無信控路段行人過街處駕駛員眼動(dòng)參數(shù)分析

嚴(yán)貴龍，吳立新，李晶晶

無信控路段行人過街處駕駛員眼動(dòng)參數(shù)分析

嚴(yán)貴龍，吳立新，李晶晶

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130000）

晝夜不同光照條件會(huì)對(duì)駕駛員視覺特性產(chǎn)生影響。通過駕駛員佩戴眼動(dòng)儀在白天早高峰和夜間晚高峰時(shí)段通過施劃過街人行橫道路段的實(shí)地行車實(shí)驗(yàn)，獲取駕駛員在不同情況下的眼動(dòng)參數(shù)，分析路面條件和光照條件對(duì)駕駛員視覺特性的影響。研究結(jié)果可以為城市道路無信控路段行人過街的設(shè)置提供參考依據(jù)。

無信號(hào)控制路段；行人過街；視覺特性；眼動(dòng)研究

1 引言

駕駛員在行車過程中約有80%的信息由視覺獲取，主要是依靠眼睛來判斷道路交通狀況，利用眼動(dòng)儀對(duì)駕駛員在通過無信控路段人行橫道處的視點(diǎn)進(jìn)行采集分析，對(duì)提高城市道路行人過街安全有著非常重要的意義。

國(guó)內(nèi)外的相關(guān)學(xué)者利用眼動(dòng)儀進(jìn)行了大量研究，張杰[1]利用Smart-Eye Pro智能眼動(dòng)儀對(duì)駕駛員在不同平曲線的視點(diǎn)分布特性進(jìn)行研究；李之紅[2]采用SMI Iview X眼動(dòng)儀分析城市道路實(shí)車測(cè)試過程中駕駛員的注視行為，提出基于馬爾可夫過程的駕駛員視點(diǎn)轉(zhuǎn)移模型；李俊德等人[3]利用眼動(dòng)儀對(duì)駕駛員明暗適應(yīng)距離進(jìn)行研究，為隧道明暗過渡段的照明設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)；VALERIA等人[4]研究瞬時(shí)速度和視覺注視的頻率對(duì)駕駛員行為的影響，得出駕駛員在道路施工區(qū)域看臨時(shí)標(biāo)識(shí)與永久標(biāo)識(shí)的頻率相近。本文通過實(shí)車試驗(yàn)，分析駕駛員通過人行橫道時(shí)的視點(diǎn)分布規(guī)律，研究成果可以為城市道路無信號(hào)控制路段人行過街橫道的合理設(shè)置提供參考。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?/h2>

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過在施劃人行過街橫道線的道路上進(jìn)行實(shí)地行車試驗(yàn)，記錄白天早高峰和夜間晚高峰時(shí)段駕駛員通過無信控 路段人行過街橫道處的眼動(dòng)數(shù)據(jù)，分析駕駛員的晝夜眼動(dòng) 特性差異，總結(jié)駕駛員在無信控路段人行橫道上的視點(diǎn)分布規(guī)律。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

注視是指將眼睛的中央凹對(duì)準(zhǔn)某一物體一段時(shí)間的歷程，在駕駛員眼動(dòng)研究中可以用來探討內(nèi)在認(rèn)知過程，識(shí)別交通環(huán)境的某個(gè)特征。駕駛員依據(jù)自身駕駛習(xí)慣通過選定路段的人行橫道處時(shí)，由于受到道路條件、交通條件、光照環(huán)境和行人過街行為等因素的影響，其眼動(dòng)指標(biāo)和視點(diǎn)分布都會(huì)發(fā)生一定的變化。因此，通過駕駛員在實(shí)車試驗(yàn)過程中佩戴眼動(dòng)儀，獲取駕駛員的視覺特性參數(shù)，使用軟件對(duì)眼動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，就可以探究駕駛員在不同情況下通過人行過街橫道時(shí)的眼睛注視行為的規(guī)律。

3 實(shí)驗(yàn)方案

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括德國(guó)Ergoneers公司所生產(chǎn)的Dikablis眼動(dòng)儀、D-Lab數(shù)據(jù)分析軟件、實(shí)驗(yàn)車輛、攝像機(jī)、正弦逆變器等，如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

3.2 實(shí)驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

選取位于長(zhǎng)春市凈月商業(yè)圈的博學(xué)路作為試驗(yàn)路段，其機(jī)動(dòng)車流量和人流量均較大。在正常氣候條件、能見度良好情況下白天07：00—09：00早高峰時(shí)段和夜晚18：00— 20：00晚高峰時(shí)段進(jìn)行實(shí)地行車實(shí)驗(yàn)。4名駕駛實(shí)驗(yàn)人員身體狀態(tài)良好，駕齡均在1年以上，在實(shí)驗(yàn)前有充足的休息時(shí)間。

3.3 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

通過實(shí)驗(yàn)前的多次踏勘，選擇確定了合適的攝像機(jī)架設(shè)地點(diǎn)，能夠清晰拍攝到車輛通過路段過街人行橫道前后50 m范圍的交通狀況，參與實(shí)驗(yàn)人員全部完成眼動(dòng)儀使用及實(shí)驗(yàn)過程中注意事項(xiàng)的培訓(xùn)。在駕駛員做好開車的準(zhǔn)備工作后，為駕駛員佩戴眼動(dòng)儀，如圖2所示。啟動(dòng)D-Lab軟件，對(duì)眼動(dòng)儀進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完成后駕駛員應(yīng)盡可能保持眼動(dòng)儀不發(fā)生大的位移。準(zhǔn)備工作完成后，即可開始實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中被試者要以正常的駕駛心態(tài)和行為操縱車輛。

圖2 實(shí)驗(yàn)駕駛員佩戴眼動(dòng)儀

在研究駕駛員視點(diǎn)分布規(guī)律時(shí)，采用將駕駛員的視覺區(qū)域進(jìn)行劃分的方法，能夠更加準(zhǔn)確有效地對(duì)視點(diǎn)分布進(jìn)行定位[5-6]。通過視點(diǎn)分布模擬實(shí)驗(yàn)，將駕駛員在人行橫道上的視覺區(qū)域進(jìn)行劃分，如圖3所示。

圖3 博學(xué)路路段駕駛員注視區(qū)域劃分

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與分析

眼動(dòng)儀配置的D-Lab軟件具有Plan、Measure、Analysis等功能，駕駛員的眼動(dòng)參數(shù)由眼動(dòng)儀獲取后，經(jīng)軟件分析可以得到相關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)值和變化圖。在駕駛員行車實(shí)驗(yàn)的同時(shí)架設(shè)攝像機(jī)進(jìn)行錄像，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，得到博學(xué)路兩處施劃過街人行橫道線路段白天和夜間高峰小時(shí)人流量和高峰小時(shí)車流量，如表1所示。

表1 高峰小時(shí)流量

路段1路段2 白天夜間白天夜間 高峰小時(shí)人流量/人260274286319 高峰小時(shí)車流量/（輛/小時(shí)）1 7181 9271 9542 108

由表1可以看出，這兩處路段的夜間高峰小時(shí)車流量和人流量相對(duì)于白天均有所增加，但增加流量不大，可以認(rèn)為主要是晝夜光照條件的變化使得駕駛員的眼動(dòng)參數(shù)發(fā)生變化。

4.1 駕駛員視點(diǎn)分布圖

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)的分析處理，得到反映駕駛員視點(diǎn)在不同光照條件下的注視熱點(diǎn)圖、視點(diǎn)分布路徑圖及視點(diǎn)分布陰影圖，如圖4、圖5、圖6所示，左側(cè)為晚高峰夜間時(shí)段，右側(cè)為早高峰白天時(shí)段。

注視熱點(diǎn)圖的顏色變化表示視點(diǎn)停留在該區(qū)域的時(shí)間長(zhǎng)短。簡(jiǎn)短的掃視以圖4中外圍的灰色顯示，隨著視點(diǎn)停留在該區(qū)域的時(shí)間增長(zhǎng)，顏色變化從外圍的灰色到白色再到最里面的深灰色?？梢钥闯?，晝夜駕駛員注視區(qū)域發(fā)生變化，白天駕駛員注視區(qū)域較分散，夜間駕駛員視點(diǎn)范圍集中，且更加關(guān)注路面上的物體和車內(nèi)儀表盤。

圖4 晝夜注視熱點(diǎn)對(duì)比圖

圖5 晝夜注視路徑對(duì)比圖

圖6 晝夜注視陰影對(duì)比圖

注視路徑圖的固定位置用圓圈表示，固定時(shí)間越長(zhǎng)，圓圈越大，同時(shí)可以從圖中獲取駕駛員視點(diǎn)在短時(shí)間內(nèi)的注視路徑。圖5可以反映出駕駛員在夜間的注視點(diǎn)比較密集，白天較為分散。

視點(diǎn)在一個(gè)區(qū)域停留的注視時(shí)間越長(zhǎng)，注視陰影圖中該區(qū)域就變得越透明。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無論白天還是夜間，駕駛員在通過人行過街橫道時(shí)的視點(diǎn)主要集中在中心區(qū)域和車輛行駛方向的右側(cè)區(qū)域。

4.2 瞳孔面積

瞳孔會(huì)隨著外界光照強(qiáng)度和自身心理狀態(tài)發(fā)生變化，國(guó)內(nèi)外很多文獻(xiàn)均把瞳孔大小作為反映駕駛員心理狀態(tài)指標(biāo)，一般認(rèn)為瞳孔越大，則被試者的心理越緊張[7]。從眼動(dòng)儀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)駕駛員駕駛車輛通過人行橫道時(shí)，白天和夜晚的瞳孔面積都有瞬間增大的變化，如表2所示。

表2 駕駛員瞳孔面積（像素）

環(huán)境路段 正常路段過街人行橫道變化率/（%） 白天55070021.4 夜間1 5872 14626.0 變化率/（%）65.367.4—

從表2可以看出，駕駛員從正常路段向施劃人行過街橫道路段行駛過程中瞳孔面積增大，白天和夜間的變化率分別為21.4%和26.0%；晝夜駕駛員的瞳孔面積變化更大，正常行駛路段夜間較白天提升了65.3%，而在施劃人行過街橫道處瞳孔面積夜間較白天提高了67.4%。由此可見，光照強(qiáng)度的變化和路面標(biāo)線的施劃，都可以使駕駛員的緊張程度提高、瞳孔面積增大。

5 結(jié)論

駕駛員在晝夜不同光照條件下通過無信號(hào)控制的路段人行過街橫道時(shí)，緊張程度和注意力會(huì)提升，視點(diǎn)分布會(huì)發(fā)生變化。白天駕駛員注視區(qū)域較分散，夜間駕駛員視點(diǎn)范圍集中，無論晝夜視點(diǎn)均主要分布在道路的中心區(qū)域及右側(cè)區(qū)域；光照強(qiáng)度的變化和路面標(biāo)線的施劃，都會(huì)使駕駛員的緊張程度提高，瞳孔面積增大，晝夜駕駛員的瞳孔面積變化率更大。

［1］張杰.基于眼動(dòng)儀的駕駛員視點(diǎn)分布特性研究［J］.湖南交通科技，2012，38（4）：153-155，170.

［2］李之紅.基于實(shí)車眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)的駕駛員注視行為建模分析［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2018，18（11）：312-317.

［3］李俊德，冉濤，廖疆平，等.基于瞳孔直徑變化的隧道明暗適應(yīng)距離分析［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2019，15（8）：197-200.

［4］VALERIA V，ARIANNA B，ANFREA S，et al.Road sign vision and driver behaviour in work zones［J］. Transportation Research Part F：Psychology and Behaviour，2019，60（1）：474-484.

［5］楊運(yùn)興，陳芳.山區(qū)高速公路空間郁閉度對(duì)駕駛員視覺及生理指標(biāo)的影響［J］.安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2019，19（3）：881-886.

［6］宋婉璐，王奎元，譚婷，等.干路綠化帶特性對(duì)駕駛?cè)艘曈X影響評(píng)價(jià)研究［J］.交通運(yùn)輸研究，2019，5（1）：57-64.

［7］楊運(yùn)興，陳芳.山區(qū)高速公路邊坡路段駕駛員視點(diǎn)分布特征研究［J］.公路交通技術(shù)，2018，34（4）：102-106.

U491.52

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.024

2095－6835（2020）08－0062－02

〔編輯：王霞〕