基于注视行为的交通标志视认性影响研究

陈国云

(福州市交通建设集团有限公司 福建福州 350002)

引 言

交通标志是一种以图形、文字和符号向驾驶员传递信息的载体[1]。目前，已有研究更多局限在标志外观尺寸、颜色搭配及设施结构、材料等方面，较少从驾驶员本身的视觉特性出发去研究交通标志的视认性。已有的交通标志视认性研究主要以指路标志为研究对象，对禁令、警告、指示标志研究不足;随着大量新手驾驶员上路，交通标志设计应充分考虑非熟练驾驶员的视觉要求，以减少交通事故的发生。针对上述问题，本研究从驾驶员注视行为的角度出发，以闽清125线为仿真道路环境进行模拟驾驶试验，获得不同熟练程度驾驶员视认交通标志的平均注视次数和注视时间，探讨不同控制条件下驾驶员视认交通标志的视觉变化特性。

1 试验方案设计

闽清125县道具有多样性，125县道白樟池埔至白中攸太段设计等级为二级公路;上莲至长庆段设计等级为三级公路;白中攸太至池园宝新段设计等级为二级公路，不同设计时速使试验方案结果具有对比性。

1.1 试验人员

本次试验共选取34名男性驾驶员作为试验对象。所有被试均持有有效驾照，校正视力正常且无精神类疾病史。根据驾龄将被试分类，其中非熟练驾驶员17人(驾龄≤3年)，熟练驾驶员17人(驾龄≥3年)。由于实验仪器记录故障，分别有2名非熟练驾驶员和2名熟练驾驶员的数据丢失，最终确定有效被试非熟练驾驶员15名，熟练驾驶员15名。

图1 注视次数、注视时间频次分析

图2 不同车速条件下各类型交通标志的注视次数分析

1.2 试验条件

驾驶员佩戴眼动仪在仿真道路环境下进行模拟驾驶试验。试验路段设置有11个注意十字交叉口和2个注意学校儿童警告标志、2个减速让行禁令标志、4个人行横道线指示标志以及3个指路标志。

1.3 试验流程

要求驾驶员按照自己的驾驶习惯自由驾驶，分别按照时速 20km/h、40km/h、60km/h、80km/h 进行模拟驾驶试验;驾驶过程中令驾驶员视认不同类型交通标志，并通过FaceLAB眼动仪记录驾驶员视认交通标志的注视行为特征;每位被试试验前均对眼动仪进行重新标定。

1.4 获取变量[2]

注视点次数与驾驶员所需要处理标志信息的数目有关系，反映了视觉区域中兴趣点的数目，并且信息比例高的区域产生的注视频率也很高。

注视时间是指在注视时视轴中心位置保持不变的持续时间，以毫秒计。注视时间代表处理与危险相关的信息所花费的时间，反映提取信息的难易程度。

本实验需获取的眼动数据变量为驾驶员对交通标志的注视次数和注视时间。

2 试验数据分析[3～7]

2.1 驾驶员对交通标志的注视行为特征分析

(1)注视频次分析

通过对驾驶员在仿真模拟交通环境中的注视数据分析发现，有99%的注视次数在2.1次以下，考虑到仪器误差，剔除大于2.1次的注视次数数据;有99%的注视次数在3000ms以下，考虑到仪器误差，剔除大于3000ms的注视次数数据。对所有被试驾驶员注视次数、注视时间数据进行分区段统计分析。

由图1可知，驾驶员在仿真模拟交通环境中的注视次数分布可以分成4个区域，说明注视次数可能与4种交通标志类型(警告标志、禁令标志、指示标志、指路标志)存在某种对应关系。

驾驶员在仿真模拟交通环境中的注视时间主要集中在500－1200ms区域，1500－2700ms区域所占比例较小，这说明驾驶员对大部分交通标志视认的注视时间较为一致，而对某种交通标志视认时间较长。

2.2 车速及交通标志类型对注视行为影响

(1)对注视次数影响

图3 不同车速条件下各类型交通标志的注视时间分析

图4 不同车速条件下不同熟练程度驾驶员的注视次数分析

由(图2)可知，当车速相同时，非熟练驾驶员和熟练驾驶员对不同类型的交通标志的视认性变化规律一致，对指示标志的注视次数较少，对警告、禁令及指路标志的注视次数较多。当车速为20km/h和40km/h时，非熟练驾驶员和熟练驾驶员对不同类型交通标志的注视次数变化规律基本一致;当车速为60km/h和80km/h时，非熟练驾驶员和熟练驾驶员对指示标志的注视次数明显变少。

研究表明，当车速变化时，驾驶员对车外环境的判断能力会发生变化。驾驶员的动视力随着车速的变化而变化。当车辆以60km/h的速度行驶时，驾驶员可看清前方240m处的交通标志，当车速提高到80km/h时，则连160m处的交通标志都看不清楚。随着车速的增加，驾驶员的视力不断下降，有效视野变狭窄，注视点远移，驾驶员的视认性会有所下降，对交通标志的理解也会下降。

图5 不同车速条件下不同熟练程度驾驶员的注视时间分析

不同类型的交通标志中，指示标志内容简单，可读性最好，因此驾驶员在视认指示标志时，注视次数较其他三类标志要低。而警告、禁令及指路标志在车速较小时的注视次数均高于1.5次，车速较高时的注视次数均高于1次。这是因为警告和禁令标志向驾驶员传递危险、警告、禁止等信息，颜色醒目，指路标志则是包含了文字信息，较复杂，驾驶员在完成这些标志的视认时常发生二次注视，所需的次数比较高。

(2)对注视时间影响

由(图3)可得，车速对驾驶员视认不同类型交通标志所用的注视时间的影响较小。非熟练驾驶员和熟练驾驶员均对指路标志的注视时间较大，其次是警告及禁令标志，对指示标志的注视时间最小。

警告及禁令标志相较于指示标志而言，更能引起驾驶员注意，注视时间略高;但较指路标志明显降低，约为指路标志注视时间的50%。主要是因为警告及禁令标志通过图案、颜色、形状向驾驶员传递信息，能够快速的被识别，而指路标志包含大量的文字信息，因而驾驶员完成对指路标志的理解过程所需时间较其他三类交通标志高。

2.3 驾驶熟练程度对注视行为影响

(1)对注视次数影响

由(图4)可知，随着车速的增加，非熟练驾驶员和熟练驾驶员对不同交通标志的注视次数不断减小。而熟练驾驶员对不同类型交通标志的注视次数均高于非熟练驾驶员。

非熟练驾驶员较年轻，在反应速度等各项生理指标上优于熟练驾驶员，同时也因为驾驶经验较少，注意力更多的是放在驾驶车辆、注视道路及周边交通流状况上，较少注意观察交通标志。而熟练驾驶员更注重交通安全，对不同类型的交通标志的注视次数均高于非熟练驾驶员;又因驾驶经验丰富，视认速度较快，对指路标志的注视次数较非熟练驾驶员少。

(2)对注视时间影响

由(图5)可知，车速对驾驶员视认不同类型交通标志所用的注视时间影响较小，基本保持不变。熟练驾驶员对各类型交通标志的注视时间较非熟练驾驶员少。

国外学者通过研究发现，驾驶员对信息的需求对他们的视觉搜索特性有着非常显著的影响，当驾驶员对周边的道路交通状况非常陌生且驾驶经验不足时，他们会更主动地去搜索道路交通信息，以减少自己对周边道路交通环境的不确定。对驾驶员而言，交通标志是提供交通信息的载体。驾驶员驾驶经验越足，对道路沿线交通标志的注视时间会随着熟练程度的增加而降低，甚至发生个别驾驶员没有注视某些交通标志的情况。因此，熟练驾驶员对各类交通标志的注视时间较非熟练驾驶员少。

2.4 车速、交通标志类型、熟练程度的方差分析

(1)车速对注视行为的方差分析

运用SPSS分别对车速－注视次数、车速－注视时间进行单因素方差分析及多重比较检验，分析结果如(表1、2)所示。

表1 车速对注视次数、注视时间的方差分析表

从表1可知，车速对注视次数的显著性P＜0.001，车速对注视时间的显著性P=0.792，即在5%的显著水平下，车辆速度的变化对驾驶员的注视次数有显著影响，而对注视持续时间没有显著影响。

表2 车速对注视次数、注视时间的多重比较检验表

通过(表2)可以发现，在车速20km/h与40km/h条件下，二者的注视次数不具有显著性差异，而与60km/h、80km/h均具有显著性差异。这说明在较低车速的情况下，注视次数变化不大，当行驶到较高车速时，注视次数产生较大变化。无论车速高低，均对注视时间无较大的影响，进一步证明了方差分析的结论。

(2)交通标志类型对注视行为的方差分析

运用SPSS分别对交通标志类型－注视次数、交通标志类型－注视时间进行单因素方差分析及多重比较分析，分析结果如(表3、4)所示。

表3 交通标志类型对注视次数、注视时间的方差分析表

从(表3)可知，交通标志类型对注视次数、注视时间显著性均小于0.001，即在5%显著性水平下，不同类型的交通标志对注视次数、注视时间具有显著影响。

表4 标志类型对注视次数、注视时间的多重比较检验表

通过(表4)可以发现，指示标志的注视次数与其他三种标志均具有显著差异，而其他三种标志两两之间差异不大;警告标志和禁令标志的注视时间差异不显著，而与指示标志、指路标志具有显著性差异。

(3)熟练程度对注视行为的方差分析

运用SPSS分别对熟练程度－注视次数、熟练程度－注视时间进行单因素方差分析，分析结果如(表5)。

表5 熟练程度对注视次数、注视时间的方差分析表

从(表5)可知，熟练程度对注视次数显著性小于0.001，对注视时间显著性为0.004，即在5%显著性水平下，熟练程度差异对注视次数、注视时间具有显著影响。

4 结论

本试验通过眼动仪获取驾驶员的视线停留变化情况，通过分析驾驶员在不同控制条件下的眼睛的注视点数、注视点分布以及注视时间等数据，研究驾驶员对指定路段上不同类型交通标志的视认特性。

研究发现:交通标志类型及驾驶熟练程度对注视行为有显著影响，而车速仅对驾驶员的注视次数有显著影响，对注视持续时间无显著影响;驾驶员在指示标志上的平均注视次数和平均注视时间最低，指路标志最高，警告和禁令标志则介于二者之间;各类型交通标志的视认性参数较稳定，可根据其参数值推测交通标志类型。熟练驾驶员对不同标志的平均注视次数要高于非熟练驾驶员，注视时间则明显低于非熟练驾驶员。低速行驶时，注视次数变化不大，高速行驶时，注视次数变化较大。

[1]李作敏，杜颖.交通工程学[M].北京:人民交通出版社，2000.

[2]方鼎.汽车驾驶员动态视认性的试验研究[D].长安大学.2005.

[3]张建峰.汽车驾驶员动态视觉对感知－决策－校正模式的影响研究[D].长安大学.2004.

[4]Brewer，A.(2000).Road rage:what，who，when，where and how?.Transport Reviews，20(1)，49 －64.

[5]Ulleberg，P.，2002a.Influencing Subgroups of Young Drivers and their Passengers:Motivational Influences of Personality Traits on Risk － taking Attitudes and Driving Behavior.Transport anomie institute，Oslo.

[6]Brehmer B.Variable errors set a limit to adaptation.Ergonomics，1990，33:1231 ～1240.

[7]武睿.基于驾驶员眼部运动特征的交通标志视认性研究[D].东南大学，2008.