隧道拱頂亮化標(biāo)對駕駛員眼動(dòng)參數(shù)影響的研究

朱光祖，劉富瑜

（1.廣西南天高速公路有限公司，廣西 南寧；2.廣西交通投資集團(tuán)河池高速公路運(yùn)營有限公司，廣西 河池）

在公路行駛的過程中，隧道是容易發(fā)生交通事故的多發(fā)路段，隧道內(nèi)的交通事故難以處理，極易造成重大傷亡[1]。特別是在外部大環(huán)境光線很強(qiáng)的情況下，駕駛員進(jìn)入隧道時(shí)，眼睛瞳孔的變化會讓駕駛員產(chǎn)生短暫性的黑洞致盲現(xiàn)象[2]。由于駕駛員的短暫性的眩光，增加了隧道內(nèi)的不確定性，隧道內(nèi)交通事故的發(fā)生率大大增加[3]。

課題重點(diǎn)研究隧道頂部的亮化標(biāo)結(jié)構(gòu)對人眼眼動(dòng)參數(shù)的影響。通過在隧道頂部安裝多排亮化標(biāo)結(jié)構(gòu)，使用眼鏡式眼動(dòng)儀Dikablis 記錄駕駛員在駕駛過程中的視覺動(dòng)態(tài)特征。通過研究有無亮化標(biāo)條件下，人眼瞳孔變化的規(guī)律；給出亮化標(biāo)對眼睛瞳孔變化速率的影響，進(jìn)而給出優(yōu)化的設(shè)計(jì)結(jié)果[4]。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)收集

1.1 實(shí)驗(yàn)隧道

實(shí)驗(yàn)高速公路是國家交通運(yùn)輸科普基地道路綠色照明與安全防災(zāi)新材料試驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)用隧道，全長158 m，隧道外沖刺最大距離為60 m。隧道限速為60 km/h。

1.2 實(shí)驗(yàn)駕駛員

選擇了兩名男性駕駛員和一名女駕駛員，年齡段在30-40 歲之間。

1.3 實(shí)驗(yàn)車輛與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)車輛選用INFO.instruments 贏富儀器生產(chǎn)的眼鏡式眼動(dòng)儀Dikablis 來測量駕駛員的視覺動(dòng)態(tài)特征[5]。選用柯尼卡美能達(dá)推出的分光輻射照度計(jì)CL-500A 來測量照度值。美國Photo Research 公司生產(chǎn)的PR670 光譜掃描亮度計(jì)。詳見圖1-圖3。

圖1 實(shí)驗(yàn)用車

圖2 實(shí)驗(yàn)隧道

圖3 實(shí)驗(yàn)儀器和配備

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）隧道照度測量沿隧道內(nèi)的行車方向，測量距隧道口的距離為0 m、5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、40 m、50 m 和60 m 時(shí)的照度。駕駛員乘坐實(shí)驗(yàn)車輛，在駕駛員乘坐位置處測量在隧道外0 m、5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、40 m、50 m 和60 m 處時(shí)，每一排亮化標(biāo)將光反射到駕駛員人眼處的亮度[6]。

（2）時(shí)間選定在中午11 點(diǎn)至14 點(diǎn)間，此時(shí)太陽光照射較強(qiáng)。

（3）在車輛駛?cè)胨淼赖倪^程中，用眼鏡式眼動(dòng)儀Dikablis 記錄駕駛員瞳孔大小的變化，由D-lab 記錄實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，通過matlab 等分析軟件對得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖4 中，照度值的測量是取駕駛員平視隧道入口時(shí)，用照度計(jì)測量的實(shí)時(shí)值。該值極大地受到環(huán)境因素的影響，測量時(shí)間是7 月至8 月的中午11 點(diǎn)至14點(diǎn)。由于太陽光照時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，極大地影響了平視隧道入口時(shí)的照度變化，所以此照度值為實(shí)時(shí)值，并無規(guī)律可循[7]。

圖4 距離隧道入口一定距離處亮化標(biāo)亮度的變化規(guī)律

2 駕駛員的動(dòng)態(tài)視覺特征

2.1 駕駛員的眼動(dòng)參數(shù)變化

在駛?cè)胨淼揽诘倪^程中，隨著離隧道口的距離逐漸的縮小，瞳孔大小的變化也會發(fā)生相應(yīng)的變化[8]，眼動(dòng)儀記錄了三個(gè)駕駛員的眼動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間的變化。選取右眼的眼動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)作為參考，記錄駕駛員在駛?cè)胨淼揽诘倪^程中，其瞳孔直徑大小的變化。

分析整個(gè)行車過程的視頻，通過回放視頻，判斷汽車進(jìn)入隧道的不同位置和時(shí)間，并獲得其對應(yīng)的眼動(dòng)數(shù)據(jù)[9]。圖5、圖6 是相關(guān)的駕駛視頻和眼動(dòng)數(shù)據(jù)。

圖5 行車駕駛圖例

圖6 眼動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律

圖5（a）是實(shí)驗(yàn)車輛進(jìn)入隧道入口前的駕駛圖例；圖5（b）是實(shí)驗(yàn)車輛進(jìn)入隧道入口時(shí)的駕駛圖例；圖5（c）是實(shí)驗(yàn)車輛進(jìn)入隧道后減速直至停止時(shí)的駕駛圖例。

圖6（a）、圖6（c）和圖6（e）是在隧道內(nèi)頂部安裝亮化標(biāo)的情況下，三名駕駛員的眼動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間變化規(guī)律的圖像。圖6（b）、圖6（d）和圖6（f）是在隧道內(nèi)沒有安裝亮化標(biāo)的情況下，三名駕駛員的眼動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間變化規(guī)律的圖像。

從圖6 中可以知道，在隧道外眼睛瞳孔變化不大，主要是因?yàn)檎斩茸兓容^小，因而眼睛的瞳孔不需要頻繁的調(diào)節(jié)大小來適應(yīng)環(huán)境[10]。同樣在進(jìn)入隧道一段時(shí)間后，瞳孔的面積也基本不變，這是因?yàn)檠劬σ呀?jīng)比較適應(yīng)暗環(huán)境條件。在中間部分，呈現(xiàn)線性變化的趨勢（這個(gè)地方要和照度的變化相配合）[11]，本課題重點(diǎn)關(guān)注的即為中間線性變化部分的趨勢和規(guī)律。因此，單獨(dú)將線性部分截取，并進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，獲得瞳孔大小變化的速率，并進(jìn)行分析和比對[12]。

2.2 比較關(guān)注的瞳孔區(qū)域的變化速度

圖7 分別給出了線性部分的數(shù)據(jù)擬合結(jié)果。

圖7 眼動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間變化的擬合結(jié)果

圖7 是眼動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間變化的擬合結(jié)果。需要說明的是，因?yàn)樵隈{駛過程中難免會遇到駕駛員眨眼等偶然因素而導(dǎo)致的較大偶然誤差，所以在數(shù)據(jù)擬合的過程中，為了更接近真實(shí)的擬合結(jié)果，需要處理這些較大的誤差值，從而使擬合結(jié)果更具有準(zhǔn)確性和普遍性[13]。

圖7（a）和圖7（b）是第一名男駕駛員的數(shù)據(jù)擬合直線，（a）直線斜率是 134.3（132.8,135.9），（b）直線斜率是140.3（137.6,143）。圖7（c）和圖7（d）是第二名男駕駛員的數(shù)據(jù)擬合直線，（c）直線斜率是104.9（102.9,106.8），（d）直 線 斜 率 是 137.4（136,138.8）。圖7（e）和圖7（f）是女駕駛員的數(shù)據(jù)擬合直線，（e）直線斜率是245.3（241.5,249），（f）直線斜率是265（261,268.9）。

很顯然，沒有亮化標(biāo)時(shí)，其眼睛瞳孔變化率要明顯大于安裝了亮化標(biāo)時(shí)的變化率[14]。這樣說明，亮化標(biāo)的安裝極大的減緩了眼睛瞳孔的變化速率，因此也能減小“黑洞”效應(yīng)，提升駕駛員駕駛車輛進(jìn)入隧道的安全性[15]。

3 分析與結(jié)論

通過上述對三名駕駛員的瞳孔大小(眼動(dòng)參數(shù))-時(shí)間圖像結(jié)果進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

(1) 兩種不同的隧道情況，有亮化標(biāo)存在時(shí)的隧道情況條件下的瞳孔大小變化速率要比沒有亮化標(biāo)時(shí)的隧道情況條件下的瞳孔大小變化速率低。

(2) 亮化標(biāo)結(jié)構(gòu)對在駛?cè)胨淼肋^程中的駕駛員是有影響，主要體現(xiàn)在減緩了駕駛員瞳孔大小的變化速率，使駕駛員能夠更好地提前適應(yīng)隧道內(nèi)部環(huán)境，減弱了駛?cè)胨淼纼?nèi)暗適應(yīng)過程而產(chǎn)生的黑洞眩光現(xiàn)象，從而降低隧道內(nèi)交通事故的發(fā)生率。