事故分析与预防
——模拟雾况中的速度选择和驾驶行为
摘要
雾中驾驶是一种有潜在危险的活动，这已经通过多种不同的方法研究探索；但是大部分的研究集中在识别潜在感知变化上，这种变化导致驾驶员无法感知车辆的速度。虽然先前的研究已经证实了与雾中驾驶相关的知觉变化，并且研究表明驾驶员自我感觉的速度很可能比实际情况要快；但是这些研究课题并没有研究当驾驶员允许保持他们认为适当的速度并允许使用速度表时的驾驶行为。此外，现有的研究大多集中在速度感知方面，而车道保持和突发事件的洞察等驾驶行为方面观点甚少。现有的研究利用基于驾驶模拟器的方法来解决这些问题，在这种方法中，雾被模拟为对比度随距离降低，而参与者以他们认为合适的速度行驶。为了确定驾驶员在不同雾况中驾驶时的反应，测试了许多不同的指令和速度反馈机制。为了评估驾驶员是否愿意以由于能见度降低导致的车道保持能力降低的速度行驶，结果也包括车道保持措施。结果表明，一般情况下，在能见度受雾影响大大降低之前，驾驶员不会明显减慢速度；然而，在整个能见度距离的大部分范围内，车道保持能力是可以保持的。只有当雾可见距离小于30米时，车道保持能力才会降低。总体而言，目前的研究表明，司机愿意并可以在雾中驾驶时保持高速行驶；然而，重要的是要注意，驾驶员的行驶速度并不能在为了避免道路上的障碍物时及时停车，即使他们能马上识别可见度距离边界上的障碍物并做出反应。这项研究表明，通过说服驾驶员在雾中行驶时速度降低到比他们自己会采取的速度更低，或增强车辆识别与应对司机不可预见危险的能力，可以获得安全方面的益处。为了进一步理解雾中驾驶的影响，未来的自然驾驶研究应该集中于识别和减少与雾中驾驶相关的危险行为。
简介
方法
2.1参与者
77名大学生完成了这项研究。其中五名参与者的数据无法使用（一个是由于体验者的问题，一个是参与者不够努力，还有三个是由于数据与其他数据差距过大）。其余72名参与者（M=20.5岁）平均拥有4.9年的驾龄。这39名男性和33名女性被分为六个实验组，每组包括12个人，其中每组分别有3,4,11,5,9和7名男性。所有参与者在心理学课程中可获得额外的学分或者14美元。这些参与者都没有过驾驶模拟器的经验，也没有过任何视觉问题。
2.2驾驶模拟器
参与者都会驾驶一辆围绕四门轿车构建并与之集成的固定式驾驶模拟器。在四个数字投影视觉通道（1024times;768分辨率）上逐一更新音频流和驾驶场景的同时，通过处理驾驶员对车辆控制器的行为输入，六台联网的计算机生成仿真结果。其中三个通道显示驾驶员的前视图（150°Htimes;40°V）。参与者使用原始的轿车方向盘、踏板和速度表与驾驶模拟器进行交互。尽管没有提供方向盘和踏板的反馈，但在数据收集之前，参与者已经在模拟器上进行了相当多的练习。在所有试验中模拟器以10Hz的频率收集车速和侧向车道位置数据；然而，每次试验前30秒的数据都会被舍弃，这30秒用来给参与者加速并将速度稳定下来。
本研究中使用的模拟道路环境是仅由单条白色边缘线和双黄色中心线构成的平坦而弯曲的双车道乡村道路（每个方向各有3米宽的一条车道）。弯曲的道路旨在考验参与者的转向能力，即使在最佳能见度条件下也是如此。为了防止驾驶员熟悉道路，各场景之间弯道的顺序不同，但所有的转弯半径都相同。参与者不会遇到其他车辆、交叉路口、停车标志或停车指示灯，但定期遇到站在路肩上的固定不动的行人。在所有场景中，十个行人被随机放置在路肩上（右侧五个，左侧五个）。每次试验开始时，驾驶员都不会在直线路段看见行人。为了增加驾驶员的工作量并增加一些现实中存在的识别任务，研究还要求驾驶员指出所有行人以及他们在道路的哪一侧。
2.3雾
每次驾驶试验中雾的密度都是均匀的，并被按照六个试验阶段调整为视距递增或者递减。雾的不同等级被定义为观察者可以在直道上检测到红色车辆的平均距离。七名实验室成员通过指出他们可以看到停放在车道上的红色车辆时自己的位置来提供可视距离的测量。驾驶员可以通过前后移动他们的车辆来确定这个位置。尽管这并不能表示标准的气象能见度距离，但笔者认为这是模拟器驾驶员能够识别道路内有关物体的距离的良好的表示方法。
在完全清晰的条件下最大的能见度为496米，而有雾条件下的最低能见度为六米。直线道路上的模拟器可视距离从清晰状态下的496米到178、70、31、18和6米不等。这样划分的目的是使模拟可见距离的近似对数线性减少，从而在可见距离较小时收集的数据比在较大的可见距离处收集的数据多。
图一 典型的车行道场景的视图。所有的驾驶都是在平坦而弯曲的道路上进行的，且道路上没有其他交通工具。整个显示器的尺寸是150°宽，40°高。模拟器场景是彩色的。六个驾驶条件中的右下角的数字表示以米为单位的可见距离。
2.4组别
每组参与者收到的指令在三个组成部分上有所不同：（1）有无听觉速度指示器；（2）任务优先级；（3）是否可用车速表。两种类型的听觉速度指标都被用来提供反馈。如果车速降至80.5公里/小时（50英里/小时）以下时会指示驾驶员“加速”，而车速超过96.6公里/小时（60英里/小时）时会指示驾驶员“减速”。如果一个（或多个）听觉速度指示器用于给定的组，那么在基线试验中将使用适当的指示器以及所有的雾况。一些小组没有收到任何速度指令，因此他们被称为无指令小组。
基线试验和所有雾况试验中所有参与者都被要求遵守以下目标：停留在车道上，驾驶车速限制在55英里/小时（88.6公里/小时），和识别行人。一些小组收到了关于雾中驾驶操作的额外任务优先级声明，“试验中要像在现实世界中驾驶一样，这是很重要的。像有时真实生活中的驾驶一样，您可能需要调整速度以安全地保持在车道上行驶。记住，保持在你的车道比每小时行驶55英里更重要。”而没有收到附加声明的小组被认为没有任务优先级。
所有参与者都在训练和基线试验中使用了车速表，而车速表组在有雾条件下使用车速表，而非车速表组在基线试验（训练性能检测，不是496米的能见度条件）后将没有车速表。表一列出了六个参与组以及三个变量的情况。
表一
六个参与组。参与者驾驶有无速度指示，任务优先指示和速度表。
|
组别 |
速度指示 |
任务优先指示 |
是否有车速表 |
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1 |
减小或增加 |
没有优先指示 |
有车速表 |
|
2 |
减小 |
没有优先指示 |
有车速表 |
|
3 |
减小 |
任务优先 |
有车速表 |
|
4 |
没有指示 |
任务优先 |
有车速表 |
|
5 |
没有指示 |
任务优先 |
没有车速表 |
|
6 |
减小 |
任务优先 |
没有车速表 |
第1组的数据显示了参与者在一系列可见距离中保持对车辆的控制，同时保持高速行驶的能力。第2组的数据确定了参与者在被给予机会时是否以及在何种程度上放慢速度，以及速度降低到这种程度是否能让他们保持车辆控制能力（始终保持车辆在车道内）。第3组的数据进一步拓展了第2组的数据，即明确地鼓励驾驶员降低车速并优先考虑车道保持性能。第4组和第5组没有速度指令，允许参与者以自然速度驾驶，第5组消除了车速表的速度反馈机制，以解决之前研究中与雾况下的速度感知相关的问题（Pretto， 2008; Owens等，2002; Snowden等，1998; Boer等，2007; Broughton等，2007; Kang等，2008）。最后，第6组通过利用语言提示来控制驾驶员的最高速度，解决了一些驾驶员在模拟器中无论道路情况如何都倾向于驾驶速度过快的问题。如上所述，小组划分是为了解决关于驾驶员如何对雾状况作出反应的具体问题而决定的。随着数据收集的早期阶段的收集和分析，为了解决数据收集期间观察到的具体问题，增加了试验小组。
2.5步骤
试验要一直持续2小时才结束。在参与者知情并同意参加之后，他们会在模拟器上在直线道路上进行2分钟的试验练习。 第二次练习试验引入了连续弯曲的道路类型，并且这五分钟将用于所有后续练习和实验性试验。 对于前两次练习试验，通过在屏幕中心显示一条大红色的“偏离车道”信息告诉参与者已离开车道，以帮助他们校准车辆并探索车道的边界。 此外，在前两次练习中，研究者还鼓励驾驶员在车道内移动以识别和熟悉车道的边界。 这样做是为了补偿驾驶员偏离车道时所缺乏的动觉和听觉反馈。
第三次练习试验要求参与者在完全脱离道路后将他们的车辆驶回他们的车道。这次练习的目的是让参与者有能力从总体转向错误中恢复过来。参与者引发了转向误差，他们定期要求将车辆引导离开道路，然后导航回到车道中心。第四次（也是最后一次）练习试验包括驾驶类似的连续弯曲的道路，在实验性试验之前作为基线，并要求参与者在停留期间保持平均速度至少80.5公里/小时（50英里/小时）在进入实验阶段之前至少有85％的时间在车道内。
参与者可以根据需要多次重复每阶段的练习试验，直到能熟练舒适地使用驾驶模拟器。 每次试验后，参与者都会得到短暂休息。 一旦参与者熟悉驾驶模拟器并熟练驾驶，将使用类似于第三次练习的5分钟试验以准随机顺序进行六次雾况操作测试，但具有适当的雾浓度水平。所有的措施都是为了试图平衡小组的演示顺序； 然而，由于未能完成实验的参与 者，并未达到完全平衡。 除此之外，Brooks等人（2005年）也使用了类似的试验程序，并在该研究的学习效果测试中显示在类似的过程中没有重要的学习过程。
结果
讨论
研究结果显示了在不同雾况、不同驾驶员指令和不同速度反馈机制下的不同速度和车道保持行为。虽然研究是在对参与者几乎没有安全威胁的模拟的雾环境中进行的，但其结果表明，无论驾驶员在雾中感知速度的能力如何（Owens等，2002；Pretto,2008;Snowden等，1998年），他们也很可能能以让他们有效保持在原有车道的速度行驶。必须指出的是，基于研究雾影响的模拟器的有效性尚不明确；然而，Pretto（2008）认为在驾驶安全模拟器中用于模拟雾的与距离相关的对比度下降与在实际驾驶中观察到的类似。然而，使用真正的雾中自然驾驶方法来确认和拓宽这些观测将是非常重要的。然而，虽然驾驶员们在极其有限的能见度下一定程度上降低了速度，但他们不可能降低速度到使车辆能够对诸如行人、刹车和动物等道路危险作出反应并避免事故发生。6个小组在速度选择和车道保持性能的不同表现如下所述。
第一组(增加和减少指标，没有优先级，车速表)：第一组参与者的结果表明，雾中大部分能见度距离下，驾驶员能够在很大程度上保持车道位置的一致，甚至行驶速度与在完全可见条件下的速度一致时也能做到；然而，在可见距离最短时，车道保持能力显著降低。这表明，即使处于最密集的雾中，驾驶员也可能在高速行驶时相当有效的保持车道位置。然而，这并不意味着以这样的速度行驶是安全的，因为驾驶员不能及时发现停驶车辆或其他障碍物并停止自己的车辆。
第二组(减少指标，没有优先，车速表)：第二组参与者的结果显示，即使有机会降低速度，参与者也倾向于保持与受强烈鼓励要求保持高速时相比相似的速度。在能见度距离逐渐减小但大于6米的条件下，速度保持不变；随着能见度距离进一步减小，速度会略有降低，但远远不足以克服浓雾造成的能见度限制。
第三组(减少指标，任务优先，车速表)：第三组参与者的结果与第二组相似，但在两种最为模糊的情况下，第三组速度有稍微放慢的趋势。这种速度的降低也使得在雾最严重的情况下第三组参与者的车道保持能力比第二组要好，这表明当有机会时，驾驶员将通过放慢到一个能维持适当的车道位置的速度来响应雾况。但是，必须指出的是，驾驶员仍然以一种无法及时识别道路上的危险并阻止车辆相撞的速度行驶。
第四组(没有指标，任务优先，车速表)：第四组参与者的结果与第三组的结果非常相似，在两个最低能见度的条件下，其速度趋于逐渐降低。没有指标条件与减少指标条件下结果相似，这表明驾驶员会根据他们感知的驾驶表现来调节速度，而不是在不考虑安全性和驾驶表现的情况下尽可能快地驾驶。
第五组(没有指标，任务优先，没有车速表)：当目标速度反馈被删除时，参与者的驾驶速度（在能见度最差的两种情况下）往往比存在车速表的情况下更快。虽然这在基础模拟器中并不令人惊讶，但它表明，即使在能见度降低的情况下，驾驶员保持高速行驶也十分舒适。车道保持性能与所有其他任务优先组相似。这表明驾驶员可能已经根据车道保持性能调整了速度；然而，与所有在最差能见度条件下的组别一样，速度并未降低到车辆可以停下来避开道路障碍物。在这种情况下，驾驶者的速度的可变性增加表明，在缺乏客观反馈的情况下，速度感知和/或速度选择上的个体差异更为突出。这可能会潜在地导致速度更加分散和更多相关的危险（Rodriguez，1990）。
第六组（减少指标，任务优先，没有速度表）：第六组参与者的研究结果表明，通过强制实施最高限速一个简单的指令可以显著降低雾中行驶的速度。尽管这些指令可能会让司机感到烦恼，因此汽车制造商也不太可能实施这些指令，但这些结果表明，这种简单的措施可以在不利的视觉条件下有效地降低速度。与第5组相
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