开发型驾驶模拟器的可变情报板诱导信息认知度评价

可变情报板VMS（Variable Message Sign）是发布诱导信息的主要工具，通常布设在城市路网和高速公路网中，发布交通拥堵、旅行时间、排队长度、交通事故、道路施工等信息[1]。它给人们的出行提供实时准确的路况信息，引导驾驶员合理选择出行路径，最大程度地缓解交通负荷。对于较为复杂的城市高架路及隧道网络，由于高架下、隧道内的通信及定位较差，手机很难及时准确定位，驾驶员无法及时预知前方的道路状况；而在这类场景中，VMS可及时告知驾驶员前方道路交通的状况，以及相关道路的出口，让驾驶员提前做好准备，对城市道路交通的安全、高效运行有很大的帮助[2,3]。

VMS有图形式、文字式、图文结合式等多种形式，不同的VMS信息量也不同。在设置可变情报板时通常着重考虑其空间布局和诱导信息对驾驶行为的影响，而很少考虑驾驶员对于VMS诱导信息的认知度，以及行车过程中对信息版内容的接受程度，如文字的大小、文字内容的长度等。这就导致在某些情况下，由于VMS所包含的诱导信息过多、过于繁琐或者表示的含义不够清晰等原因，使得驾驶员不能够从VMS中获得正确的路况信息，而选择了不够合理的出行路径。

另一方面，由于驾驶员对于交通信息板的认知程度，受到驾驶员自身、车辆、行驶环境以及引导策略等众多因素的影响，利用数学解析方法对其进行评估存在着很大的难度，因此，可以采用模拟实验的方法，建立一定的道路模型，通过模拟实验，观察不同驾驶员对于可变情报板提供的信息做出的驾驶行为，由此得出驾驶员对VMS的认知程度，进而对各可变情报板进行评价。

可变情报板的评价体系

评价可变情报板最直接的方法是看可变情报板在实际生活中的引导效果。但这样难以得到实际的数据而且极难得到量化的实验结果。所以，决定用新的一套评价体系来评价一块可变情报板的好坏。由于影响可变情报板信息认知的两个主要因素是1、诱导板信息的负荷度 2、诱导板的视认性，因此选取这两个因素作为评价指标，建立相应的评价模型。

负荷度模型

可变情报板信息的负荷度反映的是情报板上容纳信息量的多少，其大小与板上的文字数、交叉口的数量、终点的数量以及其他因素呈正相关。因此可以给出负荷度的计算公式：

其中w、x、y分别为文字书、交叉口数量、终点数量，均为可量化的信息，可以直接从可变情报板中获得；z为其他因素不便于量化，在式中取值为1； 为对应权重。再利用ASPID权重分析法来计算各影响因素对应的权重。首先选定四块不同的可变情报板，收集板的相关信息，然后通过问卷调查的方式，得到驾驶员对这四块板的信息负荷度的相对大小。对四块可变情报板套用公式（1）建立方程组，联立解出 的值。

视认性模型

人们对于可变情报板的视认性反映了人们在获取诱导信息并做出相应的驾驶行为时所需的时间，可变情报板的视认性越高，其诱导信息的表达则越明确。用可变情报板的可视距离D来表达其视认性，计算公式如下。

其中Y为行车轨迹变化点，其值可以通过驾驶模拟器实验测得；行车速度V则是在进行实验时有严格的限定，驾驶员的反应时间因人而异，不过可以取一般值；T为驾驶员反应时间。由此可以较为方便地求得D值，从而评价出可变情报板视认性的大小。

模拟驾驶实验

实验场景的构建

实验场景选择上海市五角场地区，包括五条主干道：黄兴路，邯郸路，翔殷路，淞沪路，四平路；周边部分支路：国定路，国和路，政通路，政立路等；和周边标志性大型建筑等。

构建的模型主要包括：主干道，交叉口，新型可变情报板，周边建筑、植物等。所有模型的建立、编辑、贴图、渲染均在SketchUp中完成。其中，根据实验需求以及制定好的实验路线，在相应路口处放置新型可变情报板，板上信息分为路段拥堵（红）有文字信息、路段畅通（绿）有文字信息和路段拥堵（红）无文字信息三种，同一实验路线分别安置上述三种情报板。

在SketchUp中将上述模型按五角场真实场景构建虚拟路网，并通过贴图材质的选择以求场景真实性最大化。将SketchUp制作的模型导入Virtools软件，添加灯光、摄像机、对材质进行调整，尽可能使模型的视觉效果逼真。

为使实验场景逼真，控制相关控件的变化，且采集的数据方便后续分析，编写了相关的Virtools脚本[4-6]，包括摄像机脚本、车体控制脚本、数据采集脚本、可变情报板脚本。

▲图1 实验场景整体图

▲图2 实验场景细节图

实验过程

为对驾驶行为进行探究，招募了50名具有驾驶经验的志愿者，年龄在30～50岁之间呈均匀分布。实验中使用VMS一共有4块。情报板上路段显示绿色为通畅，显示黄色为一般，显示红色为拥堵。为了消除实验设计可能存在个体差异，避免每次实验情报板都相同而引起实验参与者的非自主判断的行为，获得更准确的可变情报板负荷度模型，故设定了四个不同的可变情报板（VMS）共16种不同的拥堵情况，驾驶员在模拟驾驶实验时，都可以有不同的选择。用于实验的可变情报板如下图所示。为了使实验人员有更真实的实验感受，同时获得更丰富的实验调查数据，设计了以下的实验方案。

▲图3 四个实验用可变情报板

驾驶员实验环境预热

首先通过播放实验交叉口的实际交通流视频录像和介绍材料，使参与实验人员熟悉实验场景，尽快的融入到实验环境中；然后进行三轮试驾，让实验者熟悉Virtools实验平台及操控设备。

模拟驾驶实验

参与实验的驾驶员将在相同的场景分别对四个不同的VMS共16种不同的拥堵情况进行试验。起始点距离可变情报板450m,可变情报板距离十字交叉口250m。从起始点开始，只要驾驶员进行了大幅度的变向动作，均被视为实验人员看到可变情报板所做出的反应。将所采集的位置、速度、时间等数据采集后保存并输出。

此次实验共由50人参加实验，获得800份数据。

实验后问卷调查

驾驶员完成虚拟实验后，再进行问卷调查。在该份问卷中，参与实验的人员根据对所给可变情报板信息符合度进行评价，用于确定负荷度模型中参数的大小。

实验结果与数据分析

可变情报板负荷度分析

根据问卷调查的结果可以求得负荷度的计算公式为：

其中负荷度I值表示的是信息含量的相对大小，其取值在0～50之间。从式（4）中可以发现可变情报板中各参数对于其信息量的影响：

1）、式（4）中，文字数w的权重最低，它表明在可变情报板上文字较少时，文字的多少对于信息量的影响较少；但是随着文字数的增多，它产生的影响也会越来越大，从而对驾驶员信息的获取产生较大的影响。

2）、由式（4）可以看出，终点数的权重系数高于其它，说明可变交通诱导板的终点数对板面信息量的影响最大。终点数过多，驾驶员难以快速地找到自己的目的地，从而延长他们做出相应驾驶行为的时间。

根据可变情报板的信息负荷度的大小将其信息的负荷度划分为以下五个等级。

表1 可变情报板负荷度等级

根据以上的计算公式可以计算出四块板的负荷度大小分别为19.264，28.874，32.293，38.595，再参考表1可知，四块板的信息负荷度等级逐渐提高，所包含的信息量也逐渐增加，相应地驾驶员从中获取有用信息并做出驾驶反应所需的时间增加。

可变情报板视认性分析

针对四块VMS板提供的16种不同的拥堵情况进行实验，利用Virtools记录下运行车辆的位置，并根据坐标数据大致画出模拟车辆的行驶轨迹，即记录某时刻车辆距离道路右侧的距离x以及车辆与出发点的竖直距离y。若记录过程中x发生较大变动，说明驾驶员在接收到可变情报板的诱导信息后，做出变更车道的驾驶行为。由于当驾驶员做出需要直行的判断时不能从车道的改变上得到驾驶员的反应距离，让驾驶员在看到直行指令时用一个先往左变道再往右变道的动作来代替直行的动作，这样便可以通过第一个往左变道的动作判断出反应距离。

利用变道起始点A所对应的y值即可根据公式 计算出可变情报板的可视距离D。在实验时将车辆速度控制在50km/h左右，取驾驶员的反应时间为1s，Y=450-y,则D=(Y+16.7)m。

16组实验得到的D的平均值柱状图如下所示。

▲图5 可视距离柱状图

从图5中可以看出，不同的可变情报板其对应的D存在着较大的差异，而对于同一块可变情报板在不同路况不同目的地的情况下其D的值也有所不同。D值越大，可变情报板的视认性越好，其目的地在板上的位置更醒目，驾驶员也就能够更快地接受到板提供的诱导信息并做出相应的驾驶反应。

对于四块不同的VMS板，当行驶的目的地均为板的最远端的地点时，将四块板平均的可视距离绘制在下图中，得到可视距离D与负荷度I之间的关系。

▲图6 可视距离D与负荷度I之间的关系

从图6中可以看到，随着负荷度I的增大，可视距离D逐渐减小。这表明负荷度的增加使可变情报板上的信息量增加，驾驶员从这些信息中获取有用信息所需的时间也就越长，从而导致了可视距离的减少。此外，当I值较小时，I值的变化对可视距离的影响较大，而随着I值的逐渐增大其影响也逐渐地趋于平缓，也就是说当可变情报板上信息量超过某一个值时，信息量对于可变情报板诱导信息视认性的影响就变得非常小了。

综合上述的实验与分析可知，在对可变情报板诱导信息的认知度进行评价时，可以按照上述流程，从信息的符合度和诱导板的视认性的角度对其进行评价，从而得出可变情报板诱导信息认知度的高低；也可以根据分析得到的结果，在设计可变情报板时对其包含的信息总量进行控制，从而使其能够发挥最大的效果。

结束语

本文提出了以可变情报板信息负荷度、板面视认性为主要指标的评价体系，用来评价驾驶员对于可变情报板诱导信息的认知度。利用开发型驾驶模拟器、SketchUp建模软件以及Virtools建模软件，建立了以上海市五角场为环境的仿真场景，通过驾驶员的模拟驾驶、实时的数据采集以及数据的分析和计算，将驾驶员主观的认识评价进行一定的量化，得到了对可变情报板认知度的综合效果评价，为今后城市道路可变情报板设计规范的制定与优化提供依据。