為優(yōu)化高速公路施工路段減速警示效果，文章基于可供性理論，遴選設(shè)計(jì)樣式、尺寸、設(shè)置間距、閃爍頻率、間距五個(gè)因素，用混合正交試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)問(wèn)卷，71名被試者從感知效果、認(rèn)知效果、危險(xiǎn)程度三個(gè)方面給出分值，并通過(guò)綜合平衡法獲得最佳組合方案。針對(duì)問(wèn)卷無(wú)法確定的警示設(shè)施參數(shù)，進(jìn)一步基于模擬駕駛構(gòu)建了作業(yè)區(qū)基本場(chǎng)景，組織了駕駛模擬試驗(yàn)并采集數(shù)據(jù)，分析預(yù)警距離、系統(tǒng)控制方式和占道位置三個(gè)因素對(duì)于駕駛員行為的影響，結(jié)果顯示：警示設(shè)施預(yù)警距離使駕駛速度在距離施工區(qū)600 m、500 m、400 m點(diǎn)位有顯著降低；預(yù)警距離對(duì)換道位置有顯著影響，提前800 m設(shè)置預(yù)警與提前400 m相比，駕駛?cè)似骄鶕Q道位置提前148.79 m；控制方式與占用車道的交互作用對(duì)換道位置有顯著影響，在占用行車道的場(chǎng)景中，相比于整體車道控制方式，采用分車道控制方式的換道位置提前了189.00 m。研究揭示了警示參數(shù)對(duì)于駕駛員主觀感受及車輛運(yùn)行規(guī)律的影響，對(duì)工程實(shí)踐具有指導(dǎo)作用。

交通安全；高速公路；可供性理論；駕駛模擬；正交設(shè)計(jì)

U415.2A070223

作者簡(jiǎn)介：

李欣遙（1998—），助理工程師，主要從事高速公路改擴(kuò)建工程安全管理、交通組織管理、涉路施工管理工作。

0" 引言

高速公路施工路段由于道路條件發(fā)生突變，易引發(fā)交通事故。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，施工路段事故率明顯高于其他高速公路路段［1］。為保證行車安全，在工程實(shí)踐中采用了多種減速警示促使駕駛員提前控制車速，以降低事故率。研究高速公路減速警示效果，可為施工路段警示設(shè)施設(shè)置及安全保障措施實(shí)施提供依據(jù)。

隨著智能交通與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，近年來(lái)智慧化公路警示系統(tǒng)獲得了應(yīng)用。Hua W等［2］開發(fā)了可沿車道線安裝在路面的智能道路螺栓，利用地磁傳感器實(shí)現(xiàn)多車輛識(shí)別；阮太元等［3］設(shè)計(jì)了低能見度下快速路車路協(xié)同的路側(cè)主動(dòng)發(fā)光設(shè)施；陳廣輝［4］研究了一種適用于高速公路施工區(qū)的碰撞預(yù)警系統(tǒng)，將智能監(jiān)測(cè)預(yù)警計(jì)數(shù)與公共出行平臺(tái)預(yù)告、安全運(yùn)管平臺(tái)監(jiān)管結(jié)合?，F(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)部分警示設(shè)施的影響效果進(jìn)行了研究：Kristin K等［5］研究表明，警示燈光以連續(xù)方式閃爍，駕駛?cè)四芨鼫?zhǔn)確地識(shí)別工作區(qū)變道錐；Domenichini等［6］在駕駛模擬器中測(cè)試了交叉口不同信息符號(hào)和知覺(jué)處理措施對(duì)駕駛?cè)朔磻?yīng)行為的影響；馬志政等［7］結(jié)合心理認(rèn)知行為模型和行車中停車視距計(jì)算方法對(duì)警告標(biāo)志的設(shè)置位置進(jìn)行了分析。

受警示設(shè)施影響的駕駛員行為變化主要體現(xiàn)在速度調(diào)節(jié)方面，這在文獻(xiàn)中進(jìn)行了廣泛研究。Zhao等［8］在駕駛模擬器的車聯(lián)網(wǎng)測(cè)試平臺(tái)，分析了不同能見度下駕駛員受警告后的車速調(diào)整特征；Williams等［9］研究了不同顏色設(shè)置、亮度水平和閃爍信標(biāo)對(duì)駕駛速度特征的影響；Khondaker等［10］從微觀角度研究個(gè)體駕駛行為VSL算法，以提高駕駛員車速設(shè)定的合理性。

上述文獻(xiàn)雖然對(duì)應(yīng)用后的警示效果進(jìn)行了對(duì)比研究，但對(duì)于設(shè)施間距、設(shè)計(jì)樣式、設(shè)置位置等參數(shù)仍缺少量化研究。因此，本研究基于可供性理論與問(wèn)卷研究，初步確定智慧警示設(shè)施的試驗(yàn)參數(shù)，再通過(guò)駕駛模擬器試驗(yàn)進(jìn)一步研究預(yù)警距離、系統(tǒng)控制方式和占道位置三個(gè)因素對(duì)于駕駛員行為的影響，提出了優(yōu)化設(shè)置方案，為工程實(shí)踐提供了科學(xué)依據(jù)。

1" 車速警示的可供性分析

可供性理論（Theory of Affordances，TOA）認(rèn)為，人能感受并行動(dòng)是由于外界事物從多個(gè)層面提供了行為的可能［11］。從感官層面看，高速公路交通安全設(shè)施的設(shè)計(jì)樣式、間距、尺寸等因素均具有影響作用，可在感官層面帶給駕駛?cè)瞬煌男睦砀杏X(jué)和象征［12］。從認(rèn)知啟示層面看，交通安全設(shè)施的設(shè)計(jì)樣式、閃爍頻率等因素與駕駛?cè)说男畔⒗斫夂惋L(fēng)險(xiǎn)感知有關(guān)［13］。物理屬性層面，各系統(tǒng)之間盡管存在差異，但實(shí)現(xiàn)原理相似。功能層面，警示系統(tǒng)均不會(huì)影響道路的基本功能。綜上，通過(guò)可供性分析，設(shè)置參數(shù)應(yīng)包括預(yù)警設(shè)施的設(shè)計(jì)樣式、間距、設(shè)置位置、尺寸、閃爍頻率幾個(gè)方面。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)初步確定參數(shù)范圍。設(shè)計(jì)樣式方面，初步選取了漢字、純色、圖形3種方案，如圖1所示。設(shè)置位置方面，考慮到龍門式布置布線困難且成本極高，提出了路側(cè)信號(hào)與路面道釘同時(shí)警示、路側(cè)信號(hào)警示兩個(gè)方案。設(shè)置尺寸采用了大、小兩種水平（路側(cè)信號(hào)燈20個(gè)/40 cm，路面道釘10個(gè)/15 cm）。設(shè)置間距方面，參考國(guó)標(biāo)規(guī)定考慮了15 m、30 m兩種間距水平［14］。閃爍頻率參考常用方案，采用1 Hz和2 Hz兩種方案。

（a）漢字方案

（b）純色方案

（c）圖形方案

高速公路施工路段減速警示效果試驗(yàn)研究/李欣遙，李" 標(biāo)，梁健健，朱" 彤

2" 問(wèn)卷測(cè)試及結(jié)果

2.1" 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先進(jìn)行視頻問(wèn)卷試驗(yàn)，通過(guò)被試者觀看視頻并填寫問(wèn)卷的方式分析方案組合，試驗(yàn)參與者共71位，年齡分布在21～53歲，其中男性41名，女性30名，身體狀況均良好，均具有C1及以上駕駛證，駕齡均＞1年。模擬道路為雙向四車道高速公路，設(shè)計(jì)速度100 km/h。道路兩側(cè)及中央分隔帶均設(shè)置有鋼護(hù)欄。模擬道路駕駛時(shí)間為天氣晴朗、光照良好的晝間。最終確定的研究參數(shù)，4個(gè)因素為2水平，1個(gè)因素為3水平。結(jié)合以往研究根據(jù)混合正交表L12（31×24）進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。參與者每觀看完1個(gè)場(chǎng)景視頻需要從視覺(jué)感知效果、認(rèn)知效果和危險(xiǎn)程度3個(gè)方面（均為10分制）對(duì)每個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行評(píng)分。

2.2" 試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)各駕駛?cè)嗽u(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，將評(píng)分變換至區(qū)間［0，1］內(nèi)。采用綜合平衡法，得到每個(gè)因子的影響因素排序和最佳水平組合。12個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)景的正交數(shù)據(jù)分析結(jié)果見表1。由表1得出各因素水平的k值，信息類型列的k1值為文字類均值，k2值為圖形類均值，k3類為純色均值，后續(xù)各列k值為本列各水平均值。選擇各水平中得分最高的，形成最佳組合為A3B1C1D1E1，同理可得到認(rèn)知效果和危險(xiǎn)效果最佳方案組合。綜合三種情況結(jié)果，最優(yōu)的組合選取A1B1C1D1E1。

3" 基于駕駛模擬的警示效果試驗(yàn)

基于駕駛模擬設(shè)計(jì)試驗(yàn)進(jìn)一步研究其他關(guān)鍵參數(shù)布設(shè)的警示效果及對(duì)駕駛行為的影響。

3.1" 模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次模擬駕駛試驗(yàn)設(shè)置施工區(qū)為試驗(yàn)典型場(chǎng)景?？紤]選取預(yù)警距離、控制方式和占道位置3個(gè)因素。試驗(yàn)因素和水平具體見表2。

試驗(yàn)場(chǎng)景道路全長(zhǎng)20 km，包含8個(gè)直線段和7個(gè)曲線段。如圖2所示。

本次場(chǎng)景設(shè)計(jì)警告區(qū)長(zhǎng)度設(shè)置為1 200 m，漸變區(qū)模擬場(chǎng)景設(shè)置為120 m，緩沖區(qū)設(shè)置為80 m，下游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度設(shè)置為20 m，施工區(qū)場(chǎng)景中終止區(qū)設(shè)置為30 m。

為研究設(shè)置駕駛行為差異，本次研究還在占用行車道和超車道的情況下分別設(shè)置一個(gè)基礎(chǔ)場(chǎng)景。采用正交表L4（23）設(shè)計(jì)后的試驗(yàn)方案和加入方案后的試驗(yàn)場(chǎng)景總方案如表3所示。

在進(jìn)行施工區(qū)場(chǎng)景搭建時(shí)，將表3中6種水平組合隨機(jī)排序3次，形成3個(gè)場(chǎng)景序列，然后按照3個(gè)場(chǎng)景序列搭建3個(gè)場(chǎng)景，以消除固定順序帶來(lái)的影響。最終搭建起來(lái)的施工區(qū)場(chǎng)景如圖3所示。

3.2" 試驗(yàn)設(shè)備與流程

通過(guò)模擬仿真駕駛程序?qū)崿F(xiàn)場(chǎng)景搭建及模擬駕駛。駕駛模擬器由顯示器、兩組音響設(shè)備、羅技駕駛模擬轉(zhuǎn)向盤和控制裝置，駕駛座椅和相關(guān)配件組成。試驗(yàn)場(chǎng)景是采用UC-win/road軟件搭建。

本次模擬駕駛試驗(yàn)招募了35位參與者，參與者包含男性25名，女性10名，男性占總?cè)藬?shù)比例的71.4%。施工區(qū)場(chǎng)景數(shù)據(jù)采集點(diǎn)為警告區(qū)前方200 m開始到工作區(qū)結(jié)束，每100 m采集一次數(shù)據(jù)，共計(jì)18個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。采集數(shù)據(jù)包括：模擬駕駛車輛實(shí)時(shí)位置、速度、加速度、所在車道、加速踏板行程、剎車踏板行程。

4" 駕駛模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析

4.1" 車速分析

由距離施工區(qū)600 m、500 m、400 m三處數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，預(yù)警距離因素對(duì)車速具有顯著影響（Plt;0.05），在其他位置均沒(méi)有顯著影響。由于車速受到預(yù)警距離的影響，可提前預(yù)警位置，使車輛速度在600～400 m處開始明顯降低。

4.2" 換道位置分析

在施工區(qū)場(chǎng)景中，駕駛?cè)双@取道路施工信息后，降低速度的同時(shí)還需要進(jìn)行換道來(lái)離開工作區(qū)占用車道。因?yàn)檎加密嚨赖牟煌?，駕駛?cè)丝赡芤驗(yàn)樵谛熊嚨篮统嚨缹?duì)于危險(xiǎn)的感知不同，對(duì)換道行為有所影響。如圖4所示為施工區(qū)6種場(chǎng)景的換道位置箱圖。

由圖4可知，施工區(qū)換道位置在各場(chǎng)景之間存在差異，考慮控制方式、預(yù)警距離及道路事件占用車道三因素都可能影響駕駛?cè)藫Q道位置，故采用三因素方差分析來(lái)研究各因素及其交互作用對(duì)換道行為的影響。方差分析結(jié)果顯示預(yù)警距離（P=0.008）以及控制方式和占用車道的交互作用（P=0.022）對(duì)換道位置影響顯著。

5" 結(jié)語(yǔ)

（1）本文基于可供性理論遴選出了信息類型、大小、位置、閃爍頻率、間距5個(gè)因素，選用混合正交試驗(yàn)方法對(duì)水平進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查。

（2）通過(guò)綜合平衡法對(duì)問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)分析，從感知效果、認(rèn)知效果以及危險(xiǎn)程度等方面，得出各因素水平最佳的方案組合為：信息類型為文字信息，設(shè)置位置為路面路側(cè)、閃爍頻率采用2 Hz、選用15 cm尺寸，道釘間間距設(shè)置為15 m。說(shuō)明在不同的警示方式下，駕駛員的感知效果、認(rèn)知效果以及危險(xiǎn)程度具有明顯差異。

（3）駕駛模擬試驗(yàn)進(jìn)一步表明，預(yù)警距離對(duì)速度具有顯著影響，提前800 m設(shè)置警示設(shè)施，可使車輛在距離施工區(qū)600～400 m處有明顯減速；不同場(chǎng)景的換道位置有明顯差異，提前800 m設(shè)置預(yù)警與提前400 m設(shè)置預(yù)警相比，平均換道位置提前148.79 m。在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能地提前設(shè)置預(yù)警，更有利于運(yùn)行安全。

（4）研究也存在一些不足之處，由于招募的模擬駕駛員年齡集中在中青年階段，因此前述結(jié)論適用范圍為中青年駕駛員，后續(xù)研究宜對(duì)老年駕駛員車速警示效果進(jìn)行比較研究。

［1］SRINIVASAN S，CARRICK G，ZHU X，et al.Analysis of crashes in freeway work zone queues：A case study［R］.Transportation Research Center，2008.

［2］HUA W，WEI Q，WASHINGTON Y O.Smart road stud based two-lane traffic surveillance［J］.Journal of Intelligent Transportation Systems，2020，5（24）：480-493.

［3］阮太元，蔡雄友，陳虹安.低能見度下快速路車路協(xié)同及行車安全預(yù)警系統(tǒng)［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2017（16）：268-269.

［4］陳廣輝.高速公路維養(yǎng)施工區(qū)安全預(yù)警系統(tǒng)研究［J］.公路，2020（10）：322-326.

［5］KRISTIN K，NICHOLAS P S，JOHN D，et al.Driver behavior in response to flashing lights［J］.Transportation Research Record，2019（3）：1-15.

［6］DOMENICHINI L，LA T F，BRANZI V.Speed behaviour in work zone crossovers.A driving simulator study［J］.Accident Analysis amp; Prevention，2017（98）：10-24.

［7］馬志政，楚彭子.基于駕駛?cè)诵睦碚J(rèn)知行為模型的道路警告標(biāo)志設(shè)置優(yōu)化［J］.價(jià)值工程，2016，35（33）：91-92.

［8］ZHAO X H，XU W X， mA J m，et al.Effects of connected vehicle-based variablespeed limit under different foggy conditions based on simulated driving［J］.Accident Analysis amp; Prevention，2019（128）：206-216.

［9］WILLIAMS B，GIBBONS R， mEDINA A，et al.Visibility of a color variable message sign in the fog［R］.Proceedings of the Transportation Research Board 94th Annual meeting，2015.

［10］KHONDAKER B，KATTAN L.Variable speed limit：a microscopic analysis in a connected vehicle environment［J］.Transportation Research Part C：Emerging Technologies，2015（58）：146-159.

［11］HARSTON H R.Cognitive，Physical，and Perceptual affordances in interaction design［J］.Behaviour and Information Technology，2003，22（5）：315-338.

［12］徐洪亮，張?zhí)?，唐伯明，?基于顏色視覺(jué)的道路交通安全色彩體系設(shè)計(jì)［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，28（1）：105-107，115.

［13］RONCHI E，NILSSON D， mODIG H，et al.Variable message signs for road tunnel emergency evacuations［J］.Applied ergonomics，2016（52）：253-263.

［14］GB 51038-2015，城市道路交通標(biāo)志和標(biāo)線設(shè)置規(guī)范［S］.

20240429