脑电技术在游道景观差异性分析中的运用

李 轲，恭 忱

(中南林业科技大学旅游学院，长沙 410004)

脑电技术在游道景观差异性分析中的运用

李 轲，恭 忱

(中南林业科技大学旅游学院，长沙 410004)

利用NeuroSky公司基于EEG的脑机接口设备Mindwave，构建了一个用于评价游道景观质量的实验。通过对注意力值与问卷调查结果的综合分析，表明脑电数据能够客观真实地反应被测试人员对游道景观的审美感受，从而找出景区中的最佳游道，为森林公园的发展建设提供可靠依据。

脑电技术；游道；景观评价

引言

有关脑电的研究国内多集中于医学临床诊断方面，脑电技术对于旅游景观评价的研究尚处于起步阶段。每个人的脑细胞都含有一个巨大的电化复合体、功能强大的微数据处理和传递系统，脑电是大脑活动时神经细胞中离子的运动产生的电流，大脑中大约有150亿的脑细胞不断释放着微电流，旅游者在景区中观赏到不同的景观时，获得不同的审美感受，对应的大脑电流活动形态各异，有慢有快，产生各种频率的脑电波。运用相关的设备，测量和记录旅游者在游览时大脑活动所产生的微电流数据，直观了解旅游者对游道景观质量的感受。

1 研究方法与对象

研究对象是张家界国家森林公园。游览线路选择金鞭溪、黄石寨和袁家界三条受旅游者青睐的游览线。

每次邀请十名不同专业的在校大学生充当被测试人员。为保证数据的可比性，要求被测试者在参加实验前，避免饮用烟酒、咖啡、茶等易引起大脑中枢神经兴奋的食物，同时不进行剧烈的运动。

利用NeuroSky公司基于EEG的脑机接口设备Mindwave，以及编写的相应软件，智能手机为脑电数据收集终端。被测试者头戴脑机接口设备Mindwave，游览过程中的脑电数据用智能手机记载下来，获得一组原始基础数据。组织被测试者在为期一月的时间内对每条游道进行十六次的游览，取得足够的基础数据。然后运用SPSS19.0软件对调查数据进行分析和统计，了解旅游者对游道景观质量的直观感受。

2 脑电技术

2.1 脑电波发生原理

人的脑电信号通过一定规律反应在人的大脑皮层和大脑头皮表层上，可以通过探测电极来采集并用脑电设备提取和分析[1]。快速傅里叶变换是研究脑波信号组成的常用方法，快速傅里叶变换可以将信号从时间域转换成频域，这样人们就能观察得到脑波频率的分布。脑波的频率分布会因电极的位置、精神状态及情绪状态而变化，由于内在的精神状态和外部刺激不同，脑电波的频域幅度变化很大。

2.2 脑电波状态

脑电波可以认为是人类进行思维活动时所产生的生物电信号，不同的神经活动产生不同的脑波模式，不同的脑波模式发出不同频率的脑电波，从而表现为不同的大脑状态。学界公认的脑电波有四种主要状态，神经科学界将脑电波的频率分成γ波、β波、α波、θ波和δ波五个主要的类别[2]

利用NeuroSky公司基于EEG的脑机接口设备Mindwave，记录下游览过程中被测试者不同频率的脑波信号，收集被测试旅游者的脑电数据，通过分析相关数据，找出景区内最佳的游道。

2.3 国内外有关脑电的研究

国内多集中于医学方面临床诊断，如脑电技术在临床麻醉学中的运用，以及在急性脑血管病中的运用等[3-5]。

近年来也开始在一些其他领域进行运用，如李君羡等[6]以脑电波为指标研究驾驶过程中最可能出现的疲劳时间，基于驾驶过程中最可能出现疲劳的时间，提出避免驾驶疲劳的建议；吕佳等[7]利用脑电分析将视觉情绪进行心理量化，即对实时脑电波进行分析，探讨人体心理情绪维度同生理事件相关电位反映的交互关系，综合评价服装款式诱发的审美情绪。

日本学者武田雄、渡边恒夫等[8-9]将脑电技术运用于绿地的视觉心理效果的研究，在观赏盛开的樱花时实时的脑电测试显示出交感神经系活动占优势，在观赏绿色的杉林时实时的脑电测试显示出副交感神经系活动占优势，观赏绿地可以给人们带来愉悦的感受。

3 脑电测试

3.1 实验景区概况

张家界国家森林公园以石英砂岩峰林地貌为主，其境内多高山峡谷，山势陡峭，旅游者在景区内的游览主要沿着游道展开。主要游览线路有金鞭溪、黄石寨、琵琶溪、袁家界、鹞子寨。根据时间以及线路安排，选择将黄石寨、金鞭溪和袁家界游道作为采集数据的地点。

3.2 实验线路

黄石寨游道可分为小环游道和大环游道，小环游道是五指峰与前门湾之间通向雾海金龟的游道与六奇阁组成的环线，大环游道包括了前花园、天桥遗墩、天然壁画等景点的环线。本次线路选择由小环游道和大环游道的外围线路组成的环寨游道，总长3100m。

金鞭溪游览线路是从大氧吧广场开始，途径母子峰、金鞭岩、双龟探海、紫草潭、千里相会等景点，终点在水绕四门，其中千里相会附近有袁家界上山游道乱窜坡的出入口。本次线路选择从大氧吧广场过来的第一个景点藤缠树开始，终点设置在千里相会，总长3020m。

袁家界游览线路从迷魂台停车场开始，途径小洞天、哈利路亚山、天下第一桥等景点。本次路线选择从迷魂台停车场开始，终点设置在天下第一桥停车场，总长1570m。

3.3 试验方法

为简化分析，编写了以手机为脑电数据收集终端的软件，用手机记录被测试者观赏时的脑电数值变化，通过该过程将不同的脑电波频率转换为相应的注意力值，数值的设定范围是1～100，数值越大，表示兴奋度越高。每组测试人数设定为10人，测试人员沿所选游道顺序游览，观赏景点逐一进行测试。单个景点的有效数据采集时间约20～30s。整条游道的实时测试数据储存在随身携带的智能手机中，以便统计分析。

3.4 数据分析

3.4.1 单组脑电数据分析

黄石寨游道组织被测试人员游览，按照一组十人次，共组织16次游览测试，得到黄石寨游道有效实验数据160组。取其中一组数据通过Excel分析并制作成图表，如图1。

图1 黄石寨游道脑电数据

3.4.2 多组脑电数据分析

因单组数据是由单个被测试人员测量所得，存在一定的个体之间差异，为了消除差异得到一个客观的数据，利用SPSS19.0软件对160组数据进行统计分析，每个游道所包含的景点取其注意力均值，求得黄石寨、金鞭溪和袁家界游道的脑电测试值，如表1～表3。

3.4.3 问卷数据分析

为了与脑电实验数据的分析结果进行参照对比，脑电测试的同时进行了问卷调查。用160份问卷调查，对测试的黄石寨游道、金鞭溪游道和袁家界游道途经的景点进行评分，分值为0～5分，所有问卷取得的数据利用SPSS19.0软件进行统计分析，结果见表1～表3。

表1 黄石寨游道景点分析景点名称景点代码脑电测试值问卷调查值均值标准误标准差均值标准误标准差双门迎宾A151 310 29517 8303 050 0850 934中药园A248 880 31618 7653 080 0760 829五指峰A347 540 29117 3163 620 0860 945情人峰A451 340 29617 6833 530 0830 907天然壁画A549 870 30918 1123 500 0880 956回音壁A650 500 31118 2393 820 0830 907玉瓶峰A751 120 32719 1393 020 0790 869九重壁A851 410 33218 3573 420 0911 001前花园A962 090 38321 6304 380 0810 889黄石松A1050 760 30117 4723 560 0880 960石英砂岩A1150 170 33119 4123 250 0770 836凌空栈道A1252 470 30017 0253 630 0931 020弥勒宫A1348 170 34419 9852 910 0900 987黑枞垴A1452 140 29216 973 270 0931 019天桥遗墩A1552 150 31918 5063 410 0991 088飞云洞A1648 850 28817 3462 890 0840 915海螺峰A1750 120 26616 1063 420 0931 017仙女献花A1851 910 29117 0463 440 0880 968雾海金龟A1951 150 28016 1783 700 0860 940猴帅点兵A2049 920 30417 9703 140 0931 023

表2 金鞭溪游道景点分析景点名称景点代码脑电测试值问卷调查值均值标准误标准差均值标准误标准差藤缠树B154 270 30717 7243 10 0790 864龙虾花B249 720 29517 4633 090 0740 810健康步道B349 570 26215 9743 590 1021 119索桥B451 810 32718 6473 330 0850 929母子峰B551 010 29116 7353 260 0760 835猪八戒B650 540 27316 3763 360 0910 994木质栈道B761 320 33220 3043 570 0941 027金鞭岩B853 030 29617 5004 560 0470 515西游记B951 420 26315 8803 670 0860 947劈山救母B1049 820 28117 5033 430 0880 968蜡烛峰B1153 010 26816 9613 310 0800 877长寿泉B1249 240 28517 8434 180 0750 820根劈B1352 330 27717 3413 200 0720 784双龟探溪B1448 210 27016 8893 380 2592 841交错层理B1548 620 27317 2403 160 0650 710秀才藏书B1647 470 27116 9923 260 0720 794文星岩B1749 130 27916 8113 300 0800 875紫草潭B1852 750 27016 3613 430 0951 042千里相会B1945 210 02518 5353 300 0750 826

表3 袁家界游道景点分析景点名称景点代码脑电测试值问卷调查值均值标准误标准差均值标准误标准差迷魂台C152 700 29518 1433 510 0870 916石峰山林C250 930 28117 3783 360 0981 029小洞天C352 070 24515 1433 090 0850 894哈利路亚山C453 210 25716 1204 070 0900 945栈道C552 120 25715 8473 150 0750 788九天悬梯C651 520 35921 3353 610 1101 158流水切割C750 250 25916 3613 090 1061 113乌龟池C849 440 29218 1163 610 1021 067天下第一桥C965 630 42424 8644 620 0520 542走第一桥C1053 120 25015 2803 930 0750 786攀爬绝壁C1149 620 28817 6813 240 0961 004猿人望月C1252 100 29917 8223 150 1051 102

3.5 对比分析

因为游道景观测试的脑电值范围是1～100之间，而问卷调查设计的评分标准是1～5分，所以先将两类数据分别进行相应的统计分析，然后再将两类数据逐一进行归一化分析，使得两类数据能够进行对比。为了便于比较，将同一游道经归一分析的脑电数据和问卷数据用折线图表示，详见图2～图4。

图2 黄石寨游道对比图

图3 金鞭溪游道对比图

图4 袁家界游道对比图

4 结果与分析

4.1 脑电技术可有效地运用于游道景观评价

依据图2可看出，黄石寨游道所有景点中被测试人员脑电波的峰值出现和问卷数据统计结果所得数据进行对比，两者的走势一致，最高峰值均出现在前花园(0.8760)，次高点出现在回音壁(0.7640)，再其次是雾海金龟(0.7400)。

依据图3可知，金鞭溪游道所有景点中被测试人员脑电波的最高峰值出现在金鞭岩(0.7303)，次高点出现在木质栈道(0.6132)，再其次是长寿泉(0.5924)；而将问卷数据统计结果的所得数据与脑电波分析后所得数据进行对比，发现两者的最高峰值出现地点一致，而次高点和第三设点峰值出现的地点不一致，分别是在长寿泉(0.8360)和西游记(0.7340)。出现次高点和第三高点峰值位置的差异可能因为木质栈道凌空架设在溪流之上，对被测试人员产生了更加直观的影响，让其觉得心旷神怡，所以其脑电反应的次高峰出现在木质栈道这一景点；而问卷数据里西游记这个景点的评分高，更多的是旅游者对《西游记》中的故事相对熟悉，而景观与《西游记》中的人物有一定的相似度，让旅游者产生审美联想，在观赏类似于西游记人物造型的石峰时，其审美体验不仅是对观赏对象的直接简单的感受，而且还间接地、深入地感受到所包含的文化内涵，使审美的感受更加丰富，从而使这一景点的评分高于其他同类景点。

依据图4可知，袁家界游道所有景点中被测试人员脑电波的峰值出现和根据问卷调查统计结果所得数据进行对比，两者的走势一致，最高峰值均出现在天下第一桥(0.9240)，次高点出现在哈利路亚山(0.8140)，再其次是九天悬梯(0.7220)。

综上所述，脑电数据能够客观有效的反应出旅游者在观赏游道景观之间的差异性，

4.2 脑电数据可运用于游道景观的差异分析

通过对三条游道中前三项峰值大小的对比发现，金鞭溪游道中三个脑电波的峰值是同比中最大的，由此可判断金鞭溪游道是张家界国家森林公园中最佳的游道。

金鞭溪游道能够成为最佳游道有其缘由。金鞭溪的涓涓水流萦绕迂回，与两岸耸立的峰林构成山水相映的佳境，溪水的流动、跌宕、声响带来动态的听觉美；其次两岸的峡谷有一定的水平深度和开合度，随着旅游者观赏时视线的阻隔与开放、道路的曲折及明暗交替等空间系列的变化，使金鞭溪游道沿线的景观结构层次丰富、景色多变，旅游者步移景异，获得愉悦的审美感受。

5 结论与讨论

从以上的实验结果可知：旅游者在旅游景区游览时其审美感受可以利用脑电设备将其实时的脑电数据测试记录下来，对所获得的数据进行研究，将各游道的脑电数据进行差异化分析，通过心理与生理的结合方式将旅游者的审美情绪量化处理，从而寻找出景区中最具游览价值的最佳游道，为森林公园的持续发展建设提供理论依据。脑电技术的应用为旅游景观评价提供一种全新研究方法。

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ApplicationofBrain-ComputerInterfaceinEvaluationofTrail’slandscape

LI Ke，GONG Chen

(College of Tourism，Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，Hunan，China)

We built an experiment to evaluate the trail landscape，based on the NeuroSky’s EEG based brain-computer interface equipment Mindwave. The comprehensive analysis between EEG signals and surveys showed that EEG signals could objectively reflect the real tested people’s aesthetic feeling of trail landscape，So we can apply this technology on searching for the best trail of the scenic area，and provide the reliable basis for the development and construction of forest parks.

BCI；trail；landscape evaluation

2015—04—14

2015—04—27

李轲(1988—)，男，湖南张家界人，研究生，研究方向：公园管理。

Q 427;S 788.2

A

1003—6075(2015)01—0034—05

10.16166/j.cnki.cn43—1095.2015.02.009