草原道路交通標(biāo)志對(duì)駕駛員視覺的影響

解松芳，欒傳寶，楊鋒，李航天，趙婷

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)能源與交通工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

1 引言

道路交通標(biāo)志是重要的交通安全設(shè)施，能為駕駛員提供準(zhǔn)確的道路交通信息，保證行車安全。有研究表明，交通標(biāo)志、標(biāo)線與交通事故的相關(guān)率高達(dá)70%，合理設(shè)置標(biāo)志標(biāo)線可以提高30%運(yùn)輸效率[1]。草原道路線形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，景觀環(huán)境單一，行駛車輛較少，交通標(biāo)志設(shè)置不完善，駕駛員長(zhǎng)期處于單調(diào)環(huán)境中行駛，獲取信息量少，致使駕駛員注意力及警覺性降低，從而造成較為嚴(yán)重的交通事故[2-4]。因此，完善道路交通標(biāo)志標(biāo)線設(shè)置，給駕駛?cè)藛T提供必要的交通安全信息，是減少交通事故的有效途徑之一[5，6]。本文選擇具有代表性的草原道路，針對(duì)草原道路交通標(biāo)志的現(xiàn)狀，通過研究草原道路交通標(biāo)志對(duì)駕駛員視覺的影響，可為今后完善交通標(biāo)志的設(shè)計(jì)提供科學(xué)合理的依據(jù)。同時(shí)對(duì)規(guī)范駕駛員在草原道路上行駛行為，提高駕駛員注意力及警覺性，保障行車安全意義重大。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)路段和交通標(biāo)志的選取

選擇錫林郭勒盟境內(nèi)的S101賽罕塔拉—滿都拉圖段的二級(jí)草原道路作為試驗(yàn)路段，設(shè)計(jì)車速為70km/h，總里程152.5km。取其中18km作為本文的研究對(duì)象，統(tǒng)計(jì)該路段指示標(biāo)志共13個(gè)，警告標(biāo)志共9個(gè)，禁令標(biāo)志和混合交通標(biāo)志各2個(gè)。由于內(nèi)蒙古地廣人稀，沿線城鎮(zhèn)、村落較少，需要提醒駕駛員的交通標(biāo)志的種類也相對(duì)單一。因此調(diào)查選取指示標(biāo)志、警告標(biāo)志、禁令標(biāo)志及混合交通標(biāo)志作為研究對(duì)象。

2.2 試驗(yàn)人員及試驗(yàn)設(shè)備選擇

試驗(yàn)選取5 名駕駛員，其中男性3 人、女性2 人，平均年齡38.6 歲（SD=5.32），平均駕齡8.2 年（SD=4.5），駕駛經(jīng)驗(yàn)豐富，身體健康，沒有任何眼部疾病，視力及矯正視力應(yīng)達(dá)到1.0，對(duì)該試驗(yàn)路段較熟悉。

試驗(yàn)采用德國(guó)SMI生產(chǎn)的Iview X HED型頭戴式眼動(dòng)儀，采集駕駛員眼動(dòng)指標(biāo)。根據(jù)研究需要將數(shù)據(jù)的采樣頻率設(shè)定50Hz/s，數(shù)據(jù)處理采用與之配套的BeGaze2.4 數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析；采用日本SONY 生產(chǎn)的便攜式攝像機(jī)DCR-DVD803E對(duì)路域交通標(biāo)志進(jìn)行全程拍攝；由于草原道路上行駛的車輛80%左右都為小型轎車，因此試驗(yàn)車輛選取具有代表性的小型轎車，試驗(yàn)車速采取以保證行車安全為前提的自由車速。

2.3 駕駛員眼動(dòng)指標(biāo)的選擇

駕駛員的視覺特性主要通過眼動(dòng)指標(biāo)來反映，駕駛員注視行為指標(biāo)包括注視持續(xù)時(shí)間、注視點(diǎn)位置、瞳孔大小等，其中注視持續(xù)時(shí)間反映駕駛員對(duì)觀察對(duì)象的關(guān)注程度。瞳孔大小受光的照度、駕駛員的緊張程度和所看物體的遠(yuǎn)近等外界環(huán)境的影響。掃視指標(biāo)中的掃視幅度是指駕駛員視覺信息搜索的范圍。眨眼行為能夠反應(yīng)駕駛員在行駛過程中的疲勞狀態(tài)。由于本研究不是疲勞研究，故不選眨眼指標(biāo)。因此，結(jié)合本研究的實(shí)際情況，確定注視持續(xù)時(shí)間、瞳孔大小和掃視幅度3 個(gè)指標(biāo)對(duì)駕駛員的視覺特性進(jìn)行研究。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 交通標(biāo)志對(duì)注視持續(xù)時(shí)間的影響

由圖1和表1可知，禁令標(biāo)志對(duì)駕駛員的注視持續(xù)時(shí)間影響較大，均值為445.48ms，最大值為713.44 ms，駕駛員會(huì)反復(fù)持續(xù)關(guān)注，注視持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。指示標(biāo)志的注視持續(xù)時(shí)間均值為366.81ms，因?yàn)椴菰缆分甘緲?biāo)志信息較多，駕駛員能清晰地認(rèn)讀標(biāo)志牌信息，注視持續(xù)時(shí)間分布在300ms～500ms 之間，注視持續(xù)時(shí)間波動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定。警告標(biāo)志對(duì)駕駛員的注視持續(xù)時(shí)間均值為318.48ms，相對(duì)較小，說明駕駛員對(duì)警告標(biāo)志的認(rèn)知時(shí)間較短，能很快引起駕駛員的警覺?；旌蠘?biāo)志注視持續(xù)時(shí)間均值為404.37ms，混合標(biāo)志的信息相對(duì)于其他交通標(biāo)志更多，駕駛員在注視過程中信息處理會(huì)越難。因此，禁令標(biāo)志對(duì)駕駛員的注視持續(xù)時(shí)間影響最大，其次是混合標(biāo)志和指示標(biāo)志，影響最小的是警告標(biāo)志。

圖1 注視持續(xù)時(shí)間變化規(guī)律

表1 駕駛員注視持續(xù)時(shí)間數(shù)據(jù)描述

3.2 交通標(biāo)志對(duì)瞳孔直徑的影響

由圖2和表2可知，警告標(biāo)志對(duì)駕駛員瞳孔直徑影響較大，均值為3.35mm，相比其他交通標(biāo)志略高，說明駕駛員在看到警告標(biāo)志時(shí)心理較緊張。指示標(biāo)志瞳孔直徑平均值為3.29mm，數(shù)據(jù)波動(dòng)不大，駕駛員需要通過指示標(biāo)志判斷接下來的行車路線，所以駕駛員會(huì)努力注視指示標(biāo)志。禁令標(biāo)志瞳孔直徑均值為3.17mm，說明禁令標(biāo)志相比其他標(biāo)志更容易辨認(rèn)，但也會(huì)增加駕駛員的緊張程度?；旌蠘?biāo)志瞳孔直徑變化相對(duì)較平穩(wěn)，說明混合標(biāo)志較容易辨認(rèn)。因此，警告標(biāo)志對(duì)駕駛員的瞳孔直徑影響最大，其次是指示標(biāo)志和混合標(biāo)志，影響最小的是禁令標(biāo)志。

圖2 瞳孔直徑變化規(guī)律

表2 駕駛員瞳孔直徑數(shù)據(jù)描述

3.3 對(duì)掃視幅度的影響

由圖3和表3可知，駕駛員在10.5s前對(duì)各種交通標(biāo)志的掃視幅度都相對(duì)較大，特別是禁令交通標(biāo)志對(duì)駕駛員的掃視幅度影響最大，均值為17.18°，最大值為25.61°。指示標(biāo)志掃視幅度波動(dòng)較大，說明駕駛員要通過擴(kuò)大搜索范圍獲得更多信息。警告標(biāo)志掃視幅度均值為11.97°，說明駕駛員獲取的警告標(biāo)志信息量較少?；旌蠘?biāo)志的掃視幅度均值為12.7°，總體變化趨勢(shì)較平穩(wěn)。因此，禁令標(biāo)志對(duì)駕駛員的掃視幅度影響最大，其次是指示標(biāo)志和混合標(biāo)志，影響最小的是警告標(biāo)志。

表3 駕駛員掃視幅度數(shù)據(jù)描述

圖3 掃視幅度變化規(guī)律

4 結(jié)語

本文針對(duì)草原道路交通標(biāo)志對(duì)駕駛員視覺的研究，探討不同交通標(biāo)志對(duì)駕駛員視覺的影響，得出以下結(jié)論：

①禁令標(biāo)志的注視持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，說明駕駛員注視過程中信息處理最困難，同時(shí)也最能引起駕駛員的反復(fù)注意。警告標(biāo)志下的注視持續(xù)時(shí)間最短，說明駕駛員能夠更容易的處理警告標(biāo)志信息。

②警告標(biāo)志下的瞳孔直徑最大，說明駕駛員需要更加努力注視警告標(biāo)志牌的內(nèi)容，避免發(fā)生危險(xiǎn)。禁令標(biāo)志的瞳孔直徑最小，說明禁令標(biāo)志較容易被駕駛員認(rèn)讀。

③禁令標(biāo)志下的掃視幅度波動(dòng)最大，說明駕駛員會(huì)反復(fù)多次地關(guān)注此標(biāo)志。其次是指示標(biāo)志和混合標(biāo)志，說明這兩種標(biāo)志給駕駛員提供的信息較多。

總之，駕駛員在草原道路行駛過程中，禁令標(biāo)志相比于其他交通標(biāo)志對(duì)駕駛員視覺特性的影響更大，其次是指示標(biāo)志和混合標(biāo)志。駕駛員在看到禁令標(biāo)志和警告標(biāo)志時(shí)心理負(fù)荷明顯增加，更能引起駕駛員的警覺感，從而提高行車的安全性。