恶劣天气条件下驾驶行为特性分析

谢豆豆+赵亮+舒美均

[摘 要]从驾驶员的视觉出发，通过驾驶模拟器实验，利用眼动仪采集不同驾驶员在晴天、雨天、雪天、雾天天气条件下的眨眼、注视、眼跳等数据，整理、分析出不同天气环境下驾驶员的驾驶行为，得出了恶劣天气下驾驶员容易产生急躁情绪，紧张程度增加，影响行车安全的结论

[关键词]高速公路；交通安全；恶劣天气；眼动仪

中图分类号：U491.254 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0334-01

1 恶劣天气对高速公路行车安全的影响

1.1 恶劣天气

恶劣天气（severe weather）是指包括阴天、雨天、雪天、大雾、高温、冰冻及沙尘暴等相对于晴天而言的不利天气。在这些恶劣天气情况下，驾驶员的情绪、视线受到很大影响。易导致追尾相撞的恶性交通事故，对高速公路行车安全产生不良影响。本文选取雨天、雾天、雪天这三种情况下行车进行分析。

1.2 雨天行车

雨天情况下的路面摩擦系数不到干燥铺装路面的一半，因而车轮易打滑，随着车速增加，路面的摩擦系数急剧减，同时雨水易造成路面积水和视线不良，严重时将产生“水膜溜滑现象”，易造成车辆失控导致事故发生。

1.3 雾天行车

雾天对高速公路安全行车最不利。雾天能见度降低，由于视线障碍大，驾驶员可视距离大大缩短，由于景物、交通标线及前后车辆都难以辨别清楚，使驾驶员容易判断失误，导致发生前后车辆追尾碰撞事故。同时，雾会使光线散漫，并吸收光线，致使视物的亮度下降，影响驾驶员观察

1.4 雪天行车

高速公路上冰雪堆积使路面变滑，汽车转向及制动的稳定性下降，汽车操纵困难，驾驶员对路面积雪湿滑程度估计不足。当雪后晴天时，由于积雪对阳光的强烈反射作用，产生眩光也会使驾驶员视力下降，成为安全行车的潜在危险。

2 恶劣天气下眼动特征实验

2.1 实验目的

通过驾驶员在晴天，雨天，雪天，雾天在高速公路上行车实验，获取驾驶员的眼动指标、天气对驾驶员眼动的数据，分析恶劣天气对驾驶员行为特性的影响。

2.2 实验原理

试验驾驶员在雨天、雪天、雾天条件下的高速上行车时，心理和生理都会受到影响，本实验通过测试驾驶员在不同的场景下眨眼、注视、眼跳的生理指标，定量反映驾驶员的紧张程度与反应速度。

2.3 实验场景模拟

在驾驶模拟器设置相应的晴天、雨、雪、雾下的高速公路场景，高速公路指标：双向四车道，车道宽3.75m，硬路肩宽度3m，纵坡小于3%，包括弯道、匝道、服务区等，要有一定车流量。

2.4 实验设备

（1）IView X HED 眼动仪

本实验使用以光学记录法为原理制造的iView X HED头戴式眼动仪记录驾驶员在驾驶模拟器模拟行车时的各项眼球生理指标。

（2）汽车驾驶模拟器

本次试验使用的驾驶模拟器为吉林大学研制，通过计算机产生汽车行驶过程中的虚拟视景、和场景仿真，使驾驶员沉浸到虚拟驾驶环境中，具有真车驾驶的感觉。

2.5 实验设计

2.5.1实验人员选择

为减小实验误差，对检测人员和被试者提出以下要求：

（1）对检测人员的要求：对检测的设备操作人员进行统一的培训，使设备操作人员对检测仪器设备的性能、检测原理和操作方法做到最大限度的熟知，检测中各项设备由专人负责，以免由于检测人员的缘故影响检测结果而引起误差；

（2）两名实验员驾龄均在一年以上，并有高速公路驾驶经验；

（3）对检测驾驶员的要求：规定被检测正常状态的驾驶员进行检测的时间是每天下午的10：00-11：00，要求保持良好的精神状态以获得正常状态下的驾驶数据。

2.5.2 实验设备准备

（1）眼动仪的操作

让被测试人员眼睛正视前方时，调节反光镜片，使被试眼睛呈现在iView X 软件界面的中央位置，固定好反光镜片，并且镜片不能接触到被试的脸部。尽可能缩短场景摄像头和人眼摄像头的距离。

（2）驾驶场景设置

为了确保道路因素的唯一性，排除其他因素的干擾，驾驶模拟器只设置路况为高速公路交通流为中等的晴天、雨天、雪天、雾天四种天气条件下不同驾驶场景。

2.5.3 开始实验

对实验员进行晴天，雨天，雪天，雾天四种不同场景试驾，通过多次检测，最后数据取平均值。

3 实验数据分析

3.1 数据采集与处理

通过驾驶模拟器实验获得实验数据，眼动仪记录了每一种天气条件下的眼动特性数据。

数据处理步骤

（1）结合实验时的视频，查找数据段；

（2）将有效时间段数据，分类筛选排序；

（3）剔除异常数据，处理有效数据。

3.2 不同天气条件下驾驶员眨眼特征

不同天气条件下眨眼频率与眨眼持续时间对照表中实验人员在恶劣天气条件下眨眼频率高于正常天气条件，眨眼持续时间低于晴天正常天气条件。这表明恶劣天气条件下容易造成驾驶员心里紧张程度增加和视觉疲劳，驾驶员通过提高眨眼次数来缓解紧张情绪与疲劳，驾驶员通过减少眨眼持续时间来保证对道路前方的安全观察。

3.3 不同天气条件下驾驶员瞳孔直径的特征

在不同天气下驾驶员瞳孔直径实验中，雾天和雨天的驾驶员的瞳孔直径X在50-75pix之间大于晴天。相对于雨天与雾天，雪天的瞳孔直径X更接近于晴天条件下，稳定在40-60pix之间。

晴天时，驾驶员的平均瞳孔直径Y基本在30-50pix之间，在雨天和雾天时，实验员的瞳孔直径Y在50-70pix之间，雪天时，实验员瞳孔直径Y在40-60之间。可知，恶劣条件下驾驶员瞳孔直径Y均大于晴天条件下驾驶员平均瞳孔直径。证明了，随着天气状况的变化，瞳孔直径会随着能见度的的降低而增大。

3.4 恶劣天气条件下驾驶员眼跳特征

本文通过驾驶员在不同天气下眼跳频率和眼跳平均速度进行实验发现相比于晴天，恶劣天气条件下眼跳频率与眼跳平均速度增大，这说明眼跳频率随能见度降低而变大，这是因为道路能见度低，视线受到限制，对驾驶员获取道路信息造成障碍同时造成心理紧张。这也从侧面证实了在恶劣天气条件下，道路危险因素增加，驾驶员紧张情绪增加影响驾驶安全。

4 结语

本论文通过眼动实验，对实验数据并进行了分析对比，得出了以下结论：驾驶员在不同的天气行车时，由于视线的原因和驾驶员自身的原因，驾驶员的心理和生理会发生一定的变化，产生紧张情绪。雨天、雪天、雾天行车时，由于能见度低的原因，驾驶员的心理和生理会发生一定的增长和波动，驾驶员的视线受阻，对路况的识别不清，容易产生急躁情绪，紧张程度增加，影响行车安全。

参考文献

[1] 中国高速公路网，中国交通运输部，2015年，百度网.

[2] 公安部交通管理局 2014年.百度网.

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[4] 卢涛，张义，高建平.冰雪天气下高速公路运营安全管理系统研究[J].科技创新导报，2009.1.