不同的交通管控條件對(duì)駕駛員警覺影響研究*

劉彬彬 熊 堅(jiān) 熊 登

(昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院 昆明 650500)

0 引 言

駕駛員在車輛行駛過程中，常常由于某種原因，放松警惕，忽略一些風(fēng)險(xiǎn)的存在，出現(xiàn)警覺下降的現(xiàn)象，導(dǎo)致一些不必要的交通事故的發(fā)生.因此，展開駕駛員警覺特性的研究，找到對(duì)其產(chǎn)生影響的因素，對(duì)于提高新駕駛員的培訓(xùn)效果，增強(qiáng)駕駛員的警覺性，實(shí)現(xiàn)駕駛員的安全駕駛起著非常重要的作用.

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)警覺做了大量的研究[1-2],但是這些警覺研究中，對(duì)于駕駛員的研究極少，僅有少數(shù)的學(xué)者對(duì)駕駛員的警覺有一些研究.Aurelie等[3]采用駕駛模擬器研究了不同年齡段的駕駛員在警覺水平和駕駛錯(cuò)誤上的差異性.Eike等[4]用實(shí)車在道路上測(cè)試，通過心電圖和腦電圖的數(shù)據(jù)分析了駕駛員的警覺狀態(tài).Roman等[5]通過駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)，用大腦的電位活動(dòng)分析了駕駛員在長(zhǎng)時(shí)間的單調(diào)駕駛過程中的注意水平.Panos等[6]采用駕駛模擬器模擬白天、晚上和雨天3種不同的道路環(huán)境，研究了駕駛經(jīng)驗(yàn)和道路能見度對(duì)駕駛員的視覺搜索頻率、反應(yīng)時(shí)間、視覺掃描范圍的影響.汪澎[7]研究了對(duì)駕駛員的警覺狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù).張德乾等[8]通過研究音樂對(duì)駕駛警覺的影響，得到合適的音樂可以使駕駛員處于最佳喚醒水平，有利于駕駛警覺的維持，而復(fù)雜的音樂也會(huì)使駕駛員分心，警覺水平下降，危害道路交通安全.

為了了解車輛行駛過程中駕駛員的警覺水平，并找到對(duì)警覺可能產(chǎn)生影響的因素，本文選擇了交通信號(hào)燈作為研究對(duì)象，研究不同的交通管控條件下駕駛員警覺水平的差異性，采用駕駛模擬器和眼動(dòng)儀在無交通信號(hào)燈的十字路口路段和有交通信號(hào)燈的十字路口路段進(jìn)行對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)，通過制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間和注視行為參數(shù)來評(píng)價(jià)駕駛員的警覺水平.本文中駕駛員警覺是指駕駛員在車輛行駛過程中對(duì)道路上出現(xiàn)的一些風(fēng)險(xiǎn)信息保持較高的警惕性并且能夠?qū)︼L(fēng)險(xiǎn)信息作出適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)反應(yīng).

1 駕駛模擬實(shí)驗(yàn)

在駕駛模擬器上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先要根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，創(chuàng)建相應(yīng)的三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景；然后篩選適合的受試者，進(jìn)行駕駛模擬器的操作培訓(xùn)；在正式實(shí)驗(yàn)開始之前，對(duì)駕駛模擬器進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保設(shè)備運(yùn)作良好，并且要保證車輛動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)與實(shí)際相匹配；最后，按正規(guī)的操作程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集整理[9].

1.1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

選擇交通信號(hào)燈作為交通管控條件的控制變量，利用VSDesign場(chǎng)景設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)了兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)路段場(chǎng)景：有交通信號(hào)燈的十字交叉口路段風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景和無交通信號(hào)燈的十字交叉口路段風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景.

有交通信號(hào)燈的十字交叉口路段：設(shè)置了兩個(gè)觸發(fā)區(qū)，主車和闖紅燈的小車車速均為60 km/h.當(dāng)主車行駛到距人行橫道200 m時(shí)，到達(dá)第一個(gè)觸發(fā)區(qū)，觸發(fā)前面的交通信號(hào)燈由紅燈變?yōu)榫G燈，另一條道上的交通信號(hào)燈由綠燈變?yōu)榧t燈；當(dāng)主車行駛到距人行橫道10 m處，到達(dá)第二個(gè)觸發(fā)區(qū)，觸發(fā)另一條道上的車輛從人行橫道上駛出，闖紅燈，違法駕駛.

無交通信號(hào)燈的十字交叉口路段：設(shè)置了一個(gè)觸發(fā)區(qū)，與有交通信號(hào)燈的十字交叉口路段形成對(duì)比.當(dāng)主車以60 km/h的速度行駛到距人行橫道10 m處，到達(dá)觸發(fā)區(qū)，觸發(fā)另一條道上的車輛從人行橫道上駛出，通過十字路口.

1.2 受試者

本次實(shí)驗(yàn)共選取30名駕駛員，熟練駕駛員和新手駕駛員各15名.熟練駕駛員為出租車司機(jī)和駕校教練，條件為：駕齡(大于5年)、行車?yán)锍?大于10萬(wàn)公里)；新手駕駛員基本為在校大學(xué)生，條件為：駕齡(小于3年)、行車?yán)锍?小于1萬(wàn)公里).所有的駕駛員都能獨(dú)立安全的駕駛車輛，在實(shí)驗(yàn)過程中身體狀況良好，精力充沛，其中25名駕駛員佩戴了眼動(dòng)儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析

本次實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)為駕駛員的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間和注視行為參數(shù).駕駛員的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間為風(fēng)險(xiǎn)信息開始出現(xiàn)時(shí)間和駕駛員松開油門踩下制動(dòng)踏板的時(shí)間差.駕駛員的注視行為參數(shù)是統(tǒng)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)前后這段時(shí)間內(nèi)的駕駛員的注視參數(shù)，包括駕駛員注視時(shí)間、注視次數(shù)、注視點(diǎn)和注視區(qū)域.

2.1 制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間

分別統(tǒng)計(jì)駕駛員在無交通信號(hào)燈路段場(chǎng)景和有交通信號(hào)燈路段場(chǎng)景下的駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，剔除無效數(shù)據(jù)后，結(jié)果見表1.生成的相應(yīng)的駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間箱形圖見圖1.

表1 駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間統(tǒng)計(jì) s

圖1 駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間箱形圖

由表1和圖1可知，在無交通信號(hào)燈的十字交叉口路段，駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間主要集中在0.867～1.127 s，均值為1.008 s，反應(yīng)時(shí)間短，且波動(dòng)范圍也?。辉谟薪煌ㄐ盘?hào)燈的十字交叉口路段，駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間主要集中在0.992～1.401 s，均值為1.188 s，與無交通信號(hào)燈的十字交叉口路段相比，反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng).說明在十字交叉口路段，有交通信號(hào)燈和無交通信號(hào)燈，駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間有差別.通過駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的差別可以反映駕駛員警覺水平的差異，在十字交叉路口，交通信號(hào)燈的有無對(duì)駕駛員的警覺是有影響的，在無交通信號(hào)燈的十字交叉口路段，駕駛員的警覺水平要高于有交通信號(hào)燈的十字交叉口路段駕駛員的警覺水平.

為了確定交通信號(hào)燈的有無對(duì)駕駛員警覺水平是否有顯著性影響，需要對(duì)兩個(gè)路段場(chǎng)景下的駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行方差分析.進(jìn)行方差分析，需要提出研究假設(shè)H1和虛無假設(shè)H0，研究假設(shè)H1：交通信號(hào)燈的有無對(duì)駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間有顯著影響；虛無假設(shè)H0：交通信號(hào)燈的有無對(duì)駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間不產(chǎn)生影響.

設(shè)無交通信號(hào)燈的十字交叉口路段駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間為x1，有交通信號(hào)燈的十字交叉口路段駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間為x2，即di=x2i-x1i，其中x1i和x2i分別為無交通信號(hào)燈的十字交叉口路段和有交通信號(hào)燈的十字交叉口路段駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的第i個(gè)數(shù)據(jù).取顯著性水平為0.01.將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入下式可得：

查t分布表，當(dāng)df=N-1=29時(shí)，t(0.01)=2.462.

因?yàn)閠=3.70>2.462，所以p<0.01，即無交通信號(hào)燈的十字交叉口路段和有交通信號(hào)燈的十字交叉口路段駕駛員的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間在0.01顯著性水平上存在顯著性差異.

綜上可知，無交通信號(hào)燈的十字交叉口路段和有交通信號(hào)燈的十字交叉口路段駕駛員的警覺水平存在顯著性差異，交通信號(hào)燈的有無對(duì)駕駛員的警覺水平有明顯的影響，在無交通信號(hào)燈的十字交叉口路段，駕駛員的警覺水平更高，注意力更集中.同時(shí)也說明在有一定的交通管控條件下，駕駛員會(huì)產(chǎn)生松懈的心理，警覺水平有所下降；在無交通管控條件下，駕駛員的警惕性更強(qiáng)，能更快的注意到一些風(fēng)險(xiǎn)信息.

2.2 注視行為參數(shù)

利用眼動(dòng)儀獲取的駕駛員注視時(shí)間和注視次數(shù)，先統(tǒng)計(jì)駕駛員在各個(gè)路段對(duì)每個(gè)目標(biāo)的注視時(shí)間和注視次數(shù)，再計(jì)算所有駕駛員在各個(gè)路段對(duì)每個(gè)目標(biāo)的平均注視時(shí)間和平均注視次數(shù)，結(jié)果見表2.

表2 不同場(chǎng)景下駕駛員對(duì)每個(gè)目標(biāo)的注視統(tǒng)計(jì)

由表2可知，在無交通信號(hào)燈的路段，駕駛員的注視次數(shù)較多，但是對(duì)每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的平均注視時(shí)間短；在有交通信號(hào)燈的路段，駕駛員的注視次數(shù)少，但是對(duì)每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的平均注視時(shí)間較長(zhǎng).說明在無交通信號(hào)燈的十字交叉口路段，駕駛員眼睛搜索的范圍很廣，前后左右的情況都要注意，關(guān)注的點(diǎn)比較多，對(duì)每個(gè)點(diǎn)的注視時(shí)間有限，警覺性比較強(qiáng)；而在有交通信號(hào)燈的十字交叉口路段，駕駛員容易放松，警惕性不夠，搜索的范圍變小，主要關(guān)注前面的狀況，并且長(zhǎng)時(shí)間注視某個(gè)目標(biāo)，導(dǎo)致注視時(shí)間較長(zhǎng).

統(tǒng)計(jì)所有駕駛員在風(fēng)險(xiǎn)信息出現(xiàn)路段的注視點(diǎn)，然后繪制所有注視點(diǎn)的X，Y散點(diǎn)圖，就能得到駕駛員的注視區(qū)域，見圖2.

圖2 駕駛員注視區(qū)域圖

由圖2可知，在有交通信號(hào)燈路段，駕駛員的注視點(diǎn)主要集中在正前方，在正前方遠(yuǎn)處和近處交替注視，左右兩邊也有輻射，在通過十字交叉口時(shí)主要關(guān)注前方的紅綠燈和車流、行人，對(duì)路口兩邊的情況沒有引起注意，警覺性較差；在無交通信號(hào)燈路段，駕駛員的注視點(diǎn)主要集中在正前方、左側(cè)和右側(cè)區(qū)域，輻射范圍較大，并且遠(yuǎn)處和近處交替進(jìn)行注視，駕駛過程中對(duì)十字交叉口的左邊、右邊和中間時(shí)刻保持注意，警覺性強(qiáng)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)左右側(cè)路口出現(xiàn)的一些風(fēng)險(xiǎn)情況.

3 結(jié) 束 語(yǔ)

通過對(duì)無交通信號(hào)燈路段和有交通信號(hào)燈路段的駕駛員的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間和注視行為參數(shù)進(jìn)行差異性分析，得到交通信號(hào)燈對(duì)駕駛員的警覺水平會(huì)產(chǎn)生影響，在有交通信號(hào)燈的十字交叉口路段，駕駛員搜索的范圍變小，注視次數(shù)少，駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，警覺水平不高；在無交通信號(hào)燈的十字交叉口路段，駕駛員注視區(qū)域廣，注視次數(shù)多，并且遠(yuǎn)處和近處交替進(jìn)行注視，能快速注意到風(fēng)險(xiǎn)信息，駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間較短，警覺水平更高.說明在有一定的交通管控條件下，駕駛員反而會(huì)產(chǎn)生松懈的心理，警覺水平有所下降.需要說明的是，這并不表明交通管控會(huì)使安全性降低，相反，交通管控會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)更安全.

[1] 金端,黃文勝.警戒及其影響因素[J].應(yīng)用心理學(xué),1993,8(2):49-53.

[2] 魏松濤,許百華.警戒研究及其發(fā)展趨勢(shì)[J].人類工效學(xué),1998,4(2):60-62.

[3] AURELIE C,THIERRY P,ALAIN M. Correlation between driving errors and vigilance level:influence of the driver’s age[J]. Physiology & Behavior,2004,80:515-524.

[4] EIKE A S,MICHAEL S,MICHAEL S. Drivers’ misjudgement of vigilance state during prolonged monotonous daytime driving[J]. Accident Analysis and Prevention,2009,41:1087-1093.

[5] ROMAN M,JAN R. Driver’s attention during monotonous driving[J]. International Conference on Biomedical Engineering And Informatics,2012.

[6] PANOS K,PETER C,DAVID C. Driver’s visual attention as a function of driving experience and visibility：using a driving simulator to explore drivers’eye movements in day, night and rain driving[J]. Accident Analysis and Prevention,2010,42:827-834.

[7] 汪澎.駕駛?cè)司X狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué),2010.

[8] 張德乾.監(jiān)控警戒下降及其研究趨勢(shì)[J].井岡山大學(xué)學(xué)報(bào),2014,35(2):77-82.

[9] 郭鳳香,張盛,熊堅(jiān),等.駕駛員期望車速預(yù)測(cè)模型研究[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,40(6):42-49.