隧道出口交通標志對新駕駛員視覺的影響研究

吳立新，王少旺

（吉林建筑大學 交通科學與工程學院，吉林 長春 130000）

引言

隨著國民經濟的迅速發(fā)展，汽車保有量不斷增長，根據公安部統(tǒng)計數據，2020年全國新領證駕駛員為2 231萬人，這部分駕駛員缺乏駕駛經驗，在遇到突發(fā)情況時通常會采取一些危險駕駛行為，對行車安全產生影響。

國內學者進行了大量關于交通標志的研究，劉博華等［1］采用駕駛模擬艙對高速公路標志牌進行動態(tài)視認仿真試驗，利用SMI眼動儀分析駕駛員在不同車速下對不同信息量交通標志的視認行為規(guī)律；陳國云［2］通過在仿真道路環(huán)境下進行模擬駕駛試驗，從交通環(huán)境、駕駛員、交通標志三個角度出發(fā)，研究交通車速、駕駛熟練程度、標志類型三個因素對交通標志視認性的影響；閆彬等［3］以人機工程學和交通流理論為基礎，對毗鄰隧道出口標志設置位置、合理俯角進行研究；劉國貴等［4］通過駕駛員對標志的視認過程和駕駛特性進行分析，建立了隧道前置距離的計算公式；張業(yè)生等［5］以路名數、字體個數作為研究對象，利用眼動儀記錄駕駛員在城市道路上行駛過程中對交通標志的凝視時間；李昕等［6］分析了駕駛員在城市道路中認讀標志的反應操作過程，計算了車輛在不同道路等級、不同設計車速下指路標志的設置位置，并給出推薦值；李巧茹等［7］采用BHS6型眼動儀研究車速對駕駛員認讀標志時注視標志的次數和認讀時間的影響。

1 試驗設計

1.1 試驗路段

選取長春市南關區(qū)衛(wèi)星路隧道為試驗路段，該隧道為雙向六車道，全長1.8 km，內有照明設施，隧道內限速80 km/h，選取由東向西的出口段作為試驗路段，上午1000—1100作為試驗時間，這個時間段交通量較小，駕駛員可以按照自己的駕駛習慣駕駛車輛。

1.2 試驗人員

選取三名在校大學生作為被試駕駛員，要求被試駕駛員駕齡在3 a以下［8］，無重大生理疾病。

1.3 試驗設備及車輛

采用德國Ergoneers公司生產的Dikabils眼動儀、D-lab軟件，以及正弦逆變器一臺，試驗車輛選擇長春市內的摩捷共享汽車。

1.4 試驗指標

選取瞳孔面積、掃視幅度作為試驗所要調查的參數。

1.5 試驗過程

（1）對隧道內的3條車道進行編號，左側車道為1車道，中間車道為2車道，右側車道為3車道。（2）駕駛員佩戴眼動儀依次在隧道出口內的1車道、2車道、3車道進行實車試驗，試驗過程中，車上的一名試驗人員時刻注意連接眼動儀的電腦，當駕駛員看到標志及看清標志時，需說出“我已看到標志”“我已看清標志”，另一名試驗人員對車速進行錄像，方便試驗人員記錄看到及看清標志的位置。（3）每完成一次試驗，駕駛員將眼動儀取下，休息10～15 min， 以保證試驗數據的準確性及完整性。

1.6 隧道出口過渡段的確定

以瞳孔面積變化率作為指標，為單位時間內瞳孔面積的變化［9］：

式中：η—瞳孔面積變化率，mm2/s，Si—第i個瞳孔直徑計算得到的瞳孔面積，mm2，；Si-1—第i-1個瞳孔直徑計算得到的瞳孔面積，mm2；t —第i個與第i-1個瞳孔面積之間的時間間隔，s。

計算隧道出口前后300 m的瞳孔面積變化率，見圖1?？梢钥闯?，瞳孔面積變化率呈現(xiàn)出了較大幅度的波動，從隧道出口內300 m開始至出口外300 m，變化率突變了4次，分別是：250～225 m（30.6～ 93.1 mm2/s）；175 ～125 m（58.8～-214.1 mm2/s）；75 m至100 m（99.1～-156.1 mm2/s）；100 ～150 m （-156.1～20.1 mm2/s）；直至隧道出口外150 m之后瞳孔面積變化率才逐漸穩(wěn)定，所以將隧道出口內250 m至隧道出口外150 m作為隧道出口的過渡段。

圖1 瞳孔面積變化率

2 試驗數據分析

為研究隧道出口交通標志對新駕駛員視覺特性的影響，選取以上2個參數，首先對數據進行K-S（柯爾莫戈洛夫-斯米諾夫）檢驗，若漸近顯著性＞5%的顯著性水平，則服從正態(tài)分布；然后對數據進行方差齊次性檢驗（Levene檢驗），若＞5%的顯著性水平，則判定數據符合方差齊次性；最后對服從正態(tài)分布以及方差齊次性檢驗的數據進行單因素方差分析，若＜5%的顯著性水平，則判定數據不符合方差齊次性，選用非參數檢驗的方法對數據進行檢驗。

2.1 駕駛員瞳孔面積分析

將無標志段劃分為駕駛員在隧道出口行駛過程中未看到標志至看到標志之前的范圍，有標志段劃分為駕駛員看到標志至看清標志的范圍，結合眼動儀錄像及車速錄像，隧道出口內250 m至出口內50 m 為無標志段，1車道的有標志段為隧道洞口至隧道出口外150 m，2車道的有標志段為隧道洞口至出口外100 m，3車道的有標志段為隧道洞口至隧道出口外50 m。

由圖2可以看出：（1）新駕駛員在隧道出口無標志段行駛的過程中，瞳孔面積呈現(xiàn)下降趨勢，因為隧道內禁止變道，駕駛員的緊張感下降，瞳孔面積下降。（2）當駕駛員在有標志段行駛時，不同車道位置的瞳孔面積均呈現(xiàn)上升趨勢，1車道的變化率為29.8%；2車道的變化率為8.8%；3車道變化率為5.7%，因為駕駛員在看到標志后，會增加對標志的注視，瞳孔面積上升。

圖2 不同車道位置瞳孔面積變化

結合新駕駛員在不同車道位置處的瞳孔面積進行差異性分析，分析結果：（1）單樣本K-S檢驗。利用SPSS軟件對不同車道位置處的瞳孔面積做正態(tài)性檢驗，1車道的漸進顯著性水平P=0.2； 2車道的P=0.143；3車道的P=0.2，均＞5%的顯著性水平，故服從原假設，即認為在3條不同車道位置條件下駕駛員的瞳孔面積服從正態(tài)分布。（2）方差齊性檢驗。根據SPSS輸出的Levene檢驗結果，對應的顯著性水平為P=0.086，＞5%的顯著性水平，認為不同車道位置處瞳孔面積的方差相同，滿足方差齊次性的要求，所以采用單因素方差分析的方法進行分析。（3）單因素方差分析。根據SPSS單因素方差分析結果可知，無交通標志時瞳孔面積的顯著性P=0.462，有交通標志時瞳孔面積的顯著性P=0.949，均＞5%的顯著性水平，認為車道位置對新駕駛員的瞳孔面積影響不顯著。

2.2 交通標志對駕駛員掃視幅度影響

2.2.1 交通標志對掃視幅度的影響

不同車道位置掃視幅度變化見圖3。

圖3 不同車道位置掃視幅度變化

由圖3可以看出：（1）新駕駛員在無標志段行駛時，掃視幅度呈現(xiàn)出波動的變化趨勢。（2）在有標志段行駛時，1車道地掃視幅度產生了較大的增長，說明駕駛員在距標志較遠的車道在洞口處看到標志后，會通過不斷地掃視來獲取標志上的信息，掃視幅度逐漸上升；2車道地掃視幅度呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢；3車道地掃視幅度呈現(xiàn)出上升的趨勢，且掃視幅度均小于1車道，說明駕駛員在距標志較近的車道視認標志時，駕駛員會減小頭部轉動的角度，掃視幅度減小。

2.2.2 掃視幅度差異性分析

（1）單樣本K-S檢驗

利用SPSS軟件對不同車道位置處的瞳孔面積做正態(tài)性檢驗，1車道的漸進顯著性水平P=0.2；2車道的P=0.078；3車道的P=0.119，均＞5%的顯著性水平，故服從原假設，即認為在3條不同車道位置條件下駕駛員的掃視幅度服從正態(tài)分布。

（2）Levene檢驗

根據SPSS輸出的Levene檢驗結果，對應的顯著性水平P=0.011，＜5%的顯著性水平，認為不同車道位置處駕駛員掃視幅度的方差不相同，不滿足方差齊次性的要求，所以采用非參數檢驗的方法進行分析。

（3）非參數檢驗

根據SPSS非參數檢驗結果可知，無交通標志時掃視幅度的漸進顯著性水平P=0.403，＞5%的顯著性水平，有交通標志時掃視幅度的顯著性水平P=0.047，＜5%的顯著性水平，因此，認為在5%的顯著性水平下，交通標志對不同車道位置處掃視幅度影響顯著。

3 結語

采用Dikabils眼動儀、逆變器、摩捷共享汽車進行了衛(wèi)星路隧道出口處3條車道的眼動實車試驗，獲取了新駕駛員在通過隧道出口處不同車道時的眼動數據。（1）無標志段駕駛員瞳孔面積呈現(xiàn)下降趨勢，有標志段瞳孔面積呈現(xiàn)上升趨勢。（2）無標志段駕駛員掃視幅度在不同車道位置處呈現(xiàn)波動變化的趨勢，有標志段1車道掃視幅度產生了較大的增長；2車道掃視幅度呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢；3車道掃視幅度呈現(xiàn)出緩慢下降的趨勢。（3）結合SPSS軟件對數據進行差異性分析，無標志段與有標志段瞳孔面積差異不顯著，對掃視幅度進行了非參數檢驗，掃視幅度有著明顯差異。（4）本試驗是在自由流狀態(tài)下進行的，數據樣本較少，后續(xù)可在高峰期進行試驗。