認(rèn)知風(fēng)格對駕駛行為影響的眼動(dòng)研究

胡譽(yù)齡　施利承

摘要 目的：比較兩種認(rèn)知風(fēng)格在虛擬駕駛中是否存在差異，并結(jié)合兩種認(rèn)知風(fēng)格的特點(diǎn)，補(bǔ)充解釋交通事故頻發(fā)的原因，同時(shí)也為國內(nèi)駕駛員培訓(xùn)提供新思路。方法：運(yùn)用Smart Eye眼動(dòng)儀觀察兩種認(rèn)知風(fēng)格被試在興趣區(qū)內(nèi)的注視時(shí)間、注視次數(shù)，記錄其在模擬駕駛過程中的實(shí)時(shí)速度、最大減速、剎車反應(yīng)時(shí)等。結(jié)果：兩種認(rèn)知風(fēng)格的被試在駕駛過程中，興趣區(qū)內(nèi)的注視次數(shù)存在顯著差異（p=0.005），注視時(shí)間不存在顯著差異（p=0.098）。在壓力情境下，被試的實(shí)時(shí)速度（p=0.033）和最大減速（p=0.014）存在顯著差異。結(jié)論：場獨(dú)立者對興趣區(qū)的注視次數(shù)更多，在相同條件下更能注意到交通環(huán)境中的關(guān)鍵信息。在壓力情境下，駕駛者的實(shí)時(shí)速度顯著提高，有更多的剎車等緊急行為。

關(guān)鍵詞 場獨(dú)立；場依存；模擬駕駛；眼動(dòng)研究

分類號(hào) B849

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，車輛數(shù)目劇增，同時(shí)，交通事故發(fā)生率也大幅提高。據(jù)公安部交通管理局統(tǒng)計(jì)，2014年一季度全國共發(fā)生涉及人員傷亡的道路交通事故4萬多起，造成約4.4萬人受傷，1.05萬人死亡，直接財(cái)產(chǎn)損失達(dá)2.1億元。大量道路交通事故的發(fā)生對社會(huì)安定及人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。駕駛員安全行車的重要條件之一就是視覺信息的處理，而駕駛員不同的認(rèn)知風(fēng)格，會(huì)導(dǎo)致信息處理的不同方式和結(jié)果。

場獨(dú)立（Field-independent）與場依存（Field-dependent）兩種認(rèn)知風(fēng)格是由美國心理學(xué)家Herman A.Witkin最先提出的。個(gè)體知覺所及客觀世界的全部組織結(jié)構(gòu)被稱為一個(gè)“知覺場”。有些人在知覺某一對象時(shí)，常常將它從整個(gè)知覺場中分離出來，傾向于以分析的態(tài)度接受外界刺激，對該對象的認(rèn)知較少受環(huán)境因素影響，這些人屬于場獨(dú)立型人格。另一些人則相反，在知覺某一對象時(shí)，很難將其從整個(gè)知覺場中分離出來，傾向于以整體的方式看待對象，對該對象的認(rèn)知很容易受環(huán)境因素影響，這些人屬于場依存型人格。場認(rèn)知風(fēng)格的特點(diǎn)包括普遍性、穩(wěn)定性、發(fā)展性和滲透性，其研究領(lǐng)域涉及教育、認(rèn)知、記憶、閱讀、創(chuàng)造力等。

Harano和Peck（1968）的研究發(fā)現(xiàn)，場依存型人格的駕駛員比場獨(dú)立型人格的駕駛員更容易發(fā)生交通事故。Ernest，Ghezel-Ayagh和kush（1996）認(rèn)為，場獨(dú)立型駕駛員能較好地將有限的心理資源分配到重要的交通信息中，發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)，從而獲得對危險(xiǎn)情境的合理解釋并提早做出防御措施。反映在眼動(dòng)指標(biāo)上，即注視次數(shù)比場依存型駕駛員多。相比之下，場依存型駕駛員的信息提取和組織能力較差，對信息的搜索是游離式的，因而注視次數(shù)較少。梁亮和吳家舵（2010）研究了場認(rèn)知風(fēng)格對體育廣告注視的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：認(rèn)知方式影響注視點(diǎn)的數(shù)目和平面廣告興趣區(qū)內(nèi)的注視時(shí)間，但在眼跳最大幅度上，場獨(dú)立被試和場依存被試沒有顯著差異。靖新巧（2008）研究了大學(xué)生場認(rèn)知風(fēng)格對圖形推理的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)認(rèn)知風(fēng)格和題目難度對圖形測驗(yàn)成績的主效應(yīng)顯著。從興趣區(qū)的分析結(jié)果看，在題干部分場獨(dú)立型被試的注視時(shí)間和注視次數(shù)均顯著多于場依存型被試，而在選項(xiàng)部分卻顯著少于場依存型被試。馬勇（2006）研究了駕駛員的視覺搜索行為，結(jié)果表明：當(dāng)駕駛員沒有注視前方區(qū)域時(shí)，60%的注意對象是車內(nèi)的后視鏡、儀表盤、音響設(shè)備區(qū)域等，平均注視時(shí)長小于1.0s。駕駛員對左后視鏡的注視次數(shù)高于右后視鏡，且要花更多的時(shí)間注視右后視鏡。

綜合已有的研究，近年來國外對駕駛員視覺行為的研究領(lǐng)域包括年齡、駕駛經(jīng)驗(yàn)、視覺搜索模式和策略、車輛操控、工作負(fù)荷、視覺生理缺陷與輔助駕駛系統(tǒng)等方面。國內(nèi)的駕駛員眼動(dòng)研究領(lǐng)域主要包括閱讀、廣告、學(xué)習(xí)遷移、實(shí)景圖片等，對駕駛員的視覺注視研究較少，且理論多于實(shí)驗(yàn)。本研究擬從場認(rèn)知風(fēng)格出發(fā)，探討兩種認(rèn)知風(fēng)格在不同壓力狀態(tài)下進(jìn)行模擬駕駛?cè)蝿?wù)的視覺搜索特征的差異。

1.被試與方法

1.1被試

隨機(jī)選取87名某大學(xué)學(xué)生作為預(yù)實(shí)驗(yàn)被試，其中男生38人，女生49人，平均年齡21-7歲，持有C駕照，會(huì)操作手動(dòng)擋車輛，平均駕駛里程數(shù)50km，均為駕駛新手。所有被試視力或矯正視力正常，從未參加過類似實(shí)驗(yàn)。采用認(rèn)知風(fēng)格鑲嵌圖形測驗(yàn)（EFT）評定被試的認(rèn)知風(fēng)格傾向，選取全體成績最低的27%和最高的27%為眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)被試。其中，場依存型被試16名（其中男生6名），場獨(dú)立型被試15名場（其中男生8名）。

1.2實(shí)驗(yàn)材料

1.2.1鑲嵌圖形測驗(yàn)

采用北京師范大學(xué)修訂的鑲嵌圖形測驗(yàn)（EFT），包含9個(gè)簡單圖形和20個(gè)復(fù)雜圖形，測驗(yàn)信度系數(shù)為0.9。得分越高，場獨(dú)立性越高：得分越低，場依存性越高。

1.2.2模擬駕駛道路情境

選擇一條城市道路進(jìn)行編程，要求被試進(jìn)行駕車右拐、過紅綠燈直行、停車避讓行人、調(diào)頭行駛、超車等行為，駕駛時(shí)間約為10分鐘。

1.3實(shí)驗(yàn)儀器

1.3.1 Smart Eve眼動(dòng)儀

Smart Eye是瑞典的非入侵性眼動(dòng)儀，包括視頻成像系統(tǒng)和計(jì)算分析軟件。視頻成像系統(tǒng)由3個(gè)攝像頭、2個(gè)紅外閃光燈和1個(gè)外景攝像頭組成。攝像頭主要負(fù)責(zé)檢測和定位虹膜及瞳孔，采集和保存眼動(dòng)行為，包括所有注視、掃視和眨眼行為，并參照眼睛幾何模型來確定觀測者的視線。紅外燈采用紅外光源技術(shù)，克服了光照、眼鏡等外界因素影響，適用性強(qiáng)，采集精度高。計(jì)算分析軟件將會(huì)根據(jù)需要把駕駛環(huán)境劃分成不同的興趣區(qū)域，并能對其中的眼動(dòng)行為參數(shù)進(jìn)行分析。

1.3.2道路模擬駕駛器

模擬駕駛器由互動(dòng)型視景系統(tǒng)、模擬教學(xué)專用軟件、電控系統(tǒng)、模擬座艙、附屬設(shè)備和外飾件等組成，集合了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)、三維實(shí)時(shí)渲染技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)，根據(jù)輸入的速度、轉(zhuǎn)向、剎車等信號(hào)計(jì)算出車輛的預(yù)期行為，并通過視頻和音頻設(shè)備反饋給駕駛者。駕駛者通過模擬器的操作部件與虛擬的環(huán)境進(jìn)行交互。

1.3.3多導(dǎo)生理記錄儀

多通道無線藍(lán)牙生理記錄儀包括硬件和軟件，其硬件系統(tǒng)由主機(jī)、無線藍(lán)牙、記憶卡和各種類型的傳感器組成，軟件系統(tǒng)的主要功能是與主機(jī)通訊、接收數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的分析處理。

1.4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和程序

本研究采用2（認(rèn)知風(fēng)格：場獨(dú)立型、場依存型）*2（壓力狀態(tài)：有壓力、無壓力）的混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，認(rèn)知風(fēng)格為被試問變量，壓力狀態(tài)為被試內(nèi)變量。因變量包括眼動(dòng)指標(biāo)、駕駛行為指標(biāo)，以及用以輔助說明壓力等級(jí)的生理指標(biāo)。安排31名被試分別參加實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行模擬駕駛器的練習(xí)，直至被試報(bào)告能熟練駕駛；主試告知實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)驗(yàn)時(shí)間每人約40分鐘；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后被試獲取小額報(bào)酬。

1.4數(shù)據(jù)處理

利用Smart Eye眼動(dòng)儀和模擬駕駛器采集相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)，并用spss20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)管理與分析。

2.結(jié)果

2.1總注視時(shí)間

總注視時(shí)間是被試對道路場景中興趣區(qū)內(nèi)的關(guān)注時(shí)間。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表1）來看，場獨(dú)立型被試不論在有壓力還是無壓力情況下，其總注視時(shí)間都比場依存被試長。而在有壓力情境下，所有被試的注視時(shí)間均短于無壓力情境。將認(rèn)知風(fēng)格、壓力狀態(tài)作自變量，總注視時(shí)間作因變量，進(jìn)行2*2的方差分析，認(rèn)知風(fēng)（F=2.81，p=0.098，n=0.15）和壓力狀態(tài)（F=0.74，p=0.394，n2=0.001）主效應(yīng)均不顯著，兩者不存在交互作用（F=0.36，p=0.553，n=0.001）。

2.2總注視次數(shù)

總注視次數(shù)是被試對興趣區(qū)內(nèi)的關(guān)注次數(shù)。從表2來看，場獨(dú)立型被試不論是在有壓力還是無壓力情況下，其總注視次數(shù)都比場依存被試長。而在有壓力情境下，所有被試的注視次數(shù)均比無壓力時(shí)短。經(jīng)方差分析，認(rèn)知風(fēng)格主效應(yīng)顯著（F=8.50，p=0.005，n2=0.13），壓力狀態(tài)主效應(yīng)不顯著（F=1.75，p=0.190，n2=0.003），兩者不存在交互作用（F=0.39，p=0.537，n2=0.015）。

2.3橫向偏差

橫向偏差指車輛偏離車道正中心的距離的絕對值。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表3）來看，場獨(dú)立型被試不論是在有壓力還是無壓力情況下，其橫向偏差絕對值都比場依存被試小。而相比于無壓力情境，場獨(dú)立被試在有壓力情境下橫向偏差變小，場依存被試幾乎無差異。經(jīng)方差分析，認(rèn)知風(fēng)格主效應(yīng)顯著（F=8.52，p=0.005，n2=0.11），壓力狀態(tài)主效應(yīng)不顯著（F=0.03，p=0.861，n2=0.004），兩者不存在交互作用（F=0.002，p=0.963，n2=0.001）。

2.4實(shí)時(shí)速度

實(shí)時(shí)速度是指從一個(gè)案例開始到結(jié)束整個(gè)過程的平均速度（案例：前車剎車燈亮或突發(fā)事件出現(xiàn)為一個(gè)案例的結(jié)束）。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表4）來看，場獨(dú)立型被試在無壓力情境下的速度比場依存型型被試大，而在有壓力情境下二者幾乎一樣。相比于無壓力情境，所有被試在壓力情境下速度都增大。經(jīng)方差分析，壓力狀態(tài)主效應(yīng)顯著（F=4.78，p=0.033，n2=0.097），認(rèn)知風(fēng)格主效應(yīng)不顯著（F=0.50，p=0.482，n2=0.026），兩者不存在交互作用（F=0.47，p=0.495，n2=0.001）。

2.5最大減速

最大減速是指一個(gè)案例中行駛的最大速度和踩下剎車踏板后的最小速度之差。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表5）來看，場獨(dú)立型被試不論是在有壓力還是無壓力情況下，其最大減速都比場依存被試大。相比于無壓力情境，所有被試在壓力情境下最大減速都增大。經(jīng)方差分析，壓力狀態(tài)主效應(yīng)顯著（F=6.43，p=0.014，n2=0.12），認(rèn)知風(fēng)格主效應(yīng)不顯著（F=0.80，p=0.375，n2=0.031），兩者不存在交互作用（F=0.53，p=0.470，n2=0.001）。

3.討論

3.1不同認(rèn)知風(fēng)格對駕駛行為的影響

3.1.1不同認(rèn)知風(fēng)格對道路駕駛的眼動(dòng)分析

從興趣區(qū)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果看，場依存型和場獨(dú)立型被試在觀察道路場景時(shí)，總注視時(shí)間差異不顯著。但從均值看，無論是在有壓力還是無壓力的情況下，場獨(dú)立型被試對道路關(guān)鍵信息如對面車輛、路牌、紅綠燈的總注視時(shí)間都比場依存型被試長。說明場獨(dú)立型駕駛員能夠在有限的心理資源下，將更多的時(shí)間分配到關(guān)鍵的交通信息中，具有較好的信息提取和組織能力，容易發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)從而獲得對危險(xiǎn)情境的合理解釋，并提早做出有效的防御措施。本研究中，兩種認(rèn)知風(fēng)格的被試的總注視時(shí)間存在差異，但差異并不顯著?？赡艿脑蚴牵旱谝?，本研究選取的被試的量較少，雖然都是新手，但個(gè)體問存在駕駛能力的差異，會(huì)影響研究結(jié)果，在以后的研究中有必要將駕駛能力作為單獨(dú)變量進(jìn)行控制；第二，由于模擬駕駛器的隨機(jī)性和被試駕駛習(xí)慣、行車路線的不同，導(dǎo)致某些突發(fā)狀況和觸發(fā)的實(shí)驗(yàn)案例存在微小差異，從而影響了被試對興趣區(qū)的注視；第三，以往的研究材料多是文章閱讀、圖形推理類的，并且給予被試一定的觀察任務(wù)，本研究選用的道路模擬場景與以往研究材料不同，是動(dòng)態(tài)的視頻呈現(xiàn)，興趣區(qū)的劃分也由靜態(tài)轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)，這可能在某種程度上影響總注視時(shí)間。

場依存型和場獨(dú)立型被試在觀察道路場景時(shí)，在興趣區(qū)內(nèi)的注視次數(shù)存在顯著差異。即場獨(dú)立型被試對興趣區(qū)有更多的注視次數(shù)，場依存型被試則注視較少。Ernest等人（1996）認(rèn)為，場獨(dú)立型駕駛員能較好地將有限的心理資源分配到關(guān)鍵的交通信息中，具有成熟的元認(rèn)知技能，包括較強(qiáng)的注意監(jiān)控能力以及信息的提取和組織能力。反映在眼動(dòng)指標(biāo)上，即注視次數(shù)比場依存型駕駛員多。張茜（2010）研究發(fā)現(xiàn)，場獨(dú)立者對明顯危險(xiǎn)和潛在危險(xiǎn)的感受水平均高于場依存者，在駕駛新手中也如此。曹曉華、曹立人和馬恭湘等（2005）通過眼動(dòng)儀研究了場認(rèn)知風(fēng)格對不規(guī)則幾何圖形識(shí)別績效的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)場獨(dú)立型被試的識(shí)別速度與場依存型被試存在顯著差異。在時(shí)間分配方面，場獨(dú)立型被試更多地對實(shí)際信息進(jìn)行取樣，場依存型被試則更多地使用游離性輔助搜索策略。依據(jù)信息加工速度的元認(rèn)知觀點(diǎn)，在圖形辨認(rèn)任務(wù)中，在完成選擇有效策略、合理分配能量、監(jiān)控任務(wù)操作等一系列加工過程中，場獨(dú)立型被試明顯優(yōu)于場依存型。本研究與前人結(jié)果一致，場獨(dú)立型駕駛員依據(jù)自身的內(nèi)部感知來選擇自己所需要的信息，注視范圍較廣，觀察的點(diǎn)比較多，每個(gè)興趣區(qū)基本都有注視到。場依存型的駕駛員在行駛過程中對正前方的區(qū)域內(nèi)關(guān)注較多，容易持久地注視某一個(gè)物體，而較難關(guān)注到其他區(qū)域內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)的車輛或行人等，不能很好地發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)。

3.1.2不同認(rèn)知風(fēng)格對道路駕駛的行為分析

從均值看，場獨(dú)立型被試不論是在有壓力還是無壓力的情境下，其橫向偏差絕對值都比場依存型被試小。從興趣區(qū)的分析結(jié)果看，場認(rèn)知風(fēng)格的主效應(yīng)顯著，即場獨(dú)立者與場依存者的橫向偏差存在顯著差異。這說明了場獨(dú)立型被試在整個(gè)駕駛過程中，習(xí)慣以自我為參照標(biāo)準(zhǔn)來操作車輛，而場依存型被試則更多依賴道路場景。在實(shí)時(shí)速度和最大減速上，不論是均值比較還是差異檢驗(yàn)，認(rèn)知風(fēng)格的主效應(yīng)均不顯著。實(shí)驗(yàn)觀察也看到，場獨(dú)立型駕駛員和場依存型駕駛員在駕駛時(shí)的速度、面對緊急情況時(shí)的剎車更多受到駕駛經(jīng)驗(yàn)、壓力等的影響，與認(rèn)知風(fēng)格關(guān)系較弱。

3.2不同壓力情境對駕駛行為的影響

本研究中關(guān)于壓力情境的界定包含兩個(gè)方面，一是自評，二是生理指標(biāo)。其中自評等級(jí)由輕到重依次分為1、2、3、4、5。實(shí)驗(yàn)前主試告知被試完整駕駛一條道路的平均時(shí)間為10分鐘，讓被試依據(jù)自身的情況自主報(bào)告當(dāng)壓力等級(jí)為3時(shí)，完成全程駕駛所需的時(shí)間。而生理指標(biāo)主要指心率，由多導(dǎo)生理記錄儀搜集。經(jīng)分析，被試在有壓力和無壓力情境下，心率的差異達(dá)到顯著水平。在壓力情境中，為在規(guī)定時(shí)間內(nèi)行駛完全程，被試的實(shí)時(shí)速度要顯著快于無壓力情境，發(fā)生了更多的剎車、碰撞等行為，更易導(dǎo)致交通事故。

4.結(jié)論

（1）場獨(dú)立者在駕駛?cè)蝿?wù)中能更多關(guān)注到關(guān)鍵信息，在興趣區(qū)內(nèi)的總注視時(shí)間更長，總注視次數(shù)更多。

（2）在壓力情境下，所有被試的速度加快，減速增大。