開發型駕駛模擬器的可變情報板誘導信息認知度評價

可變情報板VMS（Variable Message Sign）是發布誘導信息的主要工具，通常布設在城市路網和高速公路網中，發布交通擁堵、旅行時間、排隊長度、交通事故、道路施工等信息[1]。它給人們的出行提供實時準確的路況信息，引導駕駛員合理選擇出行路徑，最大程度地緩解交通負荷。對于較為復雜的城市高架路及隧道網絡，由于高架下、隧道內的通信及定位較差，手機很難及時準確定位，駕駛員無法及時預知前方的道路狀況；而在這類場景中，VMS可及時告知駕駛員前方道路交通的狀況，以及相關道路的出口，讓駕駛員提前做好準備，對城市道路交通的安全、高效運行有很大的幫助[2,3]。

VMS有圖形式、文字式、圖文結合式等多種形式，不同的VMS信息量也不同。在設置可變情報板時通常著重考慮其空間布局和誘導信息對駕駛行為的影響，而很少考慮駕駛員對于VMS誘導信息的認知度，以及行車過程中對信息版內容的接受程度，如文字的大小、文字內容的長度等。這就導致在某些情況下，由于VMS所包含的誘導信息過多、過于繁瑣或者表示的含義不夠清晰等原因，使得駕駛員不能夠從VMS中獲得正確的路況信息，而選擇了不夠合理的出行路徑。

另一方面，由于駕駛員對于交通信息板的認知程度，受到駕駛員自身、車輛、行駛環境以及引導策略等眾多因素的影響，利用數學解析方法對其進行評估存在著很大的難度，因此，可以采用模擬實驗的方法，建立一定的道路模型，通過模擬實驗，觀察不同駕駛員對于可變情報板提供的信息做出的駕駛行為，由此得出駕駛員對VMS的認知程度，進而對各可變情報板進行評價。

可變情報板的評價體系

評價可變情報板最直接的方法是看可變情報板在實際生活中的引導效果。但這樣難以得到實際的數據而且極難得到量化的實驗結果。所以，決定用新的一套評價體系來評價一塊可變情報板的好壞。由于影響可變情報板信息認知的兩個主要因素是1、誘導板信息的負荷度 2、誘導板的視認性，因此選取這兩個因素作為評價指標，建立相應的評價模型。

負荷度模型

可變情報板信息的負荷度反映的是情報板上容納信息量的多少，其大小與板上的文字數、交叉口的數量、終點的數量以及其他因素呈正相關。因此可以給出負荷度的計算公式：

其中w、x、y分別為文字書、交叉口數量、終點數量，均為可量化的信息，可以直接從可變情報板中獲得；z為其他因素不便于量化，在式中取值為1； 為對應權重。再利用ASPID權重分析法來計算各影響因素對應的權重。首先選定四塊不同的可變情報板，收集板的相關信息，然后通過問卷調查的方式，得到駕駛員對這四塊板的信息負荷度的相對大小。對四塊可變情報板套用公式（1）建立方程組，聯立解出 的值。

視認性模型

人們對于可變情報板的視認性反映了人們在獲取誘導信息并做出相應的駕駛行為時所需的時間，可變情報板的視認性越高，其誘導信息的表達則越明確。用可變情報板的可視距離D來表達其視認性，計算公式如下。

其中Y為行車軌跡變化點，其值可以通過駕駛模擬器實驗測得；行車速度V則是在進行實驗時有嚴格的限定，駕駛員的反應時間因人而異，不過可以取一般值；T為駕駛員反應時間。由此可以較為方便地求得D值，從而評價出可變情報板視認性的大小。

模擬駕駛實驗

實驗場景的構建

實驗場景選擇上海市五角場地區，包括五條主干道：黃興路，邯鄲路，翔殷路，淞滬路，四平路；周邊部分支路：國定路，國和路，政通路，政立路等；和周邊標志性大型建筑等。

構建的模型主要包括：主干道，交叉口，新型可變情報板，周邊建筑、植物等。所有模型的建立、編輯、貼圖、渲染均在SketchUp中完成。其中，根據實驗需求以及制定好的實驗路線，在相應路口處放置新型可變情報板，板上信息分為路段擁堵（紅）有文字信息、路段暢通（綠）有文字信息和路段擁堵（紅）無文字信息三種，同一實驗路線分別安置上述三種情報板。

在SketchUp中將上述模型按五角場真實場景構建虛擬路網，并通過貼圖材質的選擇以求場景真實性最大化。將SketchUp制作的模型導入Virtools軟件，添加燈光、攝像機、對材質進行調整，盡可能使模型的視覺效果逼真。

為使實驗場景逼真，控制相關控件的變化，且采集的數據方便后續分析，編寫了相關的Virtools腳本[4-6]，包括攝像機腳本、車體控制腳本、數據采集腳本、可變情報板腳本。

▲圖1 實驗場景整體圖

▲圖2 實驗場景細節圖

實驗過程

為對駕駛行為進行探究，招募了50名具有駕駛經驗的志愿者，年齡在30～50歲之間呈均勻分布。實驗中使用VMS一共有4塊。情報板上路段顯示綠色為通暢，顯示黃色為一般，顯示紅色為擁堵。為了消除實驗設計可能存在個體差異，避免每次實驗情報板都相同而引起實驗參與者的非自主判斷的行為，獲得更準確的可變情報板負荷度模型，故設定了四個不同的可變情報板（VMS）共16種不同的擁堵情況，駕駛員在模擬駕駛實驗時，都可以有不同的選擇。用于實驗的可變情報板如下圖所示。為了使實驗人員有更真實的實驗感受，同時獲得更豐富的實驗調查數據，設計了以下的實驗方案。

▲圖3 四個實驗用可變情報板

駕駛員實驗環境預熱

首先通過播放實驗交叉口的實際交通流視頻錄像和介紹材料，使參與實驗人員熟悉實驗場景，盡快的融入到實驗環境中；然后進行三輪試駕，讓實驗者熟悉Virtools實驗平臺及操控設備。

模擬駕駛實驗

參與實驗的駕駛員將在相同的場景分別對四個不同的VMS共16種不同的擁堵情況進行試驗。起始點距離可變情報板450m,可變情報板距離十字交叉口250m。從起始點開始，只要駕駛員進行了大幅度的變向動作，均被視為實驗人員看到可變情報板所做出的反應。將所采集的位置、速度、時間等數據采集后保存并輸出。

此次實驗共由50人參加實驗，獲得800份數據。

實驗后問卷調查

駕駛員完成虛擬實驗后，再進行問卷調查。在該份問卷中，參與實驗的人員根據對所給可變情報板信息符合度進行評價，用于確定負荷度模型中參數的大小。

實驗結果與數據分析

可變情報板負荷度分析

根據問卷調查的結果可以求得負荷度的計算公式為：

其中負荷度I值表示的是信息含量的相對大小，其取值在0～50之間。從式（4）中可以發現可變情報板中各參數對于其信息量的影響：

1）、式（4）中，文字數w的權重最低，它表明在可變情報板上文字較少時，文字的多少對于信息量的影響較少；但是隨著文字數的增多，它產生的影響也會越來越大，從而對駕駛員信息的獲取產生較大的影響。

2）、由式（4）可以看出，終點數的權重系數高于其它，說明可變交通誘導板的終點數對板面信息量的影響最大。終點數過多，駕駛員難以快速地找到自己的目的地，從而延長他們做出相應駕駛行為的時間。

根據可變情報板的信息負荷度的大小將其信息的負荷度劃分為以下五個等級。

表1 可變情報板負荷度等級

根據以上的計算公式可以計算出四塊板的負荷度大小分別為19.264，28.874，32.293，38.595，再參考表1可知，四塊板的信息負荷度等級逐漸提高，所包含的信息量也逐漸增加，相應地駕駛員從中獲取有用信息并做出駕駛反應所需的時間增加。

可變情報板視認性分析

針對四塊VMS板提供的16種不同的擁堵情況進行實驗，利用Virtools記錄下運行車輛的位置，并根據坐標數據大致畫出模擬車輛的行駛軌跡，即記錄某時刻車輛距離道路右側的距離x以及車輛與出發點的豎直距離y。若記錄過程中x發生較大變動，說明駕駛員在接收到可變情報板的誘導信息后，做出變更車道的駕駛行為。由于當駕駛員做出需要直行的判斷時不能從車道的改變上得到駕駛員的反應距離，讓駕駛員在看到直行指令時用一個先往左變道再往右變道的動作來代替直行的動作，這樣便可以通過第一個往左變道的動作判斷出反應距離。

利用變道起始點A所對應的y值即可根據公式 計算出可變情報板的可視距離D。在實驗時將車輛速度控制在50km/h左右，取駕駛員的反應時間為1s，Y=450-y,則D=(Y+16.7)m。

16組實驗得到的D的平均值柱狀圖如下所示。

▲圖5 可視距離柱狀圖

從圖5中可以看出，不同的可變情報板其對應的D存在著較大的差異，而對于同一塊可變情報板在不同路況不同目的地的情況下其D的值也有所不同。D值越大，可變情報板的視認性越好，其目的地在板上的位置更醒目，駕駛員也就能夠更快地接受到板提供的誘導信息并做出相應的駕駛反應。

對于四塊不同的VMS板，當行駛的目的地均為板的最遠端的地點時，將四塊板平均的可視距離繪制在下圖中，得到可視距離D與負荷度I之間的關系。

▲圖6 可視距離D與負荷度I之間的關系

從圖6中可以看到，隨著負荷度I的增大，可視距離D逐漸減小。這表明負荷度的增加使可變情報板上的信息量增加，駕駛員從這些信息中獲取有用信息所需的時間也就越長，從而導致了可視距離的減少。此外，當I值較小時，I值的變化對可視距離的影響較大，而隨著I值的逐漸增大其影響也逐漸地趨于平緩，也就是說當可變情報板上信息量超過某一個值時，信息量對于可變情報板誘導信息視認性的影響就變得非常小了。

綜合上述的實驗與分析可知，在對可變情報板誘導信息的認知度進行評價時，可以按照上述流程，從信息的符合度和誘導板的視認性的角度對其進行評價，從而得出可變情報板誘導信息認知度的高低；也可以根據分析得到的結果，在設計可變情報板時對其包含的信息總量進行控制，從而使其能夠發揮最大的效果。

結束語

本文提出了以可變情報板信息負荷度、板面視認性為主要指標的評價體系，用來評價駕駛員對于可變情報板誘導信息的認知度。利用開發型駕駛模擬器、SketchUp建模軟件以及Virtools建模軟件，建立了以上海市五角場為環境的仿真場景，通過駕駛員的模擬駕駛、實時的數據采集以及數據的分析和計算，將駕駛員主觀的認識評價進行一定的量化，得到了對可變情報板認知度的綜合效果評價，為今后城市道路可變情報板設計規范的制定與優化提供依據。