汽車駕駛員視覺注意特性及信息處理結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

胡科偉 夏如艇 林文君 余琳琳 倪瑩瑩

臺(tái)州學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院, 浙江 臺(tái)州 318000

前言

汽車駕駛是依據(jù)交通環(huán)境信息作出視覺感知、目標(biāo)判斷和車輛操作的過(guò)程，道路交通系統(tǒng)是人、車輛和環(huán)境三要素構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。駕駛過(guò)程中若駕駛員的視覺適應(yīng)能力、感知及判斷能力下降,將可能引發(fā)安全事故。盡管引發(fā)事故的因素有很大,如, 駕駛違章、氣候條件、車速、道路條件等,但視覺感知與目標(biāo)判斷的正確與否是重要原因之一。駕駛員是一個(gè)復(fù)雜的主觀個(gè)體,能依據(jù)先驗(yàn)知識(shí)作出判斷和操作,是交通系統(tǒng)的核心，在協(xié)調(diào)和控制交通系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用并決定其性能。車輛是由人駕駛的是客觀無(wú)意識(shí)的。交通系統(tǒng)中的感知信息,包括行駛車輛的形狀與顏色、道路寬窄與車道數(shù)量信息、路面標(biāo)識(shí)與標(biāo)志，駕駛員生理心理感知變化等是根據(jù)駕駛員自身的主動(dòng)視覺特性進(jìn)行及時(shí)的并行處理。因此,對(duì)于駕駛過(guò)程中的人車環(huán)三要素構(gòu)成的交通系統(tǒng)模型的構(gòu)建需要深入研究,在分析駕駛員動(dòng)態(tài)視覺行為特性的基礎(chǔ)上，對(duì)駕駛員的視覺處理信息的過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析，深入揭示其內(nèi)在的相關(guān)性并采用系統(tǒng)模型的方式研究模型的構(gòu)成要素及其規(guī)律性。本文基于對(duì)人、車輛和環(huán)境的交通系統(tǒng)各要素的分析，應(yīng)用認(rèn)知心理學(xué)理論,嘗試對(duì)駕駛員的視覺信息獲取方式與獲取順序以及目標(biāo)的判斷和車輛操作過(guò)程中的視覺信息處理機(jī)制進(jìn)行了深入研究,構(gòu)建了車輛駕駛者對(duì)視覺感知目標(biāo)對(duì)象的交通信息處理結(jié)構(gòu)模型,運(yùn)用并行處理法對(duì)模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了分析。

1 駕駛員視覺適應(yīng)性

1.1 靜視力與動(dòng)視力

靜視力是指被試者和視標(biāo)在靜態(tài)狀況下的視覺感知能力，即，靜視力。靜視力主要是采用視認(rèn)距離判斷靜視力的強(qiáng)弱。國(guó)內(nèi)在檢測(cè)駕駛員的靜視力能力時(shí)通常采用E型視力表進(jìn)行評(píng)定。靜視力的評(píng)定時(shí)要求檢測(cè)被試駕駛員的雙眼視力，然后對(duì)雙眼視力進(jìn)行綜合評(píng)定，此種視力稱為中心視力。被試駕駛員在測(cè)試時(shí)，被試者與視力表的距離為5m,依據(jù)周圍環(huán)境照明條件，一般以照度為200±100lx (勒克斯)為測(cè)試照度,測(cè)試后按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定，判定被試者的兩眼視力(含正常矯正視力)在0.7以上時(shí)，被試者才被允許獲得參加駕駛許可證的報(bào)考。這種檢測(cè)方法基本能反映和評(píng)定駕駛員在靜止?fàn)顟B(tài)下的視覺感知能力，并以此靜視力值作為駕駛員的基本要求。

動(dòng)視力是指被試者和視標(biāo)在動(dòng)態(tài)狀況下的視覺感知能力，即，動(dòng)視力。駕駛員在駕駛過(guò)程中的視覺能力主要是動(dòng)視力起作用。動(dòng)視力主要是采用目標(biāo)跟蹤法評(píng)定動(dòng)視力。當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的速度、位置和路徑作出反應(yīng)，測(cè)量其反應(yīng)時(shí)間。研究結(jié)果表明,駕駛員的動(dòng)視力是隨駕駛車輛的速度變化而發(fā)生變化的，車輛速度高時(shí)反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，反之，則反應(yīng)時(shí)間短。通常情況下,駕駛員的動(dòng)視力比靜視力低。例如,當(dāng)車輛以60km/h的車速行駛時(shí)，駕駛員能識(shí)辯前方標(biāo)志標(biāo)識(shí)的距離約為240m；但當(dāng)車速為80km/h,識(shí)辯距離明顯下降。許多研究表明,駕駛員的動(dòng)視力與車輛安全事故有很大關(guān)系，因此，在進(jìn)行駕駛員的視覺功能檢查時(shí)，既要檢查其靜態(tài)視覺功能也要檢查動(dòng)態(tài)視覺功能。

1.2 夜間視力與環(huán)境照度視力與環(huán)境照度有關(guān),照度增加可提高對(duì)目標(biāo)的識(shí)辨能力。在照度為0.1-100m燭光的范圍內(nèi),兩者呈線性關(guān)系。通常來(lái)說(shuō)，夜間環(huán)境狀況下的照度較低，易導(dǎo)致駕駛員的視覺判斷能力下降，表現(xiàn)出夜間低視力，稱為夜近視。大量的研究表明,在黃昏和照度較低的夜間狀況下，安全交通事故與低照度的夜間環(huán)境有直接關(guān)系，駕駛員在黃昏和夜間的靜視力和動(dòng)視力都有所下降。

1.3 視覺選擇性注意與交通環(huán)境駕駛員依據(jù)眼睛獲得的視覺信息進(jìn)行加工和解釋，從而對(duì)目標(biāo)對(duì)象作出判斷是駕駛過(guò)程中的主要任務(wù)。駕駛過(guò)程中,駕駛員的視覺注意頻繁的在前方物體間轉(zhuǎn)移,根據(jù)目標(biāo)的信息特征(顏色、位置和形狀等)有選擇性的對(duì)目標(biāo)作出反應(yīng)。選擇性注意與環(huán)境因素有很大關(guān)系,直接受環(huán)境照度,車輛速度,目標(biāo)亮度及位置和形狀等因素的直接影響。

2 駕駛員的信息處理方式

認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為駕駛員的視覺信息處理方式有兩種。一種處理方式是，駕駛員的認(rèn)知過(guò)程作為串行的信息處理過(guò)程，即第一階段信息處理完后就進(jìn)入下一階段,即只受目標(biāo)所影響的處理方式；另一種處理方式是既受目標(biāo)的影響,還受駕駛經(jīng)驗(yàn)和先驗(yàn)知識(shí)的影響,采用并行處理方式。因此,駕駛員的信息處理方式可以歸結(jié)如下：

3 交通系統(tǒng)信息處理結(jié)構(gòu)

交通系統(tǒng)中的信息處理主要由該系統(tǒng)中的各種因素所決定,如車輛的舒適性和平順性、交通道路的路面狀況、交通環(huán)境中的標(biāo)志標(biāo)識(shí)的視認(rèn)性、環(huán)境照度與目標(biāo)亮度及駕駛員的視覺生理與視覺心理等各種因素。因此,在分析系統(tǒng)的信息處理結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該將人、車輛、道路和環(huán)境等因素納入系統(tǒng)中的處理對(duì)象，進(jìn)行全面綜合的考慮, 對(duì)系統(tǒng)中各因素之間的相互聯(lián)系進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)，在對(duì)各因素比較評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上評(píng)定整個(gè)交通系統(tǒng)的性能。因此，交通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型如下：

作為影響駕駛員輸入信息的有交通標(biāo)志標(biāo)識(shí)信息、道路狀況信息、駕駛員視覺特性信息、環(huán)境照度信息、車輛狀況信息及監(jiān)控系統(tǒng)信息等。各種信息之間存在相互聯(lián)系和相互影響，進(jìn)入駕駛員信息處理方式后，經(jīng)駕駛員動(dòng)態(tài)特性分析得到控制車輛行駛的決策，并通過(guò)系統(tǒng)協(xié)調(diào)執(zhí)行系統(tǒng)決策。駕駛員依據(jù)駕駛實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和先驗(yàn)知識(shí)的調(diào)整，考慮外界環(huán)境因素的影響之后, 利用各控制模塊對(duì)車輛和視覺信息進(jìn)行控制操作, 并將系統(tǒng)信息的決策行為反映到車輛模型之中,這樣就可改變駕駛員操縱車輛的行駛軌跡和行駛方向等。在這個(gè)階段完成之后，系統(tǒng)重新進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整再對(duì)車輛行駛參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)的改變，然后又將重新將新的信息數(shù)據(jù)反饋到駕駛員的操作之中，為下一步系統(tǒng)的決策和執(zhí)行做好準(zhǔn)備。

4 駕駛員信息并行處理結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

應(yīng)用上述駕駛員的視覺感知、注意和記憶功能等視覺注意機(jī)制，通過(guò)對(duì)駕駛員自身生理和心理因素綜合調(diào)查以及對(duì)駕駛員視覺適應(yīng)性的分析，得出在動(dòng)態(tài)狀況下駕駛員在復(fù)雜的交通環(huán)境狀況下準(zhǔn)確的進(jìn)行并行處理交通信息的結(jié)構(gòu)模型，即，信息并行處理結(jié)構(gòu)模型。在執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)的過(guò)程中,駕駛員自身的生理心理因素以及視認(rèn)目標(biāo)對(duì)象，如，交通標(biāo)識(shí)等, 均被安排在行駛過(guò)程中的交通系統(tǒng)綜合環(huán)境之中。該模型包括的主要功能有：并行信息處理的判斷決策模塊,環(huán)境信息獲取模塊,駕駛操作執(zhí)行模塊，信息輸出模塊以及駕駛員視覺適應(yīng)性和視覺注意特性及自身處理交通信息的性格、偏好等特征的約束模塊。因此，駕駛員在正常條件下行駛時(shí),交通信息加工過(guò)程進(jìn)行按上述方式進(jìn)行。

5 總結(jié)

(1)對(duì)駕駛員的靜視力與動(dòng)視力，夜間視力與環(huán)境照度，及選擇性注意與交通環(huán)境進(jìn)行了分析?；隈{駛員的信息處理方式和交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建了駕駛員信息處理結(jié)構(gòu)模型。

(2)駕駛員信息處理結(jié)構(gòu)模型為駕駛員協(xié)同仿真模型的實(shí)現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)。

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