■ 崔洪軍 郝文佳 朱敏清 李霞 李保栓
1.河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院 天津 300401
2.河北工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院 天津 300401
3.中電建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司 石家莊 050051
交通標(biāo)志能夠?yàn)轳{駛?cè)颂峁┲匾牡缆沸畔?,是道路交通安全常用并且十分重要的手段。已有的研究發(fā)現(xiàn),道路交通標(biāo)志往往不能滿足道路使用者的駕駛需求,雖然我國道路交通標(biāo)志相關(guān)規(guī)范不斷在改善交通標(biāo)志的視認(rèn)性,但仍然存在一些辨識(shí)性較差的交通標(biāo)志,被誤解的交通標(biāo)志會(huì)給駕駛?cè)藥砦kU(xiǎn)甚至造成嚴(yán)重的交通事故。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),駕駛?cè)瞬蛔袷亟煌?biāo)志規(guī)則導(dǎo)致的交通事故百分比約為2.2%[1],因此,有必要對(duì)交通標(biāo)志的理解性進(jìn)行深入研究。
國內(nèi)外關(guān)于交通標(biāo)志的認(rèn)知理解性問題已經(jīng)做了一系列的研究。2010年,陳陽等[2]利用實(shí)車實(shí)驗(yàn)和調(diào)查問卷的方法,分析了駕駛?cè)藢?duì)指定交通標(biāo)志的理解情況,為研究駕駛?cè)笋{駛熟練程度與標(biāo)志理解水平的關(guān)系奠定基礎(chǔ)。隨著視覺特征研究的不斷深入,Shinar 等[3]于2013年率先發(fā)現(xiàn)交通標(biāo)志的顯示狀況會(huì)影響駕駛?cè)说睦斫饬晚憫?yīng)時(shí)間,在標(biāo)志上增加文本說明可以提高駕駛?cè)说睦斫馑剑p少理解標(biāo)志的所需時(shí)間。2015年,Yuan 等人[4]開創(chuàng)性的使用語義分析頻率分布方法分析交通標(biāo)志理解錯(cuò)誤的具體原因,隨后逐漸應(yīng)用于標(biāo)志的改進(jìn)設(shè)計(jì)研究中[5,6]。2018年,Taamneh 等人[7]從駕駛?cè)说男詣e、年齡、學(xué)歷、駕駛經(jīng)驗(yàn)、駕照等級(jí)、收入水平、違規(guī)次數(shù)等個(gè)體特征出發(fā),首次分析了交通標(biāo)志熟悉度與理解性之間的關(guān)系,并確定各因素對(duì)理解力水平的影響。隨后學(xué)者主要從標(biāo)志的設(shè)置位置[8,9]、分布量[10]、信息量[11,12]等角度研究標(biāo)志對(duì)駕駛?cè)苏J(rèn)知負(fù)荷的影響規(guī)律,從而驗(yàn)證交通標(biāo)志理解有效性。
隨著年齡的增長(zhǎng),駕駛?cè)说睦斫饽芰?huì)顯著下降。2010年,Carr 等[13]建立了駕駛行為與年齡之間的關(guān)系模型,發(fā)現(xiàn)老年駕駛?cè)烁菀壮霈F(xiàn)認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)和知覺等方面的缺陷,因此需要更多的時(shí)間來識(shí)別交通標(biāo)志。在此基礎(chǔ)上,一些學(xué)者開始研究標(biāo)志認(rèn)知過程中各年齡段駕駛操縱特性[14]、視覺特性[15]、生理心理特性[16]等指標(biāo)的變化情況。2019年郭鳳香[17]在研究老年駕駛?cè)说囊曈X特性變化規(guī)律時(shí)首次引入風(fēng)險(xiǎn)感知的思想,量化分析了老年駕駛?cè)说鸟{駛行為特征。2020年Schulz 等[18]闡釋了衰老引發(fā)的心理運(yùn)動(dòng)減慢是影響老年駕駛?cè)朔磻?yīng)速度的重要原因,并指出對(duì)于各種刺激的響應(yīng)時(shí)間,尤其是對(duì)標(biāo)志識(shí)別復(fù)雜任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而增加。
可能影響標(biāo)志認(rèn)知的另一個(gè)重要因素為標(biāo)志在環(huán)境中的展現(xiàn)方式。Deward[19]和Ben-Bassat等[20]在研究交通標(biāo)志理解性問題時(shí),均以純白色的背景展示交通標(biāo)志。但是在現(xiàn)實(shí)生活中,駕駛?cè)藢?duì)交通標(biāo)志的視認(rèn)都是處于真實(shí)的道路環(huán)境下,而這種背景環(huán)境一方面有可能會(huì)干擾駕駛?cè)藢?duì)標(biāo)志信息的提取,另一方面使駕駛?cè)四軌蚋鶕?jù)這種區(qū)域環(huán)境情況判斷出標(biāo)志的具體含義。在Silver[21]的研究中發(fā)現(xiàn),交通標(biāo)志背景環(huán)境對(duì)駕駛?cè)死斫鈽?biāo)志含義具有積極影響,當(dāng)在自然環(huán)境中展示標(biāo)志時(shí),駕駛?cè)死斫鈽?biāo)志的可能性會(huì)顯著增加。
綜上所述,已有的研究多是通過問卷調(diào)查的方式對(duì)交通標(biāo)志圖片做理解性分析,忽略了交通標(biāo)志所處真實(shí)道路環(huán)境對(duì)標(biāo)志視認(rèn)的影響,同時(shí)也缺少對(duì)交通標(biāo)志認(rèn)知理解時(shí)間的定量分析,而視認(rèn)反應(yīng)時(shí)間也是衡量標(biāo)志理解有效性的重要指標(biāo)。因此,在交通科技不斷發(fā)展的影響下,針對(duì)道路交通標(biāo)志的有效性研究是十分必要的,本文以真實(shí)道路環(huán)境中的交通標(biāo)志為研究對(duì)象,采用E-Prime2.0 軟件進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn),探究標(biāo)志背景環(huán)境和駕駛?cè)四挲g對(duì)標(biāo)志理解水平和視認(rèn)反應(yīng)時(shí)間的影響,評(píng)估駕駛?cè)藢?duì)交通標(biāo)志的認(rèn)知理解程度,是城市交通系統(tǒng)規(guī)劃的重要組成部分,對(duì)提升我國道路交通安全性具有深遠(yuǎn)意義。
本實(shí)驗(yàn)共招募兩個(gè)年齡段共80名被試人員(男生45名,女生35 名),其中42 名為青年參與者,年齡為20~40歲(平均值=27.5,標(biāo)準(zhǔn)差=2.4);38名為老年參與者,年齡為41~60 歲(平均值=51.1,標(biāo)準(zhǔn)差=2.6)。所有參與人員的正常視力或矯正視力都在4.8 以上,滿足實(shí)驗(yàn)要求,所有人員均具有中國正式機(jī)動(dòng)車駕駛證,并且駕駛年齡都在3年以上。
本實(shí)驗(yàn)采用心理學(xué)操作平臺(tái)E-prime2.0 軟件,該軟件可按照設(shè)計(jì)程序顯示預(yù)先制作的交通標(biāo)志圖片,并可采集被試人員的鍵盤操作來計(jì)算反應(yīng)時(shí)間,時(shí)間精度為10毫秒。
本實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象為我國《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》[22]規(guī)范中常見的交通標(biāo)志,實(shí)驗(yàn)材料選取了13 張警告標(biāo)志、9 張禁令標(biāo)志、4 張指示標(biāo)志、4 張指路標(biāo)志,共30 張交通標(biāo)志。實(shí)驗(yàn)使用的標(biāo)志采用AutoCAD 軟件設(shè)計(jì)并用Photoshop軟件處理,設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。表1所示為本實(shí)驗(yàn)選取的交通標(biāo)志圖片及其含義。
表1 本實(shí)驗(yàn)使用的30個(gè)交通標(biāo)志及其含義
采用E-Prime2.0 軟件進(jìn)行交通標(biāo)志認(rèn)知實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)結(jié)果采用SPSS19.0 軟件統(tǒng)計(jì)和分析參與人員的回答準(zhǔn)確率和反應(yīng)時(shí)間。在實(shí)驗(yàn)過程中,參與者坐在電腦前,眼睛和屏幕中心保持約70cm 的距離,實(shí)驗(yàn)開始時(shí)屏幕中央出現(xiàn)一個(gè)“+”,以吸引參與者的注意持續(xù)1000ms。此后,屏幕中心出現(xiàn)交通標(biāo)志,要求參與者完成視認(rèn)并做出反應(yīng),然后向工作人員說明自己對(duì)交通標(biāo)志含義的理解。參與者做出反應(yīng)后通過按鍵進(jìn)入下一個(gè)交通標(biāo)志前屏幕會(huì)變成白色,持續(xù)1000ms。實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)演示順序如圖1所示。
圖1 實(shí)驗(yàn)刺激流程圖
為研究交通標(biāo)志所處的真實(shí)背景環(huán)境對(duì)標(biāo)志認(rèn)知理解的影響,本實(shí)驗(yàn)對(duì)30張交通標(biāo)志進(jìn)行了兩種條件下的實(shí)驗(yàn):一種是標(biāo)志背景為白色,不包含交通標(biāo)志所處的背景環(huán)境,稱為“無背景環(huán)境組”,如圖2 所示;另一種交通標(biāo)志背景包含標(biāo)志所處的真實(shí)駕駛環(huán)境,稱為“背景環(huán)境組”,如圖3所示。兩組實(shí)驗(yàn)的交通標(biāo)志位置尺寸大小一致,并且以隨機(jī)的順序向參與者展示。
圖2 無背景環(huán)境下連續(xù)彎路標(biāo)志測(cè)試界面
圖3 有背景環(huán)境下連續(xù)彎路標(biāo)志測(cè)試界面
(1)實(shí)驗(yàn)開始前,被試人員填寫一份有關(guān)年齡,性別,駕駛經(jīng)驗(yàn)以及平均每月行駛公里數(shù)的調(diào)查問卷。
(2)工作人員向被試人講述實(shí)驗(yàn)流程和注意事項(xiàng),保證被試人在實(shí)驗(yàn)前了解實(shí)驗(yàn)要求和內(nèi)容。
(3)實(shí)驗(yàn)前,工作人員為被試人員調(diào)整好座椅、電腦與被試人之間的距離,提醒被試人員選擇舒適的姿勢(shì),并放松心態(tài)。要求被試人員左手指放在電腦的“f”按鍵上,右手指放在“j”按鍵上。
(4)實(shí)驗(yàn)開始前屏幕上顯示“交通標(biāo)志理解測(cè)試即將開始”,被試人員按下“j“鍵后實(shí)驗(yàn)開始,屏幕隨機(jī)展示交通標(biāo)志圖片,圖片上方為“該標(biāo)志的含義為?”的問題描述。被試人員理解標(biāo)志后按下電腦“f“鍵,然后將理解的標(biāo)志含義口述給工作人員,工作人員記錄下被試人員的交通標(biāo)志含義描述。
(5)被試人員完成1 組實(shí)驗(yàn)后,休息5 分鐘緩解視覺疲勞,然后再進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)。
為獲得每個(gè)交通標(biāo)志的理解準(zhǔn)確性水平,對(duì)參與人員的理解測(cè)試回答內(nèi)容進(jìn)行了匯總分析。根據(jù)Ben-Bassat 等[23]對(duì)交通標(biāo)志理解水平的量化研究,本實(shí)驗(yàn)選擇4 個(gè)等級(jí)的理解水平,等級(jí)(+2)表示理解正確并且含義完整;等級(jí)(+1)表示理解的含義部分正確;等級(jí)(0)表示為理解不正確;等級(jí)(-1)表示為理解含義與交通標(biāo)志真實(shí)含義截然相反。已有的研究[6]發(fā)現(xiàn),駕駛?cè)藢?duì)交通標(biāo)志達(dá)到基本的認(rèn)知理解即可滿足安全駕駛要求,將等級(jí)(+2)和等級(jí)(+1)歸納為理解正確類,等級(jí)(0)和等級(jí)(-1)歸納為理解錯(cuò)誤類,在計(jì)算理解水平時(shí),只考慮交通標(biāo)志的正確回答次數(shù)。
各個(gè)交通標(biāo)志在有無背景環(huán)境條件下的理解正確率分布情況如圖4 所示,由圖可知交通標(biāo)志之間的理解水平存在很大差異,大多數(shù)交通標(biāo)志在兩種條件下的理解水平都達(dá)到了90%以上(標(biāo)志5、11、16、18、19、20、22、24、26、28),而部分交通標(biāo)志理解水平較低(標(biāo)志1、9、25、27),未達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ⅠSO3846 中67%理解正確率的要求,認(rèn)為該類標(biāo)志在使用過程中無法發(fā)揮有效傳遞道路信息的作用。
圖4 交通標(biāo)志在有無背景條件下理解正確率分布圖
表2所示為有無背景條件下青年組和老年組在四類等級(jí)中回答準(zhǔn)確率情況,由表格數(shù)據(jù)可以看出,交通標(biāo)志背景環(huán)境對(duì)參與者理解標(biāo)志影響不大,標(biāo)志的理解水平與參與者年齡有關(guān)。采用皮爾遜卡方檢驗(yàn)分析每個(gè)交通標(biāo)志在有無背景環(huán)境下理解情況差異,結(jié)果表明只有標(biāo)志23 存在顯著性(χ2=3.95,p<0.05),且有背景環(huán)境組正確率高于無背景環(huán)境組。對(duì)有背景環(huán)境組和無背景環(huán)境組的30 組標(biāo)志回答正確率做配對(duì)t 檢驗(yàn),判斷背景環(huán)境對(duì)理解準(zhǔn)確性的影響,結(jié)果顯示有背景環(huán)境組的回答正確率平均值為82.5%,無背景環(huán)境組的回答正確率為81.6%,交通標(biāo)志的背景有無對(duì)駕駛?cè)死斫馄浜x準(zhǔn)確性在0.05 顯著性水平下沒有差異(t(29)=1.328,p>0.05)。
表2 青年組和老年組在四類等級(jí)中的回答準(zhǔn)確率分布情況
研究采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)判斷青年組和老年組在回答正確率方面的差異性,結(jié)果顯示青年組回答正確率(平均值=84.9%,標(biāo)準(zhǔn)差=12.1)明顯高于老年組的回答正確率(平均值=79.2%,標(biāo)準(zhǔn)差=16.4),青年組和老年組在正確識(shí)別交通標(biāo)志百分?jǐn)?shù)方面存在顯著性差異(t(58)=2.16,p<0.05)。
圖5、圖6分別為青年組與老年組在有無背景環(huán)境下理解交通標(biāo)志的反應(yīng)時(shí)間分布,即被試參與人員由開始看到交通標(biāo)志到按下“f”鍵所花費(fèi)的時(shí)間。理解認(rèn)知時(shí)間衡量了參與人員理解交通標(biāo)志的難度,花費(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng)則表示該標(biāo)志的認(rèn)知難度越大,反之亦然。由圖5、圖6 可以看出,青年組與老年組的反應(yīng)時(shí)間存在較大的差異。對(duì)于平均反應(yīng)時(shí)間而言,青年組的反應(yīng)速度明顯快于老年組,分別為2.02s(標(biāo)準(zhǔn)差=0.49)和3.27s(標(biāo)準(zhǔn)差=0.74)(配對(duì)t(59)=18.17,p<0.01)。
圖5 青年組有無背景條件反應(yīng)時(shí)間分布圖
圖6 老年組有無背景條件反應(yīng)時(shí)間分布圖
表3所示為有無背景條件下青年組和老年組反應(yīng)時(shí)間在四類等級(jí)中的分布情況,可以看出在有背景環(huán)境下的平均反應(yīng)時(shí)間(青年組=2.10s,老年組=3.57s)都明顯高于無背景環(huán)境組(青年組=1.95s,老年組=2.97s)的平均反應(yīng)時(shí)間。研究采用配對(duì)t檢驗(yàn)判斷實(shí)驗(yàn)過程中有無背景環(huán)境對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響,結(jié)果顯示有無背景環(huán)境對(duì)青年組(t(29)=5.62,p<0.01)和老年組(t(29)=9.38,p<0.01)都有顯著性影響。老年駕駛?cè)朔磻?yīng)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差明顯大于青年組,表明老年駕駛?cè)嗽跇?biāo)志認(rèn)知運(yùn)動(dòng)中表現(xiàn)出更大的差異性。
表3 青年組和老年組反應(yīng)時(shí)間(和標(biāo)準(zhǔn)差)在四類等級(jí)中的分布情況
對(duì)不同年齡和背景條件下駕駛?cè)朔磻?yīng)時(shí)間建模,以年齡以及交通標(biāo)志背景作為自變量,以反應(yīng)時(shí)間為因變量,由于年齡和標(biāo)志背景之間相互獨(dú)立且不存在多重共線性,因此建立多元線性回歸模型,模型表達(dá)式如下:式中:y為因變量;β0為常數(shù)項(xiàng),也稱截距;β1為偏回歸系數(shù),表示當(dāng)方程中其他自變量保持不變時(shí),自變量Xi變化一個(gè)計(jì)量單位,因變量Y的平均值變化βi個(gè)單位;ε為隨機(jī)誤差,且ε~N(0,σ2)。
回歸模型系數(shù)表列于表4。結(jié)果表明:自變量年齡(p<0.01)以及標(biāo)志背景(p<0.01)均對(duì)因變量反應(yīng)時(shí)間有顯著影響,模型擬合度R2=0.735,“F 統(tǒng)計(jì)量”的概率值為69.415,顯著性p<0.05,說明自變量年齡以及交通標(biāo)志有無背景與因變量反應(yīng)時(shí)間之間存在著一定的線性關(guān)系,故最終的模型具體公式如公式(2)所示。式中:y為駕駛?cè)朔磻?yīng)時(shí)間,xn為年齡變量(青年組取0,老年組取1),xb為背景環(huán)境變量(無背景環(huán)境取0,有背景環(huán)境取1)
表4 回歸模型系數(shù)表
本文通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),建立了駕駛?cè)四挲g、標(biāo)志背景與視認(rèn)反應(yīng)時(shí)間的模型,量化了交通標(biāo)志使用過程中駕駛?cè)四挲g和標(biāo)志背景環(huán)境的影響,得到了交通標(biāo)志的辨識(shí)度水平。主要結(jié)論如下:
(1)交通標(biāo)志的認(rèn)知準(zhǔn)確率和反應(yīng)時(shí)間與駕駛?cè)说哪挲g水平顯著相關(guān)。青年駕駛?cè)伺c老年駕駛?cè)藢?duì)交通標(biāo)志的理解和視認(rèn)時(shí)間存在很大的差異性,青年駕駛?cè)烁菀桌斫饨煌?biāo)志的含義,而隨著年齡的增長(zhǎng),老年駕駛?cè)说恼J(rèn)知理解能力下降,對(duì)交通標(biāo)志的認(rèn)知反應(yīng)時(shí)間更長(zhǎng)。
(2)交通標(biāo)志的真實(shí)背景環(huán)境對(duì)標(biāo)志的理解水平?jīng)]有顯著影響。兩組參與者在有無交通標(biāo)志背景環(huán)境下的理解準(zhǔn)確率相似,說明交通標(biāo)志背景環(huán)境的存在與否不會(huì)對(duì)駕駛?cè)死斫鈽?biāo)志產(chǎn)生積極或負(fù)面的影響。對(duì)于一些交通標(biāo)志,真實(shí)的背景環(huán)境提高了其理解準(zhǔn)確率,但是對(duì)于某些交通標(biāo)志,在白色背景下的視認(rèn)準(zhǔn)確率更高,證實(shí)了真實(shí)的背景環(huán)境一方面能夠傳遞與標(biāo)志相關(guān)的道路環(huán)境信息,另一方面也會(huì)因?yàn)樗畔?fù)雜而干擾駕駛?cè)藢?duì)其含義的理解。因此,在做室內(nèi)模擬研究交通標(biāo)志理解性的問題時(shí),為了減少不同背景環(huán)境對(duì)被試人員反應(yīng)時(shí)間的差異,可以選擇空白背景的標(biāo)志進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,減少因特定環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的影響。
(3)交通標(biāo)志的真實(shí)背景環(huán)境顯著增加了駕駛?cè)死斫鈽?biāo)志的反應(yīng)時(shí)間。在視認(rèn)過程中,交通標(biāo)志的自然環(huán)境背景元素分散了參與者的注意力,進(jìn)而影響了參與者對(duì)交通標(biāo)志信息的提取速度。并且自然環(huán)境背景元素對(duì)老年組駕駛?cè)说姆磻?yīng)時(shí)間影響更大,由于老年駕駛?cè)苏J(rèn)知靈活能力和信息處理能力表現(xiàn)較差,導(dǎo)致他們從具有背景環(huán)境的交通標(biāo)志中提取信息的難度就更大,需要更久的時(shí)間來理解認(rèn)知交通標(biāo)志。
針對(duì)我國道路交通標(biāo)志存在的辨識(shí)度差、使用效果不佳等問題,在此做了一些改善交通標(biāo)志有效性的建議,如下:
(1)加大交通標(biāo)志的宣傳力度,加強(qiáng)駕駛?cè)藢?duì)交通標(biāo)志準(zhǔn)確含義的認(rèn)知,提高標(biāo)志的理解水平和理解速度??梢酝ㄟ^媒體廣告和教育宣傳等活動(dòng),提醒駕駛?cè)俗⒁饨煌?biāo)志的具體意義。采取定期交通標(biāo)志考核培訓(xùn)的方式,將交通標(biāo)志含義的考核視為駕駛?cè)酥匦芦@得駕照和駕照更新過程的一部分,一年內(nèi)可為駕駛?cè)私M織至少一次的短期培訓(xùn)考核,使其重新熟悉標(biāo)志,增強(qiáng)其對(duì)交通標(biāo)志的記憶理解。
(2)道路監(jiān)管部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)交通標(biāo)志實(shí)際使用效果的評(píng)估,篩選出駕駛?cè)俗R(shí)別和理解不足的交通標(biāo)志,將部分視認(rèn)效果較差的交通標(biāo)志加入到駕照考核培訓(xùn)內(nèi)容中。根據(jù)人體工程學(xué)的指導(dǎo)原則,對(duì)現(xiàn)有的標(biāo)志做進(jìn)一步的改進(jìn)設(shè)計(jì),如在較難理解的標(biāo)志上方或下方添加相關(guān)含義文字,使交通標(biāo)志能夠有效發(fā)揮其使用功能,保證駕駛?cè)说男熊嚢踩浴?/p>
(3)在交通標(biāo)志的設(shè)置位置上,要著重考慮老年人認(rèn)知反應(yīng)較慢的因素,并要充分考慮駕駛?cè)说男睦斫邮芫嚯x與反應(yīng)、行動(dòng)距離,合理安排交通標(biāo)志的前置距離。同時(shí),交通標(biāo)志所設(shè)位置要減少環(huán)境因素的干擾,避免光線、植被、廣告牌等外部環(huán)境對(duì)駕駛?cè)说姆中挠绊懀WC交通標(biāo)志良好的視認(rèn)環(huán)境。