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1、精品论文推荐基于驾驶员认知过程的交通标志有效性评价指标1隽志才，戴权，唐明 吉林大学交通学院，吉林长春 （130022） E-mail: zcjuan摘要：交通标志与驾驶员、车辆、道路环境构成了一个复杂的人机系统。基于人机工程学理论，给出了驾驶员认知模型框架，分析了人机系统中影响驾驶员认知的各影响因素及其相 互作用关系；对交通标志信息作用于驾驶员的过程进行了阶段性划分，将驾驶员的认知过程分为四个状态觉察、识读、决策、操作，阐述了各状态在人机系统中的相互关系；解析了四个状态中驾驶员加工、处理信息的过程，结合已有研究成果和大量的问卷调查，根据驾 驶员信息处理状态间的转移特性及其影响因素，从人机工程
2、学角度提取并建立了评价交通标志有效性的指标体系。研究成果可为交通标志的合理设计、设置及评价提供理论依据。 关键词：交通工程；评价指标；人机工效学；交通标志；有效性中图分类号：U491.11. 引言近年来，我国高等级道路网络体系建设取得长足发展，但作为道路工程附属设施的重要 组成部分，某些交通标志设计、设置的不合理或未能按路网结构的发展变化进行及时的更新 和完善，妨碍一些道路在路网体系中所承担功能的发挥。交通标志与驾驶员、车辆、道路环境构成了一个复杂的人机系统，其中驾驶员作为交通 标志的使用者，存在生理、心理上的复杂性，其信息处理过程和对标志的认知能力受系统中 其它因素的影响。驾驶员能否舒适、有
3、效的使用交通标志，最终反应交通标志设计和设置的 有效性。基于人机工程学理论，分析了驾驶员所处人机系统中各元素之间的关系，对信息作用驾 驶员的过程进行了阶段性划分，阐述了状态在这个人机系统中相互影响的关系； 解析了四 个状态中驾驶员加工、处理信息的过程，结合其它研究成果和大量的调查问卷，根据状态间 转移特性，从人机工程学角度提取了评价交通标志有效性的指标体系。研究成果为交通标志 的合理设计、设置及评价提供了理论依据。2. 驾驶员认知模型框架驾驶员与行车中所用到的交通标志、周围车辆、道路环境构成了人-机系统。图1为驾驶 员认知模型框架图。图 1 驾驶员认知模型框架图1本课题得到高等学校博士学科点专
4、项科研基金基于微观交通仿真的交通标志人机效率评价方法（2007AA11Z124）的资助。-5-战略模块中包含了驾驶员路线行程计划、对道路情况的预计及驾驶员选择道路的倾向。战术模块影响具体行程计划的改变，战略模块指导战术模块的制定。战术模块中包含着工作 记忆区，在驾驶员的记忆中保持着跟驾驶行为有关的因素，如当前的一些场景特征、行为目 标、当前驾驶状态等，决定了驾驶员将要采取的行为，从而完成一定目标，新的目标完成后 又形成另一幅场景图。感知模块和战术模块相互影响，相互作用，感知模块中道路情况、相 对速度、视觉分配影响着子目标的选择和驾驶行为的变换，形成的新场景构成了感知模块中 的要素。操作模块由当
5、前驾驶行为来描述，驾驶行为需要相应操作去调整、改变。感知模块 与操作模块相互影响，操作模块决定了车辆的运行参数，确定了其在道路中位置、速度等。 另外，道路环境也影响着感知模块，道路情况由道路环境构成，道路环境也影响着驾驶员注 意力的分配。3. 交通标志有效性评价指标的选取3.1 评价指标的获取方法对于主指标的选取，主要通过对驾驶员信息流动与加工过程的阶段划分选取状态，根据 每个状态确定主指标。然后再通过研究影响这些状态转移的因素，进一步将指标细化。研究 状态转移过程中，结合问卷调查分析状态中人机系统中各因素间相互影响关系，得到交通标 志人机效率的影响因素，确定为交通标志有效性的次级指标。3.2
6、 交通标志的人机效率指标的选取3.2.1 驾驶员发现交通标志环节的人机效率指标 交通标志为驾驶员提供信息建立在驾驶员发现交通标志的前提下。驾驶员使用标志，首先要发现它的存在，根据标志的设计特征和所处环境，将这一环节主指标定义为交通标志的显著性。影响当前状态转移到识读状态的因素也就是交通标志显著性主指标下面的次级指 标。交通标志的显著性根据工程心理学的注意分类（有意注意、无意注意）有两种显著性： 一种是驾驶员没有主动寻找标志情况下，标志对驾驶员注意的吸引力，称为无意注意显著性； 另一种是驾驶员有意识寻找标志时，标志能够被快速和可靠地定位的能力，称为有意搜索显 著性1。即驾驶员在注意交通标志的过程
7、中，对有些标志会有意搜索，例如警告标志和限速 标志等，对有些标志则是无意注意的。标志的显著性不仅和标志本身的特征参数有关，它是标志、背景和驾驶员自身特征等因 素综合交互作用的结果。经过已有研究成果（23456）和实际调查的分析总结，相关 的指标可由人、标志、车、环境四个方面构成，具体指标为驾驶员的感知距离、标志的尺寸、 遮挡程度、背景对比度。具体如表 1 所示。表 1 驾驶员发现标志的人机效率指标主指标次级指标交通标志的显著性感知距离标志尺寸遮挡程度背景对比度由驾驶员的问卷调查结果得知，驾驶员认为在四个指标中遮挡程度最能反映交通标志的 显著性，其次分别为背景对比、觉察距离、标志尺寸。3.2.2
8、 驾驶员识读交通标志环节的人机效率指标 驾驶员发现标志后转移到识读状态，这个子过程决定着驾驶员识读交通标志环节的顺利完成，可将识读交通标志环节的人机效率主指标定义为交通标志的易识读性。驾驶员能否较易识读标志内容有主客观两方面的原因，主观方面如驾驶员自身的的视 力、反应灵敏度等，客观方面主要是标志所处的位置因素，如设置的位置能否提供足够的识 读距离。主、客观方面影响驾驶员识读标志的因素组成了这一环节的指标集。从信息论的观点来看，标志的易辨性、识读距离解决了信息传输通道的畅通性问题，信 息流动到大脑中需要暂时记忆，是否方便记忆也是信息获取的关键。即影响标志识读性的具 体指标为驾驶员的识读距离、标志
9、的易辨性和易记性。具体如表 2 所示。表 2 驾驶员识读标志的人机效率指标主指标次级指标交通标志的易识读性标志易辨性识读距离标志易记性识读距离是从发现交通标志到把信息全部读完的距离，跟车速、认读速率、识读时间有 关78；标志信息难于辨别会加重驾驶员的视觉负荷，标志的易辨性体现了标志信息传输通 道的畅通问题9；而驾驶员接收标志信息需要对信息存储，标志提供的信息是否与驾驶员在 动态环境中大脑存储容量相匹配还需要进一步研究，即交通标志信息易记性 10。驾驶员问卷调查结果得知，驾驶员认为在这三个指标中识读距离最能反映交通标志的易 识读特性，其次分别为易辨性和易记性。3.2.3 影响驾驶员判断及决策的人
10、机效率指标 从使用者的角度，驾驶员决策的过程也是信息加工的过程，根据使用者已有的知识及背景理解觉察、识读到图标。事物状态具有信息量的大小，与该事物可能出现的不同状态的数目及状态出现的概率大小有关。能提供给驾驶员作决策依据的是信息，信息量大小是衡量驾 驶员决策容易程度的重要指标，信息量太大的标志不容易被解码，而使人产生歧义。另外标 志连贯性使驾驶员从知觉上形成时空连续性、合理的预期感知和一定的感知深度，利于驾驶 员的决策。即从信息被处理、加工角度分析，标志信息量的大小、标志连贯性程度是评价驾 驶员决策容易度的两个指标，易决策性是评价交通标志有效性的主指标之一。驾驶员决策环 节交通标志人机效率指标
11、如表 3 所示。表 3 驾驶员决策环节的人机效率指标主指标次级指标易决策性信息量大小标志连贯性驾驶员问卷调查结果得知，驾驶员认为在这两个指标中信息量大小最能反映易决策性， 其次为标志连贯性。3.2.4 影响驾驶员操作的人机效率指标 驾驶员作出的决策内容，即是相应的驾驶操作序列，驾驶员对标志内容的重视、不重视、遵守、不遵守，都对应不同的操作，决策内容影响操作环节做何操作，操作完成后结果如何等。完成期望目标的程度体现了驾驶员操作阶段标志的有效性，采用易遵守性作为主指标来 描述。从调查问卷结果来看，驾驶员不遵守、忽视交通标志主要有两个方面的原因：主观不愿 意遵守标志和客观条件影响变换行为成功。主观方
12、面的原因如缺乏交通警察监督，标志要求与实际路况不符合，遵守标志会耽误行程时间等；客观方面的是没有及时理解标志或错误理解标志、车速快、道路条件复杂、变换操作距离不够等原因。 驾驶员主观上遵守标志指示，采取相应操作，最终与预定目标是否相符与足够的操作距离有关。驾驶员操作环节交通标志人机效率指标如表 4 所示。表 4 驾驶员操作环节的人机效率指标主指标次级指标易遵守性主观服从度操作距离驾驶员问卷调查结果显示，驾驶员认为在以上两个指标中操作距离最能反映交通标志的 易遵守性，其次分别驾驶员主观服从度。3.3 交通标志有效性的指标体系综合上述与驾驶员认知过程各状态对应的交通标志人机效率指标，得到的影响交通
13、标志 有效性的评价指标体系如图 2 所示。图 2 交通标志有效性评价指标体系为比较各主指标相对于交通标志有效性的重要程度，对驾驶员进行了问卷调查，结果得 知，驾驶员认为在四个指标中易决策性最能反映交通标志的有效性，其次分别为交通标志显 著性、易遵守性、易识读性。4. 结论从人机工程学角度出发，分析了驾驶员使用标志过程中信息的传递，将驾驶员的认知过 程分为四个状态觉察、识读、决策、操作，总结已有研究成果，本着“以人为本”的理念， 从四个转移状态中选取了影响交通标志有效性的因素，得出了影响交通标志有效性的指标体 系。由于各类别标志之间有时相互影响，本文的立足点也是评价整条路交通标志的有效性， 建立
14、的评价指标体系是高度综合了所有类别的交通标志。参考文献1 Mikko Rasanen, Heikki Sammala. Car Drivers Adjustments to Cyclists at RoundaboutsJ. TransportationHuman Factors, 2000, 2(1): 1-17.2 潘晓东，林雨，郭雪斌逆光条件下交通标志的可视距离研究J公路交通科技, 2006, 23（5）：119-1203 Mace, D.J., Garvey, P.M., Heckard, R.F. Relative visibility of increased legend siz
15、e vs. brighter materials for traffic signsR. RD-94-035, Rep. Washington D.C.: FHWA, 1994.4 BURNS DM, PAVELKA LA. Visibility of Durable Fluorescent Materials for Signing ApplicationsJ. ColorResearch and Application, 1995, l20 (2):108-116.5 Hummer, J.E. and C.R. Scheffler. Driver Performance Compariso
16、n of Fluorescent Orange to Standard OrangeWork Zone Traffic SignsJ. Transportation Research Record 1657, 1999, pp. 55-62.6 Frank Schieber, Charles H. Goodspeed. Nighttime Conspicuity of Highway Signs as a Function of Sign Brightness, Background Complexity and Age of ObserverC. Pro. of Human Factors
17、and Ergonomics Society Annual Meeting ,1997(5): 1362-1366.7 Frank Schieber. Using the “Blur Tolerance” Technique to Predict and Optimize the Legibility Distance ofSymbol Highway SignsC. Proceedings of the Human Factors Society, 1994: 912-915.8 林雨，潘晓东，方守恩指路标志信息量与认知性关系研究J交通运输工程与信息学报, 2005, 3（3）：73-779
18、 Frank Schieber. Highway Research to Enhance the Safety and Mobility of Older Road UsersR. Pro. ofTransportation in an Aging Society: A Decade of Experience, 2000: 25-154.10 Yung-Ching Liu. A simulated study on the effects of information volume on traffic signs, viewing strategies and sign familiari
19、ty upon drivers visual search performanceJ. International Journal of Industrial Ergonomics,2005, 35 (12): 1147-1158.Evaluation Indexes of Traffic Signs Effectiveness Based onDrivers RecognitionJuan Zhicai, Dai Quan, Tang MingTransportation College, Jilin University, Changchun (130022)AbstractTraffic
20、 signs, drivers together with vehicles and environment compose a complicated man-machinesystem. Based on the theory of ergonomics, drivers recognition processing model was provided, and factors and their mutual effect on drivers perception were analyzed under this model. The course of handling and p
21、rocessing information of drivers was divided into four phases, including signs discovery, signs reading, information processing and decision-making, reaction operation, whose relation and drivers process during them were analyzed. Integrating the achievements of large-scale survey and existed studies, appropriate indexes from the angle of ergonomics were select to construct an indexes system for the efficiency evaluation of traffic signs.Keywords:Traffic engineering; Evaluation index; Ergonomics; Traffic sign; Effectiveness作者简介：隽志才，男，1954 年生，工学博士，教授，主要研究方向是交通运输系统规划。
