（交通运输规划与管理专业论文）城市路网中可变交通信息对驾驶行为影响研究.pdf

摘要 摘要 可变交通标志系统是目前适合我国实际需求、符合国家发展趋势的一种先进 的交通信息服务系统( 埘s ) 。 v m s 交通诱导标志，作为静态交通诱导标志的一种不可缺少的补充，在高 速公路和城市快速路中，有着广泛的应用前景。 v m s 交通诱导标志作为控制机动车行驶速度的重要手段在交通管制中作用 突出。驾驶员是交通系统中的主体，存在生理、心理上的复杂性，其信息处理过 程和对v m s 诱导标志的认知能力，对v m s 标志能否有效发挥其制约性起着重 要的作用。 v m s 系统在我国的研究还较少，本文主要以v m s 交通标志为研究对象，研 究城市道路中，驾驶员处理交通信息的过程、驾驶行为特性以及s 交通诱导 标志对驾驶行为产生的影响。基于心理学和人机工程学理论，详细分析了经过 v m s 诱导标志时，驾驶员反应特性和驾驶行为，建立了驾驶员对某一确定认知 对象的信息处理模型，并对模型的作用和特点进行阐述，依据此信息处理过程， 对v m s 标志的位置设置进行分析，同时根据证s 标志前方驾驶员的认读和判 断决策过程，从人机工程学角度出发对影响讧s 标志视认性的主观和客观因素 进行总结和分析。 另外，在s p 问卷调查的基础上，利用s p s s 中交叉列联表的独立性分析法 确定出对驾驶员影响较大的因子，建立驾驶员在v m s 诱导标志显示不同的信息 内容时，驾驶员的路线选择模型，并利用问卷结果，分析驾驶员对当前讧s 的 一些期望与建议。 关键词讧s ；驾驶行为；交通信息；交通诱导；l o 匦模型 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t a tp r e 鲫鸣t h ev a r i a b k 缸a 伍cs i 酆i a ls y s t e ms l l i t so c o l m 缸y t i l a ld e m 卸吐i s e1 d = n do f a d v 缸c c d 蛔n s p o r o n 抽a t i s e n ，i s y s t e m t i s ) o f c 0 曲瑚1 i n g t o 删。砌d e v e l o p m e mt e n d e 玳够 b yw a yo f o 虹n do f 髓幽a is u p p l e m 肌to f f h cs 蜥c 倘c9 1 1 i d a i l c cs y 证b o l ， 1 kv m s 恤伍cg i l i d a n c es y m b o lh 嬲t b e1 ；v i d c s p a da p p l i c a t i p r o s p c c ti nt h e h i 羽1 w a y 锄dc i 锣e x p r c s s w a y 1 kv m s 缸a 伍cg l 埘柚s y m b o li saf o m i n n yi m p 0 砌n tm 劬树o f c o n t r o l l i n gv e h i c l em o v 堍v e l o c i t yi nt h e 由m 伍cm 卸a g 锄e n t 锄dc 咖1 t h e “v e r i sm em a i 】哇b o d y m 也e 协m s p o 血i t i o ns ) ，s l e l n ，锄db i sp h y s i o l o 萄c a l 锄dp s y c h o l o g i c a l c b a f a c t c r i s 吐ci sv e r yc 锄p l 旺t l 忙d r i v e r si n f o m 删o nd e a l i n g 、j i r i t l lp i o 嘲sa n d c o 鲥吐o na b n 毋t 0v m sg u i d a n s 珊b o lp l a y 胡曲吐 l yt h cv i t a lr o l e t ov m s 鄙，m b o l sa v a i l a b i l n y i i l o i l rc o u m 嘎t h e v m ss y s t e m sr 豁e a h i sa l f e w t h i s 枷d e m a i n l y t a k 龉 t h ev m s 位赶i c9 1 1 i d 趾c es y m b o l 鹤1 h eo b j e c to f s t u d y ，缸ds n l d i e st h ep f o c 船s m e d r i v 盯d c a i i n g 谢t ht h c 妇伍ci n f o 如均d o n ，t h ed r i v i n gb e h a v i o rc h 习瞄c t e r i s t i c 鹊w e n 勰t h ev m s 位l 丘i cg u i d 衄c es y m b o l si n n u e n c et od r i v i 】【l gb e h a v i o ri nt h eu 出孤r o a d b 酗e do nt h cp s y c h o l o g y dt h cm 锄伽l l i 北e n g i n e e d n gt h e o r y ，t b i s 枷c l e 缸a l y z e si nd e t a i l ：w h p a s s e dt h r o u 曲t h cv m sg i l i d 锄c es y m b o l ，t h ed 血惯s r 鹤p o n 曲匝孤t e r i s d c s 锄df b e “v i n gh 矗埘“o r ；f b n l l 鼎m o mt h i s 硎c l eh 孙r e e s t a b l i s h e d 位d r i v e r si n f 0 加1 a ：t i o np i o c c 船i n g 删e lt os o m ec o g 尚o n 喇e c ta n d h a v ec a r r i e d t h em o d d sf b n c 虹o n 舡l d 也ed 脚m c t e r i s d c a c c 删蛐勰t h i s i n ：胁m 撕p m c c s s i n gm o d c l ，t h i sa m c l ch 鹤锄a l y z c dt o 鼬gp o s m o n o f t h ev m s g i l i d 趾c es y m b 0 1 s i 如m c a n 哪l y ，c o r d i n gt ot h ed e c i s i - l a l d n gp r o 嘟so ft h e d r i v e rr e c o 鲫d z i n g 缸dj w 培i n gt h cv m sg i l i d 觚c cs y 血b o l ，t h i s 。a 蒯e h 鹪 蜘姗a r i 鹚d 趾d 鲫i a l y z e dt b es 喇垃v e 锄do 埒c c 吐v e 伍c t o fo f 缸f d n gt h ev m s s y 血b o lb er e c o 掣i i z e d 矗d ml l l em 柚- m h i l l ee n g i n r i i l g 柚g l e m o r v e r ，a c c o r ；d i n gt 0s pi n _ v 鹤6 9 a l i o nq m s t i o m i a i ，t b i s 硎c kh 嬲m a d el l o f i n d e p e n d e n t 锄a l 如cm e 吐砌i ns p s sc s s t a ba n dh 勰d c 妇m i n e d t b eb i gf 砧衙o f 赶r c c t i n gt h ed r i v i l l gb e 豳i o r ha d d i 6 0 n ，t h i s 枷c l eh a s 舒_ c a b h h e dt h ed r i v 嚣s u ：c e l e c d o nm o d e lw h e nf h cv m sg u i d 锄l s y i n b o ld t 舡l o 船m m ：dd i 伍巴崩l t i n f 。毗n a t i o nc o n 渤t f j n a u y ，u s i n gt h es pq l l e s 石删m 曲，t h i s 枷c l eh 嬲a l s o 戤i a 】y z e d 踟岫ee 】【p 既枷o n sa n d 吼孵s t i o no f d r i v 盯t oa m 旧吐v m s k 卵o r d s 邢；“v i n g b d 谢钙蛔伍c 础咖戚叫嘶cg i l i 妇妣；l o g n m o d e l n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意 签名：垄主丛日期：绝 ：! ! 丝 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：聋主焦导师签名：圣逛翌 日期： 矽刃，； 第l 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着社会经济的发展，城市交通问题从2 0 世纪中叶以来逐渐成为困扰世界 各国的共同难题。进入2 0 世纪8 0 年代之后，我国城市的经济和社会活动日益频 繁，城市交通发生了前所未有的迅速增长，传统的交通设施和交通管理已不适应 现代社会的需要。许多城市特别是大城市的交通问题已成为瓶颈问题，如果不能 得到迅速有效的解决和根本治理，必将影响国民经济的持续、快速和健康的发展。 城市交通诸多问题中最为突出的是交通拥挤问题。随着车辆数量的迅猛增加，城 市道路交通网络的能力难以满足快速增长的交通需求，交通拥挤和堵塞变得越来 越严重。 传统的观点认为，交通拥挤的根本原因是道路基础设拖不足，因此认为解决 这一问题的方法是不断地扩大公路网络，增加道路的供给能力。然而，城市的土 地有限，建设资金有限，既有的城市结构不容轻易改变；况且，单方面增加道路 的供给能力又会引发更多的交通需求和加剧交通污染的程度。目前对解决城市交 通问题比较一致的认识是，加强交通需求管理与提高交通网络能力应该同时受到 重视，缺一不可。简而言之，交通需求管理就是引导交通需求、利用好现有的道 路网络。 2 0 世纪9 0 年代，n s ( h 纠l i g e n t1 h d s p o r 拓陋s y s t e m ) 智能运输系统的提 出以及近十年来的迅速发展，为交通运输的控制和管理开辟了新的局面。i t s 智 能运输系统融合了先进的信息技术、自动控制技术、数据通信技术、传感器技术、 电子控制技术、计算机技术、运筹学、人工智能等各种先进技术，将它们综合运 用于交通运输、服务控制和车辆制造，加强车辆、道路、使用者之间的联系，从 而形成一种实时、准确、高效的综合运输系统。r r s 通过先进的通信手段将交通 工具、出行者、交通管理及其相关的服务部门相互联结起来，实现交通系统运行 的智能化。在掌握充分信息的条件下，出行者可以通过实时的交通方式和出行路 线的选择来改善出行质量，而交通管理部门则可以进行合理的交通疏导、控制和 事件管理，运输部门则可以随时掌握车辆的运行情况，进行合理的调度等等。 先进的交通信息系统( 姗s ) 是r r s 的重要组成部分，也是发展i t s 的基础 和关键技术，觚s 是建立在完善的信息网络基础上的，交通参与者通过装备在 道路上、车上、换乘站上、停车场上以及气象中心的传感器和传输设备，可以向 交通信息中心提供各处的交通信息；中心得到这些信息并通过处理后，实时向交 通参与者提供道路交通信息、公共交通信息、换乘信息、交通气象信息、停车场 信息以及与出行相关的其他信息，出行者根据这些信息确定自己的出行方式、选 北京工业大学工学硕士学位论文 择路线。概括地说，交通信息系统就是要收集相关交通信息，分析、传递、提供 信息，为出行者在从起点到终点的出行过程中提供实时帮助，使整个出行过程舒 适、方便、高效。 通信网络 图1 1 先进的肌s 系统结构图 f i g i 】睇l - la d 、删1 0 e d 棚ss y s t 锄s 岫l 曲l 陀 但是，由于各国的a n s 和信息发布技术的研究与应用情况不同，交通状况、 管理体制以及驾驶员的习惯和行为特性等也存在差异，所以采取何种a n s 形式 及技术，必须从我国实际出发，借鉴国外先进经验，使得建立的皿s 既满足实 际需求，又要符合国际发展趋势。 删s 主要可以分为车内信息发布系统、路上信息发布系统和路外信息发布 系统三大类。 1 1 1 车内信息发布系统 车内信息发布系统主要有交通广播系统、热线电话服务、车内显示终端( g p s 和车载导航系统) 等等。 1 1 1 1 交通信息广播系统 交通信息广播系统是利用广播电台向驾驶员提供道路交通及有关信息，使驾 驶员了解道路上的交通状况，这就可以为驾驶员制定出行的计划以及选择行驶路 线提供参考。交通广播系统主要有两种方式；一是公用广播网播送交通信息，虽 然简单、经济，但实效性和针对性较差；一是建立专用的路侧广播系统，利用专 用的无线电发送装置，把收集到的路上交通信息，通过沿路线的定向天线将信息 播放出去，只要驾驶员进入该播放接收区，就可以收到此波段的交通信息。 我们以北京市为例，北京市交通广播电台是北京人民广播电台的系列台之 一，它与北京市公安交通管理局合办，1 9 9 3 年1 2 月18 日开始播音。使用频率 f m l 0 3 9 姗z ，有线调频9 5 6 加陇，发射功率1 0 千瓦。目前，每天播出1 7 个小 时的节目。 根据央视“索芙瑞”调查显示，2 0 0 6 年1 月至4 月期间，北京人民广播电 2 第l 章绪论 台交通广播已成为首都广播市场份额增长值最快的、最大的单频电台。其市场份 额占有率达到了2 4 7 8 ，使之成为拥有绝对市场垄断能力的单频电台。这也就 是说，4 个收听广播电台的人中就有1 个人在收听北京市交通广播电台。与去年 同期相比，市场份额占有率增长了4 9 6 ，呈现出“强者愈强”的态势。 北京市交通广播电台全天节目由以下内容构成：新闻、服务信息、知识性、 服务性、娱乐性的专题。新闻节目立足北京，通过新闻网络，全方位关注世界范 围内的与交通相关的动态。整点报告天气情况。专题节目为听众介绍衣食住行方 面的知识，提供娱乐。路况信息播报从早晨7 ：0 0 开始，一般至晚上2 l ：o o 结束， 每整点和半点准时播出。在早高峰和晚高峰时期( 早晨7 ：3 0 至9 ：3 0 ，下午1 7 ：0 0 至1 9 ：o o ) 的4 个小时，是“一路畅通”的使用时间，会随时插播路况信息。在 含有路况信息播报的早7 ：0 0 至晚2 l ：0 0 这1 4 个小时中，每日的路况信息播报的 总时长占1 0 1 2 ，每次播报的时长为1 2 分钟。 北京市交通广播电台未来的建设的大致方向为： ( 1 ) 增加路况信息播报的权威性； 。 ( 2 ) 使节目更加的动听； “ ( 3 ) 针对的人群更多。 1 1 1 2g p s 和车载导航系统 车载导航系统( v b h i c l en 耐g 撕伽s y s b 吼，v n s ) 是利用全球定位系统( g 1 0 b a l 删o n i 】唱s y s t 啦，g p s ) 、交通地理信息系统( g e o 乒a p h i cm f o i m a 硒ns y s t e i n 蠡盯 t r 锄印o r t a t i ，g i s 哪、计算机和先进的通信技术等，使车载计算机能够自动显 示车辆位置、交通网络图和道路交通状况，为驾驶员找到从当前位置到目的地的 最佳行驶路线，并协助驾驶员方便地进入原先没有去过的地方。因此，它可以最 大限度地防止交通阻塞的发生，减少车辆在道路上的逗留时间，并最终实现交通 流量在网络中各路段上的最优分配【l j ，使道路网络得到最合理、最有效地利用。 一般地，使用车载导航系统，驾驶员的平均行程时间可以缩短9 一1 5 。目前， 国外研发实施的导航系统有美国的a d 、n c e 、欧洲的联i l o _ s c o u t 、英国的 c i z i m s 、日本的v i c s 等等。由于我国实时动态交通信息的采集与发布系统还 没有真正建立起来，导航路径规划功能还处于有限的静态最短路径计算阶段。同 时，导航系统的成本偏高，电子地图标准尚未形成，都不同程度地制约了导航系 统在我国的发展。 1 1 2 路上( 路侧) 信息发布系统 路上信息发布系统主要有户外交通信息情报板( v 1 “s j v a r i a b 】em e s s a g e s i 驴) 、车道控制信息板、可变限速情报板等等。 s 是用来向驾驶员显示诸如拥挤程度、排队长度、速度限制、车道控制、 道路状况、交通状况、气象状况及其他内容的主要外部设备，它显示信息的形式 北京工业大学工学硕士学位论文 可以是文字，数字、符号或图形等等。此外，、，m s 还可以提供动画、视频等信 息内容，使驾驶员对交通流状况获得更直观、更丰富的信息。可以说它既是一种 信息发布的手段，又是一种交通控制策略。国内有时称作可变信息板或可变信息 标志，国外则称为v 1 s 、d m s ( d ) 能瞄i cm e s s a g es i 驴) 或c m s ( c h a n 萨a b l e m e s s a g es i 驴) 。 v m s 最开始主要服务于高速公路，由于其控制模型相对比较简单，信息醒 目、直观、易于接受，近几十年来，应用的比较广泛。目前，国内外的一些大中 城市，在高速路以及城市快速路网中，讧s 可变信息标志系统的应用比较常见。 1 1 3 路外信息发布系统 路外信息发布系统主要有电话、电视、寻呼机、p 锄伽a ld i g i t a la s s i s t a n t ( p d a ) 个人数字助理、互联网以及公共信息亭( o s k ) 等等。 信息发布渠遵 图l - 2 信息发布渠道网络拓扑图 f j 孕聪l - 2i n f b 珊【a l i o ni s s u ec h a n n e ln 曲v 0 r i ( 柚a l y ! 池 通过以上对各类信息发布手段的介绍，我们可以看出：交通广播系统发布信 息灵活、简单、经济，能够提供的信息量也大，而且不受能见度的影响，但是目 前国内公用广播网针对城市道路网的交通信息还比较少，而且发布的信息实时性 和针对性较差。我们以北京市为例，进行调查发现，长期居住在北京市内的小轿 车驾驶员的交通广播电台收听率虽然很高，在调查时，有的驾驶员甚至表示自己 车内的收音机频道就放在交通广播台上，而且开关永远不关，但是大多数驾驶员 4 第l 章绪论 认为交通台并没有真正起到引导交通的作用，通常收听节目也只是提高了驾驶的 乐趣。 图l - 3 驾驶员收听交通广播电台情况 f i g 峨1 3s c a l eo fd r i v 镪妇 e n i n gt o 的n s l 埘僦o nh 烈i c a s t i d gs 硎 而路侧广播系统造价和维护成本又很高，目前也尚处于实验阶段。车载导航 系统从硬件技术和费用上来看，因为涉及到有线和无线通讯，技术难度大、投资 费用高，目前的总体收益并不高，在国外真正实行的也不多，国内还处于研究摸 索阶段。订s 可交信息系统简洁醒目、易读易懂，信息采集以自动为主、人工 为辅，确实能够起到路线诱导的作用，是静态诱导标志系统的有益的补充。从国 内外现状和发展趋势来看，也是比较适合于城市快速路网的；其它如硼如1 e t 、 电话、电视、p d a 、公共信息亭( k i o s l 【) 等随着技术的成熟，也将会起到很好 的诱导交通的作用 1 2 论文研究目的及意义 我们已经看到，智能运输系统( i t s ) 是面向二十一世纪的地面交通运输系统， 它是在关键基础理论和数学模型的支持下，把先进的信息技术、数据通讯技术、 电子技术以及计算机处理技术等有效地综合运用于地面交通管理系统，从而建立 起一个大范围、全方位发挥作用，并实时、准确和高效运转的交通运输管理系统。 该系统可以使汽车和道路的功能智能化，是目前认为可以解决城市公路交通拥 挤、改善交通安全、提高交通网络的运行效率和减少空气污染的最佳途径，也是 全世界交通运输领域研究的前沿问题和热点问题。 可以想象，驾驶员出行时，摆在他们面前的是如何选择一条合理且高效率的 出行路线，这有赖于提供给他们的交通信息。而作为智能运输系统的基础和核心 部分的先进的交通信息系统( 加s ) ，可以实时采集各种交通信息，在合理发布 信息情况下，解析驾驶员的路径选择行为，建立以实时交通信息为主要变量的选 择行为模型是r r s 中交通流诱导的基础性研究之一，同时二者之间关系的影响研 究，是一个既有理论意义、又有实际应用背景、符合信息时代潮流的研究方向， 北京工业大学工学硕士学位论文 有广阔的发展空间和前景。 通过对我国加s 现状的分析，可以认为订s 是目前比较适合a s 的形式 之一，v m s 系统的运行机理，可以用简单的“信息采集信息处理诱导控制” 模型来描述，就讧s 诱导方式而言，其显示内容简单、易读易懂，路网中的驾 驶员可以实时反应，但遗憾的是，信息板大小有限，同一时刻不能显示所有的路 况信息，丽且驾驶员是属于被动接收诱导信息的，与车载导航系统相比较而言， 驾驶员接收信息后，其反应结果是无法反馈的。总之，讧s 发布的诱导信息一 方面利于节省时间、缓解交通拥堵，但是另一方面也可能带来一些负面效应，诸 如过分饱和( o v 雠瞰啊a t i o n ) 、过度反应( o ，啪c d o n ) 和集中现象( c c 呲钮h 嘶o n ) ， 例如细o t tc t ( 1 9 9 1 ) 就直接阐明交通诱导信息的发布不但不能缓解交通拥挤， 反而加剧拥挤状况 综上所述，一个有驾驶员参与的v m s 交通诱导系统中，交通流的形态必定 与驾驶员的驾驶行为密切相关，因此“诱导”必须考虑信息发出后驾驶员的行为。 驾驶员是否接受，如何反应，多少人接受，接受之后又做出何种反应，做出何种 新的选择和决策，是否受到其他驾驶员决策的影响等等。这些问题显然都直接影 响着订s 诱导的有效性，这也正是本文研究的目的和意义所在。 1 3 论文结构安排 本论文共分为五章，第一章介绍觚s 的基本情况和本文的研究背景、研究 目的及意义和论文的结构安排。第二章全面回顾国内外v 1 “s 相关研究现状，对 其研究成果进行总结分析及对本研究的启示。第三章探讨了各类v m s 技术的选 用、比较和现状分析以及v l 髑系统的设计与应用问题。第四章重点分析了面向 v m s 的驽驶员反应行为，探讨了驾驶员动态视认特性，建立了驾驶员的信息处 理模型。第五章对v i s 诱导信息下，驾驶员的反应行为特性进行具体分析，利 用调查数据进行统计分析，探讨诸多因素之问的相互作用和影响。第六章论文总 结与展望。 6 第2 章国内外相关研究综述 第2 章国内外相关研究综述 2 1 国外的v 】s 发展历程及研究现状 2 1 1 日本研究现状 日本是最早在城市快速路交通管理中使用v m s 的国家之一，理论研究和应 用水平都是比较成熟的，其成功应用于城市快速道路交通管理的一个典型例子就 是东京的首都快速路交通控制系统。目前的都市快速路长约2 6 4 k m ，呈3 环，通 过9 条射线相连，1 9 6 1 年开始交通控制基础研究，1 9 7 0 年建立第一个用于研究 和开发的交通控制系统，并开始使用文字式可变情报板。随着路网规模的扩大以 及用户信息需求量的增加，1 9 8 0 年首次使用图形是可变情报板，以图形的方式 来动态显示路网内的服务水平等交通信息，对交通进行多方位诱导，当时为灯泡 矩阵，1 9 8 7 年又改为发光二级管，也就是现在的u d 。1 9 9 7 年系统已经能够提 供行程时间、拥挤警告、通过拥挤路段所需要的时间等信息，使得道路使用者和 管理者对紧急事件的响应更迅速和灵活。 目前，高架道路上使用的图形式v m s 分为两类：大板和小板，小板设置在 大板之前，以便保证驾驶员能够正确理解大板的内容。板上固定信息部分采用反 光材料，动态信息部分用l e d 点阵显示。路网由一定数量的路段单元组成，每 个路段单元表示的实际路段长度约为l 公里，信息刷新周期为1 分钟。 近几年来，日本又在与高架道路相关的地面路段上设置了7 0 块图形式讧s ， 采用全屏可变形式，具有图形文字切换功能 目前，用颜色来表示到路网中的服务水平已成为日本的国家标准，图形式 v m s 的设计和使用都有统一的标准。另外，东京的城市快速路中有一部分是隧 道，因此目前日本正在研究如何在隧道内布置图形式v m s 及其与其它标志协调 的问题i 刎。 2 1 2 美国研究现状 从讧s 的研究和应用来看，把s 作为一种交通监控策略使用在美国已 经有了很长的历史。美国在2 0 世纪3 0 年代开始修建高速公路和城市快速路，但 当时很少对其进行交通控制，5 0 年代之前交通控制系统的发展是比较缓慢的。 5 0 年代初期，美国的一些州，为了改善高速公路运行状况，进行了一些探索性 的研究，也促进了j | 盔控系统的发展。1 9 5 0 年到1 9 7 0 年之间，高速公路监控系统 进入快速发展时期，模拟计算机和数字计算机被引进交通控制领域，形成了多种 技术和设备，此时v m s 作为一种监控手段得到广泛的研究和应用。7 0 年代以后， 7 北京工业大学工学硕士学位论文 无论是在高速路还是在城市快速路中，交通监控系统也越来越成熟。9 0 年代以 来，随着r r s 技术的提出，订s 在城市快速路运营和管理中的应用也越来越多。 从设置的位置来看，v m s 广泛用于高速公路的交通管理中，并且取得了很 好的效果。尤其是移动式v m s ，美国的研究很充分，技术也很成熟。 从信息发布形式来看，美国使用的多数是文字式v m s ，也有一些州使用图 形式的，一般安装在前沿道路和平面街道中需要进行路线选择的地方，例如：1 ) 向到来的车辆通报下游路段交通情况；2 ) 指示最近的入口匝道及下游的匝道交 通情况；3 ) 建议避开拥挤路段并指示可替换道路。在底特律高速公路上，v m s 设置在入口匝道的前沿道路上，用来显示下游的入口匝道交通状况，也是有效地 利用红绿两种颜色，在当时被认为收到了良好的效益。 从v m s 标准研究来看，最新的m u t c ( m 鼬l l a l 蛆u n 面肋t r a 历cc 叫灯o l d t 丽c e s ) ，并没能解决标准的制定问题。目前为止，在一些州，v m s 盲目使用 的情况也还时有发生。美国运输部( u s d ( ) t ) 曾在1 9 9 6 年作过一次调查，被调 查者中3 5 的人认为v m s 是最有效的，但是对于应该如何制定“s 的设计运 营标准，却没有形成一致意见。目前，美国地方政府部门都根据当地的实际情况 和管理需求提出了v m s 系统的设计手册，一些研究机构还提出了很多研究成果， 这些都推进了美国订s 系统标准化的进程目前，美国联邦公路局认为今后的 研究应该从驾驶员的角度出发，比如驾驶员读取页面上信息需要的时间；信息板 设置的最佳决策距离如何确定；多个事件信息的使用效果会如何；符号或图形在 信息传递上是否优于文字的等等口叫。 2 1 3 德国研究现状 德国在1 9 2 8 年首次使用订s ，现在v m s 广泛用于高速公路、城市快速路 以及城市道路的停车场等场合中。据研究调查表明，使用了v m s 之后，交通安 全性提高了2 0 嵋5 。 德国的图形式讧s 研究是欧洲最早的，德国m o b 玳e t 计划的主要内容之 一就是优化慕尼黑地区道路主干网的运行效率，优化控制分为4 个方面：1 ) 用 于市郊高速公路网的信息诱导系统( n e ti n f 0 ) ，利用图形式d s 引导在途驾驶 员选择最佳路线；2 ) 城乡结合地区的交通控制系统，包括可逆车道控制、自适 应信号控制；3 ) 用于市内环城快速路的控制系统，包括使用图形式船来对 快速路上以及连接道路上的车流进行诱导；4 ) 研制新的交通信号控制策略，来 协调公共交通、私人汽车、自行车、行人等各种交通出行需求。德国的一些大学 和研究机构通过问卷调查、室内实验和模拟驾驶实验等对驾驶员的认知能力和行 为特性进行了研究，确定了图形式讧s 的设计方案，以用于实地试验。 对于v m s 标准闯题，德国也很早就提出来了，例如，1 9 7 6 年德国颁布的 h a w ( v m s 使用指南) 手册介绍了使用螂l 的基本方法和原则，并对当时常 8 第2 章国内外相关研究综述 用的技术如折叠式、卷轴型、转鼓型、磁翻板等进行了详细介绍，为v m s 系统 的设计和技术选用提供了很好的依据。h a w 还对当时的一些实际工程进行了介 绍，以便供工程设计人员参考。1 9 9 7 年出版的则n 亿( v m s 规范) 对v m s 在 不同运行环境和使用场合下的标志板尺寸、字高、间距等几何元素进行了规定， 并给出了懈设计的一般原则和基本方法。德国最近的研究发现，单独使用可 变限速标志板的作用并不明显，但是如果与具有解释作用的辅助性图标一起使 用，有很好的效果，并且图标的效果优于文字，目前德国正在进行这方面的深入 研究醐。 2 1 4 荷兰研究现状 v m s 在荷兰也有着广泛的应用，但以往的多是文字式的，近年来，荷兰的 交通信息研究中心( a v v ) 开始推行s ( r _ o u t eh f o i m a t i s y s o e m ) 概念，对 图形式v m s 进行大量的实验和研究，以提高动态交通管理的效率。图形式s 在荷兰被称为g i u p s ( g m l 灶c a lr 伽：t ch f m m a t i o np a l s ) ，融合了静态标志和常规 、日d s 的优点。l t i s 提出两种标志概念：路线选择标志和路段标志。路线选择标 志以图形方式动态地显示整个路网的路段服务水平等信息，同时还提供拥堵地点 等文字信息，以供驾驶员路线选择使用。路段标志只显示前方路段的服务水平和 提供到达各出口的旅行时问，是一种比较初级的g r 口s 。 ，1 a v v 通过室内模拟试验，将g r 口s 与常规v m s 进行对比，研究了驾驶员的 反应特性，以此作为设计g r 口s 的依据。主要研究成果为：1 ) 通过图形方式显 示道路的堵塞信息不会影响驾驶员的行车安全；2 ) 驾驶员对常规的v m s 理解 能力要强于g r 口s ，但是随着驾驶员使用g 砌p s 次数的增加，理解能力迅速提高 能接近常规的讧s ；3 ) g r 口s 对熟悉路网的驾驶员来说，更有利：4 ) 驾驶员 对g r 弹s 喜爱程度随着使用经验的增加而迅速提高j 。 2 1 5 其他一些国家研究进展 其他国家如澳大利噩、英国等也广泛应用江s 。例如英国，、，1 s 被用于城 市道路的交通分流，用来及时提供交通状况和延误信息，以便于驾驶员选择新的 行车路线。英国的v m s 系统计划r o m n s e ，已经开发了一系列用于主要交通 走廊的不同事件处理的策略，这些交通控制策略包括信号控制和通过各类v m s 向驾驶员提供出行信息。最近，英国正在研究如何使用能够显示多行信息( 2 或 3 行) 的v m s 。k c t 吼t c e r i ，n b h o 衄n ，e e f i 姗i n 等人研究了驾驶员对讧s 信息的反应。该论文在分析了以往各个时期研究成果的基础上，主要是利用调查 问卷的形式，分别针对不同的目的设置问卷，目的主要有两个：一是通过调查问 卷调查驾驶员对伦敦订s 的态度；二是在调查驾驶员对不同的讧s 信息如何 反应。并通过对问卷资料的统计分析，对驾驶员由于江s 所引起的路线选择反 北京工业大学工学硕士学位论文 应进行了全面的分析。最终为伦敦各个路段v m s 标志牌的设计提出了意见和修 改依据。 澳大利亚除了在高速路和城市快速路上使用常规的文字式v m s 以外，也开 发了自己的图形式讧s ，例如维多利亚州道路管理局( ci 己o a d s ) 开发的行程 时间显示系统，利用高速路上的图形式v m s ，向驾驶员提供到达前方几个主要 出口的行程时间和前方沿线的拥堵状况，供驾驶员选择路线使用，这类标志板的 设计样式与荷兰的路段标志很相似。 其他在城市快速路中使用v m s 的还有加拿大、法国和西班牙等等。 2 2 我国的“s 发展历程及研究现状 我国上一世纪8 0 年代中期开始建设高速公路，1 9 8 8 年，开始在沈大等高速 公路中使用讧s ，进入9 0 年代后，国内对高速公路和城市快速路的交通监控逐 渐完善，订s 也就获得了更多的应用。 从证s 的显示技术来看，由于9 0 年代u d 、磁翻板、光纤等已经成为主 流显示技术，因此，我国没有经历折叠式( 活板) 、卷轴型、转鼓型、氖灯等技 术的研究阶段，使用的主要是l e d 型和磁翻板等技术，而光纤型v m s 也随着光 纤成本的降低获得更多的应用。我国使用的主要都是文字式v m s 。 从理论研究上来看，我国v m s 可变标志系统的研究和开发尚处于起步阶段， 已有一些学者进行了相关理论的研究，例如同济大学的杨佩昆、陈建阳等学者提 出了动态路线导行系统，并进行了一系列研究：湖南大学的李硕1 6 j 等提出了考虑 路网收益情况下，道路网中安装订s 的优化模型。但是从目前来看，与讧s 系统密切相关的交通信息传输网络、交通路线引导系统的测试以及支持技术的研 究还很薄弱。 从订s 技术的最新进展来看，近年来，我国一些大城市开始探寻新的思路 以改善城市快速道路网的交通拥挤状况，通过示范工程进行了一系列实验，也取 得了一些成果。比如上海的同济大学对整个高架道路网的监控进行了研究，其中 的v m s 系统能够向驾驶员发布实时的交通诱导信息，缓解了高架路的拥挤程度。 北京市公安交通管理局在1 1 r s 的发展和建设实践中，近年先后建设实施了覆盖 二、三、四环路及其联络线的交通动态信息实时检测系统和讧s 系统，在全国 率先实现了交通流动态信息自动采集、处理和可交情报板( v m s ) 的自动实时 量化发布，北京市二环路讧s 的布局情况，可以见表2 1 。 近年来，我国的许多大城市建立了道路交通信息发布显示系统，设立了一定 数量的“s ，但是在使用上普遍存在较大问题。第一，大部分城市尚未建立道 路交通动态信息采集系统，v 1 s 缺乏实时可靠的信息来源；第二，对基础信息 的加工不深入，对溺的发布和利用没有深入研究。由此，造成幢s 所显示 的内容主要为文字信息和静态信息，很多情况下、，m s 发布显示的内容是各类宣 第2 章国内外相关研究综述 传信息，s 成了事实上的“电子可变标语板”；第三，在设置v m s 时，并没 有系统地研究驾驶员在不同条件下对诱导信息的内容、形式和质量等的反应特 性，找到反应行为的客观规律，从而客观地评价驾驶员在其影响下的反应行为特 性。这些问题大大降低了v m s 的利用效果，也没有很好地起到缓解拥挤、诱导 交通的作用。 表2 1 北京市二环路腮布局 t 曲l e2 1 v m s l 掣o m 砒咖血g c 沁诚i n b e 硒i n g 地点类型车流方向安装位置 广渠门长条南向北广渠门桥南 广安门长条南向北广安门桥南 西便门矩形东向西 西便门桥东 西直门矩形北向南 西直门桥南 阜成门矩形南向北阜成门桥北 积水潭矩形 东向西积水潭桥西 雍和宫 矩形西向东雍和富桥东 朝阳门矩形南向北朝阳门桥北 朝阳门矩形北向南朝阳门桥南 右安门 长条东向西 右安门桥东 广渠门矩形北向南广榘门桥北 永定门矩形西向东永定门桥东 白纸坊矩形北向南白纸坊桥北 2 3 本章小结 综上所述，就我国而言，结合目前的交通管理特点、技术水平以及大都市快 速道路网交通监控系统的现状和趋势来看，v m s 系统是比较适合继续发展的有 效的缓解交通拥堵的形式之一。但是，相对于发达国家，在讧s 交通标志方面 的研究起步较晚，一没有完整的理论体系，而且，我国的v m s 交通标志设计整体 性较差、有些地方并未能依据具体地点的实际情况进行合理的设计和设置。除此 之外，从s 可变交通标志系统对驾驶行为影响的角度分析和评价标志的设置 还鲜有人提及。 北京工业大学工学硕士学位论文 目前国内外交通工程领域对v m s 交通标志设计及其设置方面的研究，大多 还局限在从宏观因素影响的角度去分析，而很少有人从人机工程学和心理学的角 度，分析v m s 可变交通标志系统设计及设置、信息显示等方面对驾驶行为的影 响。这也就是本文需要研究的方向。 第3 章鹤技术的选用与系统设计 第3 章s 技术的选用与系统设计 3 1v 1 s 的类型和技术特点 3 1 1 s 的分类 目前，v m s 在国内外被广泛地用在各种场合中，通常用于交通管理和分流， 用于对行驶条件不利情况的警告，用于重要节点的控制以及施工和维护的控制、 特殊车道和道路控制等等，用不同的分类标准，讧s 可以有不同的形式。 3 1 1 1 按讧s 的信息发布形式 从s 所显示的信息形式来看，有以下几种形式： ( 1 ) 文字式 文字式v m s 的生成有两种方式，第一种是将所有可能显示的信息分类，放 到数据库中，软件根据实际交通状况自动或者人工选择将要显示的信息，这一般 适用于小范围路网，而且显示固定的文字。另一种是将信息分成三部分，一是事 件信息，如抛锚、事故、施工、大雾等等；二是显示位置，三是严重程度或者建 议措施。每一部分子段分别选择，然后再自动合成。对于规模大、结构复杂而且 需要经常显示数字的快速道路网，一般选择这种方式，如图3 1 、3 2 。 目前，国内外城市快速路中使用的多以文字式为主，文字式表达信息清楚， 能够明白无误地向驾驶员传递信息，但是需要注意的是，由于驾驶员对于文字的 感知、辨认速度以及记忆容量的限制，文字式订s 所能提供的信息量是有限的， 而且对于信息长度、信息格式和信息发布的先后次序上也有比较严格的要求。比 如：点阵小的汉字，如1 6 1 6 点阵的汉字在1 5 0 m 左右才可模糊视认出，对于高 速行驶的车辆，视认性会更差，驾驶员无法确切体会诱导信息。3 2 3 2 点阵的汉 字所能表达的信息又非常有限，当全是汉字信息时，驾驶员需看完所有的汉字， 才能明白某段道路的交通状况。例如，八达岭高速公路上安装的门架式可变情报 板，狭长，可显示单排3 2 3 2 点阵的汉字1 5 个左右；西直门安装的柱式可变情 报板，立方，可显示2 排3 2 1 6 点阵的汉字1 6 个左右；积水潭桥安装的悬臂式 可交情报板，长方形，可显示5 排1 6 1 6 点阵的汉字4 0 多个。 ( 2 ) 图形( 符号) 式 相对于文字信息，图形式表达的信息量大，驾驶员对于图形符号信息更容易 理解。在困难的视觉条件下( 如低亮度、快速显示等) ，图形符号信息无论在辨认 速度还是在辨认距离上均比文字信息要优越。用图形符号表示信息的另一优点是 不受语言文字的限制，只要设计的图案形象、直观，不同国家、不同民族、不同 语言文字的驾驶人员均可理解和认读。但是，图像式信息属于微弱信息，要明白 北京工业大学工学硕士学位论文 信息内容需要一定的反应时间，这个反应时间一般比接受文字式信息的反应时问 长。 图3 1 黄色文字式预警信息 脚3 1 o wf b r e c a s ti n f o r m a t i 锄 图3 2 红色文字式警报信息 f i g i l 3 - 2r c da l 硼i n f o r m 撕蚰 根据路网图形结构形式，分为固定式和可变式两种。目前日本和欧洲使用的 绝大部分都是固定式的，这样可以节约费用，显示图形分成若干区段，每个区段 又分为若干小段，每个小段长度与检测器间距基本成比例，同时满足可视距离要 求，将所有小段组成一个序列，每个小段可能有1 至5 种显示状态( 阻塞、拥挤、 畅通、事故、关闭等) ，控制软件可以根据数据分析软件的结果，按顺序自动生 1 4 第3 苹v m s 技术的选用与系统设计 成显示序列。目前日本使用的数量是最多的、技术也最成熟，形式也比较丰富 ( 3 ) 图形文字混合式 这类信息既有文字，又有图形，可以看成是图形式v m s 的一种较初级的形 式。目前北京二环路上的v m s 就是采用这种形式，用1 0 2 0 条信息构成1 组， 以组为单位进行发布。其中每条信息的显示时间为1 0 s ，组与组之间的刷新周期 为5 m i n ，每条信息在1 个周期中出现的次数不定。当有图形信息出现时，下一 条信息会给出相关的文字信息解释说明。 目前，北京市v m s 发布的交通诱导信息无论是图像还是文字信息，一 般都配以对应的颜色警示驾驶员，目前图形方式所发布的信息是用绿色表示部分 路段畅通，黄色表示部分路段行驶缓慢，红色显示车流量大；对于纯汉字方式也 是用绿色表示路段畅通，黄色显示行驶缓慢，红色显示车流量非常大。图形信息 中的绿、黄、红3 种颜色是根据采集到的当前道路平均的地点车速，以一定的算 法( 该算法中亦考虑了其它因素，但核心是地点车速) 自动生成的诱导信息。当 驾驶员无法看清所有汉字信息时，可以依据图形信息和不同的色彩，对路况做出 相应的决策。 调查中还了解到，北京市的“s ，一般在主路与该路径交叉或有主路的出 入口，其显示信息般都包括了绿、黄、红三色路况的图形信息，见图3 3 。而 在路线无分支时