■梁 鈺 王 渠＊ 黃盛杰

（1.福建工程學(xué)院交通運(yùn)輸學(xué)院， 福州 350116； 2.福州大學(xué)土木工程學(xué)院， 福州 350108；3.廈門市市政建設(shè)開發(fā)有限公司， 廈門 361006）

我國(guó)山地、丘陵、高原等地形的山區(qū)面積大約占全國(guó)陸地面積70%，山區(qū)公路在我國(guó)公路里程中有著相當(dāng)重要的位置。同時(shí)，由于山區(qū)公路線型復(fù)雜、坡陡彎急、車道數(shù)少、視距不足等特點(diǎn)，極易誘發(fā)交通事故。 其交通事故數(shù)、受傷人數(shù)和死亡人數(shù)均較高[1-2]。

道路交通系統(tǒng)由人、車、路、環(huán)境構(gòu)成的復(fù)雜循環(huán)的系統(tǒng)。 駕駛員在整個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)中處于核心地位，其在道路上行駛首先受到道路條件、交通條件等外界信息影響， 依靠各種感知器官獲取信息，并傳遞至大腦神經(jīng)中樞進(jìn)行信息處理，然后大腦將信息判斷決策結(jié)果傳遞至駕駛員手腳，從而實(shí)現(xiàn)操控車輛行駛，因此駕駛員在道路交通系統(tǒng)中起著信息處理、決策、調(diào)節(jié)者和控制的作用，其視覺搜索行為對(duì)交通安全影響深遠(yuǎn)[3-4]。 Geoffrey 等[5]、Kristofer等[6]、Ping 等[7]、王雪松等[8]、楊龍海等[9]、朱守林等[10]、房日榮[11]開展市政道路、高速公路等不同道路的自然駕駛試驗(yàn)， 獲得車輛在自然駕駛過(guò)程中的速度、加速度以及車輛軌跡等大量數(shù)據(jù)，得到了不同道路條件下不同車輛的駕駛行為特征， 對(duì)行駛速度、操控頻次、危險(xiǎn)識(shí)別、參考信息量、駕駛熟練程度等對(duì)駕駛員視覺特性的影響規(guī)律。 馮忠祥等[12]研究了攻擊性駕駛行為， 發(fā)現(xiàn)了對(duì)攻擊性駕駛行為影響最大的兩個(gè)因素分別是人格和其他車輛違法情況。Merte[13]認(rèn)為要注重駕駛心理過(guò)程，深入探討人格氣質(zhì)等特質(zhì)，揭示駕駛行為特性的影響因素對(duì)交通事故具有深遠(yuǎn)的影響。 但是，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于駕駛行為研究主要集中在城市道路環(huán)境，而對(duì)于山區(qū)公路環(huán)境下的駕駛行為研究仍較少。 因此，本研究利用室內(nèi)駕駛模擬仿真試驗(yàn)控制車輛和道路環(huán)境兩個(gè)因素，以駕駛員為試驗(yàn)變量，探討不同熟練程度駕駛員在山區(qū)道路環(huán)境下的視覺行為特性表征指標(biāo)規(guī)律及差異性。

1 駕駛模擬仿真試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)對(duì)象

本次試驗(yàn)共選取108 名持有有效駕駛證的駕駛員作為試驗(yàn)對(duì)象，校正視力正常，且無(wú)精神類疾病史。根據(jù)駕齡將試驗(yàn)對(duì)象分為3 年以下為非熟練駕駛員，3 年以上為熟練駕駛員，共2 類。 最終確定駕駛員試驗(yàn)樣本為54 名非熟練駕駛員，54 名熟練駕駛員。

1.2 試驗(yàn)條件

山區(qū)二級(jí)公路交通事故頻繁，存在較大的安全隱患， 因此本次試驗(yàn)選取典型山區(qū)二級(jí)公路S201（羅源碧里至鑒江段）作為試驗(yàn)道路，根據(jù)該段道路的設(shè)計(jì)文件構(gòu)建模擬駕駛環(huán)境。 試驗(yàn)路段全長(zhǎng)14.87 km，采用二級(jí)公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，全線采用雙向4車道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度為60 km/h。 試驗(yàn)中應(yīng)用的設(shè)備主要有汽車模擬駕駛系統(tǒng)SimLab（圖1）和可穿戴眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)Tobii Glasses 2（圖2）。

圖1 汽車駕駛模擬系統(tǒng)

圖2 可穿戴眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

駕駛員在駕駛模擬艙中進(jìn)行仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)為單盲試驗(yàn)，即不告訴受試駕駛員試驗(yàn)的真實(shí)意圖。 所有被試駕駛員接受統(tǒng)一的指導(dǎo)語(yǔ)，要求駕駛員按照自己的駕駛習(xí)慣自由駕駛， 由起點(diǎn)駛向終點(diǎn)，期間不限制速度，全程采集駕駛員試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 試驗(yàn)流程如圖3 所示。

圖3 駕駛模擬防真試驗(yàn)流程

2 視覺行為特性表征指標(biāo)分析

2.1 注視次數(shù)

注視次數(shù)分布的趨勢(shì)大體呈先增后減分布（圖4），單位時(shí)間內(nèi)注視次數(shù)不均勻分布在0～3.6 次間，且每秒注視次數(shù)大部分都在1.5 次以內(nèi)，約占90%，平均值為0.802，標(biāo)準(zhǔn)差為0.508。

圖4 注視次數(shù)分段統(tǒng)計(jì)

將注視次數(shù)按照每0.3 次1 個(gè)區(qū)間進(jìn)行分段（圖5），與非熟練駕駛員相比，注視點(diǎn)數(shù)在0～0.6 次/s時(shí)，熟練駕駛員注視次數(shù)頻率較低；注視次數(shù)在0.6～1.5 次/s 時(shí)， 熟練駕駛員的注視點(diǎn)頻率較高；1.5次/s以上時(shí)，兩者注視次數(shù)基本一致。 非熟練駕駛員在0.3～0.6 次/s 分段比例最高， 而熟練駕駛員在0.6～0.9 次/s 分段達(dá)到最高， 說(shuō)明熟練駕駛員對(duì)信息的感知能力強(qiáng)，對(duì)目標(biāo)的注視轉(zhuǎn)換速度快。

圖5 熟練與非熟練駕駛員注視次數(shù)分段比較

隨機(jī)抽取熟練與非熟練駕駛員各18 個(gè)樣本，平均注視次數(shù)分別為0.903 次/s 和0.676 次/s。 利用Kolmogorov-Smirnov 檢驗(yàn)法， 熟練與非熟練組顯著性P 值分別是0.241、0.974，均大于0.05；利用Levene 檢驗(yàn)法，檢驗(yàn)結(jié)果的顯著性P 值為0.476，大于0.05， 可以認(rèn)為這兩組數(shù)據(jù)具有正態(tài)性和方差齊次性，由此對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，顯著性P 值為0.043，小于顯著性水平0.05，說(shuō)明在山區(qū)公路環(huán)境下，熟練程度對(duì)駕駛員注視次數(shù)具有顯著影響。 熟練駕駛員平均注視次數(shù)高于非熟練駕駛員，相當(dāng)于熟練駕駛員在一次注視中所耗費(fèi)的時(shí)間比非熟練駕駛員低， 這是因?yàn)樵谏絽^(qū)公路交通環(huán)境復(fù)雜，處理的信息比較多，非熟練駕駛員注視點(diǎn)轉(zhuǎn)移速度較慢， 而熟練駕駛員能夠同樣的時(shí)間注視更多的目標(biāo)，確保信息不丟失，從而產(chǎn)生更多的注視次數(shù)。

2.2 注視時(shí)間

注視時(shí)間分布的趨勢(shì)大體呈遞減分布（圖6），注視時(shí)間分布在0～1 100 ms， 且注視時(shí)間在0～200 ms 區(qū)段的比例是所有區(qū)間段中比例最高的，約占90%， 與城市道路環(huán)境注視時(shí)間集中在200～250 ms 相比較[14]，山區(qū)公路駕駛員的注視時(shí)間較小，平均值為92.613，標(biāo)準(zhǔn)差為115.872。

圖6 注視時(shí)間分段統(tǒng)計(jì)

將注視時(shí)間按照每50 ms 1 個(gè)區(qū)間進(jìn)行分段（圖7），與非熟練駕駛員注視時(shí)間相比，在0～50 ms區(qū)段，熟練駕駛員注視時(shí)間頻率較低；在50～300 ms區(qū)段，熟練駕駛員注視時(shí)間頻率較高；這說(shuō)明熟練駕駛員注視時(shí)間頻率主要分布在注視時(shí)間較大的區(qū)段，隨著駕駛經(jīng)驗(yàn)的增加，注視時(shí)間呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)；350 ms 以上區(qū)段， 熟練駕駛員與非熟練駕駛員相差不大，這是因?yàn)殡S著目標(biāo)信息量的增大，此時(shí)熟練駕駛員已經(jīng)無(wú)法憑借豐富的駕駛經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)去迅速理解信息，這時(shí)候需要花費(fèi)與非熟練駕駛員同樣的理解時(shí)間。

圖7 熟練與非熟練駕駛員注視時(shí)間分段比較

隨機(jī)抽取熟練與非熟練駕駛員各18 個(gè)樣本，平均注視時(shí)間分別為102.831 ms 和75.572 ms。 利用Kolmogorov-Smirnov 檢驗(yàn)法，熟練與非熟練組顯著性P 值分別是0.381、0.527， 均大于0.05； 利用Levene 檢驗(yàn)法，檢驗(yàn)結(jié)果的顯著性P 值為0.815，大于0.05，可以認(rèn)為這兩組數(shù)據(jù)具有正態(tài)性和方差齊次性。兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，檢驗(yàn)結(jié)果的顯著性P值為0.041，小于顯著性水平0.05，說(shuō)明在山區(qū)公路環(huán)境下， 熟練程度對(duì)駕駛員注視時(shí)間具有顯著影響。 熟練駕駛員注視時(shí)間均值高于非熟練駕駛員，這是由于山區(qū)公路的復(fù)雜性，熟練駕駛員需要更多的注視時(shí)間去理解信息， 而非熟練駕駛員容易慌亂，掃視較多，過(guò)長(zhǎng)的注視對(duì)其行車影響很大，停留在信息上的注視時(shí)間較小，易忽略信息。

2.3 掃視幅度

駕駛員的掃視幅度不均勻地分布在0～40°，掃視幅度分段頻率變化趨勢(shì)均呈遞減趨勢(shì)（圖8）。

圖8 掃視幅度分段統(tǒng)計(jì)

將掃視幅度按照每4°1 個(gè)區(qū)間進(jìn)行分段（圖9），與非熟練駕駛員相比，在0～4°區(qū)段，熟練駕駛員掃視幅度頻率較低；在4～16°區(qū)段，熟練駕駛員相對(duì)較高；在16°以上區(qū)段，熟練與非熟練駕駛員掃視幅度頻率基本一致。 二者掃視幅度頻率在0～4°區(qū)段最高，且熟練駕駛員低于非熟練駕駛員，這表明非熟練駕駛員在行車過(guò)程中，謹(jǐn)慎駕車，以小幅度掃視為主，視覺搜索范圍??；而熟練駕駛員更注重大范圍的掃視以獲取周圍更多的信息。

圖9 熟練與非熟練駕駛員掃視幅度分段比較

隨機(jī)抽取熟練與非熟練駕駛員各18 個(gè)樣本，平均掃視幅度分別為14.539°和10.118°。 利用Kolmogorov-Smirnov 檢驗(yàn)法， 熟練與非熟練組顯著性P 值分別是0.700、0.153，均大于0.05；利用Levene 檢驗(yàn)法，檢驗(yàn)結(jié)果的顯著性P 值為0.004，小于0.05， 可以認(rèn)為這兩組數(shù)據(jù)具有正態(tài)性但不具有方差齊次性。 因此，對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行Mann-Whitney U非參數(shù)檢驗(yàn)分析，顯著性P 值為0.000，小于0.05，說(shuō)明在山區(qū)公路環(huán)境下，熟練程度對(duì)駕駛員掃視幅度具有顯著影響。 熟練駕駛員掃視幅度均值大于非熟練駕駛員，說(shuō)明行車過(guò)程中，相比于非熟練駕駛員，熟練駕駛員對(duì)目標(biāo)的搜索更為積極，范圍更廣，因此能夠獲得更多的信息保障自身的駕駛安全，這對(duì)于交通安全起到重要的作用。

2.4 掃視速度

掃視速度分段頻率變總體均呈先增后減趨勢(shì)（圖10）。 駕駛員的掃視速度不均勻地分布在0～220°/s，掃視速度分布總體呈遞減趨勢(shì)。 掃視速度在30～40°/s 區(qū)段所占比例最大，說(shuō)明在山區(qū)公路環(huán)境下行車，駕駛員的掃視速度不宜過(guò)快，速度過(guò)快容易忽略某些重要信息。 與城市道路的掃視速度集中20～30°/s 相比較[15]，山區(qū)公路的駕駛員掃視速度更快。

圖10 掃視速度分段統(tǒng)計(jì)

將掃視速度按照每20°/s 一個(gè)區(qū)間進(jìn)行分段（圖11）。熟練駕駛員與非熟練駕駛員的掃視速度在30～50°/s 區(qū)段內(nèi)頻段均為最高。 掃視速度在70°/s以下， 熟練駕駛員的比例低于非熟練駕駛員；70°/s以上，熟練駕駛員的比例高于非熟練駕駛員。 說(shuō)明非熟練駕駛員的掃視速度在低值區(qū)間內(nèi)集中，小幅度眼跳次數(shù)較多， 每次掃視對(duì)信息的采集量偏??；熟練駕駛員的掃視速度主要集中于中高值區(qū)間，每次掃視的信息采集量大。

圖11 熟練與非熟練駕駛員掃視速度分段比較

隨機(jī)抽取熟練與非熟練駕駛員各18 個(gè)樣本，平均掃視速度分別為27.660°/s 和25.001°/s， 利用Kolmogorov-Smirnov 檢驗(yàn)法， 熟練與非熟練組顯著性P 值分別是0.837、0.795，均大于0.05；利用Levene 檢驗(yàn)法，檢驗(yàn)結(jié)果的顯著性P 值為0.962，大于0.05， 可以認(rèn)為這兩組數(shù)據(jù)具有正態(tài)性和方差齊次性。 對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析， 顯著性P 值為0.053， 屬于在顯著性水平0.1 條件下，P 值小于0.1區(qū)間，說(shuō)明在山區(qū)公路環(huán)境下，熟練駕駛員與非熟練駕駛員在掃視速度上具有顯著差異。 熟練駕駛員掃視速度均值高于非熟練駕駛員，這表明非熟練駕駛員在駕駛過(guò)程中，熟練駕駛員眼球以較快速度尋找目標(biāo)，能夠盡量節(jié)省時(shí)間獲取更多信息；而非熟練駕駛員在目標(biāo)吸引點(diǎn)的轉(zhuǎn)換上較慢，當(dāng)周圍環(huán)境較多且復(fù)雜時(shí)，會(huì)因來(lái)不及感知信息而發(fā)生信息丟失，由此可能導(dǎo)致交通事故。

3 視覺行為特征評(píng)價(jià)

非熟練駕駛員注視點(diǎn)轉(zhuǎn)移速度較慢，熟練駕駛員能在相同時(shí)間注視更多的目標(biāo)， 確保信息不丟失，從而產(chǎn)生更多的注視次數(shù)；熟練駕駛員需要更多的注視時(shí)間去理解信息，而非熟練駕駛員容易慌亂，過(guò)長(zhǎng)的注視對(duì)其行車影響很大，停留在信息上的注視時(shí)間較小，易忽略信息；非熟練駕駛員駕車謹(jǐn)慎，視覺搜索范圍小，而熟練駕駛員目標(biāo)的搜索更為積極，更注重大范圍的掃視以獲取周圍更多的信息； 非熟練駕駛員的掃視速度在低值區(qū)間內(nèi)集中，小幅度眼跳次數(shù)較多，每次掃視對(duì)信息的采集量偏??；熟練駕駛員的掃視速度主要集中于中高值區(qū)間，每次掃視的信息采集量大。

4 小結(jié)

（1）熟練與非熟練駕駛員在注視次數(shù)、注視時(shí)間、掃視幅度和掃視速度上具有顯著性差異。 （2）具有豐富駕駛經(jīng)驗(yàn)的駕駛員在視覺搜索方面更有技巧，能夠快速準(zhǔn)確的捕捉大量信息，但需耗費(fèi)更長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，也容易采取較為的冒險(xiǎn)動(dòng)作。 （3）駕駛經(jīng)驗(yàn)尚淺的駕駛員在視覺搜索方面顯得較為拘謹(jǐn)，感知信息速度慢，獲取信息量較少使所需反應(yīng)時(shí)間短，受自身駕駛經(jīng)驗(yàn)和駕駛水平限制，車輛操控較為謹(jǐn)慎。