城市道路駕駛員視覺特性研究

劉靜+趙亮+鞠云杰

[摘 要]我國城市化進(jìn)程的不斷加快，城市道路交通日趨繁忙，城市汽車的急劇增加，改善城市道路交通安全狀況成為亟需解決的問題。駕駛員是道路交通系統(tǒng)中引發(fā)交通事故的首要因素，而駕駛員獲取交通信息的主要途徑是視覺。

[關(guān)鍵詞]城市道路，汽車駕駛員，視覺特性

中圖分類號：U491.254 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）06-0339-01

1 研究背景及現(xiàn)狀概述

1.1 研究背景

近年來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，城市化進(jìn)程不斷加快，城市道路交通日趨繁忙，由交通運(yùn)輸事業(yè)迅猛發(fā)展和汽車數(shù)量急劇增加引起的城市交通安全問題日益嚴(yán)重，我國每年約發(fā)生16萬起城市交通事故。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年，目的主要是為了能夠?qū)τ跈z測駕駛?cè)说鸟{駛行為起到規(guī)范的作用，開發(fā)相應(yīng)的檢測系統(tǒng)，并且部分已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際生活中。截止目前，發(fā)展到應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立虛擬交通環(huán)境，來測試注視者眼球運(yùn)動(dòng)。

國外開展了較多虛擬場景中動(dòng)態(tài)視覺特性的研究，隨著研究的不斷深入及對駕駛安全性影響較小的儀器的出現(xiàn)，并逐漸開始開展在真實(shí)交通環(huán)境領(lǐng)域的研究。如在彎道上和直道上進(jìn)行試車實(shí)驗(yàn)，對職業(yè)駕駛員及非職業(yè)駕駛員的視覺感知行為進(jìn)行了研究。

2 駕駛員視覺特性研究理論基礎(chǔ)

2.1 視覺特性的生理學(xué)基礎(chǔ)

眼睛是由視網(wǎng)膜和折光系統(tǒng)等部分組成，它是引起是視覺的外周感受器官。通過研究駕駛員動(dòng)態(tài)視覺特性，可以揭示動(dòng)態(tài)視覺特性與交通事故的關(guān)系，使駕駛員掌握動(dòng)態(tài)視覺特征及其變化規(guī)律，對于減少交通事故，提高道路安全性意義較大。

2.2 眼動(dòng)的基本形式及基本規(guī)律

一般來說，眼動(dòng)的基本形式包括注視、眼跳、追隨運(yùn)動(dòng)和眨眼四部分。

在汽車駕駛員行車的過程中，絕大多數(shù)駕駛員的眼動(dòng)幅度小于6度，眼球固定在固定物上的持續(xù)時(shí)間為100～350msec，駕駛員90%的眼球定位于視中心4度左右的視覺范圍內(nèi)。新駕駛員的視覺搜索是混亂一段時(shí)間后漸平穩(wěn)，交替地注視遠(yuǎn)處和近處，具有一定的規(guī)律性，老駕駛員始終有規(guī)律的搜索。

2.3 認(rèn)知負(fù)荷與視覺注意模式

駕駛工作負(fù)荷是指駕駛員在道路上駕駛車輛時(shí)，道路、交通和交通環(huán)境對駕駛員施加的工作任務(wù)和頻率而產(chǎn)生的在精神壓力下的支撐工作的信息處理能力，主要是指駕駛員的認(rèn)知負(fù)荷。

注意的能量分配模型又稱注意資源理論，即人的認(rèn)知資源或者能量是有限的。為了識別一個(gè)刺激，就需要占用認(rèn)知資源，刺激越復(fù)雜，所需要的資源就越多。如果同時(shí)出現(xiàn)多種刺激，資源可能會(huì)很快消耗殆盡。

2.4 視覺搜索表征參數(shù)

（1）注視表征參數(shù)

注視行為的表征參數(shù)主要有注視點(diǎn)坐標(biāo)、注視點(diǎn)數(shù)目以及注視持續(xù)時(shí)間，由這三個(gè)參數(shù)可以衍生出其他相關(guān)表征參數(shù)。

（2）掃視表征參數(shù)

掃視就是發(fā)生在兩次注視間眼球運(yùn)動(dòng)的過程，其主要的表征參數(shù)有掃視幅度、掃視速度以及掃視持續(xù)時(shí)間。

（3）其他表征參數(shù)

在駕駛員視覺特性的研究中，除了上述注視行為和掃視行為的表征參數(shù)外，也常用到瞳孔大小、眨眼頻率以及眼臉閉合度。

2.5 駕駛?cè)似诘慕缍ê陀绊懸蛩?/p>

疲勞是人體技能下降的復(fù)雜生理表現(xiàn)。一般而言，疲勞指長時(shí)間連續(xù)從事相同的超負(fù)荷的工作，引起的人的身體及精神狀況不佳，進(jìn)而導(dǎo)致工作能力與效率的下降。駕駛?cè)似诘男纬稍颍煞譃樵计?、駕駛疲勞和疲勞累積。駕駛?cè)似诘男纬墒茏陨硪蛩丶暗缆方煌ōh(huán)境的影響。

3 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器

HED頭盔式眼動(dòng)儀包括頭盔和記錄分析計(jì)算機(jī)。頭盔上裝有紅外光源、半反半透鏡、景物攝像頭和紅外線攝像頭?？捎涗浭茉囌哂^看真實(shí)景物的時(shí)候的注視位置。

3.2 汽車駕駛模擬平臺(tái)

利用汽車駕駛模擬器可以開展多項(xiàng)道路交通安全的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。目前，國內(nèi)外主要運(yùn)用汽車駕駛模擬器開展駕駛疲勞道路安全性評價(jià)、駕駛分身、安全輔助駕駛產(chǎn)品評價(jià)等方面的駕駛?cè)藢?shí)驗(yàn)研究。

3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

本實(shí)驗(yàn)進(jìn)對駕駛員經(jīng)驗(yàn)這一要素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別在城市道路交通環(huán)境中直線路段、彎道路段對新駕駛員和熟練駕駛員駕駛車輛時(shí)的視覺特性進(jìn)行對比，尋找其視覺搜索策略的差異，并提出積極合理的對策。通過研究駕駛員疲勞駕駛時(shí)瞳孔面積變化情況，分析其在不同路段的變化趨勢，尋找變化規(guī)律，從而減少交通事故，提高城市道路安全性。

4 駕駛員視覺特性研究實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)分析

4.1 實(shí)驗(yàn)對象

本實(shí)驗(yàn)采用虛擬環(huán)境下模擬駕駛，經(jīng)組織，小組人員進(jìn)行了新老駕駛員視覺特性研究實(shí)驗(yàn)。

4.2 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備

眼動(dòng)儀、駕駛模擬器、投影儀、屏幕、校準(zhǔn)木板。

4.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）被測試者熟悉車輛：適應(yīng)測試車輛的特點(diǎn)，消除被測試者的緊張心理，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性；

（2）眼動(dòng)儀的佩戴與調(diào)試：佩戴眼動(dòng)儀，并連接到電腦上，調(diào)節(jié)眼睛成像，對眼動(dòng)儀進(jìn)行校準(zhǔn)；

（3）選擇實(shí)驗(yàn)場景：城市道路、晴天、白天、車流量多；

（4）開始數(shù)據(jù)記錄及錄像；

（5）終止數(shù)據(jù)記錄及錄像；

（6）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保存；

（7）數(shù)據(jù)檢查；

（8）更換駕駛員進(jìn)行測試。

4.4 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）實(shí)驗(yàn)前，被測試者不得飲酒、不得服用刺激性藥物；

（2）實(shí)驗(yàn)過程中，創(chuàng)造安靜環(huán)境；

（3）實(shí)驗(yàn)過程中，不與被測試者交談；

（4）實(shí)驗(yàn)過程中，相關(guān)人員不做與實(shí)驗(yàn)無關(guān)的事。

4.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過分析模擬城市道路非熟練駕駛員和熟練駕駛員在直線路段及彎道路段的注視持續(xù)時(shí)間，可以得出如下結(jié)論：

①非熟練駕駛員和熟練駕駛員的注視持續(xù)時(shí)間分布范圍在0～1000msec內(nèi)，且分布不均；注視持續(xù)時(shí)間主要都是分布在0～100msec，表明無論是熟練駕駛員還是非熟練駕駛員，在駕駛車輛的過程中，都是以眼球的掃視運(yùn)動(dòng)為主，而不是注視運(yùn)動(dòng)。

②非熟練駕駛員比熟練駕駛員注視持續(xù)時(shí)間的分布范圍要大，這表明，熟練駕駛員在進(jìn)行正常的視覺觀察過程中，不需要特別地延長觀察時(shí)間就可以接收必要信息。

③熟練駕駛員在0～100msec掃視時(shí)間段與眼動(dòng)總時(shí)間的比值略高于非熟練駕駛員，這表明，熟練駕駛員在進(jìn)行正常的視覺觀察過程中，視覺搜索中注視運(yùn)動(dòng)要比非熟練駕駛員少。

通過研究駕駛員瞳孔面積變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)：

①駕駛員在彎道路段的瞳孔面積普遍大于直線路段瞳孔面積，瞳孔放大則表明駕駛員的心理及生理負(fù)荷較大。

②駕駛員在長直線路段駕駛車輛的過程中，隨著駕駛時(shí)間的推移，瞳孔面積有逐漸減小的趨勢。

通過研究駕駛員的眨眼頻率，得出如下結(jié)論：隨著被測試者疲勞程度的逐漸加深，其眨眼持續(xù)時(shí)間也在逐漸延長。

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