隧道出口交通標(biāo)志對(duì)新駕駛員視覺(jué)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(zhǎng)春 130000）

引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，汽車(chē)保有量不斷增長(zhǎng)，根據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020年全國(guó)新領(lǐng)證駕駛員為2 231萬(wàn)人，這部分駕駛員缺乏駕駛經(jīng)驗(yàn)，在遇到突發(fā)情況時(shí)通常會(huì)采取一些危險(xiǎn)駕駛行為，對(duì)行車(chē)安全產(chǎn)生影響。

國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)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(duì)高速公路標(biāo)志牌進(jìn)行動(dòng)態(tài)視認(rèn)仿真試驗(yàn)，利用SMI眼動(dòng)儀分析駕駛員在不同車(chē)速下對(duì)不同信息量交通標(biāo)志的視認(rèn)行為規(guī)律；陳國(guó)云［2］通過(guò)在仿真道路環(huán)境下進(jìn)行模擬駕駛試驗(yàn)，從交通環(huán)境、駕駛員、交通標(biāo)志三個(gè)角度出發(fā)，研究交通車(chē)速、駕駛熟練程度、標(biāo)志類型三個(gè)因素對(duì)交通標(biāo)志視認(rèn)性的影響；閆彬等［3］以人機(jī)工程學(xué)和交通流理論為基礎(chǔ)，對(duì)毗鄰隧道出口標(biāo)志設(shè)置位置、合理俯角進(jìn)行研究；劉國(guó)貴等［4］通過(guò)駕駛員對(duì)標(biāo)志的視認(rèn)過(guò)程和駕駛特性進(jìn)行分析，建立了隧道前置距離的計(jì)算公式；張業(yè)生等［5］以路名數(shù)、字體個(gè)數(shù)作為研究對(duì)象，利用眼動(dòng)儀記錄駕駛員在城市道路上行駛過(guò)程中對(duì)交通標(biāo)志的凝視時(shí)間；李昕等［6］分析了駕駛員在城市道路中認(rèn)讀標(biāo)志的反應(yīng)操作過(guò)程，計(jì)算了車(chē)輛在不同道路等級(jí)、不同設(shè)計(jì)車(chē)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(dòng)儀研究車(chē)速對(duì)駕駛員認(rèn)讀標(biāo)志時(shí)注視標(biāo)志的次數(shù)和認(rèn)讀時(shí)間的影響。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)路段

選取長(zhǎng)春市南關(guān)區(qū)衛(wèi)星路隧道為試驗(yàn)路段，該隧道為雙向六車(chē)道，全長(zhǎng)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(yàn)路段，上午1000—1100作為試驗(yàn)時(shí)間，這個(gè)時(shí)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(chē)輛。

1.2 試驗(yàn)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(wú)重大生理疾病。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備及車(chē)輛

采用德國(guó)Ergoneers公司生產(chǎn)的Dikabils眼動(dòng)儀、D-lab軟件，以及正弦逆變器一臺(tái)，試驗(yàn)車(chē)輛選擇長(zhǎng)春市內(nèi)的摩捷共享汽車(chē)。

1.4 試驗(yàn)指標(biāo)

選取瞳孔面積、掃視幅度作為試驗(yàn)所要調(diào)查的參數(shù)。

1.5 試驗(yàn)過(guò)程

（1）對(duì)隧道內(nèi)的3條車(chē)道進(jìn)行編號(hào)，左側(cè)車(chē)道為1車(chē)道，中間車(chē)道為2車(chē)道，右側(cè)車(chē)道為3車(chē)道。（2）駕駛員佩戴眼動(dòng)儀依次在隧道出口內(nèi)的1車(chē)道、2車(chē)道、3車(chē)道進(jìn)行實(shí)車(chē)試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中，車(chē)上的一名試驗(yàn)人員時(shí)刻注意連接眼動(dòng)儀的電腦，當(dāng)駕駛員看到標(biāo)志及看清標(biāo)志時(shí)，需說(shuō)出“我已看到標(biāo)志”“我已看清標(biāo)志”，另一名試驗(yàn)人員對(duì)車(chē)速進(jìn)行錄像，方便試驗(yàn)人員記錄看到及看清標(biāo)志的位置。（3）每完成一次試驗(yàn)，駕駛員將眼動(dòng)儀取下，休息10～15 min， 以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及完整性。

1.6 隧道出口過(guò)渡段的確定

以瞳孔面積變化率作為指標(biāo)，為單位時(shí)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(gè)瞳孔直徑計(jì)算得到的瞳孔面積，mm2，；Si-1—第i-1個(gè)瞳孔直徑計(jì)算得到的瞳孔面積，mm2；t —第i個(gè)與第i-1個(gè)瞳孔面積之間的時(shí)間間隔，s。

計(jì)算隧道出口前后300 m的瞳孔面積變化率，見(jiàn)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(dòng)，從隧道出口內(nèi)300 m開(kāi)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(guò)渡段。

圖1 瞳孔面積變化率

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

為研究隧道出口交通標(biāo)志對(duì)新駕駛員視覺(jué)特性的影響，選取以上2個(gè)參數(shù)，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行K-S（柯?tīng)柲曷宸?斯米諾夫）檢驗(yàn)，若漸近顯著性＞5%的顯著性水平，則服從正態(tài)分布；然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差齊次性檢驗(yàn)（Levene檢驗(yàn)），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(duì)服從正態(tài)分布以及方差齊次性檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)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(yàn)的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.1 駕駛員瞳孔面積分析

將無(wú)標(biāo)志段劃分為駕駛員在隧道出口行駛過(guò)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(dòng)儀錄像及車(chē)速錄像，隧道出口內(nèi)250 m至出口內(nèi)50 m 為無(wú)標(biāo)志段，1車(chē)道的有標(biāo)志段為隧道洞口至隧道出口外150 m，2車(chē)道的有標(biāo)志段為隧道洞口至出口外100 m，3車(chē)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(wú)標(biāo)志段行駛的過(guò)程中，瞳孔面積呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，因?yàn)樗淼纼?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(shí)，不同車(chē)道位置的瞳孔面積均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，1車(chē)道的變化率為29.8%；2車(chē)道的變化率為8.8%；3車(chē)道變化率為5.7%，因?yàn)轳{駛員在看到標(biāo)志后，會(huì)增加對(duì)標(biāo)志的注視，瞳孔面積上升。

圖2 不同車(chē)道位置瞳孔面積變化

結(jié)合新駕駛員在不同車(chē)道位置處的瞳孔面積進(jìn)行差異性分析，分析結(jié)果：（1）單樣本K-S檢驗(yàn)。利用SPSS軟件對(duì)不同車(chē)道位置處的瞳孔面積做正態(tài)性檢驗(yàn)，1車(chē)道的漸進(jìn)顯著性水平P=0.2； 2車(chē)道的P=0.143；3車(chē)道的P=0.2，均＞5%的顯著性水平，故服從原假設(shè)，即認(rèn)為在3條不同車(chē)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(yàn)。根據(jù)SPSS輸出的Levene檢驗(yàn)結(jié)果，對(duì)應(yīng)的顯著性水平為P=0.086，＞5%的顯著性水平，認(rèn)為不同車(chē)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(jìn)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(wú)交通標(biāo)志時(shí)瞳孔面積的顯著性P=0.462，有交通標(biāo)志時(shí)瞳孔面積的顯著性P=0.949，均＞5%的顯著性水平，認(rèn)為車(chē)道位置對(duì)新駕駛員的瞳孔面積影響不顯著。

2.2 交通標(biāo)志對(duì)駕駛員掃視幅度影響

2.2.1 交通標(biāo)志對(duì)掃視幅度的影響

不同車(chē)道位置掃視幅度變化見(jiàn)圖3。

圖3 不同車(chē)道位置掃視幅度變化

由圖3可以看出：（1）新駕駛員在無(wú)標(biāo)志段行駛時(shí)，掃視幅度呈現(xiàn)出波動(dòng)的變化趨勢(shì)。（2）在有標(biāo)志段行駛時(shí)，1車(chē)道地掃視幅度產(chǎn)生了較大的增長(zhǎng)，說(shuō)明駕駛員在距標(biāo)志較遠(yuǎn)的車(chē)道在洞口處看到標(biāo)志后，會(huì)通過(guò)不斷地掃視來(lái)獲取標(biāo)志上的信息，掃視幅度逐漸上升；2車(chē)道地掃視幅度呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)；3車(chē)道地掃視幅度呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，且掃視幅度均小于1車(chē)道，說(shuō)明駕駛員在距標(biāo)志較近的車(chē)道視認(rèn)標(biāo)志時(shí)，駕駛員會(huì)減小頭部轉(zhuǎn)動(dòng)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(yàn)

利用SPSS軟件對(duì)不同車(chē)道位置處的瞳孔面積做正態(tài)性檢驗(yàn)，1車(chē)道的漸進(jìn)顯著性水平P=0.2；2車(chē)道的P=0.078；3車(chē)道的P=0.119，均＞5%的顯著性水平，故服從原假設(shè)，即認(rèn)為在3條不同車(chē)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(yàn)

根據(jù)SPSS輸出的Levene檢驗(yàn)結(jié)果，對(duì)應(yīng)的顯著性水平P=0.011，＜5%的顯著性水平，認(rèn)為不同車(chē)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(yàn)的方法進(jìn)行分析。

（3）非參數(shù)檢驗(yàn)

根據(jù)SPSS非參數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果可知，無(wú)交通標(biāo)志時(shí)掃視幅度的漸進(jìn)顯著性水平P=0.403，＞5%的顯著性水平，有交通標(biāo)志時(shí)掃視幅度的顯著性水平P=0.047，＜5%的顯著性水平，因此，認(rèn)為在5%的顯著性水平下，交通標(biāo)志對(duì)不同車(chē)道位置處掃視幅度影響顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

采用Dikabils眼動(dòng)儀、逆變器、摩捷共享汽車(chē)進(jìn)行了衛(wèi)星路隧道出口處3條車(chē)道的眼動(dòng)實(shí)車(chē)試驗(yàn)，獲取了新駕駛員在通過(guò)隧道出口處不同車(chē)道時(shí)的眼動(dòng)數(shù)據(jù)。（1）無(wú)標(biāo)志段駕駛員瞳孔面積呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，有標(biāo)志段瞳孔面積呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。（2）無(wú)標(biāo)志段駕駛員掃視幅度在不同車(chē)道位置處呈現(xiàn)波動(dòng)變化的趨勢(shì)，有標(biāo)志段1車(chē)道掃視幅度產(chǎn)生了較大的增長(zhǎng)；2車(chē)道掃視幅度呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)；3車(chē)道掃視幅度呈現(xiàn)出緩慢下降的趨勢(shì)。（3）結(jié)合SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析，無(wú)標(biāo)志段與有標(biāo)志段瞳孔面積差異不顯著，對(duì)掃視幅度進(jìn)行了非參數(shù)檢驗(yàn)，掃視幅度有著明顯差異。（4）本試驗(yàn)是在自由流狀態(tài)下進(jìn)行的，數(shù)據(jù)樣本較少，后續(xù)可在高峰期進(jìn)行試驗(yàn)。