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事故分析与预防39 (2007)69-78
感知速度调节对速度感知、选择和控制的影响:隧道壁特性和影响
n .印迹，印迹，印迹印迹解析
美国明尼苏达州明尼阿波利斯市教堂街111号机械工程学院1100人文优先项目b
中佛罗里达大学，佛罗里达奥兰多，佛罗里达32826
2005年10月27日收到;2006年5月19日收到的修订表格;2006年6月14日接受申请
一个
摘要
目前的工作试图确定的类型的视觉模式和存在的纹理应用于运输隧道墙壁不同的影响驾驶性能。研究人员让32名参与者在模拟的运输隧道环境中选择速度和速度控制。参与者经历了三种视觉模式，包括垂直部分的减少，增加，并在整个隧道长度中保持恒定的宽度。参与者还驾驶了一个没有视觉模式的基线控制条件。这些条件中的每一个都呈现出均匀纹理或不均匀纹理。结果表明，驾驶员在宽度逐渐减小的视觉模式下，车速逐渐降低;在宽度逐渐增大的视觉模式下，车速逐渐增大。纹理的存在降低了整体的行驶速度。结果表明，驾驶员对速度的感知以及随后对这种感知的反应被隧道壁上表现的视觉模式和纹理所改变。讨论了交通工程师所能获得的明显的速度控制机会。
copy;2006爱思唯尔有限公司保留所有权利。
关键词:速度维护;速度知觉;隧道;视觉感知;调速
1.介绍
对许多司机来说，保持正确的速度仍然是一个挑战，2003年美国有31%的致命车祸是由超速造成的。与这些行为相关的成本估计为404亿美元(国家公路运输安全管理局，2003)。这是由于这种形式的行为的普遍性,其影响的生命损失和伤害,和高社会财务成本与不适当的维修速度,有必要识别潜在的超速对策和更好的理解他们的影响的性质和程度。从理论的角度来看，影响驾驶员在各种环境中保持适当速度的能力也很重要。在典型驾驶环境中对这些要素的性质和范围的识别
lowast;通讯作者。电话: 1 612 625 0447;传真: 1 612 624 8930。
电子邮件地址:mikem@me.umn.edu (m.p.m anser)， phancock@pegasus.cc.ucf.edu (P.A. Hancock)。
影响驾驶员对速度的感知和随后的速度选择的因素可以用来更好地理解感知和动作之间的一般关系，这在相关领域的研究中得到了证明(Hancock and Manser, 1997;Manser和Hancock, 1996)。这些信息可以用于开发准确的人类整体性能预测模型，用于交通运输以外的领域。在实际应用中，从理论研究中获得的信息和开发的模型适用于现实驾驶环境，可以促进道路设计，促进交通流和安全的最佳水平。此类项目的例子可以在诸如驾驶员感知和停止视线距离等不同主题的工作中找到(Fambro等，1998;以及驾驶员眼高与道路设计之间的关系(Fitzpatrick et al.， 1998)。通过理论研究和实际应用相结合的方法，对高速公路的速度调节对策进行了有效而有益的探索，以创造安全的驾驶环境。
调节车辆速度的对策通常包括改变驾驶环境的物理特征
0001-4575/$ -见copy;2006爱思唯尔有限公司保留所有权利。doi: 10.1016 / j.aap.2006.06.005
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促进车手达到和保持标准速度的能力。这些操作首先可以被归类为静态形式，其中包括各种各样的例子，例如为降低驾驶员速度和提高安全性而实施的环形车道(Retting et al.， 2001)和用于提醒驾驶员需要减速的轰鸣声带(Fitzpatrick et al.， 2002)。其次，动态对策包括例子，如速度标志通知司机他们当前的速度相对于标准速度(Rose和Ullman, 2003)，甚至在司机经常违反速度规定的地方放置公共安全人员。每一种形式的对策都是有用的，但主要的缺点是与安装、使用和长期维护和操作相关的高成本和努力。
根据视觉感知的概念是一个重要的信息来源的司机(西瓦克,1996)和感知起着影响作用在推动(希夫和Arnone, 1995, pp。1-27)预计是逻辑的直接操作环境,影响视觉感知联系在一起,导致司机的变化速度达到或维持的能力标准。以前在这一领域的工作主要是对一系列横筋的间距和宽度进行控制，这些横筋被称为路面模式，通常应用于道路表面。为了视觉化的目的，路面模式也被放置在驾驶环境的墙壁上(Carmody, 1996)，由于这些视觉设备的多面性，它们在当前的工作中被称为视觉模式。通过控制视觉图形，使其宽度在横过一段道路时呈线性减少，这样，如果驾驶员保持标准速度，横杆之间形成交点的边缘将以越来越高的速度超过驾驶员。据推测，驾驶员会将逐渐增加的边缘速率视为车辆速度的逐渐增加，并且由于保持预先确定的速度的动机，他们会减慢车辆的速度。在当前的工作中，我们将这一概念定义为“感知速度调节”(PSR)，因为感知和动作在速度调节能力中扮演着重要的角色。对PSR进行检测的一些最早的实验室工作是由丹顿(1966年、1976年、1980年)进行的。其中几个实验的一般方法是让参与者驾驶一个低保真度的驾驶模拟器，通过存在各种视觉模式的环境。在接触这些视觉模式时，参与者被要求将速度降低一半。这些研究的结果普遍表明，不同的视觉模式对驾驶员的速度感知和随后实现预期目标的能力有不同的影响。
实验室的阳性结果似乎得到了现场工作的证实，尽管在不同的测试环境中，影响的程度并不一致。苏格兰M8高速公路上的新桥环岛由于高速的入口速度而发生了很高的撞车率。Denton(1980)将早期实验室工作中使用的视觉模式应用到环岛平均入口速度降低12.8公里/小时之前的区域。Argent(1980)也报道了通过在一个陡峭的曲线之前应用视觉模式对平均速度降低(夜晚和白天结合)10.3公里/小时的显著效果。Ito(1995)(引用Griffin和Reinhardt，
1996年)还报告说，在日本6个与采用线形视觉图案相关的地点，事故发生率显著降低，从14.5%降至73.7%。虽然撞车率的显著降低是重要的，但由于其中一些研究报告缺乏具体的速度变化资料，因此无法对路面模式本身的性质和效果进行有意义和一致的比较。最近，Drakopoulos和Vergou(2003)报告称，在一段相对笔直的高速公路尽头，以线形标志形式应用的视觉模式使车速降低了24.14公里/小时。然而，这些结果与其他研究形成了对比，其他研究由于视觉模式的应用而显示出相对较小的影响。例如,一个规模虽小但重要的3公里/小时平均速度减少报道(Zaidel et al ., 1986)当视觉模式应用到一个十字路口,平均速度的方法减少2.02 km / h时观察到类似的模式被应用到高速公路出口匝道的(克和杜瓦,1987)。虽然这些发现确实表明了视觉模式的积极作用，但很明显，这种影响的程度和程度是不一致的，更重要的是，视觉显示的关键控制因素在很大程度上仍未得到识别。
虽然以前的PSR研究结果似乎是有前途的，尽管不一致，但由于研究方法和视觉图形-背景方面的一些限制，这种方法的实用性还没有得到充分的证明。最重要的研究方法局限性与潜在的霍桑效应(兰迪,1989年,页。443 - 449年)表明性能变化可能是由于简单的实验操作的存在激励个人但不与任何明确的底层信息处理机制。以往的研究通常采用的设计，其中驾驶性能安装之前和之后的视觉模式进行比较。虽然这种设计可以检测出前后的性能差异，但它无法确定这些变化是由于PSR、由于警告和惊吓效应，还是仅仅由于新视觉模式的激发而引起的。后一种解释假设先前由Maroney和Dewar(1987)和Griffin和Reinhardt(1996，第48页)提出。区分这些影响发生的原因是很重要的，因为驾驶性能模型可以更容易地开发，更准确，并提供更大的适用性，以设计真实的道路环境，如果他们是基于因素，可以唯一地确定，区分和预测。
第二个方法上的限制可能与向均值的回归有关(Cohen and Cohen, 1983)。在目前的情况下，从一个测量间隔到另一个测量间隔的高碰撞率或速度的降低可能仅仅是由于自然变化，而不一定是由于实验操作本身。因此，一种观察到高碰撞率或速度变化的事后测量技术可能只是检测自然变化(即每一次测量之间的时间效应的大小。
在之前的研究中，有几个背景因素没有得到充分的解释
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在统计上有显著的下降，但在实际中可能没有显著的下降。一个突出的考虑是呈现给参与者的视觉模式所包含的视野。几项将视觉模式应用到道路上的研究发现，速度变化相对较小(即， 2至10公里/小时)(Argent, 1980;马罗尼和杜瓦，1987年;而将视觉模式应用于整个视野的其他研究则观察到更大的变化是速度(即速度)。(丹顿，1980)。的联合研究表明主观速度估计的准确性(1988年大阪,45 - 54页。)和time-to-collision估计(卡瓦略和劳伦特,1988)减少限制正常的视野条件相比,这并不令人惊讶的大小对速度的影响根据视场大小的不同,有很大变化。正是由于不同视野的潜在重要影响，才有必要保持这个变量不变，以提供更可靠、更准确的数据，说明视觉模式对驾驶行为的影响。
在陆地交通环境中，与感知速度相关的研究工作中没有涉及的第二个显著特征是，在应用视觉模式的表面上存在纹理。大阪(1988，第51页)研究了白天和夜间的视野对驾驶员速度估计能力的影响，并指出速度估计可能会在夜间、光照减少或对比度降低的情况下受到影响，因为整体纹理梯度的丢失。这一观察表明，驾驶员积极地使用纹理作为速度估计和速度调节的信息来源，随着纹理的显著性增加，底层视觉模式提供的信息变得不那么显著。相对于现有的研究，不一致的发现可能是由于不同程度的纹理梯度和随后的纹理突出，这一因素在大多数这些研究中仍然不受控制。
第三，之前的研究将速度作为PSR的唯一行为结果。虽然这是一个重要的因素，对整体安全，我们认为，可能存在额外的行为变量，可能会受到视觉模式的影响，并有助于在驾驶环境的整体安全水平。例如，增加速度保持的一致性或司机表现出的最大加速能力的显著降低，将有助于交通顺畅，并减少由于速度差异较大而造成的车辆间碰撞的倾向。
根据我们所作的观察，目前的研究工作有四个主要目标:(1)确定的性质和程度的影响,在司机的视觉模式设置和保持速度的能力,(2)调查是否纹理应用到驾驶环境作为信息来源,可用于调节速度,(3)确定底层机制包含PSR的影响,和(4)地址标识的研究方法和背景考虑限制在先前的研究。在本实验中，参与者在试图保持标准速度的同时，通过一个标准的运输隧道。应用了四种不同的视觉模式
到隧道墙与每个有纹理和无纹理对应。行为结果测量分为速度选择和速度控制，以更好地描述视觉模式在PSR上的性质、程度和潜在机制。
2.方法
2.1。参与者
本研究的参与者为14名女性和18名男性，年龄在18到27岁之间(平均值为20.28，标准偏差为1.84)，他们是从明尼苏达大学的教职员工和学生中招募的。这些参与者被分为两组，与隧道墙壁的纹理模式一致。在non-texture主客体之间组有七个女性(年龄范围= 19日至22日,意味着= 20.86,标准差= 1.35)和八个男性(年龄范围= 18 - 23,意味着= 20.13,标准差= 1.73)在结构条件下有七个女性(年龄范围= 19-27,意味着= 20.86,标准差= 2.79)和10个男性(年龄范围=在18到22岁,意味着= 19.6,标准差= 1.35)。参加者并没有因为他们的参与而获得任何金钱补偿或学分。参与者拥有有效的明尼苏达州或威斯康星州的驾照，20/40的视力或矫正为20/40的视力，并且没有已知的可能影响本研究表现的身体或认知限制。
2.2。装置
2.2.1。驾驶环境模拟器
本研究是在一个全方位驾驶环境模拟器(DES)中进行的，以最大限度地进行实验控制，并减少多余变量的潜在干扰。DES由一个球形钢和木制穹顶结构组成，在内墙上，贴上了八个白色玻璃纤维屏幕。每个屏幕的高度为250厘米，从地面向上延伸，并与相邻的屏幕合成，所以它似乎有一个单独的屏幕包裹360◦围绕司机和车辆。驾驶场景呈现给参与者是由领导者容易Scenecomputer软件,由硅谷图形生成IncorporatedOnyx计算机(Realityengine),并通过三个加热器——预计trohome ecp - 3100投影仪的弧形墙DES。这三个图像投影在墙上合成来创建一个图像的弧的视野165垂直水平和55◦◦参与者。reg; reg; 2 reg; 参与者坐在司机座位上
一个全尺寸的1985年Acura Integra RS的座位位于DES的中心，并拥有完全控制的加速，刹车和转向。一个国家仪器模拟数字转换操作在adell100 MHzcomputercollectedx, y, z, roll, pitch，和yaw数据从车辆和转发这些信息到硅图形公司的onyx计算机。reg; 然后，这些数据被用来以每秒30帧的连续速度更新驾驶场景。汽车产生高频振动，发动机噪音降低;每一个变化，根据速度的vehi-
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继续教育。DES的配置符合提高研究中生态有效性的要求，
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