基于路面色彩信息的駕駛員視覺心理效應分析*

徐良杰　鐵文君　奚少新

(武漢理工大學交通學院　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分析*

徐良杰鐵文君奚少新

(武漢理工大學交通學院武漢430063)

運用色彩視覺心理理論，對駕駛員色彩心理效應進行調查研究；建立駕駛員色彩心理效應的效應量計算模型；通過3d Max仿真實驗，以路面色彩心理效應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進行量化分析.結果表明，路面色彩心理效應對不同駕駛員個體具有普遍性；紅、藍色路面色彩效應量(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，導致其駕駛行為發生改變，而其中80%以上的行車信息均由駕駛員視覺獲取.目前國內路面色彩主要為黑、灰色系列，色彩單一，從心理學角度來看，黑色和灰色往往容易使人產生黑暗、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]研究得到當人眼注視色彩時，其脈搏、呼吸等均會因色彩的不同而出現不同的變化，說明色彩與心理的聯系必然存在.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生一定影響，且色彩值與駕駛員心率呈負相關的結論.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則.李永芳[5]基于顏色視覺理論，結合交通心理學色彩心理效應，從路面色彩、道路標志色彩等方面分析了顏色視覺在交通環境色彩中的應用對道路交通安全的影響.孫曉銘等[6]針對城市交通環境中色彩的特殊性，研究了城市環境中交通標志、路面等色彩設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用，改善駕駛員駕駛環境，將其心理、生理刺激轉換為強烈的生理反應，實現減少事故的目的.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志區域色彩對比特性在CIELab顏色空間中的視覺注意力模型.

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

1　基礎理論

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，這是一個復雜的心理系統，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境信息的加工處理過程見圖1.

圖1　駕駛員對行車環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重要的.

1) 視覺駕駛員在行車過程中，會接受到來自外界環境的各類信息.這些信息包括：道路信息，如各類交通標志標線、路面狀況等；周邊車輛信息，如車型、車輛行駛狀態等；道路周邊環境信息，如光照強度、路側綠植等.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生一定指向性和集中性，如果該信息與車輛駕駛無關，則很有可能分散駕駛員注意力，導致事故的發生.

3) 心理當駕駛員在接受到某行車環境信息后，即會產生一個信息加工過程，在這個過程中，駕駛員以往的經驗、記憶等都會作用其中，從而產生一系列心理活動，這些心理反應會最終影響到駕駛員對該信息作出的應對反應，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信息，并采取正確駕駛行為，保證其行車安全.

國外有學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.并且從生理學角度來看，當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，路面的彩色化設置可以獲得駕駛員更多的視覺注意力，從而實現色彩對駕駛員心理的正面影響，進而誘導其駕駛行為，達到安全駕駛的目的.

1.3駕駛員色彩心理效應

不同的色彩信息作用于人的視覺器官，通過視覺神經傳入大腦，由大腦對信息處理加工產生色彩的感覺，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，同時也會讓人聯想到不同事物，也因此能夠影響人的精神狀態和情緒，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生一定的影響.

當駕駛疲勞形成后，利用色彩的不同心理效應，可以提高駕駛員警覺性及緩解其駕駛疲勞.但是不當的色彩刺激可能會加重駕駛員的疲勞感，影響其駕駛行為.所以要合理利用不同色彩刺激，使其對駕駛員產生正面情緒影響以輔助誘導駕駛員的駕駛行為，提高行車效率，保證其安全行車.

在交通領域中，根據人的色彩視覺認知特性及其心理效應，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.文中引入心理效應量的概念，以路面色彩心理效應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量，建立了色彩心理效應量計算模型，提出了效應量等級劃分標準，并通過仿真實驗設計和建模，實現了對色彩效應量的量化分析.

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模型的建立，量化分析色彩心理效應量；(2)探究色彩對駕駛員速度感知的影響，為誘導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生不同的心理效應，而不同的視覺刺激及心理效應可能會對駕駛員對速度的感知產生一定影響，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生的心理效應，對其進行量化測定.實驗設計為單因素實驗，即只有路面色彩因素發生變化，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　心理效應量模型建立思路

2.3效應量模型

根據國內學者對心理學常用效應量測定方法的研究[11-12]及本實驗研究內容，采用Cohen的d值計算作為效應量計算模型.d值是一種比率，是常用效應量數.在對兩獨立組平均數之差的顯著性進行t檢驗時，d值是實驗組的平均數和對照組的平均數的差與對照組標準差的比率.

1) 假設條件

① 假設駕駛員產生不同的心理效應會使駕駛員產生不同的駕駛行為.

② 國外有學者研究發現地點車速服從正態分布，國內也有學者研究得出快速路高流量時服從正態分布，高速公路斷面運行車速服從正態分布，因此，本研究中假設車速總體X服從正態分布.

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

(1)

若檢驗結果為差異顯著，效應量d值為

(2)

樣本平均數為

(3)

對照組標準差為

(4)

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

表1　心理效應量等級劃分

3　色彩視覺仿真實驗

3.1實驗基礎調查

3.1.1色彩心理效應普遍性調查

路面色彩除了要考慮其對駕駛員產生的具體心理影響，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的普遍性進行了調查分析.通過相關文獻查閱，選取駕駛員的年齡、文化程度、性格作為色彩心理效應影響因素，通過問卷調查對與交通安全相關心理效應的普遍性進行分析研究.

本次調查問卷主要分為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查.在色彩選擇上采用了紅、黃、藍、綠、黑、灰、白色7種交通領域常用色彩.色彩心理效應選擇了與交通安全相關的心理效應進行調查，主要包括危險警示、疲勞困倦及舒適放松.

調查以網絡問卷形式進行相關數據收集工作，調查對象為來自不同地區、不同年齡、不同學歷的駕駛員人群.調查期間共回收有效問卷168份，問卷回收后，將數據整理錄入SPSS軟件對其進行統計分析.

3.1.2色彩心理效應分析

1) 基礎信息見表2.由表2可見，在參與調查的駕駛員中，新手駕駛員與有經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，調查對象駕駛員各個方面的人數分布都較為均勻.

表2　參與調查駕駛員基礎信息

2) 色彩心理效應普遍性不同路面色彩使駕駛員產生的與交通安全相關的心理效應見表3.

表3　路面色彩對駕駛員心理影響數據統計

通過對駕駛員年齡、文化程度、性格與表3中心理效應相關性的統計檢驗，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χ2檢驗可以看出：駕駛員色彩心理效應在年齡、文化程度、性格3種因素上并不存在顯著差異.分析結果說明，駕駛員色彩心理效應具有普遍性.

同時由表3也可以看出，紅、黃色更能對駕駛員產生危險警示的心理效應，黑、灰色對駕駛員產生疲勞困倦的心理效應，而綠、藍色對駕駛員產生舒適放松的心理效應.因此，可將紅、黃色應用于事故多發路段路面，達到警示作用；將藍色應用于普通路段路面，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

1) 白色是中性色彩，調查發現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境色彩對路面色彩使駕駛員產生的心理效應會產生一定影響，但在本實驗中，主要研究路面色彩對駕駛員的心理效應，因此，將道路環境色彩的影響作為一個常量，實驗在相同道路環境下進行來研究路面色彩的心理效應.

3.2.2實驗方案設計

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，對照組設為60，70，80 km/h.對照組路面色彩分別設置為紅色、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實驗結果分析

基于駕駛員色彩心理效應的普遍性，文中實驗隨機抽取男性、女性駕駛員各15名進行實驗調查.對于參與實驗調查的駕駛員，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目的.

通過實驗調查，對每種對比色彩路面的三組實驗數據分別進行t檢驗，即對在路面色彩心理效應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

根據表4中t檢驗結果，其P值均小于0.05，可以看出，在路面色彩心理效應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，對色彩效應量d值進行計算，測定其效應量大小等級，各組實驗d值見圖4.

圖4　不同色彩路面效應量d值

根據本研究給出的效應量等級劃分標準，對不同色彩路面效應量進行等級測定，結果見表5.

表5　不同色彩路面心理效應等級

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

4　結　　論

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

2) 隨著行車速度的提高，路面色彩心理效應對駕駛員產生的效應量也會隨之增大，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生偏差，這種偏差表現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置，可以利用色彩的心理效應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，所以實驗結果與實際結果可能會有一定誤差，后續需要開展部分路上實驗進行校正.另外，不同道路環境、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產生影響，其綜合效應還需進一步研究.

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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，主要研究領域為城市交通運輸規劃與管理

*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務費專項資金(2015-zy-024)資助