不同的交通管控条件对驾驶员警觉影响研究*

刘彬彬 熊 坚 熊 登

(昆明理工大学交通工程学院 昆明 650500)

0 引 言

驾驶员在车辆行驶过程中，常常由于某种原因，放松警惕，忽略一些风险的存在，出现警觉下降的现象，导致一些不必要的交通事故的发生.因此，展开驾驶员警觉特性的研究，找到对其产生影响的因素，对于提高新驾驶员的培训效果，增强驾驶员的警觉性，实现驾驶员的安全驾驶起着非常重要的作用.

目前国内外学者对警觉做了大量的研究[1-2],但是这些警觉研究中，对于驾驶员的研究极少，仅有少数的学者对驾驶员的警觉有一些研究.Aurelie等[3]采用驾驶模拟器研究了不同年龄段的驾驶员在警觉水平和驾驶错误上的差异性.Eike等[4]用实车在道路上测试，通过心电图和脑电图的数据分析了驾驶员的警觉状态.Roman等[5]通过驾驶模拟器实验，用大脑的电位活动分析了驾驶员在长时间的单调驾驶过程中的注意水平.Panos等[6]采用驾驶模拟器模拟白天、晚上和雨天3种不同的道路环境，研究了驾驶经验和道路能见度对驾驶员的视觉搜索频率、反应时间、视觉扫描范围的影响.汪澎[7]研究了对驾驶员的警觉状态进行检测的技术.张德乾等[8]通过研究音乐对驾驶警觉的影响，得到合适的音乐可以使驾驶员处于最佳唤醒水平，有利于驾驶警觉的维持，而复杂的音乐也会使驾驶员分心，警觉水平下降，危害道路交通安全.

为了了解车辆行驶过程中驾驶员的警觉水平，并找到对警觉可能产生影响的因素，本文选择了交通信号灯作为研究对象，研究不同的交通管控条件下驾驶员警觉水平的差异性，采用驾驶模拟器和眼动仪在无交通信号灯的十字路口路段和有交通信号灯的十字路口路段进行对比仿真实验，通过制动反应时间和注视行为参数来评价驾驶员的警觉水平.本文中驾驶员警觉是指驾驶员在车辆行驶过程中对道路上出现的一些风险信息保持较高的警惕性并且能够对风险信息作出适当的制动反应.

1 驾驶模拟实验

在驾驶模拟器上进行仿真实验时，首先要根据实验要求，创建相应的三维虚拟仿真实验场景；然后筛选适合的受试者，进行驾驶模拟器的操作培训；在正式实验开始之前，对驾驶模拟器进行校准，以确保设备运作良好，并且要保证车辆动力学模型参数与实际相匹配；最后，按正规的操作程序进行实验，并对实验数据进行采集整理[9].

1.1 实验场景

选择交通信号灯作为交通管控条件的控制变量，利用VSDesign场景设计软件设计了两个风险路段场景：有交通信号灯的十字交叉口路段风险场景和无交通信号灯的十字交叉口路段风险场景.

有交通信号灯的十字交叉口路段：设置了两个触发区，主车和闯红灯的小车车速均为60 km/h.当主车行驶到距人行横道200 m时，到达第一个触发区，触发前面的交通信号灯由红灯变为绿灯，另一条道上的交通信号灯由绿灯变为红灯；当主车行驶到距人行横道10 m处，到达第二个触发区，触发另一条道上的车辆从人行横道上驶出，闯红灯，违法驾驶.

无交通信号灯的十字交叉口路段：设置了一个触发区，与有交通信号灯的十字交叉口路段形成对比.当主车以60 km/h的速度行驶到距人行横道10 m处，到达触发区，触发另一条道上的车辆从人行横道上驶出，通过十字路口.

1.2 受试者

本次实验共选取30名驾驶员，熟练驾驶员和新手驾驶员各15名.熟练驾驶员为出租车司机和驾校教练，条件为：驾龄(大于5年)、行车里程(大于10万公里)；新手驾驶员基本为在校大学生，条件为：驾龄(小于3年)、行车里程(小于1万公里).所有的驾驶员都能独立安全的驾驶车辆，在实验过程中身体状况良好，精力充沛，其中25名驾驶员佩戴了眼动仪进行实验.

2 实验数据处理分析

本次实验采集的数据为驾驶员的制动反应时间和注视行为参数.驾驶员的制动反应时间为风险信息开始出现时间和驾驶员松开油门踩下制动踏板的时间差.驾驶员的注视行为参数是统计风险出现前后这段时间内的驾驶员的注视参数，包括驾驶员注视时间、注视次数、注视点和注视区域.

2.1 制动反应时间

分别统计驾驶员在无交通信号灯路段场景和有交通信号灯路段场景下的驾驶员制动反应时间，剔除无效数据后，结果见表1.生成的相应的驾驶员制动反应时间箱形图见图1.

表1 驾驶员制动反应时间统计 s

图1 驾驶员制动反应时间箱形图

由表1和图1可知，在无交通信号灯的十字交叉口路段，驾驶员制动反应时间主要集中在0.867～1.127 s，均值为1.008 s，反应时间短，且波动范围也小；在有交通信号灯的十字交叉口路段，驾驶员制动反应时间主要集中在0.992～1.401 s，均值为1.188 s，与无交通信号灯的十字交叉口路段相比，反应时间相对较长.说明在十字交叉口路段，有交通信号灯和无交通信号灯，驾驶员制动反应时间有差别.通过驾驶员制动反应时间的差别可以反映驾驶员警觉水平的差异，在十字交叉路口，交通信号灯的有无对驾驶员的警觉是有影响的，在无交通信号灯的十字交叉口路段，驾驶员的警觉水平要高于有交通信号灯的十字交叉口路段驾驶员的警觉水平.

为了确定交通信号灯的有无对驾驶员警觉水平是否有显著性影响，需要对两个路段场景下的驾驶员制动反应时间进行方差分析.进行方差分析，需要提出研究假设H1和虚无假设H0，研究假设H1：交通信号灯的有无对驾驶员制动反应时间有显著影响；虚无假设H0：交通信号灯的有无对驾驶员制动反应时间不产生影响.

设无交通信号灯的十字交叉口路段驾驶员制动反应时间为x1，有交通信号灯的十字交叉口路段驾驶员制动反应时间为x2，即di=x2i-x1i，其中x1i和x2i分别为无交通信号灯的十字交叉口路段和有交通信号灯的十字交叉口路段驾驶员制动反应时间的第i个数据.取显著性水平为0.01.将相应数据代入下式可得：

查t分布表，当df=N-1=29时，t(0.01)=2.462.

因为t=3.70>2.462，所以p<0.01，即无交通信号灯的十字交叉口路段和有交通信号灯的十字交叉口路段驾驶员的制动反应时间在0.01显著性水平上存在显著性差异.

综上可知，无交通信号灯的十字交叉口路段和有交通信号灯的十字交叉口路段驾驶员的警觉水平存在显著性差异，交通信号灯的有无对驾驶员的警觉水平有明显的影响，在无交通信号灯的十字交叉口路段，驾驶员的警觉水平更高，注意力更集中.同时也说明在有一定的交通管控条件下，驾驶员会产生松懈的心理，警觉水平有所下降；在无交通管控条件下，驾驶员的警惕性更强，能更快的注意到一些风险信息.

2.2 注视行为参数

利用眼动仪获取的驾驶员注视时间和注视次数，先统计驾驶员在各个路段对每个目标的注视时间和注视次数，再计算所有驾驶员在各个路段对每个目标的平均注视时间和平均注视次数，结果见表2.

表2 不同场景下驾驶员对每个目标的注视统计

由表2可知，在无交通信号灯的路段，驾驶员的注视次数较多，但是对每个目标点的平均注视时间短；在有交通信号灯的路段，驾驶员的注视次数少，但是对每个目标点的平均注视时间较长.说明在无交通信号灯的十字交叉口路段，驾驶员眼睛搜索的范围很广，前后左右的情况都要注意，关注的点比较多，对每个点的注视时间有限，警觉性比较强；而在有交通信号灯的十字交叉口路段，驾驶员容易放松，警惕性不够，搜索的范围变小，主要关注前面的状况，并且长时间注视某个目标，导致注视时间较长.

统计所有驾驶员在风险信息出现路段的注视点，然后绘制所有注视点的X，Y散点图，就能得到驾驶员的注视区域，见图2.

图2 驾驶员注视区域图

由图2可知，在有交通信号灯路段，驾驶员的注视点主要集中在正前方，在正前方远处和近处交替注视，左右两边也有辐射，在通过十字交叉口时主要关注前方的红绿灯和车流、行人，对路口两边的情况没有引起注意，警觉性较差；在无交通信号灯路段，驾驶员的注视点主要集中在正前方、左侧和右侧区域，辐射范围较大，并且远处和近处交替进行注视，驾驶过程中对十字交叉口的左边、右边和中间时刻保持注意，警觉性强，能及时发现左右侧路口出现的一些风险情况.

3 结 束 语

通过对无交通信号灯路段和有交通信号灯路段的驾驶员的制动反应时间和注视行为参数进行差异性分析，得到交通信号灯对驾驶员的警觉水平会产生影响，在有交通信号灯的十字交叉口路段，驾驶员搜索的范围变小，注视次数少，驾驶员制动反应时间较长，警觉水平不高；在无交通信号灯的十字交叉口路段，驾驶员注视区域广，注视次数多，并且远处和近处交替进行注视，能快速注意到风险信息，驾驶员制动反应时间较短，警觉水平更高.说明在有一定的交通管控条件下，驾驶员反而会产生松懈的心理，警觉水平有所下降.需要说明的是，这并不表明交通管控会使安全性降低，相反，交通管控会使整个系统更安全.

[1] 金端,黄文胜.警戒及其影响因素[J].应用心理学,1993,8(2):49-53.

[2] 魏松涛,许百华.警戒研究及其发展趋势[J].人类工效学,1998,4(2):60-62.

[3] AURELIE C,THIERRY P,ALAIN M. Correlation between driving errors and vigilance level:influence of the driver’s age[J]. Physiology & Behavior,2004,80:515-524.

[4] EIKE A S,MICHAEL S,MICHAEL S. Drivers’ misjudgement of vigilance state during prolonged monotonous daytime driving[J]. Accident Analysis and Prevention,2009,41:1087-1093.

[5] ROMAN M,JAN R. Driver’s attention during monotonous driving[J]. International Conference on Biomedical Engineering And Informatics,2012.

[6] PANOS K,PETER C,DAVID C. Driver’s visual attention as a function of driving experience and visibility：using a driving simulator to explore drivers’eye movements in day, night and rain driving[J]. Accident Analysis and Prevention,2010,42:827-834.

[7] 汪澎.驾驶人警觉状态检测技术研究[D].镇江：江苏大学,2010.

[8] 张德乾.监控警戒下降及其研究趋势[J].井冈山大学学报,2014,35(2):77-82.

[9] 郭凤香,张盛,熊坚,等.驾驶员期望车速预测模型研究[J].昆明理工大学学报(自然科学版),2015,40(6):42-49.