隧道拱顶亮化标对驾驶员眼动参数影响的研究

朱光祖，刘富瑜

（1.广西南天高速公路有限公司，广西 南宁；2.广西交通投资集团河池高速公路运营有限公司，广西 河池）

在公路行驶的过程中，隧道是容易发生交通事故的多发路段，隧道内的交通事故难以处理，极易造成重大伤亡[1]。特别是在外部大环境光线很强的情况下，驾驶员进入隧道时，眼睛瞳孔的变化会让驾驶员产生短暂性的黑洞致盲现象[2]。由于驾驶员的短暂性的眩光，增加了隧道内的不确定性，隧道内交通事故的发生率大大增加[3]。

课题重点研究隧道顶部的亮化标结构对人眼眼动参数的影响。通过在隧道顶部安装多排亮化标结构，使用眼镜式眼动仪Dikablis 记录驾驶员在驾驶过程中的视觉动态特征。通过研究有无亮化标条件下，人眼瞳孔变化的规律；给出亮化标对眼睛瞳孔变化速率的影响，进而给出优化的设计结果[4]。

1 实验设计与数据收集

1.1 实验隧道

实验高速公路是国家交通运输科普基地道路绿色照明与安全防灾新材料试验室实验用隧道，全长158 m，隧道外冲刺最大距离为60 m。隧道限速为60 km/h。

1.2 实验驾驶员

选择了两名男性驾驶员和一名女驾驶员，年龄段在30-40 岁之间。

1.3 实验车辆与设备

实验车辆选用INFO.instruments 赢富仪器生产的眼镜式眼动仪Dikablis 来测量驾驶员的视觉动态特征[5]。选用柯尼卡美能达推出的分光辐射照度计CL-500A 来测量照度值。美国Photo Research 公司生产的PR670 光谱扫描亮度计。详见图1-图3。

图1 实验用车

图2 实验隧道

图3 实验仪器和配备

1.4 实验设计

（1）隧道照度测量沿隧道内的行车方向，测量距隧道口的距离为0 m、5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、40 m、50 m 和60 m 时的照度。驾驶员乘坐实验车辆，在驾驶员乘坐位置处测量在隧道外0 m、5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、40 m、50 m 和60 m 处时，每一排亮化标将光反射到驾驶员人眼处的亮度[6]。

（2）时间选定在中午11 点至14 点间，此时太阳光照射较强。

（3）在车辆驶入隧道的过程中，用眼镜式眼动仪Dikablis 记录驾驶员瞳孔大小的变化，由D-lab 记录实验得出的数据，通过matlab 等分析软件对得出的数据进行分析。

图4 中，照度值的测量是取驾驶员平视隧道入口时，用照度计测量的实时值。该值极大地受到环境因素的影响，测量时间是7 月至8 月的中午11 点至14点。由于太阳光照时隐时现，极大地影响了平视隧道入口时的照度变化，所以此照度值为实时值，并无规律可循[7]。

图4 距离隧道入口一定距离处亮化标亮度的变化规律

2 驾驶员的动态视觉特征

2.1 驾驶员的眼动参数变化

在驶入隧道口的过程中，随着离隧道口的距离逐渐的缩小，瞳孔大小的变化也会发生相应的变化[8]，眼动仪记录了三个驾驶员的眼动参数随时间的变化。选取右眼的眼动参数数据作为参考，记录驾驶员在驶入隧道口的过程中，其瞳孔直径大小的变化。

分析整个行车过程的视频，通过回放视频，判断汽车进入隧道的不同位置和时间，并获得其对应的眼动数据[9]。图5、图6 是相关的驾驶视频和眼动数据。

图5 行车驾驶图例

图6 眼动参数随时间的变化规律

图5（a）是实验车辆进入隧道入口前的驾驶图例；图5（b）是实验车辆进入隧道入口时的驾驶图例；图5（c）是实验车辆进入隧道后减速直至停止时的驾驶图例。

图6（a）、图6（c）和图6（e）是在隧道内顶部安装亮化标的情况下，三名驾驶员的眼动参数随时间变化规律的图像。图6（b）、图6（d）和图6（f）是在隧道内没有安装亮化标的情况下，三名驾驶员的眼动参数随时间变化规律的图像。

从图6 中可以知道，在隧道外眼睛瞳孔变化不大，主要是因为照度变化比较小，因而眼睛的瞳孔不需要频繁的调节大小来适应环境[10]。同样在进入隧道一段时间后，瞳孔的面积也基本不变，这是因为眼睛已经比较适应暗环境条件。在中间部分，呈现线性变化的趋势（这个地方要和照度的变化相配合）[11]，本课题重点关注的即为中间线性变化部分的趋势和规律。因此，单独将线性部分截取，并进行数据拟合，获得瞳孔大小变化的速率，并进行分析和比对[12]。

2.2 比较关注的瞳孔区域的变化速度

图7 分别给出了线性部分的数据拟合结果。

图7 眼动参数随时间变化的拟合结果

图7 是眼动参数随时间变化的拟合结果。需要说明的是，因为在驾驶过程中难免会遇到驾驶员眨眼等偶然因素而导致的较大偶然误差，所以在数据拟合的过程中，为了更接近真实的拟合结果，需要处理这些较大的误差值，从而使拟合结果更具有准确性和普遍性[13]。

图7（a）和图7（b）是第一名男驾驶员的数据拟合直线，（a）直线斜率是 134.3（132.8,135.9），（b）直线斜率是140.3（137.6,143）。图7（c）和图7（d）是第二名男驾驶员的数据拟合直线，（c）直线斜率是104.9（102.9,106.8），（d）直 线 斜 率 是 137.4（136,138.8）。图7（e）和图7（f）是女驾驶员的数据拟合直线，（e）直线斜率是245.3（241.5,249），（f）直线斜率是265（261,268.9）。

很显然，没有亮化标时，其眼睛瞳孔变化率要明显大于安装了亮化标时的变化率[14]。这样说明，亮化标的安装极大的减缓了眼睛瞳孔的变化速率，因此也能减小“黑洞”效应，提升驾驶员驾驶车辆进入隧道的安全性[15]。

3 分析与结论

通过上述对三名驾驶员的瞳孔大小(眼动参数)-时间图像结果进行分析，得出以下结论：

(1) 两种不同的隧道情况，有亮化标存在时的隧道情况条件下的瞳孔大小变化速率要比没有亮化标时的隧道情况条件下的瞳孔大小变化速率低。

(2) 亮化标结构对在驶入隧道过程中的驾驶员是有影响，主要体现在减缓了驾驶员瞳孔大小的变化速率，使驾驶员能够更好地提前适应隧道内部环境，减弱了驶入隧道内暗适应过程而产生的黑洞眩光现象，从而降低隧道内交通事故的发生率。