訓(xùn)練型駕駛模擬器有效性研究

程瑞，姜華平，陳穎

（山東交通學(xué)院，山東 濟(jì)南 250000）

測試試驗

訓(xùn)練型駕駛模擬器有效性研究

程瑞，姜華平，陳穎

（山東交通學(xué)院，山東 濟(jì)南 250000）

為了確保訓(xùn)練性駕駛模擬器獲得的實驗數(shù)據(jù)具有可靠性，需要對駕駛模擬器的有效性進(jìn)行研究。文章在總結(jié)模擬器相關(guān)研究以及有效性理論的基礎(chǔ)上設(shè)計車速對比實驗，運用定量分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法，比較模擬器與真車的區(qū)別，使山東交通學(xué)院的訓(xùn)練型駕駛模擬器的相對有效性得到了驗證。并對于駕駛模擬器的未來發(fā)展，提出了一些想法。

訓(xùn)練性駕駛模擬器；有效性；車速

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.049

CLC NO.: U467.1+3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-141-03

引言

當(dāng)前，我國交通事故頻繁發(fā)生，而交通事故往往發(fā)生在一些特殊路況，比如交叉口、行人橫穿馬路等。駕駛員有效及時的操作反應(yīng)能夠大大減少事故損失。因此對駕駛員在應(yīng)對特殊路況時的駕駛行為的研究是當(dāng)前交通安全領(lǐng)域的重點，而車速正是對駕駛員駕駛行為最直接的反映。

另外，隨著駕駛模擬器逐漸應(yīng)用于駕校培訓(xùn)、駕駛員行為研究等領(lǐng)域。相比真車實驗，應(yīng)用駕駛模擬器進(jìn)行駕駛行為的研究具有高效、安全、成本低、數(shù)據(jù)收集方便等優(yōu)勢[1]。例如，美國和澳大利亞相繼開發(fā)了STISIM駕駛模擬器用于檢測老年人駕駛能力；[2]隨后，美國又開發(fā)了一種虛擬現(xiàn)實（VR）駕駛模擬器用于改善脊髓顱腦損傷患者的駕駛能力[2]。與國外相比，我國對駕駛模擬器研究還很少，比較典型的是熊堅、丁立等人對駕駛模擬器進(jìn)行了駕駛員視覺空間的效度研究[2]。但是，以上研究需要對駕駛模擬器獲得的實驗數(shù)據(jù)的可靠性及其有效性進(jìn)行驗證[2]，這樣獲得的研究成果才有意義。

因此，基于駕駛員駕駛行為可以作為訓(xùn)練性駕駛模擬器有效性確認(rèn)的評價方法。本文首先提出具有通用性的有效性評價方法，通過設(shè)計對比實驗，收集駕駛員在駕駛模擬器和真車兩種駕駛環(huán)境下遇到若干特殊路況的車速數(shù)據(jù)，運用定量分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析來處理這兩組數(shù)據(jù)，通過兩組實驗數(shù)據(jù)的差異程度來評價駕駛模擬器的有效性。

1、駕駛模擬器有效性確認(rèn)

1.1 有效性的定義

有效性確認(rèn)是反映駕駛模擬器價值的一條途徑。駕駛模擬器有效性確認(rèn)是指對駕駛模擬器能否模擬真實駕駛狀況進(jìn)行的求證工作。確認(rèn)包括2 個層面：絕對有效性和相對有效性。絕對有效性，又稱物理有效性，是指模擬器與被模擬對象之間物理屬性保持一致，如模擬車速與實際車速保持一致；相對有效性，又稱行為有效性，是指駕駛者在模擬器中的行為方式與在真車中的保持一致[4]。

1.2 有效性指標(biāo)的選取

本文要通過駕駛員的駕駛行為來研究駕駛模擬器的有效性，駕駛行為包括行駛車速、駕駛員心率、駕駛員眼動、操作觸感信息等。由于行駛車速最能夠直接反映駕駛員面對特殊路況時的駕駛行為，故本文將選取車速作為有效性指標(biāo)進(jìn)行對比實驗。

1.3 數(shù)據(jù)收集方法

運用視頻法收集車速，兩名助手負(fù)責(zé)同步錄像，一名助手錄前方路況，一名助手錄車速儀表盤。后期對照兩組視頻，取駕駛員遇到若干特殊點所對應(yīng)的車速。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

對于實驗所得的數(shù)據(jù)采用定量分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析兩種研究方法，其中數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析包括T檢驗和F檢驗。

2、仿真實驗

2.1 實驗?zāi)康?/p>

本次實驗通過駕駛模擬器車速和真車車速的對比試驗，比較模擬器與真車的區(qū)別，對訓(xùn)練性駕駛模擬器的有效性進(jìn)一步確認(rèn)和評價。

2.2 實驗被試

本次實驗選取兩位男駕駛員、一位女駕駛員以及兩名助手，駕駛員至少達(dá)到三年以上駕齡，助手負(fù)責(zé)同步錄像。

2.3 實驗設(shè)備

1.兩部錄像機：分別用于錄制車速儀表盤和駕駛員前方路況。

2.筆、紙：用于記錄車速數(shù)據(jù)。

3.一個計算器：用于數(shù)據(jù)處理。

2.4 實驗路段

真車實驗是在山東交通學(xué)院附近的一條寬11m的路段進(jìn)行，其中有一部分屬于上坡和下坡路段，經(jīng)測量其上、下坡坡度均為2°。

2.5 實驗步驟

先進(jìn)行真車實驗。每名駕駛員適應(yīng)操作環(huán)境5min后，開始駕駛，兩名助手同步錄像，實驗中途熄火或意外情況視作無效。三名駕駛員在真車實驗路段會隨機遇到不同的特殊路況。因此，綜合三名駕駛員遇到的相同路況，取8個特殊點分別如下：起步5S、直線行駛（流量少）、轉(zhuǎn)彎、發(fā)現(xiàn)前方紅燈、直線行駛（流量多）、上坡、下坡、遇見行人。然后在模擬器中設(shè)定這些特殊點，進(jìn)行模擬實驗，模擬實驗過程同真車實驗。

以下是實驗過程中拍攝到的部分圖片。圖1和圖2為駕駛模擬器上坡路況和上坡車速；圖3和圖4為真車上坡路況和上坡車速。

圖1

圖2

圖3

圖4

3、數(shù)據(jù)處理

真車實驗和模擬器實驗得到的數(shù)據(jù)見表1。

表1 實驗數(shù)據(jù)

對每一個特殊點對應(yīng)的2種平均車速進(jìn)行t檢驗，對兩種標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行F檢驗。結(jié)果見表2。

表格2顯示，全部的F值均小于F臨界值（α=0.1），對應(yīng)2個總體的標(biāo)準(zhǔn)差沒有顯著差別；僅特殊點4和8的t值小于t臨界值（α=0.1），在這兩點上對應(yīng)2個總體的平均車速沒有顯著差別，其余t值均大于t臨界值（α=0.1），對應(yīng)2個總體的平均車速有顯著差別，模擬器車速顯著地高于真車車速。模擬器絕對有效性無法確認(rèn)。

表2 分析數(shù)據(jù)

對實驗所得到的平均車速以及對應(yīng)的車速標(biāo)準(zhǔn)差繪制成圖5和圖6的折線圖。

圖5 平均車速折線圖

圖6 車速標(biāo)準(zhǔn)差折線圖

圖2.7中能看出駕駛模擬器獲取的數(shù)據(jù)隨路段的變化趨勢與實際行車數(shù)據(jù)保持一致，對應(yīng)特殊點的車速標(biāo)準(zhǔn)差已被證明沒有顯著差別。在圖2.8中可以更清楚的看到代表真車和模擬器的車速數(shù)值的點離得很近。可見對應(yīng)特殊點的平均車速顯著相關(guān)，該駕駛模擬器的相對有效性能夠確認(rèn)。

4、結(jié)論

本文在總結(jié)駕駛模擬器相關(guān)應(yīng)用和研究的基礎(chǔ)上對駕駛模擬器的有效性進(jìn)行了驗證。主要完成了以下工作：

介紹有效性理論，以車速作為考量指標(biāo)，對駕駛模擬器和真車展開對比實驗。

利用定量分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并驗證了這兩種分析方法的可靠性。

通過仿真實驗，使駕駛模擬器的相對有效性得到確認(rèn)，其絕對有效性很難達(dá)到，原因是2個駕駛系統(tǒng)間固有的物理屬性差別決定的。而相對有效性對于駕駛行為研究已經(jīng)足夠。

5、展望

對于訓(xùn)練型駕駛模擬器的研究，我們要學(xué)會怎樣利用當(dāng)前科研成果，根據(jù)當(dāng)代社會需求，進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)駕駛模擬器。比如，在視景系統(tǒng)中，通過研究不同道路景觀對駕駛?cè)松硇睦淼挠绊懀瑏磉x擇合適的路測景觀。還有，我們可以開發(fā)這樣一種軟件來植入駕駛模擬器中：在駕駛過程中，模擬器會隨機出現(xiàn)爆胎、側(cè)滑、上坡熄火等突發(fā)情況，來鍛煉駕駛員的應(yīng)變和操作能力，這樣能有效減少交通事故。

[1] Hoe Chung-Yeung Lee.Development of a Driving Simulator as an Off-Road Screening Tool for Older Adult Drivers.Australian Occupational Therapy Journal (2004) 51, 114-115.

[2] 丁立,熊堅.駕駛模擬器視景逼真度客觀評價研究[J.系統(tǒng)仿真學(xué)報,2003,增刊.

[3] 丁立,熊堅.不同平面線性下駕駛模擬器速度有效性驗證.昆明理工大學(xué),2012.

[4] 張翔.研究型汽車駕駛模擬器有效性確認(rèn)研究.交通信息與安全,2011.

Research on the Effectiveness of Training Driving Simulator

Cheng Rui, Jiang Huaping, Chen Ying
(Shan’ dong JiaoTong University, Shandong Ji'nan 250000)

Currently, road traffic accidents occur frequently, in order to reduce road accidents and ensure personal safety, we need to study the impact of behavior of driver, road design, traffic safety facilities on the traffic safety by using the training-type driving simulator. This article will survey the development and application of driving simulator, using quantitative analysis, comparing the difference between driving simulator and real car in speed, ultimately, doing further research to the effectiveness of the training-type driving simulator.

training driving simulator; effectiveness; speed; quantitative analysis

U467.1+3

A

1671-7988 (2016)12-141-03

程瑞(1992—)，就讀于山東交通學(xué)院，載運工具運行安全與節(jié)能環(huán)保。