魏中華，趙 霞

（北京工業(yè)大學(xué)城市交通學(xué)院，北京 100124）

單調(diào)景觀公路長(zhǎng)度臨界閾值

魏中華，趙 霞

（北京工業(yè)大學(xué)城市交通學(xué)院，北京 100124）

為了分析不同景觀形態(tài)下的公路長(zhǎng)度閾值的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是否一致，根據(jù)交通工程心理學(xué)的理論，運(yùn)用模擬駕駛的實(shí)驗(yàn)方法，分析駕駛?cè)嗽诓煌肪坝^類型下的駕駛行為特性，分析駕駛?cè)诵碾娭笜?biāo)、車輛運(yùn)行狀態(tài)隨公路長(zhǎng)度的變化規(guī)律，并建立基于駕駛?cè)诵碾娭笜?biāo)的公路長(zhǎng)度計(jì)算模型，推算不同景觀圍合度的公路長(zhǎng)度理論閾值；然后，運(yùn)用壓力測(cè)試問卷和實(shí)地驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，驗(yàn)證理論公路長(zhǎng)度閾值模型.結(jié)果表明：模擬駕駛實(shí)驗(yàn)推算的理論公路長(zhǎng)度閾值的預(yù)測(cè)精度高于90%，并得到各景觀圍合度的公路長(zhǎng)度臨界閾值.

公路景觀；空間圍合度；影響機(jī)制；駕駛行為；臨界閾值

公路景觀設(shè)計(jì)作為增加視覺刺激的重要手段，可有效提高駕駛積極性、舒適性和安全性，是未來公路建設(shè)的必要考慮因素.而景觀空間優(yōu)化在公路景觀優(yōu)化設(shè)計(jì)中顯得尤為重要.2000年，Simonds［1］指出，圍合界面的大小以及組合方式顯著影響個(gè)體對(duì)空間的氛圍識(shí)別與情緒感知.歐洲國(guó)家在公路建設(shè)中特別注重道路景觀設(shè)計(jì)與自然環(huán)境、公路線性相結(jié)合；更注重其與駕乘人員心理和視覺特性相協(xié)調(diào). Mok等［2］指出，考慮到駕駛?cè)说男睦砗鸵曈X特性，機(jī)動(dòng)車道上的景觀構(gòu)成應(yīng)以大尺度、粗線條設(shè)計(jì)為主.在具體的公路景觀規(guī)劃中，單調(diào)圍合景觀因其建設(shè)周期短、工程造價(jià)少、實(shí)地操作容易等優(yōu)點(diǎn)而常見于各交通廊道，但常見公路線形過長(zhǎng)或過渡形式紊亂等現(xiàn)象.Thiffault等［3］在模擬駕駛實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，長(zhǎng)直單調(diào)的道路環(huán)境極易消極影響駕駛行為，誘發(fā)駕駛疲勞，增加事故發(fā)生率，造成潛在的安全隱患. Antonson等［4］和Rnros［5］研究得到駕駛?cè)嗽诓煌坝^圍合度下的駕駛行為有顯著差異，景觀公路的長(zhǎng)度閾值也可能存在差異.公路的長(zhǎng)度閾值是評(píng)價(jià)公路安全系數(shù)的一個(gè)重要指標(biāo).Brookhuis等［6］指出駕駛績(jī)效與工作負(fù)荷度呈現(xiàn)倒U的關(guān)系模型.工作負(fù)荷度越高，駕駛績(jī)效越差.單調(diào)景觀對(duì)駕駛?cè)说挠绊懸嗍秦?fù)荷度持續(xù)累積的過程.因此，有必要分析不同景觀類型下的公路長(zhǎng)度閾值，使駕駛績(jī)效最佳.

歷年文獻(xiàn)對(duì)不同景觀類型下的公路長(zhǎng)度閾值的量化研究較少.部分文獻(xiàn)定性提出公路長(zhǎng)度的參考閾值.例如，魏中華［7］、秦曉春等［8］定性提出景觀公路的長(zhǎng)度閾值需要參考景觀設(shè)計(jì)特性，如空間圍合度、景觀序列或景觀敏感度.新西蘭公路局定性提出公路廊道每隔5 min至少出現(xiàn)1個(gè)景觀單元［9］.同時(shí)，部分文獻(xiàn)通過問卷評(píng)估、實(shí)地實(shí)驗(yàn)、視頻或圖片觀看等方式，分析車輛運(yùn)行狀態(tài)隨行駛公里的變化趨勢(shì)，以推算公路長(zhǎng)度閾值［10-11］.但是這一階段的研究方式缺乏對(duì)景觀與駕駛?cè)说慕换ナ接绊懙年P(guān)注，忽視公路使用者的心/生理要素，而這往往是公路景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)需遵循的必要原則之一.數(shù)據(jù)顯示，基于生物信號(hào)的心/生理特征檢測(cè)方式，因其實(shí)時(shí)、無創(chuàng)、無擾的特點(diǎn)而成為目前駕駛行為研究中的熱點(diǎn).因此，大量駕駛行為實(shí)驗(yàn)借助動(dòng)態(tài)心/生理檢測(cè)儀器，如心電儀、腦電儀、眼動(dòng)儀，結(jié)合主觀問卷，檢測(cè)駕駛?cè)诵?生理狀態(tài)隨行駛公里的變化趨勢(shì).在這些生物信號(hào)中，心電指標(biāo)是分析自主神經(jīng)對(duì)心血管的影響程度的理想指標(biāo)［12］，且心電儀因操作簡(jiǎn)單、攜帶方便、無干擾、信號(hào)采集便利、信號(hào)精確反映心臟變化趨勢(shì)等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用［6］.例如，2011年毛科?。?3］在模擬駕駛環(huán)境下得到基于心電指標(biāo)HR的公路長(zhǎng)度閾值，但未考慮不同景觀類型下的長(zhǎng)度閾值的異質(zhì)性.

因此，本文基于典型的景觀圍合形式，依托駕駛模擬艙，結(jié)合動(dòng)態(tài)心電檢測(cè)儀，首先，研究駕駛?cè)诵碾娭笜?biāo)、車輛運(yùn)行狀態(tài)隨公路長(zhǎng)度的變化規(guī)律；其次，建立基于駕駛?cè)诵碾娭笜?biāo)的公路長(zhǎng)度計(jì)算模型，推算不同景觀類型的公路長(zhǎng)度理論閾值；最后，運(yùn)用壓力測(cè)試問卷和實(shí)地實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，驗(yàn)證模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果.

1　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1實(shí)驗(yàn)者

遴選實(shí)驗(yàn)者的標(biāo)準(zhǔn)為：健康的男/女性；裸視力或者矯正視力在1.0以上；駕齡3 a以上，平均年駕車公里超過5 000 km；年齡范圍限制在20～40歲，以減少由年齡段不同所帶來的景觀審美或認(rèn)知差異.

35名實(shí)驗(yàn)者參加模擬實(shí)驗(yàn)，5名實(shí)驗(yàn)者的數(shù)據(jù)不予以采納，因其在實(shí)驗(yàn)過程中受到外界信號(hào)干撓. 30名實(shí)驗(yàn)者（男性16人，女性14人）的數(shù)據(jù)有效，實(shí)驗(yàn)成功率為85.7%.所有實(shí)驗(yàn)者的平均年齡為25.56±2.11歲，平均駕齡3.92±0.49 a.其中，男性比例為53.3%，男性平均年齡為27.12±2.41歲，平均駕齡為4.00±0.31 a.對(duì)男、女實(shí)驗(yàn)者的年齡和駕齡分別進(jìn)行顯著性分析發(fā)現(xiàn)，男、女組間的年齡不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［F（1，28）=2.54，p=0.12＞0.05］，男、女組間的駕齡也不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［F （1，28）=0.86，p=0.36＞0.05］.可見，男、女駕駛?cè)说膫€(gè)體屬性不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

1.2實(shí)驗(yàn)器材

1.2.1駕駛模擬艙

模擬艙為駕駛行為的研究提供了一個(gè)交互可控、安全經(jīng)濟(jì)的虛擬環(huán)境.研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)模擬環(huán)境的逼真度接近真實(shí)環(huán)境，駕駛?cè)耸?種場(chǎng)景的影響不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［12］.這可為本文的駕駛行為影響研究提供理論支撐.

實(shí)驗(yàn)采用的駕駛模擬艙的型號(hào)為 AutoSim AS1600.包括駕駛操作系統(tǒng)、視景系統(tǒng)及車輛行駛參數(shù)采集系統(tǒng)等.駕駛操作系統(tǒng)利用動(dòng)力發(fā)生器模擬0～10 Hz的振動(dòng)，并模擬車輛的平、縱、橫三向運(yùn)動(dòng).模擬車型為豐田Yaris.在視景仿真系統(tǒng)中，4臺(tái)服務(wù)器負(fù)責(zé)運(yùn)行計(jì)算車輛左前方、前方、右前方和后方公路場(chǎng)景的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提供140°水平視野和40°垂直視野，并由4臺(tái)分辨率為1 024×768的投影儀分別輸出視頻數(shù)據(jù)至8.3 cm（3.25英寸）液晶顯示屏上.車輛行駛參數(shù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取模擬車輛的三維坐標(biāo)、車速、道路側(cè)偏值、制動(dòng)距離、方向盤轉(zhuǎn)向角度等主要參數(shù).

1.2.2心電儀

選取北京保邁科技有限公司研發(fā)的便攜式KF2動(dòng)態(tài)心電儀檢測(cè)駕駛?cè)蝿?wù)過程的心電參數(shù)，如心電圖、心率、呼吸、體位及體表溫度等，以256 Hz的頻率對(duì)心電參數(shù)進(jìn)行無干擾式采樣.

1.3虛擬環(huán)境

本文的虛擬道路景觀環(huán)境的原型為大廣省際公路北京段.這是一條雙向四車道的城市快速路.每一模擬路段長(zhǎng)20 km，單向行車道總寬14.5 m，單車道寬3.75 m，右側(cè)路肩寬2.0 m，右側(cè)安全凈區(qū)寬5.0 m，最高限速為80 km/h.根據(jù)文獻(xiàn)［13］可知，20 min是產(chǎn)生疲勞的臨界時(shí)間點(diǎn)，因此，實(shí)驗(yàn)設(shè)置的公路長(zhǎng)度為15 min×80 km/h=20 km，以構(gòu)建單調(diào)但未至疲勞的公路駕駛環(huán)境.為保證實(shí)驗(yàn)者不受除景觀圍合外的其他因素（如公路線形、天氣、車流量、廣告牌等）的干擾，設(shè)定模擬場(chǎng)景為長(zhǎng)直公路線形、晴朗天氣狀況、自由行駛狀態(tài)、無廣告牌等［14-15］.模擬場(chǎng)景中的路側(cè)景觀設(shè)置在安全凈區(qū)以外.模擬實(shí)驗(yàn)構(gòu)建三類典型的景觀圍合場(chǎng)景，即開放、半開放及封閉式，如圖1所示.

1）在開放場(chǎng)景中，公路兩側(cè)視野開闊，無高大樹群遮擋視線；

2）在半開放場(chǎng)景中，公路右側(cè)設(shè)有高大白楊樹群，平均高度為12 m，平均直徑為1 m.公路左側(cè)視野開闊，無高大樹群遮擋視線；

3）在封閉場(chǎng)景中，公路兩側(cè)均設(shè)有高大白楊樹群，平均高度為12 m，平均直徑為1 m.未安置與實(shí)驗(yàn)?zāi)康臒o關(guān)的路側(cè)設(shè)施.未安置與實(shí)驗(yàn)?zāi)康臒o關(guān)的路側(cè)設(shè)施.

1.4主觀問卷

1.4.1逼真度問卷

實(shí)驗(yàn)設(shè)備和虛擬仿真環(huán)境的逼真度顯著影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，因此，需要評(píng)估實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)環(huán)境的逼真度.實(shí)驗(yàn)設(shè)備為豐田Yaris半實(shí)物仿真車輛，測(cè)評(píng)項(xiàng)為油門、剎車、檔位、方向盤、座椅、視鏡.實(shí)驗(yàn)環(huán)境為模擬公路場(chǎng)景，測(cè)評(píng)項(xiàng)為標(biāo)志、標(biāo)線、景觀、路面鋪裝、公路線形設(shè)計(jì).評(píng)分法為L(zhǎng)ikert5分法，其中1分為“根本不逼真”，5分為“非常逼真”.

1.4.2壓力測(cè)試問卷

所有實(shí)驗(yàn)者需在實(shí)驗(yàn)過程中或?qū)嶒?yàn)結(jié)束后根據(jù)工作人員指導(dǎo)認(rèn)真作答壓力測(cè)試問卷.該問卷主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)者在行車過程中壓力感知或情緒體驗(yàn)，測(cè)評(píng)3個(gè)主題.主題1、2運(yùn)用Likert5分法測(cè)評(píng)，其中：1分為“根本不強(qiáng)烈”，5分為“非常強(qiáng)烈”.

1）主題1測(cè)評(píng)實(shí)驗(yàn)者是否受到消極情緒影響及強(qiáng)烈程度；

2）主題2測(cè)評(píng)實(shí)驗(yàn)者每隔4 km的消極情緒的強(qiáng)烈程度，即工作人員每隔4 km的行駛里程詢問實(shí)驗(yàn)者的消極情緒的強(qiáng)烈程度，實(shí)驗(yàn)者通過講機(jī)實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前場(chǎng)景中的消極情緒的打分值；

3）主題3測(cè)評(píng)實(shí)驗(yàn)者期望的最大公路長(zhǎng)度.

1.5客觀變量

Horst等［16］指出車輛運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)中的行駛速度和道路側(cè)偏值是量化表征駕駛績(jī)效的重要指標(biāo).同時(shí)，楊渝書等［17］指出，心電信號(hào)是無創(chuàng)測(cè)定自主神經(jīng)對(duì)心血管影響，準(zhǔn)確反映個(gè)體應(yīng)激水平或體力負(fù)荷的有效指標(biāo).故選取這2類指標(biāo)表征不同圍合場(chǎng)景下的駕駛特征.

1.5.1車輛運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)

汽車行駛速度的變化可表征車輛縱向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的操作穩(wěn)定性.

道路側(cè)偏值（lane deviation，簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)D）是指車輛偏離道路中心線的位移.它的變化可表征車輛橫向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的操作穩(wěn)定性.

1.5.2駕駛?cè)诵碾娭笜?biāo)

對(duì)心電指標(biāo)的分析主要包括對(duì)心率和心率變異性的分析［18］.心率（heart rate，HR）是指心臟每分鐘跳動(dòng)的次數(shù).它是評(píng)定駕駛?cè)诵?生理變化的敏感指標(biāo)，能內(nèi)在反映駕駛?cè)说捏w力負(fù)荷度［19］.心率變異性分析（heart rate variability，HRV）是指連續(xù)竇性心跳間期的微小漲落，由心率或心動(dòng)周期變化的程度表示.心臟正?；顒?dòng)取決于交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)的平衡.若交感神經(jīng)活性增強(qiáng)，副交感神經(jīng)活性減弱，心律可能失常.因此，HRV是鑒別這2類神經(jīng)是否處于平衡狀態(tài)的有效方法［20］.

本文對(duì)HRV的分析方法為頻域分析法.其中，低頻指標(biāo)（low frequency，LF）加速心跳搏動(dòng)頻率，反映交感神經(jīng)的活性強(qiáng)度.當(dāng)機(jī)體處于劇烈運(yùn)動(dòng)、緊張狀態(tài)或不良環(huán)境中時(shí)，交感神經(jīng)活性強(qiáng)度占優(yōu)勢(shì)，它使機(jī)體的應(yīng)激水平上升，機(jī)體器官活性增強(qiáng)，適應(yīng)環(huán)境急劇變化的能力提升，機(jī)體內(nèi)在穩(wěn)定性增強(qiáng)；高頻指標(biāo)（high frequency，HF）反映副交感神經(jīng)的活性強(qiáng)度.當(dāng)機(jī)體處于平靜狀態(tài)時(shí)，副交感神經(jīng)活性強(qiáng)度占優(yōu)勢(shì).它使心跳減慢、血壓降低、支氣管縮小.當(dāng)副交感神經(jīng)持續(xù)作用于個(gè)體時(shí)，個(gè)體進(jìn)入消極應(yīng)激狀態(tài)，易頭暈?zāi)垦?、疲勞無力.一般，交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)功能相反、相互制約.低頻與高頻的比值LF/HF表征自主神經(jīng)的平衡性，反映交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)的張力平衡狀態(tài).若LF/HF值增加，交感神經(jīng)活性增強(qiáng)，暗示機(jī)體可能處于緊張狀態(tài)或不良環(huán)境中.

1.6實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)于2014年5月21日—31日在北京工業(yè)大學(xué)交通樓的模擬駕駛實(shí)驗(yàn)室開展.選定人體生理周期的活躍期進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即上午9：00—12：00及下午2：00—5：00［21］249-451.實(shí)驗(yàn)室平均溫度為23℃，實(shí)驗(yàn)環(huán)境安靜.正式實(shí)驗(yàn)前，實(shí)驗(yàn)者需保證充足睡眠.實(shí)驗(yàn)前3 h，建議停止攝入任何刺激性酒水或藥物，如咖啡、茶、酒、煙草等.實(shí)驗(yàn)當(dāng)天，工作人員首先解說實(shí)驗(yàn)流程、儀器的操作方法及主觀問卷的填寫方式，確保實(shí)驗(yàn)者正確掌握實(shí)驗(yàn)流程.在工作人員指導(dǎo)下，實(shí)驗(yàn)者在一段長(zhǎng)直鄉(xiāng)村路段上進(jìn)行模擬駕駛訓(xùn)練.訓(xùn)練路段與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無關(guān).實(shí)驗(yàn)者可按平時(shí)駕駛習(xí)慣自由練習(xí)以熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)環(huán)境.休息10 min后，實(shí)驗(yàn)者佩戴KF2型心電儀，靜坐15 min恢復(fù)精神狀態(tài)或體力狀態(tài).正式實(shí)驗(yàn)中，每名實(shí)驗(yàn)者需分別完成開放、半開放及封閉場(chǎng)景的行駛?cè)蝿?wù)，實(shí)驗(yàn)順序隨機(jī)，以減少駕駛?cè)藵撛诘膶W(xué)習(xí)效應(yīng).實(shí)驗(yàn)者的行駛速度需小于公路設(shè)計(jì)的最高限速80 km/h.工作人員實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)者的車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)及心電數(shù)據(jù).并且在每個(gè)行駛場(chǎng)景中，工作人員每隔4 km詢問實(shí)驗(yàn)者在行車過程中消極情緒的強(qiáng)烈程度，以記錄實(shí)驗(yàn)者的實(shí)時(shí)情緒狀態(tài).每段駕駛?cè)蝿?wù)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)者休息15 min，完成壓力測(cè)試問卷，并調(diào)整狀態(tài)準(zhǔn)備下個(gè)實(shí)驗(yàn).圖2示例某位實(shí)驗(yàn)者行駛于開放場(chǎng)景的圖片.當(dāng)實(shí)驗(yàn)者完成所有駕駛?cè)蝿?wù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束.

1.7統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析軟件IBM SPSS 20.0對(duì)實(shí)驗(yàn)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.采用3σ準(zhǔn)則剔除實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的奇異數(shù)據(jù).3σ準(zhǔn)則是統(tǒng)計(jì)學(xué)中常用的剔除奇異點(diǎn)的方法.它是在粗差不可避免的情況下，使參數(shù)的分布盡可能避免粗差的影響，得到正常模式下的有效數(shù)值.在每類圍合場(chǎng)景中，將20 km的實(shí)驗(yàn)路程劃分為20段，每段1 km，對(duì)單位公里的各類指標(biāo)取平均值.運(yùn)用重復(fù)測(cè)量方差分析法分析3類圍合場(chǎng)景下各指標(biāo)的顯著性差異.重復(fù)測(cè)量方差分析采用Mauchly球形檢驗(yàn)法.若檢驗(yàn)p＞0.05，說明重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)之間不存在相關(guān)，數(shù)據(jù)符合球形假設(shè)，采用主體內(nèi)效應(yīng)檢驗(yàn)輸出結(jié)果；反之，若p ＜0.05，數(shù)據(jù)不符合球形假設(shè)，則采用多變量檢驗(yàn)輸出結(jié)果進(jìn)行顯著性分析.若3類場(chǎng)景下某類指標(biāo)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，將其提取為特征指標(biāo).反之，為非特征指標(biāo).

2　結(jié)果分析

2.1逼真度問卷評(píng)估

實(shí)驗(yàn)者對(duì)半實(shí)物仿真車輛及模擬環(huán)境的逼真度的評(píng)估分值如下.車輛的各項(xiàng)得分為：油門4.87± 0.85；剎車4.93±1.29；檔位4.85±0.87；方向盤4.80±1.29；座椅4.89±0.69；視鏡4.81±0.68.車輛逼真度的綜合得分為4.86±0.78.模擬場(chǎng)景的各項(xiàng)得分為：標(biāo)志4.85±0.51；標(biāo)線4.80±0.86；景觀4.81±0.99；公路鋪裝4.83±0.59；公路線形設(shè)計(jì)4.87±0.95.模擬場(chǎng)景逼真度的綜合得分為4.83± 0.78.可見，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和虛擬環(huán)境的逼真度都較高，可為室內(nèi)模擬環(huán)境的數(shù)據(jù)采集提供理論參考.

2.2車輛運(yùn)行指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析

2.2.1速度

對(duì)各模擬場(chǎng)景下的速度進(jìn)行描述性分析，結(jié)果見表1.速度隨公路長(zhǎng)度變化的散點(diǎn)分布見圖3.可見，開放場(chǎng)景、半開放和封閉場(chǎng)景的速度均值約為81 km/h，略微超過實(shí)驗(yàn)規(guī)定的最高限速80 km/h.

表1　模擬場(chǎng)景關(guān)鍵參數(shù)描述性分析Table 1 Descriptive analysis of key parameters in the simulator

對(duì)行駛速度進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析.由行駛速度的Mauchly球形檢驗(yàn)結(jié)果可知，檢驗(yàn)p＜0.05［χ2（2）=11.59，p=0.05＜0.05］，不滿足球形分布假設(shè).故采用多變量檢驗(yàn)中的Pilliai跟蹤法進(jìn)行顯著性分析，得到檢驗(yàn)p=0.33［F（2，370）=1.12，p＞0.05］，表明開放、半開放和封閉場(chǎng)景下的行駛速度不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，非本文的特征指標(biāo).但在給定限速80 km/h的條件下，各場(chǎng)景中的行駛速度均接近甚至超過限速，這意味著長(zhǎng)直單調(diào)公路易引發(fā)實(shí)驗(yàn)者快速甚至超速的駕駛行為.

2.2.2LD

對(duì)各模擬場(chǎng)景下LD進(jìn)行描述性分析，結(jié)果見表1.LD隨公路長(zhǎng)度變化的散點(diǎn)分布見圖4.可知，開放場(chǎng)景的LD均值最大，為（0.74±0.12）m；封閉場(chǎng)景的LD均值最小，為（0.10±0.04）m.

對(duì)LD進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析.由LD的Mauchly球形檢驗(yàn)結(jié)果可知，檢驗(yàn)p＞0.05［χ2（2）= 1.42，p=0.49＞0.05］，滿足球形分布假設(shè).故采用主體內(nèi)球形度效應(yīng)檢驗(yàn)可知，開放、半開放和封閉場(chǎng)景下的 LD有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［F（2，360）=297.55，p＜0.05］.進(jìn)一步的LD兩兩比對(duì)顯示，僅開放場(chǎng)景和其他兩場(chǎng)景間的LD有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.各場(chǎng)景中LD的誤差條形圖見圖5.一般來說，LD波動(dòng)越小，駕駛狀態(tài)越穩(wěn)定.由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：開放場(chǎng)景的LD顯著高于半開放和封閉場(chǎng)景的LD.與其他兩場(chǎng)景相比，開放場(chǎng)景更易讓實(shí)驗(yàn)者偏移車道中心線，更易誘發(fā)駕駛狀態(tài)的不穩(wěn)定性，致使駕駛穩(wěn)定性較差.可見，LD顯著體現(xiàn)景觀對(duì)駕駛?cè)说挠绊懽兓?guī)律，可以遴選為特征指標(biāo).取LD為評(píng)估駕駛穩(wěn)定狀態(tài)的特征指標(biāo).

2.3心電指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析

2.3.1相關(guān)性分析

對(duì)各圍合場(chǎng)景的心電指標(biāo)進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示.可見，在各類景觀圍合場(chǎng)景中，LF/HF與LF、LF/HF與HF的相關(guān)性均顯著超過0.70，屬較強(qiáng)相關(guān)；LF與HF的相關(guān)性也均顯著超過0.50，屬中度相關(guān)；LF/HF、LF、HF中的任一指標(biāo)與HR的兩兩相關(guān)性都顯著小于0.4，說明這兩類指標(biāo)的相關(guān)性較弱.

表2　各場(chǎng)景中心電指標(biāo)相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of ECG indices in each scenario

2.3.2HR

對(duì)各模擬場(chǎng)景下的HR進(jìn)行描述性分析，結(jié)果見表1，開放場(chǎng)景、半開放場(chǎng)景和封閉場(chǎng)景的HR均值都接近78次/min.

（2）兩種開挖順序均導(dǎo)致巷道上部?jī)杉缃翘幊霈F(xiàn)較大范圍的破壞區(qū)，因此在進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮在錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上采用錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

對(duì)HR進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析.由HR的Mauchly球形檢驗(yàn)結(jié)果可知，檢驗(yàn)p＜0.05［χ2（2）= 109.23，p=0.00＜0.05］，不滿足球形分布假設(shè).故采用多變量檢驗(yàn)法的Pillai跟蹤法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析可知，開放、半開放和封閉場(chǎng)景下的HR并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［F（2，247）=2.25，p=0.11＞0.05］，HR的誤差條形如圖6所示.HR在各場(chǎng)景中無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，暗示著不同場(chǎng)景的駕駛?cè)蝿?wù)未引發(fā)駕駛?cè)说捏w力負(fù)荷出現(xiàn)顯著差異.這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)者在每段駕駛?cè)蝿?wù)結(jié)束后均有足夠長(zhǎng)的休息時(shí)間.故不宜遴選HR為特征指標(biāo).

2.3.3LF/HF

對(duì)各模擬場(chǎng)景下的LF/HF進(jìn)行描述性分析，結(jié)果見表1，開放場(chǎng)景的LF/HF最大，為2.57±0.55；封閉場(chǎng)景的LF/HF最小，為2.38±0.39.

對(duì)LF/HF進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析.由LF/HF 的Mauchly球形檢驗(yàn)結(jié)果可知，檢驗(yàn)p＞0.05［χ2（2）=3.45，p=0.18＞0.05］，滿足球形分布假設(shè).故采用主體內(nèi)球形度效應(yīng)檢驗(yàn)可知，開放、半開放和封閉場(chǎng)景下的LF/HF有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［F（2，360）= 3.27，p=0.04＜0.05］.進(jìn)一步的LF/HF兩兩比對(duì)顯示，僅開放與封閉場(chǎng)景的LF/HF有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且開放場(chǎng)景的LF/HF顯著高于封閉場(chǎng)景的LF/HF. LF/HF的誤差條形圖如圖7所示.LF/HF值增加，暗示交感神經(jīng)活性增強(qiáng)，機(jī)體可能處于緊張狀態(tài)或不良環(huán)境中.與封閉場(chǎng)景相比，開放場(chǎng)景下實(shí)驗(yàn)者的交感神經(jīng)活性更強(qiáng)，應(yīng)激水平更高.同時(shí)，Bear等［21］479-661指出，較高的LF/HF值，易引發(fā)個(gè)體強(qiáng)烈的消極情緒.這暗示著開放場(chǎng)景更易帶給實(shí)驗(yàn)者更大的行車壓力，更易引發(fā)駕駛消極情緒.故提取LF/HF為特征指標(biāo).

2.3.4LD與LF/HF關(guān)系分析

開放場(chǎng)景與封閉場(chǎng)景下，特征指標(biāo)LF/HF與LD均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.對(duì)比這2類指標(biāo)的變化趨勢(shì)，如圖8所示.

由圖可知，無論在開放場(chǎng)景還是封閉場(chǎng)景，LF/ HF與LD均成正比.由表3所示，在任一場(chǎng)景中，LF/HF與LD的相關(guān)系數(shù)均顯著高于0.75，屬較強(qiáng)相關(guān).最可能的解釋為：公路景觀通過影響駕駛?cè)说男碾娭笜?biāo)（LF/HF），致使外在駕駛作業(yè)機(jī)能（LD）出現(xiàn)變化，從而對(duì)駕駛行為產(chǎn)生影響.這意味著LF/HF變化是誘發(fā)LD變化的重要原因.

表3　各場(chǎng)景LF/HF與LD相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of LF/HF and LD in the simulator

3　模型搭建

LF/HF變化是誘發(fā)LD變化的重要原因，因此，選取心電特征指標(biāo)LF/HF表征實(shí)驗(yàn)者的駕駛應(yīng)激狀態(tài).探討LF/HF隨公路長(zhǎng)度的變化規(guī)律，客觀反映實(shí)驗(yàn)者的駕駛應(yīng)激狀態(tài)隨公路長(zhǎng)度的變化趨勢(shì)，并基于LF/HF建立不同圍合度的公路長(zhǎng)度閾值模型，推算公路長(zhǎng)度的理論閾值.

3.1應(yīng)激狀態(tài)客觀分析

各場(chǎng)景下LF/HF隨公路長(zhǎng)度的變化趨勢(shì)擬合線如圖9所示，令L為各場(chǎng)景的公路長(zhǎng)度，令F為公路長(zhǎng)度L對(duì)應(yīng)的平衡比指標(biāo)LF/HF，定義如下幾個(gè)重要參數(shù)，并以封閉場(chǎng)景的曲線為例，標(biāo)注出Lmin、Lmax關(guān)鍵點(diǎn)的位置.

令Fmin為對(duì)應(yīng)的最小LF/HF值，則Lmin為Fmin對(duì)應(yīng)的公路長(zhǎng)度；

令Fmax為對(duì)應(yīng)的最大LF/HF值，則Lmax為Fmax對(duì)應(yīng)的公路長(zhǎng)度.

由圖9可見，在各圍合場(chǎng)景中，［0，Lmin］為實(shí)驗(yàn)者的起步階段.該段數(shù)據(jù)的主要影響源為車輛起步過程，受景觀的影響很小，因此，起步過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將不納入本章的研究范疇.在［Lmin，20］，各場(chǎng)景LF/HF隨公路長(zhǎng)度的變化趨勢(shì)呈倒“U”形，具體解釋如下.

1）［Lmin，Lmax］：在3類場(chǎng)景中，隨著公路長(zhǎng)度的增加，LF/HF均持續(xù)增加，暗示駕駛?cè)蝿?wù)促使實(shí)驗(yàn)者的交感神經(jīng)活性上升，主動(dòng)應(yīng)激水平上升，駕駛?cè)诉M(jìn)入積極應(yīng)激的興奮狀態(tài)，說明公路形態(tài)帶給駕駛?cè)朔e極正面影響.至公路長(zhǎng)度Lmax處，LF/HF達(dá)到最大值，駕駛?cè)说慕桓猩窠?jīng)活性強(qiáng)度達(dá)到最大值.

2）［Lmax，20］：在3類場(chǎng)景中，隨著公路長(zhǎng)度的增加，LF/HF均持續(xù)急劇下降，暗示駕駛?cè)蝿?wù)促使副交感神經(jīng)活性上升，交感神經(jīng)活性下降，使駕駛?cè)说姆e極應(yīng)激水平下降，而消極應(yīng)激水平上升.此時(shí)，無論是何種圍合度的公路形態(tài)，均帶給駕駛?cè)讼麡O負(fù)面影響.

3）公路長(zhǎng)度Lmax是駕駛?cè)吮３址e極或消極狀態(tài)的轉(zhuǎn)折點(diǎn).超過Lmax后，景觀的過度單調(diào)已經(jīng)不能再為駕駛?cè)颂峁┓e極影響［19］.故各種景觀圍合度的公路長(zhǎng)度的臨界閾值為L(zhǎng)max.

3.2應(yīng)激狀態(tài)主觀評(píng)估

較高的LF/HF值，易引發(fā)個(gè)體強(qiáng)烈的消極情緒［21］.因此，通過壓力測(cè)試問卷主觀評(píng)估實(shí)驗(yàn)者在駕駛過程中情緒的壓力感知狀態(tài)，以驗(yàn)證駕駛壓力狀態(tài)客觀分析的可靠性.

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：開放場(chǎng)景43.2%、半開放場(chǎng)景29.3%及封閉場(chǎng)景27.5%的實(shí)驗(yàn)者均表示駕駛情緒受到消極影響，可見開放場(chǎng)景比其他兩場(chǎng)景更易誘發(fā)駕駛?cè)说南麡O情緒.消極影響主要表現(xiàn)為壓抑、煩躁，尚未出現(xiàn)疲勞和憤怒情緒.

實(shí)驗(yàn)者駕駛情緒受到消極影響的強(qiáng)烈程度的打分均值分別為開放場(chǎng)景3.3±1.8，半開放場(chǎng)景2.6±1.7，封閉場(chǎng)景2.4±1.6.各場(chǎng)景中實(shí)驗(yàn)者每4 km消極情緒隨公路長(zhǎng)度的變化趨勢(shì)如圖10所示.由圖可知：開放場(chǎng)景中，在9～12 km處，消極情緒驟變至3.5分，消極情緒比較強(qiáng)烈；半開放場(chǎng)景中，在 13～16 km處消極情緒已經(jīng)升至3.8～4.0分，消極情緒比較強(qiáng)烈；總體而言，模型推算得到的各場(chǎng)景下的公路長(zhǎng)度的理論閾值均出現(xiàn)在主觀評(píng)估的消極情緒分值在3.8～4.0處，消極情緒比較強(qiáng)烈.且開放場(chǎng)景的公路長(zhǎng)度理論閾值為三者中的最短值，其消極情緒出現(xiàn)得最早.主觀評(píng)估結(jié)論證實(shí)駕駛壓力狀態(tài)客觀分析的可靠性，并證實(shí)結(jié)論“開放場(chǎng)景更易帶給實(shí)驗(yàn)者更高的應(yīng)激水平、更大的道路側(cè)偏值和相對(duì)較差的駕駛穩(wěn)定性”.

3.3公路長(zhǎng)度臨界閾值模型

對(duì)LF/HF與公路長(zhǎng)度的散點(diǎn)分布分別進(jìn)行三次多項(xiàng)式擬合、二次多項(xiàng)式擬合、線性擬合、指數(shù)擬合、負(fù)指數(shù)擬合和對(duì)數(shù)擬合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)擬合曲線為三次多項(xiàng)式時(shí)，擬合優(yōu)度 R2最大，介于0.92～0.95.LF/HF與公路長(zhǎng)度的三次擬合曲線的表達(dá)式為

式中：L為景觀場(chǎng)景中對(duì)應(yīng)的公路長(zhǎng)度，km；F（L）為公路長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的LF/HF值；qi為L(zhǎng)的第j次冪對(duì)應(yīng)的第i次多項(xiàng)式系數(shù)（j=1，2，3，4；i=4-j）；R2為多項(xiàng)式的擬合優(yōu)度.曲線的關(guān)鍵參數(shù)見表4.

表4　模擬場(chǎng)景擬合曲線的關(guān)鍵參數(shù)及擬合優(yōu)度Table 4 Polynomial coefficients qiand fitting degree R2of the curves in the simulator

分別對(duì)各場(chǎng)景的F（L）求導(dǎo)，令導(dǎo)數(shù)函數(shù)為0，求導(dǎo)公式為

計(jì)算F（L）最大的公路長(zhǎng)度閾值Lmax.

計(jì)算結(jié)果匯總至表5.對(duì)各場(chǎng)景的公路長(zhǎng)度閾值Lmax進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)得到，不同場(chǎng)景的Lmax有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［F（2，87）=441.22，p=0.00＜0.05）.進(jìn)一步對(duì)Lmax兩兩比較可知，開放場(chǎng)景的長(zhǎng)度閾值與其他兩場(chǎng)景的長(zhǎng)度閾值存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

3.4公路長(zhǎng)度臨界閾值主觀評(píng)估

運(yùn)用壓力測(cè)試問卷主觀評(píng)估實(shí)驗(yàn)者期望的公路長(zhǎng)度閾值，以便對(duì)公路長(zhǎng)度理論閾值進(jìn)行精度校驗(yàn).統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果得到，在20 km的行駛場(chǎng)景中，85.9%的實(shí)驗(yàn)者認(rèn)為公路長(zhǎng)度設(shè)置過長(zhǎng)，并且實(shí)驗(yàn)者期望的公路長(zhǎng)度閾值分別為：開放場(chǎng)景11.02 km、半開放場(chǎng)景13.68 km、封閉場(chǎng)景14.08 km.將公路長(zhǎng)度期望閾值與表5中公路長(zhǎng)度理論閾值相比，分別計(jì)算得到模型的相對(duì)推算精度為：開放場(chǎng)景99.2%，半開放場(chǎng)景94.1%和封閉場(chǎng)景92.4%，如表5所示，可見模型推算的精度較高.

4　實(shí)地驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為探索室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否可靠，需要進(jìn)一步開展實(shí)地駕駛實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證.

4.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選定實(shí)地大廣高速公路具有開放、半開放和封閉圍合特性的原型路段進(jìn)行實(shí)驗(yàn).室外駕駛實(shí)驗(yàn)所用的小汽車為別克凱越車型，與模擬實(shí)驗(yàn)的豐田Yaris車型性能相近.隨機(jī)遴選6名已參加過模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行實(shí)地實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)者需同樣佩戴KF2型心電儀以便采集LF/HF心電數(shù)據(jù).實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2014-07-07/07-11（周一至周五）的2014-07-07 T 10：00—15：00，所選時(shí)段天氣晴朗，交通流為自由流狀態(tài).對(duì)比分析開放、半開放及封閉的公路場(chǎng)景下，模擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)地實(shí)驗(yàn)LF/HF指標(biāo)的相關(guān)性及變化規(guī)律的一致性，驗(yàn)證室內(nèi)模擬駕駛實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相對(duì)有效性.采用IBMSPSS20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

表5　公路長(zhǎng)度閾值理論閾值及期望閾值Table 5 Highway'sconcluded length thresholds in the simulator and questionnaire

4.2校驗(yàn)分析

如圖11所示，任一場(chǎng)景中，模擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)地實(shí)驗(yàn)的LF/HF散點(diǎn)變化趨勢(shì)顯著相關(guān)，室內(nèi)外LF/HF散點(diǎn)趨勢(shì)變化規(guī)律相對(duì)一致，且LF/HF均值也呈現(xiàn)顯著的較強(qiáng)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.77、0.83、0.78，如表6所示.

同時(shí)，如表7所示，任一場(chǎng)景中，實(shí)地實(shí)驗(yàn)LF/ HF均值普遍高于模擬實(shí)驗(yàn)的LF/HF均值，表明室外實(shí)驗(yàn)者的應(yīng)激水平普遍高于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)者的應(yīng)激水平.

表6　各場(chǎng)景LF/HF相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis of LF/HF in and out of the simulator in each scenario

表7　各場(chǎng)景實(shí)地與模擬場(chǎng)景LF/HF的描述性分析Table 7 Descriptive analysis of LF/HF in and out of the simulator in each scenario

綜上可得，基于LF/HF心電指標(biāo)的室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有效，證實(shí)各場(chǎng)景室內(nèi)模擬駕駛實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相對(duì)有效性.

4.3公路長(zhǎng)度的實(shí)際閾值

基于3.2節(jié)各模擬場(chǎng)景下公路長(zhǎng)度理論閾值模型的構(gòu)建思想，建立實(shí)地場(chǎng)景下各場(chǎng)景的公路長(zhǎng)度的閾值模型，推算公路長(zhǎng)度的實(shí)地閾值.

對(duì)實(shí)地場(chǎng)景的LF/HF與公路長(zhǎng)度的散點(diǎn)分布分別進(jìn)行三次多項(xiàng)式擬合、二次多項(xiàng)式擬合、線性擬合、指數(shù)擬合、負(fù)指數(shù)擬合和對(duì)數(shù)擬合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)擬合曲線為三次多項(xiàng)式時(shí)，擬合優(yōu)度R2最大，介于0.94～0.97.令L為各場(chǎng)景的公路長(zhǎng)度，令G為實(shí)際場(chǎng)景中公路長(zhǎng)度L對(duì)應(yīng)的平衡比指標(biāo)LF/HF.則實(shí)際場(chǎng)景中LF/HF與公路長(zhǎng)度的三次擬合曲線的表達(dá)式為

式中：L為實(shí)地景觀場(chǎng)景中對(duì)應(yīng)的公路長(zhǎng)度，km；G （L）為實(shí)際場(chǎng)景公路長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的LF/HF值；q＇i為L(zhǎng)的第j次冪對(duì)應(yīng)的第i次多項(xiàng)式系數(shù)（j=1，2，3，4；i=4-j）；R2為多項(xiàng)式的擬合優(yōu)度.曲線的擬合參數(shù)和擬合優(yōu)度見表8.

表8　實(shí)地場(chǎng)景擬合曲線的關(guān)鍵參數(shù)及擬合優(yōu)度Table 8 Polynomial coefficients q＇iand fitting degree R2of the curves in the field

分別對(duì)各場(chǎng)景的G（L）求導(dǎo)，求導(dǎo)公式為

表9　模擬場(chǎng)景與實(shí)地場(chǎng)景參數(shù)對(duì)比Table 9 Parameter comparisons between the simulated and field scenarios

對(duì)比模擬場(chǎng)景與實(shí)地場(chǎng)景的2對(duì)參數(shù)（公路長(zhǎng)度閾值Lmax與L＇max，LF/HF最大值Fmax與Gmax）的變化趨勢(shì)，見表9及圖12.可以發(fā)現(xiàn)：

1）任一場(chǎng)景中，實(shí)地場(chǎng)景的公路長(zhǎng)度閾值L＇max均大于模擬場(chǎng)景的理論閾值Lmax，閾值的增加幅度為0.05～1.88 km.其中，實(shí)地場(chǎng)景中開放場(chǎng)景的公路長(zhǎng)度閾值增加幅度最大，為1.88 km；而封閉場(chǎng)景的公路長(zhǎng)度閾值增加幅度最小，僅為0.05 km.開放、半開放及封閉場(chǎng)景中理論閾值的估算精度分別為81.9%、93.6%及99.6%.

2）任一場(chǎng)景中，實(shí)地場(chǎng)景的 LF/HF最大值Gmax均大于模擬場(chǎng)景的LF/HF最大值Fmax，證實(shí)實(shí)地場(chǎng)景中駕駛?cè)说膽?yīng)激水平普遍高于模擬環(huán)境中的應(yīng)激水平.LF/HF的增加幅度為0.82～1.46.其中，實(shí)地場(chǎng)景中封閉場(chǎng)景的LF/HF增加幅度最大，為1.46，說明在實(shí)地的封閉景觀場(chǎng)景中，實(shí)驗(yàn)者的應(yīng)激水平增加幅度最大；而開放及半開放場(chǎng)景的LF/HF增加幅度均相對(duì)較小，為0.82～1.09.

5　結(jié)論與展望

1）證實(shí)駕駛?cè)嗽诓煌瑖蠄?chǎng)景下駕駛特征并非完全一致.相對(duì)于封閉場(chǎng)景，開放場(chǎng)景更易帶給實(shí)驗(yàn)者更高的主動(dòng)應(yīng)激水平、更大的道路側(cè)偏值、相對(duì)較差的駕駛穩(wěn)定性，同時(shí)更易引發(fā)消極駕駛行為.但是，開放與封閉場(chǎng)景的駕駛速度和體力負(fù)荷度并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.不同的景觀空間圍合形式對(duì)駕駛行為的影響不同.駕駛?cè)嗽陂_放式的景觀場(chǎng)景中的行車速度、車道偏移量和行車壓力均顯著高于其他2個(gè)場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)值.

2）界定了不同景觀圍合度的公路長(zhǎng)度理論閾值.無論是何種景觀圍合度的公路環(huán)境，即便形式單調(diào)，在一定的長(zhǎng)度閾值內(nèi)也能正面影響駕駛行為.但當(dāng)公路長(zhǎng)度超過它的臨界閾值，不論是何種形式的公路景觀，都會(huì)對(duì)駕駛?cè)藥硐麡O影響.開放式公路的理論長(zhǎng)度閾值最短，顯著小于其他兩場(chǎng)景的理論閾值.

3）發(fā)現(xiàn)室內(nèi)外場(chǎng)景中各評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)性較強(qiáng)，散點(diǎn)趨勢(shì)變化規(guī)律相對(duì)一致，證實(shí)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相對(duì)有效性.在任一場(chǎng)景下，室外實(shí)驗(yàn)者的體力負(fù)荷度或應(yīng)激水平均普遍高于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)者的體力負(fù)荷度或應(yīng)激水平.

論文結(jié)論可為公路設(shè)計(jì)實(shí)踐提供初步理論參考.在設(shè)計(jì)不同圍合度的公路景觀時(shí)，需要秉承“佳則收之，陋?jiǎng)t蔽之”的基本原則，充分構(gòu)造不同的輔助視覺空間以提高視覺刺激.例如，開放式場(chǎng)景為駕駛?cè)藥硐鄬?duì)開闊的視覺空間，施工和維護(hù)成本較低，對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)最佳，適用于公路遠(yuǎn)景質(zhì)量好的情況；封閉式圍合場(chǎng)景能為駕駛?cè)藥硐鄬?duì)均衡和隔離的行駛環(huán)境.車道偏移量以及駕駛速度的變化都較為平穩(wěn)，且視覺誘導(dǎo)功能較強(qiáng)，施工和維護(hù)成本都較高，適用于公路遠(yuǎn)景質(zhì)量不佳的情況.但無論是何種圍合形式，公路長(zhǎng)度均應(yīng)控制在理論閾值范圍內(nèi).

同時(shí)，本文的研究局限之處列舉如下，在未來的研究中也將進(jìn)一步深入考慮.

1）本文將景觀圍合度作為單一變量建立公路長(zhǎng)度臨界閾值模型，鑒于道路環(huán)境的復(fù)雜性，在后續(xù)研究中將考慮車流、車型等因素以提高結(jié)論普適性.

2）所有結(jié)論結(jié)果均是基于限速80 km/h的單向兩車道城市快速路條件下得出.未來研究中進(jìn)一步討論上述結(jié)論對(duì)其他道路等級(jí)的適用程度.

3）在半開放場(chǎng)景下，特征指標(biāo)與駕駛特征的規(guī)律出現(xiàn)隨機(jī)性與不穩(wěn)定性，不好把握和評(píng)估，故研究未對(duì)半開放場(chǎng)景的特性做深入探討.但半開放場(chǎng)景具有天然的彈性和兼容性，施工造價(jià)和維護(hù)成本介于開放式和封閉式景觀場(chǎng)景之間，有必要在未來實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步探討半開放式的公路場(chǎng)景對(duì)駕駛行為的影響以及該場(chǎng)景的適用條件.

4）文中實(shí)驗(yàn)者的年齡段為20～40周歲，是中國(guó)典型的駕駛?cè)后w.實(shí)驗(yàn)環(huán)境為典型的開放、半開放和封閉的公觀場(chǎng)景.在后續(xù)的究中，將更換實(shí)驗(yàn)樣本或?qū)嶒?yàn)環(huán)境，研究不同的實(shí)驗(yàn)樣本在相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下駕駛特征的異同或研究相同的實(shí)驗(yàn)樣本在不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下駕駛特征的異同，豐富實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

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（責(zé)任編輯 鄭筱梅）

Critical Threshold of Highway Length Under Monotonous Landscaping Patterns

WEI Zhonghua，ZHAO Xia
（College of Metropolitan Transportation，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China）

Based on applied theories of traffic engineering psychology，the paper aims to quantitatively analyze highway landscape's effect on driving behavior based on drivers'physiological performance，and quantify highway length thresholds under three typical landscape patterns，namely“open”，“semi-open”and“vertical”ones.These studies were designed in the combination of the driving-simulator studies with the field operational tests for verification.And devices utilized here were the driving simulator，and electrocardiograph.Specifically，vehicle-related data，ECG data and supplemental subjective stress perception were collected.The evaluation results extrapolated the drivers'U-shaped physiological response to landscape patterns.Models on highway length were built based on LF/HF's variation trend with highway length.The results reveal that the theoretical highway length threshold tends to increase when the landscape pattern was switched to open，semi-open and vertical ones.The reliability and accuracy of the results is validated by questionnaires and field operational tests.With precision rates of theoretical thresholds higher than 90%，the model results were testified to have had high reliabilities.

highway landscape；spatial patterns；effect mechanism；driving behavior； critical threshold

U 491

A

0254-0037（2016）01-0095-12

10.11936/bjutxb2015040029

2015-04-13

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51208008）；國(guó)家“973”計(jì)劃資助項(xiàng)目（2012CB723303）

魏中華（1977—），男，副教授，主要從事公路景觀規(guī)劃、智能交通控制與管理方面的研究，E-mail：weizhonghua@ bjut.edu.cn