城市道路驾驶员视觉特性研究

刘静+赵亮+鞠云杰

[摘 要]我国城市化进程的不断加快，城市道路交通日趋繁忙，城市汽车的急剧增加，改善城市道路交通安全状况成为亟需解决的问题。驾驶员是道路交通系统中引发交通事故的首要因素，而駕驶员获取交通信息的主要途径是视觉。

[关键词]城市道路，汽车驾驶员，视觉特性

中图分类号：U491.254 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0339-01

1 研究背景及现状概述

1.1 研究背景

近年来，随着我国社会经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，城市化进程不断加快，城市道路交通日趋繁忙，由交通运输事业迅猛发展和汽车数量急剧增加引起的城市交通安全问题日益严重，我国每年约发生16万起城市交通事故。

1.2 国内外研究现状

20世纪80年，目的主要是为了能够对于检测驾驶人的驾驶行为起到规范的作用，开发相应的检测系统，并且部分已经应用到实际生活中。截止目前，发展到应用计算机技术，建立虚拟交通环境，来测试注视者眼球运动。

国外开展了较多虚拟场景中动态视觉特性的研究，随着研究的不断深入及对驾驶安全性影响较小的仪器的出现，并逐渐开始开展在真实交通环境领域的研究。如在弯道上和直道上进行试车实验，对职业驾驶员及非职业驾驶员的视觉感知行为进行了研究。

2 驾驶员视觉特性研究理论基础

2.1 视觉特性的生理学基础

眼睛是由视网膜和折光系统等部分组成，它是引起是视觉的外周感受器官。通过研究驾驶员动态视觉特性，可以揭示动态视觉特性与交通事故的关系，使驾驶员掌握动态视觉特征及其变化规律，对于减少交通事故，提高道路安全性意义较大。

2.2 眼动的基本形式及基本规律

一般来说，眼动的基本形式包括注视、眼跳、追随运动和眨眼四部分。

在汽车驾驶员行车的过程中，绝大多数驾驶员的眼动幅度小于6度，眼球固定在固定物上的持续时间为100～350msec，驾驶员90%的眼球定位于视中心4度左右的视觉范围内。新驾驶员的视觉搜索是混乱一段时间后渐平稳，交替地注视远处和近处，具有一定的规律性，老驾驶员始终有规律的搜索。

2.3 认知负荷与视觉注意模式

驾驶工作负荷是指驾驶员在道路上驾驶车辆时，道路、交通和交通环境对驾驶员施加的工作任务和频率而产生的在精神压力下的支撑工作的信息处理能力，主要是指驾驶员的认知负荷。

注意的能量分配模型又称注意资源理论，即人的认知资源或者能量是有限的。为了识别一个刺激，就需要占用认知资源，刺激越复杂，所需要的资源就越多。如果同时出现多种刺激，资源可能会很快消耗殆尽。

2.4 视觉搜索表征参数

（1）注视表征参数

注视行为的表征参数主要有注视点坐标、注视点数目以及注视持续时间，由这三个参数可以衍生出其他相关表征参数。

（2）扫视表征参数

扫视就是发生在两次注视间眼球运动的过程，其主要的表征参数有扫视幅度、扫视速度以及扫视持续时间。

（3）其他表征参数

在驾驶员视觉特性的研究中，除了上述注视行为和扫视行为的表征参数外，也常用到瞳孔大小、眨眼频率以及眼脸闭合度。

2.5 驾驶人疲劳的界定和影响因素

疲劳是人体技能下降的复杂生理表现。一般而言，疲劳指长时间连续从事相同的超负荷的工作，引起的人的身体及精神状况不佳，进而导致工作能力与效率的下降。驾驶人疲劳的形成原因，可分为原始疲劳、驾驶疲劳和疲劳累积。驾驶人疲劳的形成受自身因素及道路交通环境的影响。

3 实验仪器与设计

3.1 实验仪器

HED头盔式眼动仪包括头盔和记录分析计算机。头盔上装有红外光源、半反半透镜、景物摄像头和红外线摄像头。可记录受试者观看真实景物的时候的注视位置。

3.2 汽车驾驶模拟平台

利用汽车驾驶模拟器可以开展多项道路交通安全的科学实验。目前，国内外主要运用汽车驾驶模拟器开展驾驶疲劳道路安全性评价、驾驶分身、安全辅助驾驶产品评价等方面的驾驶人实验研究。

3.3 实验设计思路

本实验进对驾驶员经验这一要素进行实验，分别在城市道路交通环境中直线路段、弯道路段对新驾驶员和熟练驾驶员驾驶车辆时的视觉特性进行对比，寻找其视觉搜索策略的差异，并提出积极合理的对策。通过研究驾驶员疲劳驾驶时瞳孔面积变化情况，分析其在不同路段的变化趋势，寻找变化规律，从而减少交通事故，提高城市道路安全性。

4 驾驶员视觉特性研究实验过程及数据分析

4.1 实验对象

本实验采用虚拟环境下模拟驾驶，经组织，小组人员进行了新老驾驶员视觉特性研究实验。

4.2 主要实验设备

眼动仪、驾驶模拟器、投影仪、屏幕、校准木板。

4.3 实验步骤

（1）被测试者熟悉车辆：适应测试车辆的特点，消除被测试者的紧张心理，提高实验数据的可靠性；

（2）眼动仪的佩戴与调试：佩戴眼动仪，并连接到电脑上，调节眼睛成像，对眼动仪进行校准；

（3）选择实验场景：城市道路、晴天、白天、车流量多；

（4）开始数据记录及录像；

（5）终止数据记录及录像；

（6）实验数据保存；

（7）数据检查；

（8）更换驾驶员进行测试。

4.4 实验注意事项

（1）实验前，被测试者不得饮酒、不得服用刺激性药物；

（2）实验过程中，创造安静环境；

（3）实验过程中，不与被测试者交谈；

（4）实验过程中，相关人员不做与实验无关的事。

4.5 实验数据分析

通过分析模拟城市道路非熟练驾驶员和熟练驾驶员在直线路段及弯道路段的注视持续时间，可以得出如下结论：

①非熟练驾驶员和熟练驾驶员的注视持续时间分布范围在0～1000msec内，且分布不均；注视持续时间主要都是分布在0～100msec，表明无论是熟练驾驶员还是非熟练驾驶员，在驾驶车辆的过程中，都是以眼球的扫视运动为主，而不是注视运动。

②非熟练驾驶员比熟练驾驶员注视持续时间的分布范围要大，这表明，熟练驾驶员在进行正常的视觉观察过程中，不需要特别地延长观察时间就可以接收必要信息。

③熟练驾驶员在0～100msec扫视时间段与眼动总时间的比值略高于非熟练驾驶员，这表明，熟练驾驶员在进行正常的视觉观察过程中，视觉搜索中注视运动要比非熟练驾驶员少。

通过研究驾驶员瞳孔面积变化规律，发现：

①驾驶员在弯道路段的瞳孔面积普遍大于直线路段瞳孔面积，瞳孔放大则表明驾驶员的心理及生理负荷较大。

②驾驶员在长直线路段驾驶车辆的过程中，随着驾驶时间的推移，瞳孔面积有逐渐减小的趋势。

通过研究驾驶员的眨眼频率，得出如下结论：随着被测试者疲劳程度的逐渐加深，其眨眼持续时间也在逐渐延长。

参考文献

[1]中国国家统计数据库http：//data.stats.gov.cn/index.

[2]赵中利，驾驶员交通肇事行为原因及预防[J]，济南交通高等专科学校学报，1996.9.

[3]李作敏，交通工程学（第二版）[M]北京：人民交通出版社，2000.

[6]闫国利，张仙峰，田宏杰，汽车驾驶行为的眼动研究[J]，心理科学，2005，28（5）：1211-1212.