開發(fā)型駕駛模擬器的可變情報板誘導(dǎo)信息認(rèn)知度評價

可變情報板VMS（Variable Message Sign）是發(fā)布誘導(dǎo)信息的主要工具，通常布設(shè)在城市路網(wǎng)和高速公路網(wǎng)中，發(fā)布交通擁堵、旅行時間、排隊長度、交通事故、道路施工等信息[1]。它給人們的出行提供實時準(zhǔn)確的路況信息，引導(dǎo)駕駛員合理選擇出行路徑，最大程度地緩解交通負(fù)荷。對于較為復(fù)雜的城市高架路及隧道網(wǎng)絡(luò)，由于高架下、隧道內(nèi)的通信及定位較差，手機很難及時準(zhǔn)確定位，駕駛員無法及時預(yù)知前方的道路狀況；而在這類場景中，VMS可及時告知駕駛員前方道路交通的狀況，以及相關(guān)道路的出口，讓駕駛員提前做好準(zhǔn)備，對城市道路交通的安全、高效運行有很大的幫助[2,3]。

VMS有圖形式、文字式、圖文結(jié)合式等多種形式，不同的VMS信息量也不同。在設(shè)置可變情報板時通常著重考慮其空間布局和誘導(dǎo)信息對駕駛行為的影響，而很少考慮駕駛員對于VMS誘導(dǎo)信息的認(rèn)知度，以及行車過程中對信息版內(nèi)容的接受程度，如文字的大小、文字內(nèi)容的長度等。這就導(dǎo)致在某些情況下，由于VMS所包含的誘導(dǎo)信息過多、過于繁瑣或者表示的含義不夠清晰等原因，使得駕駛員不能夠從VMS中獲得正確的路況信息，而選擇了不夠合理的出行路徑。

另一方面，由于駕駛員對于交通信息板的認(rèn)知程度，受到駕駛員自身、車輛、行駛環(huán)境以及引導(dǎo)策略等眾多因素的影響，利用數(shù)學(xué)解析方法對其進行評估存在著很大的難度，因此，可以采用模擬實驗的方法，建立一定的道路模型，通過模擬實驗，觀察不同駕駛員對于可變情報板提供的信息做出的駕駛行為，由此得出駕駛員對VMS的認(rèn)知程度，進而對各可變情報板進行評價。

可變情報板的評價體系

評價可變情報板最直接的方法是看可變情報板在實際生活中的引導(dǎo)效果。但這樣難以得到實際的數(shù)據(jù)而且極難得到量化的實驗結(jié)果。所以，決定用新的一套評價體系來評價一塊可變情報板的好壞。由于影響可變情報板信息認(rèn)知的兩個主要因素是1、誘導(dǎo)板信息的負(fù)荷度 2、誘導(dǎo)板的視認(rèn)性，因此選取這兩個因素作為評價指標(biāo)，建立相應(yīng)的評價模型。

負(fù)荷度模型

可變情報板信息的負(fù)荷度反映的是情報板上容納信息量的多少，其大小與板上的文字?jǐn)?shù)、交叉口的數(shù)量、終點的數(shù)量以及其他因素呈正相關(guān)。因此可以給出負(fù)荷度的計算公式：

其中w、x、y分別為文字書、交叉口數(shù)量、終點數(shù)量，均為可量化的信息，可以直接從可變情報板中獲得；z為其他因素不便于量化，在式中取值為1； 為對應(yīng)權(quán)重。再利用ASPID權(quán)重分析法來計算各影響因素對應(yīng)的權(quán)重。首先選定四塊不同的可變情報板，收集板的相關(guān)信息，然后通過問卷調(diào)查的方式，得到駕駛員對這四塊板的信息負(fù)荷度的相對大小。對四塊可變情報板套用公式（1）建立方程組，聯(lián)立解出 的值。

視認(rèn)性模型

人們對于可變情報板的視認(rèn)性反映了人們在獲取誘導(dǎo)信息并做出相應(yīng)的駕駛行為時所需的時間，可變情報板的視認(rèn)性越高，其誘導(dǎo)信息的表達則越明確。用可變情報板的可視距離D來表達其視認(rèn)性，計算公式如下。

其中Y為行車軌跡變化點，其值可以通過駕駛模擬器實驗測得；行車速度V則是在進行實驗時有嚴(yán)格的限定，駕駛員的反應(yīng)時間因人而異，不過可以取一般值；T為駕駛員反應(yīng)時間。由此可以較為方便地求得D值，從而評價出可變情報板視認(rèn)性的大小。

模擬駕駛實驗

實驗場景的構(gòu)建

實驗場景選擇上海市五角場地區(qū)，包括五條主干道：黃興路，邯鄲路，翔殷路，淞滬路，四平路；周邊部分支路：國定路，國和路，政通路，政立路等；和周邊標(biāo)志性大型建筑等。

構(gòu)建的模型主要包括：主干道，交叉口，新型可變情報板，周邊建筑、植物等。所有模型的建立、編輯、貼圖、渲染均在SketchUp中完成。其中，根據(jù)實驗需求以及制定好的實驗路線，在相應(yīng)路口處放置新型可變情報板，板上信息分為路段擁堵（紅）有文字信息、路段暢通（綠）有文字信息和路段擁堵（紅）無文字信息三種，同一實驗路線分別安置上述三種情報板。

在SketchUp中將上述模型按五角場真實場景構(gòu)建虛擬路網(wǎng)，并通過貼圖材質(zhì)的選擇以求場景真實性最大化。將SketchUp制作的模型導(dǎo)入Virtools軟件，添加燈光、攝像機、對材質(zhì)進行調(diào)整，盡可能使模型的視覺效果逼真。

為使實驗場景逼真，控制相關(guān)控件的變化，且采集的數(shù)據(jù)方便后續(xù)分析，編寫了相關(guān)的Virtools腳本[4-6]，包括攝像機腳本、車體控制腳本、數(shù)據(jù)采集腳本、可變情報板腳本。

▲圖1 實驗場景整體圖

▲圖2 實驗場景細(xì)節(jié)圖

實驗過程

為對駕駛行為進行探究，招募了50名具有駕駛經(jīng)驗的志愿者，年齡在30～50歲之間呈均勻分布。實驗中使用VMS一共有4塊。情報板上路段顯示綠色為通暢，顯示黃色為一般，顯示紅色為擁堵。為了消除實驗設(shè)計可能存在個體差異，避免每次實驗情報板都相同而引起實驗參與者的非自主判斷的行為，獲得更準(zhǔn)確的可變情報板負(fù)荷度模型，故設(shè)定了四個不同的可變情報板（VMS）共16種不同的擁堵情況，駕駛員在模擬駕駛實驗時，都可以有不同的選擇。用于實驗的可變情報板如下圖所示。為了使實驗人員有更真實的實驗感受，同時獲得更豐富的實驗調(diào)查數(shù)據(jù)，設(shè)計了以下的實驗方案。

▲圖3 四個實驗用可變情報板

駕駛員實驗環(huán)境預(yù)熱

首先通過播放實驗交叉口的實際交通流視頻錄像和介紹材料，使參與實驗人員熟悉實驗場景，盡快的融入到實驗環(huán)境中；然后進行三輪試駕，讓實驗者熟悉Virtools實驗平臺及操控設(shè)備。

模擬駕駛實驗

參與實驗的駕駛員將在相同的場景分別對四個不同的VMS共16種不同的擁堵情況進行試驗。起始點距離可變情報板450m,可變情報板距離十字交叉口250m。從起始點開始，只要駕駛員進行了大幅度的變向動作，均被視為實驗人員看到可變情報板所做出的反應(yīng)。將所采集的位置、速度、時間等數(shù)據(jù)采集后保存并輸出。

此次實驗共由50人參加實驗，獲得800份數(shù)據(jù)。

實驗后問卷調(diào)查

駕駛員完成虛擬實驗后，再進行問卷調(diào)查。在該份問卷中，參與實驗的人員根據(jù)對所給可變情報板信息符合度進行評價，用于確定負(fù)荷度模型中參數(shù)的大小。

實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

可變情報板負(fù)荷度分析

根據(jù)問卷調(diào)查的結(jié)果可以求得負(fù)荷度的計算公式為：

其中負(fù)荷度I值表示的是信息含量的相對大小，其取值在0～50之間。從式（4）中可以發(fā)現(xiàn)可變情報板中各參數(shù)對于其信息量的影響：

1）、式（4）中，文字?jǐn)?shù)w的權(quán)重最低，它表明在可變情報板上文字較少時，文字的多少對于信息量的影響較少；但是隨著文字?jǐn)?shù)的增多，它產(chǎn)生的影響也會越來越大，從而對駕駛員信息的獲取產(chǎn)生較大的影響。

2）、由式（4）可以看出，終點數(shù)的權(quán)重系數(shù)高于其它，說明可變交通誘導(dǎo)板的終點數(shù)對板面信息量的影響最大。終點數(shù)過多，駕駛員難以快速地找到自己的目的地，從而延長他們做出相應(yīng)駕駛行為的時間。

根據(jù)可變情報板的信息負(fù)荷度的大小將其信息的負(fù)荷度劃分為以下五個等級。

表1 可變情報板負(fù)荷度等級

根據(jù)以上的計算公式可以計算出四塊板的負(fù)荷度大小分別為19.264，28.874，32.293，38.595，再參考表1可知，四塊板的信息負(fù)荷度等級逐漸提高，所包含的信息量也逐漸增加，相應(yīng)地駕駛員從中獲取有用信息并做出駕駛反應(yīng)所需的時間增加。

可變情報板視認(rèn)性分析

針對四塊VMS板提供的16種不同的擁堵情況進行實驗，利用Virtools記錄下運行車輛的位置，并根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)大致畫出模擬車輛的行駛軌跡，即記錄某時刻車輛距離道路右側(cè)的距離x以及車輛與出發(fā)點的豎直距離y。若記錄過程中x發(fā)生較大變動，說明駕駛員在接收到可變情報板的誘導(dǎo)信息后，做出變更車道的駕駛行為。由于當(dāng)駕駛員做出需要直行的判斷時不能從車道的改變上得到駕駛員的反應(yīng)距離，讓駕駛員在看到直行指令時用一個先往左變道再往右變道的動作來代替直行的動作，這樣便可以通過第一個往左變道的動作判斷出反應(yīng)距離。

利用變道起始點A所對應(yīng)的y值即可根據(jù)公式 計算出可變情報板的可視距離D。在實驗時將車輛速度控制在50km/h左右，取駕駛員的反應(yīng)時間為1s，Y=450-y,則D=(Y+16.7)m。

16組實驗得到的D的平均值柱狀圖如下所示。

▲圖5 可視距離柱狀圖

從圖5中可以看出，不同的可變情報板其對應(yīng)的D存在著較大的差異，而對于同一塊可變情報板在不同路況不同目的地的情況下其D的值也有所不同。D值越大，可變情報板的視認(rèn)性越好，其目的地在板上的位置更醒目，駕駛員也就能夠更快地接受到板提供的誘導(dǎo)信息并做出相應(yīng)的駕駛反應(yīng)。

對于四塊不同的VMS板，當(dāng)行駛的目的地均為板的最遠(yuǎn)端的地點時，將四塊板平均的可視距離繪制在下圖中，得到可視距離D與負(fù)荷度I之間的關(guān)系。

▲圖6 可視距離D與負(fù)荷度I之間的關(guān)系

從圖6中可以看到，隨著負(fù)荷度I的增大，可視距離D逐漸減小。這表明負(fù)荷度的增加使可變情報板上的信息量增加，駕駛員從這些信息中獲取有用信息所需的時間也就越長，從而導(dǎo)致了可視距離的減少。此外，當(dāng)I值較小時，I值的變化對可視距離的影響較大，而隨著I值的逐漸增大其影響也逐漸地趨于平緩，也就是說當(dāng)可變情報板上信息量超過某一個值時，信息量對于可變情報板誘導(dǎo)信息視認(rèn)性的影響就變得非常小了。

綜合上述的實驗與分析可知，在對可變情報板誘導(dǎo)信息的認(rèn)知度進行評價時，可以按照上述流程，從信息的符合度和誘導(dǎo)板的視認(rèn)性的角度對其進行評價，從而得出可變情報板誘導(dǎo)信息認(rèn)知度的高低；也可以根據(jù)分析得到的結(jié)果，在設(shè)計可變情報板時對其包含的信息總量進行控制，從而使其能夠發(fā)揮最大的效果。

結(jié)束語

本文提出了以可變情報板信息負(fù)荷度、板面視認(rèn)性為主要指標(biāo)的評價體系，用來評價駕駛員對于可變情報板誘導(dǎo)信息的認(rèn)知度。利用開發(fā)型駕駛模擬器、SketchUp建模軟件以及Virtools建模軟件，建立了以上海市五角場為環(huán)境的仿真場景，通過駕駛員的模擬駕駛、實時的數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)的分析和計算，將駕駛員主觀的認(rèn)識評價進行一定的量化，得到了對可變情報板認(rèn)知度的綜合效果評價，為今后城市道路可變情報板設(shè)計規(guī)范的制定與優(yōu)化提供依據(jù)。