景区与城市道路环境下驾驶人眼动特性差异性分析

潘义勇，丁 袁，陈 璐

(南京林业大学 汽车与交通工程学院，江苏 南京 210037)

0 引 言

随着我国经济快速发展，旅游需求逐年增加，景区作为旅游活动的重要环境，正面临交通方面的许多压力。景区这种特殊的交通环境在道路与交通特性方面与普通城市道路有很大差异，且各项交通设施设计没有明确独立的规范，大部分仍沿用公路标准，尽管这些标准并不一定完全适用于景区。驾驶人是道路环境中的主要对象，研究驾驶人在景区与城市道路环境下眼动特性差异，探寻其在景区环境中眼动行为的特殊性，对确立独立的景区交通设施设计规范有很大帮助。

国内外学者对此进行了深入研究。尚婷等[1]通过驾驶人的室内仿真试验，采用瞳孔面积变化率评价公路视错觉减速标线的横向宽度。马勇等[2]认为在交通环境相对简单道路上，驾驶人注视较远且平均注视时间较短；在复杂多变道路上，驾驶人注视较近且时间较长。袁伟等[3]研究了城市道路环境中驾驶人眼动行为特征，分析了单次注视时间、扫视幅度等5个主要表征参数。齐博[4]进行了普通公路与城市道路驾驶员眼动特性对比分析。郭应时[5]研究了交通环境及驾驶经验对驾驶员眼动和工作负荷的影响，得出在相同交通环境中非熟练驾驶员表现出更高工作负荷的结论。刘浪等[6]对驾驶员通过山区双车道公路交叉口的视认性进行实车试验，根据实验数据，建立停车视距计算模型。M.H.MARTENS等[7]对比分析了观看录像进行模拟驾驶与在真实道路进行实际驾驶时驾驶人眼动行为的差异性。T.DARJA等[8]运用眼动追踪技术，研究了驾驶人对路边交通标志与广告牌的觉察性。A.BOROWSHY等[9]的研究表明：年轻且没有经验的驾驶人与经验丰富的驾驶人相比，其对危险预见能力更为缺乏。

综上所述，国内外关于驾驶人眼动特性的研究大都侧重于驾驶人自身特性与外部环境两方面，没有考虑特定道路环境对驾驶人眼动特性的影响。笔者从景区和城市道路环境差异性出发，并运用眼动仪在景区道路与城市道路环境下对驾驶人眼动特性进行对比实验，分析了驾驶人在两种交通环境下眼动特性的差异性。

1 景区与城市道路环境特性

1.1 道路环境

文中景区是指山地自然风景区，其部分位于城市边缘郊区，部分位于城市内部，内部道路类型主要为公路。景区道路可分为主干路、次干路、园路与穿过景区的道路[10]。文中景区道路主要指盘山段的主干路，它是景区重要骨架，承担着景区环境的主要交通流。

1.2 特性调研

笔者通过调研景区和城市道路环境在交通与道路特性方面的差异性，为眼动分析提供依据。

1.2.1 交通特性

城市道路交通组成复杂，各种交通方式相互组合，不同等级道路的交通组成也不尽相同。景区道路交通组成较城市道路简单，主要由小汽车、大中客车等组成，少有非机动车与行人。景区主要是为旅游者服务，而城市道路是为城市居民的日常生活出行服务，其服务对象范围不同，故景区交通量较小，而城市道路交通量较大。

景区地形条件复杂，路况条件不定，车速较低。景区内交通量较小，其车速也不会过低，一般为40 km/h[10]；城市道路车速则较快。设计车速上，快速路一般为100 km/h，主干路为60 km/h，次干路为50 km/h，支路为40 km/h[11]。

1.2.2 道路特性

景区横断面形式一般为单幅路，车辆混合行驶，且两侧设有边沟，保证排水；城市道路根据不同道路等级设置不同横断面形式。景区对纵断面设计要求严格，坡度在结合地形同时，要尽可能平缓，保证车辆的正常爬坡及安全下坡；城市道路地形平坦，行驶流畅，对纵断面设计要求不及景区。

景区受地形影响，很少设计长直线；城市道路的平面线形主要为直线。景区曲线富于变化，具有良好的视线诱导作用，能较好地利用地形，使线形变化自然，与周围景观容易配合[12]。景区纵断面线形设计，除考虑汽车的动力特性外，更重要是考虑如何适应地形，满足视觉上的舒适性和美感。同时对线形配合要求很高，以不破坏景区环境为前提。

2 实验方案

2.1 实验仪器及对象

实验仪器为Tobii Glasses系列眼动仪、ErgoLAB人机环境同步系统。为保证实验稳定性，实验对象选择20名驾驶人，男性16名，女性4名，年龄控制在25～40岁之间，驾龄均超过2 a，有良好的驾驶经验，且实验前保持良好的身体状况。

2.2 实验地点

为体现两种交通环境的特性差异，景区地点选择为南京钟山风景名胜区紫金山天文台路。道路类型为公路，横断面形式为单幅路，两侧设有边沟，纵坡坡度为6%。交通组成为机动车与部分行人，车速限制40 km/h。横断面如图1。

图1 天文台路横断面形式(单位：m)Fig. 1 Cross-section form of Tianwentai road

城市道路地点为南京板仓街路段。道路类型为次干路，横断面形式为三幅路，车速限制40km/h。横断面如图2。

2.3 实验方法

驾驶人佩戴眼动仪分别在景区道路和城市道路上正常行驶8 min，车速控制在40 km/h，追踪驾驶人的眼球动态。数据处理是通过ErgoLAB人机环境同步系统对试验录像每个画面和每一时段进行分析，获取驾驶人在两种环境下注视各个区域、目标的平均时间、次数等数据。具体数据指标如表1。

表1 眼动仪输出数据指标Table 1 Output data index of eye-moving instrument

3 两种环境下驾驶人眼动特性

3.1 注视区域

3.1.1 水平方向注视区域

在静止状态下，人双眼视野可达210°；驾驶车辆时，随着车速增加，驾驶人双眼视野度数逐渐降低。车速与视野关系的实验数据如表2。

表2 车速与视野角度的关系Table 2 Relationship between vehicle speed and field of view

当实验车速为40km/h时，其视野角度约为100°，该范围取-50°～+50°。规定从驾驶人直视正中间位置水平左右±20°为中部区域；20°～50°为右侧区域；-50°～-20°为左侧区域；小于-50°或大于+50°为超出区域。

两种环境下驾驶人聚焦点水平分布区域如图3。在景区，驾驶人总共注视次数为824次，中部695次、左侧43次、右侧47次、超出39次。在城市道路，驾驶人总共注视次数为751次，中部673次、左侧20次、右侧37次、超出21次。计算各自所占百分比，如图4。

根据图4分析：无论是哪种环境，驾驶人在水平方向视角主要集中于中部区域，尤其是城市道路，占比为89.61%；在景区中，驾驶人对左右区域甚至是超出区域注视次数大致相同，说明对两侧注视较为分散；总体上对右侧区域注视多于左侧区域，且超出区域大部分注视点也在右侧，说明驾驶人在驾驶过程中更关注右侧交通情况。笔者认为：这是因为大部分获取的交通信息都分布在右侧，也可能是驾驶人喜欢行驶在靠近中心线车道，更关注同侧车流。

图3 两种环境下驾驶人聚焦点水平分布区域Fig. 3 Horizontal distribution areas of driver focus in two environments

图4 两种环境下注视次数在水平区域的百分比Fig. 4 Percentage of fixation times in the horizontal area in two environments

3.1.2 垂直方向注视区域

驾驶人在垂直方向的注视区域一般为60°(±30°)。笔者以驾驶人水平视角为0°，下侧为-30°～0°，上侧为0°～+30°，超出区域(即注视车内)为小于-30°；而大于+30°情况几乎不可能，即驾驶人几乎不会抬头看车顶。

两种环境下驾驶人聚焦点垂直分布区域如图5。在景区，驾驶人总共注视次数为824次，上侧385次、下侧409次、超出30次。在城市道路，驾驶人总共注视次数为751次，上侧293次、下侧446次、超出12次。计算各自所占百分比，如图6。

根据图6分析：在城市道路环境中，驾驶人在垂直方向更关注下侧区域，即近处的交通情况，较少关注远处。在景区中，驾驶人上下区域注视次数大致相同，更偏向下侧。且根据图3可看出：聚焦点集中在0°水平线附近，说明驾驶人在景区中主要关注中距离交通情况，并偏向近处；根据超出区域的百分比看出：景区环境下驾驶人对车内的关注也比城市道路多。

图5 两种环境下驾驶人聚焦点垂直分布区域Fig. 5 Vertical distribution areas of driver focus in two environments

图6 两种环境下注视次数在垂直区域的百分比Fig. 6 Percentage of fixation times in the vertical area in two environments

3.2 注视目标

笔者将注视目标分为以下几种：机动车、非机动车及行人、道路、交通标志、两侧环境、车内以及其他目标。统计对各个目标驾驶人注视次数及每一次的注视时间，汇总出对各个目标的总共注视时间，同时计算出对各个目标的平均单次注视时间。将数据整理成表3、4和图7。

表3 驾驶人对不同目标注视次数、总共注视时间及其所占百分比Table 3 The number of fixation, total fixation time and their percentage of the driver’s attention to different targets

表4 驾驶人对各个目标平均单次注视时间Table 4 Average single fixation time of the driver for each target ms

图7 两种环境下对不同目标注视时间的百分比Fig. 7 Percentage of fixation time for different targets intwo environments

无论景区还是城市道路，驾驶人最关注的是道路情况，其次是机动车。驾驶人于城市道路中更为重视道路，比例达到41.93%；对非机动车及行人、交通标志关注较少，对两侧环境及车内情况关注更少，说明驾驶人驾驶谨慎，也说明驾驶人对城市道路环境较为熟悉，交通信息易于识别。在景区，驾驶人对这些目标的注视时间明显增加，表明了驾驶人驾驶较为放松，有时间去关注两侧环境等其他对象。在对非机动车及行人注视时间上，城市道路大于景区，是由于景区里非机动车与行人较少，大部分都是选择机动车出行。

笔者认为：驾驶人对机动车、交通标志及其他目标上平均单次注视时间差异较大。机动车方面，由于城市道路交通量大，驾驶人对前方及周边机动车注视较多，注视时间长；交通标志方面，由于景区的交通标志设计设置没有独立规范，存在形式过多等问题，驾驶人视认较为困难，而城市道路上交通标志设计设置完整规范，且驾驶人对此较为熟悉，易于识别；其他目标方面，由于景区环境多样，变化性强，一些特别目标会吸引驾驶人的注意力，注视时间相对延长，而城市道路环境较为单一，两侧以建筑为主且变化不大，能吸引驾驶人的特别目标很少出现。

3.3 视负荷及受压迫程度

视负荷及受压迫程度可反映出驾驶人驾驶过程的心理状态，是紧张焦虑还是放松闲散。数据如表5。

表5 驾驶人于两种环境下的扫视次数与总共扫视时间Table 5 Scanning frequency and total scanning time of drivers intwo environments

驾驶人在城市道路的扫视情况明显多于景区道路。这与两者交通环境有关，城市道路由于交通量大，交通情况复杂，驾驶人需要进行左右扫视车辆、道路来调整驾驶动作，以确保行车安全，故驾驶人视负荷大，易受到压迫，驾驶人心理状态为谨慎且紧张；景区环境交通量小，交通情况稳定，且整体环境为自然风景，驾驶人视负荷小，不易受到压迫，有更多闲暇时间去关注其他对象，驾驶人心理状态舒适且放松。

3.4 视疲劳程度

根据医学研究，眨眼是为了缓解视疲劳，眨眼次数与驾驶人视疲劳程度有很大关系。眨眼次数越少，表示驾驶人视负荷越大，越容易产生视疲劳，其数据如表6。

表6 两种环境下驾驶人眨眼相关指标数据Table 6 Relative index data of driver blinking in two environments

驾驶人在城市道路环境无论是总的眨眼次数，还是每分、每秒的眨眼速率都大于景区环境，这表明驾驶人在城市道路上视疲劳程度大。主要原因是城市道路交通量大，两侧多为密集的建筑物，且道路环境单一，少有变化。而景区道路两侧多为植被，且环境形式多样，富有变化，能很好分散驾驶人注视点，视疲劳程度低。

3.5 视野及光线调整

光线强弱与瞳孔直径为反比关系。光线越强，瞳孔缩小，保护眼睛；光线越弱，瞳孔放大。笔者以此研究道路环境的光线情况以及驾驶人对其的感知，如表7。

表7 两种环境下驾驶人瞳孔直径相关指标数据Table 7 Relative index data of driver’s pupil diameter intwo environments mm

驾驶人在景区环境下平均瞳孔直径大于城市道路，说明景区光线较弱，环境较为昏暗，驾驶人视野受限。这也符合景区植被覆盖率高，对光线有遮挡的环境特点。城市道路环境宽敞，光线充足，驾驶人视野开阔。另外驾驶人在景区瞳孔直径差别较大，表明其数据波动性大。这是由于景区环境变化性大，驾驶人会不断穿梭在被遮挡环境与开阔环境之间，故需要对不同采光度进行瞳孔调整，波动性自然变大。而在城市道路，驾驶人长时间位于光线充足环境中，很少对光线进行调整，故波动性小。

4 结 论

笔者明确了景区与城市道路环境范围，并调研了它们的特性差异，再以眼动仪实验，从驾驶人角度分析了其在两种环境下眼动特性差异。得出以下结论：

1)注视区域：在水平方向，驾驶人都更关注中部区域交通情况，在两侧中更关注右侧区域；景区环境下驾驶人对左右区域的注视多于城市道路。在垂直方向，景区环境下驾驶人关注中距离交通情况；而城市道路中则更关注近处交通情况；

2)注视目标：驾驶人都最关注的是道路情况，其次是机动车，城市道路更为重视道路。景区环境驾驶人更会去关注标志、两侧环境等其他目标；

3)负荷及视疲劳程度：城市道路交通复杂，驾驶人视负荷大，受到压迫，易造成视疲劳。景区环境能很好的分散驾驶人注视点，缓解视负荷，视疲劳程度低。

4)光线感知及调整：景区环境下，驾驶人需对光线进行眼动调整，且波动性大；城市道路视野开阔，采光充足，驾驶人调整少。

笔者的结论对景区驾驶安全有着重要意义，且为景区各项交通设施规范制定提供了依据。但受限于实验对象和条件，笔者仅考虑了一般情况，对驾驶人自身特性方面的控制考虑较少，且景区范围的界定较为主观，这是未来研究需完善的方向。