景區(qū)與城市道路環(huán)境下駕駛?cè)搜蹌?dòng)特性差異性分析

潘義勇，丁 袁，陳 璐

(南京林業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 南京 210037)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，旅游需求逐年增加，景區(qū)作為旅游活動(dòng)的重要環(huán)境，正面臨交通方面的許多壓力。景區(qū)這種特殊的交通環(huán)境在道路與交通特性方面與普通城市道路有很大差異，且各項(xiàng)交通設(shè)施設(shè)計(jì)沒有明確獨(dú)立的規(guī)范，大部分仍沿用公路標(biāo)準(zhǔn)，盡管這些標(biāo)準(zhǔn)并不一定完全適用于景區(qū)。駕駛?cè)耸堑缆翻h(huán)境中的主要對象，研究駕駛?cè)嗽诰皡^(qū)與城市道路環(huán)境下眼動(dòng)特性差異，探尋其在景區(qū)環(huán)境中眼動(dòng)行為的特殊性，對確立獨(dú)立的景區(qū)交通設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范有很大幫助。

國內(nèi)外學(xué)者對此進(jìn)行了深入研究。尚婷等[1]通過駕駛?cè)说氖覂?nèi)仿真試驗(yàn)，采用瞳孔面積變化率評價(jià)公路視錯(cuò)覺減速標(biāo)線的橫向?qū)挾?。馬勇等[2]認(rèn)為在交通環(huán)境相對簡單道路上，駕駛?cè)俗⒁曒^遠(yuǎn)且平均注視時(shí)間較短；在復(fù)雜多變道路上，駕駛?cè)俗⒁曒^近且時(shí)間較長。袁偉等[3]研究了城市道路環(huán)境中駕駛?cè)搜蹌?dòng)行為特征，分析了單次注視時(shí)間、掃視幅度等5個(gè)主要表征參數(shù)。齊博[4]進(jìn)行了普通公路與城市道路駕駛員眼動(dòng)特性對比分析。郭應(yīng)時(shí)[5]研究了交通環(huán)境及駕駛經(jīng)驗(yàn)對駕駛員眼動(dòng)和工作負(fù)荷的影響，得出在相同交通環(huán)境中非熟練駕駛員表現(xiàn)出更高工作負(fù)荷的結(jié)論。劉浪等[6]對駕駛員通過山區(qū)雙車道公路交叉口的視認(rèn)性進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立停車視距計(jì)算模型。M.H.MARTENS等[7]對比分析了觀看錄像進(jìn)行模擬駕駛與在真實(shí)道路進(jìn)行實(shí)際駕駛時(shí)駕駛?cè)搜蹌?dòng)行為的差異性。T.DARJA等[8]運(yùn)用眼動(dòng)追蹤技術(shù)，研究了駕駛?cè)藢β愤吔煌?biāo)志與廣告牌的覺察性。A.BOROWSHY等[9]的研究表明：年輕且沒有經(jīng)驗(yàn)的駕駛?cè)伺c經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛?cè)讼啾?，其對危險(xiǎn)預(yù)見能力更為缺乏。

綜上所述，國內(nèi)外關(guān)于駕駛?cè)搜蹌?dòng)特性的研究大都側(cè)重于駕駛?cè)俗陨硖匦耘c外部環(huán)境兩方面，沒有考慮特定道路環(huán)境對駕駛?cè)搜蹌?dòng)特性的影響。筆者從景區(qū)和城市道路環(huán)境差異性出發(fā)，并運(yùn)用眼動(dòng)儀在景區(qū)道路與城市道路環(huán)境下對駕駛?cè)搜蹌?dòng)特性進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，分析了駕駛?cè)嗽趦煞N交通環(huán)境下眼動(dòng)特性的差異性。

1 景區(qū)與城市道路環(huán)境特性

1.1 道路環(huán)境

文中景區(qū)是指山地自然風(fēng)景區(qū)，其部分位于城市邊緣郊區(qū)，部分位于城市內(nèi)部，內(nèi)部道路類型主要為公路。景區(qū)道路可分為主干路、次干路、園路與穿過景區(qū)的道路[10]。文中景區(qū)道路主要指盤山段的主干路，它是景區(qū)重要骨架，承擔(dān)著景區(qū)環(huán)境的主要交通流。

1.2 特性調(diào)研

筆者通過調(diào)研景區(qū)和城市道路環(huán)境在交通與道路特性方面的差異性，為眼動(dòng)分析提供依據(jù)。

1.2.1 交通特性

城市道路交通組成復(fù)雜，各種交通方式相互組合，不同等級道路的交通組成也不盡相同。景區(qū)道路交通組成較城市道路簡單，主要由小汽車、大中客車等組成，少有非機(jī)動(dòng)車與行人。景區(qū)主要是為旅游者服務(wù)，而城市道路是為城市居民的日常生活出行服務(wù)，其服務(wù)對象范圍不同，故景區(qū)交通量較小，而城市道路交通量較大。

景區(qū)地形條件復(fù)雜，路況條件不定，車速較低。景區(qū)內(nèi)交通量較小，其車速也不會過低，一般為40 km/h[10]；城市道路車速則較快。設(shè)計(jì)車速上，快速路一般為100 km/h，主干路為60 km/h，次干路為50 km/h，支路為40 km/h[11]。

1.2.2 道路特性

景區(qū)橫斷面形式一般為單幅路，車輛混合行駛，且兩側(cè)設(shè)有邊溝，保證排水；城市道路根據(jù)不同道路等級設(shè)置不同橫斷面形式。景區(qū)對縱斷面設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格，坡度在結(jié)合地形同時(shí)，要盡可能平緩，保證車輛的正常爬坡及安全下坡；城市道路地形平坦，行駛流暢，對縱斷面設(shè)計(jì)要求不及景區(qū)。

景區(qū)受地形影響，很少設(shè)計(jì)長直線；城市道路的平面線形主要為直線。景區(qū)曲線富于變化，具有良好的視線誘導(dǎo)作用，能較好地利用地形，使線形變化自然，與周圍景觀容易配合[12]。景區(qū)縱斷面線形設(shè)計(jì)，除考慮汽車的動(dòng)力特性外，更重要是考慮如何適應(yīng)地形，滿足視覺上的舒適性和美感。同時(shí)對線形配合要求很高，以不破壞景區(qū)環(huán)境為前提。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及對象

實(shí)驗(yàn)儀器為Tobii Glasses系列眼動(dòng)儀、ErgoLAB人機(jī)環(huán)境同步系統(tǒng)。為保證實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)對象選擇20名駕駛?cè)?，男?6名，女性4名，年齡控制在25～40歲之間，駕齡均超過2 a，有良好的駕駛經(jīng)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)前保持良好的身體狀況。

2.2 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)

為體現(xiàn)兩種交通環(huán)境的特性差異，景區(qū)地點(diǎn)選擇為南京鐘山風(fēng)景名勝區(qū)紫金山天文臺路。道路類型為公路，橫斷面形式為單幅路，兩側(cè)設(shè)有邊溝，縱坡坡度為6%。交通組成為機(jī)動(dòng)車與部分行人，車速限制40 km/h。橫斷面如圖1。

圖1 天文臺路橫斷面形式(單位：m)Fig. 1 Cross-section form of Tianwentai road

城市道路地點(diǎn)為南京板倉街路段。道路類型為次干路，橫斷面形式為三幅路，車速限制40km/h。橫斷面如圖2。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

駕駛?cè)伺宕餮蹌?dòng)儀分別在景區(qū)道路和城市道路上正常行駛8 min，車速控制在40 km/h，追蹤駕駛?cè)说难矍騽?dòng)態(tài)。數(shù)據(jù)處理是通過ErgoLAB人機(jī)環(huán)境同步系統(tǒng)對試驗(yàn)錄像每個(gè)畫面和每一時(shí)段進(jìn)行分析，獲取駕駛?cè)嗽趦煞N環(huán)境下注視各個(gè)區(qū)域、目標(biāo)的平均時(shí)間、次數(shù)等數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)指標(biāo)如表1。

表1 眼動(dòng)儀輸出數(shù)據(jù)指標(biāo)Table 1 Output data index of eye-moving instrument

3 兩種環(huán)境下駕駛?cè)搜蹌?dòng)特性

3.1 注視區(qū)域

3.1.1 水平方向注視區(qū)域

在靜止?fàn)顟B(tài)下，人雙眼視野可達(dá)210°；駕駛車輛時(shí)，隨著車速增加，駕駛?cè)穗p眼視野度數(shù)逐漸降低。車速與視野關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

表2 車速與視野角度的關(guān)系Table 2 Relationship between vehicle speed and field of view

當(dāng)實(shí)驗(yàn)車速為40km/h時(shí)，其視野角度約為100°，該范圍取-50°～+50°。規(guī)定從駕駛?cè)酥币曊虚g位置水平左右±20°為中部區(qū)域；20°～50°為右側(cè)區(qū)域；-50°～-20°為左側(cè)區(qū)域；小于-50°或大于+50°為超出區(qū)域。

兩種環(huán)境下駕駛?cè)司劢裹c(diǎn)水平分布區(qū)域如圖3。在景區(qū)，駕駛?cè)丝偣沧⒁暣螖?shù)為824次，中部695次、左側(cè)43次、右側(cè)47次、超出39次。在城市道路，駕駛?cè)丝偣沧⒁暣螖?shù)為751次，中部673次、左側(cè)20次、右側(cè)37次、超出21次。計(jì)算各自所占百分比，如圖4。

根據(jù)圖4分析：無論是哪種環(huán)境，駕駛?cè)嗽谒椒较蛞暯侵饕杏谥胁繀^(qū)域，尤其是城市道路，占比為89.61%；在景區(qū)中，駕駛?cè)藢ψ笥覅^(qū)域甚至是超出區(qū)域注視次數(shù)大致相同，說明對兩側(cè)注視較為分散；總體上對右側(cè)區(qū)域注視多于左側(cè)區(qū)域，且超出區(qū)域大部分注視點(diǎn)也在右側(cè)，說明駕駛?cè)嗽隈{駛過程中更關(guān)注右側(cè)交通情況。筆者認(rèn)為：這是因?yàn)榇蟛糠肢@取的交通信息都分布在右側(cè)，也可能是駕駛?cè)讼矚g行駛在靠近中心線車道，更關(guān)注同側(cè)車流。

圖3 兩種環(huán)境下駕駛?cè)司劢裹c(diǎn)水平分布區(qū)域Fig. 3 Horizontal distribution areas of driver focus in two environments

圖4 兩種環(huán)境下注視次數(shù)在水平區(qū)域的百分比Fig. 4 Percentage of fixation times in the horizontal area in two environments

3.1.2 垂直方向注視區(qū)域

駕駛?cè)嗽诖怪狈较虻淖⒁晠^(qū)域一般為60°(±30°)。筆者以駕駛?cè)怂揭暯菫?°，下側(cè)為-30°～0°，上側(cè)為0°～+30°，超出區(qū)域(即注視車內(nèi))為小于-30°；而大于+30°情況幾乎不可能，即駕駛?cè)藥缀醪粫ь^看車頂。

兩種環(huán)境下駕駛?cè)司劢裹c(diǎn)垂直分布區(qū)域如圖5。在景區(qū)，駕駛?cè)丝偣沧⒁暣螖?shù)為824次，上側(cè)385次、下側(cè)409次、超出30次。在城市道路，駕駛?cè)丝偣沧⒁暣螖?shù)為751次，上側(cè)293次、下側(cè)446次、超出12次。計(jì)算各自所占百分比，如圖6。

根據(jù)圖6分析：在城市道路環(huán)境中，駕駛?cè)嗽诖怪狈较蚋P(guān)注下側(cè)區(qū)域，即近處的交通情況，較少關(guān)注遠(yuǎn)處。在景區(qū)中，駕駛?cè)松舷聟^(qū)域注視次數(shù)大致相同，更偏向下側(cè)。且根據(jù)圖3可看出：聚焦點(diǎn)集中在0°水平線附近，說明駕駛?cè)嗽诰皡^(qū)中主要關(guān)注中距離交通情況，并偏向近處；根據(jù)超出區(qū)域的百分比看出：景區(qū)環(huán)境下駕駛?cè)藢噧?nèi)的關(guān)注也比城市道路多。

圖5 兩種環(huán)境下駕駛?cè)司劢裹c(diǎn)垂直分布區(qū)域Fig. 5 Vertical distribution areas of driver focus in two environments

圖6 兩種環(huán)境下注視次數(shù)在垂直區(qū)域的百分比Fig. 6 Percentage of fixation times in the vertical area in two environments

3.2 注視目標(biāo)

筆者將注視目標(biāo)分為以下幾種：機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車及行人、道路、交通標(biāo)志、兩側(cè)環(huán)境、車內(nèi)以及其他目標(biāo)。統(tǒng)計(jì)對各個(gè)目標(biāo)駕駛?cè)俗⒁暣螖?shù)及每一次的注視時(shí)間，匯總出對各個(gè)目標(biāo)的總共注視時(shí)間，同時(shí)計(jì)算出對各個(gè)目標(biāo)的平均單次注視時(shí)間。將數(shù)據(jù)整理成表3、4和圖7。

表3 駕駛?cè)藢Σ煌繕?biāo)注視次數(shù)、總共注視時(shí)間及其所占百分比Table 3 The number of fixation, total fixation time and their percentage of the driver’s attention to different targets

表4 駕駛?cè)藢Ω鱾€(gè)目標(biāo)平均單次注視時(shí)間Table 4 Average single fixation time of the driver for each target ms

圖7 兩種環(huán)境下對不同目標(biāo)注視時(shí)間的百分比Fig. 7 Percentage of fixation time for different targets intwo environments

無論景區(qū)還是城市道路，駕駛?cè)俗铌P(guān)注的是道路情況，其次是機(jī)動(dòng)車。駕駛?cè)擞诔鞘械缆分懈鼮橹匾暤缆?，比例達(dá)到41.93%；對非機(jī)動(dòng)車及行人、交通標(biāo)志關(guān)注較少，對兩側(cè)環(huán)境及車內(nèi)情況關(guān)注更少，說明駕駛?cè)笋{駛謹(jǐn)慎，也說明駕駛?cè)藢Τ鞘械缆翻h(huán)境較為熟悉，交通信息易于識別。在景區(qū)，駕駛?cè)藢@些目標(biāo)的注視時(shí)間明顯增加，表明了駕駛?cè)笋{駛較為放松，有時(shí)間去關(guān)注兩側(cè)環(huán)境等其他對象。在對非機(jī)動(dòng)車及行人注視時(shí)間上，城市道路大于景區(qū)，是由于景區(qū)里非機(jī)動(dòng)車與行人較少，大部分都是選擇機(jī)動(dòng)車出行。

筆者認(rèn)為：駕駛?cè)藢C(jī)動(dòng)車、交通標(biāo)志及其他目標(biāo)上平均單次注視時(shí)間差異較大。機(jī)動(dòng)車方面，由于城市道路交通量大，駕駛?cè)藢η胺郊爸苓厵C(jī)動(dòng)車注視較多，注視時(shí)間長；交通標(biāo)志方面，由于景區(qū)的交通標(biāo)志設(shè)計(jì)設(shè)置沒有獨(dú)立規(guī)范，存在形式過多等問題，駕駛?cè)艘曊J(rèn)較為困難，而城市道路上交通標(biāo)志設(shè)計(jì)設(shè)置完整規(guī)范，且駕駛?cè)藢Υ溯^為熟悉，易于識別；其他目標(biāo)方面，由于景區(qū)環(huán)境多樣，變化性強(qiáng)，一些特別目標(biāo)會吸引駕駛?cè)说淖⒁饬?，注視時(shí)間相對延長，而城市道路環(huán)境較為單一，兩側(cè)以建筑為主且變化不大，能吸引駕駛?cè)说奶貏e目標(biāo)很少出現(xiàn)。

3.3 視負(fù)荷及受壓迫程度

視負(fù)荷及受壓迫程度可反映出駕駛?cè)笋{駛過程的心理狀態(tài)，是緊張焦慮還是放松閑散。數(shù)據(jù)如表5。

表5 駕駛?cè)擞趦煞N環(huán)境下的掃視次數(shù)與總共掃視時(shí)間Table 5 Scanning frequency and total scanning time of drivers intwo environments

駕駛?cè)嗽诔鞘械缆返膾咭暻闆r明顯多于景區(qū)道路。這與兩者交通環(huán)境有關(guān)，城市道路由于交通量大，交通情況復(fù)雜，駕駛?cè)诵枰M(jìn)行左右掃視車輛、道路來調(diào)整駕駛動(dòng)作，以確保行車安全，故駕駛?cè)艘曍?fù)荷大，易受到壓迫，駕駛?cè)诵睦頎顟B(tài)為謹(jǐn)慎且緊張；景區(qū)環(huán)境交通量小，交通情況穩(wěn)定，且整體環(huán)境為自然風(fēng)景，駕駛?cè)艘曍?fù)荷小，不易受到壓迫，有更多閑暇時(shí)間去關(guān)注其他對象，駕駛?cè)诵睦頎顟B(tài)舒適且放松。

3.4 視疲勞程度

根據(jù)醫(yī)學(xué)研究，眨眼是為了緩解視疲勞，眨眼次數(shù)與駕駛?cè)艘暺诔潭扔泻艽箨P(guān)系。眨眼次數(shù)越少，表示駕駛?cè)艘曍?fù)荷越大，越容易產(chǎn)生視疲勞，其數(shù)據(jù)如表6。

表6 兩種環(huán)境下駕駛?cè)苏Ｑ巯嚓P(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)Table 6 Relative index data of driver blinking in two environments

駕駛?cè)嗽诔鞘械缆翻h(huán)境無論是總的眨眼次數(shù)，還是每分、每秒的眨眼速率都大于景區(qū)環(huán)境，這表明駕駛?cè)嗽诔鞘械缆飞弦暺诔潭却蟆Ｖ饕蚴浅鞘械缆方煌看?，兩?cè)多為密集的建筑物，且道路環(huán)境單一，少有變化。而景區(qū)道路兩側(cè)多為植被，且環(huán)境形式多樣，富有變化，能很好分散駕駛?cè)俗⒁朁c(diǎn)，視疲勞程度低。

3.5 視野及光線調(diào)整

光線強(qiáng)弱與瞳孔直徑為反比關(guān)系。光線越強(qiáng)，瞳孔縮小，保護(hù)眼睛；光線越弱，瞳孔放大。筆者以此研究道路環(huán)境的光線情況以及駕駛?cè)藢ζ涞母兄?，如?。

表7 兩種環(huán)境下駕駛?cè)送字睆较嚓P(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)Table 7 Relative index data of driver’s pupil diameter intwo environments mm

駕駛?cè)嗽诰皡^(qū)環(huán)境下平均瞳孔直徑大于城市道路，說明景區(qū)光線較弱，環(huán)境較為昏暗，駕駛?cè)艘曇笆芟?。這也符合景區(qū)植被覆蓋率高，對光線有遮擋的環(huán)境特點(diǎn)。城市道路環(huán)境寬敞，光線充足，駕駛?cè)艘曇伴_闊。另外駕駛?cè)嗽诰皡^(qū)瞳孔直徑差別較大，表明其數(shù)據(jù)波動(dòng)性大。這是由于景區(qū)環(huán)境變化性大，駕駛?cè)藭粩啻┧笤诒徽趽醐h(huán)境與開闊環(huán)境之間，故需要對不同采光度進(jìn)行瞳孔調(diào)整，波動(dòng)性自然變大。而在城市道路，駕駛?cè)碎L時(shí)間位于光線充足環(huán)境中，很少對光線進(jìn)行調(diào)整，故波動(dòng)性小。

4 結(jié) 論

筆者明確了景區(qū)與城市道路環(huán)境范圍，并調(diào)研了它們的特性差異，再以眼動(dòng)儀實(shí)驗(yàn)，從駕駛?cè)私嵌确治隽似湓趦煞N環(huán)境下眼動(dòng)特性差異。得出以下結(jié)論：

1)注視區(qū)域：在水平方向，駕駛?cè)硕几P(guān)注中部區(qū)域交通情況，在兩側(cè)中更關(guān)注右側(cè)區(qū)域；景區(qū)環(huán)境下駕駛?cè)藢ψ笥覅^(qū)域的注視多于城市道路。在垂直方向，景區(qū)環(huán)境下駕駛?cè)岁P(guān)注中距離交通情況；而城市道路中則更關(guān)注近處交通情況；

2)注視目標(biāo)：駕駛?cè)硕甲铌P(guān)注的是道路情況，其次是機(jī)動(dòng)車，城市道路更為重視道路。景區(qū)環(huán)境駕駛?cè)烁鼤リP(guān)注標(biāo)志、兩側(cè)環(huán)境等其他目標(biāo)；

3)負(fù)荷及視疲勞程度：城市道路交通復(fù)雜，駕駛?cè)艘曍?fù)荷大，受到壓迫，易造成視疲勞。景區(qū)環(huán)境能很好的分散駕駛?cè)俗⒁朁c(diǎn)，緩解視負(fù)荷，視疲勞程度低。

4)光線感知及調(diào)整：景區(qū)環(huán)境下，駕駛?cè)诵鑼饩€進(jìn)行眼動(dòng)調(diào)整，且波動(dòng)性大；城市道路視野開闊，采光充足，駕駛?cè)苏{(diào)整少。

筆者的結(jié)論對景區(qū)駕駛安全有著重要意義，且為景區(qū)各項(xiàng)交通設(shè)施規(guī)范制定提供了依據(jù)。但受限于實(shí)驗(yàn)對象和條件，筆者僅考慮了一般情況，對駕駛?cè)俗陨硖匦苑矫娴目刂瓶紤]較少，且景區(qū)范圍的界定較為主觀，這是未來研究需完善的方向。