張 杰

(同濟大學交通運輸工程學院，上海 201800)

0 引言

行車過程中駕駛員視點隨著行車環(huán)境的不斷變換而變化，主要表現(xiàn)為駕駛員視覺注意的選擇、持續(xù)以及轉(zhuǎn)換。作為車輛運行的直接載體，道路的平面線形是影響駕駛員視覺的關鍵因素。駕駛員通過前方道路線形輪廓進行信息的視認和加工，不良道路條件的影響是70%交通事故的直接或間接原因，因此有必要研究駕駛員視點特性與道路線形之間的關系，以利于評價道路運行環(huán)境的安全性。

對駕駛員動視點特性，國內(nèi)外研究學者進行了一定的研究，常用的指標包括注視時間、眼跳時間、眼跳距離、視力角等［1］;有學者以駕駛員瞳孔變化為指標以評價駕駛員的視覺負荷［2］;也有研究以駕駛員眼睛注視點位置、注視范圍以及眼球運動速度作為描述駕駛員視覺特性指標量，評價高速公路線形對駕駛員視覺特性影響［3，4］。

筆者運用目前較為先進的Smart-Eye Pro智能眼動儀進行室內(nèi)試驗，獲得駕駛員在不同公路平面線形條件下的眼動指標，主要以視點停留次數(shù)為參考指標，定量描述了駕駛員視點分布與線形之間的關系。

1 實驗設計

實驗選取某高速公路為實驗路段，選取7名被試人員觀看已建公路的行車視頻并記錄眼動指標。行車速度為設計車速(80 km/h)，取被試人員眼動指標的均值作為分析值。

有研究對駕駛員視覺區(qū)域進行了劃分［5，6］，結(jié)合高速公路的實際情況，本實驗中駕駛員注視區(qū)域的劃分見圖1，分為上方、下方、左側(cè)、右側(cè)、中間5個區(qū)域，其中中間區(qū)域左右夾角為20°、上下夾角為10°。

圖1 本實驗駕駛員注視區(qū)域劃分

2 駕駛員視點數(shù)據(jù)

2.1 實驗過程

用Smart-Eye Pro為每個被試人員建立包含眼睛、鼻孔、耳朵等特征點的頭部檔案(Head Profile)。給每個被試人員播放一段行車視頻，該視頻包含前文所劃分的各種路段，同時開啟Smart－Eye Pro的視線跟蹤功能，獲取各試驗人員在不同注視區(qū)域內(nèi)的視點停留次數(shù)。

2.2 數(shù)據(jù)獲取

按照前文的路段劃分，獲得不同情況下的駕駛員視點數(shù)據(jù)，圖2給出了非隧道段的試驗數(shù)據(jù)，圖3為隧道段駕駛員在不同區(qū)域的視點數(shù)據(jù)，圖4給出了不同平曲線曲率下駕駛員在不同注視區(qū)域的視點數(shù)據(jù)［7］。

圖2 非隧道段駕駛員不同區(qū)域視點數(shù)據(jù)

圖3 隧道段駕駛員不同區(qū)域視點數(shù)據(jù)

圖4 不同平曲線曲率下駕駛員在不同注視區(qū)域視點數(shù)據(jù)

3 視點分布特性

3.1 非隧道段視點分布特性

計算圖2非隧道段駕駛員視點在各個區(qū)域的總停留時間，見圖5。

圖5 非隧道段駕駛員視點在各個區(qū)域停留時間

可以看出駕駛員在彎道上的大部分時間視點都停留在中間區(qū)域和彎道內(nèi)側(cè)區(qū)域，這兩者之和在左轉(zhuǎn)彎曲線段和右轉(zhuǎn)彎曲線段分別達到了68%和77%，而在彎道外側(cè)的時間均未超過10%，可以得出駕駛員在彎道上行駛時對彎道內(nèi)側(cè)的信息需求較高，而對彎道外側(cè)可能存在獲取不利甚至忽視的情況。同時發(fā)現(xiàn)平曲線半徑越小，駕駛員在彎道外側(cè)的平均注視時間越小，即駕駛員的緊張度越高，具體數(shù)據(jù)見圖6、圖7。

圖6 左轉(zhuǎn)彎曲線段平均注視時間

圖7 右轉(zhuǎn)彎曲線段平均注視時間

對數(shù)據(jù)進行擬合，得到曲線段彎道外側(cè)注視時間與半徑的關系，見式(1)和式(2)。

左轉(zhuǎn)彎曲線段右側(cè)區(qū)域:

右轉(zhuǎn)彎曲線段左側(cè)區(qū)域:

對于視認過程，其中最小注視時間的確定是駕駛員注視點特征測定的基礎。一般而言，當視點停留時間超過最小停留時間時，認為駕駛員處于注視階段，為視覺信息加工的高級過程，當視點停留時間不超過最小注視時間時，為掃視階段，是信息初級加工階段，此時駕駛員視覺負荷較大，對信息的確認度較低。對于最小注視時間的標定，國內(nèi)外尚無統(tǒng)一規(guī)定，一般認為在 100 ～ 300 ms 之間［8，9］，本次研究采用 165 ms［10］，代入式(1)和式(2)計算，分別得到半徑為70 m和292 m，即當平曲線半徑小于300 m時，建議對彎道外側(cè)路側(cè)環(huán)境進行適當改善以保證駕駛員獲得的視認信息有效，且可以適當降低駕駛員的視認負荷。

對圖4數(shù)據(jù)進行擬合，得到彎道外側(cè)視點停留時間與半徑的關系，見式(3)和式(4)。

左轉(zhuǎn)彎曲線段:

右轉(zhuǎn)彎曲線段:

駕駛員對偏離車道特定物體的注視時間為1.6～2.0 s［11］，為了保證有足夠時間獲取彎道外側(cè)的信息，尤其是標志的信息，取彎道外側(cè)有兩塊標志的不利情況，此時視點停留時間需約為4 s，代入式(3)和式(4)，計算得到相對應的彎道半徑，左轉(zhuǎn)彎平曲線半徑為 601.53 m，右轉(zhuǎn)彎平曲線半徑為595.36 m。即轉(zhuǎn)彎半徑小于600 m時，建議在彎道內(nèi)側(cè)設置同樣標志以保證駕駛員能夠及時獲取相應信息。

3.2 隧道段視點分布特性

分析圖3數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在隧道入口段和出口段的注視時間大部分集中在中間區(qū)域，分別占總時間的62%和56%，而在隧道中間段，駕駛員的注視時間集中在下方區(qū)域，占了總數(shù)的72%。

在隧道出入口段，因道路環(huán)境及光線的變化，駕駛員心理緊張度增加，表現(xiàn)在視覺特性上即為視點活動區(qū)域范圍的減小，對道路左、右方區(qū)域的信息關注度不夠，這時即使在路側(cè)設置了標志，駕駛員也可能忽視這些信息，因此建議在隧道出入口設置立體型交通信息系統(tǒng)。例如設置路面限速標線、路上限速標志或者門架式標志，減少駕駛員失誤的概率。

在隧道中間段，駕駛員對前方道路的信息需求較為強烈，且在隧道相對封閉的空間里缺少參照物，加之照明環(huán)境較差，駕駛員的速度感會降低，導致對自己的車速估計不足，也較難準確判斷與前車的距離。所以駕駛員只能通過觀看儀表板來獲取車速信息，并且通過前車尾燈的引導來駕駛并判斷前車的距離。因此視點在下方區(qū)域和中間區(qū)域的停留次數(shù)較高且遠遠超過其他區(qū)域。此時駕駛員對道路線形的感知度降低，從圖3可以看出駕駛員對左、右側(cè)的注視時間均較少，建議相關道路重要信息應該設置在前方和下方區(qū)域。

4 結(jié)語

本文通過眼動儀實驗，獲取了大量的駕駛員視點指標，得到了以下結(jié)論:

1)車輛在彎道上行駛時，駕駛員注視點主要集中在彎道內(nèi)側(cè)和中間區(qū)域。

2)當平曲線半徑小于600 m時，駕駛員對獲取彎道外側(cè)的信息可能存在一定困難，這時建議在彎道內(nèi)側(cè)設置同樣標志以保證駕駛員能夠及時獲取相應信息。

3)當平曲線半徑小于300 m時，駕駛員對彎道外側(cè)的注視壓力較大，建議對路側(cè)環(huán)境進行適當優(yōu)化以降低駕駛員的視認負荷，保證駕駛員視認信息有效。

4)在隧道出入口，駕駛員緊張度增加，視點活動區(qū)域范圍明顯壓縮，建議在隧道出入口設置立體型交通信息系統(tǒng)。例如綜合設置路面限速標線、路上限速標志或者門架式標志等以保證駕駛員及時獲得道路信息。

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