復(fù)雜步行環(huán)境中“低頭族”障礙物感知與周邊視覺補(bǔ)償研究

李天宇，劉爽，蘇航，張淞博，楊彪， 謝秉磊

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)建筑學(xué)院，廣東 深圳 518055)

1 引言

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和智能手機(jī)的普及，人們對(duì)手機(jī)的依賴日益增加，使用手機(jī)走路的現(xiàn)象已經(jīng)隨處可見，由此發(fā)生的行人傷害事故也在不斷增加。造成行人傷害數(shù)量增長(zhǎng)的一個(gè)有爭(zhēng)議的原因是越來(lái)越多行人在走路時(shí)發(fā)生打電話、發(fā)短信和上網(wǎng)等不安全行為[1-3]。近年來(lái)根據(jù)美國(guó)高速公路安全協(xié)會(huì)最新報(bào)告顯示，全美行人死亡數(shù)量在2018年達(dá)到近30年來(lái)最高，專家猜測(cè)智能手機(jī)分散行人注意力成為造成行人傷害的可能原因之一。隨著步行環(huán)境的復(fù)雜程度的提升，看手機(jī)等多視覺任務(wù)在行人過街時(shí)的影響亟待研究[4]，如何基于人因視角改善行人安全和步行環(huán)境成為了目前交通領(lǐng)域的重要議題之一[5]。

目前國(guó)內(nèi)外已逐漸重視“低頭族”群體在步行環(huán)境中的安全問題[6]，采取了不同措施提高行人視覺感知能力[7-10]。如圖1所示，加利福尼亞州圣何塞市的人行道布置了能夠感應(yīng)車輛的嵌入式地面閃光燈在人行斑馬線的兩側(cè)，在行人通過時(shí)持續(xù)閃爍提醒行人注意安全并警示司機(jī)及時(shí)剎車避讓行人(見圖1-a)。荷蘭為了提醒“低頭族”何時(shí)可以過橫道，在人行道和十字路口的邊緣處安裝了彩色條狀燈，紅燈狀態(tài)時(shí)表示禁止通行，綠燈狀態(tài)時(shí)表示可以通行(見圖1-b)。武漢左嶺新城某社區(qū)啟用智慧人行過街系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的智能斑馬線可在行人過往時(shí)連續(xù)閃爍，來(lái)提示過往車輛減速(見圖1-c)。上海外灘陳毅廣場(chǎng)附近的人行道設(shè)置了與行人信號(hào)燈顏色同步變化的發(fā)光地磚，通過切換紅綠色的燈警示行人通行，尤其提醒“低頭族”不要闖紅燈(見圖1-d)。上述方式都是基于視覺方面對(duì)低頭族、正常行人或者司機(jī)的安全問題有警示和補(bǔ)償作用。

圖1 人行過街視覺補(bǔ)償措施案例

現(xiàn)有措施應(yīng)用在過街道路時(shí)會(huì)發(fā)揮很大的警示作用，但是對(duì)于一些夸張?jiān)O(shè)計(jì)的環(huán)境補(bǔ)償方式，不僅影響建筑公共空間和步行環(huán)境的美觀，還會(huì)影響行人的視覺舒適度。更為重要的是這些措施沒有統(tǒng)一的管控標(biāo)準(zhǔn)，使其過度使用造成大量的資源浪費(fèi)。而國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要通過調(diào)查問卷法[11-12]、實(shí)地觀察法[13-16]、攝像記錄法[10,17-18]、半虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)法[19-21]和步行體驗(yàn)的模擬實(shí)驗(yàn)法[22-24]等方法深入研究了手機(jī)對(duì)行人的分心影響。研究表明手機(jī)的分心作用嚴(yán)重威脅行人安全，降低行人認(rèn)知周邊環(huán)境的能力，記憶能力以及行人的視聽注意力，尤其在步行狀態(tài)下打電話和玩游戲等任務(wù)量過重的手機(jī)方式嚴(yán)重分散行人注意力。但目前研究?jī)H關(guān)注手機(jī)分心對(duì)行人安全的影響作用，而注意力分散后的行人與周邊視覺環(huán)境影響作用機(jī)制尚不清晰，因此有必要探究對(duì)“低頭族”周邊視覺環(huán)境提供補(bǔ)償措施的的可行性。

“低頭族”在過街過程中，手機(jī)占據(jù)了其中央視覺注意力，導(dǎo)致觀察道路環(huán)境(臺(tái)階，站臺(tái)間隙與坑洼等)只能用周邊視覺觀察路況。由于周邊視覺觀察到的環(huán)境資源較少且模糊，探測(cè)能力弱于中央視覺，容易發(fā)生摔倒和碰撞等意外傷害。根據(jù)倫敦大學(xué)學(xué)院Nick Tyler院士的能力模型(Capabilities Model)與廣義的無(wú)障礙定義[25]，本文提出“低頭族”步行需求能力模型(見圖2)，指出“低頭族”也因?yàn)檫^度使用手機(jī)而導(dǎo)致其產(chǎn)生“視覺認(rèn)知障礙”。從能力模型分析來(lái)看，可以從人和環(huán)境這兩個(gè)角度解決“低頭族”步行安全問題，本文將基于人因視角，采取周邊視覺環(huán)境補(bǔ)償措施，以較小干預(yù)影響提高“低頭族”過街步行安全。

(a)從人的角度出發(fā)，采取智能手機(jī)技術(shù)措施和公共管理措施，提高人的供給能力：供給能力>需求能力

本文以改善“低頭族”群體的行人安全和步行環(huán)境為目標(biāo)，以“低頭族”障礙物識(shí)別任務(wù)為研究對(duì)象，探究“低頭族”在不同照明場(chǎng)景下對(duì)不同周邊視覺環(huán)境補(bǔ)償措施(材質(zhì)：閃燈、閃粉和涂料；顏色：藍(lán)色和黃色)改造后的障礙物的視覺感知能力，并找出有效的視覺環(huán)境補(bǔ)償措施。

2 方法

本實(shí)驗(yàn)采取雙重認(rèn)知任務(wù)法和視覺心理實(shí)驗(yàn)法相結(jié)合的方法，在實(shí)驗(yàn)室條件下搭建“低頭族”步行模擬平臺(tái)，探究“低頭族”在不同照度(2 lx和15 lx)和不同光源類型下(MH和HPS)對(duì)不同周邊視覺環(huán)境補(bǔ)償措施(閃燈、閃粉和涂料)改造后障礙物的視覺感知能力。

2.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建

在哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)建筑學(xué)院的光環(huán)境實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建低頭族模擬平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室是全封閉的暗室房間，其室內(nèi)環(huán)境恒溫26℃。實(shí)驗(yàn)室可以保證實(shí)驗(yàn)免受其他外界光線的干擾繼而方便控制變量。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整體主要包括全通路多光譜LED光源調(diào)節(jié)系統(tǒng)、周邊視覺刺激識(shí)別系統(tǒng)、中央視覺刺激物、周邊視覺刺激物和其他輔助設(shè)備(圖3)。

圖3 “低頭族”步行模擬平臺(tái)示意圖

由于周邊視覺的正常視域范圍在10°以內(nèi)，所以平臺(tái)搭建時(shí)跑步機(jī)中心位置(行走位置)與視覺刺激自動(dòng)呈現(xiàn)裝置中心的垂直距離為2 m，并成15°的視角，以此保證周邊視覺刺激物在“低頭族”周邊視覺視野范圍內(nèi)。為了模擬步行環(huán)境中的道路照明環(huán)境，一個(gè)由中密度纖維板(MDF)搭建的單間(1200 mm*1200 mm*2000 mm)來(lái)做燈架，燈架上架設(shè)六臺(tái)Thouslite LEDCube來(lái)模擬道路光源：HPS燈(S/P=0.57)和MH燈(S/P=1.77)。此光源設(shè)備可完成0%-100%全程調(diào)光，并配合Konica Minolta CL500A光譜測(cè)量設(shè)備(圖4)能夠在200 K-20 000 K范圍里快速并精準(zhǔn)地調(diào)控色溫。

圖4 “低頭族”步行模擬周邊視覺刺激識(shí)別系統(tǒng)

此外，為了模擬“低頭族”步行環(huán)境下以周邊視覺的方式感知環(huán)境的狀態(tài)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)周邊視覺刺激識(shí)別系統(tǒng)。視覺刺激識(shí)別系統(tǒng)主要由4部分組成：視覺刺激物、視覺刺激物自動(dòng)呈現(xiàn)裝置、操作鍵盤和電腦操作系統(tǒng)。視覺刺激物主要包含中央視覺刺激物和周邊視覺刺激物，即手機(jī)上的數(shù)字屏和視頻內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)期間，手機(jī)上隨機(jī)出現(xiàn)數(shù)字(1、2和3)的形式占據(jù)行人中央視覺，數(shù)字顯示時(shí)間僅有450 ms。輔助的視頻內(nèi)容是一段不斷循環(huán)播放的自然景觀類的紀(jì)錄片。周邊視覺刺激物采取黑色高密度海綿塊(反射系數(shù)低，尺寸：50 mm*40 mm*30 mm)模擬步行道路上地面障礙物。視覺刺激物自動(dòng)呈現(xiàn)裝置則由兩部分組成；周邊視覺刺激物的承載圓盤和控制箱。直徑600 mm的承載圓盤，一共可以放置三個(gè)方塊海綿磚和一個(gè)改造后障礙物。整個(gè)過程由電腦操作系統(tǒng)控制裝置上的圓盤以不同速度勻速運(yùn)行，從而帶動(dòng)障礙物運(yùn)動(dòng)。該平臺(tái)可以使障礙物以隨機(jī)且均等機(jī)會(huì)的方式停止在四個(gè)方向上：正上方、正下方、正左方和正右方。每種障礙物識(shí)別實(shí)驗(yàn)過程中轉(zhuǎn)盤總共會(huì)停12次，每個(gè)方向停三次，每次停750 ms，且轉(zhuǎn)盤下次與上一次停止間的時(shí)間間隔為6-12 s之間。圓盤線速度分為三檔：SP1：0.235 m/s，SP2：0.177 m/s，SP3：0.059 m/s，本實(shí)驗(yàn)為提高實(shí)驗(yàn)難度選取0.235 m/s作為轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速。操作鍵盤是當(dāng)被試識(shí)別到數(shù)字和障礙物位置時(shí)下意識(shí)做決策時(shí)的選擇器。例如當(dāng)被試看到手機(jī)上數(shù)字顯示為3，且障礙物停留在圓盤的上邊時(shí)，就立即先按下標(biāo)為“↑”的按鈕，再按下左側(cè)標(biāo)為3的按鈕。被試選擇得方向和響應(yīng)時(shí)間會(huì)自動(dòng)記錄在電腦中。電腦控制系統(tǒng)主要控制視覺刺激物呈現(xiàn)與響應(yīng)平臺(tái)的整個(gè)運(yùn)行過程。它可以控制障礙物隨即停止和勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)記錄下障礙物隨機(jī)停止的位置與停止時(shí)刻，被試推動(dòng)推桿的時(shí)刻。每組實(shí)驗(yàn)結(jié)束，電腦自動(dòng)保存數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)視覺刺激物自動(dòng)呈現(xiàn)裝置進(jìn)行復(fù)位后即可進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)選取

實(shí)驗(yàn)將選取6種不同的周邊視覺環(huán)境補(bǔ)償措施和4種照明參數(shù)作為研究的自變量，障礙物識(shí)別準(zhǔn)確率和反應(yīng)時(shí)間作為因變量。

六種周邊視覺刺激物包括：動(dòng)態(tài)LED閃光燈(黃色/藍(lán)色)、閃粉(黃色/藍(lán)色)和涂料(黃色/藍(lán)色)，如表1。實(shí)驗(yàn)前采用手持亮度計(jì)(Koniac Minolat LS-110)測(cè)量，將涂料類和閃粉類障礙物表面的亮度調(diào)整到一致，為避免因亮度因素導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)誤差。沒有修改過的原始障礙物作為對(duì)照空白障礙物。

表1 不同周邊視覺環(huán)境補(bǔ)償措施的障礙物和亮度值

四種道路照明條件：包括2種照度(E1：2.0 lx和E2：15.0 lx)和2種不同s/p值配置的光源：標(biāo)準(zhǔn)高壓鈉燈(T1：HPS：x=0.5122，y=0.4198，CCT=2000 K，S/P=0.57，Ra=33.9)和標(biāo)準(zhǔn)金鹵燈(T2：MH：x=0.3963，y=0.3846，CCT=4200 K，S/P=1.77，Ra=70.1)。所選照度的測(cè)量位置為視覺刺激物的正面的垂直照度，采用分光輻射照度計(jì)(Konica Minolta CL-500A)測(cè)量。

2.3 實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)招募被試24名(11名男性和13名女性)，由深圳大學(xué)城本科生和研究生(碩士和博士)組成，年齡分布在18-30歲之間，被試者均正常視力或經(jīng)過佩戴眼鏡后校正視力正常，并且用石原假等色板測(cè)試時(shí)沒有色彩感知缺陷，無(wú)視覺疾病或功能障礙，并且身體健康，心理素質(zhì)良好。24名被試需要在兩種照度(高照度和低照度)情況下分別完成1 h的障礙物識(shí)別實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)過程中被試在走步機(jī)上行走的同時(shí)進(jìn)行兩項(xiàng)不同強(qiáng)度的視覺任務(wù):(1)利用中央視覺觀看視頻并識(shí)別手機(jī)上的數(shù)字任務(wù)(2)用周邊視覺執(zhí)行認(rèn)知障礙物位置任務(wù)。通過統(tǒng)計(jì)被試的反應(yīng)時(shí)間和障礙物探測(cè)準(zhǔn)確率數(shù)據(jù)，探究出最佳周邊視覺環(huán)境補(bǔ)償措施。

實(shí)驗(yàn)過程中被試均需在兩種照度下各自完成2種不同s/p值光源條件下完成6組實(shí)驗(yàn)(6個(gè)障礙物)，共完成12組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)需要識(shí)別12次障礙物，一共識(shí)別144(2×6×12)次，花費(fèi)時(shí)間36min(2×6×3 min)，過程中被試可隨時(shí)休息保證以最好的狀態(tài)完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景見圖5。

圖5 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景圖

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，手機(jī)上的數(shù)字屏和視覺刺激物自動(dòng)呈現(xiàn)裝置同時(shí)啟動(dòng)，承載圓盤會(huì)保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每次實(shí)驗(yàn)圓盤共停止12次，每次障礙物隨機(jī)停止在4個(gè)方向中的某一個(gè)方向，停止時(shí)間為750 ms，之后轉(zhuǎn)盤繼續(xù)以先前的速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。圓盤停止同時(shí)手機(jī)上會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)數(shù)字，被試被要求在感知到障礙物所停的方向后以最快的速度先按下障礙物停下的方位再按下手機(jī)上顯示的數(shù)字，一組實(shí)驗(yàn)將完成12次障礙物識(shí)別。實(shí)驗(yàn)整個(gè)過程要求被試時(shí)刻用中央視覺關(guān)注數(shù)字和視頻，用周邊視覺探測(cè)障礙物，以模擬低頭族步行狀態(tài)。被試完成一組實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)員停止視覺刺激物自動(dòng)呈現(xiàn)裝置，儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并重新復(fù)原裝置。與此同時(shí)要更換障礙物，更換之后進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)，直至完成12組后實(shí)驗(yàn)結(jié)束，具體流程如圖6所示。

圖6 實(shí)驗(yàn)流程圖

在實(shí)驗(yàn)整個(gè)過程中，每組實(shí)驗(yàn)電腦都會(huì)記錄下選擇的數(shù)字，反應(yīng)時(shí)間(圓盤停下的時(shí)刻到被試選擇位置的時(shí)刻)和識(shí)別障礙物的方向。被試對(duì)障礙物的識(shí)別結(jié)果會(huì)以“1分”(正確)和“0分”(錯(cuò)誤)的方式進(jìn)行記錄。在一種光環(huán)境條件下完成一種障礙物方向識(shí)別，全部正確會(huì)記12分，全部錯(cuò)誤會(huì)記0分。每次轉(zhuǎn)盤停止后的1s內(nèi)被試沒識(shí)別出正確的方位和沒有選擇方向均被視為判斷錯(cuò)誤。當(dāng)被試數(shù)字判斷錯(cuò)誤時(shí)數(shù)據(jù)被視為無(wú)效，被認(rèn)為沒有用周邊視覺去判斷障礙物位置，因此在剩余次數(shù)中計(jì)算障礙物判斷準(zhǔn)確率。實(shí)驗(yàn)收集的反應(yīng)時(shí)間即為周邊視覺刺激儀器停止時(shí)刻至被試按下方向按鈕的時(shí)刻間的間隔。

3 結(jié)果

3.1 障礙物識(shí)別準(zhǔn)確率影響因素分析

(1)光源對(duì)障礙物準(zhǔn)確率的影響

選取統(tǒng)計(jì)平均值的方式統(tǒng)計(jì)24名被試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得4種照明環(huán)境下識(shí)別不同周邊視覺措施改造的障礙物的識(shí)別平均準(zhǔn)確率，結(jié)果如表2所示。并對(duì)相同照度下兩種光源類型(S/P值)(表3)與相同光源類型(S/P值)(表4)下兩種照度的兩組準(zhǔn)確率數(shù)據(jù)分別進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)。

表2 不同照度和S/P值下的障礙物識(shí)別的平均準(zhǔn)確率

由表3可以看出照度相同的情況下，只有在識(shí)別藍(lán)色閃粉和藍(lán)色涂料材質(zhì)時(shí)，不同光源類型(S/P值)下的準(zhǔn)確率結(jié)果存在顯著性差異。且相較于HPS光源，MH燈下的準(zhǔn)確率水平顯著更高。

表3 相同照度下兩種光源類型(S/P值)的配對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果

由表4可以看出光源類型相同的情況下，在識(shí)別黃色閃粉、藍(lán)色閃粉、黃色涂料和藍(lán)色涂料這四種材質(zhì)時(shí)，不同照度水平下的準(zhǔn)確率結(jié)果存在顯著性差異。且相較于低照度2 lux，高照度15 lux下的準(zhǔn)確率水平顯著更高。

表4 相同光源類型下兩種照度(2 lx和15 lx)的配對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果

(2)顏色對(duì)障礙物識(shí)別準(zhǔn)確率的影響

為探究步行環(huán)境中障礙物顏色對(duì)識(shí)別能力的影響，針對(duì)每種光源條件下的每種材質(zhì)的黃色和藍(lán)色數(shù)據(jù)兩兩進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5 四種光源下相同材質(zhì)周邊視覺環(huán)境補(bǔ)償措施的顏色配對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表5的結(jié)果可以看出在識(shí)別閃光燈類的障礙物時(shí)，在MH-15LX，HPS-15LX和HPS-2LX光源條件下，黃色和藍(lán)色數(shù)據(jù)具有顯著性差異。結(jié)合表2的數(shù)據(jù)表明，在這三種光條件下，相較于黃色閃燈障礙物，識(shí)別藍(lán)色閃燈障礙物時(shí)的準(zhǔn)確率更好。在識(shí)別閃粉材質(zhì)的障礙物時(shí)，僅在HPS光源條件下黃色和藍(lán)色的識(shí)別準(zhǔn)確率具有顯著差異，且在識(shí)別黃色閃粉障礙物時(shí)準(zhǔn)確率更高。

在識(shí)別涂料材質(zhì)的障礙物時(shí)，在MH-15LX和HPS-15LX光源條件下，黃色和藍(lán)色的識(shí)別準(zhǔn)確率均值具有顯著性差異。在MH-15LX光源條件下，藍(lán)色涂料優(yōu)于黃色涂料。在HPS-15LX光源條件下，結(jié)果則相反。

(3)材質(zhì)對(duì)障礙物識(shí)別準(zhǔn)確率的影響

由圖7可知，不同警示材質(zhì)對(duì)低頭族的障礙物探測(cè)率影響不同，且在四種光環(huán)境條件下，閃燈的探測(cè)準(zhǔn)確率均明顯高于閃粉材質(zhì)和涂料材質(zhì)，識(shí)別準(zhǔn)確率均在0.8-0.9之間。閃粉和涂料材質(zhì)在每種照明條件下的障礙物識(shí)別準(zhǔn)確率差異不大。在四種照明條件下，閃燈的障礙物探測(cè)率基本保持在同一水平線，說(shuō)明低頭族在探測(cè)閃燈障礙物時(shí)，其周邊視覺識(shí)別能力不受到照度水平和光源S/P值的影響。在同種照度水平條件下，涂料和閃粉障礙物都隨著S/P值的提高其識(shí)別準(zhǔn)確率明顯提高。在同種光源類型條件下，涂料和閃粉障礙物隨著路面照度水平的提高其識(shí)別準(zhǔn)確率明顯提高。

圖7 三種類別周邊視覺環(huán)境補(bǔ)償措施改造后的障礙物識(shí)別平均準(zhǔn)確率

3.2 障礙物探測(cè)率影響因素分析

Townsend和Ashby提出反效率分?jǐn)?shù)公式(IES:Inverse Efficiency Score)將錯(cuò)誤率(PE:Proportion of Errors)和反應(yīng)時(shí)間(RT:Reaction Time)集成到一個(gè)指標(biāo)中，適當(dāng)權(quán)衡反應(yīng)速度和準(zhǔn)確性的影響來(lái)簡(jiǎn)化結(jié)果的解釋[26]。IES被認(rèn)為是一種可觀察的測(cè)量方法，測(cè)量在一段時(shí)間內(nèi)消耗的平均能量。它由RT除以PC(準(zhǔn)確率)組成，見公式(1)：

(1)

式中 PE——識(shí)別錯(cuò)誤率(方向識(shí)別錯(cuò)誤數(shù)值占有效選擇的百分比)；

PC——識(shí)別準(zhǔn)確率(方向識(shí)別正確數(shù)值占有效選擇的百分比)；

RT——反應(yīng)時(shí)間(s)；

當(dāng)IES值越低，說(shuō)明被試的周邊視覺反應(yīng)速度快，反應(yīng)能力強(qiáng)。

(1)光源對(duì)障礙物探測(cè)率的影響

選取統(tǒng)計(jì)平均值的方式統(tǒng)計(jì)24名被試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得4種照明環(huán)境下識(shí)別不同周邊視覺措施改造的障礙物的識(shí)別響應(yīng)時(shí)間，結(jié)果如表6所示。

表6 不同照度和S/P值下的識(shí)別響應(yīng)時(shí)間

根據(jù)反效率分?jǐn)?shù)公式計(jì)算24名被試的數(shù)據(jù)得到IES均值如表7所示：

表7 不同照度和S/P值下的IES均值

由表7可知，同一照度條件下，不同光源類型對(duì)障礙物探測(cè)率的影響不同。在15 lx條件下， MH燈下除黃色涂料外，其他材質(zhì)的IES值均低于HPS燈。說(shuō)明高照度條件下，“低頭族”對(duì)MH燈光環(huán)境中的障礙物反應(yīng)速度更快。但在2 lx條件下，在識(shí)別黃色閃燈，藍(lán)色閃粉和藍(lán)色涂料時(shí)，MH燈下的IES值低于HPS燈，表明在此種情況下反應(yīng)速度更快。

由表7可知，同一光源類型條件下，不同照度條件對(duì)障礙物探測(cè)率的影響不同。在兩種光源條件下，高照度(15 lx)的障礙物探測(cè)率IES均值明顯低于低照度(2 lx)，說(shuō)明在高照度時(shí)“低頭族”周邊視覺反應(yīng)速度快反應(yīng)速度更快。

(2)顏色對(duì)障礙物探測(cè)率的影響

就閃燈材質(zhì)的障礙物而言，根據(jù)表7可看出，藍(lán)色閃燈在四種燈光條件下的IES值均明顯低于于黃色閃燈，能得出結(jié)論：藍(lán)色比黃色更快引起“低頭族”周邊視覺注意力，這與障礙物準(zhǔn)確率數(shù)據(jù)分析結(jié)果一致。

就閃粉材質(zhì)的障礙物而言，根據(jù)表7可看出，在MH燈光條件下，高照度(15lx)時(shí)黃色和藍(lán)色的IES值相近，表明顏色對(duì)“低頭族”識(shí)別障礙物的能力沒有影響。但在低照度時(shí)，藍(lán)色的IES值偏低，識(shí)別能力更強(qiáng)。在HPS燈光條件下，黃色在高照度和低照度情況下的IES值均明顯低于藍(lán)色，且在低照度時(shí)更明顯，表明黃色閃粉在HPS燈光條件下更容易被識(shí)別。

就涂料材質(zhì)的障礙物而言，根據(jù)表7可看出，在MH燈光條件下，藍(lán)色的IES均值均比黃色的低，“低頭族”的周邊視覺反應(yīng)能力更強(qiáng)。但在HPS燈光條件下，結(jié)果相反。

綜上所述，閃粉材質(zhì)和涂料材質(zhì)情況下的結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃色在黃光環(huán)境下更容易識(shí)別，藍(lán)色在白光環(huán)境下更容易識(shí)別(但閃粉材質(zhì)中MH-15lx光環(huán)境下的黃藍(lán)顏色對(duì)識(shí)別能力沒有影響)。

(3)材質(zhì)對(duì)障礙物探測(cè)率的影響

根據(jù)表7可知，不同障礙物材質(zhì)對(duì)障礙物探測(cè)率的影響不同。將三類材質(zhì)得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行平均值計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在四種光環(huán)境條件下，閃燈的IES值均明顯低于閃粉材質(zhì)和涂料材質(zhì)，進(jìn)一步驗(yàn)證了閃燈的警示作用比閃粉和涂料強(qiáng)。且在四種照明環(huán)境下其IES均值近似在同一水平線上(0.6-0.7之間)(見圖8)，即閃燈的警示作用不受路面照度水平和光源類型的影響。閃粉和涂料材質(zhì)在每種照明條件下的IES均值相近，并且受光環(huán)境變化條件的影響：在同種照度水平條件下，涂料和閃粉障礙物都隨著S/P值的提高其識(shí)別能力明顯提高。在同種光源類型條件下，涂料和閃粉障礙物隨著路面照度水平的提高其識(shí)別能力明顯提高。所得結(jié)論與障礙物識(shí)別準(zhǔn)確率所得結(jié)果一致。

圖8 三種材質(zhì)周邊視覺環(huán)境措施改造后的IES均值

4 討論

本文針對(duì)“低頭族”的步行安全問題從不同的角度提出了多種多樣的補(bǔ)償措施，基于實(shí)驗(yàn)室“低頭族”步行模擬平臺(tái)，完成了不同照度、不同光源類型下對(duì)不同周邊視覺環(huán)境補(bǔ)償后的障礙物的視覺感知能力研究。結(jié)果表明，不同照度和光源類型(S/P值)下的障礙物識(shí)別的平均準(zhǔn)確率和IES值的結(jié)果均不同，照度水平、光源類型、材質(zhì)和顏色均對(duì)“低頭族”的視覺感知能力的確有顯著的影響。

照明光源方面 在同一光源類型條件下，高照度(15 lx)時(shí)“低頭族”的周邊視覺反應(yīng)能力優(yōu)于低照度(2 lx)水平(閃粉和涂料)；在同一照度條件下，高壓鈉燈(HPS：S/P=0.57)和金鹵燈(MH:S/P=1.77)的障礙物探測(cè)率只有在藍(lán)色閃粉和藍(lán)色涂料這兩種障礙物識(shí)別時(shí)有明顯的差異，且在金鹵燈下的準(zhǔn)確率更高。

文獻(xiàn)[27]使用實(shí)驗(yàn)室步行模擬法研究了光環(huán)境的視覺補(bǔ)償作用，研究發(fā)現(xiàn)光源、照度對(duì)周邊視覺障礙物探測(cè)能力有一定的影響，并發(fā)現(xiàn)光譜和照度等指標(biāo)對(duì)行人周邊視覺有補(bǔ)償作用，光源具有較高的照度和s/p值時(shí)，能夠提高行人探測(cè)障礙物能力。與本文結(jié)論一致，在探測(cè)率達(dá)到飽和前，應(yīng)適當(dāng)提高道路照度，提高“低頭族”安全性。

顏色方面 (1)閃燈材質(zhì)：藍(lán)色在4種燈光條件下的周邊視覺反應(yīng)能力均明顯高于黃色閃燈，實(shí)驗(yàn)過程中被試也表示發(fā)現(xiàn)藍(lán)色閃動(dòng)的物體更加吸視覺注意力。(2)閃粉材質(zhì)和涂料材質(zhì)情況下的結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃色在黃光環(huán)境下更容易識(shí)別，藍(lán)色在白光環(huán)境下更容易識(shí)別(但閃粉材質(zhì)中MH-15lx光環(huán)境下的黃藍(lán)顏色對(duì)識(shí)別能力沒有影響)。

文獻(xiàn)[28]使用半虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)法，利用一種新型的頭戴式虛擬互動(dòng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境(VIRE)評(píng)估“低頭族“分心對(duì)過路的影響。結(jié)果表明，安裝在馬路交叉口的閃爍和變色 LED 燈能夠有效提醒“低頭族”，緩解手機(jī)對(duì)行人分心的影響。文獻(xiàn)[29]研究了提醒裝置的圖案和顏色對(duì)行人視覺感知的影響，發(fā)現(xiàn)相比其他顏色，紅色和黃色對(duì)有視覺障礙的人來(lái)說(shuō)作為可探測(cè)警告顏色最具顯著性的效果，并提出高亮對(duì)比度更能夠有效提高行人警覺度。與本文相比，結(jié)論基本相似，可以在黑暗的人行道上(例如柏油路)，使用具有高反射率系數(shù)的淺色來(lái)形成鮮明對(duì)比，同時(shí)采用藍(lán)色閃爍燈光可以提高“低頭族”驚醒度。

材質(zhì)方面 通過比較閃燈、閃粉和涂料材質(zhì)的IES數(shù)據(jù)值發(fā)現(xiàn)閃燈的警示作用不受路面照度水平和光源類型的影響，在四種照明條件下“低頭族”的周邊視覺反應(yīng)能力均比閃粉和涂料強(qiáng)。但是閃粉和涂料材質(zhì)在每種照明條件下的IES均值幾乎相同，并且均受照明光源的影響；在同種照度水平條件下，涂料和閃粉障礙物都隨著S/P值的提高其識(shí)別準(zhǔn)確率明顯提高。在同種光源類型條件下，涂料和閃粉障礙物隨著路面照度水平的提高其識(shí)別準(zhǔn)確率明顯提高。

5 小結(jié)

本文研究了復(fù)雜步行環(huán)境下，行人過街多視覺任務(wù)時(shí)，“低頭族”對(duì)周邊視覺環(huán)境的感知影響，采取雙重認(rèn)知任務(wù)法和視覺心理實(shí)驗(yàn)法相結(jié)合的方法，在實(shí)驗(yàn)室條件下搭建“低頭族”步行模擬平臺(tái)，探究“低頭族”在不同照度和不同光源類型下對(duì)不同周邊視覺環(huán)境補(bǔ)償措施改造后的障礙物的視覺感知能力。不同照度和光源類型(S/P值)下的障礙物識(shí)別的平均準(zhǔn)確率和IES值的結(jié)果均顯示，照度水平、光源類型、材質(zhì)和顏色均對(duì)“低頭族”的視覺感知能力的確有顯著的影響。

在照度水平和光源類型方面，在同一光源類型條件下，高照度(15 lx)時(shí)“低頭族”的周邊視覺反應(yīng)能力優(yōu)于低照度(2 lx)水平(閃粉和涂料)。在同一照度條件下，高壓鈉燈(HPS：S/P=0.57)和金鹵燈(MH:S/P=1.77)的障礙物探測(cè)率只有在藍(lán)色閃粉和藍(lán)色涂料這兩種障礙物識(shí)別時(shí)有明顯的差異，且在金鹵燈下的準(zhǔn)確率更高。在顏色方面，藍(lán)色閃燈下的周邊視覺反應(yīng)能力均明顯高于黃色閃燈，閃粉材質(zhì)和涂料材質(zhì)則表現(xiàn)為黃色在黃光環(huán)境下更容易識(shí)別，藍(lán)色在白光環(huán)境下更容易識(shí)別(但閃粉材質(zhì)中MH-15lx光環(huán)境下的黃藍(lán)顏色對(duì)識(shí)別能力沒有影響)。在材質(zhì)方面 ，閃燈的警示作用最強(qiáng)，且不受路面照度水平和光源類型的影響。閃粉和涂料材質(zhì)則區(qū)別不大。研究結(jié)果為步行環(huán)境人因建設(shè)提供參考性建議。