基于路面色彩信息的驾驶员视觉心理效应分析*

徐良杰　铁文君　奚少新

(武汉理工大学交通学院　武汉　430063)



基于路面色彩信息的驾驶员视觉心理效应分析*

徐良杰铁文君奚少新

(武汉理工大学交通学院武汉430063)

运用色彩视觉心理理论，对驾驶员色彩心理效应进行调查研究；建立驾驶员色彩心理效应的效应量计算模型；通过3d Max仿真实验，以路面色彩心理效应影响下驾驶员感知速度与实际速度的差值对色彩心理效应进行量化分析.结果表明，路面色彩心理效应对不同驾驶员个体具有普遍性；红、蓝色路面色彩效应量(均大于0.7)相对较大，灰、绿、黄色次之；且驾驶员路面色彩心理效应量与其行车速度成正比.

交通安全；路面色彩；驾驶员视觉；心理效应量模型；仿真

0　引　　言

驾驶员在行车过程中，其生理和心理会受到诸多外在因素的刺激影响，导致其驾驶行为发生改变，而其中80%以上的行车信息均由驾驶员视觉获取.目前国内路面色彩主要为黑、灰色系列，色彩单一，从心理学角度来看，黑色和灰色往往容易使人产生黑暗、寂寞等消极情绪，会在一定程度上使驾驶员感到心理压抑及视觉疲劳.

目前，国内外对色彩对驾驶员视觉心理影响已有了一定的研究.朱慧等[1]研究得到当人眼注视色彩时，其脉搏、呼吸等均会因色彩的不同而出现不同的变化，说明色彩与心理的联系必然存在.王琳虹等[2]通过研究景观色彩值对驾驶员心率的影响，得出景观色彩值会对驾驶员心率产生一定影响，且色彩值与驾驶员心率呈负相关的结论.Gerald等[3]就驾驶员注意力、色彩感、驾驶疲劳等诸多因素引起事故产生的成因进行了研究，从而确定了驾驶员心理、生理因素对交通安全的影响.Daniel[4]研究得出彩色编码传递视觉信息比语言或数字更容易吸收，通过彩色编码信息传输限速信息，可以使司机下意识地遵守交通规则.李永芳[5]基于颜色视觉理论，结合交通心理学色彩心理效应，从路面色彩、道路标志色彩等方面分析了颜色视觉在交通环境色彩中的应用对道路交通安全的影响.孙晓铭等[6]针对城市交通环境中色彩的特殊性，研究了城市环境中交通标志、路面等色彩设计对城市交通的影响.戴芳等[7-8]提出通过色彩在路面的应用，改善驾驶员驾驶环境，将其心理、生理刺激转换为强烈的生理反应，实现减少事故的目的.徐洪亮等[9]研究表明驾驶员对色彩视觉的心理感应性和视认性是影响交通安全的重要因素.Guo等[10]等为了提高交通标志识别的速度和准确性，基于视觉注意力机制的新方法建立了潜在的交通标志区域色彩对比特性在CIELab颜色空间中的视觉注意力模型.

综上所述，国内外对于色彩对驾驶员视觉心理影响虽然已经有了较多定性分析，但是缺乏定量分析，同时，相关研究只是基于人在一般状态下对色彩的感知认识，缺乏对驾驶员在运动状态下视觉和感知特殊性的考虑.因此，本研究结合驾驶员色彩心理效应调查，通过效应量计算模型及仿真实验的建立对色彩心理效应量进行定量分析，以通过不同色彩的心理效应实现驾驶员的安全驾驶.

1　基础理论

1.1驾驶员认知原理

驾驶员视觉认知过程即为其对作用于其视觉感受器官的外界信息进行加工处理的过程，这是一个复杂的心理系统，包含了感知、注意、记忆等心理过程，每个心理过程之间都是相互依赖、相互影响的.驾驶员在行车过程中对行车环境信息的加工处理过程见图1.

图1　驾驶员对行车环境信息加工处理过程

由图1可见，驾驶员的视觉、注意力和心理在驾驶安全方面是至关重要的.

1) 视觉驾驶员在行车过程中，会接受到来自外界环境的各类信息.这些信息包括：道路信息，如各类交通标志标线、路面状况等；周边车辆信息，如车型、车辆行驶状态等；道路周边环境信息，如光照强度、路侧绿植等.这些信息中有80%通过眼睛传入驾驶员大脑并被加工处理.

2) 注意力行车过程中，驾驶员注意力十分重要.外界各类信息会对驾驶员产生不同程度的刺激，而驾驶员则更容易对刺激程度较大的信息产生一定指向性和集中性，如果该信息与车辆驾驶无关，则很有可能分散驾驶员注意力，导致事故的发生.

3) 心理当驾驶员在接受到某行车环境信息后，即会产生一个信息加工过程，在这个过程中，驾驶员以往的经验、记忆等都会作用其中，从而产生一系列心理活动，这些心理反应会最终影响到驾驶员对该信息作出的应对反应，即驾驶行为变化.

1.2驾驶员视觉注意力

注意力是人的心理活动对一定对象有选择的指向和集中.在行车过程中，驾驶员的心理活动需要对一定的行车信息保持集中，以快速、及时、准确的获取各类驾驶相关信息，并采取正确驾驶行为，保证其行车安全.

国外有学者对驾驶员行车过程中视觉注意力分布进行了研究，得出结论：从观察对象来看，驾驶员在行车过程中有47.2%的视觉注意力分布在路面上；从注视距离来看，驾驶员的视觉注意力主要集中在150 m范围以内.并且从生理学角度来看，当外界各类视觉信息具备大的、亮的、彩色的、变化或闪动的特征时，会更容易吸引到驾驶员的视觉注意力.

因此，路面的彩色化设置可以获得驾驶员更多的视觉注意力，从而实现色彩对驾驶员心理的正面影响，进而诱导其驾驶行为，达到安全驾驶的目的.

1.3驾驶员色彩心理效应

不同的色彩信息作用于人的视觉器官，通过视觉神经传入大脑，由大脑对信息处理加工产生色彩的感觉，这种感觉反映在人的物理、生理及心理三个方面.不同的色彩会给人带来不同的温度感、距离感、重量感、尺度感，同时也会让人联想到不同事物，也因此能够影响人的精神状态和情绪，而驾驶员的驾驶行为很多时候容易受情绪支配，所以色彩会对驾驶员安全驾驶产生一定的影响.

当驾驶疲劳形成后，利用色彩的不同心理效应，可以提高驾驶员警觉性及缓解其驾驶疲劳.但是不当的色彩刺激可能会加重驾驶员的疲劳感，影响其驾驶行为.所以要合理利用不同色彩刺激，使其对驾驶员产生正面情绪影响以辅助诱导驾驶员的驾驶行为，提高行车效率，保证其安全行车.

在交通领域中，根据人的色彩视觉认知特性及其心理效应，普遍采用的色彩有红、黄、蓝、绿、白、黑色.红色给人视觉和心理危险的刺激，因此通常用以表达禁止类信息；黄色给人明亮的感觉，因此通常用以表达警示类信息；蓝色和绿色给人以舒适的感觉，因此通常用以表达提示类信息.

2　效应量计算建模

2.1建模思路

驾驶员在行车过程中的心理状态包括很多个部分，其中情绪是很重要的一个方面，而色彩对情绪的控制及对负面情绪的改善均有一定的作用，驾驶员的情绪则会影响其驾驶行为.文中引入心理效应量的概念，以路面色彩心理效应影响下驾驶员感知速度与实际速度的差值来研究色彩心理作用效应量，建立了色彩心理效应量计算模型，提出了效应量等级划分标准，并通过仿真实验设计和建模，实现了对色彩效应量的量化分析.

文中建模目的及意义主要有以下2点：(1)通过计算模型与仿真实验模型的建立，量化分析色彩心理效应量；(2)探究色彩对驾驶员速度感知的影响，为诱导驾驶员安全驾驶提供一定帮助.

2.2前提条件

路面色彩通过对驾驶员的视觉刺激进而使驾驶员产生不同的心理效应，而不同的视觉刺激及心理效应可能会对驾驶员对速度的感知产生一定影响，因此，本研究仿真实验以路面色彩作用下驾驶员的感知车速与实际车速的差值来研究路面色彩对驾驶员产生的心理效应，对其进行量化测定.实验设计为单因素实验，即只有路面色彩因素发生变化，其他的因素保持不变，因此模型建立基于相同道路环境，由于实际生活中路面色彩主要为黑色，因此实验组观测条件为黑色路面，对照组观测条件为其他对比色路面，具体见图2.

图2　心理效应量模型建立思路

2.3效应量模型

根据国内学者对心理学常用效应量测定方法的研究[11-12]及本实验研究内容，采用Cohen的d值计算作为效应量计算模型.d值是一种比率，是常用效应量数.在对两独立组平均数之差的显著性进行t检验时，d值是实验组的平均数和对照组的平均数的差与对照组标准差的比率.

1) 假设条件

① 假设驾驶员产生不同的心理效应会使驾驶员产生不同的驾驶行为.

② 国外有学者研究发现地点车速服从正态分布，国内也有学者研究得出快速路高流量时服从正态分布，高速公路断面运行车速服从正态分布，因此，本研究中假设车速总体X服从正态分布.

2) 计算模型假设车速总体X服从正态分布N(μ,σ2)，从总体中抽取样本X实验组、X对照组，均服从正态分布N(μ,σ2)，采用SPSS软件对样本数据进行t检验，公式如下.

(1)

若检验结果为差异显著，效应量d值为

(2)

样本平均数为

(3)

对照组标准差为

(4)

3) 模型心理效应量等级划分根据Cohen提出的d值为0.8,0.5,0.2分别对应大、中、小效应量的标准，制定文中效应量等级划分标准，见表1.

表1　心理效应量等级划分

3　色彩视觉仿真实验

3.1实验基础调查

3.1.1色彩心理效应普遍性调查

路面色彩除了要考虑其对驾驶员产生的具体心理影响，还要考虑其对不同驾驶员个体的普遍性，因此，本研究在仿真实验进行前，首先对色彩心理效应的普遍性进行了调查分析.通过相关文献查阅，选取驾驶员的年龄、文化程度、性格作为色彩心理效应影响因素，通过问卷调查对与交通安全相关心理效应的普遍性进行分析研究.

本次调查问卷主要分为2个部分.第一部分是驾驶员基本信息，包括驾驶员性别、年龄、文化程度、驾龄等.第二部分是色彩情绪及路面色彩对驾驶员的心理影响调查.在色彩选择上采用了红、黄、蓝、绿、黑、灰、白色7种交通领域常用色彩.色彩心理效应选择了与交通安全相关的心理效应进行调查，主要包括危险警示、疲劳困倦及舒适放松.

调查以网络问卷形式进行相关数据收集工作，调查对象为来自不同地区、不同年龄、不同学历的驾驶员人群.调查期间共回收有效问卷168份，问卷回收后，将数据整理录入SPSS软件对其进行统计分析.

3.1.2色彩心理效应分析

1) 基础信息见表2.由表2可见，在参与调查的驾驶员中，新手驾驶员与有经验的驾驶员分布比较均衡，同时，驾驶员年龄、文化程度分布也比较广泛，各个阶层均占一定比例，调查对象驾驶员各个方面的人数分布都较为均匀.

表2　参与调查驾驶员基础信息

2) 色彩心理效应普遍性不同路面色彩使驾驶员产生的与交通安全相关的心理效应见表3.

表3　路面色彩对驾驶员心理影响数据统计

通过对驾驶员年龄、文化程度、性格与表3中心理效应相关性的统计检验，得知χ2值分别为6.797，12.322，15.950；11.267，22.748，14.938；18.247，23.604，31.538.根据χ2检验可以看出：驾驶员色彩心理效应在年龄、文化程度、性格3种因素上并不存在显著差异.分析结果说明，驾驶员色彩心理效应具有普遍性.

同时由表3也可以看出，红、黄色更能对驾驶员产生危险警示的心理效应，黑、灰色对驾驶员产生疲劳困倦的心理效应，而绿、蓝色对驾驶员产生舒适放松的心理效应.因此，可将红、黄色应用于事故多发路段路面，达到警示作用；将蓝色应用于普通路段路面，对驾驶员视觉形成一定的刺激和平衡作用；通过在长直路段应用绿色路面来缓解长时间行车造成的视觉疲劳及紧张感.

3.2仿真实验建模

3.2.1建模假设

1) 白色是中性色彩，调查发现其色彩情绪具有两面性，所以不予考虑.

2) 在模型中建立的道路环境色彩对路面色彩使驾驶员产生的心理效应会产生一定影响，但在本实验中，主要研究路面色彩对驾驶员的心理效应，因此，将道路环境色彩的影响作为一个常量，实验在相同道路环境下进行来研究路面色彩的心理效应.

3.2.2实验方案设计

本研究采用3d Max软件进行仿真实验平台的建模，为简化模型，道路模型采用双向二车道，每条车行道宽4.5 m；驾驶员视线高度采用1.3 m.在模型中，建立护栏单元作为行车速度参照物，护栏高度采用1.5 m，立柱间距离采用普通距离4 m.在公路上，由于行车环境、气候条件等因素的影响，行车速度一般最低可至20 km/h，最高可达到80 km/h，为使实验结果更接近实际，减小误差值，因此，将对比实验分为3组进行：第一组为低速组，实验组行车速度为30 km/h，对照组设3种行车速度与之对比，分别为20，30，40 km/h；第二组为中速组，实验组行车速度为50 km/h，对照组设为40，50，60 km/h；第三组为高速组，实验组行车速度为70 km/h，对照组设为60，70，80 km/h.对照组路面色彩分别设置为红色、黄色、蓝色、绿色、灰色.

以低速组实验为例，具体实验过程见图3.

图3　仿真实验流程

3.3实验结果分析

基于驾驶员色彩心理效应的普遍性，文中实验随机抽取男性、女性驾驶员各15名进行实验调查.对于参与实验调查的驾驶员，均要求视力良好，且无色盲、色弱，实验进行前驾驶员均未被告知实验目的.

通过实验调查，对每种对比色彩路面的三组实验数据分别进行t检验，即对在路面色彩心理效应影响下感知速度的均值与实际行车速度的差异检验，各组t值见表4.

表4　各组实验t检验

根据表4中t检验结果，其P值均小于0.05，可以看出，在路面色彩心理效应影响下感知速度的均值与实际行车速度存在显著差异.基于此，对色彩效应量d值进行计算，测定其效应量大小等级，各组实验d值见图4.

图4　不同色彩路面效应量d值

根据本研究给出的效应量等级划分标准，对不同色彩路面效应量进行等级测定，结果见表5.

表5　不同色彩路面心理效应等级

由图4、表5可知，红、黄、蓝、绿、灰五种路面色彩心理效应量d值均大于0.4，效应量等级均在中等效应之上，且红、蓝2色路面心理效应量较其他色彩更大，其3组效应量d值均大于0.7，效应量等级相对较高，同时也可以看出，路面色彩影响下驾驶员色彩心理效应量d值与行车速度成正比.

4　结　　论

1) 路面色彩会对驾驶员产生心理效应，且不同色彩心理效应作用量大小会有所差异，其中，红色、蓝色产生的心理作用效果(效应量d值均大于0.7)相对较大，而灰色、绿色、黄色产生的心理作用效果相对较小；

2) 随着行车速度的提高，路面色彩心理效应对驾驶员产生的效应量也会随之增大，因此，在一些行车速度较高的公路上，路面色彩的合理设置可能会取得更好的作用效果；

3) 路面色彩会使驾驶员对速度的感知产生偏差，这种偏差表现为对速度的感知偏高，并且随着行车速度的提高，驾驶员对速度感知的偏高值会随之增加.而不同色彩心理效应影响下速度感知偏高值也有所不同，其中以红色值最高，其次为蓝色，灰色、绿色、黄色则相对较小.因此，通过路面色彩的合理设置，可以利用色彩的心理效应影响达到使驾驶员降速，以保证其行车安全的目的.

由于仿真实验与真实场景存在一定差别，所以实验结果与实际结果可能会有一定误差，后续需要开展部分路上实验进行校正.另外，不同道路环境、路面色彩分布及其作用于人眼时间的长短，可能也会对驾驶员色彩心理效应产生影响，其综合效应还需进一步研究.

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Analysis of Driver’s Visual Psychological Effects Based on Pavement Color Information

XU LiangjieTIE WenjunXI Shaoxin

(SchoolofTransportation,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China)

The theory of color vision psychology is applied to investigate the color psychological effects of drivers. The effect size calculation model of the drivers’ color psychological effects is built. By using 3dMax to perform simulations, quantitative analysis of the color psychological effects is conducted based on the difference between the driver’s perceived speed under the influence of pavement color psychological effects and the actual speed. The results show that the pavement color effects are universal for different drivers and the effect sizes of red and blue pavements (greater than 0.7) are larger relatively, followed by gray, green, and yellow pavements. In addition, the color psychological effect size is found to be proportional to the speed.

traffic safety; pavement color; driver vision; psychological effect size model; simulation

2016-06-15

U491

10.3963/j.issn.2095-3844.2016.04.005

徐良杰(1968- )：女，博士，教授，主要研究领域为城市交通运输规划与管理

*吉林省交通运输科技计划项目(2014-1-8)、中央高校基本科研业务费专项资金(2015-zy-024)资助