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導航與防撞警示資訊系統對駕駛安全之影響

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Academic year: 2022

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導航與防撞警示資訊系統對駕駛安全之影響

學生:黃勝弦 指導教授:陳菀蕙博士

摘 要

防撞警示系統與導航系統這兩系統的技術發展日漸完備,許多市售的新 型小客車皆會配備這兩項系統,導航系統與防撞警示系統資訊呈現方式大多 是利用聽覺(語音)或視覺方式(LCD、HUD)來提供資訊給駕駛者,回顧國內外 之相關研究,多只探討單一系統對駕駛者安全之影響。因此,本研究之主要 目的為利用運研所駕駛模擬器探討在有無車內資訊系統(導航與防撞警示系 統)情況下,駕駛者安全之表現,包括駕駛感知反應時間與減速時間。由本研 究所繪製各突發事件前後駕駛者之反應行為圖,可歸納出駕駛之反應行為有 事件發生後先鬆開油門再煞車、事件發生前已有鬆開油門動作、事件發生後 只使用煞車與事件中有兩次煞車等行為。本研究初步分析結果得知使用路線 導航系統會造成駕駛者對於突發事件之總反應時間變長,顯示導航系統會增 加駕駛者負荷影響駕駛反應能力;另由眨眼次數分析結果得知,有無導航系 統對事件前駕駛者眨眼次數的影響有顯著差異,顯示導航系統會增加駕駛工 作負荷。經本研究進行感知反應時間之模式參數推估可知,第一次突發事件 的感知反應時間相對於非第一次突發事件的感知反應時間長,可能為駕駛者 未預期會發生實驗中的突發事件,使得感知反應時間延長。當駕駛者有預備 減速動作之感知反應時間會比無預備減速動作之感知反應短,顯示駕駛者因 預期突發事件的發生而有預備動作,故有預期心理會使感知反應時間縮短;

另由減速時間之模式參數推估可知,感知反應時間長時減速時間需縮短方能 避免發生事故,相反的當感知反應時間短時因駕駛者有充分的時間使用煞車。

關鍵詞:防撞警示系統、導航系統、駕駛反應行為、感知反應時間、減速時 間

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誌 謝

研究所兩年來,承蒙指導教授陳菀蕙博士耐心、悉心的指導,無論在課 業或是生活上均給予最大的支持,本篇論文能夠順利完成也是因為老師花費 相當多的心力及時間,在此獻上萬分的謝意。

本篇論文的完成,感謝張開國博士、黃雪玲博士、張靖博士以及陳菀蕙 博士等口試委員於百忙之中撥空指導,提供諸多寶貴意見,使得本論文得以 更加完善,在此一併致謝。

研究期間,亦感謝思葦及桂娟對我的幫助,讓我遇到的問題能順利解決,

以及眉君、耘翠、人敬、佳鴻、益豪、智浩和暢湘等同窗好友的相互加油打 氣,讓我們的研究生活能夠如此充滿回憶,還有學弟妹學弟及學妹等,讓研 究所的生活更加精彩。

最後要感謝我的家人,讓我在求學過程中可以無後顧之憂,順利完成學 業。同時感謝我的女友靖惠一路陪我走過研究所的生活,在我心情低落能即 時的給我信心或情緒緊繃時想盡方法幫我放鬆壓力,謝謝。在此僅以本論文 獻給曾經關心、照顧我的師長、朋友以及家人。

黃勝弦 謹識於中華科管所 中華民國 95 年 6 月 22 日

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目 錄

摘 要 ... i

誌 謝 ... ii

目 錄 ... iii

圖目錄 ... v

表目錄 ... vii

第一章 緒論... 1

1.1 研究動機 ... 1

1.2 研究目的 ... 2

1.3 研究範圍與研究對象 ... 2

1.4 研究流程 ... 2

第二章 文獻回顧 ... 4

2.1 導航與防撞警示系統 ... 4

2.2 駕駛反應行為評估 ... 9

2.3 小結 ... 16

第三章 研究方法 ... 22

3.1 分類和迴歸樹... 22

3.2 變異數分析... 23

3.3 迴歸分析 ... 27

第四章 實驗規劃與研究對象... 30

4.1 駕駛模擬實驗設計 ... 30

4.2 實驗資料 ... 36

4.2.1 系統資料 ... 36

4.2.2 駕駛者行為圖 ... 36

4.2.3 突發事件期間方向盤使用狀況 ... 43

4.2.4 駕駛行為資料庫之建立... 45

第五章 駕駛績效與視覺負荷分析 ... 46

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5.1 不同導航系統於各反應時間段之比較 ... 46

5.2 駕駛者感知反應時間初步分析... 48

5.3 駕駛者減速時間初步分析 ... 50

5.4 眨眼次數分析... 52

第六章 駕駛績效統計模式分析 ... 54

6.1 感知反應時間模式分析 ... 54

6.1.1 感知反應時間決策樹分析(C&RT) ... 54

6.1.2 感知反應時間變異數分析和多元迴歸模式 ... 56

6.2 減速時間模式分析 ... 60

6.2.1 減速時間決策樹分析(C&RT) ... 60

6.2.2 減速時間變異數分析和多元迴歸模式... 61

6.3 小結 ... 65

第七章 結論與建議 ... 66

參考文獻... 68

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圖目錄

圖 1.1.1 研究流程圖 ... 3

圖 2.2.1 典型的緊急停止之一連串的操作圖... 10

圖 2.2.2 駕駛危險反應過程圖 ... 12

圖 2.2.3 人車系統反應的時間軸 ... 13

圖 4.1.1 本車與路口距離超過 120 公尺(綠色箭頭不會閃爍) ... 31

圖 4.1.2 本車與路口距離 120 公尺內(橘色箭頭會閃爍)... 32

圖 4.1.3 實驗路線示意圖... 33

圖 4.1.4 車流與突發事件車行駛路線示意圖... 34

圖 4.1.5 前車緊急煞車場景圖 ... 35

圖 4.2.1 原始資料記錄格式... 36

圖 4.2.2 事件發生後先鬆開油門再煞車... 37

圖 4.2.3 油門鬆開動作在事件點之前... 37

圖 4.2.4 事件發生前未明顯踩踏油門... 38

圖 4.2.5 突發事件發生時只使用煞車進行反應 ... 39

圖 4.2.6 兩次煞車間隔不超過 0.5 秒 ... 39

圖 4.2.7 兩次煞車間隔超過 0.5 秒 ... 39

圖 4.2.8 油門煞車同時踩踏... 40

圖 4.2.9 油門煞車同時踩踏... 40

圖 4.2.10 事件前已開始煞車... 41

圖 4.2.11 事件發生後幾乎同時踩煞車踏板... 41

圖 4.2.12 駕駛者於碰撞前已踩死煞車踏板... 42

圖 4.2.13 發生碰撞事件後駕駛者仍踩踏油門... 42

圖 4.2.14 煞車不及而發生碰撞 ... 43

圖 4.2.15 駕駛者企圖採用轉動方向盤閃避碰撞 ... 43

圖 4.2.16 方向盤角度於突發事件時之變化... 44

圖 4.2.17 反應時間與減速時間之擷取示意圖... 45

圖 5.2.1 各實驗因子之駕駛者感知反應時間盒型圖 ... 49

圖 5.3.1 各實驗因子之駕駛者減速時間盒型圖 ... 51

圖 6.1.1 駕駛者感知反應時間影響因子之 C&RT 決策樹... 55

圖 6.1.2 感知反應時間變異數模式之殘差圖... 57

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vi

圖 6.1.3 感知反應時間變異數模式殘差值之常態機率分布圖 ... 57

圖 6.2.1 駕駛者減速時間影響因子之 C&RT 決策樹... 60

圖 6.2.2 減速時間變異數模式之殘差圖... 62

圖 6.2.3 減速時間變異數模式殘差值之常態機率分布圖... 62

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vii

表目錄

表 2.3.1 車內資訊系統子系統探討彙整表... 17

表 2.3.2 導航與防撞警示系統相關研究之主要量測項目... 18

表 2.3.3 防撞警示系統研究目的與研究成果彙整表 ... 19

表 2.3.4 路線導航系統系統研究目的與研究成果彙整表... 21

表 3.2.1 變異數分析表... 25

表 3.2.2 因子變異數分析摘要表 ... 26

表 4.1.1 實驗因子與水準... 30

表 5.1.1 導航系統於各反應時間段之分析表... 46

表 5.1.2 導航系統之多重比較... 47

表 5.2.1 實驗因子之駕駛者感知反應時間彙整表 ... 48

表 5.3.1 實驗因子之駕駛者減速時間彙整表... 50

表 5.4.1 導航系統於事件前眨眼次數之多重比較 ... 52

表 5.4.2 導航系統於事件前後眨眼次數差之多重比較... 53

表 6.1.1 感知反應時間之變異數分析表... 56

表 6.1.2 感知反應時間多元迴歸之參數表... 58

表 6.2.1 減速時間之變異數分析表 ... 61

表 6.2.2 減速時間多元迴歸之參數表 ... 63

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第一章 緒論

1.1 研究動機

防撞警示系統與導航系統這兩系統的技術發展日漸完備,許多市售的新 型小客車裡皆會配備這兩項系統,防撞警示系統能偵測出發生碰撞的危險而 警示駕駛者注意避免碰撞事件之發生;導航系統能提供即時路徑導引資訊幫 助駕駛者於不熟悉的路段上正確的到達指定的目的地,減少找路的時間。導 航系統與防撞警示系統資訊呈現方式,大多是利用聽覺或視覺方式來提供資 訊給駕駛者,當此兩系統混合搭配一起使用時是否會對駕駛者造成駕駛安全 上的影響。回顧國內外之相關研究,多只探討單一系統對駕駛者安全之影響,

只有高桂娟【7】同時考慮導航與防撞警示對駕駛者影響之相關探討,其蒐集 國內外對導航與防撞警示系統之相關設置規範,並利用焦點團體的方法,瞭 解年輕人與中年人對導航與防撞警示系統介面組合的偏好。視覺顯示方式主 要有 LCD 與 HUD 兩種,聽覺呈現方式可歸納為聲響與語音兩種,除此之外,

尚有視覺混和聽覺之組合,然而不論是以聽覺(語音)或視覺(LCD 與 HUD)

顯示介面呈現資訊,均可能會造成駕駛者不同程度的分心及工作負荷的增 加,進而影響駕駛安全。當導航與防撞警示系統同時配備在車內使用時,可 能會發生訊息同時出現的問題,反而造成駕駛者分心或工作負荷過大影響駕 駛安全。因此,深入探討導航與防撞警示系統之介面組合對駕駛工作負荷與 駕駛行為之影響變得極為重要。

目前駕駛行為的相關探討常常著重於突發事件的感知反應時間,當感知 反應時間不足就會造成駕駛者無法即時煞車而導致交通事故,故駕駛者的感 知反應時間往往是影響事故發生的重要考慮因素。彙整國內外相關文獻對於 煞車時間之定義多為事件開始至開始踩煞車踏板之時間,而對於煞車後減速 時間之探討相當的少,因此本研究希望瞭解駕駛者開始踩煞車到事件解除後 鬆開煞車之時間(即減速時間)是否會受到防撞警示系統與導航系統之影響。

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2

1.2 研究目的

本研究經由文獻回顧後得知導航與防撞警示系統之資訊呈現介面皆有一 定程度的影響,但要評估導航與防撞警示系統組合是否因負荷過大或不適當 而影響駕駛安全,駕駛安全績效之評估應考量駕駛者整體反應行為相關指標 應包括感知反應時間以及煞車反應時間。另外,要評估車內資訊系統(導航 與防撞警示系統)是否會有駕駛安全之影響,需要無車內資訊系統實驗作為 比較基準。因此,本研究主要擬定下列兩個主要目的:

一、利用交通部運輸研究所駕駛模擬器探討在有無車內資訊系統(導航與防撞 警示系統)情況下,駕駛者安全之表現,重點包括:

(一) 繪製駕駛者對突發事件之反應行為圖以瞭解駕駛者反應行為 (二) 分析感知反應時間影響因素

(三) 探討減速時間影響因素

二、衡量導航系統使用 LCD 或 HUD 作為顯示介面時,搭配有無語音防撞警 示系統以及不同路線導引轉彎方向(左或右轉)之情況下,其對駕駛績 效之影響 。

1.3 研究範圍與研究對象

小客車是本研究探討的實驗車種;市區道路為本研究所探討的道路類 型;本研究的對象為20~30歲的年輕族群,一共招募48位男性小客車駕駛者。

1.4 研究流程

本研究首先確定論文目標與研究範圍後,開始進行相關文獻回顧,再進 行實驗相關規劃及統計方法與 C 程式語言學習。由於高桂娟【7】先前之研 究只進行導航系統與防撞警示系統組合實驗,而沒有進行無導航系統實驗來 作為比較基準,因此本研究招募對車內資訊系統接受度較高之年輕受測者 27 位進行無導航系統實驗,本研究延用高桂娟【7】的 33 位受測者實驗資料再

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合併本次實驗資料,將駕駛模擬器記錄之原始資料繪成突發事件前後之駕駛 反應行為圖,經由所繪製完成之駕駛反應行為圖進行駕駛反應行為分類,並 利用此駕駛反應行為圖決定感知反應時間與減速時間點,撰寫程式擷取資料 之判定準則建立駕駛反應資料庫,經由 SAS 統計軟體進行實驗資料與建立統 計分析模式,最後提出結論與建議。研究流程如圖 1.1.1 所示。

圖 1.1.1 研究流程圖 資料來源:本研究整理

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第二章 文獻回顧

本章主要針對車內資訊系統中導航系統與防撞警示系統之國內外相關文 獻進行彙整,並進一步整理出用於量測駕駛反應績效相關量測指標及重要研 究成果。另外也同時對研究駕駛者行為之相關文獻進行回顧以瞭解駕駛者對 突發事件之反應行為。

2.1 導航與防撞警示系統

本研究首先針對防撞警示系統之相關研究進行回顧,瞭解各研究探討防 撞警示系統所使用之顯示介面、相關量測指標與重要發現結果。Ben-Yaacov

【13】探討車內防撞警示系統(In-Vehicle Collision Avoidance Warning System, IVCAWS)對駕駛者間隔距離的維持以及駕駛者碰到錯誤警示系統的行為反 應兩者的影響,此研究為利用聲響的方式,提醒駕駛者距離前車時間的間隔 距離(Temporal Headway)過近。量測變數為各事件車與實驗車之速度和兩者間 之距離。結果顯示駕駛者傾向於高估間隔距離,導致與前車間隔距離過短而 處於危險的狀況之下,而 IVCAWS 可以使駕駛者來正確的估計時間的間隔距 離,並保持此安全距離。

Belz【14】利用模擬實驗探討一般的聲音警示(音調,非說話聲)和聲 音圖像,單獨和與儀表板視覺顯示合併一起呈現即將發生碰撞情況的相關訊 息給商用汽車駕駛者對駕駛績效之影響。儀表板視覺顯示係由位於商用車輛 圖像前方和兩側的紅色不規則四邊形警示指示物所構成。一般聲音警示以聲 響 代表 前後 向 碰 撞情況 的 警 示,以 聲 響調 頻後 的鋸齒 波聲 ("sawtooth"

waveform)代表即將發生側向碰撞;聲音圖像(auditory icons),輪胎煞車的 聲音代表即將發生前方碰撞,長的汽車喇叭聲代表即將發生側向碰撞。主要 量測初始反應時間(時間從信號開始到開始鬆開油門或進行方向盤修正)、煞 車反應時間(時間從信號出現到採煞車踏板)、跟車間距和事故次數。結果顯 示,聲音圖像發現比一般聲音警示(大約快 122 ms)或沒有顯示情況(大約 快 96ms)有顯著較快的煞車反應時間;當碰撞警示資訊透過複合顯示形式提 供資訊時,駕駛煞車反應時間能被改善。使用較長的車頭距情況時,逼近的 前後向碰撞事件有顯著較快的煞車反應時間;喜好的即將發生前後向碰撞顯 示結構為聲音和儀表板顯示,對即將發生側向碰撞來說,主觀評量資料顯示

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受測者較喜好複合顯示形式。

Cheng【16】利用駕駛模擬實驗探討前向車輛碰撞警示系統對駕駛者反應 的影響,當受測者分心時,會隨機遇到三個不同危險事件,危險事件分為:

過於接近前車、鄰車道車輛突然切入和車道偏移。研究中各危險事件分別以 不同的警示聲警示,過於接近前車和鄰車道車輛突然切入以音調聲(tone)

表示,模擬聲(imitation sound)表示車道偏移,聲音警示為 78 分貝,背景聲 為 68 分貝。反應時間之定義為警示後使用煞車前之時間。結果顯示車輛突然 切入的事件中,參與者皆能做出適當的反應動作,但平均煞車反應時間比其 他簡單事件還要長。以 2000Hz,2 調和音的警示聲有較短的煞車反應時間。

McGehee【19】探討駕駛者駕駛配備有前向警示系統的車子及沒有配備 前向警示系統的車子時,駕駛者閃避行為有何不同。是否會因警示系統出現 警示的時間早或晚,而影響駕駛者的反應時間和駕駛績效。聲音警示方式分 為:沒有警示、早警示(1.5 秒前)和晚警示(1.0 秒前警示)。結果得知較早 提供警示的最初平均反應時間為 1.93 秒,較晚警示為 2.23 秒,而沒有提供警 示為 2.53 秒;在警示提供時機早的狀態下,最後鬆開油門時的碰撞時間

(Time-to-collision)為 2.88 秒,時機晚的為 2.52 秒,而無警示系統的為 2.38 秒,顯示有提供警示的情況(且較早提供警示)比沒警示能有充足的時間放 開油門。

Suetomi【21】研究目的想在多樣的碰撞警示系統裡,瞭解如何設計一個 符合人性的介面。研究分為三個實驗,分別探討嗶嗶聲的特徵、模擬聲音及 警示聲方向對駕駛者行為的影響。嗶嗶聲特徵指的是不同音調及不同播放頻 率的聲音;模擬的聲音則分為嗶嗶聲、語音(日語發音)、嗶嗶聲等模擬聲(嗶 嗶聲表示前方車輛突然減速、隆隆聲代表車道偏移和喇叭聲表行人突然衝 入);警示聲方向指的是,在不同的突發狀況下,聲音會從不同的地方出現(如 儀表板、前門等)。主要量測為警示對使用煞車之相關反應時間。模擬的情境 包含有前方車輛突然減速、行人突然衝入及改變車道三種情境。研究結果指 出,當警笛聲出現的頻率較高時,駕駛者的反應時間會變快;除了前方的危 險以外,模擬代表聲會使反應時間變快;若警示聲是從危險方向傳出,可使 反應時間變快。

交通部運輸研究所【3】利用駕駛模擬器來模擬有無裝設行車安全輔助系

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統(縱向防撞警示系統)及於特殊天候(霧天)下對於駕駛跟車行為之影響。

該研究提出有裝設縱向防撞警示系統之車輛的平均跟車間距比無裝設小。量 測變數為跟車間距。研究結果指出在白天晴天的情況下,有裝設縱向防撞警 示系統之車輛跟車間距(25.76 公尺)比無裝設(26.8 公尺)少了 1.04 公尺。

在白天霧天之情況下,有裝設縱向防撞警示系統之車輛跟車間距(26.2 公尺)

比無裝設(28.2 公尺)少了 2 公尺。

黃慶旭【10】以視覺 HUD 警示、聲音(速度)警示、視覺與聲音的雙重警 示以及沒有警示等四種警示型式,在看的到與看不到故障車停在與駕駛相同 車道上的不同情況下,提供不同的受測者不同的警示內容;警示內容分為指 示警示-告訴受測者如何去行動,例如「有事故,請轉到左車道以避免緊急碰 撞」以及狀況警示-受測者前方道路的狀況,例如「小心,在前方 60m 有故 障物體」兩種。實驗在駕駛模擬器上進行。量測變數包含碰撞次數(在開車 行程中碰撞故障車的次數)、初始反應時間(從出現警告到受測者行動開始)

及行程持續時間(受測者的試驗行程開始至到達終點的時間)。主要研究結果 為當駕駛時搭配聲音與視覺 HUD 警示,會使得受測者在主要作業上表現最 好(如:較短的旅行時間、閃避時間和較少的碰撞次數)。

針對導航系統之相關文獻回顧,本研究主要想瞭解導航系統之相關實驗 主要使用顯示介面、對駕駛安全之影響以及所使用的量測指標等。Ceci【15】

主要探討主題有兩個,第一個為在駕駛於模擬隧道的心智負荷結果,第二個 為在實車測試下不同的車內導航對駕駛者視覺分心的影響。模擬實驗之虛擬 實驗場景為未來斯德哥爾摩(瑞典首都)的隧道系統(名稱為:Sodra Lanken) , 研究使用五種不同的實驗路線。所有的受測者必須對所有實驗路線不熟悉。

真實場景,位在 Linkoping 都市,有兩種不同的測試路線。導航方式有三種:

(1).影像導航、(2).影像加字幕導航和(3).字幕導航,實驗方式為用標準方式來 測試外圍偵測裝置(簡稱:PDT),以此量測辨識力的工作負載,進而得到對車 內資訊系統的評價。量測變數為平均速度、車速變化量、縱向加速度(縱向 加速度之解釋意義為車子行進方向的加速度)和車道偏差。模擬器實驗之研 究發現許多駕駛者的錯誤行為及錯誤的判斷,這些問題指出行車方向和車道 選擇上存有許多問題。有 50%的駕駛者會錯過重要的路況資訊,且作出危險 和錯誤的選擇。實車測試之導航模式裡,影像與影像加字幕導航方式對 PDT 的反應影響較大,而純字幕時,則影響不大。

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Liu【18】乃藉由實車之模擬器比較語音、文字圖像及文字圖像混合語音 三種不同先進旅行者資訊系統提供方式,並比較年輕人與老人駕駛者在高負 荷和低負荷工作情況下的工作負荷評量以及導航和按鈕的績效。量測變數有 任務反應時間(資訊顯示到受測者按下按鈕的時間)、導航錯誤、平均速度、

縱向加速度、方向盤轉動量和車道偏移。就所有受測者而言,聽覺以及混合 的顯示方式相較於僅用視覺的顯示方式,在反應時間(文字圖像顯示資訊後至 測試者按按鈕之費時)、正確轉向及主觀工作負荷之駕駛行為有較佳的成果。

此外,文字圖像混合語音能有最少的按鈕操作、駕駛技術及操控車輛之錯誤 發生。

Srinivasan【20】利用高真實度的固定駕駛模擬器,評估不同的車內路線 導航系統對駕駛績效之影響。實驗使用 5 個不同路線導引系統,導引駕駛者 行駛在模擬路網上。5 個不同路線導引系統為:紙製地圖、引導式低頭顯示

(head-down turn-by-turn display)、電子路線地圖低頭顯示、引導式抬頭顯示

(head-up turn-by-turn display)和語音導引系統。主要量測為任務反應時間和 導航錯誤。結果顯示使用語音系統駕駛者有較快的反應,而使用紙製地圖駕 駛者反應較慢。引導式抬頭顯示與相同設計的引導式低頭顯示比較有較低的 反應時間相關。電子路線地圖的低頭顯示,不管顯示有多複雜,都比引導式 低頭顯示有較好的績效。

汪孝慈【6】探討車輛引進各種通訊、資訊或車輛技術後對駕駛行為造成 之影響,利用駕駛模擬器進行三個議題之研究,議題包括(1)對外通訊系統設 計---開車時使用免持式行動電話之影響。(2)車內資訊系統設計---探討車內導 航系統和(3)提供塞車資訊系統的顯示方式。車內資訊系統實驗主要量測旅行 時間(從出發至目的地的時間,其單位為秒)、速度變化(每秒的車速)、導航錯 誤的次數(駕駛者開進擁擠的道路和遠離目的地的次數)、心率和主觀評量(包 括焦躁、疲勞和工作困難度之評量)。結果顯示,傳統地圖和電子地圖對於主 觀評量(焦躁、疲勞和工作困難度)、心率、旅行時間和速度皆無顯著差異。

比較四種電子地圖時則發現,主觀評量(焦躁、疲勞和工作困難度)、速度和 心率方面皆無顯著差異。旅行時間方面,塞車資料和地圖比例尺有顯著差異,

有提供塞車資訊相對於無提供塞車資訊的旅行時間較短,小比例尺地圖相對 於大比例尺地圖的旅行時間較短。有提供塞車資訊相對於無提供塞車資訊的 導航錯誤次數較少。

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陳曉如【9】在探討引進語音技術的導航系統對駕駛行為的影響,企圖發 展車內語音導航系統設計時應該考量的人因工程設計準則,以達到加強駕駛 績效和提升道路安全的功能。研究所探討的變數有性別、能見度(可分為清晰 與能見度不足兩種)以及四種形式的導航模式:紙製地圖、影像導航、低頻率 的語音導航(一分鐘 3 次)與高頻率的語音導航(一分鐘 6 次)。量測變數包括:

旅行持續、旅行距離與導航錯誤的次數。結果得知聽覺導引系統(低頻率-一 分鐘 3 次)有最好的駕駛績效,但在高頻率(一分鐘 6 次)的語音導引下,卻使 旅行時間和距離都變的更長,顯示太密集的資訊提供會造成駕駛者的不安。

不管能見度低或高,語音導引系統都能提供駕駛者有效的導引。

高桂娟【7】利用駕駛模擬器探討防撞警示與路線導引兩系統之介面設計 對駕駛績效與工作負荷之影響。其進行 IVIS 介面設計規範相關文獻回顧 (AAM 與 SAE J2400)與焦點團體討論歸納出下列幾點:

(一) 顯示裝置應設於水平視線至顯示裝置中心之二維角度小於等於 30 度以內以及從駕駛者開始到側向 40 度角內的幾何位置。

(二) 視覺顯示位置位於駕駛者視線上 10 度圓錐體之範圍內。

(三) 語音警示強度最高為 75 分貝。

(四) 焦點團體討論之參與者大多認為車內資訊系統以 LCD 呈現時其擺 放位置位於中控台上方最佳,而防撞警示系統之警示聲分貝與引擎 聲相同時即可聽清楚。

高桂娟之後進行模擬實驗設計,共設計導航顯示類型(LCD 與 HUD)、

有無語音防撞警示以及導航指示轉向方向(左轉和右轉)。量測變數為前車緊 急煞車之感知反應時間,定義為前方事件車突然緊急煞車之時間點開始至受 測者明顯放開油門動作的時間點結束。結果得知是否為第一個事件、有無防 撞警示以及導航顯示類型與駕駛頻率之交互影響,對感知反應時間有顯著影 響,而導航指示轉向方向對突發事件之反應時間則無顯著影響。另外,其也 對眨眼次數進行分析結果顯示,有無導航系統之眨眼次數變化有顯著影響,

即受測者在有導航系統時所需之視覺工作負荷較大;而事件的發生對於受測 者之視覺工作負荷無顯著影響。

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2.2 駕駛反應行為評估

在駕駛過程中遇到危險狀況時,駕駛者之反應行為關係到是否能安全的 避開危險。Baker【12】指出當一個交通單位遭遇動態的危險情況時,需要一 些閃避動作的策略來避免危險或改善影響。公路運輸系統的三個構成要素—

道路、車輛和駕駛者—在某些情況下涉及大份部的閃避策略。就駕駛者而言,

一切閃避動作的順序需要三個一連串的動作(圖 2.2.1):危險情況的感知(A、

B 和 C);決定如何避免危險(D);決定採取動作的執行(E)。

感知定義為〝察覺某一物體或情況的一般過程和理解其重要性〞。因此,

感知在公路運輸中為人因部分;包含理解行駛中開始或連續運動的風險,相 當於圖中的點 B 和 C。假如某一物體足夠清楚的被看見且有足夠長的時間配 合之前所記憶的知識,我們假設該物體可以被察覺,此為感知的開始(圖 2.1,

點 B )。 識 別 導 致 考 慮 所 看 見 的 是 否 為 危 險 情 況 , 此 為 瞭 解 或 統 覺

(apperception)(圖 2.1,點 C),感知到此為完整的。

反應指的是〝人對一個危險或其他被察覺的情況自願或非自願的反應;

知覺刺激的反應〞。點 D 中所需的動作被決定出來,但感知和心理反應對車 輛的運動還沒有任何影響;仍在碰撞軌跡上。當大腦送出訊息給手和腳時,

開始肌肉反應。在真正的減慢車輛時,此為踩踏中的油門被開始鬆開且其他 的控制被加進動作中。肌肉反應持續到車輛的運作受到影響(點 E)。

(21)

10

圖 2.2.1 典型的緊急停止之一連串的操作圖 資料來源:【12】

王文麟【1】提到由視覺、聽覺、感識至開始採取反應行動,或接受由交 通或公路狀況發生突變的刺激,所經歷的短暫時間,稱為「反應時間」。理想 狀況下,反應時間依序由下列 4 個時間分段組成:

(1)感識時間(Perception Time):

使用視覺、聽覺或觸覺來體察和確定外界事物或環境謂之感識,

完全感識所需的時間即為感識時間。用路者感識所需的時間隨用路者 的經驗、情緒、身體狀況及環境複雜狀況而異。

(2)運用智慧或辨明時間(Intellection Time):

運用智慧所需的時間,即感識階段所發現事物對其本身的重要性 或威脅性,運用個人智慧加以了解及比較,以決定所應採取的對應行 動。

(22)

11

(3)激發情緒或判斷時間(Emotion or Judgment Time):

情緒為人類與事物接觸後,在精神上及身體上所產生的一種強烈 而複雜的反應,這是由感識作用及神經系統的自動反射而突然發生 的,所以情緒乃人類採取某種因應行為的強力決定因素。憂鬱及憤怒 均會影響到用路人的行為。情緒與個人態度有關,而態度主要由教育 及經驗所組成。

(4)執行意志或行動反應時間(Volition or Reaction Time):

執行意志係實現意願,用路人對交通事件的體認,經由情緒與態 度的折衝,而後所採取符合本身利益的必要行動所需的時間,即為執 行意志時間。

(5)PIEV 或 PIJR 理論:

用路人在行車中對突發事件完成感識、智慧(辨明)、情緒(判斷) 及意志(行動)反應過程所需要的時間,稱為 PIEV(或 PIJR)時間,簡稱 反應時間。每一過程所需時間,均因人而異,並受實際狀況的複雜程 度、天候及其他心理狀況影響。一般而言,PIEV 時間依狀況複雜程 度所需時間可從 0.5 秒至 4 秒,而設計用的平均值一般為 2.5 秒。

McGehee【19】提到連續的駕駛反應是一個複雜的互相影響行為(圖 2.2.2),一般發生在駕駛者發現到危險時。駕駛者在此時需預測威脅車輛的動 作、決定動作,最後執行策略(轉動方向盤或採煞車,或兩者一起)。之後,

基於駕駛們對威脅如何改變的看法而調整他們的策略;而不是以接著所發現 的威脅來變化調整他們的決定和動作。

(23)

12

圖 2.2.2 駕駛危險反應過程圖 資料來源:【19】

Tijerina【24】認為車輛控制任務是透過駕駛者輸入到車輛控制裝置而發 生,像方向盤、油門、煞車踏板和(較不常)換檔。這些與輸入有關的量測 可以在駕駛者工作負荷評估中扮演一個有用的角色和作為駕駛者注意力狀態 的指標,範圍包括駕駛者控制輸入、動態車輛與駕駛狀況的調整,以及影響 車道保持、速度維持和跟車的車輛駕駛者績效量測。車道保持或側向控制績 效是由車道位置、車道位置變化和車道超出量測方法所取得。主要是因為不 受控制或不適當的車道偏離是每一年中多數碰撞的前兆,包括車道變化碰 撞、逆方向碰撞和單一車道偏移。因此,車道保持量測不但能作為主要由駕 駛任務需求和車內分心兩者的數值,也能作為一套駕駛者疲勞或無力感的部 分指標。

交通部運研所【4】在駕駛過程遇到危險情況時,駕駛人會先意識到危險 狀況,然後鬆開油門並踩下煞車,車子在滑行一段距離後才停止。因此,駕 駛人的判斷會影響到駕駛行為(轉向、加速、減速的操作),而駕駛人的感知

正常駕駛 Normal driving

確認危險 Identify hazard

決策 Decide action

執行策略 執行策略 Execute maneuver Execute maneuver

Resume normal driving 正常駕駛 Normal driving

確認危險 Identify hazard

決策 Decide action

執行策略 執行策略 Execute maneuver Execute maneuver 重新開始正常駕駛 Resume normal driving

(24)

13

反應時間與煞車反應時間關係到駕駛人是否能免於危險。此外,駕駛工作需 要很大的注意力,當環境需求超出駕駛注意力時,大部分的人皆會產生減速 之行為。綜合各相關研究,彙整出人車系統反應時間軸,如圖所示。圖 2.2.3 的 t0、t1、t4、t5、t6、t7、t8、t9 皆為 IOT 駕駛模擬器可量測的時間點,可 供研究者自行實驗中的各個時間範圍。而 t2 及 t3 的感知與判斷的時間點,則 需透過相關儀器設備,才可瞭解受測者何時感知到事件以及判斷的時間點。

圖 2.2.3 人車系統反應的時間軸 資料來源:【4】

Green【17】 主要目標是決定不同的駕駛環境典型的煞車反應時間值,

方法為重新探討大量的煞車反應時間研究,進行分析與評論實驗之方法和變 數的使用。將總反應時間分成一系列的組成:

1.心理處理時間(Mental processing time):此一時段為反應者察覺信號 感知

時間

判斷 時間

反應 時間

煞車 時間 動作

時間

煞車 踩死 後拖 行時 間

t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9

t0:真實事件發生

t1:觸發或出現在駕駛者視線內的虛擬場景事件 t2:感知

t3:判斷

t4:開始鬆開油門 t5:完全放開油門 t6:碰觸煞車踏板 t7:開始踩踏煞車

t8:停止煞車或煞車踩死

(25)

14

開始發生並決定一個反應。可進一步再分成數個次要組成:

(1).發現:表示察覺有東西在道路上

(2).感知:此一時間需要確認感覺所表示的意義

(3).反應選擇和安排:此一時間需要決定反應和心理安排動作

2.動作時間(Movement time):此一時間是由反應者的肌肉執行所安排 的動作。

3.裝置反應時間(Device response time):本時間為物理裝置進行反應動 作。

其將心理處理時間作為感知時間(perception time),感知和動作時間的 組合稱為煞車反應時間(brake reaction time),停止時間(Stopping time)是 煞車反應時間加上裝置反應時間。分為三個基本範例:駕駛模擬器實驗、實 車實驗或自然觀察法。駕駛模擬器實驗:在一個汽車模型裡或真實車輛的駕 駛艙裡進行不在道路上行駛的研究;實車實驗:參與者行駛在公共或私人道 路或小路上,同時有研究人員坐在乘客座,參與者通常為被告知實驗的真正 目的,主要量測非預期事件的反應時間;自然觀察法:研究人員在車上設置 記錄裝備,並在參與者沒察覺開始監視時記錄其反應。影響反應時間的五個 變數分別為:預期的心理、情況的緊急程度、年齡、性別和認知上的負荷,

其中認為最重要的因素是預期的心理。預期的心理水準分為三個類別:預期 發生的情況、非預期發生的情況和意外的干擾情況。預期的情況是指駕駛者 完全明瞭接下來會發生的事情,所以剎車反應時間是最短的,介於 0.7 和 0.75 秒之間。非預期的情況是指實驗時前車會出現剎車燈來提醒駕駛者,Green 發現這種剎車反應時間約為 1.25 秒。驚訝的情況則是指忽然在看見的障礙物 之前又出現一個障礙物或是忽有車輛闖入自身車子的線道,並且在自身車子 的前方,此種狀態下之剎車反應時間約為 1.5 秒。

然而,Summala【22】認為 Green 所提出的交通情況的預期、非預期和 意外情況的數據可能導致容易有所偏見和推估的太過武斷。煞車較慢可能是 駕駛者懂得利用方向盤來閃避,或駕駛者可能花時間去選擇反應的方案。在 接近號誌路口時,假如駕駛者不能合宜的停止,他們總是選擇直接通過路口。

(26)

15

當在道路上遭遇非預期的障礙無時,當假設沒有空間利用方向盤來避免撞 擊,這與事實不符。煞車反應潛在因素似乎隨著可用時間的增加而增加,而 方向盤反應潛在因素在某些時間範圍內不會隨著增加。認知負荷可分為兩種 類型,第一種是需進行視覺注意力分配的視覺負荷,而另一種類負荷來自不 須視覺注意的認知任務的處理,不管是用手機通話,或與車內乘客談話,或 是沉思。注意力分派在道路察看和非駕駛任務上,本質上會增加反應時間,

甚至是對見多識廣的和警覺的駕駛者也是如此。

Tijerina【23】認為在假設車輛駕駛者完全並且正確遵守警示的情況下,

煞車反應時間是碰撞閃避系統效力的最好指標。Warshawsky-Livne【24】指 出煞車時間在安全駕駛方面是一個關鍵部份,因而有許多方法基於減少煞車 時間的目的而發展出來。其主要目的是要探討在不同情況間變化的事件中,

需要對前車煞車燈開始亮時,組成煞車反應時間的感知反應時間和煞車動作 時間。結果顯示感知反應時間隨著突發狀況提高而增加,煞車動作時間隨著 突發狀況提高而些微的減少。這樣的交叉關係明顯表示突發狀況和量測的時 間(感知反應時間和煞車動作時間)間有交互影響。當突發狀況提高平均感知 反應時間從 0.36 增加到 0.42 秒,平均變動時間從 0.18 減少到 0.17 秒。感知 反應時間在三個突發狀況間有明顯不同,變動時間在最低和最高的不特定狀 況間有顯著不同。參與者有短的感知反應時間也會傾向有短的變動時間,反 之有長的感知反應時間也會有長的變動時間。

(27)

16

2.3 小結

綜合上述相關文獻可得知,進行車內資訊系統之相關實驗中,大多僅只 探討單一子系統,如表 2.3.1 所示,除高桂娟【7】外,皆未探討同時使用路 線導航系統以及防撞警示系統時對駕駛者之影響,然而其沒有進行有導航系 統與無導航系統對駕駛行為影響之探討,因此本研究主題即針對防撞警示系 統與不同路線導航系統同時運行時,對駕駛者相關行為影響。本研究彙整導 航與防撞警示主要量測項目表 2.3.2 得知,在防撞警示系統方面,駕駛績效所 探討之變數包括煞車反應時間、跟車間距、碰撞次數和旅行時間等;而在路 線導航系統方面,探討之變數包括導航錯誤、旅行時間和車道偏移等,上述 變數僅著重於駕駛效率,與駕駛安全相關之變數僅有車道偏移。針對上述相 關文獻分為防撞警示系統與路線導航系統進行相關研究成果彙整,如表 2.3.3 與表 2.3.4 所示。

針對駕駛者相關反應行為及防撞與導航系統之量測變數進行文獻回顧 後,得知駕駛者之反應行為有代表性的量測指標有初始反應時間、煞車反應 時間、方向盤變動量、跟車間距、車道偏移、行駛時間和導航錯誤等,然而 關係到駕駛者安全之指標較為重要的有初始反應時間、煞車反應時間與方向 盤變動量。駕駛者在緊急事件狀況發生時,駕駛之行為反應變化很大,因此 要考量駕駛者之反應是否安全應同時考量駕駛之整體反應行為。駕駛者之整 體反應行為主要為察覺到事件情況之後判斷所要採取的閃避策略進行反應動 作,各研究對於駕駛安全之探討皆只採感知反應時間或煞車反應時間之駕駛 者前段反應,而對於煞車後反應行為之探討較少,因此本研究會對減速後之 減速時間進行探討。

(28)

17

表 2.3.1 車內資訊系統子系統探討彙整表

車內資訊系統

文獻 導航系統 防撞警示系統

Belz,1999 V

Ben-Yaacov,2002 V

Cheng,2003 V

McGehee,2002 V

Suetomi,2002 V

交通部運研所,2003 V

黃慶旭,2002 V

Ceci,2001 V

Liu,2001 V

Srinivasan,1997 V

汪孝慈,2001 V

陳曉如,2002 V

高桂娟,2005 V V

資料來源:本研究整理

(29)

18

表 2.3.2 導航與防撞警示系統相關研究之主要量測項目 系

作者 初

始反 應時 間

煞車 反應 時間

跟車 間距

任務 反應 時間

平均 速度

速度 變化

縱向 加速 度

碰撞 發生 次數

導航 錯誤

方向 盤變 動量

碰撞 時間

車道 偏移

Belz,1999 √ √ √ √ Ben-Yaacov,2002 √ √

Cheng,2003 √

McGehee,2002 √ √

Suetomi,2002 √ 交通部運研所,

2003

√ 防

黃慶旭,2002 √ √

Ceci,2001 √ √ √ √

Liu,2001 √ √ √ √ √ √ Srinivasan,1997 √ √

汪孝慈,2001 √ √

導 航

陳曉如,2002 √

資料來源:本研究整理

(30)

19

表 2.3.3 防撞警示系統研究目的與研究成果彙整表

文獻 研究目的 駕駛績效

Belz,1999 探討一般的聲音警示

(音調,非說話聲)

和聲音圖像,單獨和 與儀表板視覺顯示合 併一起呈現即將發生 碰撞情況的相關訊息 給商用汽車駕駛者對 駕駛績效之影響。

聲音圖像發現比一般聲音 警示(大約快 122 ms)或沒 有顯示情況(大約快 96ms)

有顯著較快的煞車反應時 間;較長的車頭距情況時,

逼近的前後向碰撞事件有 顯著較快的煞車反應時間

Ben-Yaacov,2002 探討車內防撞警示系 統(In-Vehicle

Collision Avoidance Warning System, IVCAWS)對駕駛者間 隔距離的維持以及駕 駛者碰到錯誤警示系 統的行為反應兩者的 影響

IVCAWS 可以使駕駛者來 正確的估計時間的間隔距 離,並保持此安全距離。

Cheng,2003 探討前向車輛碰撞警 示系統對駕駛者反應 的影響。

以 2000Hz,2 調和音的警示 聲有較短的煞車反應時間。

McGehee,2002 探討駕駛者駕駛配備 有前向警示系統的車 子及沒有配備前向警 示系統的車子時,駕 駛者閃避行為有何不 同。

較早提供警示的最初平均 反應時間為 1.93 秒,較晚警 示為 2.23 秒,而沒有提供警 示為 2.53 秒;在警示提供時 機早的狀態下,最後鬆開油 門時的碰撞時間

(Time-to-collision)為 2.88 秒,時機晚的為 2.52 秒,而 無警示系統的為 2.38 秒

(31)

20

表 2.3.3 防撞警示系統研究目的與研究成果彙整表(續)

文獻 研究目的 駕駛績效

Suetomi,2002 模擬三種警示介面

(嗶嗶聲的特徵、模 擬聲音及警示聲方 向)對駕駛者行為的 影響

當警笛聲出現的頻率較高 時,駕駛者的反應時間會變 快;除了前方的危險以外,

模擬代表聲會使反應時間 變快;若警示聲是從危險方 向傳出,可使反應時間變 快。

交通部運輸研究所,2003 利用駕駛模擬器來模 擬有無裝設行車安全 輔助系統(縱向防撞 警示系統)及於特殊 天候(霧天)下對於 駕駛跟車行為之影 響。

在白天晴天的情況下,有裝 設縱向防撞警示系統之車 輛跟車間距(25.76 公尺)

比無裝設(26.8 公尺)少了 1.04 公尺;在白天霧天之情 況下,有裝設縱向防撞警示 系統之車輛跟車間距(26.2 公尺)比無裝設(28.2 公尺)

少了 2 公尺。

黃慶旭,2002 以視覺 HUD 警示、聲 音(速度)警示、視覺與 聲音的雙重警示以及 沒有警示等四種警示 型式,在能見度高及 低的情況下對駕駛者 行為之影響

當駕駛時搭配聲音與視覺 HUD 警示,會使得受測者 在主要作業上表現最好 (如:較短的旅行時間、閃 避時間和較少的碰撞次 數)。

資料來源:本研究整理

(32)

21

表 2.3.4 路線導航系統系統研究目的與研究成果彙整表

文獻 研究目的 駕駛績效

Liu,2001 比較語音、文字圖像及文

字圖像混合語音三種不 同先進旅行者資訊系統 提供方式

聽覺以及混合的顯示方式 相較於僅用視覺的顯示方 式,在反應時間(文字圖像 顯示資訊後至測試者按按 鈕之費時)、正確轉向及主 觀工作負荷之駕駛行為有 較佳的成果。

Srinivasan,1997 探討紙製地圖、引導式低 頭顯示(head-down turn-by-turn display)、電 子路線地圖低頭顯示、引 導式抬頭顯示(head-up turn-by-turn display)和語 音導引系統對於駕駛者 反應之影響

使用語音系統駕駛者有較 快的反應,而使用紙製地 圖駕駛者反應較慢。引導 式抬頭顯示與相同設計的 引導式低頭顯示比較有較 低的反應時間相關。電子 路線地圖的低頭顯示,不 管顯示有多複雜,都比引 導式低頭顯示有較好的績 效。

汪孝慈,2001 針對車內導航系統對駕

駛行為造成之影響

傳統地圖和電子地圖對於 主觀評量(焦躁、疲勞和工 作困難度)、心率、旅行時 間和速度皆無顯著差異。

陳曉如,2002 探討引進語音技術的導

航系統對駕駛行為的影 響,

聽覺導引系統(低頻率-一 分鐘 3 次)有最好的駕駛績 效,但在高頻率(一分鐘 6 次)的語音導引下,卻使旅 行時間和距離都變的更 長。不管能見度低或高,

語音導引系統都能提供駕 駛者有效的導引。

資料來源:本研究整理

(33)

22

第三章 研究方法

本研究所探討之變數包含連續型變數(如:感知反應時間、減速時間、速 度等),連續型變數與依變數兩者的關係為非線性關係,因此本研究利用 C&RT 之結果決定連續型變動之切割點。再利用 ANOVA 瞭解所探討之因子 對依變數是否有顯著影響,另外,本研究想瞭解不同的導航系統對駕駛者的 反應時間與眨眼次數有無差異,因此會利用多重比較來加以分析。之後為了 瞭解顯著影響因子對依變動之影響程度為何,本研究因此會利用迴歸分析建 立模式參數推估表。

3.1 分類和迴歸樹

本研究藉由分類和迴歸樹(Classification and Regression Tree, C&RT)進 行變數間之類別合併以及決定連續型變數之切割點。C&RT 的全名是「分類 和迴歸樹」(Classification and Regression Tree),這是由 Breiman 等人在 1984 年所共同發展的二元生長樹演算法,CART 模型適用於目標變數為連續型和 類別型的變數,如果目標變數是類別型變數,則可以使用分類樹(classification trees),目標變數是連續型的,則可以採用迴歸樹(regression trees)。決策樹 的生長方法有很多種,分類和迴歸樹使用嚴格的二元分裂法,二元遞迴(binary recursive)分割常見的規則有 Gini,Twoing,和 Entropy 三種。C&RT 分析流 程是利用遞迴(recursive)方式將資料區分成有顯著差異的兩子集合,該處理方 法會反覆進行,直到無法再將資料區分為有顯著差異的子集合。

分類與迴歸樹是不用找尋一個好的停止規則的,分類與迴歸樹能以訓練 樣本提供好的資訊,當應用在未知資料時也可以得到好的資訊,其主要有兩 個關鍵,一是以修剪代規停止規則,也就是將樹發展完之後從終端節點向上 修剪;二是使用適當的估計值 R*(T)從修剪終端節點來選擇一個最適樹,

而一個好的估計值 R*(T)是依據樣本的大小來決定,當大樣本使用獨立測 試樣本是需要高經濟效益,小樣本(3000 以下的觀測值)則是用交叉確認

(cross-validation)。本研究主要利用分類與迴歸樹所建立出來的分支樹,穫 得連續型變數的切割點。

分類與迴歸樹將具有貢獻的變數建構出一棵樹來,其節點上的變數則會

(34)

23

以排序方式將主要變數、次要變數篩選出來,從這些變數之中可以瞭解哪些 變數著實會影響其研究主題,然而變數的重要性是可以在樹中得出資料的隱 藏含義,因此重要性變數的排序法則是透過最主要的分割者(main splitter)

或是代理者(surrogate),在一棵樹中將某特定變數(particular predictor)交 叉加總所有節點的改善分數(improvement scores),其改善分數指的是在建 構樹的過程中各節點從所有變數(competitor)選擇出主要的分割者或是代理 者之節點權重(改善子節點的不純度)。C&RT 的分析方法是利用最小平方差 法(Least-Squared Deviation, LSD)以進行解釋變數之類別劃分,依據 LSD 所計 算出的數值越大則代表解釋變數對於依變數的關係越顯著,在決策樹中以

「improvement」表示。

王秀雯【2】針對影響交通事故傷亡嚴重程度為研究主題來作探討,以人、

車、路、環境、事故等因素之不同特性進行分析。其提到近年來資料挖掘是 應用在各領域的資訊科技,然而過去文獻證實在預測或是分析上均為有效之 分析工具,特別是商業與金融界(如顧客關係管理)、工業界(如半導體製程 等)、醫學界(如流行病學研究),但在運輸安全領域則是相對少見。因此王 秀雯以統計方法之多元羅特模式與資料挖掘技術之決策樹分析影響交通肇事 嚴重程度之因素及其影響程度,從分析結果比較兩模式之變數選擇與其正確 率及預測能力,探討兩模式之優劣。不論在影響事故嚴重程度之顯著變數,

分類樹與多元羅吉特模式都能找出大致相同之變數。

3.2 變異數分析

變異數分析廣泛推廣適用於各種實驗領域,其主要目的即檢驗各個類別 變數的平均數之是否相等。例如:實驗三種不同肥料研究同一品種的稻米生 長產量。

變異數分析利用樣本資料來比較若干不同的實驗變數,以確定這些實驗 變數是否導致不同結果。其虛無假設(H0)及對立假設(H1)如下:(μ表示母體 平均數)

H0:μ1=μ2=...= μm

H1:並非所有的μ都相等

(35)

24

變異數分析的基本假設:(1) 所有樣本都是隨機抽選而得,且彼此獨立。

(2) 各母體呈常態分配。(3) 各母體的變異數(σ2)都相等。

在單一因素的情況下(single-factor ANOVA model),變異數分析模式通常 以下式表示:

Yij = μ + τj + εij

上式中,τj:實驗變數的第 j 個水準( j = 1,2, ...,m )對 Y 的差異效 果,εij:誤差項( i = 1,2, ...,n; j = 1,2, ...,m ),假設εij是常態和獨 立分配,平均數為 0,變異數為σ2,即 NID (0, σ2)。

利用實驗變數的變異(treatment variation)、誤差與總變異三種變異來源,

可以求得以下三種變差的平方和(sum of square):

(1) 實驗變數平方和(treatment sum of square, SST)這是可由實驗變數解 釋的變異,亦稱組間離均差平方和。

SST = Snj ( Ý j – Ÿ )2

(2) 誤差平方和(error sum of square, SSE)這是實驗變數未能解釋的變 異,稱為組內離均差平方和。

SSE = SS ( Yij – Ý j )2

(3) 總平方和(total sum of square, TSS)

TSS = SST + SSE = SS ( Yij – Ÿ )2

上式中,Ÿ :樣本觀察值的總平均數,Ýj:實驗變數的第 j 個水準的平 均值,Yij:第 j 個水準的第 i 個觀察值。

不論 H0: μ1= μ2= . . . = μm 是 否 成立 ,各 組樣本 的 變異數 為

1 ) ˆ2 ( 2

= ∑ − n

x S

i

x

ij i

, 因 假 設 了

2 2

3 2 2 2

1

σ σ

...

σ

σ = = =

, 故 其 估 計 量 為

(36)

25

m MSE n

S

p

SSE =

= −

2

= −

1

m MST SST

故取: SSE/(n-m) 1) - SST/(m

0

= =

MSE F MST

,如表 3.2.1。

表 3.2.1 變異數分析表

變異原因 平方和 自由度 均方和 F

組間 SST m-1 MST = SST/(m-1) F= MST/MSE 組內 SSE n-m MSE = SSE/(n-m)

總和 TSS n-1

資料來源:本研究整理

研究者同時採用兩個或以上的自變項對於某一個依變項的影響,稱為多 因子設計(factorial design),本研究實驗即為多因子設計。當研究者所使用 的自變項是類別變項,依變項是連續變項時,所使用的統計分析技術稱為多 因子變異數分析(Factorial ANOVA),研究中包含兩個自變項,稱為二因子變 異數分析(two-way analysis of variance),依此類推。依變項的得分被自變項 區隔成不同的部份,每一個部份均可得到一個平均數,各平均數之間的變動 情形需要使用平均數的變異分析的概念來分析。其原理仍是以平均數間的變 異數(組間變異)除以隨機變異得到的比值(F 值),當 F 值越大,表示研究 者關心的平均數的分散情形較誤差變異來得大,若大於研究者設定的臨界 值,研究者即可獲得拒絕虛無假設、接受對立假設的結論。

林宗賢【5】以二因子為例說明多因子變異數分析的統計原理,先將所有 觀察值在依變項分數的變異量,以「總離均差平方和」(SStotal)來表示,其 值為每一個觀察值的原始分數減去總平均數平方後加總得知。這些原始分數 的的變異(總變異量)可以區分為因實驗造成的「組間效果」(簡言之也就是 該變項各水準的分類所造成依變項的差異)與反應隨機誤差的「組內效果」。

組間效果則又可細分為 A 因子、B 因子與 AB 交互效果三個來源,其關係式 如下:

(37)

26

總離均差平方和(

SS

t)= 組間離均差平方和(

SS

b)+ 組內離均差平方和(

SS

W)

=

SS

A

+ SS

B

+ SS

AB

+ SS

W

總自由度

( ) df

t

= df

A

+ df

B

+ df

AB

+ df

W

( N

1

) ( = k

1

) ( ) ( + l

1

+ k

1

)( ) ( l

1

+ N kl )

其中:

k、l 代表自變項 A、B 因子的水準數 N 代表樣本數

如前所述,影響平均數的變異有三個主要來源,A、B 主要效果及 AB 交 互效果,這三個效果的統計意義是變異數分析首先必須檢定的對象,也就是 以 F 檢定平均數變異是否有顯著差異,一旦確認之後,才需要進一步針對各 因子不同水準的影響進行事後比較。

多因子變異數中,透過各因子內不同水準的平均數離散量數 MSi(組間 均方和)的計算,除以誤差離散量數 MSw(受試者間組內均方和),來求得 F 值。若 F 值的機率值達顯著水準,則該效果達顯著。變異數拆解與 F 值檢 定的公式見表 3.2.2 所示。註: i 表 A、B、AB 各因子組間(between)效果 或組內(with)效果。

表 3.2.2 因子變異數分析摘要表

變異來源 SS df MS F

組間

SSA k-1 SSA/dfA MSA/MSW

SSB l -1 SSB/dfB MSB/MSW

SSAB (k-1)( l -1) SSAB/dfAB MSAB/MSW

組內(誤差) SSW N-k l SSW/dfW

總計 SSt N-1 資料來源:【5】

(38)

27

ANOVA 的結果如拒絕接受虛無假設,並不表示所有的 μj(j=1,2,…,k)

都不相等。如果群體數超過兩個,尚可進一步檢定各μj中那幾個相等,那幾 個不相等,或是將各μj依大小次序排列,此即多重比較法所要處理的問題。

多重比較法是以信賴區間的數值來比較每一對母體平均數μg和 μ(g≠h)h

的大小,然後再綜合來比較各 μj的大小。常見的多重比較法有 Scheffe’法、

Tukey 法、Duncan’s 檢定和 Newman-Kuels 檢定等。本研究為瞭解不同導航 類型對駕駛影響有無差異,而 Duncan’s 檢定較能比較出差異性,因此本研究 利用 Duncan’s 檢定進行多重比較。

3.3 迴歸分析

迴歸分析是一種統計分析方法,它利用一組預測變數(或稱獨立變數或自 變數)對某一準則變數(或稱應變數)建立關係式,以便作為預測的依據;

迴歸分析也可以作為評估預測變數對準則變數的效用。迴歸的主要目的是做 預測,目標是發展一種能以一個或多個預測變數的數值來做為應變數預測的 方法。我們將變數分成二類,一類變數是作為預測的提供者,稱為獨立變數 或稱為預測變數,以 x 表示;另一類是我們真正關心的被預測者,稱為應變 數或準則變數,以 y 表示。

迴歸分析的三大功能,以少數且重要的預測變數達到以下功能【8】:

1. 描述用:y=ƒ(x),可描述 x 如何影響 y,包括其正負影響關係及影響 數量的大小。

2. 預測用:先給定預測變數 x 的值,才能由迴歸式求 y 的值,但要特別 注意預測的適用範圍。

3. 控制用:控制欲得到的輸出 y,再求應放入什麼樣的輸入 x。

迴歸分析的四個基本假設包括:

1. 條件常態分配:誤差項

ε

有大有小,我們假設它的分佈是常態分配,

因此給定 x 之後,y 的分配也是常態分配。此種給定 x 後所有同樣的 x 對應 y 的分配為常態分配,稱為條件常態分配。

2. 均質性:不同的預測變數的母體所對應的應變數具有相同的變異數。

(39)

28

3. 獨立性:誤差項具有獨立性,即每一誤差項不會受到其它誤差項的影 響。

4. 線性:不同的預測變數所對應的應變數的平均數的連接線是一直線。

在迴歸模型 y=β0+β1x+ε中,有關誤差項

ε

的假設:

1. 誤差項

ε

為一隨機變數,其平均數或期望值為 0,也就是 E(ε)=0。由 於β0與β1均為常數,E(β0)=β0與 E(β1)=β1,因此對一已知的 x 值而言,Y 的期望值為 E(y)=β0+β1x,稱為迴歸方程式(regression equation)。

2. 對所有 x 值而言,ε的變異數均為

σ ;對所有 x 值而言,Y 的變異數

2 均等於

σ ,ε

2 的值相互獨立。

3. 誤差項

ε

為一常態分配隨機變數。

假如我們使用 SSR/SST 評估迴歸關係的適合度,也就是代表迴歸方程的 解釋能力,則此度量值將介於 0 與 1 之間,其值愈接近 1,表示適合度愈佳,

記做

R ,

2

R =迴歸所能說明的平方和/總平方和。

2

SST R

2

= SSR

誤差平方和(SSE):最小平方法中所處理的平方和,常被稱為誤差平 方和或殘差平方和 (error sum of squares),

SSE =

(

Y

i

Y

^i)2

總平方和 (SST):與平均數有關的平方和 (total sum of squares),

=

(

Y

i

Y

i)2

SST

迴歸平方和(SSR) :為度量估計迴歸線上的預測值 yˆ 與 y 的差異,

=

(

Y

^

Y

)2

SSR

i

SST、SSR 與 SSE 的關係為 SST=SSR+SSE

當放入越多的預測變數時,則

R 會愈大,但相對的模式也愈複雜,也就

2 是擬合之後誤差平方和小(即 SSE 小),但參數個數 p 也增大。如何在模式擬 合度(

R 大)與模式簡化程度(p 小)之間找到平衡點?統計上常用調整後的

2

(40)

29

R (即

2 adjusted R )做判斷,其公式為: 2

p - n

1 - ) n R - (1 - 1

adjusted

R

2

=

2

此處 p 為模式中參數的個數,在簡單線性迴歸中有兩個參數 β0,β1,故 p=2。adjusted

R 是對模式中參數個數多寡做修正,當模式中增加愈多的參

2 數(即預測參數愈多時),

R 必會增大,但 adjusted

2

R 則對參數個數增加做

2 懲罰工作。

(41)

30

第四章 實驗規劃與研究對象

4.1 駕駛模擬實驗設計

本實驗共設計導航顯示類型、有無語音防撞警示以及導航指示轉向方向 等三個實驗因子,其中導航顯示類型包括 LCD、HUD 與無導航等三個水準,

語音防撞警示分為有警示與無警示兩種,而下一路口轉彎方向則有左轉與右 轉兩類,因此每位受測者需進行 3 × 2 × 2 共十二種實驗情境,上述之實驗因 子與水準以及實驗情境組合分別如表 4.1.1 所示。

表 4.1.1 實驗因子與水準

因子 下一路口轉彎方向 有無語音防撞警示 導航顯示類型

水準 左轉

右轉

有警示 無警示

無導航 LCD 導航 HUD 導航

水準數 2 2 3

資料來源:本研究整理

本研究之 LCD 導航與 HUD 導航部份主要延用高桂娟【7】之實驗設計,

其設計內容包括下列五項:1)防撞與導航系統介面組合的選擇、2) 導航資訊 顯示位置的決定、3) 語音防撞警示音量設計、4) 導航圖形及內容以及 5) 實 驗場景規劃。

一、防撞與導航系統介面組合

高桂娟【7】主要探討導航與防撞警示系統之組合顯示介面對駕駛者 安全之影響,然而為了避免實驗過於複雜,因此不考慮單一系統使用多 介面顯示資訊,即單一系統使用單一顯示介面。防撞警示系統之警示方 式採用語音為防撞警示系統的警示介面。而導航系統採用視覺類型為路 線導航系統資訊顯示介面,即採用 LCD 介面與 HUD 介面(分兩集區進 行實驗,先使用 LCD 介面再使用 HUD 介面)。

二、導航資訊顯示位置

(42)

31

路線導航資訊介面為視覺顯示的 LCD 或 HUD。在 LCD 部分,介 面擺放在水平視線向右 21 度角及側向向下 16 度角位置;在 HUD 部 分,路線導航系統之 HUD 介面設置在水平視線向右五度位置。

三、語音防撞警示音量設計

採用 70 分貝為語音警示聲設定的音量範圍。

四、導航圖形及內容設計

導航資訊圖形主要分為兩個 1)箭頭:指引路口處左轉或左轉、2)公 尺數:本車與需轉彎路口的剩餘距離;隨著本車前進公尺數也會隨著改 變,當本車與路口距離 120 公尺內時,公尺數與箭頭皆會由綠色變成橘 色,此外,箭頭還會一直閃爍(如圖 4.1.1 與圖 4.1.2 所示),代表意義 為要轉彎的路口快到了,駕駛者須轉彎。

圖 4.1.1 本車與路口距離超過 120 公尺(綠色箭頭不會閃爍)

資料來源:本研究整理

(43)

32

圖 4.1.2 本車與路口距離 120 公尺內(橘色箭頭會閃爍)

資料來源:本研究整理 五、實驗場景規劃

高桂娟【7】依據實驗因子與水準設計一個路網式實驗路線圖,如圖 4.1.3 所示,實驗場景為模擬雙向四車道無分隔島之都市道路類型,道路 服務水準設定為 A 級,每車道 3.5 公尺、路肩為 2.5 公尺;除有設計直 線場景外,尚設計十字交叉路口讓駕駛者可實際左右轉,全程會經過 15 個交叉路口,期間需進行五次右轉、六次左轉以及四次直行;實際實驗 路線總長 7.7 公里,在有導航系統時駕駛者需按照導航指示方向行駛,

實驗要求駕駛者行駛速度需維持在 50km/hr,因此實驗約 10 分鐘內完成。

(44)

33

圖 4.1.3 實驗路線示意圖 資料來源:【7】

實驗場景中之車輛除了受測者本身駕駛車以外,在鄰車道以及對向 車道上還設計有 A 級服務水準之車流,此外,於某些固定路段上還設置 事件車;該事件車會引起突發事件以讓受測者進行緊急反應,藉此即可 觀察到受測者之駕駛行為,下列針對上述車流與突發事件之情境以及突 發事件之觸發設定進行詳細說明,而車流與事件車行駛路線如圖 4.1.4 所 示。

(一)「車流」情境:可分為兩種行駛路線。一為由駕駛車之鄰車道後

(45)

34

方超前並駛離駕駛車;二為由駕駛車之鄰車道後方超前並由旁切 入駕駛車所在車道之前方後駛離。

(二)「突發事件」情境:為了避免讓受測者有預期心理得知何時會發 生突發事件,因此事件車之行駛路線設計與平時車流之行駛路線 二相似,即為由駕駛車之鄰車道後方超前並由旁切入駕駛車所在 車道之前方,待與駕駛車時間間距為 1.2 秒時緊急煞車。

(三)「突發事件」觸發設定:駕駛車行駛於路段中,當事件車與駕駛 車前時間間距為 1.2 秒時,事件車即立即緊急煞車(稱之為突發事 件);當駕駛車將速度減至時速 18 公里/小時以下時,則事件車緊 急煞車狀態解除(即駛離駕駛車);事件車緊急煞車場景如圖 4.1.5 所示。

圖 4.1.4 車流與突發事件車行駛路線示意圖 資料來源:【7】

(46)

35

圖 4.1.5 前車緊急煞車場景圖 資料來源:【7】

本研究所進行之無導航實驗場景延用高桂娟【7】之規劃,並搭配有無語 音防撞警示系統,實驗程序包括個人駕駛經驗問卷調查、兩階段的學習性實 驗以及一次正式實驗三部份,本研究無次要作業之實驗共有 27 位受測者,詳 細內容敘述如後。

首先受測者於運研所報到時先填寫個人駕駛經驗問卷,隨後向受測者說 明駕駛模擬器之使用方法,為了能讓受測者能先熟悉模擬器的主要操控,如 加速、減速、煞車和轉彎的動作,因此在第一階段的車輛操控學習性實驗中 須重覆進行約四次操作,每次學習性包括左轉與右轉各一次,受測者學習期 間,我們會觀察受測者是否能維持時速以及順利的進行轉彎等操控行為,若 重複四次操作後的表現還未能熟悉駕駛模擬器,則會依照受測者學習情況決 定後續地學習次數,僅有少數人須多學習 1-2 次。第二階段的警示聲學習性 目的係讓受測者熟悉警示聲所伴隨的警示意義。隨後提供一份完整的實驗行 駛路線圖讓受測者記憶,隨即開始進行無導航系統之正式實驗。

參考文獻

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