高速公路行車天氣對駕駛員反應(yīng)特性的影響

任加祺 馮國紅

（東北林業(yè)大學(xué) 黑龍江省哈爾濱市 150040）

高速公路交通事故具有危害大、損失嚴(yán)重等特點，一旦發(fā)生，后果便不堪設(shè)想。對此，相關(guān)部門也采取了一系列措施來改善高速公路的交通安全狀況，例如加強高速公路的巡視和預(yù)防、建立完善的事故預(yù)警機制、整治事故黑點等等，并取得了一定的成效[1-3]。高速公路是一個集人、車、路、天氣為一體的整體，所以其事故誘發(fā)原因比較復(fù)雜，受到各個因素的綜合影響。其中，不利的天氣狀況可能是誘發(fā)高速公路交通事故的原因之一，除此之外，在高速公路這一系統(tǒng)中，人的因素也很重要[4-6]，即駕駛員的自身特性也是影響行車安全的一個重大因素，駕駛員反應(yīng)遲緩，特別是加工處理信息的速度慢是造成交通事故的一個重要原因。

針對上述提出的問題，國內(nèi)外學(xué)者在行車天氣和駕駛員自身特性對交通安全產(chǎn)生的影響方面進行了深入研究[7-9]。Smith,Brotsky在對雨天的交通事故進行分析時發(fā)現(xiàn)，雨天事故發(fā)生率較晴天時有所增加。Hwang等則通過對交通事故的數(shù)量、致因及位置等問題的研究，指出雨天事故率明顯增加，且車速過高是引發(fā)雨天事故的主要原因。Borrough通過對車速與事故發(fā)生率的關(guān)系的研究時發(fā)現(xiàn)，在雨天這種行車天氣下行駛時，由于路面上有積水，會產(chǎn)生水膜使路面摩擦力降低，車速過高時，駕駛員再小心謹慎也很難控制車輛，最終導(dǎo)致車禍發(fā)生，因此雨天應(yīng)減速慢行。朱興林研究了高原公路不同天氣如晴天、雨天、雪天、大霧的4種不同天氣狀況對駕駛?cè)斯ぷ髫摵傻挠绊?，研究表明駕駛?cè)斯ぷ髫摵梢蛱鞖鈼l件的惡劣程度和海拔高度而增加。趙曉華從駕駛行為角度，利用駕駛模擬技術(shù)，搭建城市快速路場景，分析多種雨、雪、霧等不良天氣對直線路段下跟馳行為的影響，得出了不同天氣條件對交通流順暢性影響從大到小依次為大暴雪、大雨、大暴雨、大霧、中雨、霧、強濃霧、大雪、輕霧、小雨、晴天。時恒基于8自由度高逼真駕駛模擬器，設(shè)置晴天和霧霾天兩個實驗場景，采集不同交通狀態(tài)下跟馳駕駛行為數(shù)據(jù)，得出了不同交通狀態(tài)下的跟馳行為存在顯著差異。本文基于模擬駕駛實驗臺，采集不同行車天氣下駕駛員的反應(yīng)特性，運用T檢驗、單因素方差分析、方差分析的多重比較等方法進行差異性分析，得出行車天氣對駕駛員反應(yīng)特性的影響規(guī)律，以期為高速公路的行車規(guī)范等提供參考。

1 駕駛員反應(yīng)特性概述與測定

簡單反應(yīng)時間：即對被試對象進行單一刺激，從刺激這一動作發(fā)生時開始到被試對象作出明顯反應(yīng)時為止的這段時間間隔。

簡單反應(yīng)時間的測定方法是：紅光、黃光、綠光、藍光四種刺激，被試者依次選擇一種作為呈現(xiàn)刺激。被試者注視刺激光燈源，燈下有預(yù)備信號燈，先亮預(yù)備信號燈，后亮刺激燈。被試人員分別在有預(yù)備信號燈和遮擋預(yù)備信號燈這兩種情況下進行試驗，被試者見到刺激燈光后，以最快的速度按下紅鍵，顯示窗計時停止，呈現(xiàn)出該次的反應(yīng)時間。

選擇反應(yīng)時間：與簡單反應(yīng)時相對應(yīng)，但單一刺激增加為兩個或兩個以上的刺激，被試對象要對不同的刺激作出不同的反應(yīng)，即從刺激這一動作發(fā)生時開始到被試對象作出選擇反應(yīng)為止的這段時間間隔[8]。

選擇反應(yīng)時間的測定方法依舊是使用反應(yīng)時測定儀進行實驗，與簡單反應(yīng)時間測量不同的是實驗的時候四種顏色的信號光都會隨機地出現(xiàn)。

2 實驗設(shè)計

本實驗采用的是三屏幕主動式汽車駕駛模擬器，測定反應(yīng)時間的儀器是BD-II-510A型反應(yīng)時測定儀。汽車駕駛模擬器由計算機顯示器與方向盤、座椅、油門、手剎、離合、轉(zhuǎn)向等操作部件組成，通過計算機技術(shù)使實驗人員在操作過程中產(chǎn)生實車駕駛的感覺，主要有虛擬場景、音效和運動仿真的作用，在單屏幕主動式模擬器的基礎(chǔ)上增加了2個屏幕，這樣就使得顯示的視角大于150度，視野更加寬廣，沉浸感更強，如圖1所示。

圖1：三屏幕主動式汽車駕駛模擬器

在實驗正式開始前5分鐘，被試者按要求填寫疲勞主觀評價表，疲勞自評指標(biāo)詳見表1。

表1：疲勞自評表

為了研究高速公路不同行車天氣對駕駛員反應(yīng)特性的影響，選取高速公路白天、夜間、雨天作為所研究的場景變量，分別測量被試人員在這三種模擬情景下的簡單反應(yīng)時間、選擇反應(yīng)時間并計算決策時間，被試者共4人，實驗時間為每周末的12:00-20:00，認真記錄數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)的分析處理。

被試人員開始進行實驗任務(wù)的操作，即模擬環(huán)境下的駕駛操作，每名被試人員實驗任務(wù)的操作均為4小時，以一小時為一個小的周期，其中任務(wù)操作55分鐘，剩下的5分鐘進行休息調(diào)整，在整個實驗過程中，不能同被試者講話，以避免其它干擾因素對實驗結(jié)果造成影響。每次實驗結(jié)束后，被試人員要按照要求再次填寫疲勞主觀評價表，并完成簡單反應(yīng)時和選擇反應(yīng)時的測量。

3 單因素方差分析及LSD法數(shù)據(jù)處理

本文分別對三種行車天氣下的疲勞主觀評價結(jié)果、簡單反應(yīng)時間數(shù)據(jù)、選擇反應(yīng)時間數(shù)據(jù)進行單因素方差分析及LSD法數(shù)據(jù)分析。

針對疲勞主觀評價結(jié)果，對三種行車天氣下實驗后的疲勞主觀評價結(jié)果進行基本描述性統(tǒng)計，得到在三種模擬行車天氣下，“白天”實驗后的疲勞主觀評價表得分最低，即主觀疲勞感受最輕，平均7.0分；“雨天”得分居中，平均8.75分；“夜間”的得分最高，主觀疲勞感最重，平均為11.5分。再對三種行車天氣下實驗后的疲勞主觀評價結(jié)果進行單因素方差分析。由數(shù)據(jù)可得：其P值為0.000，小于0.05，說明不同行車天氣下，疲勞主觀評價表得分存在顯著差異。進一步利用最小顯著性差異法，即LSD法對實驗后三種行車天氣下的主觀疲勞評價表數(shù)據(jù)進行多重比較，由數(shù)據(jù)可得：三種行車天氣下疲勞主觀評價結(jié)果，兩兩之間相互比較，P值分別為0.013、0.000、0.001，均小于0.05，即其兩兩之間均存在顯著差異。

針對簡單反應(yīng)時間數(shù)據(jù)，對三種行車天氣下的簡單反應(yīng)時進行描述性統(tǒng)計，得到結(jié)果數(shù)據(jù)可得：在三種模擬行車天氣下，“雨天”實驗后的簡單反應(yīng)時間最短，平均值為226.475毫秒；“夜間”居中，平均值為229.117毫秒；“白天”最長，平均值為231.525。對被試者實驗后三種行車天氣下的簡單反應(yīng)時數(shù)據(jù)進行單因素方差分析。由數(shù)據(jù)可得：P值為0.629，大于0.05，說明不同行車天氣下簡單反應(yīng)時間不存在顯著差異。進一步利用最小顯著性差異法，即LSD法對實驗后三種行車天氣下的簡單反應(yīng)時數(shù)據(jù)進行多重比較。由分析數(shù)據(jù)可得：三種行車天氣下簡單反應(yīng)時兩兩之間相互比較，P值分別為0.350、0.681、0.588，均大于0.05，即其兩兩之間均不存在顯著差異。

針對選擇反應(yīng)時間數(shù)據(jù)，對三種行車天氣下的選擇反應(yīng)時進行描述性統(tǒng)計，由分析數(shù)據(jù)可得：在三種模擬行車天氣下：紅色信號燈刺激下，“白天”實驗后的選擇反應(yīng)時間最短，“雨天”居中，“夜間”最長；黃色信號燈刺激下，“白天”實驗后的選擇反應(yīng)時間最短，“雨天”居中，“夜間”最長；對綠色信號燈刺激的反應(yīng)中，“白天”實驗后的選擇反應(yīng)時間最短，“雨天”居中，“夜間”最長；在藍色信號燈刺激下，“白天”實驗后的選擇反應(yīng)時間最長，“雨天”最短“夜間”為居中。對被試者實驗后三種行車天氣下選擇反應(yīng)時的數(shù)據(jù)進行單因素方差分析。方差分析結(jié)果顯示：紅光和綠光的P值小于0.05，說明不同行車天氣下，紅光和綠光的選擇反應(yīng)時間存在顯著差異；黃光和藍光的P值大于0.05，說明不同行車天氣下，黃光和藍光的選擇反應(yīng)時間不存在顯著差異。進一步對實驗后三種行車天氣下的選擇反應(yīng)時數(shù)據(jù)進行多重比較，結(jié)果顯示：針對紅光，白天和雨天、白天和夜間的P值均小于0.05，說明白天和雨天、白天和夜間紅光的選擇反應(yīng)時均有顯著差異。夜間和雨天的P值大于0.05，說明雨天和夜間，紅光的選擇反應(yīng)時無顯著差異；針對黃光，白天和雨天、夜間和雨天的數(shù)據(jù)的P值均大于0.05，說明白天和雨天、夜間和雨天黃光的選擇反應(yīng)時均無顯著差異。白天和夜間的P值小于0.05，說明白天和夜間黃光的選擇反應(yīng)時有顯著差異；針對綠光，白天和雨天的P值大于0.05，說明白天和雨天，綠光的選擇反應(yīng)時，沒有顯著差異；白天和夜間、夜間和雨天的數(shù)據(jù)的P值均小于0.05，說明白天和夜間、夜間和雨天綠光的選擇反應(yīng)時均有顯著差異；針對藍光，白天和雨天的數(shù)據(jù)，白天和夜間的數(shù)據(jù)，夜間和雨天的數(shù)據(jù)的P值均大于0.05，說明兩兩之間相互比較，藍光的選擇反應(yīng)時均無顯著差異。

4 結(jié)論

本文分析了不同行車天氣對駕駛員反應(yīng)特性的影響。設(shè)計相關(guān)實驗，通過虛擬駕駛實驗臺的操作，研究在白天、雨天、夜間這三種不同行車天氣下，駕駛員駕駛前后反應(yīng)特性的變化情況，并通過實驗數(shù)據(jù)處理，得到如下結(jié)論：

不同行車天氣下的駕駛員的疲勞自評平均得分分別為“白天”7.00分，“雨天”8.75分，“夜間”11.50分，且由單因素方差分析結(jié)果可得其相互之間有顯著性差別，說明行車天氣會對駕駛員的疲勞程度造成影響，按其影響大小排序為夜間>雨天>白天。

不同行車天氣下，紅光的選擇反應(yīng)時數(shù)據(jù)之間有顯著差異，但對其進行多重比較后的結(jié)果可得，紅光刺激下，夜間和雨天的差異不明顯，此外不論是在哪種行車天氣下，紅光的反應(yīng)時間的均值均低于其它三種光源，且紅光與其它光源反應(yīng)時間的差值平均約為76毫秒，因此在高速公路行駛道路上應(yīng)多采用紅色的警示標(biāo)志。

不同的行車天氣下，綠光的選擇反應(yīng)時數(shù)據(jù)之間有明顯差異，對其進行多重比較可得，綠光刺激下，白天和雨天的差異不明顯，白天和夜間、夜間和雨天均有顯著差異。

不同的行車天氣對駕駛員的簡單反應(yīng)時以及選擇反應(yīng)時黃光刺激和藍光刺激實驗沒有影響，但不論哪種行車天氣下，黃光刺激下的選擇反應(yīng)時的時間普遍較長，與其它三種光源反應(yīng)時間的差值平均約為53毫秒，因此在高速公路行車道路上應(yīng)適當(dāng)減少黃色標(biāo)識。

在雨天這種行車天氣下，黃光和綠光的選擇反應(yīng)時間明顯長于其它兩種光源，其中黃光與其它兩種光源反應(yīng)時間的差值平均約為73.5毫秒，綠光與其它兩種光源反應(yīng)時間的差值平均約為71.5毫秒。