道路監(jiān)控補光燈對青年駕駛員夜間行車安全影響研究*

黃瓊 焦朋朋 趙鵬飛 王健宇

（北京建筑大學(xué)通用航空技術(shù)北京實驗室 北京 100044）

0 引言

道路交通安全是道路交通領(lǐng)域重點關(guān)注的內(nèi)容之一。據(jù)統(tǒng)計，2020年中國有86%的傷亡事故由機動車肇事導(dǎo)致，道路交通安全形勢十分嚴峻[1]。相比于日間，夜間的行車環(huán)境更為惡劣，相關(guān)研究表明，夜間交通事故發(fā)生率是日間的3倍[2]，駕駛員在面對復(fù)雜的夜間道路交通狀況時，易因光線不足及視野差等因素發(fā)生交通事故。在影響夜間行車安全的因素當(dāng)中，道路照明帶來的光線不足及眩光問題是導(dǎo)致交通事故的重要原因。因此，研究道路照明或眩光對交通安全的影響是交通安全領(lǐng)域的研究熱點之一。唐旭[3]建立了日光的眩光值評價模型，采用行車記錄儀獲取駕駛員視野范圍內(nèi)的日光數(shù)據(jù)，并通過典型場景試驗驗證了模型的準(zhǔn)確性。黃義賢[4]應(yīng)用DIALux軟件對城市典型路段的不同照明方式進行了模擬計算，并優(yōu)化照明指標(biāo)，提出了城市各級道路照明設(shè)計方法。González-hernández等[5]分析了黃昏時刻的光線變化對駕駛員反應(yīng)時間及行人道路安全的影響。Uttley等[6]利用回歸分析及視覺指標(biāo)分析了不同交叉口類型的照明對事故的影響。Boadi-kusi等[7]研究了眩光與夜間駕駛操作表現(xiàn)之間的關(guān)系，對比不同光環(huán)境的視覺敏銳度，該研究表明眩光影響后的視覺敏銳度可以預(yù)測夜間駕駛行為表現(xiàn)。

除了日光和道路照明的影響外，道路監(jiān)控補光燈（以下簡稱補光燈）所帶來的眩光影響也不容忽視。補光燈是輔助攝像機拍攝道路交通情況而設(shè)置的補光裝置，其光照強度普遍較大，在夜間行車時容易對駕駛員造成干擾，嚴重情況下甚至?xí)柜{駛員短暫失明，難以辨別道路情況，給夜間行車帶來嚴重的安全隱患。2014年，公安部制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GA/T 1202—2014《交通技術(shù)監(jiān)控成像補光裝置通用技術(shù)條件》[8]提出了監(jiān)控成像補光裝置的技術(shù)要求、試驗方法，以及檢驗規(guī)則等，規(guī)定了常亮型補光燈基準(zhǔn)軸光照強度應(yīng)小于50 lx。然而，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中考慮補燈光對駕駛員的影響相對較少，實際應(yīng)用中缺少補光燈設(shè)置的具體指導(dǎo)方案，造成補光燈的實際效果差異較大，部分地區(qū)甚至存在因補光燈亮度過大造成的“亮瞎眼”等情況。因此，量化研究補光燈對駕駛員夜間行車安全的影響，使補光燈光照強度設(shè)置更趨于合理化、人性化，進而提高夜間行車安全性尤為重要。

目前，補光燈的相關(guān)研究多圍繞其產(chǎn)生的眩光危害進行評價。如全利等[9]基于眩光原理，對重慶地區(qū)補光燈存在的問題進行了分析，通過控制補光燈的眩光作用降低夜間道路交通事故的發(fā)生率。許巧云[10]使用數(shù)碼相機采集了補光燈圖片，并結(jié)合光學(xué)分析軟件，應(yīng)用成像式亮度測量法提出了補光燈的閾值增量（TI）及GI等眩光評價指標(biāo)。黃磊等[11]從補光燈的安裝設(shè)置條件、光源類型、補光距離等方面提出了眩光控制方法，規(guī)定了不同抓拍條件下補光裝置的眩光閾值，實現(xiàn)了補光燈的眩光定性、定量控制。除了對光具本身產(chǎn)生的眩光評價研究外，部分學(xué)者研究了補光燈眩光對駕駛員的駕駛行為影響，如Cai等[12]根據(jù)視覺效能理論，確定了補光燈眩光條件與反應(yīng)時間的關(guān)系，表明在補光燈前20～30 m的殘余眩光最強烈，對駕駛員的影響最大。

綜上所述，國內(nèi)外針對補光燈的研究多關(guān)注補光燈眩光閾值的評價，對駕駛員的操作行為影響分析相對薄弱。此外，在考慮補光燈對駕駛員影響的相關(guān)研究中，提出的反應(yīng)時間并非駕駛員在行車過程中遇到交通事件的應(yīng)激反應(yīng)時間，導(dǎo)致試驗場景與實際補光燈場景存在較大差距。補光燈造成的駕駛員視野光線突變不僅會使駕駛員產(chǎn)生瞳孔變化等視覺反應(yīng)，同時還會影響駕駛員的生理和心理狀態(tài)，而這些均是影響駕駛員在面對復(fù)雜道路狀況時對周邊信息的感知能力及駕駛操作平穩(wěn)性的重要因素。尤其是青年駕駛員因其抽象思維和假設(shè)性較淺，認知和預(yù)見能力較弱，行車過程中往往憑借個人直覺，缺乏對道路險情等突發(fā)狀況的應(yīng)對策略，更易發(fā)生交通事故。因此，本文使用眼動儀、生理記錄儀及駕駛模擬器采集青年駕駛員夜間行車時受到補光燈影響的注視、心電、腦電、制動操作等數(shù)據(jù)，以此研究補光燈對青年駕駛員視覺特性、生理特性及應(yīng)激場景的駕駛操作行為影響，為補光燈光照強度的設(shè)置提供參考。

1 試驗設(shè)計

補光燈根據(jù)補光方式分為常亮型、頻閃型及脈沖型。脈沖型補光燈因其光照強度大，甚至可使駕駛員瞬間致盲等原因，規(guī)范已限制其在夜間使用；頻閃型補光燈閃爍頻率一般不小于50 Hz，肉眼幾乎感受不到閃爍的影響，其亮度對駕駛員的影響與目前應(yīng)用廣泛的常亮型補光燈較為相似。本文通過搭建仿真場景進行模擬駕駛試驗，并采用眼動儀、生理記錄儀等設(shè)備采集試驗數(shù)據(jù)，以此研究常亮型補光燈的不同光照強度對青年駕駛員夜間行車狀態(tài)及危險系數(shù)較高的應(yīng)激場景產(chǎn)生的影響。

1.1 試驗設(shè)備

駕駛模擬器廣泛應(yīng)用于各類場景的駕駛行為研究。試驗使用FORUM8駕駛模擬器對車輛內(nèi)部及操作進行模擬，該駕駛模擬器由座艙外殼、車輛操作部件、點式安全帶、聲音系統(tǒng)、顯示器，以及配件組成。其中，座艙外殼駕駛空間能滿足駕駛員正常的駕駛操作；車輛操作部件采用實際車輛部件，主動力反饋轉(zhuǎn)向盤能夠有效反饋駕駛方向操作；聲音系統(tǒng)能再現(xiàn)車輛引擎、周邊環(huán)境聲音；座艙外殼前方是3個分辨率為1 920×1 080的LED顯示器，模擬駕駛員的行車視野。駕駛模擬器可獲得制動和油門踏板行程時間、方向偏移量、速度等駕駛數(shù)據(jù)。

試驗使用UC-win/Road三維虛擬現(xiàn)實軟件搭建城市道路環(huán)境，由于顯示器屏幕亮度限制，通過軟件添加補光燈的方式無法實現(xiàn)對不同光照強度的模擬效果，為此，采用可調(diào)節(jié)照度LED燈及照度計模擬不同光強強度的補光燈。眼動數(shù)據(jù)由德國SMI公司生產(chǎn)的Iview HED型眼動儀獲得，其采樣頻率為50 Hz，將帶有注視點的視頻文件導(dǎo)入BeGaze3.0軟件，可得到注視時間、瞳孔直徑等眼動數(shù)據(jù)。生理記錄儀采用美國BIOPAC公司生產(chǎn)的MP150多通道多導(dǎo)生理記錄儀，使用Acqknowledge4.2軟件分析可得到心電、腦電等數(shù)據(jù)，試驗設(shè)備見圖1。

圖1 試驗設(shè)備Fig.1 Equipments used in the simulation

1.2 試驗人員

相關(guān)研究表明，試驗樣本量過小會影響試驗結(jié)果的可信度[13]。試驗主要考慮誤差和置信水平確定最小樣本量，計算見式（1）。

式中：n為樣本量；Z為置信水平的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布統(tǒng)計量；s為標(biāo)準(zhǔn)差；d為容許誤差。

試驗選擇10%顯著性水平，在90%置信水平下Z=1.25；式（1）中s通常取0.25～0.5，本文選取式（1）中s=0.35，d=10%。最小樣本量為19。

試驗共招募20名青年駕駛員，其中男性12人，女性8人，年齡20～28歲，平均年齡25.75歲（標(biāo)準(zhǔn)差1.92歲），駕齡2～10年，平均駕齡6.15年（標(biāo)準(zhǔn)差1.88年）。裸眼視力或佩戴眼鏡后的矯正視力（對視視力表均可達4.9）能正常開展模擬駕駛試驗。試驗人員身心健康，未經(jīng)歷重大交通事故，且在試驗前未飲酒或服用藥物，睡眠質(zhì)量良好。

1.3 試驗方案

在道路交通事故中，因行人橫穿道路導(dǎo)致的行人致命交通事故達60%。為探究補光燈對駕駛員夜間行車常規(guī)狀態(tài)及應(yīng)激狀況的駕駛行為影響，本次試驗設(shè)置2個變量，即不同的光照強度和是否存在行人橫穿道路行為。光照強度用來表示光照的強弱和物體表面被照明的程度。試驗使用可調(diào)節(jié)亮度的LED燈，使得駕駛員眼部感受到的光照強度為10，30，50，70，90 lx，試驗時用光照度計測量環(huán)境光照為10 lx。夜間道路環(huán)境復(fù)雜，行人橫穿道路等應(yīng)激場景危險程度較高，通過UC-win/Road仿真軟件設(shè)置有無行人橫穿道路場景作為試驗變量，以得到駕駛員在應(yīng)激狀態(tài)下的視覺、生理及駕駛操作的影響。試驗共10種場景，見表1。為減小重復(fù)測量試驗帶來的學(xué)習(xí)效應(yīng)對試驗結(jié)果的影響，試驗場景非重復(fù)性地隨機出現(xiàn)，直到試驗人員依次完成全部場景。

表1 試驗場景中變量參數(shù)的設(shè)置Tab.1 Parameter setting of variables in tests cenes

試驗道路為雙向6車道的城市道路，行車環(huán)境為夜晚，兩側(cè)設(shè)置有路燈照明，限速60 km/h。道路共分為5個路段，每個路段600 m，路段間設(shè)置有信號交叉口，全長3 km。為避免場景設(shè)置過于密集，每個路段在距離路段起點200～400 m處隨機設(shè)置1個試驗場景，每次駕駛會隨機經(jīng)歷5個場景。試驗人員需要駕駛2次，共計經(jīng)歷10個場景，每次駕駛間隔休息20 min?？紤]到車輛行駛速度及行人步行速度，行人橫穿道路場景觸發(fā)點設(shè)為場景發(fā)生地前50 m處，補光燈開啟點設(shè)為場景發(fā)生地前20 m處，光照時長2 s，場景布設(shè)示意圖見圖2。各場景開始時間根據(jù)眼動儀采集的視頻錄像進行確定，數(shù)據(jù)采集時長為場景開始后5 s的短時間場景。

圖2 場景布設(shè)示意圖Fig.2 Schematic diagram of test scenes

1.4 試驗流程

試驗正式開始之前，試驗人員需要試駕以熟悉駕駛模擬器操作和適應(yīng)道路仿真環(huán)境。試驗人員戴上眼動儀并進行校準(zhǔn)，貼上生理記錄儀電極片，通過調(diào)試使駕駛模擬器、眼動儀及生理記錄儀，校準(zhǔn)無時間差，以確保數(shù)據(jù)的同步和準(zhǔn)確。各儀器設(shè)備均調(diào)節(jié)校準(zhǔn)后，試驗人員保持駕駛姿勢坐正，工作人員在試驗人員眼睛高度的位置使用照度計測試光照。調(diào)試光照強度后，要求試驗人員保持調(diào)試好的位置，短暫休息并調(diào)整好狀態(tài)，正式開始試驗。

當(dāng)出現(xiàn)行人橫穿道路場景，試驗人員需采取避讓措施，此時工作人員將記錄試驗人員的應(yīng)激反應(yīng)情況，如是否順利避讓行人等。試驗結(jié)束后，導(dǎo)出駕駛模擬器、眼動儀及生理記錄儀數(shù)據(jù)進行分析。試驗環(huán)境見圖3。

圖3 試驗環(huán)境Fig.3 Test environment

1.5 試驗可靠性分析

實際場景的補光燈無法調(diào)節(jié)光照強度，同時實車試驗不便模擬行人橫穿道路等危險情況。為此，考慮到試驗的安全性和可行性，本研究采用模擬駕駛仿真平臺進行補光燈光照強度對駕駛員影響的研究。由于外設(shè)補光燈的模擬駕駛試驗無法完全模擬實際的補光燈效果，需要對該試驗的可靠性進行論證。

道路監(jiān)控補光燈一般設(shè)置的高度為6 m，補光距離為17～20 m。因環(huán)境的限制，模擬試驗可按一定比例縮放設(shè)置試驗場景。如李瑋晟[14]搭建了1∶2比例的補光燈模擬場景，通過自制可調(diào)節(jié)功率眩光源，以瞳孔面積為指標(biāo)量化駕駛員的主觀感受強度和舒適度，以此分析補光燈對駕駛員視覺行為影響。此外，駕駛模擬器屏幕難以調(diào)節(jié)和控制對應(yīng)場景的光照強度變化，因此試驗使用外接補光燈的方法。研究表明[15]，駕駛員在視覺上受到補光燈的最強光照為距離補光燈8 m處，此時普通小轎車受到的最大光照強度一般為40 lx，大客車受到的最大光照強度一般為80 lx。為此，本文選取某城市道路路段的補光燈進行光照強度標(biāo)定，并于每天20：00—21：00對該補光燈的光照強度進行測量。以距離補光燈20 m處為起點，每隔1 m測量1次，測量高度分別為1.2 m及1.8 m，連續(xù)測量3 d，取平均值，其中測量高度以小汽車及貨車正常駕駛的駕駛員眼睛高度為依據(jù)。測量現(xiàn)場道路環(huán)境照度為12 lx，測量結(jié)果見圖4。

圖4 現(xiàn)場道路光照強度測量結(jié)果Fig.4 The light intensity from on-site detections

本文從駕駛員的行車安全性出發(fā)，研究補光燈對駕駛員威脅最大的光照強度。因此，在距離試驗人員1.7 m，距離地面1.3 m處設(shè)置可調(diào)節(jié)亮度的LED燈，并通過照度計多次測量試驗人員眼睛位置的光照強度，以增加試驗的準(zhǔn)確性，其中光照強度的設(shè)置范圍為10～90 lx。

2 視覺特性分析

行車過程中80%以上的駕駛信息來自眼睛獲得的視覺信息[16]，注視等視覺特性直接影響駕駛員的信息感知過程，對行車安全有著重要影響。眼動數(shù)據(jù)能夠客觀體現(xiàn)駕駛員行車過程中的視覺特性[17]。為此，本文使用眼動儀獲取駕駛?cè)藛T的眼動數(shù)據(jù)，并應(yīng)用BeGraze3.0軟件進行處理，獲得的視覺特性指標(biāo)包括注視時間和瞳孔面積變化率。

2.1 注視時間

注視行為中超過99%的單次注視時間小于1 000 ms，為此，剔除單次注視時間大于1 000 ms的數(shù)據(jù)以減小試驗誤差。將各試驗人員的注視時間累加后取平均值，以表示駕駛員的注意力水平。試驗人員的注視時間統(tǒng)計結(jié)果見圖5。

圖5 不同場景下的注視時間Fig.5 Gaze duration of different scenes

由圖5可見：光強增加，試驗人員注視時間減小，且光照強度從10 lx變化到30 lx時，變化幅度較大（有行人橫穿道路時注視時間減小了0.38 s）；同一光照強度下，有行人橫穿道路時的注視時間略大于無行人橫穿道路場景?？梢姡{駛員受到補光燈的刺激后，會因注意力分散而導(dǎo)致注視時間顯著減小，且光照強度越大，注意力受到的干擾越強。當(dāng)遇到行人橫穿道路等應(yīng)激場景的視覺信息時，駕駛員需將視線短暫停留在目標(biāo)上以做出識別[18]，進而導(dǎo)致注視時間增加。由此可見，夜間道路環(huán)境光線較暗，駕駛員受到強光影響后對周邊道路的交通信息感知能力降低，注意力受到干擾，可能無法準(zhǔn)確判斷行人橫穿道路等危險場景情況，進而發(fā)生交通事故。

重復(fù)測量方差檢驗結(jié)果表明：光照強度與行人橫穿道路行為無交互作用，不同光照強度對試驗人員注視時間有顯著性差異（F=23.148，p＜0.05），統(tǒng)計分析結(jié)果見表2。

表2 不同光照強度注視時間方差統(tǒng)計分析Tab.2 Post-hoc analysis of gaze duration in different light intensities

2.2 瞳孔面積變化率

瞳孔是外部光線反射到眼睛的通道，當(dāng)環(huán)境突然變亮?xí)r，自主神經(jīng)系統(tǒng)會調(diào)節(jié)瞳孔括約肌收縮，使瞳孔面積變小。瞳孔面積變化能夠較好地表征駕駛員行車過程中的視覺適應(yīng)性及駕駛負荷程度[19]。

以試驗人員在補光燈開啟前2 s的瞳孔面積平均值作為基準(zhǔn)值，以補光燈開啟期間2 s的瞳孔面積平均值與基準(zhǔn)值的差值作為變化值，定義變化值與基準(zhǔn)值的比值為瞳孔面積變化率。重復(fù)測量方差分析結(jié)果表明光照強度對瞳孔面積變化率有顯著性差異（F=277.934，p＜0.05），光照強度與行人橫穿道路行為對瞳孔面積變化率的交互作用無顯著性差異。瞳孔面積變化率統(tǒng)計結(jié)果見圖6。由圖6可見：光照強度增大，試驗人員的瞳孔面積變化率的絕對值逐漸增大，且光照強度從10 lx變化到30 lx時，瞳孔面積變化率變化幅度較大；同一光照強度下，有行人橫穿道路時的瞳孔面積變化率略大于無行人橫穿道路場景。

圖6 不同光照強度的瞳孔面積變化率Fig.6 Change rate of pupil area under different light intensities

當(dāng)光照強度為10 lx時，試驗人員的瞳孔僅受到屏幕的光線環(huán)境影響，其瞳孔面積變化范圍較小，此時遇到行人橫穿道路場景時，僅有部分試驗人員會產(chǎn)生緊張情緒，造成瞳孔小幅度變大。研究表明：駕駛員瞳孔面積變化率大于40%會處于很緊張的狀態(tài)[20]。本試驗中，當(dāng)光照強度為90 lx且有行人橫穿道路場景時，試驗人員的瞳孔面積變化率大于40%，表明駕駛員在強光刺激下瞳孔會急劇縮小，產(chǎn)生不舒適的眩光反應(yīng)，尤其在遇到行人橫穿道路等突發(fā)情況時，試驗人員極易處于緊張狀態(tài)。

3 生理特性分析

夜間行車光線環(huán)境的突變會對駕駛員的情緒和駕駛負荷產(chǎn)生影響，進而影響駕駛操作的平穩(wěn)性及行車安全。心電信號可用于情緒識別，腦電信號記錄大腦活動過程中的電波變化。為此，本文采用生理記錄儀獲取試驗人員的心電（ECG）的心率、腦電（EEG）的α波、β波、θ波等數(shù)據(jù)。在采集試驗人員生理信號過程中，為降低外界因素的影響，剔除肌電信號對心電信號的干擾，采用低通濾波過濾得到腦電的α波、β波、θ波數(shù)據(jù)。

3.1 心率增長率

心率增長率（heart rate growth rate，HRGR）能夠?qū)崟r有效反映駕駛員的心率波動規(guī)律。本文以試驗人員平靜狀態(tài)下的靜息心率平均值作為基準(zhǔn)心率，以試驗場景下的心率平均值作為觀測值，HRGR數(shù)據(jù)見圖7。

由圖7可見：隨著光照強度的增大，HRGR呈遞增趨勢，且有行人橫穿道路時試驗人員的HRGR大于無行人橫穿場景，當(dāng)光照強度大于50 lx后，HRGR增長較為顯著。由此可見，當(dāng)光照強度大于50 lx時，補光燈會顯著影響駕駛員的視覺舒適性，高亮度的照射使駕駛員產(chǎn)生抵觸情緒；結(jié)合試驗記錄情況發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光照強度大于70 lx后，部分試驗人員的視線發(fā)生短暫模糊，難以辨別目標(biāo)，撞到行人的危險程度明顯增大，試驗人員情緒波動顯著。

圖7 不同光照強度的心率增長率Fig.7 Heart rate growth rate of different light intensities

對HRGR做統(tǒng)計分析，結(jié)果見表3。分析表明：當(dāng)光照強度大于50 lx后，試驗人員的HRGR有顯著性差異，說明光照強度達到一定程度變化才易引起試驗人員的情緒波動。

表3 不同光照強度HRGR方差統(tǒng)計分析Tab.3 Post-hoc analysis of HRGR in different light intensities

3.2 腦電負荷

腦電α波頻率為8～13 Hz，β波頻率為14～30 Hz，θ波頻率為4～7 Hz。α波和θ波出現(xiàn)表明人處于放松無壓力狀態(tài)，β波變大說明處于注意力集中、警覺性較強的緊張狀態(tài)[21]。當(dāng)駕駛員處于警覺、有壓力的狀態(tài)時，α波和θ波均減小，β波增大，故（α+θ）/β值可表征生理的警覺水平變化。為此，本文選?。é?θ）/β值衡量駕駛員受到補光燈刺激后的大腦壓力變化指標(biāo)，（α+θ）/β值越大，駕駛員較為放松，更能從容應(yīng)對道路突發(fā)情況，對行車安全更有利。重復(fù)測量的方差分析結(jié)果顯示光照強度對腦電（α+θ）/β有顯著性差異（F=12.166，p＜0.05），行人橫穿道路場景對腦電（α+θ）/β有顯著性差異（F=43.304，p＜0.05）。腦電（α+θ）/β值見圖8。

圖8 不同光照強度的（α+θ）/β值Fig.8（α+θ）/β Values of different light intensities

由圖8可見：當(dāng)光照強度小于50 lx時，腦電（α+θ）/β值的變化較緩和（變化率在6%以內(nèi)），但該值在光照強度大于50 lx后呈急劇下降趨勢（變化率大于10%）；有行人橫穿道路場景時，試驗人員的腦電（α+θ）/β值較小。由此可見，當(dāng)光照強度過高時，駕駛員警覺性顯著提高，遇到行人橫穿道路等危險情況時，警覺性會進一步提升，駕駛員會更加注意道路交通環(huán)境的變化，以及時做出反應(yīng)。結(jié)合視覺指標(biāo)的分析結(jié)果，當(dāng)光照強度大于50 lx，試驗人員因瞳孔急劇變小導(dǎo)致視線模糊，判斷道路狀況的難度增大，警覺性和注意力被迫提高，腦電負荷增大，此時更易引發(fā)交通事故。

4 駕駛操作特性分析

光照強度對駕駛員的注視時間、瞳孔面積等視覺特性有顯著影響，進而會影響駕駛員的注意力水平和視覺舒適性。心率和腦電負荷的顯著變化會影響駕駛員的情緒和警覺性。行車過程中駕駛員的生理和心理變化將直接影響其遇到危險情況時的應(yīng)激操作執(zhí)行過程，高效且正確的駕駛操作能有效避免交通事故發(fā)生。為此，本文采用駕駛模擬器獲取駕駛員在補光燈影響下的避讓行人操作特性數(shù)據(jù)，探究補光燈對駕駛員駕駛操作行為的影響，分析指標(biāo)包括制動踏板深度比例和制動反應(yīng)距離。

4.1 制動踏板深度比例

駕駛員在應(yīng)激場景下的制動踏板深度比例可以有效反映駕駛負荷程度及操作平穩(wěn)性[22]。試驗人員制動踏板深度比例結(jié)果見圖9。

圖9 不同光照強度的制動踏板深度比例Fig.9 Brake pedal depth ratio ofdifferent light intensities

由圖9可見：光照強度增大，制動踏板深度比例增大；當(dāng)光照強度小于50 lx時，制動踏板深度比例變化幅度較小，光照強度從50 lx變化到70 lx時，制動踏板深度比例明顯增大（增大0.12）。由此可見，補光燈引起的光線突變會使駕駛員的緊張程度及警惕性增加，駕駛操作平穩(wěn)性降低。結(jié)合腦電分析結(jié)果可知，當(dāng)光照強度小于50 lx時，試驗人員的腦電（α+θ）/β值變化較緩和，腦電負荷變化較小，光刺激帶來的不舒適感受對駕駛操作影響較小，駕駛員遇到行人橫穿道路時可采取較為平穩(wěn)的制動操作。結(jié)合視覺特性分析結(jié)果可知，當(dāng)光照強度大于50 lx時，試驗人員的瞳孔面積變化率絕對值達到33%，瞳孔難以在短時間內(nèi)準(zhǔn)確聚焦，視看能力下降，試驗人員易處于較為緊張狀態(tài)，導(dǎo)致其采取的制動措施力度更大，駕駛操作的舒適性和平穩(wěn)性更差，易引發(fā)事故[23]。

將有行人橫穿道路場景的制動踏板深度比例做均值處理，使用重復(fù)測量方差分析，統(tǒng)計分析結(jié)果見表4。結(jié)果表明：不同光照強度的制動踏板深度比例有顯著性差異（F=8.901，p＜0.05），且光照強度為70，90 lx時顯著性更高。

表4 制動踏板深度比例方差統(tǒng)計分析Tab.4 Post-hoc analysis of brake pedal depth ratio

4.2 制動反應(yīng)距離

反應(yīng)時間可在一定程度上反映駕駛安全的可靠性[24]。本文的駕駛場景均在限速60 km/h下行駛，并不能保證試驗人員在場景數(shù)據(jù)提取點處為同一速度。為了更好體現(xiàn)駕駛員操作特性，本文使用制動反應(yīng)時間與速度的乘積，即制動反應(yīng)距離作為駕駛員操作分析指標(biāo)，該指標(biāo)可反映避讓行人操作的安全性。數(shù)據(jù)處理過程中，根據(jù)眼動儀逐幀記錄的視頻，確定注視點落在行人出現(xiàn)區(qū)域的時刻，結(jié)合駕駛模擬器的數(shù)據(jù)確定試驗人員踩下制動踏板的時刻，以2個時刻的時間差作為制動反應(yīng)時間，行駛速度由駕駛器獲取。不同光照強度場景的避讓行人成功率見表5，當(dāng)光照強度為50 lx時開始發(fā)生未能成功避讓行人的事故，且光照強度為90 lx時避讓行人成功率僅為85%，表明在強光影響下，視覺的不舒適性會引起緊張情緒，易使駕駛員的感知信息產(chǎn)生偏差，造成駕駛操作失誤，進而引發(fā)交通事故。

表5 不同光照強度的避讓行人成功率Tab.5 Pedestrian avoidance success rate of different light intensities

圖10顯示了不同光照強度的制動反應(yīng)距離分布。由圖10可見：隨著光照強度的增大，制動反應(yīng)距離逐漸變大；且光照強度大于50 lx后制動反應(yīng)距離的變化較為明顯，此時制動反應(yīng)距離達到13.40 m以上。結(jié)合視覺特性分析結(jié)果可知，光照強度的增大使得駕駛員的注視時間減小，注意力下降，且在光照強度為70，90 lx時影響較為明顯；當(dāng)光照強度大于50 lx時，駕駛員的駕駛舒適性顯著降低，緊張情緒上升，導(dǎo)致駕駛反應(yīng)靈敏性降低。由此可見，在遇到行人橫穿道路時，補光燈引起的光線突變易導(dǎo)致駕駛員的感知危險能力下降，難以快速準(zhǔn)確辨認行人的移動方向，不能及時采取避讓操作，導(dǎo)致制動反應(yīng)距離變大，甚至無法成功避讓行人，造成交通事故。尤其當(dāng)光照強度為90 lx時，試驗人員的制動反應(yīng)距離顯著增大，注視時間減小至3.61 s，并且通過眼動儀的記錄視頻發(fā)現(xiàn)，部分試驗人員此時存在視線躲閃情況。在復(fù)雜的夜間行車環(huán)境下，該現(xiàn)象極大增加了交通事故的風(fēng)險，對夜間行車安全十分不利。

圖10 不同光照強度的制動反應(yīng)距離Fig.10 Braking response distance of different light intensities

重復(fù)測量方差分析結(jié)果見表6，光照強度為10 lx與其他光照強度制動反應(yīng)距離有顯著性差異（p＜0.05），光照強度為30，50，70 lx與90 lx的制動反應(yīng)距離有顯著性差異（p＜0.05）。

表6 制動反應(yīng)距離方差統(tǒng)計分析Tab.6 Post-hoc analysis of braking response distance

5 結(jié)束語

1）光照強度從10 lx變化到50 lx時，光照強度對試驗人員的視覺影響較弱，注意力水平差異性較小，情緒波動較小，制動踏板深度比例在0.5以下，駕駛操作較為平穩(wěn)。

2）光照強度從50 lx變化到90 lx時，試驗人員注視時間減小至3.74～3.51 s之間，瞳孔面積變化率大于30%，警覺性及駕駛負荷明顯增大，而且在有行人橫穿道路場景下生理波動更大。此時試驗人員對危險信息的感知能力顯著下降，提前辨別行人橫穿道路行為難度增大，駕駛操作穩(wěn)定性降低（制動踏板深度比例大于0.5及制動反應(yīng)距離顯著增大），制動操作力度較大，避讓行人成功率下降，發(fā)生交通事故的風(fēng)險增加。

3）高亮度補光燈會使道路的光照環(huán)境發(fā)生突變，使其干擾駕駛員的注意力，降低駕駛員對道路的交通信息感知能力及行車舒適性，甚至導(dǎo)致駕駛員產(chǎn)生緊張情緒，影響其避讓行人、緊急制動等駕駛操作，進而引發(fā)交通事故。為此，建議在非機動車及行人流量較大的地方提升整體環(huán)境照明，或增設(shè)不小于50 m的補光緩沖區(qū)，以降低高亮度補光燈對駕駛員夜間行車安全的影響。

4）駕駛經(jīng)驗不同的駕駛員在面對復(fù)雜道路狀況時的生理變化和駕駛操作有一定差異。與駕齡較短的青年駕駛員相比，駕駛經(jīng)驗豐富的駕駛員在面對補光燈的刺激時心理變化可能較小，駕駛操作更為從容，但高光照強度對眼動的影響是自發(fā)行為，補光燈造成的視覺特性影響一般與駕駛經(jīng)驗的相關(guān)性較小。

5）本文以駕駛經(jīng)驗較少的青年駕駛員作為研究對象，樣本量較小，試驗結(jié)果可能因樣本量、試驗人員年齡分布和駕駛經(jīng)驗的影響存在一定差異；同時，實際道路監(jiān)控補光燈對駕駛員的影響是1個動態(tài)連續(xù)過程，試驗僅選取了補光燈影響程度最大時的照度數(shù)值，且保持該照度2 s，試驗結(jié)果可能會因補光燈的照射角度、補光時間等因素與實際存在一定差異。未來可招募年齡分布更廣的駕駛員，擴大樣本量，以駕駛經(jīng)驗進行分組研究補光燈對駕駛行為的影響規(guī)律，同時，還可結(jié)合實車試驗，將實證數(shù)據(jù)與模擬駕駛數(shù)據(jù)進行對比，進一步提升研究成果的可靠性精度和應(yīng)用價值。