駕車(chē)接近隧道過(guò)程中駕駛員瞳孔大小變化規(guī)律

胡英奎a，b，陳仲林b，張青文b，翁季b，黃珂b

(重慶大學(xué) a. 土木工程學(xué)院； b. 建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400045)

摘要：為了解駕駛員駕車(chē)進(jìn)入隧道過(guò)程中的瞳孔變化過(guò)程，讓8位駕駛員分別駕車(chē)進(jìn)入4座隧道，在此過(guò)程中用眼動(dòng)儀記錄駕駛員的瞳孔大小。分析眼動(dòng)儀記錄得到的駕駛員瞳孔大小數(shù)據(jù)的特征，通過(guò)小波變換進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得到了駕駛員駕車(chē)進(jìn)入隧道過(guò)程中瞳孔大小變化曲線(xiàn)。分析駕駛員瞳孔大小變化曲線(xiàn)發(fā)現(xiàn)，不同駕駛員的瞳孔大小存在個(gè)體差異；同一駕駛員多次測(cè)試的瞳孔大小存在一定的隨機(jī)性；在接近隧道過(guò)程中駕駛員瞳孔逐漸變大，并在隧道洞口附近急劇變大；不同駕駛員的瞳孔變化趨勢(shì)存在一定的差異；駕駛員瞳孔大小除受適應(yīng)亮度的影響外，還受駕駛員的心理等因素的影響。

關(guān)鍵詞：隧道照明；瞳孔大??；適應(yīng)亮度；交通安全

Received:2015-09-16

Foundation item：National Natural Science Foundation of China (No. 51278507, 50908240)

隧道入口附近是交通事故高發(fā)路段[1-2]，隧道內(nèi)外亮度差導(dǎo)致的駕駛員視覺(jué)適應(yīng)滯后是其主要原因。盡管人眼瞳孔大小受人的生理、心理以及外部環(huán)境等因素的影響，但在其他影響因素一定的情況下，主要受環(huán)境亮度的影響。駕駛員白天駕車(chē)由較亮的外部進(jìn)入較暗的隧道內(nèi)時(shí)，瞳孔會(huì)放大，如果瞳孔放大速率超出安全范圍，則會(huì)發(fā)生視覺(jué)障礙而造成行車(chē)事故。因此，研究駕駛員駕車(chē)接近隧道過(guò)程中的瞳孔變化規(guī)律，有助于保障隧道入口附近的行車(chē)安全。

瞳孔大小由瞳孔括約肌和瞳孔開(kāi)大肌控制，分別受副交感神經(jīng)、交感神經(jīng)支配。Pokorny等[3]認(rèn)為影響瞳孔大小的因素主要包括外部刺激和觀(guān)察者自身因素兩個(gè)方面，外部刺激就包括照明水平。Crawford[4]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了光源對(duì)瞳孔大小的影響，對(duì)背景亮度從2 700 c./ft.2(約29 052 cd/m2)、眼睛處的照度為65 ft.c.(約699.4 lx)變化到0后人眼瞳孔的變化過(guò)程進(jìn)行了測(cè)量。Birren等[5]、 Winn等[6]研究了不同年齡段被測(cè)者瞳孔大小與背景亮度之間的關(guān)系。Winn等[6]發(fā)現(xiàn)瞳孔直徑與亮度的對(duì)數(shù)之間線(xiàn)性相關(guān)。Richman等[7]在幾乎全黑、室內(nèi)照明和直射光3種照明條件下測(cè)量了250名被測(cè)者的瞳孔大小。在研究瞳孔大小的過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)即使在恒定的照明環(huán)境中，人眼瞳孔大小也在持續(xù)波動(dòng)，Stark等[8]認(rèn)為瞳孔的這種持續(xù)波動(dòng)(虹膜震顫)是虹膜肌中分布的交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)共同作用的結(jié)果。為了研究人眼受到光刺激后瞳孔的反應(yīng)時(shí)間，Iacoviello等[9]提出利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖像處理技術(shù)研究人眼瞳孔大小變化過(guò)程的方法。Colombo等[10]測(cè)量了5位被測(cè)者在0.5 cd/m2的適應(yīng)亮度下的瞳孔大小，以及在瞬時(shí)出現(xiàn)3個(gè)照度水平(15、30和60 lx)的周邊眩光中瞳孔的大小。Cheng等[11]在4、0.4和0.04 lx三種照明條件下測(cè)量了20位被測(cè)者的瞳孔大小。劉瑛等[12]用紅外線(xiàn)瞳孔測(cè)試儀測(cè)量了93例正常人(186眼)在暗環(huán)境下的瞳孔大小。練蘋(píng)等[13]用瞳孔自動(dòng)測(cè)試儀測(cè)量了100例正常人(200只眼)的瞳孔及瞳孔對(duì)光的反射特性?？敌l(wèi)勇等[14]通過(guò)試驗(yàn)研究了瞳孔大小與腦力負(fù)荷之間的關(guān)系。李勇等[15]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了閱讀過(guò)程中疲勞和心理負(fù)荷因素對(duì)瞳孔大小的調(diào)節(jié)作用。李毅[16]在道路照明水平下，研究了人眼瞳孔與不同光源提供的光生物效應(yīng)背景亮度之間的關(guān)系。黃海靜[17]在教室照明條件下研究了在不同色溫的熒光燈下的瞳孔大小與背景亮度和光源色溫之間的關(guān)系。

已有研究主要集中在被測(cè)者在靜態(tài)條件下瞳孔大小隨照明水平變化的規(guī)律，對(duì)于被測(cè)者在動(dòng)態(tài)條件下瞳孔大小隨照明水平的變化研究較少。為了給基于駕駛員視覺(jué)適應(yīng)的隧道照明設(shè)計(jì)方法提供依據(jù)，筆者選擇4座高速公路隧道，在隧道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了駕駛員駕車(chē)進(jìn)入隧道過(guò)程中的瞳孔大小變化過(guò)程。

1瞳孔變化實(shí)測(cè)

選擇福建省境內(nèi)永武(永安—武平)高速公路上的龍井隧道、黃山嶺隧道、石背角隧道和溪背山隧道作為實(shí)測(cè)地點(diǎn)，讓駕駛員駕車(chē)按照隧道設(shè)計(jì)速度駕車(chē)進(jìn)入隧道，并用眼動(dòng)儀記錄駕駛員從距隧道入口一個(gè)停車(chē)視距處到隧道洞口之間的瞳孔大小。

1.1　測(cè)試的基本情況

所測(cè)試的4座隧道都位于福建省西南部龍巖市境內(nèi)的永武高速公路上。測(cè)試時(shí)間8月份是當(dāng)?shù)厝照兆顝?qiáng)的季節(jié)，測(cè)試的3天均為晴間多云天氣。為了能得到駕駛員不同洞外亮度水平下的瞳孔變化過(guò)程，每天的測(cè)試分早晨(7:00—9:00)、中午(11:00—13:00)和傍晚(16:00—18:00)3個(gè)時(shí)段進(jìn)行。

1.1.1測(cè)試隧道測(cè)試隧道為永武高速公路上的龍井隧道、黃山嶺隧道、石背角隧道和溪背山隧道。4座隧道的幾何尺寸相同，均為7 m高、7.2 m寬，外觀(guān)見(jiàn)圖1。

圖1　被測(cè)隧道的外觀(guān)Fig.1　Pictures of tunnels

1.1.2測(cè)試車(chē)輛考慮所用車(chē)輛的代表性和測(cè)試的方便性，測(cè)試選用永武高速公路路政管理部門(mén)的工作用車(chē)，即由東南三菱生產(chǎn)的三菱君閣(ZINGER)MPV商務(wù)車(chē)。車(chē)身尺寸：4 615 mm×1 775 mm×1 810 mm(長(zhǎng)×寬×高)。測(cè)試用車(chē)車(chē)況良好，前擋風(fēng)玻璃及前排車(chē)窗清潔無(wú)污染，前擋風(fēng)玻璃和車(chē)窗玻璃有貼膜但不影響行車(chē)安全。

1.1.3被測(cè)人員考慮駕駛員的代表性及駕駛員對(duì)測(cè)試用車(chē)的車(chē)況和操作較熟悉的要求，選擇了8名男性駕駛員作為被測(cè)人員，被測(cè)人員全部為永武高速公路的路政管理人員。被測(cè)人員的年齡在28~40歲，平均年齡33.4歲，所有被測(cè)人員均無(wú)色盲、色弱情況，校正視力均在5.0以上，為了眼動(dòng)儀測(cè)試的方便，所有駕駛員都不佩戴眼鏡(隱形眼鏡除外)。駕駛員的基本情況見(jiàn)表1。

表1　被測(cè)駕駛員基本情況

1.1.4SMI iViewX HED眼動(dòng)儀用iView X HED眼動(dòng)儀記錄被測(cè)人員的瞳孔大小。眼動(dòng)儀有兩個(gè)攝像機(jī)，一個(gè)用于記錄包括瞳孔大小在內(nèi)的眼睛數(shù)據(jù)，另一個(gè)記錄被測(cè)者注視的場(chǎng)景圖像。場(chǎng)景攝像機(jī)的采樣頻率為25 Hz，即每40 ms左右采集一幀圖像，眼睛攝像機(jī)的采用頻率為50 Hz，即每20 ms左右對(duì)眼睛采集一次數(shù)據(jù)。

2測(cè)量方法和步驟

駕駛員戴好經(jīng)過(guò)相應(yīng)設(shè)置和校準(zhǔn)后的眼動(dòng)儀頭盔，將測(cè)試車(chē)開(kāi)到正對(duì)隧道距隧道一段距離(一般距隧道口300 m以上)處停好。測(cè)試開(kāi)始，車(chē)輛起步后盡快將車(chē)速提高到隧道的設(shè)計(jì)行車(chē)速度80 km/h，并確保駕車(chē)到達(dá)距洞口一個(gè)停車(chē)距離(100 m)處時(shí)車(chē)速達(dá)到隧道的設(shè)計(jì)行車(chē)速度80 km/h左右，然后盡量使行車(chē)速度穩(wěn)定80 km/h，保持勻速行駛，車(chē)輛在行駛過(guò)程中不得變道。在車(chē)輛到達(dá)距隧道洞口一個(gè)安全停車(chē)距離前開(kāi)始記錄瞳孔數(shù)據(jù)，通過(guò)隧道的入口段后停止記錄。每座隧道、每個(gè)時(shí)段有1~3名駕駛員駕車(chē)通過(guò)；根據(jù)具體情況，每名駕駛員在一個(gè)時(shí)段駕車(chē)通過(guò)一座隧道1~4次。測(cè)試共記錄了8名駕駛員56人次駕車(chē)進(jìn)入4座隧道的瞳孔變化數(shù)據(jù)。由于眼動(dòng)儀校準(zhǔn)不準(zhǔn)確、眼動(dòng)儀校準(zhǔn)后頭盔相對(duì)駕駛員的頭部移動(dòng)等原因，造成測(cè)試記錄的17人次瞳孔變化無(wú)法用于數(shù)據(jù)分析，測(cè)試得到39人次有效瞳孔變化數(shù)據(jù)。圖2為部分測(cè)試結(jié)果的駕駛員瞳孔大小變化曲線(xiàn)。

圖2　部分駕駛員瞳孔變化曲線(xiàn)Fig.2　Some drivers’ pupil size changing

3測(cè)量結(jié)果分析

從測(cè)量結(jié)果可以看出，駕駛員駕車(chē)進(jìn)入隧道過(guò)程中的瞳孔大小變化基本有規(guī)律可循，由于駕駛員的瞳孔大小除受光環(huán)境因素影響外還受其他因素影響，使得分析駕駛員的瞳孔大小變化規(guī)律存在一定的不便。為方便分析駕駛員駕車(chē)進(jìn)入隧道過(guò)程中的瞳孔大小變化規(guī)律，需要先分析利用眼動(dòng)儀獲得的駕駛員瞳孔大小數(shù)據(jù)的特征，并在此基礎(chǔ)上對(duì)用眼動(dòng)儀獲取的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。

3.1　利用眼動(dòng)儀獲取的瞳孔大小數(shù)據(jù)的特征

從圖2中駕駛員駕車(chē)進(jìn)入隧道過(guò)程中的瞳孔大小變化各條曲線(xiàn)可以看出，利用眼動(dòng)儀獲取的瞳孔大小數(shù)據(jù)具有一定的規(guī)律性特征。

3.1.1瞳孔大小數(shù)據(jù)存在短時(shí)間異常偏小造成眼動(dòng)儀記錄的瞳孔大小數(shù)據(jù)異常偏小的原因主要有：

1)駕駛員每次駕車(chē)進(jìn)入隧道，從開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)到停止記錄數(shù)據(jù)一般要?dú)v時(shí)6 s以上，駕駛員在此時(shí)間段內(nèi)不可避免地要眨眼，駕駛員眨眼時(shí)會(huì)造成眼動(dòng)儀無(wú)法正確捕捉其瞳孔信息，如果短時(shí)間內(nèi)捕捉不到瞳孔圖像，則會(huì)出現(xiàn)瞳孔面積數(shù)據(jù)短時(shí)異常偏小、甚至為零。

2)駕駛員駕車(chē)過(guò)程中所處的光環(huán)境復(fù)雜多變，駕車(chē)過(guò)程中短時(shí)間出現(xiàn)的眩光會(huì)造成駕駛員角膜反射異常，也會(huì)造成眼動(dòng)儀短時(shí)間無(wú)法正確捕獲瞳孔信息，從而產(chǎn)生瞳孔面積數(shù)據(jù)短時(shí)異常偏小。

3)眼動(dòng)儀軟件參數(shù)(Pupil Threshold、CR Threshold等)設(shè)置不恰當(dāng)，當(dāng)周?chē)猸h(huán)境變化時(shí)會(huì)造成眼動(dòng)儀短時(shí)無(wú)法正常捕捉駕駛員的瞳孔信息，從而出現(xiàn)瞳孔面積數(shù)據(jù)短時(shí)異常偏小。

4)其他原因造成的眼動(dòng)儀短時(shí)無(wú)法捕捉到瞳孔圖像，也會(huì)使記錄到的瞳孔大小數(shù)據(jù)短時(shí)間異常偏小。

圖3所示為圖2(a)中駕駛員瞳孔大小異常變小的情況。為了突出表達(dá)駕駛員瞳孔大小變化的規(guī)律，圖中縱坐標(biāo)的原點(diǎn)未取為零，從而導(dǎo)致眼動(dòng)儀記錄到的駕駛員瞳孔面積異常變小時(shí)表達(dá)瞳孔大小的曲線(xiàn)與橫坐標(biāo)軸相交。

圖3　駕駛員瞳孔大小異常變小的情況Fig.3 Unexpected decrease of driver’s pupil

3.1.2瞳孔面積數(shù)據(jù)存在短時(shí)間異常偏大造成眼動(dòng)儀記錄的瞳孔大小數(shù)據(jù)短時(shí)異常偏大的原因主要有：

1)駕駛員睫毛較密，且顏色與其瞳孔顏色接近，駕駛員眨眼時(shí)眼動(dòng)儀誤將睫毛識(shí)別成瞳孔，從而造成記錄到的瞳孔大小數(shù)據(jù)產(chǎn)生短時(shí)異常偏大。

2)眼動(dòng)儀軟件參數(shù)(Pupil Threshold、CR Threshold等)設(shè)置不恰當(dāng)，駕駛員的虹膜顏色與瞳孔顏色接近，當(dāng)周?chē)猸h(huán)境變化時(shí)會(huì)造成眼動(dòng)儀短時(shí)間誤將虹膜識(shí)別成瞳孔，從而出現(xiàn)記錄到的瞳孔大小數(shù)據(jù)短時(shí)間異常偏大。

3)其他原因造成的眼動(dòng)儀短時(shí)無(wú)法正確捕捉到瞳孔圖像，也會(huì)使記錄到的瞳孔大小數(shù)據(jù)短時(shí)間異常偏大。

圖4所示為圖2(b)中駕駛員瞳孔面積異常變大的情況。為了突出表達(dá)駕駛員瞳孔大小變化的規(guī)律，圖中縱坐標(biāo)的最大值未取足夠大，從而造成瞳孔大小異常變大的點(diǎn)未在圖中完整表達(dá)。

圖4　駕駛員瞳孔面積異常變大的情況Fig.4　Unexpected increase of driver’s pupil

3.1.3瞳孔大小的波動(dòng)在駕車(chē)進(jìn)入隧道過(guò)程中，駕駛員的瞳孔大小也不是線(xiàn)性變化，而是時(shí)刻不停地變化，這種瞳孔大小不停的變化可以稱(chēng)為瞳孔大小的波動(dòng)。瞳孔大小波動(dòng)的主要原因是虹膜的震顫，眼動(dòng)儀參數(shù)的設(shè)置、駕駛員的心理活動(dòng)等因素也可能會(huì)造成記錄的瞳孔大小波動(dòng)。

圖5所示為圖2(c)中駕駛員瞳孔大小波動(dòng)的情況。

圖5　駕駛員瞳孔大小波動(dòng)的情況Fig.5　Fluctuation of object’s pupil

3.2　瞳孔大小原始數(shù)據(jù)的處理

為了便于分析駕駛員的瞳孔大小變化規(guī)律，需要對(duì)用眼動(dòng)儀記錄的駕駛員瞳孔大小原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.2.1對(duì)瞳孔大小異常變化數(shù)據(jù)的處理從圖2可以看出，眼動(dòng)儀記錄的瞳孔大小數(shù)據(jù)異常所持續(xù)的時(shí)間都比較短，一般只有幾十毫秒。在如此短的時(shí)間內(nèi)，駕駛員的瞳孔大小一般不會(huì)發(fā)生復(fù)雜變化。所以，對(duì)于眼動(dòng)儀記錄的瞳孔面積異常變小和異常變大的情況，可以認(rèn)為在眼動(dòng)儀記錄的瞳孔大小數(shù)據(jù)異常的時(shí)間段內(nèi)駕駛員的瞳孔大小線(xiàn)性變化。而且，駕駛員每次駕車(chē)進(jìn)入隧道記錄的數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)都在5 s以上，對(duì)超過(guò)5 s時(shí)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)中幾十毫秒的瞳孔大小數(shù)據(jù)做如此近似處理，不會(huì)影響對(duì)駕駛員瞳孔大小變化規(guī)律的總體分析。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，將瞳孔數(shù)據(jù)異常時(shí)段內(nèi)的瞳孔大小數(shù)據(jù)刪除即可；反映在瞳孔大小變化曲線(xiàn)圖上，即為刪除數(shù)據(jù)異常時(shí)段內(nèi)的曲線(xiàn)，而用直線(xiàn)將異常數(shù)據(jù)時(shí)段兩端的曲線(xiàn)連接起來(lái)；從數(shù)學(xué)意義上來(lái)看，是以數(shù)據(jù)異常時(shí)段兩端的數(shù)據(jù)點(diǎn)為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)據(jù)異常時(shí)段內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性插值。

圖6(a)、(b)分別為對(duì)圖3和圖4所示數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果。

圖6　異常數(shù)據(jù)處理結(jié)果Fig.6　Processing result of abnormal

3.2.2對(duì)瞳孔大小波動(dòng)的數(shù)據(jù)處理對(duì)于瞳孔大小的波動(dòng)，當(dāng)背景亮度不變時(shí)，可以取該背景亮度下獲取的瞳孔大小值的平均值作為該背景亮度下瞳孔大小的測(cè)量值，以消除瞳孔大小波動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。但在駕駛員實(shí)際駕車(chē)進(jìn)入隧道的過(guò)程中，駕駛員感受到的光環(huán)境(適應(yīng)亮度)在不斷變化，如果簡(jiǎn)單地取某一時(shí)段內(nèi)瞳孔大小的平均值作為該時(shí)段瞳孔大小的值進(jìn)行后續(xù)分析，將會(huì)掩蓋駕駛員駕車(chē)進(jìn)入隧道過(guò)程中瞳孔大小隨適應(yīng)亮度變化的過(guò)程。為了得到駕駛員駕車(chē)進(jìn)入隧道過(guò)程中瞳孔大小變化的規(guī)律，采用小波分析方法處理采集到的瞳孔大小數(shù)據(jù)，并利用MATLAB軟件編寫(xiě)程序處理瞳孔大小數(shù)據(jù)。

將駕駛員駕車(chē)過(guò)程中瞳孔大小隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)視為信號(hào)曲線(xiàn)，瞳孔大小的波動(dòng)可視為噪聲信號(hào)，用眼動(dòng)儀獲取的瞳孔大小的原始數(shù)據(jù)即可視為被噪聲信號(hào)污染的信號(hào)。按照小波分析理論，可以采用濾波、小波變換等方法去除信號(hào)中的噪聲信號(hào)。在對(duì)比分析濾波和小波變換的原理以及對(duì)瞳孔大小數(shù)據(jù)分析適用性的基礎(chǔ)上，用小波變換處理眼動(dòng)儀獲取的駕駛員瞳孔大小數(shù)據(jù)，并借助MATLAB軟件進(jìn)行消除噪聲信號(hào)的數(shù)據(jù)處理。

利用小波變換中小波分解、小波重構(gòu)的方法能達(dá)到降噪的目的。MATLAB的小波分析工具箱提供了wavedec()函數(shù)，用于一維信號(hào)的小波分解。由wavedec()函數(shù)分解得到的近似系數(shù)和細(xì)節(jié)系數(shù)重構(gòu)原信號(hào)，則可以略去部分噪聲信息。MATLAB的小波分析工具箱中提供的wrcoef()函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)小波重構(gòu)。經(jīng)反復(fù)試算發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行小波分解和重構(gòu)時(shí)，在MATLAB中調(diào)用如下函數(shù)，對(duì)眼動(dòng)儀采集到的駕駛員瞳孔大小數(shù)據(jù)而言，能夠取得比較理想的降噪效果。

[C,L]=wavedec(x,6,'db6')

y=wrcoef('a',C,L,'db6',6)

其中：x為駕駛員瞳孔大小的原始數(shù)據(jù)；y為經(jīng)降噪處理后的駕駛員瞳孔大小數(shù)據(jù)。

將圖5所示瞳孔大小變化數(shù)據(jù)去除瞳孔大小異常的數(shù)據(jù)，然后利用MATLAB軟件按照上述小波分解與小波重構(gòu)的方法進(jìn)行降噪處理，所得結(jié)果如圖7所示。

圖7　圖5所示瞳孔數(shù)據(jù)經(jīng)小波變換后的結(jié)果Fig.7　Wavelet transform result of data demonstrated in Fig.

對(duì)比圖7和圖2(c)可以看出，圖7所示瞳孔大小變化曲線(xiàn)能比較真實(shí)地反映圖2(c)所示曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)，即經(jīng)過(guò)小波變換的過(guò)程后，既實(shí)現(xiàn)了降低瞳孔大小波動(dòng)對(duì)瞳孔大小變化趨勢(shì)的影響，又保留了瞳孔大小的實(shí)際變化趨勢(shì)。

4駕駛員瞳孔大小變化規(guī)律

對(duì)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，在駕車(chē)進(jìn)入隧道的過(guò)程中，駕駛員的瞳孔大小變化有如下規(guī)律：

1)不同駕駛員的瞳孔大小存在個(gè)體差異。

8月20日傍晚被測(cè)者SXY和XCH兩人各駕車(chē)進(jìn)入黃山嶺隧道3次。在同一隧道的同一測(cè)試時(shí)段，近似認(rèn)為隧道洞外亮度不變，黃山嶺隧道在該測(cè)試時(shí)段的洞外亮度Lseq=105.3 cd/m2。被測(cè)者SXY在3次駕車(chē)進(jìn)入黃山嶺隧道過(guò)程中，在隧道接近段起點(diǎn)處的瞳孔面積約為3.5~3.8 mm2；而被測(cè)者SCH在3次駕車(chē)進(jìn)入黃山嶺隧道過(guò)程中，在隧道接近段起點(diǎn)處的瞳孔面積約為4.0~4.3 mm2。由此可以看出，在測(cè)試條件基本相同的情況下，不同被測(cè)者的瞳孔大小存在明顯的個(gè)體差異。

2)同一駕駛員多次測(cè)試的瞳孔大小存在一定的隨機(jī)性。

同一駕駛員在相近測(cè)試條件下的瞳孔大小存在一定的隨機(jī)性。如8月18日中午被測(cè)者WLP兩次駕車(chē)進(jìn)入龍井隧道時(shí)，在接近段起點(diǎn)處的瞳孔面積分別為4.1和3.5 mm2左右；而8月18日中午被測(cè)者LJS兩次駕車(chē)進(jìn)入龍井隧道時(shí)，在接近段起點(diǎn)處的瞳孔面積分別為3.9和4.6 mm2左右。其余被測(cè)者在一個(gè)測(cè)試時(shí)段多次駕車(chē)進(jìn)入同一隧道時(shí)，各次測(cè)試在接近段起點(diǎn)處的瞳孔面積也大多存在類(lèi)似的隨機(jī)性，有時(shí)被測(cè)者在一個(gè)測(cè)試時(shí)段多次駕車(chē)進(jìn)入同一隧道時(shí)的瞳孔大小差異還比較大。如8月19日中午，被測(cè)者FGH第1次駕車(chē)進(jìn)入石背角隧道時(shí)，在隧道接近段起點(diǎn)處的瞳孔大小為3.65 mm2左右；而緊接著第2次駕車(chē)接近該隧道時(shí)，在隧道接近段起點(diǎn)處的瞳孔大小僅為1.65 mm2左右，僅為第一次時(shí)的53.5%。

3)在接近隧道過(guò)程中駕駛員瞳孔逐漸變大，并在隧道洞口附近急劇變大。

在駕車(chē)接近隧道過(guò)程中，雖然駕駛員瞳孔大小隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)并非單調(diào)遞增，但其總體趨勢(shì)是駕駛員的瞳孔逐漸變大，并且在開(kāi)始接近隧道的階段(從距隧道洞口一個(gè)停車(chē)視距，即100 m左右的位置開(kāi)始)瞳孔大小變化的速率不大，即曲線(xiàn)的斜率不大；在即將進(jìn)入隧道和剛進(jìn)入隧道時(shí)(汽車(chē)行駛在隧道接近段末端和入口段始端)，駕駛員的瞳孔急劇增大，即曲線(xiàn)的斜率快速變大。這主要是因?yàn)闇y(cè)試過(guò)程中汽車(chē)速度保持近似勻速，駕駛員駕車(chē)剛進(jìn)入隧道接近段時(shí)，在勻速接近隧道的過(guò)程中適應(yīng)亮度變小的速率不大，因此，駕駛員的瞳孔雖有增大，但增大的速率不大；而在快要進(jìn)入隧道以及剛剛進(jìn)入隧道時(shí)，駕駛員的適應(yīng)亮度急劇減小，從而造成駕駛員的瞳孔快速增大以適應(yīng)變暗的環(huán)境。進(jìn)入隧道入口段后，雖然駕駛員的適應(yīng)亮度已基本穩(wěn)定，但由于眼睛暗適應(yīng)時(shí)適應(yīng)滯后現(xiàn)象的存在，瞳孔仍然要繼續(xù)放大一段時(shí)間，直至適應(yīng)隧道內(nèi)相對(duì)較暗的環(huán)境后，瞳孔大小才會(huì)穩(wěn)定下來(lái)。這就造成了在接近隧道的過(guò)程中駕駛員瞳孔逐漸變大，但變大的速率不大，在將要進(jìn)入隧道和剛進(jìn)入隧道時(shí)，駕駛員的瞳孔急劇增大。

在將要進(jìn)入隧道和剛進(jìn)入隧道時(shí),駕駛員的瞳孔急劇增大，是因?yàn)樵谒淼蓝纯诟浇{駛員的視覺(jué)負(fù)荷最大，即在這段行駛區(qū)域駕駛員最容易出現(xiàn)視覺(jué)障礙，進(jìn)而導(dǎo)致交通事故。因此，隧道洞口附近駕駛員瞳孔發(fā)生急劇變化的區(qū)域，是采取適當(dāng)措施控制交通事故發(fā)生的重點(diǎn)區(qū)域。

4)不同駕駛員的瞳孔變化趨勢(shì)存在一定的差異。

在從隧道接近段起點(diǎn)處駕車(chē)接近隧道的過(guò)程中，不同駕駛員瞳孔大小的變化趨勢(shì)并不完全相同。在駕車(chē)接近隧道的過(guò)程中，有的駕駛員瞳孔面積增大較快，有的駕駛瞳孔面積則是平穩(wěn)增大；有的駕駛員瞳孔單調(diào)變大，有的駕駛員瞳孔在增大過(guò)程中還會(huì)發(fā)生波動(dòng)；在接近段末端將要進(jìn)入隧道和入口段的起點(diǎn)剛剛進(jìn)入隧道時(shí)，駕駛員瞳孔大小急劇變化，但不同駕駛員瞳孔大小急劇變化持續(xù)的時(shí)間，以及急劇變化過(guò)程中瞳孔面積變化的速率也各不相同。這既有隧道內(nèi)外照明條件不同的原因，也有駕駛員個(gè)體差異的原因。

5)在駕車(chē)進(jìn)入隧道的過(guò)程中，駕駛員瞳孔大小除受適應(yīng)亮度的影響外，還受駕駛員的心理等因素的影響。

在駕車(chē)接近隧道的過(guò)程中，駕駛員的適應(yīng)亮度逐漸降低。但在駕車(chē)接近隧道的過(guò)程中，駕駛員的瞳孔大小并不是單調(diào)遞增，而是在多幅圖中出現(xiàn)了瞳孔在增大過(guò)程中短時(shí)變小的情況。這是因?yàn)轳{駛員的瞳孔大小除受適應(yīng)亮度的影響外，還受駕駛員的情緒以及解決問(wèn)題時(shí)遇到困難的不同程度等因素的影響[18]。駕駛員在駕車(chē)接近隧道的過(guò)程中，其心理行為可能會(huì)受到視野中突然出現(xiàn)的交通標(biāo)志、路邊的其他景物、異常聲響以及心里可能想到其他事情等因素的影響，進(jìn)而情緒波動(dòng)影響瞳孔的大小；駕駛員駕車(chē)高速(80 km/h左右)接近隧道的過(guò)程，相對(duì)駕駛員而言，是表現(xiàn)為“黑洞”的隧道以及所在的山體快速接近駕駛員，因此有的駕駛員還可能會(huì)產(chǎn)生緊張情緒，或者面對(duì)快速靠近的山體會(huì)有壓迫感，這也會(huì)造成駕駛員心理狀態(tài)的改變進(jìn)而影響駕駛員的瞳孔大小。

5結(jié)論

選擇福建境內(nèi)4座高速公路隧道，在8月份3天的早晨、中午和傍晚3個(gè)時(shí)段，讓8位駕駛員分別駕車(chē)進(jìn)入隧道，用眼動(dòng)儀記錄得到了駕駛員駕車(chē)進(jìn)入隧道過(guò)程中瞳孔大小變化的數(shù)據(jù)。對(duì)原始數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)駕駛員瞳孔大小數(shù)據(jù)存在短時(shí)間異常偏小、偏大、瞳孔大小的波動(dòng)的現(xiàn)象。為了分析方便，用小波變換的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到了駕駛員駕車(chē)進(jìn)入隧道過(guò)程中瞳孔大小變化曲線(xiàn)。分析駕駛員瞳孔大小變化曲線(xiàn)發(fā)現(xiàn)，不同駕駛員的瞳孔大小存在個(gè)體差異；同一駕駛員多次測(cè)試的瞳孔大小存在一定的隨機(jī)性；在接近隧道過(guò)程中駕駛員瞳孔逐漸變大，并在隧道洞口附近急劇變大；不同駕駛員的瞳孔變化趨勢(shì)存在一定的差異；駕駛員瞳孔大小除受適應(yīng)亮度的影響外，還受駕駛員的心理等因素的影響。

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(編輯王秀玲)

Author brief：Hu Yingkui (1978-)，PhD, main research interest: tunnel and road lighting, (E-mail)hyk@cqu.edu.cn.

Changing rule of drivers’ pupil size as driving into tunnels

Hu Yingkuia, b, Chen Zhonglinb, Zhang Qingwenb, Weng jib, Huang keb

(a. School of Civil Engineering； b.Faculty of Architecture and Urban Planning,

Chongqing University, Chongqing 40044, P. R. China)

Abstract:To reveal the changing process of drivers’ pupil size during driving were carried out into of tunnels, experiments eight drivers drived into four tunnels at different time. And their pupil size were recorded with eye tracker in the driving process. The recorded raw data by eye tracker was analyzed, wavelet transforms method was taken to process the data, and the pupil size changing curves of drivers when they drive into tunnels. From the curves analysis, it has been found that the individual difference exist on different drivers’ pupil size; There was a degree of randomness of pupil sizes amone repeated test of the same driver; the drivers’ pupil enlarged gradually when they driving into tunnels, and enlarged violently nearby tunnel’s threshold; the pupil size changing tendency of different driver exists some difference; drivers’ pupil size was influence not only by adaptation luminance, but also by their psychological factors.

Key words:tunnel lighting; pupil size; adaptation luminance; traffic safety

作者簡(jiǎn)介：胡英奎(1978- )，男，博士，主要從事交通照明研究，(E-mail)hyk@cqu.edu.cn。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(51278507、50908240)

收稿日期：2015-09-16

中圖分類(lèi)號(hào)：TU113.6; U453.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-4764(2015)06-0106-08

doi:10.11835/j.issn.1674-4764.2015.06.014