城市隧道駕駛?cè)俗⒁曁卣鞣治觯?/h1>
2014-12-14 06:03:06卓艷沖郭唐儀
交通信息與安全 2014年6期
卓艷沖 邵 飛 郭唐儀
（1.中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院 南京 210008；2.南京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 南京 210094）
隧道是城市道路系統(tǒng)中的的重要結(jié)構(gòu)物，在城市道路中占的比例越來(lái)越高。城市隧道完善了城市道路系統(tǒng)，縮短了行程距離，車速較快，可保證車輛暢通持續(xù)的行駛，并且受雨、雪、冰雹等惡劣自然天氣的影響較小，給城市的交通運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。但是由于其復(fù)雜的地下交通環(huán)境和相對(duì)特殊的建筑結(jié)構(gòu)，城市隧道已經(jīng)成為城市道路系統(tǒng)中交通事故的的多發(fā)地點(diǎn)，并且與地上道路相比，隧道內(nèi)的交通事故對(duì)道路交通系統(tǒng)的破壞更大。公路隧道交通事故的形態(tài)主要以追尾、火災(zāi)、側(cè)翻、正面碰撞、碰撞隧道壁、翻墜事故為主，其中追尾事故最多，占總數(shù)的43%，連環(huán)追尾占追尾事故的29.5%［1］。因?yàn)樗淼拉h(huán)境的特殊性，火災(zāi)事故的損失尤為突出，火災(zāi)發(fā)生后撲救困難，容易造成重大的人員和物質(zhì)損失［2－4］。
在“人－車－路－環(huán)境”組成的交通系統(tǒng)中，由于人的因素而造成的交通事故占總交通事故的90%［5］。駕駛?cè)嗽谛熊嚨倪^(guò)程中是1個(gè)信息的獲取與處理的過(guò)程。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在行車過(guò)程中各種感覺(jué)器官給駕駛?cè)颂峁┙煌ㄐ畔⒌谋壤缦拢阂曈X(jué)80%，聽(tīng)覺(jué)10%，觸覺(jué)2%，味覺(jué)2%，嗅覺(jué)2%［6］。因此視覺(jué)是駕駛?cè)双@取信息的主要途徑，并且在獲取的視覺(jué)信息中95%的是動(dòng)態(tài)視覺(jué)信息［7］。由于隧道內(nèi)外光照的差異性，駕駛?cè)嗽谶M(jìn)入隧道時(shí)存在“黑洞效應(yīng)”，離開(kāi)隧道時(shí)存在“白洞效應(yīng)”，這將對(duì)駕駛?cè)艘曈X(jué)信息的獲取與處理產(chǎn)生影響，因此駕駛?cè)嗽谶M(jìn)出隧道時(shí)視覺(jué)的不適應(yīng)是造成城市隧道交通事故的主要原因。
關(guān)于駕駛?cè)说难蹌?dòng)行為已經(jīng)有很多學(xué)者進(jìn)行了研究。馮忠祥等［8］進(jìn)行了高速公路廣告牌與駕駛?cè)说囊曈X(jué)影響研究，得到了廣告牌的最佳距離及內(nèi)容形式。杜志剛等［9］對(duì)駕駛?cè)说耐酌娣e與隧道進(jìn)出口的照度進(jìn)行了研究，得到瞳孔面積的臨界變化速度在－6～4 mm2／s之間。P.Konstantopoulos等［10］對(duì)如何確定最小注視時(shí)間進(jìn)行了研究，認(rèn)為最小注視時(shí)間為200 ms。姚裔虎等［11］對(duì)城市隧道駕駛?cè)说囊暳沁M(jìn)行了分析，得出了注視點(diǎn)分布的一般特征，并建立了城市隧道標(biāo)志視認(rèn)模型。葉曉林等［12］探討了模擬駕駛過(guò)程中視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)認(rèn)知負(fù)荷對(duì)駕駛行為的影響，得出認(rèn)知負(fù)荷影響駕駛行為，特別是影響了對(duì)駕駛情境中危險(xiǎn)事件的覺(jué)知。但以前對(duì)于駕駛?cè)搜蹌?dòng)行為的研究主要集中在公路隧道，特別是高速公路隧道，對(duì)城市隧道的研究較少。筆者通過(guò)實(shí)車實(shí)驗(yàn)，獲取駕駛?cè)嗽谀暇┦? 條典型隧道中行車時(shí)的眼動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析得到駕駛?cè)嗽诔鞘兴淼乐行熊嚨淖⒁曅袨樘卣鳌?/p>
1 隧道實(shí)驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)選取具有不同的年齡、職業(yè)、駕齡的被試駕駛?cè)?名，要求駕駛?cè)司哂辛己玫囊暳?，不戴眼鏡。其中既有駕齡為2年的新手駕駛?cè)?，也有駕齡為10年以上的熟練駕駛?cè)恕３酥膺€要求每名駕駛?cè)司哂辛己玫鸟{駛習(xí)慣，且無(wú)生理缺陷和重、特大事故經(jīng)歷。實(shí)驗(yàn)采用瑞典Tobii公司的Tobii Glasses眼動(dòng)議記錄駕駛?cè)嗽谛熊囘^(guò)程中的眼動(dòng)數(shù)據(jù)?？紤]到家用轎車是城市道路交通中的主體車輛，且都是7座以下的，因此選擇與此類車型機(jī)動(dòng)特性及外廓尺寸相似的別克凱越作為本次實(shí)驗(yàn)的車輛。
選取南京市鼓樓隧道、富貴山隧道和通濟(jì)門、西安門、九華山、玄武湖、模范馬路隧道群進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，各隧道的特點(diǎn)見(jiàn)表1。
表1 實(shí)驗(yàn)隧道數(shù)據(jù)Tab.1 Experimental tunnel data
1.2 實(shí)驗(yàn)方案及過(guò)程
車內(nèi)除了駕駛?cè)送夤灿?名實(shí)驗(yàn)人員。其中2名分別負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)眼動(dòng)儀和心電儀的數(shù)據(jù)采集，另外1名人員進(jìn)行同步時(shí)間，隧道分段和異常事件的記錄。
實(shí)驗(yàn)之前先將Tobii眼動(dòng)儀的IR－Marker按照3排5 列的矩陣均勻的固定在前擋風(fēng)玻璃上，IR－Marker的分布圖見(jiàn)圖1。由于駕駛?cè)嗽隈{車時(shí)坐在車輛的左面，因此IR－Marker整體偏左。為了使眼動(dòng)儀在實(shí)驗(yàn)中能更好的捕捉到駕駛?cè)说难矍?，利用楔形泡沫?lái)抵消前擋風(fēng)玻璃的傾斜角度，使每1個(gè)IR－Marker都正對(duì)駕駛?cè)恕?/p>
圖1 IR－Markers分布圖Fig.1 The diagram of IR－Markers distribution
實(shí)驗(yàn)之前先對(duì)駕駛?cè)诉M(jìn)行眼動(dòng)儀的校正，以保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以獲得質(zhì)量較高的眼動(dòng)數(shù)據(jù)。然后利用心電儀對(duì)駕駛?cè)诉M(jìn)行5min靜止?fàn)顟B(tài)下心電數(shù)據(jù)的采集。駕駛?cè)税凑諏?shí)驗(yàn)路線在實(shí)驗(yàn)隧道中往返3次，眼動(dòng)儀與心電儀進(jìn)行眼動(dòng)數(shù)據(jù)與心電數(shù)據(jù)的采集。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中關(guān)閉車內(nèi)的音響設(shè)備，減少人員之間的交流，以免對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及駕駛?cè)说男熊囋斐捎绊憽?shí)驗(yàn)結(jié)束后將眼動(dòng)儀記錄的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Tobii Studio軟件進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)過(guò)程的部分圖片見(jiàn)圖2。
圖2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程圖Fig.2 The diagram of experimental process
2 數(shù)據(jù)分析
2.1 區(qū)域的劃分
根據(jù)實(shí)驗(yàn)的觀察可知，在車輛在通過(guò)隧道的過(guò)程中，有95.6%的時(shí)間駕駛?cè)说念^部是面向正前方的，因此我們可以將所有注視點(diǎn)投射在1張駕駛?cè)苏胺降膱D片上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。將圖片在水平方向和豎直方向進(jìn)行3等分，得到9個(gè)區(qū)域，見(jiàn)圖3。其中中部區(qū)域?qū)?yīng)道路的中遠(yuǎn)處，以及遠(yuǎn)處道路2邊的設(shè)施；左中區(qū)域?qū)?yīng)左側(cè)前方相鄰的車道或隧道壁；右中區(qū)域?qū)?yīng)右側(cè)前方相鄰的車道或隧道壁；左下區(qū)域?qū)?yīng)左后視鏡及車輛左邊的道路；右下區(qū)域代表右后視鏡及車輛右邊的道路；中下區(qū)域?qū)?yīng)道路的近前方和車內(nèi)的儀表；左上、中上、右上區(qū)域?qū)?yīng)隧道內(nèi)的標(biāo)志和燈光區(qū)。
圖3 注視區(qū)域的劃分Fig.3 The division of watching region
2.2 注視點(diǎn)數(shù)目
注視點(diǎn)反應(yīng)的是一段時(shí)間內(nèi)人所注意的焦點(diǎn)。在視覺(jué)的收索過(guò)程中注視點(diǎn)的數(shù)目反映的是觀察者所需要處理信息的數(shù)目，而與所處理信息的深度沒(méi)有關(guān)系。區(qū)域中注視點(diǎn)個(gè)數(shù)是衡量搜索效率的1個(gè)指標(biāo)，也是區(qū)域重要性的衡量指標(biāo)，區(qū)域越重要，注視頻次越多［13］。
本次實(shí)驗(yàn)分別在自由流和非自由流狀態(tài)下進(jìn)行，由于實(shí)驗(yàn)的隧道不同，實(shí)驗(yàn)時(shí)的車速不同，導(dǎo)致不同駕駛?cè)嗽谕粎^(qū)域中的注視點(diǎn)數(shù)目不具有可比性。在數(shù)據(jù)處理時(shí)我們將駕駛?cè)嗽?個(gè)區(qū)域中的注視點(diǎn)數(shù)目占注視點(diǎn)總數(shù)的百分比作為該區(qū)域的重要程度。圖4為在自由流和非自由流狀態(tài)下駕駛?cè)送ㄟ^(guò)隧道時(shí)注視點(diǎn)熱點(diǎn)圖。
圖4 注視熱點(diǎn)圖Fig.4 The hot point diagram of watching
熱點(diǎn)包含透明的背景以及被試注視點(diǎn)或時(shí)間較多的區(qū)域，熱點(diǎn)圖的創(chuàng)建可以按注視點(diǎn)數(shù)目、絕對(duì)注視時(shí)間或相對(duì)注視時(shí)間3種方式進(jìn)行創(chuàng)建。圖4是按注視點(diǎn)數(shù)目進(jìn)行創(chuàng)建的，顏色越深的地方代表注視點(diǎn)數(shù)目越多，顏色越淺的地方注視點(diǎn)數(shù)目越少。由圖4可是在自由流狀態(tài)下，注視點(diǎn)主要集中在中部區(qū)域和中下區(qū)域，在非自由流狀態(tài)下，注視點(diǎn)集中區(qū)域上移，并向左、右2邊擴(kuò)散。對(duì)9個(gè)區(qū)域的注視點(diǎn)數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得注視點(diǎn)分布圖，見(jiàn)圖5。
圖5 注視點(diǎn)分布圖Fig.5 The distribution diagram of watching points
由圖5可見(jiàn)，在自由流狀態(tài)下，中部區(qū)域與中下區(qū)域的注視點(diǎn)數(shù)目分別占注視點(diǎn)總數(shù)的65%、22%，其余7個(gè)區(qū)域僅占注視點(diǎn)總數(shù)的13%。在非自由流狀態(tài)下注視點(diǎn)的分布較為均勻，中部區(qū)域注視點(diǎn)仍然分布最多，但比例已經(jīng)下降到了35.2%，右中、中上、左上區(qū)域注視點(diǎn)數(shù)目大幅度增加，右上、左中區(qū)域也有所增加，中下區(qū)域注視點(diǎn)數(shù)目大幅度下降。在自由流狀態(tài)下，駕駛?cè)岁P(guān)注的信息多為靜態(tài)目標(biāo)，主要為前方的路面，受外界的干擾較少，因此注視點(diǎn)集中且偏下。在非自由流狀態(tài)下，環(huán)境相對(duì)較為復(fù)雜，由于前方和左右車輛的干擾，駕駛?cè)嗽黾恿藢?duì)前面車輛和左右兩側(cè)環(huán)境的觀察，減少了對(duì)前方道路的關(guān)注，因此注視點(diǎn)出現(xiàn)了上移和左右擴(kuò)散的現(xiàn)象。
2.3 訪問(wèn)時(shí)間
訪問(wèn)時(shí)間并不是注視持續(xù)時(shí)間，它是人們?cè)谀骋粎^(qū)域注視時(shí)間的總長(zhǎng)度。該長(zhǎng)度的計(jì)算方法為：區(qū)域內(nèi)每個(gè)注視點(diǎn)持續(xù)時(shí)間與每?jī)牲c(diǎn)之間眼跳時(shí)間之和?？傇L問(wèn)時(shí)間是1個(gè)區(qū)域信息量的多少及信息處理難易程度的綜合體現(xiàn)。從8名駕駛?cè)酥羞x出6 名在自由流狀態(tài)下通過(guò)隧道的駕駛?cè)?，隧道的入口為進(jìn)入隧道前100m 到進(jìn)入隧道后100m，隧道的出口為出隧道前100m 到出隧道后100m，以50m 為間隔求出駕駛?cè)嗽诿總€(gè)區(qū)域總訪問(wèn)時(shí)間所占的百分比，最后再求平均值，所得結(jié)果如圖6所示，負(fù)值表示在隧道內(nèi)部，正值表示在隧道外部。
圖6 隧道進(jìn)出口總訪問(wèn)時(shí)間分布圖Fig.6 The time distribution diagram of tunnel import and export total access
從圖6可以看出，對(duì)于隧道出口與入口，中部區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間曲線一直在其余曲線的上方。在隧道入口階段，中部區(qū)域在進(jìn)入隧道前總訪問(wèn)時(shí)間基本保持不變，進(jìn)入隧道后總訪問(wèn)時(shí)間先增加后減少；中下區(qū)域總訪問(wèn)時(shí)間開(kāi)始保持不變，進(jìn)入隧道后增加；左中、右中區(qū)域進(jìn)入隧道前總訪問(wèn)時(shí)間增加，進(jìn)入隧道后先減小后保持不變；左下區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間持續(xù)減少；其余區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間一直都占有很少的比例。在隧道的出口階段，中部區(qū)域總訪問(wèn)時(shí)間急劇減小；中下區(qū)域總訪問(wèn)時(shí)間變化趨勢(shì)與中部區(qū)域相反，急劇增加，最后超過(guò)中部區(qū)域；左中區(qū)域與左下區(qū)域的變化趨勢(shì)剛好相反，總訪問(wèn)時(shí)間上下波動(dòng)；右中、右下區(qū)域總訪問(wèn)時(shí)間開(kāi)始保持穩(wěn)定，駛出隧道后開(kāi)始增加；其余區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間一直占有很少的比例。在隧道的入口階段，進(jìn)入隧道前左中區(qū)域和右中區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間變長(zhǎng)，主要原因是駕駛?cè)嗽谶M(jìn)入隧道前增加了對(duì)隧道入口信息的采集與處理，以便車輛可以安全的進(jìn)入隧道；在隧道內(nèi)是禁止變道的，導(dǎo)致有些駕駛?cè)嗽谶M(jìn)入隧道之前進(jìn)行超車，雖然實(shí)驗(yàn)是在自由流狀態(tài)下進(jìn)行的，但被試駕駛?cè)顺鲇谧陨戆踩紤]，進(jìn)入隧道前仍然會(huì)習(xí)慣的觀察車輛的左側(cè)環(huán)境和左后視鏡，導(dǎo)致了左下區(qū)域總訪問(wèn)時(shí)間在進(jìn)入隧道前較長(zhǎng)；進(jìn)入隧道后駕駛?cè)藢?duì)車內(nèi)儀表和近前方道路的注視增加，因此在隧道的入口階段駕駛?cè)顺藢?duì)中部區(qū)域的觀察外，進(jìn)入隧道前還將精力放在左中、左下和右中區(qū)域，進(jìn)入隧道后增加了對(duì)中下區(qū)域的關(guān)注。在隧道的出口階段，在駛出隧道后，中下區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間比例超過(guò)了中部區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間，說(shuō)明在自由流狀態(tài)下駕駛?cè)顺鏊淼篮蟾鼉A向于觀察近前方的道路來(lái)保證行車的安全。
3 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)城市隧道的實(shí)車實(shí)驗(yàn)，獲得了駕駛?cè)说难蹌?dòng)數(shù)據(jù)，主要結(jié)論有：
1）在自由流狀態(tài)下，駕駛?cè)说淖⒁朁c(diǎn)主要集中在車輛中遠(yuǎn)處的道路。
2）在非自由流狀態(tài)下，駕駛?cè)说淖⒁朁c(diǎn)分布會(huì)出現(xiàn)上移和左右擴(kuò)散的現(xiàn)象。
3）自由流狀態(tài)下，在隧道的入口階段駕駛?cè)顺藢?duì)中部區(qū)域的觀察外，進(jìn)入隧道前還將精力放在左中、左下和右中區(qū)域，進(jìn)入隧道后增加了對(duì)中下區(qū)域的關(guān)注。
4）自由流狀態(tài)下，在隧道的出口階段駕駛?cè)嗽谥胁繀^(qū)域與中下區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間變化劇烈，且趨勢(shì)相反；出隧道后駕駛?cè)烁鼉A向于觀察近前方的道路來(lái)保證行車的安全。
在今后的實(shí)驗(yàn)中還需做到眼動(dòng)儀與心電儀的時(shí)間同步，將眼動(dòng)數(shù)據(jù)與心電數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行分析，同時(shí)考慮到隧道內(nèi)的光照條件及隧道幾何對(duì)駕駛?cè)说挠绊懀詈髮?duì)城市隧道提出一些改善措施，保證駕駛?cè)说陌踩熊嚒?/p>
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卓艷沖 邵 飛 郭唐儀
（1.中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院 南京 210008；2.南京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 南京 210094）
隧道是城市道路系統(tǒng)中的的重要結(jié)構(gòu)物，在城市道路中占的比例越來(lái)越高。城市隧道完善了城市道路系統(tǒng)，縮短了行程距離，車速較快，可保證車輛暢通持續(xù)的行駛，并且受雨、雪、冰雹等惡劣自然天氣的影響較小，給城市的交通運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。但是由于其復(fù)雜的地下交通環(huán)境和相對(duì)特殊的建筑結(jié)構(gòu)，城市隧道已經(jīng)成為城市道路系統(tǒng)中交通事故的的多發(fā)地點(diǎn)，并且與地上道路相比，隧道內(nèi)的交通事故對(duì)道路交通系統(tǒng)的破壞更大。公路隧道交通事故的形態(tài)主要以追尾、火災(zāi)、側(cè)翻、正面碰撞、碰撞隧道壁、翻墜事故為主，其中追尾事故最多，占總數(shù)的43%，連環(huán)追尾占追尾事故的29.5%［1］。因?yàn)樗淼拉h(huán)境的特殊性，火災(zāi)事故的損失尤為突出，火災(zāi)發(fā)生后撲救困難，容易造成重大的人員和物質(zhì)損失［2－4］。
在“人－車－路－環(huán)境”組成的交通系統(tǒng)中，由于人的因素而造成的交通事故占總交通事故的90%［5］。駕駛?cè)嗽谛熊嚨倪^(guò)程中是1個(gè)信息的獲取與處理的過(guò)程。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在行車過(guò)程中各種感覺(jué)器官給駕駛?cè)颂峁┙煌ㄐ畔⒌谋壤缦拢阂曈X(jué)80%，聽(tīng)覺(jué)10%，觸覺(jué)2%，味覺(jué)2%，嗅覺(jué)2%［6］。因此視覺(jué)是駕駛?cè)双@取信息的主要途徑，并且在獲取的視覺(jué)信息中95%的是動(dòng)態(tài)視覺(jué)信息［7］。由于隧道內(nèi)外光照的差異性，駕駛?cè)嗽谶M(jìn)入隧道時(shí)存在“黑洞效應(yīng)”，離開(kāi)隧道時(shí)存在“白洞效應(yīng)”，這將對(duì)駕駛?cè)艘曈X(jué)信息的獲取與處理產(chǎn)生影響，因此駕駛?cè)嗽谶M(jìn)出隧道時(shí)視覺(jué)的不適應(yīng)是造成城市隧道交通事故的主要原因。
關(guān)于駕駛?cè)说难蹌?dòng)行為已經(jīng)有很多學(xué)者進(jìn)行了研究。馮忠祥等［8］進(jìn)行了高速公路廣告牌與駕駛?cè)说囊曈X(jué)影響研究，得到了廣告牌的最佳距離及內(nèi)容形式。杜志剛等［9］對(duì)駕駛?cè)说耐酌娣e與隧道進(jìn)出口的照度進(jìn)行了研究，得到瞳孔面積的臨界變化速度在－6～4 mm2／s之間。P.Konstantopoulos等［10］對(duì)如何確定最小注視時(shí)間進(jìn)行了研究，認(rèn)為最小注視時(shí)間為200 ms。姚裔虎等［11］對(duì)城市隧道駕駛?cè)说囊暳沁M(jìn)行了分析，得出了注視點(diǎn)分布的一般特征，并建立了城市隧道標(biāo)志視認(rèn)模型。葉曉林等［12］探討了模擬駕駛過(guò)程中視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)認(rèn)知負(fù)荷對(duì)駕駛行為的影響，得出認(rèn)知負(fù)荷影響駕駛行為，特別是影響了對(duì)駕駛情境中危險(xiǎn)事件的覺(jué)知。但以前對(duì)于駕駛?cè)搜蹌?dòng)行為的研究主要集中在公路隧道，特別是高速公路隧道，對(duì)城市隧道的研究較少。筆者通過(guò)實(shí)車實(shí)驗(yàn)，獲取駕駛?cè)嗽谀暇┦? 條典型隧道中行車時(shí)的眼動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析得到駕駛?cè)嗽诔鞘兴淼乐行熊嚨淖⒁曅袨樘卣鳌?/p>
1 隧道實(shí)驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)選取具有不同的年齡、職業(yè)、駕齡的被試駕駛?cè)?名，要求駕駛?cè)司哂辛己玫囊暳?，不戴眼鏡。其中既有駕齡為2年的新手駕駛?cè)?，也有駕齡為10年以上的熟練駕駛?cè)恕３酥膺€要求每名駕駛?cè)司哂辛己玫鸟{駛習(xí)慣，且無(wú)生理缺陷和重、特大事故經(jīng)歷。實(shí)驗(yàn)采用瑞典Tobii公司的Tobii Glasses眼動(dòng)議記錄駕駛?cè)嗽谛熊囘^(guò)程中的眼動(dòng)數(shù)據(jù)?？紤]到家用轎車是城市道路交通中的主體車輛，且都是7座以下的，因此選擇與此類車型機(jī)動(dòng)特性及外廓尺寸相似的別克凱越作為本次實(shí)驗(yàn)的車輛。
選取南京市鼓樓隧道、富貴山隧道和通濟(jì)門、西安門、九華山、玄武湖、模范馬路隧道群進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，各隧道的特點(diǎn)見(jiàn)表1。
表1 實(shí)驗(yàn)隧道數(shù)據(jù)Tab.1 Experimental tunnel data
1.2 實(shí)驗(yàn)方案及過(guò)程
車內(nèi)除了駕駛?cè)送夤灿?名實(shí)驗(yàn)人員。其中2名分別負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)眼動(dòng)儀和心電儀的數(shù)據(jù)采集，另外1名人員進(jìn)行同步時(shí)間，隧道分段和異常事件的記錄。
實(shí)驗(yàn)之前先將Tobii眼動(dòng)儀的IR－Marker按照3排5 列的矩陣均勻的固定在前擋風(fēng)玻璃上，IR－Marker的分布圖見(jiàn)圖1。由于駕駛?cè)嗽隈{車時(shí)坐在車輛的左面，因此IR－Marker整體偏左。為了使眼動(dòng)儀在實(shí)驗(yàn)中能更好的捕捉到駕駛?cè)说难矍?，利用楔形泡沫?lái)抵消前擋風(fēng)玻璃的傾斜角度，使每1個(gè)IR－Marker都正對(duì)駕駛?cè)恕?/p>
圖1 IR－Markers分布圖Fig.1 The diagram of IR－Markers distribution
實(shí)驗(yàn)之前先對(duì)駕駛?cè)诉M(jìn)行眼動(dòng)儀的校正，以保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以獲得質(zhì)量較高的眼動(dòng)數(shù)據(jù)。然后利用心電儀對(duì)駕駛?cè)诉M(jìn)行5min靜止?fàn)顟B(tài)下心電數(shù)據(jù)的采集。駕駛?cè)税凑諏?shí)驗(yàn)路線在實(shí)驗(yàn)隧道中往返3次，眼動(dòng)儀與心電儀進(jìn)行眼動(dòng)數(shù)據(jù)與心電數(shù)據(jù)的采集。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中關(guān)閉車內(nèi)的音響設(shè)備，減少人員之間的交流，以免對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及駕駛?cè)说男熊囋斐捎绊憽?shí)驗(yàn)結(jié)束后將眼動(dòng)儀記錄的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Tobii Studio軟件進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)過(guò)程的部分圖片見(jiàn)圖2。
圖2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程圖Fig.2 The diagram of experimental process
2 數(shù)據(jù)分析
2.1 區(qū)域的劃分
根據(jù)實(shí)驗(yàn)的觀察可知，在車輛在通過(guò)隧道的過(guò)程中，有95.6%的時(shí)間駕駛?cè)说念^部是面向正前方的，因此我們可以將所有注視點(diǎn)投射在1張駕駛?cè)苏胺降膱D片上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。將圖片在水平方向和豎直方向進(jìn)行3等分，得到9個(gè)區(qū)域，見(jiàn)圖3。其中中部區(qū)域?qū)?yīng)道路的中遠(yuǎn)處，以及遠(yuǎn)處道路2邊的設(shè)施；左中區(qū)域?qū)?yīng)左側(cè)前方相鄰的車道或隧道壁；右中區(qū)域?qū)?yīng)右側(cè)前方相鄰的車道或隧道壁；左下區(qū)域?qū)?yīng)左后視鏡及車輛左邊的道路；右下區(qū)域代表右后視鏡及車輛右邊的道路；中下區(qū)域?qū)?yīng)道路的近前方和車內(nèi)的儀表；左上、中上、右上區(qū)域?qū)?yīng)隧道內(nèi)的標(biāo)志和燈光區(qū)。
圖3 注視區(qū)域的劃分Fig.3 The division of watching region
2.2 注視點(diǎn)數(shù)目
注視點(diǎn)反應(yīng)的是一段時(shí)間內(nèi)人所注意的焦點(diǎn)。在視覺(jué)的收索過(guò)程中注視點(diǎn)的數(shù)目反映的是觀察者所需要處理信息的數(shù)目，而與所處理信息的深度沒(méi)有關(guān)系。區(qū)域中注視點(diǎn)個(gè)數(shù)是衡量搜索效率的1個(gè)指標(biāo)，也是區(qū)域重要性的衡量指標(biāo)，區(qū)域越重要，注視頻次越多［13］。
本次實(shí)驗(yàn)分別在自由流和非自由流狀態(tài)下進(jìn)行，由于實(shí)驗(yàn)的隧道不同，實(shí)驗(yàn)時(shí)的車速不同，導(dǎo)致不同駕駛?cè)嗽谕粎^(qū)域中的注視點(diǎn)數(shù)目不具有可比性。在數(shù)據(jù)處理時(shí)我們將駕駛?cè)嗽?個(gè)區(qū)域中的注視點(diǎn)數(shù)目占注視點(diǎn)總數(shù)的百分比作為該區(qū)域的重要程度。圖4為在自由流和非自由流狀態(tài)下駕駛?cè)送ㄟ^(guò)隧道時(shí)注視點(diǎn)熱點(diǎn)圖。
圖4 注視熱點(diǎn)圖Fig.4 The hot point diagram of watching
熱點(diǎn)包含透明的背景以及被試注視點(diǎn)或時(shí)間較多的區(qū)域，熱點(diǎn)圖的創(chuàng)建可以按注視點(diǎn)數(shù)目、絕對(duì)注視時(shí)間或相對(duì)注視時(shí)間3種方式進(jìn)行創(chuàng)建。圖4是按注視點(diǎn)數(shù)目進(jìn)行創(chuàng)建的，顏色越深的地方代表注視點(diǎn)數(shù)目越多，顏色越淺的地方注視點(diǎn)數(shù)目越少。由圖4可是在自由流狀態(tài)下，注視點(diǎn)主要集中在中部區(qū)域和中下區(qū)域，在非自由流狀態(tài)下，注視點(diǎn)集中區(qū)域上移，并向左、右2邊擴(kuò)散。對(duì)9個(gè)區(qū)域的注視點(diǎn)數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得注視點(diǎn)分布圖，見(jiàn)圖5。
圖5 注視點(diǎn)分布圖Fig.5 The distribution diagram of watching points
由圖5可見(jiàn)，在自由流狀態(tài)下，中部區(qū)域與中下區(qū)域的注視點(diǎn)數(shù)目分別占注視點(diǎn)總數(shù)的65%、22%，其余7個(gè)區(qū)域僅占注視點(diǎn)總數(shù)的13%。在非自由流狀態(tài)下注視點(diǎn)的分布較為均勻，中部區(qū)域注視點(diǎn)仍然分布最多，但比例已經(jīng)下降到了35.2%，右中、中上、左上區(qū)域注視點(diǎn)數(shù)目大幅度增加，右上、左中區(qū)域也有所增加，中下區(qū)域注視點(diǎn)數(shù)目大幅度下降。在自由流狀態(tài)下，駕駛?cè)岁P(guān)注的信息多為靜態(tài)目標(biāo)，主要為前方的路面，受外界的干擾較少，因此注視點(diǎn)集中且偏下。在非自由流狀態(tài)下，環(huán)境相對(duì)較為復(fù)雜，由于前方和左右車輛的干擾，駕駛?cè)嗽黾恿藢?duì)前面車輛和左右兩側(cè)環(huán)境的觀察，減少了對(duì)前方道路的關(guān)注，因此注視點(diǎn)出現(xiàn)了上移和左右擴(kuò)散的現(xiàn)象。
2.3 訪問(wèn)時(shí)間
訪問(wèn)時(shí)間并不是注視持續(xù)時(shí)間，它是人們?cè)谀骋粎^(qū)域注視時(shí)間的總長(zhǎng)度。該長(zhǎng)度的計(jì)算方法為：區(qū)域內(nèi)每個(gè)注視點(diǎn)持續(xù)時(shí)間與每?jī)牲c(diǎn)之間眼跳時(shí)間之和?？傇L問(wèn)時(shí)間是1個(gè)區(qū)域信息量的多少及信息處理難易程度的綜合體現(xiàn)。從8名駕駛?cè)酥羞x出6 名在自由流狀態(tài)下通過(guò)隧道的駕駛?cè)?，隧道的入口為進(jìn)入隧道前100m 到進(jìn)入隧道后100m，隧道的出口為出隧道前100m 到出隧道后100m，以50m 為間隔求出駕駛?cè)嗽诿總€(gè)區(qū)域總訪問(wèn)時(shí)間所占的百分比，最后再求平均值，所得結(jié)果如圖6所示，負(fù)值表示在隧道內(nèi)部，正值表示在隧道外部。
圖6 隧道進(jìn)出口總訪問(wèn)時(shí)間分布圖Fig.6 The time distribution diagram of tunnel import and export total access
從圖6可以看出，對(duì)于隧道出口與入口，中部區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間曲線一直在其余曲線的上方。在隧道入口階段，中部區(qū)域在進(jìn)入隧道前總訪問(wèn)時(shí)間基本保持不變，進(jìn)入隧道后總訪問(wèn)時(shí)間先增加后減少；中下區(qū)域總訪問(wèn)時(shí)間開(kāi)始保持不變，進(jìn)入隧道后增加；左中、右中區(qū)域進(jìn)入隧道前總訪問(wèn)時(shí)間增加，進(jìn)入隧道后先減小后保持不變；左下區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間持續(xù)減少；其余區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間一直都占有很少的比例。在隧道的出口階段，中部區(qū)域總訪問(wèn)時(shí)間急劇減小；中下區(qū)域總訪問(wèn)時(shí)間變化趨勢(shì)與中部區(qū)域相反，急劇增加，最后超過(guò)中部區(qū)域；左中區(qū)域與左下區(qū)域的變化趨勢(shì)剛好相反，總訪問(wèn)時(shí)間上下波動(dòng)；右中、右下區(qū)域總訪問(wèn)時(shí)間開(kāi)始保持穩(wěn)定，駛出隧道后開(kāi)始增加；其余區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間一直占有很少的比例。在隧道的入口階段，進(jìn)入隧道前左中區(qū)域和右中區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間變長(zhǎng)，主要原因是駕駛?cè)嗽谶M(jìn)入隧道前增加了對(duì)隧道入口信息的采集與處理，以便車輛可以安全的進(jìn)入隧道；在隧道內(nèi)是禁止變道的，導(dǎo)致有些駕駛?cè)嗽谶M(jìn)入隧道之前進(jìn)行超車，雖然實(shí)驗(yàn)是在自由流狀態(tài)下進(jìn)行的，但被試駕駛?cè)顺鲇谧陨戆踩紤]，進(jìn)入隧道前仍然會(huì)習(xí)慣的觀察車輛的左側(cè)環(huán)境和左后視鏡，導(dǎo)致了左下區(qū)域總訪問(wèn)時(shí)間在進(jìn)入隧道前較長(zhǎng)；進(jìn)入隧道后駕駛?cè)藢?duì)車內(nèi)儀表和近前方道路的注視增加，因此在隧道的入口階段駕駛?cè)顺藢?duì)中部區(qū)域的觀察外，進(jìn)入隧道前還將精力放在左中、左下和右中區(qū)域，進(jìn)入隧道后增加了對(duì)中下區(qū)域的關(guān)注。在隧道的出口階段，在駛出隧道后，中下區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間比例超過(guò)了中部區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間，說(shuō)明在自由流狀態(tài)下駕駛?cè)顺鏊淼篮蟾鼉A向于觀察近前方的道路來(lái)保證行車的安全。
3 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)城市隧道的實(shí)車實(shí)驗(yàn)，獲得了駕駛?cè)说难蹌?dòng)數(shù)據(jù)，主要結(jié)論有：
1）在自由流狀態(tài)下，駕駛?cè)说淖⒁朁c(diǎn)主要集中在車輛中遠(yuǎn)處的道路。
2）在非自由流狀態(tài)下，駕駛?cè)说淖⒁朁c(diǎn)分布會(huì)出現(xiàn)上移和左右擴(kuò)散的現(xiàn)象。
3）自由流狀態(tài)下，在隧道的入口階段駕駛?cè)顺藢?duì)中部區(qū)域的觀察外，進(jìn)入隧道前還將精力放在左中、左下和右中區(qū)域，進(jìn)入隧道后增加了對(duì)中下區(qū)域的關(guān)注。
4）自由流狀態(tài)下，在隧道的出口階段駕駛?cè)嗽谥胁繀^(qū)域與中下區(qū)域的總訪問(wèn)時(shí)間變化劇烈，且趨勢(shì)相反；出隧道后駕駛?cè)烁鼉A向于觀察近前方的道路來(lái)保證行車的安全。
在今后的實(shí)驗(yàn)中還需做到眼動(dòng)儀與心電儀的時(shí)間同步，將眼動(dòng)數(shù)據(jù)與心電數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行分析，同時(shí)考慮到隧道內(nèi)的光照條件及隧道幾何對(duì)駕駛?cè)说挠绊懀詈髮?duì)城市隧道提出一些改善措施，保證駕駛?cè)说陌踩熊嚒?/p>
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