山區(qū)農(nóng)村公路新老駕駛?cè)艘曈X搜索模式研究*

趙 亮 徐良玉

(山東交通學(xué)院交通與物流工程系1) 濟(jì)南 250357) (長安大學(xué)汽車學(xué)院2) 西安 710064)

山區(qū)農(nóng)村公路新老駕駛?cè)艘曈X搜索模式研究*

趙 亮1,2)徐良玉1)

(山東交通學(xué)院交通與物流工程系1)濟(jì)南 250357) (長安大學(xué)汽車學(xué)院2)西安 710064)

為研究山區(qū)農(nóng)村公路新老駕駛?cè)说囊曈X搜索特性，在實(shí)際道路上用眼動(dòng)儀對30名被試人員進(jìn)行生理指標(biāo)測試.運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)和數(shù)據(jù)挖掘方法對新老駕駛?cè)说耐字睆?、注視特性、掃視特性進(jìn)行了分析.結(jié)果表明，在山區(qū)農(nóng)村公路上，新駕駛?cè)说耐字睆酱笥诶像{駛?cè)?，瞳孔直徑的變化程度更劇烈；新老駕駛?cè)说淖⒁曁匦杂酗@著性差異(p<0.05)，新駕駛?cè)吮憩F(xiàn)出長時(shí)間注視的特性，而老駕駛?cè)吮憩F(xiàn)出較多的短時(shí)間注視的特性；老駕駛?cè)嗽谧筠D(zhuǎn)彎平曲線上的平均注視時(shí)間比右轉(zhuǎn)彎平曲線長；新老駕駛?cè)说膾咭曁匦杂酗@著性差異(p<0.05)，老駕駛?cè)藪咭曀俣瓤煊谛埋{駛?cè)耍瑨咭暦却笥谛埋{駛?cè)?

安全工程；農(nóng)村公路；新老駕駛?cè)?；眼?dòng)儀；視覺搜索模式

0 引 言

據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)的資料顯示，2010年交通事故總數(shù)為219 521起，其中鄉(xiāng)道上的交通事故為15 540起，占總事故起數(shù)的12.44%，由此可見，農(nóng)村交通安全面臨著十分嚴(yán)峻的形勢.而在人、車、路( 環(huán)境)組成的道路交通系統(tǒng)中，人是核心因素，也是道路交通安全中最關(guān)鍵的要素.相關(guān)研究表明，90%的事故與駕駛?cè)擞嘘P(guān)[1].而在行車過程中，駕駛?cè)?0%以上的信息是通過視覺獲得的[2-3].因此，研究駕駛?cè)嗽谏絽^(qū)農(nóng)村公路的視覺搜索特性，對于減少我國農(nóng)村公路交通事故具有重要而現(xiàn)實(shí)的意義.

國內(nèi)外的專家對駕駛?cè)说囊曈X特性進(jìn)行了大量的研究工作.Baujion等[4]對1名職業(yè)駕駛員和1名非職業(yè)駕駛員的視覺感知行為進(jìn)行了研究.Mark等[5]對6名駕駛?cè)嗽诟咚俟飞涎蹌?dòng)行為進(jìn)行了研究.Masha等[6]在有數(shù)字覆蓋的交通場景圖片上對年輕和年老駕駛員眼球運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究.國內(nèi)劉浩學(xué)等[7]利用眼動(dòng)儀對高速公路隧道群出、入口段駕駛?cè)说囊曈X特征進(jìn)行了研究.柳忠起等[8]通過模擬飛機(jī)降落過程，對飛行員的眼球運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究.潘曉東等[9]對逆光條件下交通標(biāo)志的可視距離問題進(jìn)行了研究.雖然國內(nèi)外專家學(xué)者對駕駛?cè)说囊曈X特性進(jìn)行了較深入的探討，但是已往研究有的樣本量太小，有的是在汽車駕駛模擬器中進(jìn)行的，與實(shí)際道路環(huán)境有一定差距，研究結(jié)論的可靠性受到一定程度的影響.另外，對山區(qū)農(nóng)村公路條件下的駕駛?cè)艘曈X特性研究不多，尤其是對實(shí)際道路環(huán)境中新老駕駛?cè)艘曈X特性的差異性的研究較少.

文中通過在山區(qū)農(nóng)村公路上進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)，利用HED型眼動(dòng)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測駕駛?cè)嗽谛熊囘^程中的視覺特征參數(shù)，通過數(shù)據(jù)分析新老駕駛?cè)嗽谏絽^(qū)農(nóng)村公路的視覺搜索特性差異，從而進(jìn)一步分析新老駕駛?cè)说鸟{駛行為，以期為減少山區(qū)農(nóng)村公路交通事故的發(fā)生做積極探索.

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇身體狀況良好的駕駛?cè)?0名(平均年齡32.5歲，平均駕齡7.8年)，其中新駕駛?cè)?2名，老駕駛?cè)?8名.被試者駕駛習(xí)慣良好，視覺機(jī)能正常，無生理缺陷.沒有睡眠不足、過度勞累、情緒壓抑等狀況.本文中的新駕駛?cè)耸侵格{齡在3年(含3年)內(nèi)的駕駛?cè)?

采用德國SMI iView X HED頭盔式眼動(dòng)儀，采樣頻率：50 Hz(單眼)，追蹤分辨率:0°～1°，凝視精度:0.5°～1°，追蹤范圍：水平+/- 30°垂直+/-25°，同時(shí)該儀器具有誤差小、重量輕、佩戴方便等優(yōu)點(diǎn)，完成符合試驗(yàn)的需求.

選用山區(qū)雙車道農(nóng)村公路，道路長度20 km，道路寬度8.5 m，道路條件復(fù)雜.試驗(yàn)開始前，主試人員對被試人員進(jìn)行眼動(dòng)儀的校準(zhǔn)工作.根據(jù)試驗(yàn)要求和實(shí)際道路情況，試驗(yàn)選擇5點(diǎn)校準(zhǔn)法.被試者眼睛正視前方，以相對舒適的姿態(tài)坐好并平視校準(zhǔn)平面，頭部盡量不要移動(dòng).被試者注視校準(zhǔn)平面的中心即校準(zhǔn)點(diǎn)“1”，等“十”字變?yōu)椤般@石狀”時(shí)表明該注視點(diǎn)已經(jīng)被接受了，校準(zhǔn)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)跳到第二點(diǎn)，依次完成其余點(diǎn)的校準(zhǔn)工作.校準(zhǔn)完成后，被試者佩戴眼動(dòng)儀在道路上開車5～10 min，熟悉和適應(yīng)試驗(yàn)流程及道路環(huán)境，被試者完全適應(yīng)后開始正式試驗(yàn).被試人員在整個(gè)試驗(yàn)路段上開車往返為一次試驗(yàn).在整個(gè)試驗(yàn)過程中，保持安靜，以免干擾被試人員.試驗(yàn)結(jié)束后，主試人員取下眼動(dòng)儀，保存并導(dǎo)出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用BeGaze、SPSS等分析軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理.

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 瞳孔特性分析

瞳孔直徑是測量認(rèn)知加工活動(dòng)中資源分配和加工負(fù)荷的靈敏指標(biāo)[10].瞳孔直徑能夠很好的測量被試者心理負(fù)荷，當(dāng)被試者努力去看一個(gè)目標(biāo)物時(shí)，瞳孔直徑會(huì)增大.瞳孔直徑的放大意味著認(rèn)知活動(dòng)中心理努力程度增大，駕駛?cè)送字睆教匦砸姳?.

表1 駕駛?cè)送字睆教匦苑治霰?像素)

由表1可知，駕駛?cè)嗽谏絽^(qū)農(nóng)村公路行車時(shí)，新老駕駛?cè)说耐字睆阶兓煌?在整個(gè)試驗(yàn)過程中，不管是在X軸方向還是Y軸方向，新駕駛?cè)说耐字睆酱笥诶像{駛?cè)?，而且瞳孔直徑的變化程度更劇烈，在視距不良路段這種差異表現(xiàn)地更為明顯.這說明在危險(xiǎn)路段，新駕駛?cè)颂幚硐嗤瑥?qiáng)度的信息時(shí)，需要付出更多的努力.而老駕駛?cè)耸艿缆翻h(huán)境的干擾較小，能從容地處理相關(guān)道路信息.

2.2 注視特性

注視時(shí)間和注視次數(shù)是衡量駕駛?cè)颂幚淼缆沸畔⒛芰Φ闹匾笜?biāo)，駕駛?cè)俗⒁曁匦砸姳?.

表2 駕駛?cè)俗⒁曁匦苑治霰?/p>

由表2可知，除了在直線路段新老駕駛?cè)说淖⒁晻r(shí)間沒有顯著性差異(p>0.05),在復(fù)雜路段新老駕駛?cè)说淖⒁晻r(shí)間和注視次數(shù)均表現(xiàn)出明顯差異(p<0.05).新駕駛?cè)嗽谄角€路段和豎曲線路段上的平均注視時(shí)間較長，而注視次數(shù)少，即新駕駛?cè)吮憩F(xiàn)出長時(shí)間注視的特性.這表明新手駕駛員在復(fù)雜路段行車時(shí)，每一次注視都需要花費(fèi)較長的時(shí)間，才能保證對道路信息的準(zhǔn)確把握.在道路條件良好的直線路段上，新駕駛?cè)说钠骄⒁晻r(shí)間和注視次數(shù)也沒有出現(xiàn)明顯的減少，這表明新駕駛?cè)嗽谖ｋU(xiǎn)路段行車時(shí)駕駛負(fù)荷始終很高，這對行車安全很不利.而老駕駛?cè)说淖⒁暣螖?shù)與新駕駛?cè)苏孟喾?無論是在平曲線路段、豎曲線路段還是直線路段上，老駕駛?cè)硕急憩F(xiàn)出平均注視次數(shù)多，平均注視時(shí)間少的特點(diǎn)，即老駕駛?cè)吮憩F(xiàn)出較多的短時(shí)間注視的特性.不同的人注視策略具有較大差異，好的注視者表現(xiàn)出較多短時(shí)間的注視，而差的注視者表現(xiàn)出較多長時(shí)間的注視,見圖1～3.

由圖1～3可知，新老駕駛?cè)嗽谧筠D(zhuǎn)彎平曲線與右轉(zhuǎn)彎平曲線上注視特性有較大差異.表現(xiàn)為老駕駛?cè)嗽谧筠D(zhuǎn)彎平曲線比右轉(zhuǎn)彎平曲線上的平均注視時(shí)間長，眼睛平均注視幅度大，而新駕駛?cè)说淖⒁曀阉髂Ｊ經(jīng)]有表現(xiàn)出較大差異.

圖1 老駕駛?cè)嗽谄角€上的搜索模式

圖2 新老駕駛?cè)似骄⒁晻r(shí)間圖

圖3 新老駕駛?cè)似骄⒁暦葓D

2.3 掃視特性

掃視幅度和掃視速度是衡量駕駛?cè)颂幚淼缆沸畔⒛芰Φ牧硪豁?xiàng)重要指標(biāo)，見圖4和表3.

圖4 駕駛?cè)嗽诓煌范蔚膾咭晥D

類型樣本數(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)差tp掃視速度/[(°)·s-1]平曲線路段豎曲線路段直線路段老駕駛?cè)?818.8889 5.50816新駕駛?cè)?212.66675.69423老駕駛?cè)?820.27785.34466新駕駛?cè)?213.75006.01702老駕駛?cè)?837.77787.03400新駕駛?cè)?219.91679.080032.9910.0063.1180.0046.0660.000掃視速度峰值/[(°)·s-1]平曲線路段豎曲線路段直線路段老駕駛?cè)?8212.8889160.22443新駕駛?cè)?299.0833170.99785老駕駛?cè)?8188.388995.24775新駕駛?cè)?2118.4167132.97468老駕駛?cè)?8351.3330285.33407新駕駛?cè)?2173.4167148.296671.8560.0741.6820.1041.9810.057掃視幅度/(°)平曲線路段豎曲線路段直線路段老駕駛?cè)?889.666738.06341新駕駛?cè)?249.090930.79433老駕駛?cè)?886.222226.49652新駕駛?cè)?248.000031.95309老駕駛?cè)?8110.944425.23413新駕駛?cè)?263.818230.271502.9830.0063.4870.0024.5260.000

從圖4和表3可知，在不同的道路條件下，新老駕駛?cè)说膾咭曁匦跃哂休^大差異，而且掃視速度和掃視幅度的差異性顯著(p<0.05).老駕駛?cè)藪咭曀俣让黠@快于新駕駛?cè)?，掃視幅度大于新駕駛?cè)?這可能是駕駛經(jīng)驗(yàn)對駕駛?cè)搜蹌?dòng)特征影響的結(jié)果.老駕駛?cè)嗽谛熊嚂r(shí)往往會(huì)把眼睛直接指向有危險(xiǎn)的地方，而且老駕駛?cè)嗽谵D(zhuǎn)移注視目標(biāo)時(shí),會(huì)直接從當(dāng)前注視目標(biāo)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)目標(biāo),中間不會(huì)有其他的目標(biāo)物，因此掃視速度快，掃視幅度大.而新駕駛?cè)藦漠?dāng)前注視目標(biāo)轉(zhuǎn)移至下一個(gè)目標(biāo)的過程中,往往會(huì)注視其它目標(biāo)，因此掃視速度慢，掃視幅度小.但是，新老駕駛?cè)说膾咭曀俣确逯挡⑽幢憩F(xiàn)出明顯差異(p>0.05).

3 結(jié) 論

1) 新駕駛?cè)说耐字睆酱笥诶像{駛?cè)?，而且瞳孔直徑的變化程度更劇?

2) 在復(fù)雜路段上，新老駕駛?cè)说淖⒁曁匦杂酗@著性差異(p<0.05).新駕駛?cè)吮憩F(xiàn)出長時(shí)間注視的特性，而老駕駛?cè)吮憩F(xiàn)出較多的短時(shí)間注視的特性.

3) 老駕駛?cè)嗽谧筠D(zhuǎn)彎平曲線比右轉(zhuǎn)彎平曲線上的平均注視時(shí)間長，眼睛平均注視幅度大，新駕駛?cè)藳]有表現(xiàn)出類似的差異.

4) 在復(fù)雜路段上，新老駕駛?cè)说膾咭曁匦杂酗@著性差異(p<0.05)，老駕駛?cè)搜劬咭曀俣瓤煊谛埋{駛?cè)耍瑨咭暦让黠@大于新駕駛?cè)?

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Visual Search Pattern of Novice and Veteran Drivers on Mountainous Rural Road

ZHAO Liang1,2)XU Liangyu1)

(DepartmentofTrafficEngineering,ShandongJiaotongUniversity,Jinan250357,China)1)(SchoolofAutomobile,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China)2)

In order to study the visual search pattern of novice and veteran drivers on mountainous rural roads, 30 drivers are selected in the experiment. The drivers are asked to drive on the mountainous rural road. In addition, the drivers’ visual feature parameters are collected by eye tracker at the same time. Based on screening of effective data, the pupil diameter, fixation and saccade are compared. Besides, the significance of statistics have been analyzed by using statistics and data mining methods in order to find the differences of visual features between novice and veteran drivers on mountainous rural road. The result shows that novice drivers’ pupil diameter changes dramatically on mountainous rural road, while the veteran drivers’ pupil diameter changes very slowly. There are significant differences between novice and veteran drivers (p<0.05) in fixation features. The novice drivers show a long period time fixation, while the veteran drivers show the characteristics of short time fixation. The average fixation time of the veteran driver on the left turn curve is longer than that of the right turn curve. There are significant differences between novice and veteran drivers (p<0.05) in saccade features. The saccade speed and amplitude of the veteran drivers are larger than the novice drivers.

safety engineering; rural road; novice and veteran drivers; eye tracker; visual search pattern

2016-01-17

*國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(51508033)、山東交通學(xué)院科研基金項(xiàng)目201524)資助

U492.8

10.3963/j.issn.2095-3844.2017.02.023

趙亮(1979—)：男，博士生，主要研究領(lǐng)域?yàn)榈缆放c交通安全