h，重復(fù)步驟②～③.

1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)采集的駕駛員晝夜不同速度、不同線形條件下的感知速度取平均值，如表2和表3所示.

表2 白天不同速度不同線形下的駕駛員感知速度 km/h

表3 夜間不同速度不同線形下的駕駛員感知速度 km/h

由表2和表3可知，白天駕駛員的感知速度準(zhǔn)確程度在 100～110 km/h發(fā)生了轉(zhuǎn)變，低于100 km/h時(shí)駕駛員的感知速度基本準(zhǔn)確，高于110 km/h時(shí)感知速度發(fā)生偏差;而夜間90 km/h以下駕駛員感知速度比實(shí)際速度偏低，高于100 km/h時(shí)感知速度偏高.

駕駛員晝夜感知速度的準(zhǔn)確率如圖1所示.由圖1可知:駕駛員白天感知速度準(zhǔn)確率為66.0%，明顯高于夜間的29%;駕駛員夜間感知速度偏低的比例為38%，明顯高于白天的17%，感知速度偏高的比例為33%，仍高于白天的17%.

圖1 駕駛員晝夜感知速度準(zhǔn)確率

2 駕駛員感知速度變化規(guī)律

2.1 感知速度與實(shí)際行駛速度的關(guān)系

駕駛員晝夜感知速度與實(shí)際速度的回歸關(guān)系模型如表4所示.我國高速公路的最低限速為60 km/h，最高限速為120 km/h，本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的范圍為70～120 km/h，模型中實(shí)際行駛速度v的取值范圍也是該范圍.由表4可知，白天駕駛員感知速度與實(shí)際速度相關(guān)性較強(qiáng).平直、直坡、大半徑曲線、小半徑曲線的感知速度與實(shí)際行駛速度呈對(duì)數(shù)關(guān)系，大半徑彎坡、中半徑曲線呈現(xiàn)線性關(guān)系，中半徑彎坡呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系.而在夜間，平直、直坡、大半徑曲線、大半徑彎坡、中半徑曲線感知速度與實(shí)際行駛速度呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，中半徑彎坡呈對(duì)數(shù)關(guān)系，小半徑曲線呈現(xiàn)線性關(guān)系.

表4 駕駛員感知速度與實(shí)際行駛速度回歸關(guān)系

2.2 感知速度與平曲線半徑的關(guān)系

在一定速度條件下，駕駛員感知速度與平曲線半徑的回歸關(guān)系模型見表5.可看出:白天實(shí)際行駛速度為70 km/h時(shí)，感知速度與平曲線無相關(guān)關(guān)系;實(shí)際行駛速度為80～100 km/h時(shí)，感知速度與平曲線半徑呈現(xiàn)微弱的相關(guān)關(guān)系;實(shí)際行駛速度為110～120 km/h時(shí)，感知速度與平曲線半徑呈現(xiàn)對(duì)數(shù)關(guān)系.夜間實(shí)際行駛速度為70～90 km/h時(shí)，感知速度與平曲線半徑相關(guān)關(guān)系很微弱;實(shí)際行駛速度為100～120 km/h時(shí)，相關(guān)關(guān)系較強(qiáng).

表5 駕駛員感知速度與平曲線半徑回歸關(guān)系

駕駛員低速行駛時(shí)，其感知速度主要受實(shí)際行駛速度的影響.隨著速度的增大，平曲線半徑對(duì)駕駛員晝夜感知速度的影響程度逐漸加強(qiáng)，成為駕駛員速度感知的重要影響因素.

2.3 感知速度與縱坡值的關(guān)系

根據(jù)回歸分析結(jié)果可知，駕駛員晝夜感知速度與縱坡值相關(guān)性均較小，縱坡值對(duì)感知速度的影響沒有呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性.

3 駕駛員感知速度模型

應(yīng)用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件，采用多元非線性回歸方法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立相應(yīng)的駕駛員晝夜感知速度模型.

3.1 白天感知速度模型

上述分析表明，縱坡值與感知速度的關(guān)系無規(guī)律可循.因此，在建立感知速度模型之前，有必要對(duì)感知速度進(jìn)行自變量篩選.篩選結(jié)果表明，剔除變量縱坡值后，模型相關(guān)系數(shù)從原來的0.970升高到0.971，說明剔除變量縱坡值是合理的，也進(jìn)一步驗(yàn)證了感知速度單因素分析時(shí)，感知速度與縱坡值沒有相關(guān)關(guān)系的結(jié)論.對(duì)108個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到的函數(shù)形式及相關(guān)系數(shù)見表6.

以相關(guān)系數(shù)最大為選擇標(biāo)準(zhǔn)，駕駛員白天感知速度模型最優(yōu)的函數(shù)形式如下:

表6 駕駛員白天感知速度模型

3.2 夜間感知速度模型

選取向后篩選的策略，剔除變量縱坡值后，模型相關(guān)系數(shù)保持為0.959，說明剔除的縱坡值是無關(guān)變量.利用多元回歸，得到駕駛員夜間感知速度模型不同的函數(shù)形式及相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)，見表7.

表7 駕駛員夜間感知速度模型

以相關(guān)系數(shù)最大為選擇標(biāo)準(zhǔn)，模型2與模型7的相關(guān)系數(shù)最大，均為0.962，從函數(shù)形式上看，應(yīng)用模型2更為簡便，故本文推薦駕駛員夜間感知速度模型最優(yōu)的函數(shù)形式如下:

從模型系數(shù)來看，駕駛員晝夜感知速度模型的速度系數(shù)均為正，說明駕駛員的感知速度隨速度增大而增大;駕駛員晝夜感知速度模型的平曲線半徑系數(shù)均為負(fù)，說明隨著平曲線半徑的增大，感知速度會(huì)降低.

駕駛員晝夜感知速度模型的相關(guān)系數(shù)白天為0.972，夜間為0.962，說明白天和夜間多元回歸的擬合效果都較為理想.

4 結(jié)論

1)駕駛員白天感知速度準(zhǔn)確率達(dá)到67%，高于夜間的29%.駕駛員白天感知速度的準(zhǔn)確率隨實(shí)際行駛速度的增大而降低.實(shí)際行駛速度較低時(shí)，駕駛員夜間感知速度低于實(shí)際行駛速度;而實(shí)際行駛速度較高時(shí)，駕駛員夜間感知速度則高于實(shí)際行駛速度.

2)駕駛員晝夜感知速度隨實(shí)際行駛速度、平曲線半徑、縱坡值而變化的規(guī)律表明，駕駛員晝夜感知速度與縱坡值均無關(guān)，與實(shí)際行駛速度、平曲線半徑則呈較強(qiáng)的相關(guān)性.

3)建立了駕駛員晝夜感知速度與實(shí)際行駛速度、平曲線半徑的二元非線性模型，模型表明駕駛員晝夜感知速度均隨著速度的增大而增大，隨平曲線半徑的增大而降低.

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