隧道出口交通標(biāo)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(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130000）

引言

隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，汽車保有量不斷增長，根據(jù)公安部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年全國新領(lǐng)證駕駛員為2 231萬人，這部分駕駛員缺乏駕駛經(jīng)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(chǎn)生影響。

國內(nèi)學(xué)者進行了大量關(guān)于交通標(biāo)志的研究，劉博華等［1］采用駕駛模擬艙對高速公路標(biāo)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(biāo)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(biāo)志三個角度出發(fā)，研究交通車速、駕駛熟練程度、標(biāo)志類型三個因素對交通標(biāo)志視認性的影響；閆彬等［3］以人機工程學(xué)和交通流理論為基礎(chǔ)，對毗鄰隧道出口標(biāo)志設(shè)置位置、合理俯角進行研究；劉國貴等［4］通過駕駛員對標(biāo)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(shù)、字體個數(shù)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(biāo)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(biāo)志的反應(yīng)操作過程，計算了車輛在不同道路等級、不同設(shè)計車速下指路標(biāo)志的設(shè)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(biāo)志時注視標(biāo)志的次數(shù)和認讀時間的影響。

1 試驗設(shè)計

1.1 試驗路段

選取長春市南關(guān)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(nèi)有照明設(shè)施，隧道內(nèi)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(xí)慣駕駛車輛。

1.2 試驗人員

選取三名在校大學(xué)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(shè)備及車輛

采用德國Ergoneers公司生產(chǎn)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(nèi)的摩捷共享汽車。

1.4 試驗指標(biāo)

選取瞳孔面積、掃視幅度作為試驗所要調(diào)查的參數(shù)。

1.5 試驗過程

（1）對隧道內(nèi)的3條車道進行編號，左側(cè)車道為1車道，中間車道為2車道，右側(cè)車道為3車道。（2）駕駛員佩戴眼動儀依次在隧道出口內(nèi)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(dāng)駕駛員看到標(biāo)志及看清標(biāo)志時，需說出“我已看到標(biāo)志”“我已看清標(biāo)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(biāo)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(shù)據(jù)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(biāo)，為單位時間內(nèi)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。可以看出，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(nèi)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(nèi)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(shù)據(jù)分析

為研究隧道出口交通標(biāo)志對新駕駛員視覺特性的影響，選取以上2個參數(shù)，首先對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行方差齊次性檢驗（Levene檢驗），若＞5%的顯著性水平，則判定數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行單因素方差分析，若＜5%的顯著性水平，則判定數(shù)據(jù)不符合方差齊次性，選用非參數(shù)檢驗的方法對數(shù)據(jù)進行檢驗。

2.1 駕駛員瞳孔面積分析

將無標(biāo)志段劃分為駕駛員在隧道出口行駛過程中未看到標(biāo)志至看到標(biāo)志之前的范圍，有標(biāo)志段劃分為駕駛員看到標(biāo)志至看清標(biāo)志的范圍，結(jié)合眼動儀錄像及車速錄像，隧道出口內(nèi)250 m至出口內(nèi)50 m 為無標(biāo)志段，1車道的有標(biāo)志段為隧道洞口至隧道出口外150 m，2車道的有標(biāo)志段為隧道洞口至出口外100 m，3車道的有標(biāo)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(biāo)志段行駛的過程中，瞳孔面積呈現(xiàn)下降趨勢，因為隧道內(nèi)禁止變道，駕駛員的緊張感下降，瞳孔面積下降。（2）當(dāng)駕駛員在有標(biāo)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(biāo)志后，會增加對標(biāo)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(jié)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(jié)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(shè)，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(jù)SPSS輸出的Levene檢驗結(jié)果，對應(yīng)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(jù)SPSS單因素方差分析結(jié)果可知，無交通標(biāo)志時瞳孔面積的顯著性P=0.462，有交通標(biāo)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(biāo)志對駕駛員掃視幅度影響

2.2.1 交通標(biāo)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(biāo)志段行駛時，掃視幅度呈現(xiàn)出波動的變化趨勢。（2）在有標(biāo)志段行駛時，1車道地掃視幅度產(chǎn)生了較大的增長，說明駕駛員在距標(biāo)志較遠的車道在洞口處看到標(biāo)志后，會通過不斷地掃視來獲取標(biāo)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(biāo)志較近的車道視認標(biāo)志時，駕駛員會減小頭部轉(zhuǎn)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(shè)，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(jù)SPSS輸出的Levene檢驗結(jié)果，對應(yīng)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(shù)檢驗的方法進行分析。

（3）非參數(shù)檢驗

根據(jù)SPSS非參數(shù)檢驗結(jié)果可知，無交通標(biāo)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(biāo)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(biāo)志對不同車道位置處掃視幅度影響顯著。

3 結(jié)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(shù)據(jù)。（1）無標(biāo)志段駕駛員瞳孔面積呈現(xiàn)下降趨勢，有標(biāo)志段瞳孔面積呈現(xiàn)上升趨勢。（2）無標(biāo)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(biāo)志段1車道掃視幅度產(chǎn)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(jié)合SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行差異性分析，無標(biāo)志段與有標(biāo)志段瞳孔面積差異不顯著，對掃視幅度進行了非參數(shù)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(shù)據(jù)樣本較少，后續(xù)可在高峰期進行試驗。