基于注視行為的交通標(biāo)志視認(rèn)性影響研究

陳國云

(福州市交通建設(shè)集團(tuán)有限公司 福建福州 350002)

引 言

交通標(biāo)志是一種以圖形、文字和符號向駕駛員傳遞信息的載體[1]。目前，已有研究更多局限在標(biāo)志外觀尺寸、顏色搭配及設(shè)施結(jié)構(gòu)、材料等方面，較少從駕駛員本身的視覺特性出發(fā)去研究交通標(biāo)志的視認(rèn)性。已有的交通標(biāo)志視認(rèn)性研究主要以指路標(biāo)志為研究對象，對禁令、警告、指示標(biāo)志研究不足;隨著大量新手駕駛員上路，交通標(biāo)志設(shè)計應(yīng)充分考慮非熟練駕駛員的視覺要求，以減少交通事故的發(fā)生。針對上述問題，本研究從駕駛員注視行為的角度出發(fā)，以閩清125線為仿真道路環(huán)境進(jìn)行模擬駕駛試驗，獲得不同熟練程度駕駛員視認(rèn)交通標(biāo)志的平均注視次數(shù)和注視時間，探討不同控制條件下駕駛員視認(rèn)交通標(biāo)志的視覺變化特性。

1 試驗方案設(shè)計

閩清125縣道具有多樣性，125縣道白樟池埔至白中攸太段設(shè)計等級為二級公路;上蓮至長慶段設(shè)計等級為三級公路;白中攸太至池園寶新段設(shè)計等級為二級公路，不同設(shè)計時速使試驗方案結(jié)果具有對比性。

1.1 試驗人員

本次試驗共選取34名男性駕駛員作為試驗對象。所有被試均持有有效駕照，校正視力正常且無精神類疾病史。根據(jù)駕齡將被試分類，其中非熟練駕駛員17人(駕齡≤3年)，熟練駕駛員17人(駕齡≥3年)。由于實驗儀器記錄故障，分別有2名非熟練駕駛員和2名熟練駕駛員的數(shù)據(jù)丟失，最終確定有效被試非熟練駕駛員15名，熟練駕駛員15名。

圖1 注視次數(shù)、注視時間頻次分析

圖2 不同車速條件下各類型交通標(biāo)志的注視次數(shù)分析

1.2 試驗條件

駕駛員佩戴眼動儀在仿真道路環(huán)境下進(jìn)行模擬駕駛試驗。試驗路段設(shè)置有11個注意十字交叉口和2個注意學(xué)校兒童警告標(biāo)志、2個減速讓行禁令標(biāo)志、4個人行橫道線指示標(biāo)志以及3個指路標(biāo)志。

1.3 試驗流程

要求駕駛員按照自己的駕駛習(xí)慣自由駕駛，分別按照時速 20km/h、40km/h、60km/h、80km/h 進(jìn)行模擬駕駛試驗;駕駛過程中令駕駛員視認(rèn)不同類型交通標(biāo)志，并通過FaceLAB眼動儀記錄駕駛員視認(rèn)交通標(biāo)志的注視行為特征;每位被試試驗前均對眼動儀進(jìn)行重新標(biāo)定。

1.4 獲取變量[2]

注視點次數(shù)與駕駛員所需要處理標(biāo)志信息的數(shù)目有關(guān)系，反映了視覺區(qū)域中興趣點的數(shù)目，并且信息比例高的區(qū)域產(chǎn)生的注視頻率也很高。

注視時間是指在注視時視軸中心位置保持不變的持續(xù)時間，以毫秒計。注視時間代表處理與危險相關(guān)的信息所花費的時間，反映提取信息的難易程度。

本實驗需獲取的眼動數(shù)據(jù)變量為駕駛員對交通標(biāo)志的注視次數(shù)和注視時間。

2 試驗數(shù)據(jù)分析[3～7]

2.1 駕駛員對交通標(biāo)志的注視行為特征分析

(1)注視頻次分析

通過對駕駛員在仿真模擬交通環(huán)境中的注視數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，有99%的注視次數(shù)在2.1次以下，考慮到儀器誤差，剔除大于2.1次的注視次數(shù)數(shù)據(jù);有99%的注視次數(shù)在3000ms以下，考慮到儀器誤差，剔除大于3000ms的注視次數(shù)數(shù)據(jù)。對所有被試駕駛員注視次數(shù)、注視時間數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)段統(tǒng)計分析。

由圖1可知，駕駛員在仿真模擬交通環(huán)境中的注視次數(shù)分布可以分成4個區(qū)域，說明注視次數(shù)可能與4種交通標(biāo)志類型(警告標(biāo)志、禁令標(biāo)志、指示標(biāo)志、指路標(biāo)志)存在某種對應(yīng)關(guān)系。

駕駛員在仿真模擬交通環(huán)境中的注視時間主要集中在500－1200ms區(qū)域，1500－2700ms區(qū)域所占比例較小，這說明駕駛員對大部分交通標(biāo)志視認(rèn)的注視時間較為一致，而對某種交通標(biāo)志視認(rèn)時間較長。

2.2 車速及交通標(biāo)志類型對注視行為影響

(1)對注視次數(shù)影響

圖3 不同車速條件下各類型交通標(biāo)志的注視時間分析

圖4 不同車速條件下不同熟練程度駕駛員的注視次數(shù)分析

由(圖2)可知，當(dāng)車速相同時，非熟練駕駛員和熟練駕駛員對不同類型的交通標(biāo)志的視認(rèn)性變化規(guī)律一致，對指示標(biāo)志的注視次數(shù)較少，對警告、禁令及指路標(biāo)志的注視次數(shù)較多。當(dāng)車速為20km/h和40km/h時，非熟練駕駛員和熟練駕駛員對不同類型交通標(biāo)志的注視次數(shù)變化規(guī)律基本一致;當(dāng)車速為60km/h和80km/h時，非熟練駕駛員和熟練駕駛員對指示標(biāo)志的注視次數(shù)明顯變少。

研究表明，當(dāng)車速變化時，駕駛員對車外環(huán)境的判斷能力會發(fā)生變化。駕駛員的動視力隨著車速的變化而變化。當(dāng)車輛以60km/h的速度行駛時，駕駛員可看清前方240m處的交通標(biāo)志，當(dāng)車速提高到80km/h時，則連160m處的交通標(biāo)志都看不清楚。隨著車速的增加，駕駛員的視力不斷下降，有效視野變狹窄，注視點遠(yuǎn)移，駕駛員的視認(rèn)性會有所下降，對交通標(biāo)志的理解也會下降。

圖5 不同車速條件下不同熟練程度駕駛員的注視時間分析

不同類型的交通標(biāo)志中，指示標(biāo)志內(nèi)容簡單，可讀性最好，因此駕駛員在視認(rèn)指示標(biāo)志時，注視次數(shù)較其他三類標(biāo)志要低。而警告、禁令及指路標(biāo)志在車速較小時的注視次數(shù)均高于1.5次，車速較高時的注視次數(shù)均高于1次。這是因為警告和禁令標(biāo)志向駕駛員傳遞危險、警告、禁止等信息，顏色醒目，指路標(biāo)志則是包含了文字信息，較復(fù)雜，駕駛員在完成這些標(biāo)志的視認(rèn)時常發(fā)生二次注視，所需的次數(shù)比較高。

(2)對注視時間影響

由(圖3)可得，車速對駕駛員視認(rèn)不同類型交通標(biāo)志所用的注視時間的影響較小。非熟練駕駛員和熟練駕駛員均對指路標(biāo)志的注視時間較大，其次是警告及禁令標(biāo)志，對指示標(biāo)志的注視時間最小。

警告及禁令標(biāo)志相較于指示標(biāo)志而言，更能引起駕駛員注意，注視時間略高;但較指路標(biāo)志明顯降低，約為指路標(biāo)志注視時間的50%。主要是因為警告及禁令標(biāo)志通過圖案、顏色、形狀向駕駛員傳遞信息，能夠快速的被識別，而指路標(biāo)志包含大量的文字信息，因而駕駛員完成對指路標(biāo)志的理解過程所需時間較其他三類交通標(biāo)志高。

2.3 駕駛熟練程度對注視行為影響

(1)對注視次數(shù)影響

由(圖4)可知，隨著車速的增加，非熟練駕駛員和熟練駕駛員對不同交通標(biāo)志的注視次數(shù)不斷減小。而熟練駕駛員對不同類型交通標(biāo)志的注視次數(shù)均高于非熟練駕駛員。

非熟練駕駛員較年輕，在反應(yīng)速度等各項生理指標(biāo)上優(yōu)于熟練駕駛員，同時也因為駕駛經(jīng)驗較少，注意力更多的是放在駕駛車輛、注視道路及周邊交通流狀況上，較少注意觀察交通標(biāo)志。而熟練駕駛員更注重交通安全，對不同類型的交通標(biāo)志的注視次數(shù)均高于非熟練駕駛員;又因駕駛經(jīng)驗豐富，視認(rèn)速度較快，對指路標(biāo)志的注視次數(shù)較非熟練駕駛員少。

(2)對注視時間影響

由(圖5)可知，車速對駕駛員視認(rèn)不同類型交通標(biāo)志所用的注視時間影響較小，基本保持不變。熟練駕駛員對各類型交通標(biāo)志的注視時間較非熟練駕駛員少。

國外學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，駕駛員對信息的需求對他們的視覺搜索特性有著非常顯著的影響，當(dāng)駕駛員對周邊的道路交通狀況非常陌生且駕駛經(jīng)驗不足時，他們會更主動地去搜索道路交通信息，以減少自己對周邊道路交通環(huán)境的不確定。對駕駛員而言，交通標(biāo)志是提供交通信息的載體。駕駛員駕駛經(jīng)驗越足，對道路沿線交通標(biāo)志的注視時間會隨著熟練程度的增加而降低，甚至發(fā)生個別駕駛員沒有注視某些交通標(biāo)志的情況。因此，熟練駕駛員對各類交通標(biāo)志的注視時間較非熟練駕駛員少。

2.4 車速、交通標(biāo)志類型、熟練程度的方差分析

(1)車速對注視行為的方差分析

運用SPSS分別對車速－注視次數(shù)、車速－注視時間進(jìn)行單因素方差分析及多重比較檢驗，分析結(jié)果如(表1、2)所示。

表1 車速對注視次數(shù)、注視時間的方差分析表

從表1可知，車速對注視次數(shù)的顯著性P＜0.001，車速對注視時間的顯著性P=0.792，即在5%的顯著水平下，車輛速度的變化對駕駛員的注視次數(shù)有顯著影響，而對注視持續(xù)時間沒有顯著影響。

表2 車速對注視次數(shù)、注視時間的多重比較檢驗表

通過(表2)可以發(fā)現(xiàn)，在車速20km/h與40km/h條件下，二者的注視次數(shù)不具有顯著性差異，而與60km/h、80km/h均具有顯著性差異。這說明在較低車速的情況下，注視次數(shù)變化不大，當(dāng)行駛到較高車速時，注視次數(shù)產(chǎn)生較大變化。無論車速高低，均對注視時間無較大的影響，進(jìn)一步證明了方差分析的結(jié)論。

(2)交通標(biāo)志類型對注視行為的方差分析

運用SPSS分別對交通標(biāo)志類型－注視次數(shù)、交通標(biāo)志類型－注視時間進(jìn)行單因素方差分析及多重比較分析，分析結(jié)果如(表3、4)所示。

表3 交通標(biāo)志類型對注視次數(shù)、注視時間的方差分析表

從(表3)可知，交通標(biāo)志類型對注視次數(shù)、注視時間顯著性均小于0.001，即在5%顯著性水平下，不同類型的交通標(biāo)志對注視次數(shù)、注視時間具有顯著影響。

表4 標(biāo)志類型對注視次數(shù)、注視時間的多重比較檢驗表

通過(表4)可以發(fā)現(xiàn)，指示標(biāo)志的注視次數(shù)與其他三種標(biāo)志均具有顯著差異，而其他三種標(biāo)志兩兩之間差異不大;警告標(biāo)志和禁令標(biāo)志的注視時間差異不顯著，而與指示標(biāo)志、指路標(biāo)志具有顯著性差異。

(3)熟練程度對注視行為的方差分析

運用SPSS分別對熟練程度－注視次數(shù)、熟練程度－注視時間進(jìn)行單因素方差分析，分析結(jié)果如(表5)。

表5 熟練程度對注視次數(shù)、注視時間的方差分析表

從(表5)可知，熟練程度對注視次數(shù)顯著性小于0.001，對注視時間顯著性為0.004，即在5%顯著性水平下，熟練程度差異對注視次數(shù)、注視時間具有顯著影響。

4 結(jié)論

本試驗通過眼動儀獲取駕駛員的視線停留變化情況，通過分析駕駛員在不同控制條件下的眼睛的注視點數(shù)、注視點分布以及注視時間等數(shù)據(jù)，研究駕駛員對指定路段上不同類型交通標(biāo)志的視認(rèn)特性。

研究發(fā)現(xiàn):交通標(biāo)志類型及駕駛熟練程度對注視行為有顯著影響，而車速僅對駕駛員的注視次數(shù)有顯著影響，對注視持續(xù)時間無顯著影響;駕駛員在指示標(biāo)志上的平均注視次數(shù)和平均注視時間最低，指路標(biāo)志最高，警告和禁令標(biāo)志則介于二者之間;各類型交通標(biāo)志的視認(rèn)性參數(shù)較穩(wěn)定，可根據(jù)其參數(shù)值推測交通標(biāo)志類型。熟練駕駛員對不同標(biāo)志的平均注視次數(shù)要高于非熟練駕駛員，注視時間則明顯低于非熟練駕駛員。低速行駛時，注視次數(shù)變化不大，高速行駛時，注視次數(shù)變化較大。

[1]李作敏，杜穎.交通工程學(xué)[M].北京:人民交通出版社，2000.

[2]方鼎.汽車駕駛員動態(tài)視認(rèn)性的試驗研究[D].長安大學(xué).2005.

[3]張建峰.汽車駕駛員動態(tài)視覺對感知－決策－校正模式的影響研究[D].長安大學(xué).2004.

[4]Brewer，A.(2000).Road rage:what，who，when，where and how?.Transport Reviews，20(1)，49 －64.

[5]Ulleberg，P.，2002a.Influencing Subgroups of Young Drivers and their Passengers:Motivational Influences of Personality Traits on Risk － taking Attitudes and Driving Behavior.Transport anomie institute，Oslo.

[6]Brehmer B.Variable errors set a limit to adaptation.Ergonomics，1990，33:1231 ～1240.

[7]武睿.基于駕駛員眼部運動特征的交通標(biāo)志視認(rèn)性研究[D].東南大學(xué)，2008.