（安全技术及工程专业论文）高等级公路驾驶员视认知反应时特性的研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t t h et h e s i ss t u d i e df i o mt h e i t a m ca c c l d e n tf 。a c t o ra n a j y s l s a n d f o u n dd d v e r sv i s i o nc o g n i z e sa f 弛c t 1 et r a 伍cs a f e t y i m p o r t a n t l y e n g i n e e r i n gp s y c h o l o g ym e t h o d sh a sb e e na p p l i e da s m o v i n gv i s u a l ，p e r c e p t i o nt i m ea n ds u c hi n s 觚m e n t a t i o n si nt h e s t u dy t h em e s i st r yt os e e km ei n t r i n s i cr e l a t i o n sb e t w e e n 越v e r s p e r c e p t i o n u n d e rd i f k r e n t拍v i n gs p e e d s b y1 a b o r a t o r y a n d s i m u l a t i o nd r i v i n gt e s t s ，t h e r e b y0 b t a i n e ds o m ep a r a m e t e r so nr o a d s i g l li n s t a l l a t i o na n ds i 曲td i s 协c ed e s i g l l o n ec o n t r i b u t i o no ft h e t h e s i si st oo f f e rs o m ec o n c e p t so n a ds a f e t yi m p r o v e m e n t as e r i e so fe x p e r i m e m sw e r ed e s i g n e di nv i e wo fv 撕e t i e s s p e e d s ，m o v i n gv i s u a l ，f i e l do fv i s i o n ，s i g n a le x p e c t i n g ，d r i v e r s f i e l di n d 印e n d e n c e ，a n dc o m p 撕s o no nf i n i s h i n gc o n l b i n e d 幽v i n g d u 锣e t c t h r o u g hm e s et e s t s ，d r i v e r sc o g n i t i o nc h a n g e sc a i lb e m e a s u r e dp r e c i s e l y t h em o v i n gv i s i o nd i 毹r e n c ew a sb a s e do n 矾v c r sd i v e r s e p e r c 印t i o np e r f b m a n c e s i nr e s e a r c h ，d r i v e r sv i s u a l l e v e l ，g o a l s a p p e a r e df i e l d s a n dc h a r a c t e r so fr o a ds i g l lw h i c hi n f l u e n c e d d r i v e r sc o g n i z e sc a p a b i l i t yo b v i o u s l y f r o 】 i lu n e x p e c t e ds i g nr e a c t i o nt i m et e s t ，t h em l ec a l lb er e a d o u tb e t w e e n “v e r sr e a c t i o nt i m ea n dr o a ds i t l l a t i o ne x p e c t a t i o n ； e s t a b l i s h e dt h er e g r e s s i o ne q u a t i o na n dd e t e m i n e df o r e w a m i n g t i m ef 1 0 re a c h k i n do f p a m sb yc o n s i d e d n gd r i v e r s c o g n i t i o n t h et h e s i ss t u d i e dd r i v e r sf i e l d i n d e p e n d e n c ee f 挹c t s o n d i i v i n gs a f 苦t y i i tp r o v e dm es u p p o s i t i o nt 1 1 r o u g ht w of 0 1 1 0 w i n g “v i n gm o d e le x p e r i m e n t sw i t hr e l a t i v es t a t i s t i c s w em i g h tk n o w w h e t h e rt h e d r i v e rj u d g e dt h ep o t e n t i a ls i t u a t i o np r o m p t ly ，i n a d d i t i o n ，w h a t 蛐n d so f t h ef a c t o r sa f r e c tt h ej u d g m e n t ? u n d e rn o m a l “v i n gc o n d i t i o n s ，d d v e r s o p e r a t i o nm i s t a k e s s 锄r e l a t e dw i t hv i s u a lc 0 9 1 1 i t i o na n de x p e r i e n c em a i n l y s p e e da l s o i n 目u e n c e st h ec o g n i t i o no b v i o u s l y lc o m p a r e d 谢t ha2 5 一k i l o r n e t e r a b s t r a c t d r i v i n gm i s s i o n ，f o u n dt h e s ee x a c tf a c t o r se f 传c to na c c o m p l i s ht i m e a n da c c u r a c y a te n do fm ea p p l i c a t i o np a r a g r a p h s ，e s t a b l i s h e dm er e l a t i o n m l e sb e 艄e e n v e r sc o g l l i z e st i m ea n ds t o p p i n gs i g h td i s t a n c e a n a l y z e dr o a ds i g l li n s t a l l a t i o na n ds a f e t ys i g h td i s t a n c e ，t h e ns o m e t a i g e t sa n dp r i n c i p l e s w e r ed e t e n n i n e do nh i g h s p e e dr o a ds i g n s e t t i n gb ym e a n s o fm e e t i n gd r i v e r s c o g n i t i o np s y c h o l o g y r e o u i r e m e n t s k e yw o r d ：s u a lc o g n i t i o n s ，r e a c t i o nt i m e ，d r i v i n gs i m u l a t i o n ， f i e l di n d e p e n d e n c e ，s i g h td i s t a n c e ； 独创性声明 独创性声明 本人声明，所呈交的学位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。尽本人所知，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 包含为获得北京交通大学或其他教学机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一起工作的同志对本研究所做的任何贡献已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 本人签名：童i 至 日期：过年月卫日 堕堡 1 绪论 1 1 研究背景 高速公路具有通行能力高、安全舒适、运输成本低、经济效益好 等特点，现已成为我国综合交通运输系统的重要组成部分。同时也一 直以它的高事故率、高事故损害困扰着我国高速公路的管理者和使用 者。因此探究高速公路交通事故发生机理、内在规律，分析高速公路 交通事故致因因素，对于减少交通事故，改善交通安全控制，保障高 速公路行车安全具有重要意义。 高速公路交通系统是由人、车、路、环境等因素构成的环节复杂、 影响因素较多的动态系统，交通事故作为这一动态系统的随机事件， 是在高速公路交通系统处于失衡状态下的产物，是多致因因素联合 效应作用下的结果。 1 9 9 8 年世界灾难报告表明，自汽车问世以来，世界公路交通 事故已造成3 ，0 0 0 万人丧生，每年至少有5 0 万人死亡，l ，0 0 0 多万人 受伤。而分析事故发生的主要原因，8 0 以上和驾驶员的操作行为有 着直接的关系，如表卜1 。 表卜1 交通事故中驾驶员因素 国家驾驶员因素国家驾驶员因素 英国 5 6 1 0 法国 8 5 5 0 俄罗斯 5 2 7 0 南美洲 8 5 7 0 西班牙 9 2 0 0 瑞典 b 1 1 0 日本 4 0 o o 南斯拉夫 6 9 7 0 资料来源世界灾难报告，1 9 9 8 造成驾驶意外事故的原因很多，由人为因素造成交通事故的比列 极高。驾驶车辆上路时，驾驶者必须觉察预测周围的状况是否改变， 北京交通大学硕士学位论文 如：遇到十字路口、转弯、出现行人、前面车辆刹车等。遇到十字路 口或转弯时，驾驶者必须事先考虑到可能出现的状况。如：这个转角 会不会有人或车辆出现? 驾驶者依据自身的预测，判断做出决定，并且命令手脚进行正确 的操作。然而，若眼前突然发生危险的状况，驾驶员必须在瞬间做出 反应，当真正踩到刹车板的时间，常常是交通事故发生的关键。 随着车辆数的增加，道路状况变得十分拥挤，从交通安全的角度， 如何协调驾驶员与车辆，道路及周边环境间的相互关系，使其能安全 地行使于道路上，其中仍有相当多的问题必须深入探讨。 1 2 交通事故的致因分析 高速公路交通事故致因机理非常复杂，但依据人机工程学原理 运用人一机一环境系统安全性分析方法，从控制事故原因的角度，可 以将高速公路交通事故表示为人、车、道路环境( 交通设施和气候等 不可抗力) 三大致因因素的多元联合效用函数。 由对高速公路交通事故的一项统计表明，造成事故的原因比列大 致如图1 1 所示。 图1 _ l 高速公路事故原因分类统计 单从2 0 0 3 年某市交通事故统计数据中可以看到，9 5 7 起一般以上 事故成因归类情况看，按照事故起数从高到低依次是属驾驶员原因的 8 1 1 起，占8 4 7 8 ，属机动车原因的8 起，占0 8 4 ，属非机动车原 2 绪论 因的6 0 起，占6 2 7 ，属行人原因的4 2 起，占4 3 9 。在8 1 1 起驾 驶员原因引起的事故如图1 。2 所示。 图卜22 0 0 3 年第一季度造成事故的各类驾驶员原因分布比例图 数据来源：全国道路交通事故统计资料汇编2 0 0 3 可以看到，由于违章行车，超速，酒后失控三项发生事故的比例 远远高于其他原因。而违章行车除了驾驶员安全意识不强，还有更多 更复杂的深层次问题。 根据墨迪姆( m o m m c r ) 的研究结果，交通事故中8 0 的事故是 发生在对前方车辆的速度判断不准的情况下发生的”1 。随着我国经济 水平的提高，越来越多的城市道路机动车辆密度逐年提高，而节奏加 快的社会生活，使更多的汽车驾驶员因为争取时间作出一些冒险的行 北京交通大学硕士学位论文 为，间接导致了交通事故。 行车速度变化前后的事故率情况又会呈平方关系变化，尼松 ( n i l s s o n ) 根据这一原理和经验数据得出下面这个公式： 鸣：4 2 kq 式( 1 1 ) 式中：v 1 一转换前的平均速度 v 2 一一转换后的平均速度 a 1 一原来的事故变化率 a 2 一后来的事故变化率 将不同车速下的跟车制动反应时带入公式，计算得到事故率的可 能变化规律： 表1 2 车速反应时与事故率的关系 车速( k r n m )反应时( s )事故率( ) 3 22 3 1 5 4 83 3 74 5 6 45 6 28 5 交通事故中汽车车速和行人相撞的关系曲线，可以如下图表示： 事故死亡率 ， ， | l ， “一一 o1 口2 03 04 05 0 e o7 08 0暑o1 0 a 碰撞时车速( k i ，h ) 图l 一3 汽车车速和行人相撞的关系曲线 4 ， 啦 o 绪论 更多的经验数据表现出对这个公式的吻合。n i l s s o n 等人在一定 数量的事故统计中发现，当反应时间增o 1 秒，事故的发生率变化情 况如下表： 表l 一3 反应时与事故变化率 o 5 秒 o 7 秒0 8 秒0 9 秒1 秒1 2 秒 一般伤害事故 4 0 0 2 9 0 2 5 0 2 2 0 2 0 0 1 7 0 严重伤害事故 6 1 0 4 3 0 3 8 0 3 4 0 3 o o 2 5 0 致命伤害事故8 2 0 5 9 0 5 1 0 4 5 0 4 1 0 3 3 0 通过这个表可以看出，增加1 的速度的变化率，导致2 的一般 事故率的增加，3 的严重事故的增加和4 的致命事故增加率。 而行车速度导致的驾驶员反应时变化的原因还很多，直接人的因 素并不能揭示出特定的信息加工机制。例如，超车、争抢道路等这类 决策失误，其事故致因往往是由很多因素造成的，如感觉缺陷、重要 信息和知觉错误、经验和有关知识等。 在道路驾驶系统中，尤其在高速公路上，车速很快，驾驶员反应 速度的影响有时候就是致命的。如果能在不同行车条件下找出驾驶员 用以判断决策行为的驾驶环境因子和所出现的驾驶行为，将会有助于 了解事故的原因和增进道路安全。 1 3 研究问题的确立 随着道路交通的发展，国内外学者对道路交通事故原因的分析进 行了广泛的研究。对交通事故产生的过程分析表明：道路交通事故产 生的原因不但需要对驾驶员的错误操作进行分析，更要从诱导错误操 作的更深层因素来考虑，分析产生错误操作的环境信息输入，探寻导 致交通事故的深层因素，以从根本上提高系统的安全水平。 影响驾驶员反应能力的众多因素中，国内外许多学者对反应时的 研究从“外部”原因着手的研究较多，比如：驾驶员的性别、年龄， 行车气候环境，如温度、照明、车外道路景观，疲劳驾车、酒精药物 北京交通大学硕士学位论文 等影响因素。这些因素一些是驾驶员客观条件，还有一些是交通安全 法规里明令禁止的违规行为，而对于影响每一位驾驶员视认知反应特 性的深入分析研究还不够。 驾驶员视物有的会导致事故的发生，有的则没有发生，所以仅用 事故数据记录是无法给驾驶失误分析提供适当的信息的。本文对驾驶 员视认知一反应时特性的深入研究就显得尤为必要。在复杂多变的驾 驶环境中，驾驶员的视认知及其行为表现是本研究的重点，也是现如 今交通安全问题解决的关键。 1 。4 研究的内容和目的 本文利用驾驶模拟器进行研究，分别设计了五个不同的实验，包 括运动兰道环实验、现场独立性实验、不同预期信号反应实验、不同 跟车模型实验、综合驾驶任务对照实验，以讨论在不同运动速度下， 不同视力水平、不同行车经验的驾驶员视认知能力的变化。 由这五个实验的数据收集，统计分析找出这些因素间的关系，并 由方差和回归分析建立预测模型。利用建立的这些模型，可以让我们 了解在跟车的时候，驾驶员会依据什么状况出现刹车反应以及影响驾 驶员反应行为决策的视认知原因有哪些。 有了上述模式之后，我们可以利用这些模式来预测驾驶员的行为 和绩效，改善行车道路环境。 高速公路上的交通事故绝大部分与车辆的行驶速度联系紧密，事 故的鉴定中通常认为应该由驾驶员负完全责任。实际上交通标志设置 不当或交通标志设置安全感过高，以及不适当的视距设计路段都容易 引发不自觉错误驾驶行为发生。所以道路标志标线的布设对驾驶员视 认反应的影响是本研究的内容之一。 而对于同样的道路标志和行车条件，不同的驾驶员反应时的差异 也很大，影响驾驶员反应差异的视认知情况，以及什么可以帮助减少 这种影响，就也是我们要研究的内容。 这些模式亦能提供给自动驾驶系统( 例如：自动公路系统a h s ) 研究之用。”。所谓a h s ( a u t o m a t i ch i g h w a ys y s t e m ) ，自动公路系统 是i t s ( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 各项子系统中最先进的 一项子系统，它利用道路旁设施的布置使车辆得以自动驾驶。a h s 的 目的是通过先进的通讯技术及自动控制技术的应用，协助驾驶人开 车，以降低驾驶人开车时精神及体力上的负荷，并提升交通安全与运 输效率。这些项目的开展，都离不开对驾驶员视认知系统的深入了解 和探究，掌握驾驶员视认知反应的内在规律。 本研究的目的在于回答这样一些问题： 1 驾驶员的反应时间和视认目标的可认读性有没有关系，影响 的程度和规律怎样? 和驾驶员的视力水平有怎样的关系? 2 在不同跟车行驶作业中，驾驶员判断是否刹车的决策受到什么 因素的影响? 有没有改进的办法? 3 驾驶员对路面各种信息处理失误是不是简单的“粗心”驾驶的 必然结果? 和驾驶员的经验有什么关系? 4 道路标志设置的距离对驾驶员反应时的影响如何? 如何提高 道路标志的指示校度? 5 道路视距设计应该遵循怎样的原则? 1 5 研究的意义 视认反应的不明显和不确切性对驾驶员行车安全有非常大的影 响，如果驾驶员在行驶中能注意这些因素：道路设计者在道路线型和 视距设计、道路标志设计中有全面考虑，便能提高行车的安全性，保 障自己和人民群众生命财产安全。 对汽车驾驶视认知一反应时行为的形成过程进行分析、测试、建 模与实验的研究，其目的在于揭示驾驶员认知能力素质、道路情况和 道路交通事故的相关性规律，并实现定量识别道路人机界面中信息传 递、转化和处理的过程，从而为道路建设与改进、汽车安全性设计、 道路交通事故防范等基础性工作提供理论依据。 北京交通大学硕士学位论文 2 国内外研究综述及本文思路 预防交通事故是当今全球关注的问题。随着我国市场经济的发 展，车辆迅猛增多，交通事故频频发生，给国家和人民的生命财产造 成了巨大损失。前苏联交通心理学家o b 格卢什科认为“，在直接影 响交通事故的所有心理品质中，最重要的是驾驶员对道路情境变化的 反应速度，而反应速度又常常以反应时间作为指标。因此关于驾驶员 反应时间与交通安全关系的研究，倍受国内外学者的重视。 道路行车条件下对驾驶员反应时的设定，是包括视距和道路标志 等安全设施在内的道路设计基础。在交通工程学上这种反应时经常指 的是“认知一反应时”。在很多文献和资料中，这个值就是经常被探讨 的热点，但是这些程序和研究往往只对其中一些方面进行考虑，或是 这些数据针对于某一种情况，非常有典型性。 在高速行驶的道路上，个别不常出现的视距不足路段常具有较大 的危险。现代道路设计往往根据沿路线绘制的视距变化图，”。驾驶员 可以预先了解沿途的视距情况；做到心中有数，在行至那些视距不足 的地点时，提前采取必要防范措施，以安全车速行驶，可最大限度地 避免事故的发生。 传统道路设计对安全的考虑仅限于一些基本理论计算，比如最小 半径，最大超高和最小视距的要求，。而仅考虑这些道路设计的基本 元素远远不能满足道路安全的要求，更需要一套采用科学方法计算的 定量的参数和方法，在研究驾驶员视认知状况的基础上、理论和实践 上都经过验证。 2 。1 国内对视认反应时的主要研究 对驾驶员视认知的研究是国内外交通心理学的主要研究部分，我 国学者对视认知等高级知觉过程的研究还显不足。 这其中的研究，包括张建东等对汽车司机视深度知觉的研究，表 国内外研究综述及本文思路 明安全行车状况不同的司机之间深度视知觉差异显著。”。 沈玮等的研究表明，信号刺激在6 1 0 个范围内，事故组与安全 组的注意广度有显著差异，同时注意广度不受性别影响。“。 李小华等对驾驶员在4 种车速条件下的速度估计正确性进行测 量，发现驾驶速度和距离对估计正确性有影响，事故多发组与安全组 在高速和低速长距离条件下均有显著差异。“ 彭楚翘等的研究发现，事故组卡车驾驶员在视觉、听觉简单反应 时上比安全组卡车驾驶员长，但差异不显著，而在视觉、听觉选择反 应时与决策时间上比安全组卡车驾驶员长，且有显著差异。“ 2 2 国外对视认反应时的主要研究 交通工程很久以来就关注驾驶员的反应时间，对于不期望的道路 情况设计或紧急事态都要求驾驶员有一个快速的反应。美国的a a s h o ( a m e r i c a na s s o c i a t i o no fs t a t eh i g h w a y0 f f i c i a l s ) 就曾经采集 大量的实际数据，去处理对那些可以用于交通工程设计的参数值，建 立边际约束。“ 1 9 6 0 年瑞查德( r i c h a r d s ) 提出，道路信息刺激的反应时间几乎 没有被关注过，在澳大利亚的道路安全专家组给联邦部长的建议报告 中才被关注，他们在一份题为澳大利亚交通事故形势( 1 9 7 5 ) 的 报告中，给出了一个明确的建议：在道路设计中要使用更合理的驾驶 反应时数值。“ 在美国由麦克吉，摩尔，奈普，和山德( m c g e e ，m o o r e ，k n a p pa n d s a n d e r s ) 等人继续了实验工作，“”“”认为如果长期建立设计标准， 这些数据就不能被当做为固定的值。比如对不同驾驶情况的研究，反 应时的取值就应该在不到1 秒至7 秒的范围内。驾驶员教育手册通常将 驾驶员反应时设定在1 秒，变化范围在o 5 “2 秒，这是对驾驶员能够较 好掌握前面信号的变化，能够提前作出反应的情况下进行的。例如格 林施德( g r e e n s h i e l d s ) “”提出时间一距离的影响可能会因为在高速 公路和市区公路的不同，相差2 0 秒到2 、3 秒之多。 澳大利亚国立安全署( t h en a t i o n a la s s o c i a t i o no fa u s t r a l i a n 9 北京交通大学硕士学位论文 s t a t er o a da u t h o r i t i e s ，n a a s r a ) 使用了根据驾驶员反应的最小值 为依据的道路几何线型设计标准。最初这一标准设定在1 5 秒，后来 为了适应美国标准，这一值扩大到2 5 秒。但是在新北威尔士是例外 的，对双道乡间道路和市区公路仍然保持1 5 秒，同时设定的制动滞 后时间也很短，对于卡车的制动滞后时间设定在1 4 秒。“ 在标准的选择中还涉及到商业考虑。反应时间选择的越长，要求 驾驶员安全辨认前方路况的可视距离就越长，反之，视距越短就意味 着道路成本越低。道路结构的花费会受到垂直和水平曲线半径的大小 影响，而这些又受到视距要求的限制。缪林( m u l l i n ) 提出用1 5 秒 的反应时长作为设计标准，认为用一段短的垂直曲线易产生较短的可 视距离比用大的垂直曲线并插入一段长的、造价高昂的道路来达到中 等的视距距离要好得多。“ 3 对视认反应研究的一些实验 交通工程中的事件，比如交通信号、道路标志等，无预知的反应 时，这些都是n a a r s a 道路标准设计的特征值。而这些数据则很少在野 外的情况下获得。 佛格森( f e r g e n s o n ) 测定了8 7 5 名驾驶员的简单反应时与选择反 应时，探讨违章、事故与驾驶员决策时间的关系。“”结果发现发生事 故或违章次数多的驾驶员的决策时间( 选择反应时与简单反应时之 差) 长，表明他们的信息加工能力差，而无事故或无违章的驾驶员， 他们的决策时间短，对紧急情况的反应快。 崔特( t r e a t ) 等人在印第安那大学对驾驶员的决策时间与事故 的关系进行了研究。“在这项研究中，崔特等人比较了三组被试的简 单反应时与选择反应时的差异。结果发现，无事故组驾驶员的选择反 应时与简单反应时之差为0 0 5 2 秒，非责任事故组驾驶员为0 7 8 秒， 而责任事故组驾驶员为o 9 7 秒。这一研究结果表明，驾驶员的决策时 间与交通事故关系密切。 古茨达姆克( g o t t s d a m k e r ) 在对一组年龄为1 8 9 3 岁的成人 被试者的研究中注意到，随着年龄的增长，视认感觉一运动反应时间 1 0 国内外研究综述及本文思路 逐渐延长。“ 而弗萨德( f e s s a r d ) 曾对1 0 0 0 名男性成人被试者作视觉简单反 应时间的测定，结果发现反应时间的均数分配大致上呈常态。但是老 年组的变异系数较显著地高于青年和中年组，说明老年组在感觉一运 动反应速度方面存在着较大的个别差异。“ 这些实验的进行，都对如何去研究反应时给出了非常有意义的指 导和建议。 2 4 本研究的思路 本研究的思路流程如下： 1 研究背景和选题确立； 2 收集文献和方法研究：收集大量的相关驾驶行为文献，并加以 整理： 3 研究理论分析：仔细研究相关理论和概念，以及般规律，从 中找出适合本研究、实验的方法； 4 实验设计：依据研究目的，设计各个实验，标定实验初始条件 和实施办法； 5 实验数据分析：将所得的实验数据利用统计分析的方法，找出 影响驾驶视认行为的因素； 6 实验结论分析：探讨实验数据得出的结论背后的原因；找到影 响的一般规律； 7 建议与应用事实：找到此类事故预防的一些办法；将所得的结 果应用到道路设计实践中，定性地建议一些道路设计原则，并 为今后的研究提出方向。 北京交通大学硕上学位论文 3 研究的基本理论和概念 31 信息认知理论 汽车驾驶可阻认为是对刺激所含有信息的反应。信息连续不断地 传递给驾驶员，因此驾驶汽车需要掌握连续变化的信息。但是驾驶员 处理信息的情况受到其个人能力的限制。当信息量增加或者驾驶员注 意力被分散，或处理信息过多，传递的信息往犍只能是在一定程度上 被处理。( 图3 1 ) 。1 j 输出信息( b y t e ) l o 1 02 03 04 05 0 图3 1 信息处理过程图 这一过程就是驾驶员的信息处理过程。通过信息的可视化，可以 帮助驾驶员对道路情况的辨别。x e r o xp a l oa 1 t o 研究中心学者c a r d 等人提出了可视化可以增强认知的六种主要方式：扩大用户对信号的 可处理信息资源量；减少对信息的搜索过程；使用可视化提高对信号 模式的发掘；调动感知推理分析：把感知注意用于监控；把信息编码 为可操作的媒介。 从人类信息加工方面来看，它们之间的典型加工关系可以归结为 两个对信号反应过程的交叠，其实验研究模型是交叠作业实验方法。 两个对信号反应过程的交叠，其实验研究模型是交叠作业实验方法。 研究的基本理论和概念 依据人类工效学和交通工程心理学原理，一个完整的操作反应可分为 刺激识别、反应选择、反应( 即s o r ) 三个信息加工阶段。“驾驶 操作是多系列s o r 并行复杂交叠的活动过程。它以方向追踪驾驶操 作为主作业，主作业随机与速度、刹车、离合器等控制操作交叠并行 处理。因而驾驶操作是典型的连续交叠作业方式。 对于驾驶员来说，他的情绪、身体条件、疲劳程度以及疾病、药 物等对情报处理正确与否有很大影响。驾驶员的操作特性是非线性 的，不但决定于驾驶员本身而且与环境条件相互作用。 道路交通标志是用图形形状、符号、文字等向驾驶人员及行人传 递法定信患，用以管制、警告及引导交通的安全设旋，它在现代道路 交通管理中发挥着重要作用。现在我国汽车保有量逐年增加，每年都 会增加许多新司机，虽然在拿到驾照之前都会进行交通标志的培训和 考核，但在实际驾驶中仍对于一些“不直观”的交通标志不能快速、 准确地反应出它们的含义，这无疑是交通事故的隐患。 3 2 视认知反应的概念 人们在观察物体时，视线的移动对看清和看准物体有一定规律， 掌握这些规律，可以在道路交通视觉设计中更好的满足人机工程学的 设计要求。 驾驶员基本视认知特征主要是通过视觉特性、反应特性和选择特 性加以表现的。但驾驶员在行车中的视觉实际上还受生理、心理和环 境因素的影响，而驾驶员在行车中获得的道路情况信息有8 0 一9 0 以上是依靠( 瞬间性) 视觉。因此，驾驶员的视觉特性与交通安全有 密切关系。 由于驾驶员的失误而引发的交通事故，从表面上看原因是各种各 样的，但分析其内在原因却发现，主要是由于感知迟缓( 或感知错误) 、 判断不准确( 或判断过慢) 和操作反应不当三方面的原因造成的。“ 例如在驾驶员刹车反应时间研究中，w a r s h a w s k y l i v n e 和s h i n a r 的研究中将反应时间分为目标察觉反应时间和刹车移动时间，即刹车 反应时间= 察觉反应时间+ 刹车移动时间。“它可以随着驾驶技术的不 北京交通大学硕士学位论文 断熟练和驾驶经验的不断丰富而有所改变。另外，反应时间的长短反 映出驾驶员的视认知、个性特点和任务状态。 驾驶员对道路情况的反应，还和驾驶员的认知心理感受有很大关 系。认知心理学把全部认知过程统一起来，它认为注意、知觉、记忆、 思维等认知现象是交织在一起的，对于一组现象的了解有助于说明另 一组现象。而且还和驾驶员的情绪、动机、个性等方面有紧密联系。 其中对驾驶员运动视认知反应有较大影响的两个方面是： l 、观察能力：运动视觉的视认知反应； 2 、知觉能力：驾驶员的场依存一独立性。 3 3 运动视觉的概念 3 3 1 运动视力 对驾驶员视力的判断，首先要引入视角的概念。视角与观察距离 及被观察物体的两端点间的直线距离有如下关系： 删嘴芸 式( 3 _ 1 ) 式中：a - 一一视角，用( 分) 表示，即1 6 0 ( 度) 单位； d 一一被观察物体两端点间的直线距离； l 眼睛至被观察物体间的距离。 驾驶视力也叫视敏度，是指分辨细小的或遥远的物体或物体的细 微部分的能力。在一定条件下，眼睛能分辨的物体越小，视觉的敏锐 度越大，视敏度的基本特征在于辨别两点之间距离的大小，因此也可 以把它看作视觉的空间阈限。 静视力是指人和注视目标都在不动状态下检查的视力。我国通用 e 型视力表，规定驾驶员的两眼视力( 中心视力) ，被试者距视力表 5 m 远，在标准照明条件( 2 0 0 1 0 0 l 】【) 下，两眼视力( 包括矫正视 力) 各为0 7 以上即允许报考。用这种方法检查的视力反映驾驶员在 静止状态下视力，即静视力。 动视力是指人和注视目标处于运动( 其中的一方运动或两方都运 动) 时检查的视力，汽车驾驶员在行车中的视力为动视力。 1 4 研究的基本理论和概念 另外眼睛至焦点的视认距离也随车速变化，车速提高1 3 ，而视 认距离将减少1 ，3 。车速对视力的影响，是肇事的生理原因之一。 值得注意的是，虽然静视力好是动视力好的前提，但是静视力好 的人不一定就会有好的动视力。“ 驾驶员的动视力与交通事故有更密切的关系，所以在视力检查 时，不仅要检查静视力，还应重视对动视力的检查。 3 3 2 运动视野 人的眼睛注视前方，头部的视线固定时，所能看到的范围称为视 野( 静视野) 。如仅将头部固定，眼球自由转动时能够看到的全部范 围称为动视野。 视野按眼球的工作状态可分为静视野、注视野和动视野三类，在 人的三种视野中，注视范围最小，动视野范围最大。 静视野在头部固定、眼球静止不动的状态下自然可见的 范围，如图3 1 所示。 注视野在头部固定，而转动眼球注视某一中心点时所见 的范围； 动视野头部固定而自由转动眼球时的可见范围。 当驾驶员驾驶汽车高速行驶时，会感到车外的树木、房屋等固定 物体的映像在人眼视网膜上停留的时间太短，人眼来不及仔细分辨物 体的细节，因此随着车速的提高，驾驶员眼睛的有效视野会越来越狭 窄。 1 0 0k i l ，h4 0 席 图3 1 不同车速下驾驶员有效视野 资料来源：交通安全心理学 北京交通大学硕士学位论文 表3 1 不同车速下驾驶员有效视野圆锥角 车速| 6 4 k n 汕1 8 7 k r r l i l| 9 7 k i r l l l 1 2 5 h n mj 1 6 0 k i n l 视野圆锥角1 3 7| 2 9| 2 0 1 3j 9 资料来源：驾驶员动态视野与行车安全可靠度“5 眼睛注视一个目标，注视点以外一定空间的物体也能看见，这个 空间范围称为视野。驾驶员的视野大小与车速有关，车速越快，视野 就越小，注意点向远伸展，周围景物就难以看清。 所以当车速越快，驾驶员视力减弱，视野变窄，观察前方交通情 况的能力就越差，对前方突然出现的险情，难以及时、准确、妥善地 进行处置，容易引发交通事故。人眼的视野可利用视野计进行检查。 3 4 视知觉的规律 虽然每人都具有视知觉能力，但由于处境以及生活经验、兴趣爱 好等不同，不同人对于同一视觉的加工和解释可能有所不同，因而产 生出不同的视知觉。人的视知觉具有如下特点： 1 ) 视知觉。人能根据眼睛获得的视觉信息进行加工和解释，从 而更深刻地认识客观事物，这就是人的视知觉能力。例如当汽车在山 区弯道上行驶时，由于山坡的遮挡驾驶员眼睛看到的只是弯道的一部 分，但驾驶员根据自己经验知道道路并非到此为止，而是继续向前延 伸。这样驾驶员通过自己的视知觉，对山区弯道这一客观事物有了全 面的认识。 2 ) 运动错觉。一般认为，汽车驾驶员不必看车速表，只根据周 围景物的移动身体的感受和听到的风声就能判断汽车的行驶速度。实 际上这种判断并不准确，带有明显的倾向性，特别是在高速短距离行 驶时更是如此。 引起驾驶员产生运动错觉的视知觉因素主要有两点：即连续对比 感觉的影响和适应性的影响。当人连续受到有差异的某种刺激后，所 产生的差异感往往比差异本身实际的客观物理量差别大，这就是连续 对比感觉的影响。 研究的基本理论和概念 英国道路研究所曾对汽车驾驶员作过“车速减半”实验，即首先 让驾驶员将汽车加速到某一规定车速( 以车速指示为准) ，然后要求 驾驶员立即凭自己的主观感觉，将车速减低到当前车速的一半。当车 速变化时，驾驶员主观感觉到的速度差别总是比实际大。 人对距离的判断也往往有很大误差。国外曾作过一次实验，在夜 间1 0 0 名驾驶员轮流坐在静止的汽车里，凭主观感觉判断停放在前方 的一辆载货汽车的距离。载货汽车的真实距离为2 3 m 。实验结果，只 有3 名被试者判断正确。有4 5 名被试者判断的距离比实际距离短4 8 0 ，5 2 名被试者的判断超过实际距离4 1 2 0 ，可见凭主观 判断距离的偏差很大。“” 在光线充足的白天，驾驶员在行车中对距离的判断同样有很大误 差。驾驶员对前方来车的速度和距离难以做出正确的判断，而且对方 车速越高，判断的误差越大。很多超车时发生的正面碰撞事故就是由 于驾驶员对距离判断错误造成的。 3 ) 驾驶员注意力。当驾驶员有操纵汽车行驶时，注意表现为对 行将出现的交通情况产生方向性的认识，是衡量驾驶员心理特征的一 项基本指标，可以用来评定驾驶员行车时的心理状态。对驾驶员来讲， 重要的不是看见目标，而是要了解看见的目标。 注意是视认知活动对一定对象的指向和集中，大脑皮层上的优势 兴奋中心是注意的生理机制。驾驶员的注意力往往和驾驶员的视认知 活动有密切联系，诸如： 优先发现自己关心的、想要注意的事物，例如驾驶员很容易 注意到在前面行驶的自己同伴的汽车： 容易知觉曾有过亲身体验的事物，例如行车中曾见过同方向 行驶的车辆调头猛拐，以后对同方向行驶的车辆的转弯便格 外注意； 对于自己认为关系重大的事物容易知觉，例如在路口转弯时， 有的驾驶员只注意其他的机动车辆而忽视了行人； 对于移动的、变化的事物容易知觉，例如闪烁的灯光比亮度 不变的灯光更容易引起注意。 不注意的驾驶员即使看见危险情况也不理解其状态。不注意是驾 驶员措施不及或采取错误决定的主要原因之一，它将导致交通事故。 北京交通大学硕士学位论文 3 5 反应时的概念 人由眼睛等感觉器官获得情报、传入大脑，经大脑处理后发出命 令而产生动作，这一段时间称为反应时间。1 8 7 9 年，w 冯特在莱比 锡大学创建了第一心理学实验室。冯特认为荷兰生理学家邓德斯创立 的选择反应时间的实验，认为反应时和注意、知觉、联想和选择等心 理过程有确切的相关性，但是没有测得有关反应时间。冯特之后，很 多心理学家相继在德国和美国对反应时问的科学和实用技术作了量 研究，获得了许多成果。 反应时间是从刺激开始到做出反应之间的时距。显然，反应时间 是知觉反应时间和动作反应时间之和。驾驶员信息处理过程的速度可 以用反应时间来衡量。反应时间是整个信息处理过程所需要的全部时 间，即包括： 信息感知时间 判断时间 操作反应时间 通过对反应时问长短的测量，也就是信息处理过程的快慢，可以 知道驾驶员对信息感知、判断决策和操作反应各过程的快慢。 3 5 1 反应时的分类 车辆运行中，驾驶员的速度一反应特性所经过的心理过程，就是 信息输入一判断一输出的传递过程。根据汽车道路驾驶的路面事故特点， 对交通标志的视认知和驾驶经验是影响反应时的重要因素。本论文通 过道路驾驶模拟实验，研究了驾驶员在不同行车速度下，不同信号类 型对反应时的影响程度。 根据刺激与反应的复杂程度，可以把反应时间分为简单反应时、 选择反应时和辨别反应时等多种。 1 、简单反应时简单反应时间说明了从感受器到效应器之间神经 传导所需要的时间。最初几次测得反应时间可能较长，可达o 5 秒之 久，测试几次后，即可缩减到2 0 0 _ 屯5 0 毫秒，但无论如何练习，都 研究的基本理论和概念 很难把对光的反应时间降到2 0 0 毫秒以下。在一定训练以后，对声音 或触觉反应时间大约是1 5 0 毫秒，某些人经过大量练习之后，甚至能 降到1 0 0 一1 2 0 毫秒，这似乎是随意的或习得的运动反应潜伏期最小 的极限了。 2 、选择反应时选择反应时又称复杂反应时，当呈现的刺激有两 种或两种以上，要求被试对每一种刺激作出的反应也各不相同时测得 的反应时间。被试必须要看到刺激后并加以辨别，选择相应的反应键 作出反应。所以，选择反应时包含了被试辨别刺激和选择反应两个心 理过程所用的时间部分。 3 、辨别反应时辨别反应时实验呈现的刺激有两种或多种，但只 有一种刺激与反应相联系，被试要从两个或多个刺激中辨认出要求反 应的刺激。辨别反应时测量的缺点是，在步骤上不能防止被试陷入简 单反应，也不能防止被试为了避免“抢先反应”而不恰当地延长反应 时问。所以本论文的反应时研究中，选择反应时已取代了辨别反应时。 3 5 2 反应时对视距的影响 由汽车的制动距离与车速计算公式，按初始车速进行计算空走时 间车辆所行驶的距离： s = ( t 1 + t 2 ) v o ，式f 3 2 ) 式中：t l 是反应时间，指驾驶员从发现情况到右脚踩上制动器 踏板的时间，据测定，一般为0 5 5 一1 5 3 秒之间； t 2 是协调时间，制动协调时间是指制动踏板开始下行到制 动器开始起作用的时间。它包括制动传动力机构和车 轮制动器消除间隙的时间和制动力达到所需值前的 制动力增长时间。增长时间与载荷有关； v 0 是制动前初始车速。其距离与制动前车辆初始速度的 平方成正比。 在道路驾驶中，影响驾驶员行车安全的因素很多，而驾驶员对交 通环境信息的反应时间是重要的因素之一。反应时间从开始制动到车 辆停止是要有一个过程，有一定距离的。除去制动空走的时间，对于 1 9 北京交通大学硕士学位论文 车速为3 0 k m m 的汽车，如果反应时间延长o 1 s ，汽车就要往前行驶 仅1 米，此距离在一定条件下就成为威胁生命的重要因素。 由此可见，通过对驾驶员在不同标志信号和道路行车环境下的反 应时研究，可以有效评价道路标志信号设计和设置对行车制动距离的 安全性要求。 3 5 3 影响反应时的因素 影响反应时间的因素很多，有些和刺激有关，有些和反应者的特 点有关，这方面的研究结果非常丰富，其中一些主要的影响因素有： l 、反应过程中的心理不应期。在相继给予两个刺激并对两个刺 激分别产生反应时，反应时间与两个刺激的间隔时间有关，如果两个 刺激的间隔时间短，第二个反应的反应时间就会延长。 2 、反应时间与刺激的强度、大小、久暂有关。刺激的性质对反应 时间有直接影响。一般来说，当刺激强度很弱时，反应时间较长，刺 激强度增至中等或高强度时，反应时间可大为缩短。 3 、反应时间与个体的诸因素有关。一个人反应速度的快慢还要取 决于他的动机水平。通常动机水平过低或过高都不利于一个人快捷地 作出反应。很低的动机水平往往使个体达不到应有的紧张水平，肌肉 松弛，注意力涣散。太高的动机水平则使个体过于紧张，肌肉僵硬， 动作不灵活。一般来说，中等强度的动机水平最有利于个体尽快地作 出反应。 4 、选择反应时间与刺激物的数量和差异程度有关。在进行选择