孟 妮 韓 丹

（1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 陜西 咸陽 712000；2.中國人民財產(chǎn)保險股份有限公司陜西省分公司 西安 710043）

0 引言

城市道路交通環(huán)境中行人多、行車多、交通流量大，尤其以道路交叉口最為明顯。道路交叉口的交通安全與駕駛員轉(zhuǎn)向不同方向時的注視行為特性密切相關(guān)。駕駛員轉(zhuǎn)向時只有能夠獲取并且處理足夠的信息才能避免做出錯誤的決策和反應，減少在轉(zhuǎn)向時交通事故的發(fā)生。

通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外對駕駛過程中的眼動行為已經(jīng)進行了大量研究，但對城市道路中在轉(zhuǎn)向過程中駕駛員注視行為的研究還較少，因此可參考的資料不多。試驗在對駕駛員的注視行為基本理論分析的基礎上，借鑒前人對駕駛過程中注視行為的研究方法和研究成果，確定了轉(zhuǎn)向駕駛眼動特征分析的實驗方法，進行城市道路交通環(huán)境下的駕駛員在道路交叉口的轉(zhuǎn)向試驗，得到了相關(guān)試驗數(shù)據(jù)，為相關(guān)理論分析提供依據(jù)。

1 試驗

1.1 試驗目的

試驗分析了中國城市道路交通環(huán)境中轉(zhuǎn)向不同方向時駕駛員的眼動數(shù)據(jù)參數(shù)，得出駕駛員在轉(zhuǎn)向不同方向時注視行為的基本特點；采用SPSS19.0軟件對數(shù)據(jù)進行進一步處理，分析駕駛員轉(zhuǎn)向不同方向時的各種視覺行為是否存在差異，希望能從源頭上發(fā)現(xiàn)交通事故發(fā)生的機理，減少交通事故的發(fā)生。并為進一步深入研究駕駛員視覺特性及操作行為奠定基礎，提出建議。

1.2 試驗方案

試驗選取的城市道路交叉口包含該城市道路交通條件和交通環(huán)境的特點，非法占道車輛多，車道數(shù)、道路寬度不足，行車多。交叉口的交通量較大，橫向干擾較多，具有典型的城市道路交叉口特征。圖1為試驗路線圖，其中三角標記的地方為左轉(zhuǎn)交叉口，矩形框標記的地方為右轉(zhuǎn)交叉口。圖2為試驗流程圖。

1.3 試驗對象

試驗由20名被試駕駛員承擔。

1.4 試驗儀器

試驗儀器：EyeLink II型眼動儀、GPS。

中國的汽車駕駛座在左方，車輛實行右側(cè)通行，路口的型制也有不同，這些情況都對駕駛?cè)说淖⒁曅袨楫a(chǎn)生影響。EyeLink II型眼動儀采用瞳孔－角膜反射向量法原理進行試驗。此方法有精確度高，對人無干擾，可移動等優(yōu)點，是目前較為理想的眼動測量方法。缺陷是無法記錄頭部的運動，對受試人員的眼睛構(gòu)造要求嚴格，調(diào)試標定過程復雜，約30%的人因眼部先天結(jié)構(gòu)無法通過試驗調(diào)試標定程序。具體介紹見文獻［1］。

2 試驗數(shù)據(jù)分析

2.1 注視時間統(tǒng)計分析

圖1 城市道路試驗路線圖Fig.1 Test map in city road

圖2 試驗流程圖Fig.2 Test flow chart

駕駛員在駕駛過程中眼動形式主要有：注視、掃視、眨眼。人在掃視時只能在各注視點間進行切換，不能獲取信息，只有通過注視才能獲得目標信息。

在試驗中，20名駕駛員在城市道路交通環(huán)境中轉(zhuǎn)向不同方向時總的注視、掃視時間百分比見圖3。

圖3 注視與掃視的時間百分比Fig.3 Percentage time of fixation and saccades

駕駛員在駕駛過程中轉(zhuǎn)向不同方向時的注視時間占總時間的75%以上，即在駕駛過程中有3／4以上的時間都在進行注視?？梢哉J為駕駛員在轉(zhuǎn)向駕駛過程中，大部分時間都在獲取、收集信息，都以注視為主，掃視為輔。因此，試驗主要研究駕駛員的注視行為。

通過對注視持續(xù)時間的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)大約99%的單次注視行為持續(xù)時間在1 000ms以下，考慮到儀器誤差，剔除大于1 000ms的注視行為樣本，對注視持續(xù)時間以50ms為1個區(qū)間進行分段統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果，見圖4。

圖4 注視頻次分布Fig.4 Frequency distribution of fixation

由圖4可見，駕駛員在轉(zhuǎn)向不同的方向時的注視時間分區(qū)段統(tǒng)計具有基本相同的變化趨勢，注視持續(xù)時間在0～1 000ms區(qū)間分布不均勻，大約80%的注視時間分布在0～300 ms區(qū)段。持續(xù)時間在0～200ms之間，駕駛員的注視頻次逐漸升高，其中持續(xù)時間在100～200ms之間內(nèi)，駕駛員右轉(zhuǎn)注視頻次明顯高于左轉(zhuǎn)，在200ms以后，駕駛員的注視頻次基本相同。

2.2 注視視角分析

2.2.1 水平方向注視分析

對駕駛員水平視角每5°區(qū)段內(nèi)的注視頻次進行統(tǒng)計，見圖5。在水平方向上，以中心位置作為0點，左邊數(shù)據(jù)為負值，表示駕駛員在駕駛中向前方的左邊區(qū)域觀看，負值越小，表示注視的視角越偏向左邊；右邊數(shù)據(jù)為正值，表示駕駛員在駕駛中向前方的右邊區(qū)域觀看，正值越大，表示注視的視角越偏向右邊。

圖5 水平方向視角分區(qū)段統(tǒng)計Fig.5 Section statistics of gazing angle on horizontal

可以看出：駕駛員駕駛過程中轉(zhuǎn)向不同方向時的水平視角都集中在視野中部區(qū)域，左轉(zhuǎn)時視角集中在－15°～＋15°范圍，注視頻次占73.39%，在－5°～－5°范圍的注視頻次最高；右轉(zhuǎn)時視角集中在－10°～＋15°范圍，注視頻次占68.16%，在0°～5°范圍的注視次最高。說明轉(zhuǎn)向時駕駛員的注視水平視線在左、右2個區(qū)域的分布呈現(xiàn)不均衡性，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，駕駛員左轉(zhuǎn)時的注視區(qū)域集中在中間區(qū)域，右轉(zhuǎn)時的注視區(qū)域集中在中間略微偏右。由于在轉(zhuǎn)向時中間區(qū)域的注視大多是以車輛、行人為主，說明駕駛員更關(guān)注正前方的交通流和交通設施，習慣以中間區(qū)域的交通流和交通設施來評估校正自身的駕駛行為。

2.2.2 垂直方向注視分析

對所有駕駛員的垂直視角每5°區(qū)段內(nèi)注視頻次進行統(tǒng)計，見圖6。在垂直方向上，以中心位置作為0點，上邊的數(shù)據(jù)為負值，表示駕駛員在實際駕駛中向前方遠處的區(qū)域觀看，負值越小，表示駕駛員看的越遠；下邊的數(shù)據(jù)為正值，表示駕駛員在實際駕駛過程中向前方的近處區(qū)域觀看，正值越大，表示駕駛員看的越近。

可以看出，駕駛員在駕駛過程中轉(zhuǎn)向不同方向時的垂直視角都集中在視野下部區(qū)域，左轉(zhuǎn)時注視集中在0°～＋10°范圍，注視頻次占54.67%，在＋5°～＋10°范圍的注視頻次最高；右轉(zhuǎn)時注視集中在0°～＋15°范圍，注視頻次占71.20%，在＋5°～＋10°范圍的注視頻次最高。視線在垂直方向上、下2個區(qū)域的分布呈現(xiàn)更顯著的不均衡性。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，駕駛員駕駛過程中轉(zhuǎn)向不同方向時的注視區(qū)域都偏向下側(cè)，而右轉(zhuǎn)比左轉(zhuǎn)的注視區(qū)域更偏向下側(cè)。說明駕駛過程中轉(zhuǎn)向不同的方向時駕駛員的垂直方向注視位置是以偏下區(qū)域為主，即駕駛員更多的關(guān)注車輛前方中近距離的區(qū)域，尤其是在右轉(zhuǎn)過程當中。

圖6 垂直方向視角分區(qū)段統(tǒng)計Fig.6 Section statistics of gazing angle on vertical

2.3 搜索廣度分析

2.3.1 水平方向搜索廣度分析

鑒 于Chapman、Underwood等人的試驗［2－4］中，采用水平及垂直方向視覺搜索角度的方差及標準差作為評價搜索廣度的指標。為了使評價指標的物理意義更明確，只采用代表偏離平均注視位置的角度，即視覺搜索角度標準差作為搜索廣度的評價指標，單位為度（°）。搜索標準差越大，反映出駕駛員視覺搜索范圍越廣。

為了便于比較，把城市道路上駕駛員在實際駕駛中轉(zhuǎn)向不同方向時的水平視角標準差由低到高排序后統(tǒng)計，X 坐標代表駕駛員排序，同1個X值對應的在駕駛過程中轉(zhuǎn)向不同方向時的值不一定出自同1個駕駛員，見圖7。可以看出，在城市道路上左轉(zhuǎn)時駕駛員的水平搜索廣度比右轉(zhuǎn)低很多。

圖7 水平方向搜索廣度比較Fig.7 Search breadth comparison of different drivers on horizontal

2.3.2 垂直方向搜索廣度分析

為了便于比較，城市道路上駕駛員在駕駛過程中轉(zhuǎn)向不同方向時垂直方向視角標準差由低到高排序后統(tǒng)計，X 坐標代表駕駛員排序，同1個X值對應的駕駛過程中轉(zhuǎn)向不同方向時的值不一定出自同1個駕駛員，見圖8?？梢钥闯觯诔鞘械缆飞献筠D(zhuǎn)時駕駛員垂直方向的搜索廣度比右轉(zhuǎn)略低。

圖8 不同駕駛員垂直方向搜索廣度比較Fig.8 Search breadth comparison of different drivers on vertical

2.4 注視行為差異性分析

城市道路上駕駛員轉(zhuǎn)向不同方向時的注視時間的均值和標準差，見表1。左轉(zhuǎn)時駕駛員的平均注視時間介于119.84～334.75ms之間，右轉(zhuǎn)時駕駛員的注視時間均值介于90.92～327.48 ms，僅從數(shù)據(jù)上無法判斷是否存在差異。

表1 注視時間均值與標準差Tab.1 Mean and standard deviation of fixation time ms

駕駛員的水平視角均值，如表2所列，左轉(zhuǎn)時的水平視角均值介于－11.46°～6.91°之間，右轉(zhuǎn)時的水平視角均值介于－9.96°～9.25°之間，說明左轉(zhuǎn)時的水平視角均值偏左，右轉(zhuǎn)時的水平視角均值居中。

表2 水平視角均值與標準差Tab.2 Mean and standard deviation on horizontal （°）

依據(jù)前面介紹，水平視角的標準差值表示駕駛員在水平方向的視覺搜索廣度。從表2 可看出，駕駛員左轉(zhuǎn)時水平視角標準差介于0.49°～1.41°之間，右轉(zhuǎn)時水平視角標準差介于0.81°～2.32°之間。右轉(zhuǎn)時水平方向視覺搜索廣度略大于左轉(zhuǎn)時水平方向視覺搜索廣度。

計算每位駕駛員的垂直視角均值和標準差值，見表3。駕駛員左轉(zhuǎn)時的垂直視角均值介于－10.55°～13.41°之間，右轉(zhuǎn)時的垂直視角均值介于－11.12°～14.17°之間。

依據(jù)前面介紹，垂直視角的標準差值表示駕駛員在垂直方向的視覺搜索廣度。從表3 可看出，駕駛員左轉(zhuǎn)時水平視角標準差介于0.25°～1.23°之間，右轉(zhuǎn)時水平視角標準差介于0.30°～1.55°之間。右轉(zhuǎn)比左轉(zhuǎn)時的水平方向視覺搜索廣度略大，但差異不是很明顯。

采用SPSS統(tǒng)計分析軟件對城市道路上駕駛員駕駛過程中轉(zhuǎn)向不同方向時的各注視參數(shù)進行兩獨立樣本的非參數(shù)方差分析，方法為Mann－Whitney檢驗，分析的結(jié)論見表4。通過對比分析發(fā)現(xiàn)：注視時間均值、水平及垂直方向上注視角度均值的Exact Sig大于0.10，可以認為在α＝0.05條件下，駕駛過程中轉(zhuǎn)向的不同對注視時間均值、水平及垂直方向上注視角度均值均沒有顯著影響；水平、垂直方向上搜索廣度標準差的Exact Sig小于0.10，可以認為在α＝0.05條件下，駕駛過程中轉(zhuǎn)向的不同對水平、垂直方向的視覺搜索廣度有差異。

表3 垂直視角均值與標準差Tab.3 Mean and standard deviation on vertical （°）

2.5 小結(jié)

通過數(shù)據(jù)分析和非參數(shù)檢驗，得出結(jié)論。

1）不同轉(zhuǎn)向時，駕駛員有3／4以上的時間都在進行注視。即以注視為主，掃視為輔。注視持續(xù)時間在0～1 000 ms區(qū)間分布不均勻，大約80%的注視時間分布在0～300ms區(qū)段。

2）駕駛員轉(zhuǎn)向不同方向時的水平視角進行分析，注視水平視線在左、右兩區(qū)域的分布呈現(xiàn)略微的不均衡性，左轉(zhuǎn)時的注視區(qū)域集中在中間區(qū)域，右轉(zhuǎn)時的注視區(qū)域集中在中間略微偏右。說明駕駛員左轉(zhuǎn)時的大多注視中間區(qū)域的車輛、行人，左轉(zhuǎn)時駕駛員關(guān)注正前方的交通流和交通設施，但右轉(zhuǎn)時駕駛員不僅關(guān)注正前方的交通流和交通設施，同時也比較關(guān)注右側(cè)行人。

表4 各個參數(shù)的差異顯著性檢驗Tab.4 Testing significance of difference various parameters

不同轉(zhuǎn)向時駕駛員的垂直視角都集中在視野下部區(qū)域，視線在垂直方向上、下兩個區(qū)域的分布呈現(xiàn)更顯著的不均衡性，右轉(zhuǎn)比左轉(zhuǎn)的注視區(qū)域更偏向下側(cè)，即駕駛員更多的關(guān)注車輛前方中近距離的區(qū)域，尤其是右轉(zhuǎn)時。這主要因為右轉(zhuǎn)道路交通環(huán)境復雜，車輛密度不僅大，而且行人比左轉(zhuǎn)時多，行駛速度慢，橫向干擾多等因素，迫使駕駛員無瑕顧及遠方的目標。

3）在城市道路上左轉(zhuǎn)時駕駛員的水平搜索廣度比右轉(zhuǎn)低很多。左轉(zhuǎn)時駕駛員垂直方向的搜索廣度比右轉(zhuǎn)略低，因為右轉(zhuǎn)時駕駛員離行人更近一些，轉(zhuǎn)向環(huán)境更加復雜。

4）對試驗數(shù)據(jù)進行差異性檢驗，水平、垂直方向的搜索廣度在α＝0.05條件下都受到轉(zhuǎn)向影響，不同轉(zhuǎn)向?qū)ζ渌鼌?shù)無明顯影響，說明駕駛員在水平、數(shù)值方向的搜索廣度有差異。

3 結(jié)束語

由于人的眼動范圍有限，駕駛員左右轉(zhuǎn)向時，水平注視過程中往往伴隨頭部運動，但本次試驗使用的儀器只是對眼動注視數(shù)據(jù)進行分析，因此試驗對駕駛員在真實道路交通環(huán)境中注視范圍的分析，還具有一定的局限性。針對駕駛員駕駛過程中轉(zhuǎn)向不同方向的視覺行為是否存在差異性，通過試驗，對數(shù)據(jù)進行具體分析和差異性檢驗，確定駕駛員在轉(zhuǎn)向不同方向時在水平、垂直方向的搜索廣度上存在明顯差異，為相關(guān)理論分析提供依據(jù)。

［1］黃迎秋.山區(qū)與城市道路交通環(huán)境下駕駛員視覺搜索過程分析［D］.西安：長安大學，2008.

［2］Underwood G，Crundall D，Chapman P.Selective searching while driving：the role of experience in hazard detection and general surveillance［J］.Ergonomics，2002，45（1）：1－15.

［3］盧 鋒，王蘇平.Premiere Pro 2.0入門到精通［M］.北京：清華大學出版社，2007.

［4］王鴻儒.EXCEL在統(tǒng)計學中的應用［M］.北京：中國鐵道出版社，2004.

［5］李作敏.交通工程學［M］.2版.北京：人民交通出版社，2000.