張宇萌 王浩衡 張?chǎng)x

【摘要】近年來，車輛導(dǎo)航系統(tǒng)以及許多其他的車載設(shè)備越來越普及。這些設(shè)備都會(huì)在一定程度上對(duì)駕駛員的注意力造成干擾，最終會(huì)造成一定的交通安全問題。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有一些關(guān)于調(diào)查車載設(shè)備對(duì)交通安全的影響因素的研究，但這些研究都缺乏合適的客觀性、定量化的實(shí)驗(yàn)來估計(jì)駕駛員的受干擾程度。本文研究的主要目的是通過使用UC-win/Road城市交通模擬軟件，來探討使用車載設(shè)備對(duì)駕駛員行為的影響。本項(xiàng)研究收集45位駕駛員在三種路況條件下分別在有無車載設(shè)備時(shí)的駕駛模擬數(shù)據(jù)，并得到一些初步結(jié)論?；谶@些結(jié)論，我們嘗試建立干擾分級(jí)模型來定量化干擾程度。我國(guó)關(guān)于使用車載設(shè)備的交通法規(guī)大多過于籠統(tǒng)，所以本項(xiàng)研究的結(jié)論可以為我國(guó)交通規(guī)劃部門制定和完善法律法規(guī)提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】車載設(shè)備；駕駛模擬器；干擾度分級(jí)模型

1.引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人均汽車保有量逐年上升。截至2014年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)2.64億輛，其中汽車1.54億輛。與此同時(shí)，越來越多的駕駛員選擇安裝車載設(shè)備，這已經(jīng)成為一種普遍行為。從直觀上說，人們認(rèn)為車載設(shè)備的使用將會(huì)分散駕駛員的注意力，從而造成駕駛員不能夠及時(shí)獲取必要信息，進(jìn)而會(huì)影響到后續(xù)的決策及車輛操控行為，增加事故風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)有研究表明，22%的汽車事故是由于注意力分散引起的。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)手機(jī)使用對(duì)駕駛行為的影響進(jìn)行了大量研究。針對(duì)近年來日益普及化的車載設(shè)備安裝趨勢(shì)，為了填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外在車載設(shè)備在不同路況下對(duì)駕駛行為干擾的研究空白，本實(shí)驗(yàn)采用UC-win/Road規(guī)劃仿真軟件，在計(jì)算機(jī)上模擬出三種不同路況，通過3*2共六組實(shí)驗(yàn)，對(duì)在不同路況下，車載設(shè)備的使用對(duì)駕駛行為參數(shù)的影響進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，綜合比較駕駛員的行車速度、加速度、離車道中心的偏移距離、方向盤旋轉(zhuǎn)率等駕駛行為指標(biāo)，得出了一些綜合性結(jié)論，并建立數(shù)學(xué)模型定量化表示。

2.實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與場(chǎng)景建立

本項(xiàng)研究的所有實(shí)驗(yàn)都在上海交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的UC-win/Road駕駛模擬器上進(jìn)行。UC-win/Road駕駛模擬器軟件利用三維電腦虛擬工具，可以有效地進(jìn)行高速公路、城市、土地以及社區(qū)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)者可以通過一系列的簡(jiǎn)單操作快速完成多種項(xiàng)目的三維虛擬呈現(xiàn)，同時(shí)還可以進(jìn)行空間移動(dòng)模擬（步行，開車行，飛行）以及動(dòng)畫顯示等。

本實(shí)驗(yàn)基于我國(guó)現(xiàn)在的交通情況，建立三種不同的道路場(chǎng)景：簡(jiǎn)單道路交通系統(tǒng)，中等道路交通系統(tǒng)，復(fù)雜道路交通系統(tǒng)。

簡(jiǎn)單道路交通系統(tǒng)：雙向四車道道路；十字交叉道路，每個(gè)交叉路口之間的距離不超過400米；沒有交通流；沒有交通信號(hào)；簡(jiǎn)單的周圍環(huán)境；

中等道路交通系統(tǒng)：雙向四車道道路；道路呈單一曲率變化，多種類型交叉口；5分鐘車流量不超過60，單一車型；少量簡(jiǎn)單交通信號(hào)；周邊環(huán)境變化不明顯；

復(fù)雜道路交通系統(tǒng)：雙向六車道道路；多種形式道路混合，包括橋梁、隧道、高架橋；5分鐘車流量100以上，多種機(jī)動(dòng)車并存，包括巴士、卡車；交叉口有復(fù)雜的多向交通信號(hào)；周邊環(huán)境變化明顯。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)通過在駕駛員進(jìn)行模擬駕駛時(shí)施加干擾來模擬實(shí)際情況，干擾通過讓駕駛員回答事先錄音的問題來施加。在實(shí)驗(yàn)前預(yù)先錄音好問題，每組共有6個(gè)問題，參與實(shí)驗(yàn)者有30秒的時(shí)間來回答每個(gè)問題，否則會(huì)被視為無效。每組問題都包含兩個(gè)等級(jí)的問題，一個(gè)是例如“這個(gè)房間里有多少人”這樣的簡(jiǎn)單問題，另一種包括數(shù)學(xué)和邏輯之類的困難問題。每個(gè)實(shí)驗(yàn)者都要完成6次模擬駕駛，分別對(duì)應(yīng)每個(gè)道路交通系統(tǒng)已經(jīng)有無問題。為了消除學(xué)習(xí)效應(yīng)，6次模擬駕駛的順序是隨機(jī)的。

2.3 實(shí)驗(yàn)過程

a.在實(shí)驗(yàn)前，參與實(shí)驗(yàn)者必須填寫一份調(diào)查問卷，來檢測(cè)實(shí)驗(yàn)者是否具有參與實(shí)驗(yàn)的資格。

b.參與實(shí)驗(yàn)者在正式實(shí)驗(yàn)前有5分鐘的時(shí)間來熟悉駕駛模擬器。實(shí)驗(yàn)者在預(yù)先準(zhǔn)備好的聯(lián)系道路系統(tǒng)中進(jìn)行操作練習(xí)，如果實(shí)驗(yàn)者無法正確操作模擬駕駛器那么他也將失去實(shí)驗(yàn)資格。

c.實(shí)驗(yàn)開始后，實(shí)驗(yàn)者必須在安全駕駛的前提下獨(dú)立完成駕駛?cè)蝿?wù)。當(dāng)聽到錄音問題時(shí)，實(shí)驗(yàn)者必須在保證駕駛連續(xù)的前提下回答問題。

d.在試驗(yàn)過程中，會(huì)有工作人員觀察實(shí)驗(yàn)者的駕駛情況以及回答問題情況，并做相應(yīng)記錄。工作人員全程禁止與實(shí)驗(yàn)者交流。

e.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，除了從軟件中采集到模擬駕駛數(shù)據(jù)，工作人員也會(huì)詢問實(shí)驗(yàn)者在模擬駕駛中的主觀感受。

3.數(shù)據(jù)分析

本實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以在千分一秒內(nèi)收集幾十個(gè)駕駛行為參數(shù)的指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)有兩項(xiàng)獨(dú)立測(cè)評(píng)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析將采用spss11.0進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)和單因素方差分析。

3.1 配對(duì)t檢驗(yàn)

表1顯示了配對(duì)t檢驗(yàn)的結(jié)果。此項(xiàng)檢驗(yàn)的目的是為了判斷在正常駕駛和駕駛時(shí)使用車載設(shè)備的兩種情況下，駕駛行為參數(shù)是否會(huì)有顯著性差異。

在置信度為0.05的前提下，若道路條件相同，正常駕駛和駕駛時(shí)使用車載設(shè)備將會(huì)引起以下六種駕駛行為參數(shù)產(chǎn)生顯著性差異：速度，加速度，車頭時(shí)距，離車道中心的偏移距離，離車道左邊界的距離和方向盤旋轉(zhuǎn)率。

3.2 單因素方差分析

表2顯示了單因素方差分析的結(jié)果。此項(xiàng)檢驗(yàn)的目的是為了判斷道路條件的不同是否會(huì)對(duì)駕駛行為參數(shù)產(chǎn)生顯著性影響。

在置信度為0.05的前提下，不同的道路條件將會(huì)對(duì)以下四個(gè)駕駛行為參數(shù)：方向盤旋轉(zhuǎn)率，速度，加速度和離車道中心的偏移距離產(chǎn)生顯著性影響。

3.3統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

我們對(duì)四個(gè)參數(shù)：方向盤旋轉(zhuǎn)率，速度，加速度和離車道中心的偏移距離的統(tǒng)計(jì)學(xué)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：平均數(shù)，方差，最大值和最小值。表3為方向盤旋轉(zhuǎn)率的統(tǒng)計(jì)表。

從以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果，我們可以觀察到，對(duì)于同一道路條件，車載設(shè)備的使用都會(huì)使駕駛行為參數(shù)的統(tǒng)計(jì)值增加，從而說明駕駛時(shí)使用車載設(shè)備將會(huì)增加駕駛不穩(wěn)定性，降低駕駛安全性。其他參數(shù)也有同樣的結(jié)果。

而在不同路況條件下，車載設(shè)備的使用對(duì)駕駛行為的影響程度是不同的。我們統(tǒng)計(jì)了三種路況下，駕駛行為參數(shù)的變異系數(shù)值。在簡(jiǎn)單路況下，變異系數(shù)的平均值為48.6%，中等路況下為20.0%，復(fù)雜條件下為34.1%。

4.數(shù)學(xué)模型

基于以上數(shù)據(jù)分析，我們建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型來定量化表示干擾度等級(jí)。首先我們將四個(gè)參數(shù)分為兩組，第一組包括速度與加速度，它們是車輛在行進(jìn)方向上的參數(shù)；第二組包括方向盤旋轉(zhuǎn)率和離車道中心的偏移距離，它們與車輛行進(jìn)方向垂直方向上的參數(shù)。

我們運(yùn)用層次分析法對(duì)這四個(gè)參數(shù)進(jìn)行處理。

考慮到t檢驗(yàn)的結(jié)果和專家意見，我們構(gòu)造如下的權(quán)重矩陣：

X1：速度 X2：加速度 X3：離車道中心的偏移距離 X4：方向盤旋轉(zhuǎn)率

對(duì)矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示該矩陣符合一致性條件。

可以計(jì)算出每個(gè)參數(shù)的比重：（0.049，0.566，0.138，0.247）

將各個(gè)變量的數(shù)量級(jí)歸一化處理，計(jì)算了每個(gè)變量的系數(shù)并有分組的方法建立了數(shù)學(xué)模型。這個(gè)模型可以通過計(jì)算干擾等級(jí)來幫我們判斷駕駛員的受干擾程度。

5.結(jié)論

從以上的結(jié)果可以看出，使用車載設(shè)備對(duì)于駕駛員的影響是不可避免的，這就增加了交通事故的發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)程度。然而，在三種不同的交通狀況下駕駛者對(duì)于同種程度干擾的反應(yīng)是不同的，在簡(jiǎn)單和復(fù)雜路況條件下駕駛者受干擾程度明顯高于中等路況。原因可能在于，在簡(jiǎn)單路況下，駕駛者面對(duì)的外部環(huán)境因素較少，駕駛狀態(tài)比較放松，因此車載設(shè)備會(huì)對(duì)行為有較大影響；復(fù)雜條件下駕駛者面對(duì)過多外部因素，疲于應(yīng)對(duì)，車載設(shè)備的影響加劇了這一點(diǎn)，也會(huì)對(duì)行為有較大影響；在中等路況條件下，駕駛者面對(duì)的外部因素處于可控范圍，行為比較謹(jǐn)慎，車載設(shè)備的影響就不那么明顯。

近年來，我國(guó)的機(jī)動(dòng)車數(shù)量激增，交通事故的數(shù)量也大幅增加。交通調(diào)查顯示，25%到50%的交通事故是由駕駛者受到干擾造成的。此項(xiàng)研究可以幫助有關(guān)部門完善法律法規(guī)，例如，像CBD這樣的復(fù)雜交通環(huán)境以及夜晚高速公路這樣的簡(jiǎn)單交通環(huán)境，車載設(shè)備應(yīng)該被禁用。

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