腦電技術(shù)在游道景觀差異性分析中的運(yùn)用

李 軻，恭 忱

(中南林業(yè)科技大學(xué)旅游學(xué)院，長沙 410004)

腦電技術(shù)在游道景觀差異性分析中的運(yùn)用

李 軻，恭 忱

(中南林業(yè)科技大學(xué)旅游學(xué)院，長沙 410004)

利用NeuroSky公司基于EEG的腦機(jī)接口設(shè)備Mindwave，構(gòu)建了一個(gè)用于評(píng)價(jià)游道景觀質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)。通過對注意力值與問卷調(diào)查結(jié)果的綜合分析，表明腦電數(shù)據(jù)能夠客觀真實(shí)地反應(yīng)被測試人員對游道景觀的審美感受，從而找出景區(qū)中的最佳游道，為森林公園的發(fā)展建設(shè)提供可靠依據(jù)。

腦電技術(shù)；游道；景觀評(píng)價(jià)

引言

有關(guān)腦電的研究國內(nèi)多集中于醫(yī)學(xué)臨床診斷方面，腦電技術(shù)對于旅游景觀評(píng)價(jià)的研究尚處于起步階段。每個(gè)人的腦細(xì)胞都含有一個(gè)巨大的電化復(fù)合體、功能強(qiáng)大的微數(shù)據(jù)處理和傳遞系統(tǒng)，腦電是大腦活動(dòng)時(shí)神經(jīng)細(xì)胞中離子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流，大腦中大約有150億的腦細(xì)胞不斷釋放著微電流，旅游者在景區(qū)中觀賞到不同的景觀時(shí)，獲得不同的審美感受，對應(yīng)的大腦電流活動(dòng)形態(tài)各異，有慢有快，產(chǎn)生各種頻率的腦電波。運(yùn)用相關(guān)的設(shè)備，測量和記錄旅游者在游覽時(shí)大腦活動(dòng)所產(chǎn)生的微電流數(shù)據(jù)，直觀了解旅游者對游道景觀質(zhì)量的感受。

1 研究方法與對象

研究對象是張家界國家森林公園。游覽線路選擇金鞭溪、黃石寨和袁家界三條受旅游者青睞的游覽線。

每次邀請十名不同專業(yè)的在校大學(xué)生充當(dāng)被測試人員。為保證數(shù)據(jù)的可比性，要求被測試者在參加實(shí)驗(yàn)前，避免飲用煙酒、咖啡、茶等易引起大腦中樞神經(jīng)興奮的食物，同時(shí)不進(jìn)行劇烈的運(yùn)動(dòng)。

利用NeuroSky公司基于EEG的腦機(jī)接口設(shè)備Mindwave，以及編寫的相應(yīng)軟件，智能手機(jī)為腦電數(shù)據(jù)收集終端。被測試者頭戴腦機(jī)接口設(shè)備Mindwave，游覽過程中的腦電數(shù)據(jù)用智能手機(jī)記載下來，獲得一組原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。組織被測試者在為期一月的時(shí)間內(nèi)對每條游道進(jìn)行十六次的游覽，取得足夠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。然后運(yùn)用SPSS19.0軟件對調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，了解旅游者對游道景觀質(zhì)量的直觀感受。

2 腦電技術(shù)

2.1 腦電波發(fā)生原理

人的腦電信號(hào)通過一定規(guī)律反應(yīng)在人的大腦皮層和大腦頭皮表層上，可以通過探測電極來采集并用腦電設(shè)備提取和分析[1]?？焖俑道锶~變換是研究腦波信號(hào)組成的常用方法，快速傅里葉變換可以將信號(hào)從時(shí)間域轉(zhuǎn)換成頻域，這樣人們就能觀察得到腦波頻率的分布。腦波的頻率分布會(huì)因電極的位置、精神狀態(tài)及情緒狀態(tài)而變化，由于內(nèi)在的精神狀態(tài)和外部刺激不同，腦電波的頻域幅度變化很大。

2.2 腦電波狀態(tài)

腦電波可以認(rèn)為是人類進(jìn)行思維活動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的生物電信號(hào)，不同的神經(jīng)活動(dòng)產(chǎn)生不同的腦波模式，不同的腦波模式發(fā)出不同頻率的腦電波，從而表現(xiàn)為不同的大腦狀態(tài)。學(xué)界公認(rèn)的腦電波有四種主要狀態(tài)，神經(jīng)科學(xué)界將腦電波的頻率分成γ波、β波、α波、θ波和δ波五個(gè)主要的類別[2]

利用NeuroSky公司基于EEG的腦機(jī)接口設(shè)備Mindwave，記錄下游覽過程中被測試者不同頻率的腦波信號(hào)，收集被測試旅游者的腦電數(shù)據(jù)，通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)，找出景區(qū)內(nèi)最佳的游道。

2.3 國內(nèi)外有關(guān)腦電的研究

國內(nèi)多集中于醫(yī)學(xué)方面臨床診斷，如腦電技術(shù)在臨床麻醉學(xué)中的運(yùn)用，以及在急性腦血管病中的運(yùn)用等[3-5]。

近年來也開始在一些其他領(lǐng)域進(jìn)行運(yùn)用，如李君羨等[6]以腦電波為指標(biāo)研究駕駛過程中最可能出現(xiàn)的疲勞時(shí)間，基于駕駛過程中最可能出現(xiàn)疲勞的時(shí)間，提出避免駕駛疲勞的建議；呂佳等[7]利用腦電分析將視覺情緒進(jìn)行心理量化，即對實(shí)時(shí)腦電波進(jìn)行分析，探討人體心理情緒維度同生理事件相關(guān)電位反映的交互關(guān)系，綜合評(píng)價(jià)服裝款式誘發(fā)的審美情緒。

日本學(xué)者武田雄、渡邊恒夫等[8-9]將腦電技術(shù)運(yùn)用于綠地的視覺心理效果的研究，在觀賞盛開的櫻花時(shí)實(shí)時(shí)的腦電測試顯示出交感神經(jīng)系活動(dòng)占優(yōu)勢，在觀賞綠色的杉林時(shí)實(shí)時(shí)的腦電測試顯示出副交感神經(jīng)系活動(dòng)占優(yōu)勢，觀賞綠地可以給人們帶來愉悅的感受。

3 腦電測試

3.1 實(shí)驗(yàn)景區(qū)概況

張家界國家森林公園以石英砂巖峰林地貌為主，其境內(nèi)多高山峽谷，山勢陡峭，旅游者在景區(qū)內(nèi)的游覽主要沿著游道展開。主要游覽線路有金鞭溪、黃石寨、琵琶溪、袁家界、鷂子寨。根據(jù)時(shí)間以及線路安排，選擇將黃石寨、金鞭溪和袁家界游道作為采集數(shù)據(jù)的地點(diǎn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)線路

黃石寨游道可分為小環(huán)游道和大環(huán)游道，小環(huán)游道是五指峰與前門灣之間通向霧海金龜?shù)挠蔚琅c六奇閣組成的環(huán)線，大環(huán)游道包括了前花園、天橋遺墩、天然壁畫等景點(diǎn)的環(huán)線。本次線路選擇由小環(huán)游道和大環(huán)游道的外圍線路組成的環(huán)寨游道，總長3100m。

金鞭溪游覽線路是從大氧吧廣場開始，途徑母子峰、金鞭巖、雙龜探海、紫草潭、千里相會(huì)等景點(diǎn)，終點(diǎn)在水繞四門，其中千里相會(huì)附近有袁家界上山游道亂竄坡的出入口。本次線路選擇從大氧吧廣場過來的第一個(gè)景點(diǎn)藤纏樹開始，終點(diǎn)設(shè)置在千里相會(huì)，總長3020m。

袁家界游覽線路從迷魂臺(tái)停車場開始，途徑小洞天、哈利路亞山、天下第一橋等景點(diǎn)。本次路線選擇從迷魂臺(tái)停車場開始，終點(diǎn)設(shè)置在天下第一橋停車場，總長1570m。

3.3 試驗(yàn)方法

為簡化分析，編寫了以手機(jī)為腦電數(shù)據(jù)收集終端的軟件，用手機(jī)記錄被測試者觀賞時(shí)的腦電數(shù)值變化，通過該過程將不同的腦電波頻率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的注意力值，數(shù)值的設(shè)定范圍是1～100，數(shù)值越大，表示興奮度越高。每組測試人數(shù)設(shè)定為10人，測試人員沿所選游道順序游覽，觀賞景點(diǎn)逐一進(jìn)行測試。單個(gè)景點(diǎn)的有效數(shù)據(jù)采集時(shí)間約20～30s。整條游道的實(shí)時(shí)測試數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在隨身攜帶的智能手機(jī)中，以便統(tǒng)計(jì)分析。

3.4 數(shù)據(jù)分析

3.4.1 單組腦電數(shù)據(jù)分析

黃石寨游道組織被測試人員游覽，按照一組十人次，共組織16次游覽測試，得到黃石寨游道有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)160組。取其中一組數(shù)據(jù)通過Excel分析并制作成圖表，如圖1。

圖1 黃石寨游道腦電數(shù)據(jù)

3.4.2 多組腦電數(shù)據(jù)分析

因單組數(shù)據(jù)是由單個(gè)被測試人員測量所得，存在一定的個(gè)體之間差異，為了消除差異得到一個(gè)客觀的數(shù)據(jù)，利用SPSS19.0軟件對160組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，每個(gè)游道所包含的景點(diǎn)取其注意力均值，求得黃石寨、金鞭溪和袁家界游道的腦電測試值，如表1～表3。

3.4.3 問卷數(shù)據(jù)分析

為了與腦電實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果進(jìn)行參照對比，腦電測試的同時(shí)進(jìn)行了問卷調(diào)查。用160份問卷調(diào)查，對測試的黃石寨游道、金鞭溪游道和袁家界游道途經(jīng)的景點(diǎn)進(jìn)行評(píng)分，分值為0～5分，所有問卷取得的數(shù)據(jù)利用SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表1～表3。

表1 黃石寨游道景點(diǎn)分析景點(diǎn)名稱景點(diǎn)代碼腦電測試值問卷調(diào)查值均值標(biāo)準(zhǔn)誤標(biāo)準(zhǔn)差均值標(biāo)準(zhǔn)誤標(biāo)準(zhǔn)差雙門迎賓A151 310 29517 8303 050 0850 934中藥園A248 880 31618 7653 080 0760 829五指峰A347 540 29117 3163 620 0860 945情人峰A451 340 29617 6833 530 0830 907天然壁畫A549 870 30918 1123 500 0880 956回音壁A650 500 31118 2393 820 0830 907玉瓶峰A751 120 32719 1393 020 0790 869九重壁A851 410 33218 3573 420 0911 001前花園A962 090 38321 6304 380 0810 889黃石松A1050 760 30117 4723 560 0880 960石英砂巖A1150 170 33119 4123 250 0770 836凌空棧道A1252 470 30017 0253 630 0931 020彌勒宮A1348 170 34419 9852 910 0900 987黑樅垴A1452 140 29216 973 270 0931 019天橋遺墩A1552 150 31918 5063 410 0991 088飛云洞A1648 850 28817 3462 890 0840 915海螺峰A1750 120 26616 1063 420 0931 017仙女獻(xiàn)花A1851 910 29117 0463 440 0880 968霧海金龜A1951 150 28016 1783 700 0860 940猴帥點(diǎn)兵A2049 920 30417 9703 140 0931 023

表2 金鞭溪游道景點(diǎn)分析景點(diǎn)名稱景點(diǎn)代碼腦電測試值問卷調(diào)查值均值標(biāo)準(zhǔn)誤標(biāo)準(zhǔn)差均值標(biāo)準(zhǔn)誤標(biāo)準(zhǔn)差藤纏樹B154 270 30717 7243 10 0790 864龍蝦花B249 720 29517 4633 090 0740 810健康步道B349 570 26215 9743 590 1021 119索橋B451 810 32718 6473 330 0850 929母子峰B551 010 29116 7353 260 0760 835豬八戒B650 540 27316 3763 360 0910 994木質(zhì)棧道B761 320 33220 3043 570 0941 027金鞭巖B853 030 29617 5004 560 0470 515西游記B951 420 26315 8803 670 0860 947劈山救母B1049 820 28117 5033 430 0880 968蠟燭峰B1153 010 26816 9613 310 0800 877長壽泉B1249 240 28517 8434 180 0750 820根劈B1352 330 27717 3413 200 0720 784雙龜探溪B1448 210 27016 8893 380 2592 841交錯(cuò)層理B1548 620 27317 2403 160 0650 710秀才藏書B1647 470 27116 9923 260 0720 794文星巖B1749 130 27916 8113 300 0800 875紫草潭B1852 750 27016 3613 430 0951 042千里相會(huì)B1945 210 02518 5353 300 0750 826

表3 袁家界游道景點(diǎn)分析景點(diǎn)名稱景點(diǎn)代碼腦電測試值問卷調(diào)查值均值標(biāo)準(zhǔn)誤標(biāo)準(zhǔn)差均值標(biāo)準(zhǔn)誤標(biāo)準(zhǔn)差迷魂臺(tái)C152 700 29518 1433 510 0870 916石峰山林C250 930 28117 3783 360 0981 029小洞天C352 070 24515 1433 090 0850 894哈利路亞山C453 210 25716 1204 070 0900 945棧道C552 120 25715 8473 150 0750 788九天懸梯C651 520 35921 3353 610 1101 158流水切割C750 250 25916 3613 090 1061 113烏龜池C849 440 29218 1163 610 1021 067天下第一橋C965 630 42424 8644 620 0520 542走第一橋C1053 120 25015 2803 930 0750 786攀爬絕壁C1149 620 28817 6813 240 0961 004猿人望月C1252 100 29917 8223 150 1051 102

3.5 對比分析

因?yàn)橛蔚谰坝^測試的腦電值范圍是1～100之間，而問卷調(diào)查設(shè)計(jì)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是1～5分，所以先將兩類數(shù)據(jù)分別進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析，然后再將兩類數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行歸一化分析，使得兩類數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行對比。為了便于比較，將同一游道經(jīng)歸一分析的腦電數(shù)據(jù)和問卷數(shù)據(jù)用折線圖表示，詳見圖2～圖4。

圖2 黃石寨游道對比圖

圖3 金鞭溪游道對比圖

圖4 袁家界游道對比圖

4 結(jié)果與分析

4.1 腦電技術(shù)可有效地運(yùn)用于游道景觀評(píng)價(jià)

依據(jù)圖2可看出，黃石寨游道所有景點(diǎn)中被測試人員腦電波的峰值出現(xiàn)和問卷數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，兩者的走勢一致，最高峰值均出現(xiàn)在前花園(0.8760)，次高點(diǎn)出現(xiàn)在回音壁(0.7640)，再其次是霧海金龜(0.7400)。

依據(jù)圖3可知，金鞭溪游道所有景點(diǎn)中被測試人員腦電波的最高峰值出現(xiàn)在金鞭巖(0.7303)，次高點(diǎn)出現(xiàn)在木質(zhì)棧道(0.6132)，再其次是長壽泉(0.5924)；而將問卷數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的所得數(shù)據(jù)與腦電波分析后所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)兩者的最高峰值出現(xiàn)地點(diǎn)一致，而次高點(diǎn)和第三設(shè)點(diǎn)峰值出現(xiàn)的地點(diǎn)不一致，分別是在長壽泉(0.8360)和西游記(0.7340)。出現(xiàn)次高點(diǎn)和第三高點(diǎn)峰值位置的差異可能因?yàn)槟举|(zhì)棧道凌空架設(shè)在溪流之上，對被測試人員產(chǎn)生了更加直觀的影響，讓其覺得心曠神怡，所以其腦電反應(yīng)的次高峰出現(xiàn)在木質(zhì)棧道這一景點(diǎn)；而問卷數(shù)據(jù)里西游記這個(gè)景點(diǎn)的評(píng)分高，更多的是旅游者對《西游記》中的故事相對熟悉，而景觀與《西游記》中的人物有一定的相似度，讓旅游者產(chǎn)生審美聯(lián)想，在觀賞類似于西游記人物造型的石峰時(shí)，其審美體驗(yàn)不僅是對觀賞對象的直接簡單的感受，而且還間接地、深入地感受到所包含的文化內(nèi)涵，使審美的感受更加豐富，從而使這一景點(diǎn)的評(píng)分高于其他同類景點(diǎn)。

依據(jù)圖4可知，袁家界游道所有景點(diǎn)中被測試人員腦電波的峰值出現(xiàn)和根據(jù)問卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，兩者的走勢一致，最高峰值均出現(xiàn)在天下第一橋(0.9240)，次高點(diǎn)出現(xiàn)在哈利路亞山(0.8140)，再其次是九天懸梯(0.7220)。

綜上所述，腦電數(shù)據(jù)能夠客觀有效的反應(yīng)出旅游者在觀賞游道景觀之間的差異性，

4.2 腦電數(shù)據(jù)可運(yùn)用于游道景觀的差異分析

通過對三條游道中前三項(xiàng)峰值大小的對比發(fā)現(xiàn)，金鞭溪游道中三個(gè)腦電波的峰值是同比中最大的，由此可判斷金鞭溪游道是張家界國家森林公園中最佳的游道。

金鞭溪游道能夠成為最佳游道有其緣由。金鞭溪的涓涓水流縈繞迂回，與兩岸聳立的峰林構(gòu)成山水相映的佳境，溪水的流動(dòng)、跌宕、聲響帶來動(dòng)態(tài)的聽覺美；其次兩岸的峽谷有一定的水平深度和開合度，隨著旅游者觀賞時(shí)視線的阻隔與開放、道路的曲折及明暗交替等空間系列的變化，使金鞭溪游道沿線的景觀結(jié)構(gòu)層次豐富、景色多變，旅游者步移景異，獲得愉悅的審美感受。

5 結(jié)論與討論

從以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：旅游者在旅游景區(qū)游覽時(shí)其審美感受可以利用腦電設(shè)備將其實(shí)時(shí)的腦電數(shù)據(jù)測試記錄下來，對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，將各游道的腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行差異化分析，通過心理與生理的結(jié)合方式將旅游者的審美情緒量化處理，從而尋找出景區(qū)中最具游覽價(jià)值的最佳游道，為森林公園的持續(xù)發(fā)展建設(shè)提供理論依據(jù)。腦電技術(shù)的應(yīng)用為旅游景觀評(píng)價(jià)提供一種全新研究方法。

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ApplicationofBrain-ComputerInterfaceinEvaluationofTrail’slandscape

LI Ke，GONG Chen

(College of Tourism，Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，Hunan，China)

We built an experiment to evaluate the trail landscape，based on the NeuroSky’s EEG based brain-computer interface equipment Mindwave. The comprehensive analysis between EEG signals and surveys showed that EEG signals could objectively reflect the real tested people’s aesthetic feeling of trail landscape，So we can apply this technology on searching for the best trail of the scenic area，and provide the reliable basis for the development and construction of forest parks.

BCI；trail；landscape evaluation

2015—04—14

2015—04—27

李軻(1988—)，男，湖南張家界人，研究生，研究方向：公園管理。

Q 427;S 788.2

A

1003—6075(2015)01—0034—05

10.16166/j.cnki.cn43—1095.2015.02.009