第一章  緒論 

1.1  研究背景 
近年來，隨著國民經濟的快速發(fā)展，我國交通運輸業(yè)也得到了迅猛發(fā)展，特別是道路交通方面，全國公路里程、機動車保有量等連續(xù)多年保持增長，給人民的生活帶來了巨大的方便。但道路交通蓬勃發(fā)展的背后，隨之而來的卻是道路交通安全事故頻發(fā)等現(xiàn)象，全國每年由交通安全事故造成的人員傷亡和財產損失慘重。近幾年我國年道路交通安全事故數(shù)量雖呈下降趨勢，但仍是世界上每年發(fā)生交通事故最多的國家之一（圖 1-1），年交通事故死亡人數(shù)更是連續(xù)十幾年居世界第一[1]�？梢姡斍拔覈缆方煌ò踩蝿萑匀环浅谰�，從各方面入手深入挖掘交通安全事故頻發(fā)的根本原因，進而有針對性地采取措施以減輕交通安全問題帶來的負面影響，已成為當務之急。 道路交通系統(tǒng)由人、車、道路環(huán)境等要素構成，各要素間的關系如圖 2-1所示。駕駛人駕駛車輛行駛的過程中，不斷地獲取道路環(huán)境信息及車輛行駛狀態(tài)信息，并以這些信息為依據(jù)，做出如何調整車輛行駛狀態(tài)的相應決策，繼而操縱車輛產生相應的運動，車輛的運動又會不斷地改變道路環(huán)境，使駕駛人不斷獲取新的道路環(huán)境信息及車輛行駛狀態(tài)信息，重復以上過程。因此，道路交通系統(tǒng)是典型的閉環(huán)系統(tǒng)，交通安全是系統(tǒng)中各要素相互協(xié)調、和諧統(tǒng)一的結果。據(jù)統(tǒng)計，大部分的安全事故的確并非僅由道路交通系統(tǒng)中的某一要素所致，而往往是多個要素共同作用所導致的結果。其中，道路環(huán)境要素直接向駕駛人提供信息并影響駕駛人決策，因此作為可能影響駕駛人的駕駛行為、精神狀態(tài)進而誘發(fā)道路交通安全事故的根本原因，道路環(huán)境對交通安全的影響不容忽視。 
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1.2  國內外研究現(xiàn)狀 
早期關于道路景觀與交通安全相關性的研究主要是從道路美學、環(huán)境心理學的角度開展的。1976 年，Wohlwill J F[2]提出景觀對處在其中的人產生的信息輸入存在一種最優(yōu)的輸入量，該輸入量使得人們不會由于信息量過多或過少而產生壓抑或厭煩的情緒。后來，研究者通過分析交通安全事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)證實了道路景觀與交通安全的相關性。Naderi J R 與 Bahar G  B[3]對比交通安全事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，行人過街處的事故發(fā)生頻率及嚴重程度在景觀改善后呈現(xiàn)下降趨勢。Mok J H 等[4]通過分析致死事故率，得出景觀改善后的道路的安全性顯著高于景觀改善前的結論。為進一步研究道路景觀改善前后道路安全狀況的變化，Mok  J  H 等[5]又對美國德克薩斯州的 61 條城市干線及州際高速景觀路段進行了研究，結果表明 10 條數(shù)據(jù)較完整路段的車禍率在道路景觀得到改善后有了顯著下降，以上均證實了作為道路交通系統(tǒng)中基礎設施，道路環(huán)境對交通安全確實有重要影響。 國內相關研究從上世紀 80 年代開始。1981 年，王清池[6]從駕駛人與乘客的角度出發(fā)，將其視野中的道路及周圍環(huán)境定義為公路景觀，將為了造成既有利于安全行車又具有優(yōu)美景象而進行的安排稱為公路景觀設計。公路景觀設計主要包括的內容之一就是交通設施如何誘導行車，使行車輕松，具有安全感。研究者熊廣忠在這方面進行過許多工作，1984 年，他通過對用路者動視覺特性的分析，研究如何應用動視覺原理探索城市道路與視覺環(huán)境一體化的設計方法[7]。1995 年，他又通過計算研究了不通車速下公路綠化的栽植問題，對綠化距外側車道最小距離、縱向綠化間距等公路綠化應用方面的問題進行了探討[8]。 
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第二章  實驗理論基礎 

2.1  駕駛模擬的特點和優(yōu)勢 
虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展使得駕駛模擬成為可能并逐漸得到廣泛應用。該技術利用計算機創(chuàng)建看似真實的虛擬環(huán)境，參與者可通過眼、耳、手等感覺器官從視覺、聽覺、觸覺等各個角度直觀且自然地感知虛擬環(huán)境，產生身臨其境地參與到該環(huán)境中的感受；參與者的眼睛轉動、身體動作等對該環(huán)境做出反應的人體行為會通過傳感裝置輸入計算機并被處理成相應的數(shù)據(jù)輸入虛擬環(huán)境，計算機控制虛擬環(huán)境對這些行為做出實時響應，再反饋到用戶的感覺器官，使之產生交互式的沉浸于該環(huán)境中的感受。虛擬現(xiàn)實技術最初是應用于駕駛模擬中的航空駕駛訓練領域，后來才逐漸應用于汽車駕駛模擬。通過計算機創(chuàng)建車輛行駛過程的虛擬場景、音效等環(huán)境效果以及車身運動效果，使駕駛人產生實車駕駛的感受，并根據(jù)虛擬環(huán)境提供的信息進行駕駛操作，，使車輛行駛狀態(tài)改變并作用于虛擬環(huán)境，從而構成由人、車及虛擬環(huán)境組成的閉環(huán)系統(tǒng)，使駕駛人與虛擬環(huán)境間產生交互作用。 汽車駕駛模擬儀器出現(xiàn)初期的主要功能是用于對新駕駛人進行駕駛訓練，后來逐步研發(fā)出用于汽車相關產品開發(fā)、道路交通系統(tǒng)交通特性研究的研究型汽車駕駛模擬器，其應用已成為國內外研究道路交通問題的重要發(fā)展方向。
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2.2  駕駛行為表征指標 
駕駛行為是一個多維度的概念，即縱向與橫向駕駛參數(shù)的綜合[33]�？v向維度主要反映了駕駛人控制車速的情況。在諸多文獻涉及的速度相關參數(shù)中，平均速度是最常用于衡量駕駛安全的數(shù)據(jù)，這主要是由于平均速度的增加會導致事故風險與嚴重程度的增加。除平均速度外，縱向加速度和減速度的標準差也是運用較普遍的駕駛行為指標，因為它們表示了駕駛人控制速度變化的程度，一旦駕駛人突然改變車速，原本同質的交通流被打亂，其它車輛駕駛人反應不及很可能導致發(fā)生追尾的風險增加[34]。 駕駛行為的橫向維度主要與控制車輛行駛在車道內的水平位置有關，因為未保持較一致的車道位置是車輛駛離道路和迎頭相撞事故的主要原因之一[33]。橫向維度中最重要的概念是“橫向位置”，其定義是車輛的縱向軸線相對于縱向道路參考系的位置。另外橫向位置的變化常用于描述安全相關的駕駛行為變化，而橫向位置的標準差（SDLP）也常被用于作為橫向軌跡控制的指標。此外，SDLP 還是對駕駛人狀態(tài)受精神負荷及各種藥物影響較敏感的測量量[35,36]。 駕駛人對駕駛模擬儀器方向盤、踏板等的操作幅度也能夠被大部分駕駛模擬儀器記錄下來，Antonson  H 等證實精神放松的駕駛人不會像在有壓力的狀態(tài)下那樣頻繁地抓握方向盤，據(jù)此將駕駛人左、右或雙手抓握方向盤的頻率記錄為指標[37]。Thiffault  P 等認為正常狀態(tài)下駕駛人一旦觀察到道路線形變化便會通過小幅度的方向盤轉動來調節(jié)車輛行駛方向以適應道路線形，而警覺度較低的駕駛人對道路線形的反應不如正常狀態(tài)下迅速和準確，因此轉動方向盤的幅度會相對更大，據(jù)此將方向盤轉動幅度均值、大幅轉動頻率以及轉動幅度標準差作為駕駛行為表征指標[38]。Wierwille W W， Gutmann J C 也將單次方向盤轉動角度大于 6°的頻率作為指標[39]，還有研究者將高頻的方向盤轉動操作作為指標之一[40]。 
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第三章  道路景觀因素對駕駛人影響分析實驗設計 ....... 13 
3.1  實驗儀器 .......... 13 
3.1.1  駕駛模擬器·套裝軟件系統(tǒng) ..... 13 
3.1.2  face LAB 車載式汽車眼動儀 ..... 13 
3.2  實驗對象 .......... 15 
3.3  實驗設計 .......... 15 
3.3.1  道路景觀因素選取 ..... 15 
3.3.2  道路景觀因素水平選取 ......... 16 
3.3.3  實驗道路設計 ......... 18 
3.4  實驗流程 .......... 19 
第四章  道路景觀因素對駕駛行為影響分析 ..... 21 
4.1  道路景觀因素對駕駛行為表征指標的影響 ...... 21 
4.2  道路景觀因素對駕駛穩(wěn)定性的影響 .... 27 
4.2.1  道路景觀因素對熟練駕駛人駕駛穩(wěn)定性的影響 ..... 28 
4.2.2  道路景觀因素對非熟練駕駛人駕駛穩(wěn)定性的影響 ........... 30
第五章  道路景觀因素對眼動行為影響分析 ..... 33 
5.1  不同道路景觀因素水平下的注視行為特征 ...... 33 
5.2  不同道路景觀因素水平下的眨眼行為特征 ...... 38 

第五章  道路景觀因素對眼動行為影響分析 

眼動行為這一指標類型能夠表征駕駛人喚醒水平、困倦程度、注意力集中度等，對駕駛人眼動行為進行研究分析，有助于揭示駕駛人從道路環(huán)境中獲取信息的過程和規(guī)律，并能夠幫助研究者更深入地理解駕駛人的駕駛行為。

5.1  不同道路景觀因素水平下的注視行為特征 

駕駛車輛行進的過程中，駕駛人需要不斷地獲取道路及其環(huán)境信息以對車輛行駛狀態(tài)做出調整，而這些信息主要是通過注視獲得的，因此注視行為是駕駛車輛時駕駛人眼睛的最主要行為，注視是駕駛人獲得信息的最主要途徑，本文也將著重關注駕駛人的注視行為特征。注視點數(shù)量越多表明駕駛人所需處理的信息量越大。雖然每個實驗路段的長度相同，但每個路段的駕駛時長因駕駛速度的不同而有所差異，因此參考相關文獻[46]，此處選取每分鐘內的注視點數(shù)量進行分析，兩類駕駛人在各因素水平的實驗路段場景下平均每分鐘內的注視點數(shù)量如下圖 5-1 所示。 表 5-1 反映了兩類駕駛人平均每分鐘內注視點數(shù)量的均值、標準差的差異，可以看出，熟練駕駛人平均每分鐘內的注視點數(shù)量均值明顯大于非熟練駕駛人，這表明熟練駕駛人從當前所處的道路環(huán)境中提取更多的信息相對更多，他們更懂得通過更多的注視來幫助自己做出下一步如何調整車輛狀態(tài)的決策，且相對較小的標準差表明他們受道路景觀環(huán)境變化的影響較小。 

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總結

道路環(huán)境是道路交通系統(tǒng)的要素之一，作為道路環(huán)境的主要組成部分，道路景觀兼具美化道路環(huán)境和保障交通安全的功能，且保障道路交通安全是道路景觀設計的前提。道路景觀與普通景觀最大的區(qū)別即其“動態(tài)性”，但目前的道路景觀設計工作中普遍存在方案表現(xiàn)形式落后、動態(tài)體驗失真、缺乏針對道路景觀尺度的研究、無法定量評價等問題。針對以上問題，本文設計開展駕駛模擬實驗，分析道路景觀因素的不同水平是否對駕駛行為產生顯著影響，比較不同道路景觀因素水平下駕駛人的駕駛穩(wěn)定性，探究不同的景觀因素水平對駕駛人注意力集中程度、精神狀態(tài)等帶來的影響。本文所做工作及研究結果總結如下： 
1) 設計開展駕駛模擬實驗，利用駕駛模擬儀器及眼動儀，采集熟練、非熟練兩類駕駛人在道路景觀五個因素不同水平下的駕駛行為、眼動行為數(shù)據(jù)，并在實驗中設置口頭問答環(huán)節(jié)，以獲取駕駛人對道路景觀的感受。駕駛模擬實驗的定量數(shù)據(jù)與口頭提問的定性數(shù)據(jù)相結合進行分析的研究方法取得了良好的效果，駕駛行為、眼動行為數(shù)據(jù)與口頭問答信息互相得以印證。 
2) 方差分析結果表明，道路景觀色彩、株距、冠幅、高度、路邊距因素的不同水平對駕駛人駕駛車輛的速度均值、橫向位置均值均有不同程度的影響。當?shù)缆肪坝^設計不利于駕駛人及時發(fā)現(xiàn)道路情況或連續(xù)長距離含有造成視覺不適與心理壓力的道路景觀時，駕駛人可能采取減緩行車速度、接近該方向道路行車道中央等行為；當?shù)缆肪坝^尺度過小或刺激頻率過低時，可能導致駕駛人對速度和橫向位置的控制減弱，產生安全隱患。因此，只有合理的道路景觀尺度設計才能保障駕駛人對速度、橫向位置等的良好控制。 
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參考文獻(略)

本文編號：98576