城市道路中驾驶员注意力分配特性研究

旦增平措 罗波

摘 要：驾驶员上路行驶中获取信息的主要途径是视觉，研究驾驶员注意力分配对于城市道路安全驾驶具有相当重要的意义。本文主要采用头戴式眼动仪记录驾驶员在行车过程中的注意力分配视频，统计出驾驶员注意力分配在各注视区域的帧数，计算出各区域注视百分比、平均注视百分比以及绘出注视轨迹图进而反映出驾驶员注意力分配状况。通过分析驾驶员在驾车变道时特殊位置注意力分配区域、注视时间、注视轨迹等表征参数了解驾驶员的驾驶规律和习惯，为城市道路安全驾驶、“无人车”的研发提供参考依据。

关键词：驾驶员 注意力分配 安全驾驶 眼动仪

一、实验

（一）实验环境

研究路线是驾驶员驾车从某学院正校门口出发，沿着酒城大道，行驶至江阳公园处掉头后沿着酒城大道行驶至天益广场处左转进入星光路，再由星光路转道进入金银街，而后进入安居路回到某学院正校门口。模拟正常驾驶环境，同时利用眼动仪设备，对受试驾驶员进行沿途记录。由实验得出受试驾驶员在该路段试验条件下的视觉特性参数，对眼动仪的记录数据进行处理分析，得到不同因素环境下驾驶员注意力分配状况。

试验路线选取的原则是所选路段要具有有代表性。城市道路组成复杂、功能多样，道路组成复杂主要表现为车辆多、车型杂、行人交通量大以及沿路两侧建筑、绿化密集等，综合考虑了多种道路环境和试验调试便利等因素。试验中还考虑到了左转弯、T型路口、十字路等场景，总共行驶时间大约在15分钟左右，属于比较典型、场景较为完整的城市道路。

（二）实验过程

首先保证被试者的精神状态良好且各方面条件正常，开始任务前告知驾驶员实验任务。然后开始实验，第一步在车上进行定标，并在标定完成后让其先适应两分钟的适应时间，第二步就是让驾驶员驾车按照规定路段正常行驶，最后驶回原地并将眼动设备记录资料保存。每一个被试开始任务前都要重新进行标定后再开始实验，其他被实验者进行相同程序。

二、实验数据处理

（一）实验数据的选定

本试验总共测录了18名驾驶员的眼动数据。其中03号、06号、09号、13号、18号驾驶员可能是由于实验过程中标定不准确、行车过程中移动了眼动仪的标准位置等原因造成数据错误或不完整的实验进行排除。最后在剩余13名驾驶员实验中选取较为准确、完善的10名驾驶员实验数据进行统计分析。

（二）统计方法对比

通过阅读相关研究成果，其他人大多都是通过对注视点分布区域、注视方向、停留时间、眼动变化频率等方面进行研究，而本实验主要是从驾驶员在道路上某些交通事故高发位置点出发，对驾驶员在行车通过这些位置时注意力分配情况进行探究，本试验在数据分析中，没有使用眼动仪自带的数据分析程序对试验数据进行统计分析，而是直接观察统计，同时也对试验数据进行初步筛选和定性分析。

（三）数据处理

实验数据处理是运用头戴式眼动仪专用电脑处理软件，对之前实验录制的视频进行处理之后，人工统计驾驶员在通过这些特殊位置时所关注的区域、注视帧数、注视百分比以及平均注视百分比，并统计其关注频率较高的一些关注点的帧数（1帧=20ms，本文主要以帧数为计量单位），最后去除那些没有采集到的时段，得到有用时段，算出每个高频关注点的有效注视百分比（注视百分比=关注点帧数/有用时段），进而算出平均注视百分比（即为若干名驾驶员注视同一区域的注视帧数百分比求平均值）通过比较得出相应规律。

（四）数据误差分析

本试验中所用的是头戴式型眼动仪，由于受自身功能的限制，只能对一定角度范围内的眼动数据进行记录。当某一时刻驾驶员的视线超出该范围之外时，眼动仪将无法记录该时刻驾驶员的眼动数据，这将导致数据丢失。另外，在以下情况时，也会导致数据记录的丢失：（1）受试驾驶员眨眼或闭上眼睛;（2）由于反射或光线昏暗原因致使瞳孔或角膜未反射出光线;（3）由于技术原因导致眼动仪记录数据失败。由于受空间限制，从完成标定到回到驾驶席完成标定完成再到完成一圈的驾驶，受试驾驶员在这些过程中可能会无意中触碰到所佩戴的眼动仪，从而改变了眼动仪标定时的状态，这将导致所记录的数据不能反映其真实眼动行为，此时所记录的眼动数据被认为是无效数据。

分析可知，多种因素影响着试验数据的完整性和有效性。因此，在对试验数据进行分析前，有必要对所有试验数据进行筛选，将那些存在大量数据丢失。

三、实验数据分析

变道在变道过程中，求出所有驾驶员不同驾驶环境下不同位置的注视帧数，注视帧数百分比以及平均百分比。取每个驾驶员的变道时注视区域、注视帧数以及注视轨迹作为研究对象，计算每个驾驶员对不同区域的注视帧数百分比和区域平均注视帧数百分比。本节从驾驶员对不同区域的注视帧数百分比、平均注视帧数百分比（以下简称平均注视百分比）以及注视轨迹这三个方面分析驾驶员视觉扫描的个体特征。不同区域注视帧数分析

由表中关于驾驶员区域注视次数的统计可以看出，10个驾驶员之间的视觉注视特点是有所不同的，1，2，3，4，5号驾驶员在向左变道时基本没有关注右反光镜和右侧车道，说明大部分驾驶员在变道时一般不会关注与自己目标无关的左侧区域。但是4号驾驶员是相对其他驾驶员来说关注了右侧并且时长相对较长，说明该驾驶员注意力分配相对较分散扫描区域较为全面，再看6，7，8，9，10号向右变道的驾驶员，也同前边向左变道的状况相类似，也就说明大部分驾驶员不会关注与自己变道无关的一侧。

1.不同区域注视帧数百分比分析

觀察表（4）和表（5）可以发现，3号驾驶员注视原车道和左反光镜的比例最大，其注视比例分别达到60.7%和24.7%，二者相加为85.4%。而注视左侧车道的比例相对较小，仅为4.7%，说明该驾驶员在向左变道时注视目标主要集中在前方车道，其次是反光镜。对于向右变道的5个驾驶员中的7号驾驶员在向右变道的过程中一反常规，并未像其他驾驶员一样注视右反光镜和右侧，对比其他驾驶员可判定该驾驶员在这次变道中没有获取准确信息而盲目变道，这样的不当操作增大了发生交通事故的概率。

2.不同区域注视平均百分比分析

3.变道注视轨迹图

如图（8）是统计10名驾驶员向左变道的轨迹趋势图，其中圆圈代表注视区域，圆圈里边的数字表示注视先后顺序，由图可以看出驾驶员在变道的过程中，驾驶员的视线会在正前方和相应变道一侧反光镜交替转移视线，以确保符合变道条件下进变道，并完成变道。比如向左变道过程中，驾驶员首先把注意力由正前方转移到左侧反光镜上，而后又回到正前方，这样循环交替几次，最后才完成整个变道过程。在整个变道过程中我们可以看出驾驶员一般不会注视与变道相反一侧。

四、实验评价与应用前景

（一）实验评价

通过对研究结论的总结和分析，针对目前研究的水平和研究过程中遇到的实际问题，在此提出实验不足和建议：

1、由于实验仪器的局限性，对于数据统计，本文数据来源是通过人工计数的方式将驾驶员注视各区域的帧数进行统计，由于受主观和客观因素的影响，容易造成统计的数据误差。

2、由于实验仪器的局限性，驾驶员在做眼动仪试验中可能触碰到眼动实验仪器，进而影响实验数据统计的准确性。

3、本实验采用头戴式眼动仪仪器，可能会受到实验当天的光照强度的影响，进而影响实验结果的真实性。

4、由于实验条件限制，如经费限制，本实验只选取了18名驾驶员作为实验者，实验样本数量不够大，不能完全排除偶然因素对实验的影响。

（二）应用前景

1、研究驾驶员在城市道路驾驶中注意力分配情况，可以为有关部门组织驾驶证考试、考证、驾驶员培训、评估等提供参考依据。

2、研究驾驶员在城市道路驾驶中注意力分配情况，可以为“无人车”（即无人驾驶机动车）的研发提供参考和借鉴。

3、研究驾驶员在城市道路驾驶中注意力分配情况，可以为《交通心里学》这门课程的完善和改版提供参考。

4、研究驾驶员在城市道路驾驶中注意力分配情况，可以对预防和减少交通事故的发生有很重要的意义和价值。

结论

在行车过程中，驾驶员需要及时感知瞬息万变的交通信息。驾驶员的注意力分配特征如：注视区域、注视先后、注视时间等是驾驶员注意力的线索，能够很好地反映驾驶员在某些特殊交通场景中注意力分配状况。

通过以上分析得到一下的结论：

当车辆在变道的过程中，大多数驾驶员主要注视原车道、变道一侧区域以及变道一侧的反光镜，为变道提前采集视野信息，以确保安全变道。驾驶员的视线会在正前方和相应变道一侧反光镜交替转移视线，以确保符合变道条件下进变道，并完成变道。还可以看出驾驶员在整个变道过程中驾驶员一般不会注视与变道相反一侧。

参考文献：

[1]袁伟，付锐，郭应时.城市道路环境中驾驶员眼动行为特征[J].交通信息与安全，2013，01：117-122.

[2]袁伟.城市道路环境中汽车驾驶员动态视觉特性试验研究[D].长安大学，2008.

[3]施晓芬.城市信号交叉口驾驶员速度控制和视觉搜索行为研究[D].长安大学，2011.

[4]李薇.基于驾驶员视觉行为的干线公路交通标志研究[D].河北工业大学，2011.

作者简介：

旦增平措（1991—），男，藏族，籍贯：西藏曲松，单位：西藏警官高等专科学校治安管理系，职称：助理讲师，研究方向：交通管理;

罗波（1990—），男，汉族，籍贯：四川筠连，四川省筠连县公安局民警，研究方向：交通管理。