溫井雨，吳立新，潘鴻飛

（吉林建筑大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000）

引言

隨著道路干線網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，城市間的交流越來越多，城際道路的重要性越來越突出。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)城際道路的路徑規(guī)劃、路網(wǎng)形態(tài)和客運(yùn)班車時(shí)刻表等進(jìn)行了研究［1-3］，對(duì)事故影響因素、事故成本進(jìn)行了深入分析［4-5］。學(xué)者們對(duì)駕駛員眼動(dòng)特性與道路線形之間的關(guān)系也展開了大量探索。高建平等［6］在連續(xù)長(zhǎng)下坡路段開展實(shí)車試驗(yàn)，以駕駛員注視持續(xù)時(shí)間、注視次數(shù)與眨眼次數(shù)的比值等參數(shù)建立了視覺負(fù)荷強(qiáng)度模型，發(fā)現(xiàn)相鄰坡段的坡度極限差應(yīng)控制在2.3%內(nèi)；朱守林等［7］通過仿真模擬試驗(yàn)，獲取熟練與非熟練駕駛員在草原公路不同線形誘導(dǎo)設(shè)施的彎道路段行車時(shí)注視、掃視等參數(shù)，建立了視覺負(fù)荷回歸模型；李旭彪等［8］在山地城市快速路彎坡組合路段開展實(shí)車試驗(yàn)，對(duì)駕駛員注視持續(xù)時(shí)間、瞳孔直徑等參數(shù)的變化規(guī)律展開了分析；薛強(qiáng)［9］通過采集駕駛員在山區(qū)高速公路行車時(shí)瞳孔面積、注視持續(xù)時(shí)間參數(shù)，與坡度值相結(jié)合建立了回歸模型。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)路段

以長(zhǎng)春市長(zhǎng)清公路K6+000—K23+000 路段作為試驗(yàn)道路，長(zhǎng)清公路始于長(zhǎng)春市凈月區(qū)，止于長(zhǎng)春市雙陽區(qū)，沿線坐落山林、村落與學(xué)校，雙向四車道，無中央分隔帶，道路橫斷面見圖1。

圖1 長(zhǎng)清公路道路橫斷面

基于長(zhǎng)清公路設(shè)計(jì)圖紙和實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)，以平面半徑R ≥1 000 m，直坡坡度i ≥3%，坡長(zhǎng)L ≥200 m［10］為標(biāo)準(zhǔn)，選取6 處直坡路段，見表1。

表1 試驗(yàn)路段

1.2 試驗(yàn)駕駛?cè)?/h3>

選取6 名視覺系統(tǒng)正常且持有C 照駕駛證的駕駛員進(jìn)行多次試驗(yàn)。4 名駕駛員駕齡均在5 a 以上。

1.3 試驗(yàn)車輛及儀器

試驗(yàn)車輛選用五座小轎車，車況良好；儀器主要包括Dikablis 眼動(dòng)儀、正弦逆變器、筆記本電腦及D-Lab 軟件。

1.4 試驗(yàn)過程

（1）試驗(yàn)選擇天氣和路面條件良好的上午08 ∶30—10 ∶30 時(shí)間段進(jìn)行；（2）試驗(yàn)開始前告知駕駛員實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮突疽?，駕駛員佩戴Dikablis眼動(dòng)儀對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行試駕，熟悉車輛性能及道路情況；（3）為方便試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取及保證數(shù)據(jù)真實(shí)性，試驗(yàn)采集駕駛員在K6+000—K23+000 整個(gè)路段行車時(shí)的眼動(dòng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理時(shí)截取相應(yīng)樁號(hào)路段的眼動(dòng)數(shù)據(jù)即可，即駕駛員佩戴Dikablis 眼動(dòng)儀從長(zhǎng)清公路K6+000 連續(xù)行駛至K23+000 路段，駕駛員休息10～15 min；（4）駕駛員佩戴Dikablis 眼動(dòng)儀從長(zhǎng)清公路K23+000 處返回，連續(xù)行駛至K6+000 路段，為一次完整試驗(yàn)。

2 數(shù)據(jù)分析方法

2.1 Pearson 相關(guān)系數(shù)

Pearson 相關(guān)系數(shù)用于反映兩個(gè)或多個(gè)隨機(jī)變量之間是否存在相關(guān)性及其相關(guān)程度，隨機(jī)變量數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布是Pearson 相關(guān)系數(shù)應(yīng)用的前提。

2.2 Pearson 相關(guān)系數(shù)原理

線性相關(guān)系數(shù)定義為兩變量X 和Y 總體的協(xié)方差和標(biāo)準(zhǔn)差積的商，通常用p表示：

實(shí)際應(yīng)用中采用樣本相關(guān)系數(shù)來反映變量間的相關(guān)性，即Pearson 相關(guān)系數(shù)，通常用r 表示［11］。假設(shè)變量X 和Y 的樣本觀測(cè)值分別為x1，x2，…，xn與y1，y2，…，yn，則Pearson 相關(guān)系數(shù)定義為：

Pearson 相關(guān)性系數(shù)是介于［-1，1］之間的實(shí)數(shù)，當(dāng)其值在［-1，0）區(qū)間時(shí)，變量之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系；當(dāng)其值在（0，1］區(qū)間時(shí)，變量之間存在正相關(guān)關(guān)系；當(dāng)其值等于0 時(shí)，變量之間不存在相關(guān)性。相關(guān)性系數(shù)的大小所對(duì)應(yīng)的相關(guān)性強(qiáng)度見表2［11］。

表2 相關(guān)系數(shù)與對(duì)應(yīng)強(qiáng)度

3 城際道路直坡坡度與瞳孔面積的關(guān)系

視覺是駕駛員行車時(shí)獲取外界道路交通環(huán)境信息最主要的途徑［12］，瞳孔面積的變化與駕駛員心理狀態(tài)有不可分割的聯(lián)系［13］。駕駛員緊張時(shí)，心理負(fù)荷增加，瞳孔面積會(huì)變大，反之，瞳孔面積會(huì)縮小。通過實(shí)車試驗(yàn)獲取6 名駕駛員在城際道路不同直坡路段行車時(shí)的瞳孔面積數(shù)值，分析城際道路直坡坡度與其之間的關(guān)系。

3.1 上坡行車

運(yùn)用S-W 正態(tài)檢驗(yàn)對(duì)駕駛員在城際道路6 處直坡路段上坡行車時(shí)的平均瞳孔面積正態(tài)分布進(jìn)行驗(yàn)證，檢驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 坡度值與上坡平均瞳孔面積正態(tài)檢驗(yàn)

由表3 可知，駕駛員在城際道路直坡路段上坡時(shí)的平均瞳孔面積概率P 值為0.226，大于顯著性水平0.05，說明總體呈現(xiàn)正態(tài)分布。

運(yùn)用Pearson 相關(guān)系數(shù)將城際道路直坡路段的坡度值與駕駛員上坡平均瞳孔面積做相關(guān)性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 坡度值與上坡平均瞳孔面積相關(guān)性檢驗(yàn)

由表4 可知，城際道路直坡路段的坡度值與駕駛員上坡行車時(shí)平均瞳孔面積的Sig 值為0.028，小于顯著性水平0.05，說明兩者存在顯著相關(guān)性，Pearson 相關(guān)系數(shù)為0.895，說明相關(guān)程度為顯著相關(guān)。

坡度與上坡平均瞳孔面積關(guān)系見圖2。

圖2 坡度與上坡平均瞳孔面積關(guān)系

由圖2 可知，城際道路直坡路段坡度值與駕駛員上坡時(shí)平均瞳孔面積呈正相關(guān)，隨著坡度的不斷增大，駕駛員平均瞳孔面積亦逐漸增大。直坡坡度值為3.5% 時(shí)的平均瞳孔面積較4.4% 坡度值時(shí)下降了8.6%，較5.5% 坡度值時(shí)下降高達(dá)27.6%，充分說明了在上坡時(shí)，駕駛員對(duì)坡度值敏感，較大的坡度會(huì)令駕駛員更緊張，瞳孔面積更大。

為進(jìn)一步分析駕駛員在城際道路直坡路段上坡時(shí)坡度值與瞳孔面積變化之間的關(guān)系，對(duì)駕駛員每5 s 的瞳孔面積取平均值，繪制6 處直坡路段駕駛員瞳孔面積散點(diǎn)圖見圖3。

圖3 上坡駕駛員瞳孔面積關(guān)系

由圖3 可知，各直坡路段坡長(zhǎng)的不同使駕駛員行車時(shí)間有所差異，但瞳孔面積變化特點(diǎn)存在增大后減小的共性，擬合曲線拐點(diǎn)大致位于直坡段行車時(shí)間的中部及尾部，即直坡路段中間位置和坡頂位置；瞳孔面積分布存在一定離散性，說明駕駛員在上坡時(shí)持續(xù)緊張，瞳孔面積產(chǎn)生波動(dòng)。當(dāng)駕駛員駕車進(jìn)入直坡段上坡時(shí)，道路直坡豎曲線線形的改變使行車視野變小，行車舒適感下降，引起駕駛員緊張，瞳孔面積變大；當(dāng)行駛到直坡中段時(shí)，駕駛員已相對(duì)適應(yīng)直坡段的行車視野，且豎曲線帶來的視覺沖擊亦相對(duì)變?nèi)?，瞳孔面積逐漸下降；當(dāng)行駛到直坡坡頂段時(shí)，道路線形的再次改變使駕駛員警覺，瞳孔面積小幅升高。

3.2 下坡行車

運(yùn)用S-W 正態(tài)檢驗(yàn)對(duì)駕駛員在城際道路6 處直坡路段下坡行車時(shí)平均瞳孔面積正態(tài)分布進(jìn)行驗(yàn)證，檢驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 坡度值與下坡平均瞳孔面積正態(tài)檢驗(yàn)

由表5 可知，駕駛員在城際道路直坡路段下坡時(shí)的平均瞳孔面積概率P 值為0.530，大于顯著性水平0.05，說明總體呈現(xiàn)正態(tài)分布。

運(yùn)用Pearson 相關(guān)系數(shù)將城際道路直坡路段的坡度值與駕駛員下坡平均瞳孔面積做相關(guān)性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 坡度值與下坡平均瞳孔面積相關(guān)性檢驗(yàn)

由表6 可知，城際道路直坡路段的坡度值與駕駛員下坡行車時(shí)平均瞳孔面積的Sig 值為0.026，大于顯著性水平0.05，說明兩者存在顯著相關(guān)性，Pearson 相關(guān)系數(shù)為0.901，說明相關(guān)程度為顯著相關(guān)。

繪制坡度與下坡平均瞳孔面積關(guān)系散點(diǎn)圖，見圖4。

圖4 坡度與下坡平均瞳孔面積關(guān)系

由圖4 可知，隨著坡度的不斷增大，駕駛員下坡行車平均瞳孔面積亦不斷增大，與上坡時(shí)變化趨勢(shì)相同。直坡坡度值為3.5%時(shí)的平均瞳孔面積較4.4%坡度值時(shí)下降了7.6%，較5.5%坡度值時(shí)下降了16.1%，說明駕駛員下坡時(shí)對(duì)坡度值較為敏感，但下降幅度低于上坡時(shí)的8.6%和27.6%，說明駕駛員上坡時(shí)的心理負(fù)荷度要高于下坡，主要原因在于上坡行車的操作難度，如行車視野受限、車速和檔位的選擇等，要高于下坡行車的操作難度。

對(duì)駕駛員每5 s 的瞳孔面積取平均值，繪制6 處直坡路段駕駛員瞳孔面積散點(diǎn)圖見圖5?？芍?，下坡時(shí)駕駛員瞳孔面積呈先增大后減小再增大的趨勢(shì)，擬合曲線拐點(diǎn)大致位于直坡段行車時(shí)間的中部及尾部，即直坡段中間位置和坡底位置；瞳孔面積分布存在一定離散性，駕駛員在下坡時(shí)持續(xù)緊張，這兩點(diǎn)與上坡時(shí)特點(diǎn)相近。

圖5 下坡駕駛員瞳孔面積關(guān)系

4 結(jié)語

（1）駕駛員在城際道路直坡路段行車時(shí)平均瞳孔面積與坡度存在相關(guān)性，二者呈正相關(guān)關(guān)系，平均瞳孔面積隨著直坡路段坡度值的增加呈上升趨勢(shì)，且上坡時(shí)平均瞳孔面積高于下坡，說明上坡時(shí)駕駛員負(fù)荷度高于下坡。（2）駕駛員在城際道路不同坡度的直坡路段上坡、下坡行車時(shí)瞳孔面積變化趨勢(shì)大致相同，呈先增大后減小再增大的特點(diǎn)，拐點(diǎn)分別位于直坡中部、坡頂和直坡中部、坡底。（3）駕駛員在城際道路不同坡度的直坡路段上坡行車和下坡行車時(shí)瞳孔面積分布存在一定離散性，說明駕駛員為持續(xù)緊張狀態(tài)。