基于路面色彩信息的駕駛員視覺心理效應(yīng)分析*

徐良杰　鐵文君　奚少新

(武漢理工大學(xué)交通學(xué)院　武漢　430063)

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基于路面色彩信息的駕駛員視覺心理效應(yīng)分析*

徐良杰鐵文君奚少新

(武漢理工大學(xué)交通學(xué)院武漢430063)

運用色彩視覺心理理論，對駕駛員色彩心理效應(yīng)進行調(diào)查研究；建立駕駛員色彩心理效應(yīng)的效應(yīng)量計算模型；通過3d Max仿真實驗，以路面色彩心理效應(yīng)影響下駕駛員感知速度與實際速度的差值對色彩心理效應(yīng)進行量化分析.結(jié)果表明，路面色彩心理效應(yīng)對不同駕駛員個體具有普遍性；紅、藍色路面色彩效應(yīng)量(均大于0.7)相對較大，灰、綠、黃色次之；且駕駛員路面色彩心理效應(yīng)量與其行車速度成正比.

交通安全；路面色彩；駕駛員視覺；心理效應(yīng)量模型；仿真

0　引　　言

駕駛員在行車過程中，其生理和心理會受到諸多外在因素的刺激影響，導(dǎo)致其駕駛行為發(fā)生改變，而其中80%以上的行車信息均由駕駛員視覺獲取.目前國內(nèi)路面色彩主要為黑、灰色系列，色彩單一，從心理學(xué)角度來看，黑色和灰色往往容易使人產(chǎn)生黑暗、寂寞等消極情緒，會在一定程度上使駕駛員感到心理壓抑及視覺疲勞.

目前，國內(nèi)外對色彩對駕駛員視覺心理影響已有了一定的研究.朱慧等[1]研究得到當(dāng)人眼注視色彩時，其脈搏、呼吸等均會因色彩的不同而出現(xiàn)不同的變化，說明色彩與心理的聯(lián)系必然存在.王琳虹等[2]通過研究景觀色彩值對駕駛員心率的影響，得出景觀色彩值會對駕駛員心率產(chǎn)生一定影響，且色彩值與駕駛員心率呈負相關(guān)的結(jié)論.Gerald等[3]就駕駛員注意力、色彩感、駕駛疲勞等諸多因素引起事故產(chǎn)生的成因進行了研究，從而確定了駕駛員心理、生理因素對交通安全的影響.Daniel[4]研究得出彩色編碼傳遞視覺信息比語言或數(shù)字更容易吸收，通過彩色編碼信息傳輸限速信息，可以使司機下意識地遵守交通規(guī)則.李永芳[5]基于顏色視覺理論，結(jié)合交通心理學(xué)色彩心理效應(yīng)，從路面色彩、道路標(biāo)志色彩等方面分析了顏色視覺在交通環(huán)境色彩中的應(yīng)用對道路交通安全的影響.孫曉銘等[6]針對城市交通環(huán)境中色彩的特殊性，研究了城市環(huán)境中交通標(biāo)志、路面等色彩設(shè)計對城市交通的影響.戴芳等[7-8]提出通過色彩在路面的應(yīng)用，改善駕駛員駕駛環(huán)境，將其心理、生理刺激轉(zhuǎn)換為強烈的生理反應(yīng)，實現(xiàn)減少事故的目的.徐洪亮等[9]研究表明駕駛員對色彩視覺的心理感應(yīng)性和視認性是影響交通安全的重要因素.Guo等[10]等為了提高交通標(biāo)志識別的速度和準確性，基于視覺注意力機制的新方法建立了潛在的交通標(biāo)志區(qū)域色彩對比特性在CIELab顏色空間中的視覺注意力模型.

綜上所述，國內(nèi)外對于色彩對駕駛員視覺心理影響雖然已經(jīng)有了較多定性分析，但是缺乏定量分析，同時，相關(guān)研究只是基于人在一般狀態(tài)下對色彩的感知認識，缺乏對駕駛員在運動狀態(tài)下視覺和感知特殊性的考慮.因此，本研究結(jié)合駕駛員色彩心理效應(yīng)調(diào)查，通過效應(yīng)量計算模型及仿真實驗的建立對色彩心理效應(yīng)量進行定量分析，以通過不同色彩的心理效應(yīng)實現(xiàn)駕駛員的安全駕駛.

1　基礎(chǔ)理論

1.1駕駛員認知原理

駕駛員視覺認知過程即為其對作用于其視覺感受器官的外界信息進行加工處理的過程，這是一個復(fù)雜的心理系統(tǒng)，包含了感知、注意、記憶等心理過程，每個心理過程之間都是相互依賴、相互影響的.駕駛員在行車過程中對行車環(huán)境信息的加工處理過程見圖1.

圖1　駕駛員對行車環(huán)境信息加工處理過程

由圖1可見，駕駛員的視覺、注意力和心理在駕駛安全方面是至關(guān)重要的.

1) 視覺駕駛員在行車過程中，會接受到來自外界環(huán)境的各類信息.這些信息包括：道路信息，如各類交通標(biāo)志標(biāo)線、路面狀況等；周邊車輛信息，如車型、車輛行駛狀態(tài)等；道路周邊環(huán)境信息，如光照強度、路側(cè)綠植等.這些信息中有80%通過眼睛傳入駕駛員大腦并被加工處理.

2) 注意力行車過程中，駕駛員注意力十分重要.外界各類信息會對駕駛員產(chǎn)生不同程度的刺激，而駕駛員則更容易對刺激程度較大的信息產(chǎn)生一定指向性和集中性，如果該信息與車輛駕駛無關(guān)，則很有可能分散駕駛員注意力，導(dǎo)致事故的發(fā)生.

3) 心理當(dāng)駕駛員在接受到某行車環(huán)境信息后，即會產(chǎn)生一個信息加工過程，在這個過程中，駕駛員以往的經(jīng)驗、記憶等都會作用其中，從而產(chǎn)生一系列心理活動，這些心理反應(yīng)會最終影響到駕駛員對該信息作出的應(yīng)對反應(yīng)，即駕駛行為變化.

1.2駕駛員視覺注意力

注意力是人的心理活動對一定對象有選擇的指向和集中.在行車過程中，駕駛員的心理活動需要對一定的行車信息保持集中，以快速、及時、準確的獲取各類駕駛相關(guān)信息，并采取正確駕駛行為，保證其行車安全.

國外有學(xué)者對駕駛員行車過程中視覺注意力分布進行了研究，得出結(jié)論：從觀察對象來看，駕駛員在行車過程中有47.2%的視覺注意力分布在路面上；從注視距離來看，駕駛員的視覺注意力主要集中在150 m范圍以內(nèi).并且從生理學(xué)角度來看，當(dāng)外界各類視覺信息具備大的、亮的、彩色的、變化或閃動的特征時，會更容易吸引到駕駛員的視覺注意力.

因此，路面的彩色化設(shè)置可以獲得駕駛員更多的視覺注意力，從而實現(xiàn)色彩對駕駛員心理的正面影響，進而誘導(dǎo)其駕駛行為，達到安全駕駛的目的.

1.3駕駛員色彩心理效應(yīng)

不同的色彩信息作用于人的視覺器官，通過視覺神經(jīng)傳入大腦，由大腦對信息處理加工產(chǎn)生色彩的感覺，這種感覺反映在人的物理、生理及心理三個方面.不同的色彩會給人帶來不同的溫度感、距離感、重量感、尺度感，同時也會讓人聯(lián)想到不同事物，也因此能夠影響人的精神狀態(tài)和情緒，而駕駛員的駕駛行為很多時候容易受情緒支配，所以色彩會對駕駛員安全駕駛產(chǎn)生一定的影響.

當(dāng)駕駛疲勞形成后，利用色彩的不同心理效應(yīng)，可以提高駕駛員警覺性及緩解其駕駛疲勞.但是不當(dāng)?shù)纳蚀碳た赡軙又伛{駛員的疲勞感，影響其駕駛行為.所以要合理利用不同色彩刺激，使其對駕駛員產(chǎn)生正面情緒影響以輔助誘導(dǎo)駕駛員的駕駛行為，提高行車效率，保證其安全行車.

在交通領(lǐng)域中，根據(jù)人的色彩視覺認知特性及其心理效應(yīng)，普遍采用的色彩有紅、黃、藍、綠、白、黑色.紅色給人視覺和心理危險的刺激，因此通常用以表達禁止類信息；黃色給人明亮的感覺，因此通常用以表達警示類信息；藍色和綠色給人以舒適的感覺，因此通常用以表達提示類信息.

2　效應(yīng)量計算建模

2.1建模思路

駕駛員在行車過程中的心理狀態(tài)包括很多個部分，其中情緒是很重要的一個方面，而色彩對情緒的控制及對負面情緒的改善均有一定的作用，駕駛員的情緒則會影響其駕駛行為.文中引入心理效應(yīng)量的概念，以路面色彩心理效應(yīng)影響下駕駛員感知速度與實際速度的差值來研究色彩心理作用效應(yīng)量，建立了色彩心理效應(yīng)量計算模型，提出了效應(yīng)量等級劃分標(biāo)準，并通過仿真實驗設(shè)計和建模，實現(xiàn)了對色彩效應(yīng)量的量化分析.

文中建模目的及意義主要有以下2點：(1)通過計算模型與仿真實驗?zāi)Ｐ偷慕ⅲ炕治錾市睦硇?yīng)量；(2)探究色彩對駕駛員速度感知的影響，為誘導(dǎo)駕駛員安全駕駛提供一定幫助.

2.2前提條件

路面色彩通過對駕駛員的視覺刺激進而使駕駛員產(chǎn)生不同的心理效應(yīng)，而不同的視覺刺激及心理效應(yīng)可能會對駕駛員對速度的感知產(chǎn)生一定影響，因此，本研究仿真實驗以路面色彩作用下駕駛員的感知車速與實際車速的差值來研究路面色彩對駕駛員產(chǎn)生的心理效應(yīng)，對其進行量化測定.實驗設(shè)計為單因素實驗，即只有路面色彩因素發(fā)生變化，其他的因素保持不變，因此模型建立基于相同道路環(huán)境，由于實際生活中路面色彩主要為黑色，因此實驗組觀測條件為黑色路面，對照組觀測條件為其他對比色路面，具體見圖2.

圖2　心理效應(yīng)量模型建立思路

2.3效應(yīng)量模型

根據(jù)國內(nèi)學(xué)者對心理學(xué)常用效應(yīng)量測定方法的研究[11-12]及本實驗研究內(nèi)容，采用Cohen的d值計算作為效應(yīng)量計算模型.d值是一種比率，是常用效應(yīng)量數(shù).在對兩獨立組平均數(shù)之差的顯著性進行t檢驗時，d值是實驗組的平均數(shù)和對照組的平均數(shù)的差與對照組標(biāo)準差的比率.

1) 假設(shè)條件

① 假設(shè)駕駛員產(chǎn)生不同的心理效應(yīng)會使駕駛員產(chǎn)生不同的駕駛行為.

② 國外有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)地點車速服從正態(tài)分布，國內(nèi)也有學(xué)者研究得出快速路高流量時服從正態(tài)分布，高速公路斷面運行車速服從正態(tài)分布，因此，本研究中假設(shè)車速總體X服從正態(tài)分布.

2) 計算模型假設(shè)車速總體X服從正態(tài)分布N(μ,σ2)，從總體中抽取樣本X實驗組、X對照組，均服從正態(tài)分布N(μ,σ2)，采用SPSS軟件對樣本數(shù)據(jù)進行t檢驗，公式如下.

(1)

若檢驗結(jié)果為差異顯著，效應(yīng)量d值為

(2)

樣本平均數(shù)為

(3)

對照組標(biāo)準差為

(4)

3) 模型心理效應(yīng)量等級劃分根據(jù)Cohen提出的d值為0.8,0.5,0.2分別對應(yīng)大、中、小效應(yīng)量的標(biāo)準，制定文中效應(yīng)量等級劃分標(biāo)準，見表1.

表1　心理效應(yīng)量等級劃分

3　色彩視覺仿真實驗

3.1實驗基礎(chǔ)調(diào)查

3.1.1色彩心理效應(yīng)普遍性調(diào)查

路面色彩除了要考慮其對駕駛員產(chǎn)生的具體心理影響，還要考慮其對不同駕駛員個體的普遍性，因此，本研究在仿真實驗進行前，首先對色彩心理效應(yīng)的普遍性進行了調(diào)查分析.通過相關(guān)文獻查閱，選取駕駛員的年齡、文化程度、性格作為色彩心理效應(yīng)影響因素，通過問卷調(diào)查對與交通安全相關(guān)心理效應(yīng)的普遍性進行分析研究.

本次調(diào)查問卷主要分為2個部分.第一部分是駕駛員基本信息，包括駕駛員性別、年齡、文化程度、駕齡等.第二部分是色彩情緒及路面色彩對駕駛員的心理影響調(diào)查.在色彩選擇上采用了紅、黃、藍、綠、黑、灰、白色7種交通領(lǐng)域常用色彩.色彩心理效應(yīng)選擇了與交通安全相關(guān)的心理效應(yīng)進行調(diào)查，主要包括危險警示、疲勞困倦及舒適放松.

調(diào)查以網(wǎng)絡(luò)問卷形式進行相關(guān)數(shù)據(jù)收集工作，調(diào)查對象為來自不同地區(qū)、不同年齡、不同學(xué)歷的駕駛員人群.調(diào)查期間共回收有效問卷168份，問卷回收后，將數(shù)據(jù)整理錄入SPSS軟件對其進行統(tǒng)計分析.

3.1.2色彩心理效應(yīng)分析

1) 基礎(chǔ)信息見表2.由表2可見，在參與調(diào)查的駕駛員中，新手駕駛員與有經(jīng)驗的駕駛員分布比較均衡，同時，駕駛員年齡、文化程度分布也比較廣泛，各個階層均占一定比例，調(diào)查對象駕駛員各個方面的人數(shù)分布都較為均勻.

表2　參與調(diào)查駕駛員基礎(chǔ)信息

2) 色彩心理效應(yīng)普遍性不同路面色彩使駕駛員產(chǎn)生的與交通安全相關(guān)的心理效應(yīng)見表3.

表3　路面色彩對駕駛員心理影響數(shù)據(jù)統(tǒng)計

通過對駕駛員年齡、文化程度、性格與表3中心理效應(yīng)相關(guān)性的統(tǒng)計檢驗，得知χ2值分別為6.797，12.322，15.950；11.267，22.748，14.938；18.247，23.604，31.538.根據(jù)χ2檢驗可以看出：駕駛員色彩心理效應(yīng)在年齡、文化程度、性格3種因素上并不存在顯著差異.分析結(jié)果說明，駕駛員色彩心理效應(yīng)具有普遍性.

同時由表3也可以看出，紅、黃色更能對駕駛員產(chǎn)生危險警示的心理效應(yīng)，黑、灰色對駕駛員產(chǎn)生疲勞困倦的心理效應(yīng)，而綠、藍色對駕駛員產(chǎn)生舒適放松的心理效應(yīng).因此，可將紅、黃色應(yīng)用于事故多發(fā)路段路面，達到警示作用；將藍色應(yīng)用于普通路段路面，對駕駛員視覺形成一定的刺激和平衡作用；通過在長直路段應(yīng)用綠色路面來緩解長時間行車造成的視覺疲勞及緊張感.

3.2仿真實驗建模

3.2.1建模假設(shè)

1) 白色是中性色彩，調(diào)查發(fā)現(xiàn)其色彩情緒具有兩面性，所以不予考慮.

2) 在模型中建立的道路環(huán)境色彩對路面色彩使駕駛員產(chǎn)生的心理效應(yīng)會產(chǎn)生一定影響，但在本實驗中，主要研究路面色彩對駕駛員的心理效應(yīng)，因此，將道路環(huán)境色彩的影響作為一個常量，實驗在相同道路環(huán)境下進行來研究路面色彩的心理效應(yīng).

3.2.2實驗方案設(shè)計

本研究采用3d Max軟件進行仿真實驗平臺的建模，為簡化模型，道路模型采用雙向二車道，每條車行道寬4.5 m；駕駛員視線高度采用1.3 m.在模型中，建立護欄單元作為行車速度參照物，護欄高度采用1.5 m，立柱間距離采用普通距離4 m.在公路上，由于行車環(huán)境、氣候條件等因素的影響，行車速度一般最低可至20 km/h，最高可達到80 km/h，為使實驗結(jié)果更接近實際，減小誤差值，因此，將對比實驗分為3組進行：第一組為低速組，實驗組行車速度為30 km/h，對照組設(shè)3種行車速度與之對比，分別為20，30，40 km/h；第二組為中速組，實驗組行車速度為50 km/h，對照組設(shè)為40，50，60 km/h；第三組為高速組，實驗組行車速度為70 km/h，對照組設(shè)為60，70，80 km/h.對照組路面色彩分別設(shè)置為紅色、黃色、藍色、綠色、灰色.

以低速組實驗為例，具體實驗過程見圖3.

圖3　仿真實驗流程

3.3實驗結(jié)果分析

基于駕駛員色彩心理效應(yīng)的普遍性，文中實驗隨機抽取男性、女性駕駛員各15名進行實驗調(diào)查.對于參與實驗調(diào)查的駕駛員，均要求視力良好，且無色盲、色弱，實驗進行前駕駛員均未被告知實驗?zāi)康?

通過實驗調(diào)查，對每種對比色彩路面的三組實驗數(shù)據(jù)分別進行t檢驗，即對在路面色彩心理效應(yīng)影響下感知速度的均值與實際行車速度的差異檢驗，各組t值見表4.

表4　各組實驗t檢驗

根據(jù)表4中t檢驗結(jié)果，其P值均小于0.05，可以看出，在路面色彩心理效應(yīng)影響下感知速度的均值與實際行車速度存在顯著差異.基于此，對色彩效應(yīng)量d值進行計算，測定其效應(yīng)量大小等級，各組實驗d值見圖4.

圖4　不同色彩路面效應(yīng)量d值

根據(jù)本研究給出的效應(yīng)量等級劃分標(biāo)準，對不同色彩路面效應(yīng)量進行等級測定，結(jié)果見表5.

表5　不同色彩路面心理效應(yīng)等級

由圖4、表5可知，紅、黃、藍、綠、灰五種路面色彩心理效應(yīng)量d值均大于0.4，效應(yīng)量等級均在中等效應(yīng)之上，且紅、藍2色路面心理效應(yīng)量較其他色彩更大，其3組效應(yīng)量d值均大于0.7，效應(yīng)量等級相對較高，同時也可以看出，路面色彩影響下駕駛員色彩心理效應(yīng)量d值與行車速度成正比.

4　結(jié)　　論

1) 路面色彩會對駕駛員產(chǎn)生心理效應(yīng)，且不同色彩心理效應(yīng)作用量大小會有所差異，其中，紅色、藍色產(chǎn)生的心理作用效果(效應(yīng)量d值均大于0.7)相對較大，而灰色、綠色、黃色產(chǎn)生的心理作用效果相對較小；

2) 隨著行車速度的提高，路面色彩心理效應(yīng)對駕駛員產(chǎn)生的效應(yīng)量也會隨之增大，因此，在一些行車速度較高的公路上，路面色彩的合理設(shè)置可能會取得更好的作用效果；

3) 路面色彩會使駕駛員對速度的感知產(chǎn)生偏差，這種偏差表現(xiàn)為對速度的感知偏高，并且隨著行車速度的提高，駕駛員對速度感知的偏高值會隨之增加.而不同色彩心理效應(yīng)影響下速度感知偏高值也有所不同，其中以紅色值最高，其次為藍色，灰色、綠色、黃色則相對較小.因此，通過路面色彩的合理設(shè)置，可以利用色彩的心理效應(yīng)影響達到使駕駛員降速，以保證其行車安全的目的.

由于仿真實驗與真實場景存在一定差別，所以實驗結(jié)果與實際結(jié)果可能會有一定誤差，后續(xù)需要開展部分路上實驗進行校正.另外，不同道路環(huán)境、路面色彩分布及其作用于人眼時間的長短，可能也會對駕駛員色彩心理效應(yīng)產(chǎn)生影響，其綜合效應(yīng)還需進一步研究.

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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，主要研究領(lǐng)域為城市交通運輸規(guī)劃與管理

*吉林省交通運輸科技計劃項目(2014-1-8)、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金(2015-zy-024)資助