荊迪菲，宋燦燦，郭忠印

（同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804）

隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量的激增和高速公路機(jī)動(dòng)化出行需求的增加，早期建設(shè)的高速公路已經(jīng)不能適應(yīng)劇增的交通量。新建［1］與改擴(kuò)建［2］八車道高速公路大量涌現(xiàn)，如沈大高速、京臺(tái)高速、濱萊高速、京滬高速等，我國(guó)八車道高速公路的比例不斷攀升。除擴(kuò)大路網(wǎng)規(guī)模外，在既有交通需求和供給下，通過(guò)動(dòng)態(tài)路徑誘導(dǎo)方法來(lái)規(guī)避大面積區(qū)域擁堵，實(shí)現(xiàn)交通流的合理分布，是高速公路管理部門最為青睞的策略［3］。

可變信息標(biāo)志（variable message sign，VMS）是交通誘導(dǎo)系統(tǒng)中信息發(fā)布系統(tǒng)的重要組成部分，依交通、道路、氣象等狀況變化向駕駛員提供實(shí)時(shí)的下行交通時(shí)空信息［4］，通常安裝在高速公路和主干路網(wǎng)的關(guān)鍵位置［5］。VMS 的版面形式、誘導(dǎo)內(nèi)容以及合理布設(shè)是實(shí)現(xiàn)有效路徑誘導(dǎo)和保障道路安全的基礎(chǔ)，目前關(guān)于VMS布設(shè)的研究大多集中于路網(wǎng)環(huán)境下VMS的布設(shè)密度與選址。Abbas等［6］通過(guò)確定性排隊(duì)模型估算車輛延誤時(shí)間，以交通量轉(zhuǎn)移至繞行路線產(chǎn)生車輛延誤最小為原則優(yōu)化VMS 選址。Chiu等［7］、李小強(qiáng)［8］、王建軍等［9］以行車安全、通行效率、環(huán)境能源等為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建雙層VMS 選址規(guī)劃模型。八車道高速公路車道數(shù)增多促使車輛運(yùn)行速度加快、橫向換道距離成倍增加［10］。由于起到路徑誘導(dǎo)作用的VMS 要傳遞比普通交通標(biāo)志更多的信息，因此駕駛員需要在更短的時(shí)間內(nèi)完成VMS視認(rèn)、路徑?jīng)Q策、車輛減速與換道，達(dá)到實(shí)時(shí)優(yōu)化行駛路徑的目的［11］。VMS前置距離設(shè)置不當(dāng)，不僅影響誘導(dǎo)信息的可讀性、指引性，還誘發(fā)超速行駛、急換道等危險(xiǎn)駕駛行為。我國(guó)目前尚未提出關(guān)于VMS前置距離的規(guī)范，現(xiàn)有的《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》（GB5768―2009）［12］和《高速公路LED 可變信息標(biāo)志》（GB/T 23828―2009）［13］仍舊缺少這方面的具體內(nèi)容，未制訂具體的可執(zhí)行的條款，使得工作人員在實(shí)踐中對(duì)VMS的位置設(shè)置無(wú)據(jù)可依。

多位學(xué)者［14-16］基于理論模型和交通仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)VMS前置距離展開(kāi)研究，但理論模型往往具有多重假設(shè)并簡(jiǎn)化了駕駛行為，基于動(dòng)力學(xué)模型的交通仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)駕駛行為存在差異。以上研究方法均無(wú)法體現(xiàn)速度區(qū)域性變化特征以及駕駛員對(duì)某種前置距離的接受程度。同時(shí)，經(jīng)VMS誘導(dǎo)后的換道行為屬于強(qiáng)制換道，與自主換道行為存在較大差異，理論模型與交通仿真實(shí)驗(yàn)均難以反映，結(jié)論具有局限性。因此，在VMS 投入使用前，應(yīng)從駕駛行為角度出發(fā)研究VMS前置距離對(duì)駕駛行為的影響。

國(guó)內(nèi)關(guān)于VMS 前置距離對(duì)駕駛行為影響的研究尚屬空白，而駕駛行為作為直接誘發(fā)交通事故的主要原因，綜合剖析VMS前置距離對(duì)駕駛行為的影響規(guī)律是解決VMS 優(yōu)化設(shè)置問(wèn)題的基礎(chǔ)。王昊程等［17］、張?jiān)茓桑?8］研究了八車道高速公路出口預(yù)告標(biāo)志前置距離對(duì)駕駛行為的影響，但VMS與出口預(yù)告標(biāo)志在功能屬性、信息量、版面形式等方面存在顯著差別，駕駛員對(duì)兩者進(jìn)行視認(rèn)時(shí)的車輛操控行為、視認(rèn)行為、生心理指標(biāo)變化存在顯著差異，因此基于出口預(yù)告標(biāo)志得出的結(jié)論不適用于VMS 前置距離對(duì)駕駛行為的影響規(guī)律。

駕駛模擬實(shí)驗(yàn)具有能有效控制實(shí)驗(yàn)變量、全方位獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景可重復(fù)和成本效益較高等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多地應(yīng)用于交通安全領(lǐng)域的研究。Wade等［19］指出，虛擬駕駛的車輛軌跡特征與實(shí)車行駛車輛軌跡特征無(wú)明顯差異。Bella［20］、McAvoy等［21］、毛喆等［22］對(duì)駕駛模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了物理驗(yàn)證和行為驗(yàn)證，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有絕對(duì)有效性或相對(duì)有效性。趙曉華等［23］、Charlton［24］、Vest等［25］、Ding等［26］均通過(guò)駕駛模擬實(shí)驗(yàn)基于運(yùn)行車速指標(biāo)分別研究了警告標(biāo)志、線形誘導(dǎo)標(biāo)志、頻閃燈、減速標(biāo)線的減速效果。Godley 等［27］與Jamson 等［28］均驗(yàn)證了駕駛模擬實(shí)驗(yàn)在標(biāo)志標(biāo)線設(shè)置效果研究方面的相對(duì)有效性。因此，采用駕駛模擬實(shí)驗(yàn)研究不同VMS前置距離下的駕駛行為具備合理性。

綜上所述，不同VMS前置距離對(duì)駕駛行為的影響尚不清楚。采用駕駛模擬實(shí)驗(yàn)，以換道過(guò)程中的方向盤操控行為、換道行為、減速行為為研究對(duì)象，解析不同VMS前置距離下的駕駛行為，為八車道高速公路VMS前置距離的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

采用如圖1所示的ScaNer Studio駕駛模擬仿真平臺(tái)，該平臺(tái)可提供沉浸式駕駛模擬環(huán)境，采集數(shù)據(jù)種類豐富且數(shù)據(jù)量大，采集頻率設(shè)置為50 Hz。

圖1 ScaNer Studio駕駛模擬仿真平臺(tái)Fig.1 ScaNer Studio driving simulation platform

為確保駕駛模擬實(shí)驗(yàn)的有效性和駕駛模擬數(shù)據(jù)的真實(shí)性，要求被試駕駛員評(píng)估實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、速度感知、加速器、方向盤和踏板性能的真實(shí)度，真實(shí)度滿分10 分，分?jǐn)?shù)越高表明場(chǎng)景越真實(shí)［29-30］。評(píng)估結(jié)果如表1 所示，表明該駕駛模擬實(shí)驗(yàn)具有很高的真實(shí)度，與實(shí)際交通場(chǎng)景的差異甚微。

表1 駕駛模擬實(shí)驗(yàn)真實(shí)度評(píng)估結(jié)果Tab.1 Reality evaluation results of driving simulation experiment

1.2 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景線形以京臺(tái)高速為藍(lán)本進(jìn)行設(shè)計(jì)，場(chǎng)景的主線設(shè)計(jì)速度為120 km·h?1；場(chǎng)景中共設(shè)3個(gè)互通立交，減速車道起點(diǎn)限速為90 km·h?1，匝道限速為60 km·h?1，互通立交類型與京臺(tái)高速一致。為減小實(shí)驗(yàn)路段長(zhǎng)度，將互通立交間距縮短為6 km，調(diào)整之后的互通立交選位符合《公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D21―2014）［31］中關(guān)于互通立交路段主線平縱面線形指標(biāo)的要求。場(chǎng)景全長(zhǎng)約17.9 km，場(chǎng)景示意圖如圖2所示。

圖2 場(chǎng)景示意圖Fig.2 Simulated freeway

為了盡可能減小線形對(duì)標(biāo)志視認(rèn)產(chǎn)生的影響，縱斷面采用了平坡。橫斷面采用雙向八車道，車道寬度3.75 m，右側(cè)硬路肩3.00 m，橫斷面參數(shù)如圖3所示。

圖3 道路橫斷面（單位：cm）Fig.3 Cross section of road(unit:cm)

場(chǎng)景中的交通標(biāo)志按照京臺(tái)高速的設(shè)計(jì)方案設(shè)置，在互通立交出口處增設(shè)VMS，VMS均以龍門架支撐于直線路段，減速車道起點(diǎn)前的主線設(shè)置可跨越同向車道線，駕駛員可自由變道。VMS 的原始尺寸為600 cm×500 cm，字高60 cm，VMS下邊緣距路面550 cm。駕駛模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景及VMS版面如圖4所示。

圖4 駕駛模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景Fig.4 Scenario of driving simulation experiment

基于前述文獻(xiàn)，考慮到靜態(tài)指路標(biāo)志協(xié)調(diào)性，設(shè)置3.0、2.5、1.5、0.7 km 4種VMS前置距離。為避免駕駛員對(duì)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)學(xué)習(xí)效應(yīng)，各組實(shí)驗(yàn)中VMS版面形式相同，但展示的前方交通狀況和路徑誘導(dǎo)信息不同，各前置距離下的VMS版面及布設(shè)位置如圖5所示。

圖5 不同前置距離的VMS布設(shè)Fig.5 VMS layout with different frontal distances

1.3 實(shí)驗(yàn)駕駛員

實(shí)驗(yàn)公開(kāi)招募駕駛員32人，男女比例2∶1，性別比例和年齡分布均符合2020年度中國(guó)駕駛?cè)私y(tǒng)計(jì)特征［32］。所有受試者的視力或矯正后視力及聽(tīng)力均正常，并都持有C1駕照，被試駕駛員的平均年齡34.2歲（標(biāo)準(zhǔn)差12.1歲），平均駕齡8.9年（標(biāo)準(zhǔn)差7.2年）。

1.4 實(shí)驗(yàn)流程

為避免模擬器操作熟練程度對(duì)駕駛員的影響，在模擬器自帶場(chǎng)景中駕駛員操作模擬器20 min后進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前告知駕駛員單次實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡?，并將?shí)驗(yàn)路網(wǎng)地圖給被試駕駛員觀看5min。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，駕駛員駕駛小客車按限制速度在最內(nèi)側(cè)車道行駛，駛往要求目的地，行駛過(guò)程中VMS 提示前方交通狀況并給出路徑誘導(dǎo)信息，駕駛員根據(jù)自身對(duì)路網(wǎng)及VMS的理解自由規(guī)劃路徑，駕駛員駛出京臺(tái)高速時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

1.5 數(shù)據(jù)預(yù)處理

選取駕駛員視認(rèn)完VMS 后駛出高速的過(guò)程為研究單元，對(duì)不同VMS前置距離下駕駛員的方向盤操控行為、換道行為、減速行為進(jìn)行深入分析?；谲囕v橫向位置對(duì)車道換道起終點(diǎn)進(jìn)行判別以提取換道過(guò)程，變道起止點(diǎn)和越線點(diǎn)的識(shí)別如下所示：

式中：y'i為時(shí)刻i的車輛橫向偏移率，m·s?1；yi為時(shí)刻i的車輛橫向位置，m；yL為車道線的橫向位置，m。

2 方向盤操控行為分析

駕駛員對(duì)方向盤的操控可以反映駕駛員轉(zhuǎn)向過(guò)程中的緊張程度、方向盤操作的難易程度以及方向盤操作的駕駛負(fù)荷。根據(jù)駕駛員換道過(guò)程中的方向盤操控行為數(shù)據(jù)，構(gòu)建方向盤轉(zhuǎn)角幅值θ、方向盤轉(zhuǎn)角速率θ?、方向盤操縱負(fù)荷度h指標(biāo)。

2.1 方向盤轉(zhuǎn)角幅值

方向盤轉(zhuǎn)角幅值θ為換道過(guò)程中方向盤最大轉(zhuǎn)角和最小轉(zhuǎn)角的差值，可有效表征駕駛員換道時(shí)的緊張程度，θ與駕駛員的緊張程度正相關(guān)。不同VMS 前置距離下θ箱形圖如圖6 所示。VMS 前置距離為1.5、0.7 km時(shí)，θ均值、離散程度大并存在極端值，表明該前置距離下駕駛員需大幅開(kāi)合方向盤才能完成換道操作，行車穩(wěn)定性低；VMS 前置距離為3.0、2.5 km時(shí)，θ均值和離散程度較小，表明該前置距離下駕駛員可從容完成換道。

圖6 不同VMS前置距離下?lián)Q道時(shí)θ箱形圖Fig.6 Boxplot of θ when changing lanes under different VMS frontal distances

采用單因素方差分析。Shapiro-Wilk 正態(tài)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)p＞0.05，樣本為正態(tài)分布；方差齊性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)p＞0.05，樣本的總體方差齊。方差分析結(jié)果表明，VMS 前置距離對(duì)方向盤轉(zhuǎn)角幅值影響顯著（p＜0.001）。多重比較發(fā)現(xiàn)，VMS 前置距離為1.5、0.7 km 時(shí)與VMS 前置距離為3.0、2.5 km 時(shí)的組間存在顯著性差異，組內(nèi)不存在顯著性差異。

2.2 方向盤轉(zhuǎn)角速率

方向盤轉(zhuǎn)角速率θ?為換道過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)方向盤轉(zhuǎn)角改變值，可有效表征駕駛員換道的難易程度，θ?與換道難易程度正相關(guān)。不同VMS 前置距離下θ?箱形圖如圖7 所示。VMS 前置距離為1.5、0.7 km時(shí)，θ?均值和離散程度大，表明該前置距離下駕駛員需頻繁調(diào)整方向盤才能完成變道；VMS前置距離為3.0、2.5 km時(shí)，θ?均值和離散程度較小，表明該前置距離下駕駛員能夠較容易地完成換道。

圖7 不同VMS前置距離下?lián)Q道時(shí)θ?箱形圖Fig.7 Boxplot of θ? when changing lanes under different VMS frontal distances

采用單因素方差分析。Shapiro-Wilk 正態(tài)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)p＞0.05，樣本為正態(tài)分布；方差齊性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)p＞0.05，樣本的總體方差齊。方差分析結(jié)果表明，VMS 前置距離對(duì)方向盤轉(zhuǎn)角速率有顯著影響（p＜0.001）。多重比較發(fā)現(xiàn)，VMS 前置距離為1.5、0.7 km 時(shí)與VMS 前置距離為3.0、2.5 km 時(shí)的組間存在顯著性差異，組內(nèi)不存在顯著性差異。

2.3 操控行為負(fù)荷度

當(dāng)VMS前置距離不足時(shí)，駕駛員傾向于通過(guò)大角度開(kāi)合方向盤進(jìn)行緊急換道，使得駕駛負(fù)荷顯著提高。駕駛員持續(xù)在較高負(fù)荷下駕駛車輛易造成駕駛員決策、操縱失誤或激進(jìn)，影響道路交通安全［33］。采用由方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)的低頻分量構(gòu)造的方向盤轉(zhuǎn)角功率h表征駕駛員換道過(guò)程中的駕駛負(fù)荷。h與駕駛負(fù)荷正相關(guān)。

圖8為d1～d8小波降噪效果對(duì)比。如圖8所示，經(jīng)Daubechies 7 階小波去噪后的數(shù)據(jù)能較好地保持原始數(shù)據(jù)形狀，數(shù)據(jù)信號(hào)曲線不會(huì)出現(xiàn)失真。因此，采用Daubechies 7 階小波對(duì)方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)進(jìn)行分解重構(gòu)，得到第7層低頻分量，求其自相關(guān)函數(shù)并進(jìn)行傅里葉變換得到功率譜，對(duì)功率譜密度函數(shù)在空間頻域上進(jìn)行積分求得第7層低頻分量信號(hào)的平均功率h。

圖8 d1～d8小波降噪效果對(duì)比Fig.8 Comparison of d1～d8 wavelet denoise effect

不同前置距離下h箱形圖如圖9所示。VMS前置距離為0.7 km時(shí)，h均值和離散程度大且存在極端值，表明該前置距離下駕駛員操控負(fù)荷較大；VMS前置距離為3.0、2.5、1.5 km時(shí)h均值基本相同，VMS前置距離為3.0 km時(shí)h離散程度較大，可能是由于駕駛員對(duì)VMS存在短期記憶［34］，在較長(zhǎng)的前置距離下部分駕駛員記憶出現(xiàn)一定衰減導(dǎo)致操縱負(fù)荷增大。

圖9 不同VMS前置距離下?lián)Q道時(shí)h箱形圖Fig.9 Boxplot of h when changing lanes under different VMS frontal distances

采用單因素方差分析。Shapiro-Wilk 正態(tài)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)p＞0.05，樣本為正態(tài)分布；方差齊性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)p＞0.05，樣本的總體方差齊。方差分析結(jié)果表明，VMS前置距離對(duì)駕駛負(fù)荷有顯著影響（p＜0.001），各前置距離組間均存在顯著性差異。

3 換道行為分析

VMS 的設(shè)置位置決定了駕駛員換道的空間范圍，換道的緊迫性、規(guī)范性顯著影響駕駛員的行車安全，因此VMS的設(shè)置位置應(yīng)保證駕駛員具有能夠從容、合法換道的空間。

3.1 換道緊迫性

不同VMS 前置距離下駕駛員的單次換道軌跡如圖10所示。圖10中實(shí)線為車道邊緣線，虛線為同向車道分界線。VMS 前置距離為3.0、2.5、1.5 km時(shí)換道軌跡曲線具有較高的相似度；VMS前置距離為0.7 km時(shí)換道軌跡最陡，表明該前置距離下駕駛員行為激進(jìn)。

圖10 不同VMS前置距離下單次換道軌跡Fig.10 Single lane changing trajectory under different VMS frontal distances

駕駛員換道軌跡可采用多項(xiàng)式軌跡模型［35］、三角函數(shù)軌跡模型［36］、雙曲正切函數(shù)軌跡模型［37］進(jìn)行擬合。雙曲正切函數(shù)中各個(gè)參數(shù)具有明確的物理意義，因此選擇該種函數(shù)進(jìn)行軌跡擬合。雙曲正切函數(shù)模型如下所示：

式中：x(t)為車輛與道路中線的距離，m；t為時(shí)間，s；Tc為單次執(zhí)行換道時(shí)間，s，VMS 前置距離為3.0、2.5、1.5、0.7 km 時(shí)分別取平均值4.39、4.22、3.27、1.70 s；α和δ為與換道軌跡起終點(diǎn)橫向位置相關(guān)的系數(shù)；τ為表征換道緊迫性的參數(shù)，|τ|越大表明換道情況越緊迫［37］。

采用雙曲正切函數(shù)軌跡模型對(duì)單次換道軌跡擬合，用確定系數(shù)（R2）、均方根誤差（βRMSE）表征擬合優(yōu)度，結(jié)果如表2 所示。由表2 可知，在前置距離為0.7、1.5 km時(shí)，|τ|較大，表明該VMS設(shè)置點(diǎn)位靠近停車換道點(diǎn)位，駕駛員換道狀態(tài)激進(jìn)且軌跡離散程度高，影響行車安全性；前置距離為2.5、3.0 km時(shí)，|τ|較小，表明該VMS 前置距離符合駕駛員期望，為駕駛員提供了理想換道條件，換道軌跡緩和，駕駛員換道狀態(tài)從容。

表2 單次換道軌跡擬合回歸結(jié)果Tab.2 Regression results of single lane changing trajectory fitting

3.2 換道規(guī)范性

連續(xù)變換車道是高速公路上危險(xiǎn)且違規(guī)的駕駛行為［38］，即變換2個(gè)或多個(gè)車道間沒(méi)有進(jìn)行車身的回正。圖11是駕駛員在不同VMS前置距離下的換道行為分布。由圖11可知，VMS前置距離對(duì)駕駛員換道行為規(guī)范性存在不同程度的影響。VMS前置距離與規(guī)范換道率成正相關(guān)，即當(dāng)VMS前置距離足夠時(shí)，規(guī)范換道的可能性大。當(dāng)VMS前置距離為2.5、3.0 km時(shí)，規(guī)范變道駛出概率高于90%，符合高速公路安全需求。當(dāng)VMS前置距離為0.7 km時(shí)，駕駛員連續(xù)變換3根車道的意愿遠(yuǎn)強(qiáng)于連續(xù)變換2根車道或規(guī)范變道，這是由于VMS 設(shè)置點(diǎn)位于出口較近導(dǎo)致變道距離不足所致。

圖11 不同VMS前置距離下的換道行為分布Fig.11 Lane changing behavior under different VMS frontal distances

4 減速行為分析

4.1 減速車道起點(diǎn)速度

VMS的設(shè)置使駕駛員做出臨時(shí)駛出匝道、更換行駛路徑的決策，但匝道的限速遠(yuǎn)低于主線的限速，通常在減速車道起點(diǎn)采用逐級(jí)限速的方式進(jìn)行降速。為保障駕駛員能夠安全駛出匝道，減速車道長(zhǎng)度能夠滿足駕駛員的速度由減速車道起點(diǎn)限速降至匝道限速的要求，因此駕駛員能夠在減速車道起點(diǎn)將速度降至限速就成為車輛能否將速度降至匝道限速的先決條件。因此，選擇減速車道起點(diǎn)速度進(jìn)行分析。

受VMS 誘導(dǎo)駛出高速的駕駛員在減速車道起點(diǎn)的車速箱型圖如圖12 所示。減速車道起點(diǎn)的限制速度為90 km·h?1。4 種VMS 前置距離下均出現(xiàn)駕駛員不同程度的超速現(xiàn)象。前置距離為0.7 km時(shí)，減速車道起點(diǎn)車速均值較高且存在極端低值，部分駕駛員以110 km·h?1以上的超高車速駛?cè)霚p速車道，僅少數(shù)駕駛員能夠達(dá)到限速要求，甚至存在駕駛員采取急剎車的危險(xiǎn)駕駛行為使速度快速降至57.4 km·h?1，遠(yuǎn)低于70 km·h?1的匝道限速；前置距離為1.5 km 時(shí)，半數(shù)駕駛員達(dá)到限速要求；前置距離為3.0、2.5 km時(shí)，減速車道起點(diǎn)車速均值符合限速要求且離散程度較小，不存在極端低值，表明該VMS前置距離下駕駛員可從容完成減速。

圖12 不同VMS前置距離下減速車道起點(diǎn)車速箱形圖Fig.12 Boxplot of the speed at the starting point of deceleration lane under different VMS frontal distances

采用單因素方差分析。Shapiro-Wilk正態(tài)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)p＞0.05，樣本為正態(tài)分布；方差齊性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)p＞0.05，樣本的總體方差齊。方差分析結(jié)果表明，VMS前置距離對(duì)減速車道起點(diǎn)車速影響顯著（p＜0.001）。多重比較發(fā)現(xiàn)，VMS前置距離為3.0、2.5 km時(shí)組間不存在顯著性差異，其他組間均存在顯著性差異。

4.2 減速與換道行為綜合分析

4 種VMS 前置距離下?lián)Q道、減速行為熱力圖如圖13所示。由圖13可知，4種VMS前置距離下的換道過(guò)程均伴隨不同程度的減速。

圖13 不同VMS前置距離下?lián)Q道、減速行為熱力圖Fig.13 Heat map of lane changing and deceleration behavior under different VMS frontal distances

駕駛員從最內(nèi)側(cè)車道駛向減速車道的過(guò)程中需進(jìn)行3 次換道。VMS 前置距離為3.0、2.5 km 時(shí)的換道、減速行為相似，執(zhí)行3次換道過(guò)程中車速穩(wěn)定在120 km·h?1以上，換道間隙存在3 km·h?1內(nèi)的小幅減速，完成3 次換道后在最外側(cè)車道減至限速值90 km·h?1以下，駕駛員有充足的時(shí)間進(jìn)行換道與減速，而且減速與換道2 種行為是依次進(jìn)行的。VMS前置距離為1.5 km 時(shí)，駕駛員出現(xiàn)雙重駕駛行為，即駕駛員采取制動(dòng)措施降低車速的同時(shí)操控方向盤進(jìn)行換道，執(zhí)行換道過(guò)程中減速幅值達(dá)到8 km·h?1，該行為大幅增加了駕駛操作難度和負(fù)荷，極易誘發(fā)交通事故，但抵達(dá)減速車道起點(diǎn)時(shí)速度仍在100 km·h?1以上，沒(méi)有達(dá)到限速要求。VMS前置距離為0.7 km時(shí)鮮有準(zhǔn)備換道過(guò)程，表明迫于緊急的強(qiáng)制換道需求，駕駛員不惜采取違規(guī)連續(xù)變道、急換道等危險(xiǎn)駕駛行為以實(shí)現(xiàn)快速變道，減速距離極短導(dǎo)致減速車道起點(diǎn)車速高達(dá)115 km·h?1，遠(yuǎn)超限制速度，不利于高速公路的行車安全。

5 結(jié)語(yǔ)

基于駕駛模擬實(shí)驗(yàn)，研究了八車道高速公路上不同VMS 前置距離對(duì)方向盤操控行為、換道行為、減速行為的影響。結(jié)果表明，VMS前置距離對(duì)駕駛行為存在顯著影響。當(dāng)前置距離不足時(shí)，迫于緊急的強(qiáng)制換道需求，駕駛員往往快速、大幅地轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，采取連續(xù)換道、急換道的行為以盡快達(dá)成換道目的。為順利駛?cè)霚p速車道，部分駕駛員在操控方向盤進(jìn)行換道的同時(shí)采取制動(dòng)措施降低車速，該行為大幅增加了駕駛操作難度和負(fù)荷，極易誘發(fā)交通事故。當(dāng)VMS 前置距離過(guò)長(zhǎng)時(shí)，部分駕駛員由于對(duì)VMS存在短期記憶，記憶出現(xiàn)一定衰減進(jìn)而導(dǎo)致操控負(fù)荷增大。

由于VMS視認(rèn)過(guò)程是一種多任務(wù)駕駛行為，駕駛員需在短時(shí)間內(nèi)完成VMS 視認(rèn)、路徑?jīng)Q策、車輛減速與換道，因此應(yīng)保證充足的距離讓駕駛員完成換道并以限制速度駛?cè)霚p速車道，提高駕駛員規(guī)范變道意愿，避免出現(xiàn)連續(xù)換道、急換道、減速換道等危險(xiǎn)駕駛行為；同時(shí)應(yīng)考慮駕駛員對(duì)VMS的短期記憶，避免因記憶衰減造成駕駛負(fù)荷，為駕駛員提供較為理想的換道條件。結(jié)合理論與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果、靜態(tài)標(biāo)志協(xié)調(diào)性，推薦八車道高速公路上的VMS安全前置距離范圍為2 500～3 000 m，此時(shí)駕駛員有充足的距離進(jìn)行自由換道，規(guī)范變道意愿高且換道狀態(tài)從容，有利于高速公路駕駛安全性。

本研究?jī)H對(duì)特定交通流背景下的4 種VMS 前置距離展開(kāi)研究，后續(xù)應(yīng)通過(guò)調(diào)整交通流參數(shù)、增加實(shí)驗(yàn)車輛類型，并融合其他駕駛生心理特征指標(biāo)，對(duì)VMS的安全前置距離臨界點(diǎn)展開(kāi)研究。

作者貢獻(xiàn)聲明：

荊迪菲：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)實(shí)施，數(shù)據(jù)處理分析，論文撰寫。

宋燦燦：指導(dǎo)論文撰寫，論文修改與定稿。

郭忠?。禾峁┭芯克悸罚撐膶忛喤c定稿。