自動(dòng)駕駛車輛中駕駛?cè)说男畔⑿枨筇卣?/h1>
2019-06-25 08:49:00邢慧寧鈕建偉
城市交通 2019年3期
邢慧寧，秦 華,2，鈕建偉
(1.北京建筑大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院，北京 100044；2.北京市建筑安全監(jiān)測(cè)工程技術(shù)研究中心，北京 100044；3.北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京 100083)
0 引言
自動(dòng)駕駛是當(dāng)今社會(huì)研究的一大熱點(diǎn)，自動(dòng)駕駛汽車被認(rèn)為能夠提高舒適度、降低事故的發(fā)生率、減少交通擁堵以及減少環(huán)境影響[1]。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration,NHTSA)根據(jù)對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的定義，將自動(dòng)駕駛系統(tǒng)劃分為5 個(gè)等級(jí)[2]，分別為：等級(jí)0，無自動(dòng)化；等級(jí)1，特定功能自動(dòng)駕駛；等級(jí)2，集成功能自動(dòng)駕駛；等級(jí)3，有條件自動(dòng)駕駛；等級(jí)4，完全自動(dòng)化。
目前車輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)還未達(dá)到完全無人駕駛的程度，只能提供一些駕駛輔助操作，例如，提供使車輛以期望的速度穩(wěn)定行駛、實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航行駛等功能[3-4]。但當(dāng)遇到一些突發(fā)狀況時(shí)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)無法自行處理，需要由駕駛?cè)私庸芸刂栖囕v并做出決策。在由自動(dòng)駕駛系統(tǒng)操控到真人操控的切換過程中還存在很多問題[5]，例如駕駛?cè)朔磻?yīng)時(shí)間、車輛性能、人機(jī)交互等方面[6-7]。而且在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)控制車輛行駛的過程中，駕駛?cè)藦牟倏卣咦兂闪吮O(jiān)督者的角色[8]，這種角色的轉(zhuǎn)變會(huì)降低駕駛?cè)说木X性。由于對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的過度信任[9]，駕駛?cè)瞬粫?huì)一直監(jiān)督自動(dòng)駕駛系統(tǒng)[10-11]，而會(huì)做一些與監(jiān)督駕駛?cè)蝿?wù)無關(guān)的事情，例如聽音樂、打電話等第二任務(wù)，致使注意力分散、情景意識(shí)缺失，期間缺乏對(duì)車輛行駛的狀況及周圍環(huán)境狀況的足夠了解。因此，降低自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的使用所帶來的消極影響，研究駕駛?cè)嗽诓煌牡诙蝿?wù)中的信息需求，幫助其快速了解當(dāng)前突發(fā)狀況很有必要。
文獻(xiàn)[12]對(duì)高速公路上不同自動(dòng)駕駛等級(jí)下駕駛?cè)说男畔⑿枨筮M(jìn)行研究，確定了一些在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)使用過程中必不可少的重要信息，其中人機(jī)交互專家們認(rèn)為最重要的一點(diǎn)就是系統(tǒng)行為的反饋應(yīng)該是透明的、可理解的以及可預(yù)測(cè)的，包括當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)、回退水平、剩余時(shí)間、行駛計(jì)劃及其原因。文獻(xiàn)[13]從定性以及定量方面對(duì)城市道路場(chǎng)景中警告信息的呈現(xiàn)時(shí)間以及呈現(xiàn)間隔進(jìn)行總結(jié)，并根據(jù)顯示信息的復(fù)雜度進(jìn)行分類，根據(jù)信息來源總結(jié)了近150 種不同的信息需求。通過研究城市道路中高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Sssistance Systems,ADAS)中抬頭顯示器(Head-Up Display,HUD)和低頭顯示器(Head-Down Display,HDD)分別呈現(xiàn)哪種警告信息類型，發(fā)現(xiàn)用戶對(duì)抬頭顯示器中緊急警告信息，諸如導(dǎo)航或當(dāng)前行駛速度等動(dòng)態(tài)信息以及駕駛相關(guān)內(nèi)容(交通標(biāo)志識(shí)別)等信息具有明顯偏好。同時(shí)，認(rèn)為狀態(tài)信息和指示標(biāo)志在抬頭顯示器中具有干擾作用，只要在特定的時(shí)間間隔呈現(xiàn)這些信息和標(biāo)志(開/關(guān)/激活)即可[14]。
以上研究主要是針對(duì)高速公路上的駕駛信息需求以及國(guó)外城市道路的駕駛信息需求。而中國(guó)城市道路的交通情況有其特殊性[15]：1)隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加速，車輛保有量急劇上漲，造成交通擁堵；2)車流混雜，道路中存在各類交通參與者；3)駕駛?cè)诵袨橐鈭D難以預(yù)測(cè)，存在不按交通規(guī)則駕駛車輛的現(xiàn)象。
本文基于中國(guó)城市道路的特點(diǎn)，研究在城市道路場(chǎng)景的自動(dòng)駕駛車輛中，駕駛?cè)颂幱诓煌牡诙蝿?wù)中的信息需求。
1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
為了研究自動(dòng)駕駛車輛中駕駛?cè)说男畔⑿枨?，評(píng)估處于不同的第二任務(wù)中信息對(duì)駕駛?cè)说闹匾潭?，利用自?dòng)駕駛模擬平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)中國(guó)城市道路場(chǎng)景的特點(diǎn)以及交通事件發(fā)生的頻率和危險(xiǎn)程度[16]，選取和設(shè)計(jì)了6 種常見的城市道路場(chǎng)景，參試者分別在6 種道路場(chǎng)景中模擬自動(dòng)駕駛，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后完成信息需求問卷。
1.1 自動(dòng)駕駛模擬平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)在中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院的虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真實(shí)驗(yàn)室完成，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖1所示。
6 種城市道路典型場(chǎng)景分別為：場(chǎng)景1，交通擁堵行駛緩慢，需要駕駛?cè)硕啻螁?dòng)、制動(dòng)的道路場(chǎng)景；場(chǎng)景2，十字交叉口，人車混雜的道路場(chǎng)景；場(chǎng)景3，前方有車輛不停變換車道的道路場(chǎng)景；場(chǎng)景4，公共汽車出站強(qiáng)行占道的道路場(chǎng)景；場(chǎng)景5，前方出現(xiàn)車輛交通事故的道路場(chǎng)景；場(chǎng)景6，前方車輛緊急制動(dòng)的道路場(chǎng)景。
1.2 實(shí)驗(yàn)任務(wù)及過程
圖1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Fig.1 Experimental platform
實(shí)驗(yàn)的參試者共12人，年齡介于22～47歲(均值為 26.25 歲)，駕齡為 1～16年(均值為3.21年)，在此之前沒有任何使用自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)。將參試者隨機(jī)分為2 組，每組6人。第一組參試者需要實(shí)時(shí)監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)，為監(jiān)控任務(wù)組。第二組參試者不需要實(shí)時(shí)監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)，需要完成一些與駕駛?cè)蝿?wù)無關(guān)的任務(wù)(第二任務(wù))，為第二任務(wù)組。第二任務(wù)又稱為二級(jí)任務(wù)、次要任務(wù)或次任務(wù)等，是指相對(duì)于控制車輛、保持車道、監(jiān)控道路狀況等主駕駛?cè)蝿?wù)而言，與駕駛無關(guān)或不直接相關(guān)的其他任務(wù)，如收聽廣播、使用手機(jī)、看地圖、與乘客交談等[17]。無第二任務(wù)的情況下，要求參試者注意力完全集中于監(jiān)控任務(wù)。第二任務(wù)組中，參試者需要完成三種不同的第二任務(wù)，分別為聊天、編輯文檔和看電影。
實(shí)驗(yàn)開始之前，首先實(shí)驗(yàn)人員向參試者介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)任務(wù)，讓參試者了解該實(shí)驗(yàn)的研究目的。然后，參試者簽寫書面《知情同意書》并填寫個(gè)人基本信息表。在進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)之前，每名參試者有10 min的時(shí)間熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及自動(dòng)駕駛模擬系統(tǒng)。
實(shí)驗(yàn)過程中，使用頭戴式眼動(dòng)儀追蹤參試者眼球的注視行為，通過iView X 軟件將參試者眼球注視行為記錄成視頻，隨后通過BeGaze3.3 分析軟件對(duì)所錄視頻進(jìn)行分析，得到參試者眼球在各個(gè)位置的注視時(shí)間。當(dāng)參試者每完成一種場(chǎng)景的駕駛?cè)蝿?wù)后都需要完成一份問卷調(diào)查，并基于其實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景對(duì)自動(dòng)駕駛過程中所需求的信息進(jìn)行重要度評(píng)估。在完成當(dāng)前場(chǎng)景的調(diào)查問卷后便開始下一個(gè)場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)，直到6 個(gè)場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)全部完成，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
2 結(jié)果分析與討論
2.1 問卷結(jié)果統(tǒng)計(jì)
將參試者對(duì)每個(gè)場(chǎng)景中每項(xiàng)參數(shù)的評(píng)分進(jìn)行匯總，然后基于“二八”原則對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。結(jié)果如表1～表3所示。
表1 汽車信息Tab.1 Automobile information
由表1 可知，監(jiān)控任務(wù)組中，反光鏡情況、車輛當(dāng)前行駛速度、后視鏡情況和車輛盲點(diǎn)占的比例很大；第二任務(wù)組中，與監(jiān)控任務(wù)組相同，同樣是這些信息占的比例較大。說明兩組駕駛?cè)司J(rèn)為這些信息很重要，只是在不同的任務(wù)中，這些信息的重要度順序不同。
由表2 可知，監(jiān)控任務(wù)組中，當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度、與兩側(cè)車道車輛的距離和車頭時(shí)距等信息占的比例較大，而第二任務(wù)組中，當(dāng)前路段的交通標(biāo)志和當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度等信息占的比例較大。對(duì)比可知，兩組駕駛?cè)司J(rèn)為當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度信息很重要。監(jiān)控任務(wù)組中，駕駛?cè)烁⒅剀囕v周圍情況等駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)信息；第二任務(wù)中駕駛?cè)苏J(rèn)為道路信息(交通標(biāo)志等)更重要。
由表3 可知，監(jiān)控任務(wù)組中，周圍車輛的行駛速度以及當(dāng)前行駛速度制動(dòng)距離等信息占的比例很大；而第二任務(wù)組中，當(dāng)前行駛速度制動(dòng)距離以及輔助系統(tǒng)的狀態(tài)等信息占的比例很大。對(duì)比可知，兩組駕駛?cè)司枰?dāng)前行駛速度制動(dòng)距離信息輔助其決策。監(jiān)控任務(wù)組中，駕駛?cè)藢?shí)時(shí)關(guān)注駕駛?cè)蝿?wù)，對(duì)于周圍路況關(guān)注度較高；而第二任務(wù)組中，駕駛?cè)说淖⒁饬Χ技性诘诙蝿?wù)上，對(duì)駕駛?cè)蝿?wù)的關(guān)注度相對(duì)較低，所以對(duì)輔助系統(tǒng)的能力信息關(guān)注較高。
2.2 問卷結(jié)果分析與討論
將參試者對(duì)每個(gè)場(chǎng)景中每項(xiàng)參數(shù)的評(píng)分進(jìn)行匯總整理，然后采用因子分析法對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
2.2.1 監(jiān)控任務(wù)組
根據(jù)特征值大于1 的原則得到兩個(gè)主因子(見表4)，其中第1 主因子貢獻(xiàn)率為41.97%，代表場(chǎng)景3～場(chǎng)景6 等緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景，稱為緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景因子；第2 主因子貢獻(xiàn)率為33.98%，代表場(chǎng)景1 和場(chǎng)景2 等擁堵復(fù)雜場(chǎng)景，稱為擁堵復(fù)雜場(chǎng)景因子。以第1主因子為橫坐標(biāo)，第2 主因子為縱坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖，直觀表示各個(gè)信息在兩個(gè)主因子中的分布狀況，主因子值越高表示該信息越重要(見圖2)。第1主因子高的信息有當(dāng)前車輛行駛速度、車輛盲點(diǎn)、儀表盤參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、后視鏡情況、車頭時(shí)距、兩側(cè)車道的車輛及人員狀況、當(dāng)前路段車輛及行人的行駛狀況，由此發(fā)現(xiàn)在緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景中，駕駛?cè)烁P(guān)注自身車輛周圍的情況；第2 主因子高的信息有當(dāng)前路段行車道條數(shù)、當(dāng)前道路的速度限制、當(dāng)前路段的交通標(biāo)志、與問題路段的距離、前方道路的行駛條件、與兩側(cè)車道車輛的距離、反光鏡情況、車輛盲點(diǎn)，由此發(fā)現(xiàn)在擁堵復(fù)雜場(chǎng)景中，駕駛?cè)烁P(guān)注當(dāng)前道路相關(guān)信息。
表2 環(huán)境信息Tab.2 Environment information
表3 系統(tǒng)信息Tab.3 System information
由于各主因子的方差貢獻(xiàn)率不同，所以在評(píng)價(jià)信息時(shí)將主因子的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，計(jì)算各信息在2 個(gè)主因子的得分與相應(yīng)權(quán)重乘積的累計(jì)和作為該信息的綜合得分，即
式中：S為綜合得分；FAC1_1為各信息在主因子1的得分；FAC2_1為各信息在主因子2的得分。根據(jù)綜合得分從高到低排序得出各信息的重要度排序結(jié)果(見表5)。
由表5 可知，綜合得分較高的前幾條信息為反光鏡情況、后視鏡情況、車輛當(dāng)前行駛速度、當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度、周圍車輛的行駛速度、當(dāng)前行駛速度制動(dòng)距離、與兩側(cè)車道車輛的距離等與當(dāng)前駕駛?cè)蝿?wù)緊密相關(guān)的信息。也就是說，駕駛?cè)颂幵诒O(jiān)控狀態(tài)下實(shí)時(shí)都在關(guān)注駕駛?cè)蝿?wù)，認(rèn)為駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)信息最為重要，而與系統(tǒng)相關(guān)的信息不是很重要。這與表1～表3 的統(tǒng)計(jì)結(jié)果以及圖2 的散點(diǎn)圖信息相一致。而文獻(xiàn)[12]的研究結(jié)果與本研究不同，發(fā)現(xiàn)在部分自動(dòng)駕駛等級(jí)下，除了與駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)的信息之外，駕駛?cè)烁枰c自動(dòng)駕駛系統(tǒng)相關(guān)的信息，因?yàn)轳{駛?cè)苏J(rèn)為監(jiān)控任務(wù)是一件很無聊的事情，容易注意力分散，所以當(dāng)其注意力不集中時(shí)需要及時(shí)了解當(dāng)前系統(tǒng)是否開啟以及系統(tǒng)的剩余時(shí)間和處理問題的能力等信息，以便確定是否要接管車輛。
2.2.2 第二任務(wù)組
經(jīng)過方差最大正交旋轉(zhuǎn)得到3 個(gè)主因子(見表6)，其中第1 主因子貢獻(xiàn)率為43.6%，代表場(chǎng)景3～場(chǎng)景5等緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景，稱為緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景因子；第2 主因子貢獻(xiàn)率為24.55 %，代表場(chǎng)景1 和場(chǎng)景2 等擁堵復(fù)雜場(chǎng)景，稱為擁堵復(fù)雜場(chǎng)景因子；第3 主因子貢獻(xiàn)率為21.96%，代表場(chǎng)景6，稱為緊急制動(dòng)場(chǎng)景因子。以第1 主因子為橫坐標(biāo)，第2 主因子為縱坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖，直觀表示各個(gè)信息在兩個(gè)主因子中的分布狀況，主因子值越高表示該信息越重要(見圖3)。第1主因子高的信息有當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度、前方障礙物、車輛當(dāng)前行駛速度、車輛盲點(diǎn)、兩側(cè)車道的車輛及人員情況、當(dāng)前行駛速度制動(dòng)距離、與兩側(cè)車道距離、輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前情況的能力；第2 主因子高的信息有當(dāng)前道路的速度限制、當(dāng)前路段的交通標(biāo)志、反光鏡情況、車輛當(dāng)前行駛速度、車輛盲點(diǎn)、兩側(cè)有無變更車道、與前后車的車距、輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前情況的能力。在兩個(gè)主因子得分都比較高的信息均是與當(dāng)前駕駛?cè)蝿?wù)密切相關(guān)的信息。此外，輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前狀況的能力在兩個(gè)主因子的得分都較高，說明無論是在緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景還是擁堵復(fù)雜場(chǎng)景中，當(dāng)駕駛?cè)藞?zhí)行第二任務(wù)注意力不在駕駛?cè)蝿?wù)上時(shí)，都需要了解輔助系統(tǒng)是否能夠處理當(dāng)前狀況。
表4 監(jiān)控任務(wù)組旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣Tab.4 Rotated component matrix of controlled tasks
由于各主因子的方差貢獻(xiàn)率不同，所以在評(píng)價(jià)信息時(shí)將主因子的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，計(jì)算各信息在3 個(gè)主因子的得分與相應(yīng)權(quán)重乘積的累計(jì)和作為該信息的綜合得分，即
式中：FAC3_1 為各信息在主因子3 的得分。根據(jù)綜合得分從高到低排序得出各信息的重要度排序結(jié)果(見表7)。
圖2 監(jiān)控任務(wù)組具體信息在兩個(gè)主因子的二維排序Fig.2 Factor scores of detailed information of controlled tasks
由表7 可知，綜合得分較高的前幾條信息為車輛當(dāng)前行駛速度、當(dāng)前行駛速度制動(dòng)距離、輔助系統(tǒng)的狀態(tài)(是否開啟)、當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度、輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前情況的能力、輔助系統(tǒng)對(duì)于當(dāng)前狀況提供的行駛方案、當(dāng)前路段的交通標(biāo)志等信息，即當(dāng)駕駛?cè)嗽趫?zhí)行第二任務(wù)時(shí)，其注意力不在駕駛?cè)蝿?wù)上，對(duì)輔助系統(tǒng)相關(guān)信息的需求增多，而且對(duì)車輛周圍駕駛狀況以及道路信息的需求相對(duì)減少。文獻(xiàn)[12]同樣認(rèn)為在自動(dòng)駕駛狀況下，相比駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)信息而言系統(tǒng)相關(guān)信息(系統(tǒng)狀況、計(jì)劃行駛方案等)變得特別重要。這與表3 的統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致，而與圖3的因子得分情況存在一定差異。圖3 中得分較高的信息基本上是駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)信息，而主因子綜合得分結(jié)果則側(cè)重對(duì)輔助系統(tǒng)相關(guān)信息的需求。因此，在駕駛?cè)藞?zhí)行第二任務(wù)時(shí)，除了應(yīng)提供輔助系統(tǒng)相關(guān)信息之外，駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)信息也很重要。
表5 監(jiān)控任務(wù)組具體信息的主因子綜合得分Tab.5 Comprehensive factor score of detailed information of controlled tasks
綜合分析表5 和表7 的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控任務(wù)組與第二任務(wù)組所需信息部分相同，包括車輛當(dāng)前行駛速度、反光鏡情況、當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度、兩側(cè)車輛及人員情況和輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前情況的能力。所以無論是在緊急狀況下還是行駛緩慢的擁堵狀況下，無論駕駛?cè)说淖⒁饬κ欠裨隈{駛?cè)蝿?wù)上，都需要將這些信息呈現(xiàn)給駕駛?cè)恕?/p>
圖3 第二任務(wù)組具體信息在兩個(gè)主因子的二維排序Fig.3 Factor scores of detailed information of secondary tasks
2.3 眼動(dòng)結(jié)果分析與討論
使用眼動(dòng)儀的目的是記錄駕駛?cè)嗽趯?shí)驗(yàn)過程中的凝視行為，用于分析駕駛?cè)嗽诒O(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)和第二任務(wù)上的注意力分配情況。因此，實(shí)驗(yàn)中定義2 個(gè)興趣區(qū)(Areas of Interest, AOI)，分別為：1)監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)AOI，駕駛?cè)送ㄟ^擋風(fēng)玻璃觀察當(dāng)前場(chǎng)景，此時(shí)捕捉到的區(qū)域?yàn)轳{駛?cè)蝿?wù)AOI；2)第二任務(wù)AOI，由于駕駛?cè)藭?huì)進(jìn)行聊天、編輯文檔、看電影三種第二任務(wù)，因此一旦捕捉到的區(qū)域?yàn)榫庉嬑臋n畫面、看電影畫面或與實(shí)驗(yàn)人員對(duì)視的畫面等一系列與駕駛?cè)蝿?wù)無關(guān)的畫面，則這些畫面都將被定義為第二任務(wù)AOI。
表7 第二任務(wù)組具體信息的主因子綜合得分Tab.7 Comprehensive factor scores of detailed information of secondary tasks
由表8 可知，監(jiān)控駕駛狀態(tài)下駕駛?cè)?9.85%的注視時(shí)間都在監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上，還有0.15%的注意力放在了非監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上，這是因?yàn)轳{駛?cè)吮灰蟊O(jiān)管車輛駕駛?cè)蝿?wù)。但由于監(jiān)管任務(wù)比較枯燥以及人們對(duì)于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的過度信任會(huì)使得駕駛?cè)说木X性降低[18-19]，從而分心并做一些與監(jiān)管駕駛?cè)蝿?wù)無關(guān)的事情，所以存在0.15%的注視時(shí)間不在監(jiān)管駕駛?cè)蝿?wù)上。
而第二任務(wù)組中，駕駛?cè)?1.38%的注視時(shí)間放在第二任務(wù)上，僅有8.62%的注視時(shí)間放在監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上。在該狀態(tài)下，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠完全負(fù)責(zé)整個(gè)車輛的控制，駕駛?cè)酥恍柙谙到y(tǒng)提示需要幫助的時(shí)候接管車輛即可，所以當(dāng)要求駕駛?cè)俗龅诙蝿?wù)時(shí)，其大部分注意力都會(huì)放在第二任務(wù)上。然而駕駛?cè)藢?duì)于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的信任程度也會(huì)影響其注意力的分配，在進(jìn)行第二任務(wù)的時(shí)候，駕駛?cè)伺紶枙?huì)抬頭查看當(dāng)前場(chǎng)景，觀察路面發(fā)生的情況，因此仍有8.62%的注視時(shí)間在監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上。一般情況下，越信任自動(dòng)化，就會(huì)更多地參與到第二任務(wù)中，然后導(dǎo)致監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)的注視點(diǎn)較少[12]。這些研究結(jié)果與已知的人—自動(dòng)化交互信任的重要性一致[18]。
由表9 可知，第二任務(wù)組中，由于聊天只需要聽覺不需要視覺的參與，而注視行為完全來自于視覺，所以在聊天狀態(tài)下，駕駛?cè)擞?0.28%的注視時(shí)間在監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上，僅有9.72%的注視時(shí)間不在監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上。而在編輯文檔和看電影的任務(wù)中，由于眼睛需要盯著文檔和電影屏幕，駕駛?cè)擞?8.40%的注意力都放在第二任務(wù)上，僅有1.6%的注意力放在監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上。聊天狀態(tài)下的注視時(shí)間僅有7 s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于編輯文檔和看電影狀態(tài)下820.5 s的注視時(shí)間，由此發(fā)現(xiàn)，在駕駛車輛的過程中，編輯文檔和看電影的第二任務(wù)會(huì)分散駕駛?cè)说拇蟛糠肿⒁饬?，而聊天的第二任?wù)只會(huì)分散小部分注意力。
3 結(jié)語
本文探索在城市道路場(chǎng)景中自動(dòng)駕駛車輛駕駛?cè)说男畔⑿枨?，即駕駛?cè)伺c自動(dòng)駕駛系統(tǒng)交接過程中所需的信息內(nèi)容。得到主要結(jié)論如下：1)在緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景中，駕駛?cè)烁枰車囕v行駛速度、與兩側(cè)車輛的距離、車頭時(shí)距等信息，以便及時(shí)采取換道、制動(dòng)等措施；2)在行駛緩慢的擁堵場(chǎng)景中，駕駛?cè)烁枰?dāng)前道路的相關(guān)信息(如交通標(biāo)志、車道條數(shù)等)。研究還發(fā)現(xiàn)，無論駕駛?cè)说淖⒁饬κ欠窦性诒O(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上，以下一些重要信息都應(yīng)該提供給駕駛?cè)耍?)車輛自身相關(guān)信息(如當(dāng)前行駛速度、制動(dòng)距離等)；2)車輛周圍狀況(如兩側(cè)車輛及行人狀況)；3)當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度；4)輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前場(chǎng)景的能力。
當(dāng)駕駛?cè)颂幵诒O(jiān)控駕駛狀態(tài)時(shí)，會(huì)注意更多與駕駛相關(guān)的信息。而對(duì)于有第二任務(wù)的駕駛?cè)?，他們?huì)將更多的注意力放到第二任務(wù)上，并且第二任務(wù)越復(fù)雜，駕駛?cè)嗽匠两谔幚淼诙蝿?wù)當(dāng)中，對(duì)于監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)的關(guān)注越少。在進(jìn)行問卷調(diào)查時(shí)，有些駕駛?cè)擞捎诔两诘诙蝿?wù)，完全沒有注意到剛剛的場(chǎng)景發(fā)生了什么。這也意味著第二任務(wù)的干擾會(huì)降低駕駛?cè)说木X性。所以，當(dāng)駕駛?cè)颂幵谧詣?dòng)駕駛中的時(shí)候，需要以下信息輔助決策：1)車輛行駛速度、制動(dòng)距離等車輛自身參數(shù)信息；2)周圍路況、車況等環(huán)境信息；3)輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前場(chǎng)景的能力等輔助系統(tǒng)相關(guān)信息。
本研究仍有許多不足之處，例如第二任務(wù)的研究數(shù)據(jù)較少，實(shí)驗(yàn)變量信息可能不全面，命名也缺乏科學(xué)性。下一步的研究是如何采用抬頭顯示器的方式將這些必要信息呈現(xiàn)給駕駛?cè)硕植粫?huì)對(duì)其注意力造成干擾。
表8 眼動(dòng)儀數(shù)據(jù)Tab.8 Eye tracker data
表9 第二任務(wù)組的注視時(shí)間Tab.9 Fixation time of secondary tasks
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邢慧寧，秦 華,2，鈕建偉
(1.北京建筑大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院，北京 100044；2.北京市建筑安全監(jiān)測(cè)工程技術(shù)研究中心，北京 100044；3.北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京 100083)
0 引言
自動(dòng)駕駛是當(dāng)今社會(huì)研究的一大熱點(diǎn)，自動(dòng)駕駛汽車被認(rèn)為能夠提高舒適度、降低事故的發(fā)生率、減少交通擁堵以及減少環(huán)境影響[1]。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration,NHTSA)根據(jù)對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的定義，將自動(dòng)駕駛系統(tǒng)劃分為5 個(gè)等級(jí)[2]，分別為：等級(jí)0，無自動(dòng)化；等級(jí)1，特定功能自動(dòng)駕駛；等級(jí)2，集成功能自動(dòng)駕駛；等級(jí)3，有條件自動(dòng)駕駛；等級(jí)4，完全自動(dòng)化。
目前車輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)還未達(dá)到完全無人駕駛的程度，只能提供一些駕駛輔助操作，例如，提供使車輛以期望的速度穩(wěn)定行駛、實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航行駛等功能[3-4]。但當(dāng)遇到一些突發(fā)狀況時(shí)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)無法自行處理，需要由駕駛?cè)私庸芸刂栖囕v并做出決策。在由自動(dòng)駕駛系統(tǒng)操控到真人操控的切換過程中還存在很多問題[5]，例如駕駛?cè)朔磻?yīng)時(shí)間、車輛性能、人機(jī)交互等方面[6-7]。而且在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)控制車輛行駛的過程中，駕駛?cè)藦牟倏卣咦兂闪吮O(jiān)督者的角色[8]，這種角色的轉(zhuǎn)變會(huì)降低駕駛?cè)说木X性。由于對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的過度信任[9]，駕駛?cè)瞬粫?huì)一直監(jiān)督自動(dòng)駕駛系統(tǒng)[10-11]，而會(huì)做一些與監(jiān)督駕駛?cè)蝿?wù)無關(guān)的事情，例如聽音樂、打電話等第二任務(wù)，致使注意力分散、情景意識(shí)缺失，期間缺乏對(duì)車輛行駛的狀況及周圍環(huán)境狀況的足夠了解。因此，降低自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的使用所帶來的消極影響，研究駕駛?cè)嗽诓煌牡诙蝿?wù)中的信息需求，幫助其快速了解當(dāng)前突發(fā)狀況很有必要。
文獻(xiàn)[12]對(duì)高速公路上不同自動(dòng)駕駛等級(jí)下駕駛?cè)说男畔⑿枨筮M(jìn)行研究，確定了一些在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)使用過程中必不可少的重要信息，其中人機(jī)交互專家們認(rèn)為最重要的一點(diǎn)就是系統(tǒng)行為的反饋應(yīng)該是透明的、可理解的以及可預(yù)測(cè)的，包括當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)、回退水平、剩余時(shí)間、行駛計(jì)劃及其原因。文獻(xiàn)[13]從定性以及定量方面對(duì)城市道路場(chǎng)景中警告信息的呈現(xiàn)時(shí)間以及呈現(xiàn)間隔進(jìn)行總結(jié)，并根據(jù)顯示信息的復(fù)雜度進(jìn)行分類，根據(jù)信息來源總結(jié)了近150 種不同的信息需求。通過研究城市道路中高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Sssistance Systems,ADAS)中抬頭顯示器(Head-Up Display,HUD)和低頭顯示器(Head-Down Display,HDD)分別呈現(xiàn)哪種警告信息類型，發(fā)現(xiàn)用戶對(duì)抬頭顯示器中緊急警告信息，諸如導(dǎo)航或當(dāng)前行駛速度等動(dòng)態(tài)信息以及駕駛相關(guān)內(nèi)容(交通標(biāo)志識(shí)別)等信息具有明顯偏好。同時(shí)，認(rèn)為狀態(tài)信息和指示標(biāo)志在抬頭顯示器中具有干擾作用，只要在特定的時(shí)間間隔呈現(xiàn)這些信息和標(biāo)志(開/關(guān)/激活)即可[14]。
以上研究主要是針對(duì)高速公路上的駕駛信息需求以及國(guó)外城市道路的駕駛信息需求。而中國(guó)城市道路的交通情況有其特殊性[15]：1)隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加速，車輛保有量急劇上漲，造成交通擁堵；2)車流混雜，道路中存在各類交通參與者；3)駕駛?cè)诵袨橐鈭D難以預(yù)測(cè)，存在不按交通規(guī)則駕駛車輛的現(xiàn)象。
本文基于中國(guó)城市道路的特點(diǎn)，研究在城市道路場(chǎng)景的自動(dòng)駕駛車輛中，駕駛?cè)颂幱诓煌牡诙蝿?wù)中的信息需求。
1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
為了研究自動(dòng)駕駛車輛中駕駛?cè)说男畔⑿枨?，評(píng)估處于不同的第二任務(wù)中信息對(duì)駕駛?cè)说闹匾潭?，利用自?dòng)駕駛模擬平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)中國(guó)城市道路場(chǎng)景的特點(diǎn)以及交通事件發(fā)生的頻率和危險(xiǎn)程度[16]，選取和設(shè)計(jì)了6 種常見的城市道路場(chǎng)景，參試者分別在6 種道路場(chǎng)景中模擬自動(dòng)駕駛，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后完成信息需求問卷。
1.1 自動(dòng)駕駛模擬平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)在中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院的虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真實(shí)驗(yàn)室完成，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖1所示。
6 種城市道路典型場(chǎng)景分別為：場(chǎng)景1，交通擁堵行駛緩慢，需要駕駛?cè)硕啻螁?dòng)、制動(dòng)的道路場(chǎng)景；場(chǎng)景2，十字交叉口，人車混雜的道路場(chǎng)景；場(chǎng)景3，前方有車輛不停變換車道的道路場(chǎng)景；場(chǎng)景4，公共汽車出站強(qiáng)行占道的道路場(chǎng)景；場(chǎng)景5，前方出現(xiàn)車輛交通事故的道路場(chǎng)景；場(chǎng)景6，前方車輛緊急制動(dòng)的道路場(chǎng)景。
1.2 實(shí)驗(yàn)任務(wù)及過程
圖1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Fig.1 Experimental platform
實(shí)驗(yàn)的參試者共12人，年齡介于22～47歲(均值為 26.25 歲)，駕齡為 1～16年(均值為3.21年)，在此之前沒有任何使用自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)。將參試者隨機(jī)分為2 組，每組6人。第一組參試者需要實(shí)時(shí)監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)，為監(jiān)控任務(wù)組。第二組參試者不需要實(shí)時(shí)監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)，需要完成一些與駕駛?cè)蝿?wù)無關(guān)的任務(wù)(第二任務(wù))，為第二任務(wù)組。第二任務(wù)又稱為二級(jí)任務(wù)、次要任務(wù)或次任務(wù)等，是指相對(duì)于控制車輛、保持車道、監(jiān)控道路狀況等主駕駛?cè)蝿?wù)而言，與駕駛無關(guān)或不直接相關(guān)的其他任務(wù)，如收聽廣播、使用手機(jī)、看地圖、與乘客交談等[17]。無第二任務(wù)的情況下，要求參試者注意力完全集中于監(jiān)控任務(wù)。第二任務(wù)組中，參試者需要完成三種不同的第二任務(wù)，分別為聊天、編輯文檔和看電影。
實(shí)驗(yàn)開始之前，首先實(shí)驗(yàn)人員向參試者介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)任務(wù)，讓參試者了解該實(shí)驗(yàn)的研究目的。然后，參試者簽寫書面《知情同意書》并填寫個(gè)人基本信息表。在進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)之前，每名參試者有10 min的時(shí)間熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及自動(dòng)駕駛模擬系統(tǒng)。
實(shí)驗(yàn)過程中，使用頭戴式眼動(dòng)儀追蹤參試者眼球的注視行為，通過iView X 軟件將參試者眼球注視行為記錄成視頻，隨后通過BeGaze3.3 分析軟件對(duì)所錄視頻進(jìn)行分析，得到參試者眼球在各個(gè)位置的注視時(shí)間。當(dāng)參試者每完成一種場(chǎng)景的駕駛?cè)蝿?wù)后都需要完成一份問卷調(diào)查，并基于其實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景對(duì)自動(dòng)駕駛過程中所需求的信息進(jìn)行重要度評(píng)估。在完成當(dāng)前場(chǎng)景的調(diào)查問卷后便開始下一個(gè)場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)，直到6 個(gè)場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)全部完成，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
2 結(jié)果分析與討論
2.1 問卷結(jié)果統(tǒng)計(jì)
將參試者對(duì)每個(gè)場(chǎng)景中每項(xiàng)參數(shù)的評(píng)分進(jìn)行匯總，然后基于“二八”原則對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。結(jié)果如表1～表3所示。
表1 汽車信息Tab.1 Automobile information
由表1 可知，監(jiān)控任務(wù)組中，反光鏡情況、車輛當(dāng)前行駛速度、后視鏡情況和車輛盲點(diǎn)占的比例很大；第二任務(wù)組中，與監(jiān)控任務(wù)組相同，同樣是這些信息占的比例較大。說明兩組駕駛?cè)司J(rèn)為這些信息很重要，只是在不同的任務(wù)中，這些信息的重要度順序不同。
由表2 可知，監(jiān)控任務(wù)組中，當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度、與兩側(cè)車道車輛的距離和車頭時(shí)距等信息占的比例較大，而第二任務(wù)組中，當(dāng)前路段的交通標(biāo)志和當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度等信息占的比例較大。對(duì)比可知，兩組駕駛?cè)司J(rèn)為當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度信息很重要。監(jiān)控任務(wù)組中，駕駛?cè)烁⒅剀囕v周圍情況等駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)信息；第二任務(wù)中駕駛?cè)苏J(rèn)為道路信息(交通標(biāo)志等)更重要。
由表3 可知，監(jiān)控任務(wù)組中，周圍車輛的行駛速度以及當(dāng)前行駛速度制動(dòng)距離等信息占的比例很大；而第二任務(wù)組中，當(dāng)前行駛速度制動(dòng)距離以及輔助系統(tǒng)的狀態(tài)等信息占的比例很大。對(duì)比可知，兩組駕駛?cè)司枰?dāng)前行駛速度制動(dòng)距離信息輔助其決策。監(jiān)控任務(wù)組中，駕駛?cè)藢?shí)時(shí)關(guān)注駕駛?cè)蝿?wù)，對(duì)于周圍路況關(guān)注度較高；而第二任務(wù)組中，駕駛?cè)说淖⒁饬Χ技性诘诙蝿?wù)上，對(duì)駕駛?cè)蝿?wù)的關(guān)注度相對(duì)較低，所以對(duì)輔助系統(tǒng)的能力信息關(guān)注較高。
2.2 問卷結(jié)果分析與討論
將參試者對(duì)每個(gè)場(chǎng)景中每項(xiàng)參數(shù)的評(píng)分進(jìn)行匯總整理，然后采用因子分析法對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
2.2.1 監(jiān)控任務(wù)組
根據(jù)特征值大于1 的原則得到兩個(gè)主因子(見表4)，其中第1 主因子貢獻(xiàn)率為41.97%，代表場(chǎng)景3～場(chǎng)景6 等緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景，稱為緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景因子；第2 主因子貢獻(xiàn)率為33.98%，代表場(chǎng)景1 和場(chǎng)景2 等擁堵復(fù)雜場(chǎng)景，稱為擁堵復(fù)雜場(chǎng)景因子。以第1主因子為橫坐標(biāo)，第2 主因子為縱坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖，直觀表示各個(gè)信息在兩個(gè)主因子中的分布狀況，主因子值越高表示該信息越重要(見圖2)。第1主因子高的信息有當(dāng)前車輛行駛速度、車輛盲點(diǎn)、儀表盤參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、后視鏡情況、車頭時(shí)距、兩側(cè)車道的車輛及人員狀況、當(dāng)前路段車輛及行人的行駛狀況，由此發(fā)現(xiàn)在緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景中，駕駛?cè)烁P(guān)注自身車輛周圍的情況；第2 主因子高的信息有當(dāng)前路段行車道條數(shù)、當(dāng)前道路的速度限制、當(dāng)前路段的交通標(biāo)志、與問題路段的距離、前方道路的行駛條件、與兩側(cè)車道車輛的距離、反光鏡情況、車輛盲點(diǎn)，由此發(fā)現(xiàn)在擁堵復(fù)雜場(chǎng)景中，駕駛?cè)烁P(guān)注當(dāng)前道路相關(guān)信息。
表2 環(huán)境信息Tab.2 Environment information
表3 系統(tǒng)信息Tab.3 System information
由于各主因子的方差貢獻(xiàn)率不同，所以在評(píng)價(jià)信息時(shí)將主因子的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，計(jì)算各信息在2 個(gè)主因子的得分與相應(yīng)權(quán)重乘積的累計(jì)和作為該信息的綜合得分，即
式中：S為綜合得分；FAC1_1為各信息在主因子1的得分；FAC2_1為各信息在主因子2的得分。根據(jù)綜合得分從高到低排序得出各信息的重要度排序結(jié)果(見表5)。
由表5 可知，綜合得分較高的前幾條信息為反光鏡情況、后視鏡情況、車輛當(dāng)前行駛速度、當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度、周圍車輛的行駛速度、當(dāng)前行駛速度制動(dòng)距離、與兩側(cè)車道車輛的距離等與當(dāng)前駕駛?cè)蝿?wù)緊密相關(guān)的信息。也就是說，駕駛?cè)颂幵诒O(jiān)控狀態(tài)下實(shí)時(shí)都在關(guān)注駕駛?cè)蝿?wù)，認(rèn)為駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)信息最為重要，而與系統(tǒng)相關(guān)的信息不是很重要。這與表1～表3 的統(tǒng)計(jì)結(jié)果以及圖2 的散點(diǎn)圖信息相一致。而文獻(xiàn)[12]的研究結(jié)果與本研究不同，發(fā)現(xiàn)在部分自動(dòng)駕駛等級(jí)下，除了與駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)的信息之外，駕駛?cè)烁枰c自動(dòng)駕駛系統(tǒng)相關(guān)的信息，因?yàn)轳{駛?cè)苏J(rèn)為監(jiān)控任務(wù)是一件很無聊的事情，容易注意力分散，所以當(dāng)其注意力不集中時(shí)需要及時(shí)了解當(dāng)前系統(tǒng)是否開啟以及系統(tǒng)的剩余時(shí)間和處理問題的能力等信息，以便確定是否要接管車輛。
2.2.2 第二任務(wù)組
經(jīng)過方差最大正交旋轉(zhuǎn)得到3 個(gè)主因子(見表6)，其中第1 主因子貢獻(xiàn)率為43.6%，代表場(chǎng)景3～場(chǎng)景5等緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景，稱為緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景因子；第2 主因子貢獻(xiàn)率為24.55 %，代表場(chǎng)景1 和場(chǎng)景2 等擁堵復(fù)雜場(chǎng)景，稱為擁堵復(fù)雜場(chǎng)景因子；第3 主因子貢獻(xiàn)率為21.96%，代表場(chǎng)景6，稱為緊急制動(dòng)場(chǎng)景因子。以第1 主因子為橫坐標(biāo)，第2 主因子為縱坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖，直觀表示各個(gè)信息在兩個(gè)主因子中的分布狀況，主因子值越高表示該信息越重要(見圖3)。第1主因子高的信息有當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度、前方障礙物、車輛當(dāng)前行駛速度、車輛盲點(diǎn)、兩側(cè)車道的車輛及人員情況、當(dāng)前行駛速度制動(dòng)距離、與兩側(cè)車道距離、輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前情況的能力；第2 主因子高的信息有當(dāng)前道路的速度限制、當(dāng)前路段的交通標(biāo)志、反光鏡情況、車輛當(dāng)前行駛速度、車輛盲點(diǎn)、兩側(cè)有無變更車道、與前后車的車距、輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前情況的能力。在兩個(gè)主因子得分都比較高的信息均是與當(dāng)前駕駛?cè)蝿?wù)密切相關(guān)的信息。此外，輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前狀況的能力在兩個(gè)主因子的得分都較高，說明無論是在緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景還是擁堵復(fù)雜場(chǎng)景中，當(dāng)駕駛?cè)藞?zhí)行第二任務(wù)注意力不在駕駛?cè)蝿?wù)上時(shí)，都需要了解輔助系統(tǒng)是否能夠處理當(dāng)前狀況。
表4 監(jiān)控任務(wù)組旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣Tab.4 Rotated component matrix of controlled tasks
由于各主因子的方差貢獻(xiàn)率不同，所以在評(píng)價(jià)信息時(shí)將主因子的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，計(jì)算各信息在3 個(gè)主因子的得分與相應(yīng)權(quán)重乘積的累計(jì)和作為該信息的綜合得分，即
式中：FAC3_1 為各信息在主因子3 的得分。根據(jù)綜合得分從高到低排序得出各信息的重要度排序結(jié)果(見表7)。
圖2 監(jiān)控任務(wù)組具體信息在兩個(gè)主因子的二維排序Fig.2 Factor scores of detailed information of controlled tasks
由表7 可知，綜合得分較高的前幾條信息為車輛當(dāng)前行駛速度、當(dāng)前行駛速度制動(dòng)距離、輔助系統(tǒng)的狀態(tài)(是否開啟)、當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度、輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前情況的能力、輔助系統(tǒng)對(duì)于當(dāng)前狀況提供的行駛方案、當(dāng)前路段的交通標(biāo)志等信息，即當(dāng)駕駛?cè)嗽趫?zhí)行第二任務(wù)時(shí)，其注意力不在駕駛?cè)蝿?wù)上，對(duì)輔助系統(tǒng)相關(guān)信息的需求增多，而且對(duì)車輛周圍駕駛狀況以及道路信息的需求相對(duì)減少。文獻(xiàn)[12]同樣認(rèn)為在自動(dòng)駕駛狀況下，相比駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)信息而言系統(tǒng)相關(guān)信息(系統(tǒng)狀況、計(jì)劃行駛方案等)變得特別重要。這與表3 的統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致，而與圖3的因子得分情況存在一定差異。圖3 中得分較高的信息基本上是駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)信息，而主因子綜合得分結(jié)果則側(cè)重對(duì)輔助系統(tǒng)相關(guān)信息的需求。因此，在駕駛?cè)藞?zhí)行第二任務(wù)時(shí)，除了應(yīng)提供輔助系統(tǒng)相關(guān)信息之外，駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)信息也很重要。
表5 監(jiān)控任務(wù)組具體信息的主因子綜合得分Tab.5 Comprehensive factor score of detailed information of controlled tasks
綜合分析表5 和表7 的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控任務(wù)組與第二任務(wù)組所需信息部分相同，包括車輛當(dāng)前行駛速度、反光鏡情況、當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度、兩側(cè)車輛及人員情況和輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前情況的能力。所以無論是在緊急狀況下還是行駛緩慢的擁堵狀況下，無論駕駛?cè)说淖⒁饬κ欠裨隈{駛?cè)蝿?wù)上，都需要將這些信息呈現(xiàn)給駕駛?cè)恕?/p>
圖3 第二任務(wù)組具體信息在兩個(gè)主因子的二維排序Fig.3 Factor scores of detailed information of secondary tasks
2.3 眼動(dòng)結(jié)果分析與討論
使用眼動(dòng)儀的目的是記錄駕駛?cè)嗽趯?shí)驗(yàn)過程中的凝視行為，用于分析駕駛?cè)嗽诒O(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)和第二任務(wù)上的注意力分配情況。因此，實(shí)驗(yàn)中定義2 個(gè)興趣區(qū)(Areas of Interest, AOI)，分別為：1)監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)AOI，駕駛?cè)送ㄟ^擋風(fēng)玻璃觀察當(dāng)前場(chǎng)景，此時(shí)捕捉到的區(qū)域?yàn)轳{駛?cè)蝿?wù)AOI；2)第二任務(wù)AOI，由于駕駛?cè)藭?huì)進(jìn)行聊天、編輯文檔、看電影三種第二任務(wù)，因此一旦捕捉到的區(qū)域?yàn)榫庉嬑臋n畫面、看電影畫面或與實(shí)驗(yàn)人員對(duì)視的畫面等一系列與駕駛?cè)蝿?wù)無關(guān)的畫面，則這些畫面都將被定義為第二任務(wù)AOI。
表7 第二任務(wù)組具體信息的主因子綜合得分Tab.7 Comprehensive factor scores of detailed information of secondary tasks
由表8 可知，監(jiān)控駕駛狀態(tài)下駕駛?cè)?9.85%的注視時(shí)間都在監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上，還有0.15%的注意力放在了非監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上，這是因?yàn)轳{駛?cè)吮灰蟊O(jiān)管車輛駕駛?cè)蝿?wù)。但由于監(jiān)管任務(wù)比較枯燥以及人們對(duì)于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的過度信任會(huì)使得駕駛?cè)说木X性降低[18-19]，從而分心并做一些與監(jiān)管駕駛?cè)蝿?wù)無關(guān)的事情，所以存在0.15%的注視時(shí)間不在監(jiān)管駕駛?cè)蝿?wù)上。
而第二任務(wù)組中，駕駛?cè)?1.38%的注視時(shí)間放在第二任務(wù)上，僅有8.62%的注視時(shí)間放在監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上。在該狀態(tài)下，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠完全負(fù)責(zé)整個(gè)車輛的控制，駕駛?cè)酥恍柙谙到y(tǒng)提示需要幫助的時(shí)候接管車輛即可，所以當(dāng)要求駕駛?cè)俗龅诙蝿?wù)時(shí)，其大部分注意力都會(huì)放在第二任務(wù)上。然而駕駛?cè)藢?duì)于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的信任程度也會(huì)影響其注意力的分配，在進(jìn)行第二任務(wù)的時(shí)候，駕駛?cè)伺紶枙?huì)抬頭查看當(dāng)前場(chǎng)景，觀察路面發(fā)生的情況，因此仍有8.62%的注視時(shí)間在監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上。一般情況下，越信任自動(dòng)化，就會(huì)更多地參與到第二任務(wù)中，然后導(dǎo)致監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)的注視點(diǎn)較少[12]。這些研究結(jié)果與已知的人—自動(dòng)化交互信任的重要性一致[18]。
由表9 可知，第二任務(wù)組中，由于聊天只需要聽覺不需要視覺的參與，而注視行為完全來自于視覺，所以在聊天狀態(tài)下，駕駛?cè)擞?0.28%的注視時(shí)間在監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上，僅有9.72%的注視時(shí)間不在監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上。而在編輯文檔和看電影的任務(wù)中，由于眼睛需要盯著文檔和電影屏幕，駕駛?cè)擞?8.40%的注意力都放在第二任務(wù)上，僅有1.6%的注意力放在監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上。聊天狀態(tài)下的注視時(shí)間僅有7 s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于編輯文檔和看電影狀態(tài)下820.5 s的注視時(shí)間，由此發(fā)現(xiàn)，在駕駛車輛的過程中，編輯文檔和看電影的第二任務(wù)會(huì)分散駕駛?cè)说拇蟛糠肿⒁饬?，而聊天的第二任?wù)只會(huì)分散小部分注意力。
3 結(jié)語
本文探索在城市道路場(chǎng)景中自動(dòng)駕駛車輛駕駛?cè)说男畔⑿枨?，即駕駛?cè)伺c自動(dòng)駕駛系統(tǒng)交接過程中所需的信息內(nèi)容。得到主要結(jié)論如下：1)在緊急危險(xiǎn)場(chǎng)景中，駕駛?cè)烁枰車囕v行駛速度、與兩側(cè)車輛的距離、車頭時(shí)距等信息，以便及時(shí)采取換道、制動(dòng)等措施；2)在行駛緩慢的擁堵場(chǎng)景中，駕駛?cè)烁枰?dāng)前道路的相關(guān)信息(如交通標(biāo)志、車道條數(shù)等)。研究還發(fā)現(xiàn)，無論駕駛?cè)说淖⒁饬κ欠窦性诒O(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)上，以下一些重要信息都應(yīng)該提供給駕駛?cè)耍?)車輛自身相關(guān)信息(如當(dāng)前行駛速度、制動(dòng)距離等)；2)車輛周圍狀況(如兩側(cè)車輛及行人狀況)；3)當(dāng)前場(chǎng)景的危險(xiǎn)程度；4)輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前場(chǎng)景的能力。
當(dāng)駕駛?cè)颂幵诒O(jiān)控駕駛狀態(tài)時(shí)，會(huì)注意更多與駕駛相關(guān)的信息。而對(duì)于有第二任務(wù)的駕駛?cè)?，他們?huì)將更多的注意力放到第二任務(wù)上，并且第二任務(wù)越復(fù)雜，駕駛?cè)嗽匠两谔幚淼诙蝿?wù)當(dāng)中，對(duì)于監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)的關(guān)注越少。在進(jìn)行問卷調(diào)查時(shí)，有些駕駛?cè)擞捎诔两诘诙蝿?wù)，完全沒有注意到剛剛的場(chǎng)景發(fā)生了什么。這也意味著第二任務(wù)的干擾會(huì)降低駕駛?cè)说木X性。所以，當(dāng)駕駛?cè)颂幵谧詣?dòng)駕駛中的時(shí)候，需要以下信息輔助決策：1)車輛行駛速度、制動(dòng)距離等車輛自身參數(shù)信息；2)周圍路況、車況等環(huán)境信息；3)輔助系統(tǒng)處理當(dāng)前場(chǎng)景的能力等輔助系統(tǒng)相關(guān)信息。
本研究仍有許多不足之處，例如第二任務(wù)的研究數(shù)據(jù)較少，實(shí)驗(yàn)變量信息可能不全面，命名也缺乏科學(xué)性。下一步的研究是如何采用抬頭顯示器的方式將這些必要信息呈現(xiàn)給駕駛?cè)硕植粫?huì)對(duì)其注意力造成干擾。
表8 眼動(dòng)儀數(shù)據(jù)Tab.8 Eye tracker data
表9 第二任務(wù)組的注視時(shí)間Tab.9 Fixation time of secondary tasks
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