城市道路環(huán)境中駕駛員的視覺特性研究

■曹雪娟，丁長(zhǎng)鑫

■1.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074;2.廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司第三分公司，廣東 廣州 511431

城市道路非機(jī)動(dòng)車流量較大，行人多，交通環(huán)境復(fù)雜且多變，行車過程中易受到車輛和行人過街行為的影響。視覺系統(tǒng)作為駕駛員駕駛過程中獲取外界信息最重要的通道［1］，對(duì)于行車環(huán)境中的危險(xiǎn)信息，駕駛員必須不斷搜索周圍交通環(huán)境，正確的得到行車的信息，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取有效措施。因此，對(duì)城市道路環(huán)境行車過程中駕駛員的視覺特性研究和分析，有利于揭示駕駛員視覺規(guī)律，從而從駕駛員角度預(yù)防在城市復(fù)雜的行車環(huán)境中交通事故的發(fā)生。

1 駕駛員視覺特征

1.1 駕駛員視知覺

視知覺是從眼球接收器官到視覺刺激后，一路傳導(dǎo)到大腦接收和辨識(shí)的過程。包含視覺接收和視覺認(rèn)知兩大部分。駕駛員在行駛過程中通過眼球搜索與駕駛有關(guān)的信息，但往往有些被駕駛員搜索到但是沒有能正確的辨識(shí)，而導(dǎo)致駕駛行為的錯(cuò)失。能夠使駕駛員搜索到并且意識(shí)到的信息才能使駕駛員及時(shí)采取合理的措施。駕駛員視知覺與駕駛員的興趣程度、經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣等因素有關(guān)。

1.2 駕駛員錯(cuò)覺

(1)速度錯(cuò)覺:速度錯(cuò)覺是指駕駛員根據(jù)行車環(huán)境中其他車輛或道路兩側(cè)景物而判斷出來的車輛行駛速度。多發(fā)生在周圍景觀密集或豐富的路段，這種判斷會(huì)受到周圍景物的類型、數(shù)量和豐富程度的影響。

(2)坡度錯(cuò)覺:坡度錯(cuò)覺主要指駕駛員在行車過程中遇到坡度變化且變化后的坡度較小時(shí)，駕駛員誤將邊坡點(diǎn)后的坡度當(dāng)成平路或是反坡，進(jìn)而采取相反的駕駛行為，這種情況極易造成交通事故。

(3)彎道錯(cuò)覺:同樣的坡度錯(cuò)覺在通過彎道時(shí)也會(huì)發(fā)生，在平曲線變化的路段。一般情況下，小于7°的轉(zhuǎn)彎角度會(huì)讓駕駛員出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤，而圓弧長(zhǎng)度越短駕駛員會(huì)感覺曲率半徑越小。駕駛員對(duì)彎道曲率判斷失誤會(huì)導(dǎo)致駕駛員駕駛行為錯(cuò)誤而使轉(zhuǎn)向不足或者轉(zhuǎn)向過量導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。

1.3 視覺搜索表征參數(shù)

駕駛員視覺搜索的表征參數(shù)通常可以分為注視行為、掃視行為、眼跳行為、追隨行為等相關(guān)表征參數(shù)。目前我們對(duì)駕駛員在行車環(huán)境中的眼動(dòng)研究采用的指標(biāo)主要是注視行為和掃視行為。

1.3.1 注視表征參數(shù)

注視行為的表征參數(shù)主要包括注視點(diǎn)位置、注視點(diǎn)數(shù)目和注視持續(xù)時(shí)間。一般來講，把注視點(diǎn)位置和注視點(diǎn)數(shù)目統(tǒng)一按注視點(diǎn)分布來研究。

(1)注視點(diǎn)分布。在駕駛員視覺搜索過程中，注視點(diǎn)的分布位置反應(yīng)了交通環(huán)境中信息所處位置，注視點(diǎn)的數(shù)目反映了駕駛員所需處理信息的數(shù)量。在區(qū)域內(nèi)注視點(diǎn)的數(shù)目越多，說明駕駛員在該區(qū)域接收到的信息越多，行車環(huán)境越為復(fù)雜。

(2)注視持續(xù)時(shí)間。注視持續(xù)時(shí)間是指在注視過程中，注視點(diǎn)位置保持不變的持續(xù)時(shí)間，單位(hs)。單次注視持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)則說明駕駛員接受到的信息處理的難度越大。為方便統(tǒng)計(jì)，將駕駛員視覺區(qū)域劃分為若干區(qū)域，單個(gè)區(qū)域內(nèi)的總的注視持續(xù)時(shí)間就是累計(jì)注視時(shí)間。累計(jì)注視時(shí)間與區(qū)域的信息密集程度程度和駕駛員對(duì)信息的感知能力以及感興程度有關(guān)。也就是說，區(qū)域內(nèi)信息量越是密集，駕駛員對(duì)該區(qū)域的感興程度越高，區(qū)域的累積注視時(shí)間則越長(zhǎng)。

1.3.2 掃視表征參數(shù)

掃視是介于兩次注視之間的眼球運(yùn)動(dòng)過程。掃視的主要表征參數(shù)就是掃視持續(xù)時(shí)間和掃視速度。

(1)掃視持續(xù)時(shí)間。掃視持續(xù)時(shí)間是指一次掃視全過程所花費(fèi)的時(shí)間，也就是駕駛員在一次視覺搜索過程搜索目標(biāo)所花費(fèi)的時(shí)間。掃視持續(xù)時(shí)間越短，表示駕駛員獲取信息的效率較高，同時(shí)也說明搜索范圍內(nèi)的信息密度較小。

(2)掃視速度。掃視速度是指掃視過程中眼球轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，單位是(°/s)，可用掃視幅度與掃視時(shí)間比值來確定，掃視速度可分為掃視平均速度和掃視峰值速度。

2 駕駛員眼動(dòng)特性分析

采用Smart—Eye Pro智能眼動(dòng)儀進(jìn)行城市道路實(shí)車試驗(yàn)，獲取駕駛員在城市道路環(huán)境中駕駛的眼動(dòng)指標(biāo)，分析駕駛員的眼動(dòng)特性。

2.1 注視區(qū)域劃分

將駕駛員視野范圍劃分為上方、下方、左側(cè)、右側(cè)、中心區(qū)域五個(gè)區(qū)域［2］，右夾角為20°，上下夾角為 10°。

2.2 視覺特性分析

選取10名技術(shù)嫻熟的不同駕齡的駕駛員，在天氣狀況良好的城市路段進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)。并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.2.1 注視點(diǎn)分布

根據(jù)Smart—Eye Pro智能眼動(dòng)儀實(shí)車試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)得到在城市道路環(huán)境行車條件下駕駛員的前方注視區(qū)域注視點(diǎn)分布概率，

根據(jù)實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果，駕駛員在行駛中，注視點(diǎn)11.38%概率分布在左方;22.56%分布在上方;36.44%分布在中心區(qū)域;12.71%分布在下方;16.91%分布在右方。

2.2.2 注視持續(xù)時(shí)間

駕駛員在城市道路環(huán)境中，經(jīng)常發(fā)生換道、超車、被超車以及道路環(huán)境中行人及飛機(jī)動(dòng)車的干擾。根據(jù)駕駛員對(duì)注視區(qū)域的認(rèn)知判斷和興趣程度，駕駛員對(duì)注視區(qū)域的注視點(diǎn)的持續(xù)時(shí)間也表現(xiàn)的不同。

其中，駕駛員在復(fù)雜的行車環(huán)境中，注視持續(xù)時(shí)間大約在50～250ms之間，為了準(zhǔn)確的獲取駕駛信息，一些注視點(diǎn)的注視持續(xù)時(shí)間達(dá)到450ms，說明復(fù)雜的環(huán)境對(duì)駕駛員行車干擾較大。

2.2.3 掃視持續(xù)時(shí)間

城市道路環(huán)境中，駕駛員掃視時(shí)間多分布在1～100ms之間，掃視持續(xù)時(shí)間越短，說明掃視過程駕駛員獲取信息較少，對(duì)行車越有利。

2.2.4 掃視速度

選取5段不同特征的城市道路路段，將一次掃視過程中掃視幅度與掃視持續(xù)時(shí)間的比值，作為駕駛員行車過程中的平均掃視速度。實(shí)驗(yàn)中五組的平均掃視速度依次為 45.82s，46.81s，69.02s，57.73s及48.28s。

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)駕駛員的視覺特性分析，結(jié)合城市道路的Smart—Eye Pro智能眼動(dòng)儀實(shí)車試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)分析得到以下駕駛員在城市道路環(huán)境中的眼動(dòng)特性:

(1)城市道路環(huán)境行車條件復(fù)雜，駕駛員注視點(diǎn)分布廣泛并且分散。

(2)駕駛員對(duì)注視區(qū)域內(nèi)信息的感知能力和興趣程度不同，表現(xiàn)出不同的注視時(shí)間，為了提高駕駛員的行車環(huán)境，應(yīng)該提高行車環(huán)境中的信息識(shí)別度并減少行車環(huán)境中的干擾。

(3)行車環(huán)境中行車條件越好，外界干擾越少，其駕駛員的掃視時(shí)間越短，平均掃視速度越高。

［1］齊博，普通公路與城市道路駕駛員眼動(dòng)特性對(duì)比研究［D］.吉林大學(xué)，2013.06.

［2］基于眼動(dòng)儀的駕駛員視點(diǎn)分布特性研究［J］.湖南交通科技，2012.12.

［3］范紅靜.人的視覺—眼動(dòng)系統(tǒng)在交通方面的應(yīng)用研究［J］.道路交通與安全，2007.8.