認知風格對駕駛行為影響的眼動研究

胡譽齡　施利承

摘要 目的：比較兩種認知風格在虛擬駕駛中是否存在差異，并結合兩種認知風格的特點，補充解釋交通事故頻發的原因，同時也為國內駕駛員培訓提供新思路。方法：運用Smart Eye眼動儀觀察兩種認知風格被試在興趣區內的注視時間、注視次數，記錄其在模擬駕駛過程中的實時速度、最大減速、剎車反應時等。結果：兩種認知風格的被試在駕駛過程中，興趣區內的注視次數存在顯著差異（p=0.005），注視時間不存在顯著差異（p=0.098）。在壓力情境下，被試的實時速度（p=0.033）和最大減速（p=0.014）存在顯著差異。結論：場獨立者對興趣區的注視次數更多，在相同條件下更能注意到交通環境中的關鍵信息。在壓力情境下，駕駛者的實時速度顯著提高，有更多的剎車等緊急行為。

關鍵詞 場獨立；場依存；模擬駕駛；眼動研究

分類號 B849

隨著我國經濟社會的快速發展，車輛數目劇增，同時，交通事故發生率也大幅提高。據公安部交通管理局統計，2014年一季度全國共發生涉及人員傷亡的道路交通事故4萬多起，造成約4.4萬人受傷，1.05萬人死亡，直接財產損失達2.1億元。大量道路交通事故的發生對社會安定及人民生命財產造成巨大損失。駕駛員安全行車的重要條件之一就是視覺信息的處理，而駕駛員不同的認知風格，會導致信息處理的不同方式和結果。

場獨立（Field-independent）與場依存（Field-dependent）兩種認知風格是由美國心理學家Herman A.Witkin最先提出的。個體知覺所及客觀世界的全部組織結構被稱為一個“知覺場”。有些人在知覺某一對象時，常常將它從整個知覺場中分離出來，傾向于以分析的態度接受外界刺激，對該對象的認知較少受環境因素影響，這些人屬于場獨立型人格。另一些人則相反，在知覺某一對象時，很難將其從整個知覺場中分離出來，傾向于以整體的方式看待對象，對該對象的認知很容易受環境因素影響，這些人屬于場依存型人格。場認知風格的特點包括普遍性、穩定性、發展性和滲透性，其研究領域涉及教育、認知、記憶、閱讀、創造力等。

Harano和Peck（1968）的研究發現，場依存型人格的駕駛員比場獨立型人格的駕駛員更容易發生交通事故。Ernest，Ghezel-Ayagh和kush（1996）認為，場獨立型駕駛員能較好地將有限的心理資源分配到重要的交通信息中，發現潛在的危險，從而獲得對危險情境的合理解釋并提早做出防御措施。反映在眼動指標上，即注視次數比場依存型駕駛員多。相比之下，場依存型駕駛員的信息提取和組織能力較差，對信息的搜索是游離式的，因而注視次數較少。梁亮和吳家舵（2010）研究了場認知風格對體育廣告注視的影響，結果發現：認知方式影響注視點的數目和平面廣告興趣區內的注視時間，但在眼跳最大幅度上，場獨立被試和場依存被試沒有顯著差異。靖新巧（2008）研究了大學生場認知風格對圖形推理的影響，結果發現認知風格和題目難度對圖形測驗成績的主效應顯著。從興趣區的分析結果看，在題干部分場獨立型被試的注視時間和注視次數均顯著多于場依存型被試，而在選項部分卻顯著少于場依存型被試。馬勇（2006）研究了駕駛員的視覺搜索行為，結果表明：當駕駛員沒有注視前方區域時，60%的注意對象是車內的后視鏡、儀表盤、音響設備區域等，平均注視時長小于1.0s。駕駛員對左后視鏡的注視次數高于右后視鏡，且要花更多的時間注視右后視鏡。

綜合已有的研究，近年來國外對駕駛員視覺行為的研究領域包括年齡、駕駛經驗、視覺搜索模式和策略、車輛操控、工作負荷、視覺生理缺陷與輔助駕駛系統等方面。國內的駕駛員眼動研究領域主要包括閱讀、廣告、學習遷移、實景圖片等，對駕駛員的視覺注視研究較少，且理論多于實驗。本研究擬從場認知風格出發，探討兩種認知風格在不同壓力狀態下進行模擬駕駛任務的視覺搜索特征的差異。

1.被試與方法

1.1被試

隨機選取87名某大學學生作為預實驗被試，其中男生38人，女生49人，平均年齡21-7歲，持有C駕照，會操作手動擋車輛，平均駕駛里程數50km，均為駕駛新手。所有被試視力或矯正視力正常，從未參加過類似實驗。采用認知風格鑲嵌圖形測驗（EFT）評定被試的認知風格傾向，選取全體成績最低的27%和最高的27%為眼動實驗被試。其中，場依存型被試16名（其中男生6名），場獨立型被試15名場（其中男生8名）。

1.2實驗材料

1.2.1鑲嵌圖形測驗

采用北京師范大學修訂的鑲嵌圖形測驗（EFT），包含9個簡單圖形和20個復雜圖形，測驗信度系數為0.9。得分越高，場獨立性越高：得分越低，場依存性越高。

1.2.2模擬駕駛道路情境

選擇一條城市道路進行編程，要求被試進行駕車右拐、過紅綠燈直行、停車避讓行人、調頭行駛、超車等行為，駕駛時間約為10分鐘。

1.3實驗儀器

1.3.1 Smart Eve眼動儀

Smart Eye是瑞典的非入侵性眼動儀，包括視頻成像系統和計算分析軟件。視頻成像系統由3個攝像頭、2個紅外閃光燈和1個外景攝像頭組成。攝像頭主要負責檢測和定位虹膜及瞳孔，采集和保存眼動行為，包括所有注視、掃視和眨眼行為，并參照眼睛幾何模型來確定觀測者的視線。紅外燈采用紅外光源技術，克服了光照、眼鏡等外界因素影響，適用性強，采集精度高。計算分析軟件將會根據需要把駕駛環境劃分成不同的興趣區域，并能對其中的眼動行為參數進行分析。

1.3.2道路模擬駕駛器

模擬駕駛器由互動型視景系統、模擬教學專用軟件、電控系統、模擬座艙、附屬設備和外飾件等組成，集合了虛擬現實技術、計算機圖形學、機械傳動技術、三維實時渲染技術和數據通信技術，根據輸入的速度、轉向、剎車等信號計算出車輛的預期行為，并通過視頻和音頻設備反饋給駕駛者。駕駛者通過模擬器的操作部件與虛擬的環境進行交互。

1.3.3多導生理記錄儀

多通道無線藍牙生理記錄儀包括硬件和軟件，其硬件系統由主機、無線藍牙、記憶卡和各種類型的傳感器組成，軟件系統的主要功能是與主機通訊、接收數據、采集數據和數據的分析處理。

1.4實驗設計和程序

本研究采用2（認知風格：場獨立型、場依存型）*2（壓力狀態：有壓力、無壓力）的混合實驗設計，認知風格為被試問變量，壓力狀態為被試內變量。因變量包括眼動指標、駕駛行為指標，以及用以輔助說明壓力等級的生理指標。安排31名被試分別參加實驗。實驗前進行模擬駕駛器的練習，直至被試報告能熟練駕駛；主試告知實驗要求，實驗時間每人約40分鐘；實驗結束后被試獲取小額報酬。

1.4數據處理

利用Smart Eye眼動儀和模擬駕駛器采集相關數據指標，并用spss20.0進行數據管理與分析。

2.結果

2.1總注視時間

總注視時間是被試對道路場景中興趣區內的關注時間。從實驗結果（表1）來看，場獨立型被試不論在有壓力還是無壓力情況下，其總注視時間都比場依存被試長。而在有壓力情境下，所有被試的注視時間均短于無壓力情境。將認知風格、壓力狀態作自變量，總注視時間作因變量，進行2*2的方差分析，認知風（F=2.81，p=0.098，n=0.15）和壓力狀態（F=0.74，p=0.394，n2=0.001）主效應均不顯著，兩者不存在交互作用（F=0.36，p=0.553，n=0.001）。

2.2總注視次數

總注視次數是被試對興趣區內的關注次數。從表2來看，場獨立型被試不論是在有壓力還是無壓力情況下，其總注視次數都比場依存被試長。而在有壓力情境下，所有被試的注視次數均比無壓力時短。經方差分析，認知風格主效應顯著（F=8.50，p=0.005，n2=0.13），壓力狀態主效應不顯著（F=1.75，p=0.190，n2=0.003），兩者不存在交互作用（F=0.39，p=0.537，n2=0.015）。

2.3橫向偏差

橫向偏差指車輛偏離車道正中心的距離的絕對值。從實驗結果（表3）來看，場獨立型被試不論是在有壓力還是無壓力情況下，其橫向偏差絕對值都比場依存被試小。而相比于無壓力情境，場獨立被試在有壓力情境下橫向偏差變小，場依存被試幾乎無差異。經方差分析，認知風格主效應顯著（F=8.52，p=0.005，n2=0.11），壓力狀態主效應不顯著（F=0.03，p=0.861，n2=0.004），兩者不存在交互作用（F=0.002，p=0.963，n2=0.001）。

2.4實時速度

實時速度是指從一個案例開始到結束整個過程的平均速度（案例：前車剎車燈亮或突發事件出現為一個案例的結束）。從實驗結果（表4）來看，場獨立型被試在無壓力情境下的速度比場依存型型被試大，而在有壓力情境下二者幾乎一樣。相比于無壓力情境，所有被試在壓力情境下速度都增大。經方差分析，壓力狀態主效應顯著（F=4.78，p=0.033，n2=0.097），認知風格主效應不顯著（F=0.50，p=0.482，n2=0.026），兩者不存在交互作用（F=0.47，p=0.495，n2=0.001）。

2.5最大減速

最大減速是指一個案例中行駛的最大速度和踩下剎車踏板后的最小速度之差。從實驗結果（表5）來看，場獨立型被試不論是在有壓力還是無壓力情況下，其最大減速都比場依存被試大。相比于無壓力情境，所有被試在壓力情境下最大減速都增大。經方差分析，壓力狀態主效應顯著（F=6.43，p=0.014，n2=0.12），認知風格主效應不顯著（F=0.80，p=0.375，n2=0.031），兩者不存在交互作用（F=0.53，p=0.470，n2=0.001）。

3.討論

3.1不同認知風格對駕駛行為的影響

3.1.1不同認知風格對道路駕駛的眼動分析

從興趣區的數據分析結果看，場依存型和場獨立型被試在觀察道路場景時，總注視時間差異不顯著。但從均值看，無論是在有壓力還是無壓力的情況下，場獨立型被試對道路關鍵信息如對面車輛、路牌、紅綠燈的總注視時間都比場依存型被試長。說明場獨立型駕駛員能夠在有限的心理資源下，將更多的時間分配到關鍵的交通信息中，具有較好的信息提取和組織能力，容易發現潛在的危險從而獲得對危險情境的合理解釋，并提早做出有效的防御措施。本研究中，兩種認知風格的被試的總注視時間存在差異，但差異并不顯著。可能的原因是：第一，本研究選取的被試的量較少，雖然都是新手，但個體問存在駕駛能力的差異，會影響研究結果，在以后的研究中有必要將駕駛能力作為單獨變量進行控制；第二，由于模擬駕駛器的隨機性和被試駕駛習慣、行車路線的不同，導致某些突發狀況和觸發的實驗案例存在微小差異，從而影響了被試對興趣區的注視；第三，以往的研究材料多是文章閱讀、圖形推理類的，并且給予被試一定的觀察任務，本研究選用的道路模擬場景與以往研究材料不同，是動態的視頻呈現，興趣區的劃分也由靜態轉為動態，這可能在某種程度上影響總注視時間。

場依存型和場獨立型被試在觀察道路場景時，在興趣區內的注視次數存在顯著差異。即場獨立型被試對興趣區有更多的注視次數，場依存型被試則注視較少。Ernest等人（1996）認為，場獨立型駕駛員能較好地將有限的心理資源分配到關鍵的交通信息中，具有成熟的元認知技能，包括較強的注意監控能力以及信息的提取和組織能力。反映在眼動指標上，即注視次數比場依存型駕駛員多。張茜（2010）研究發現，場獨立者對明顯危險和潛在危險的感受水平均高于場依存者，在駕駛新手中也如此。曹曉華、曹立人和馬恭湘等（2005）通過眼動儀研究了場認知風格對不規則幾何圖形識別績效的影響，結果發現場獨立型被試的識別速度與場依存型被試存在顯著差異。在時間分配方面，場獨立型被試更多地對實際信息進行取樣，場依存型被試則更多地使用游離性輔助搜索策略。依據信息加工速度的元認知觀點，在圖形辨認任務中，在完成選擇有效策略、合理分配能量、監控任務操作等一系列加工過程中，場獨立型被試明顯優于場依存型。本研究與前人結果一致，場獨立型駕駛員依據自身的內部感知來選擇自己所需要的信息，注視范圍較廣，觀察的點比較多，每個興趣區基本都有注視到。場依存型的駕駛員在行駛過程中對正前方的區域內關注較多，容易持久地注視某一個物體，而較難關注到其他區域內可能會出現的車輛或行人等，不能很好地發現潛在的危險。

3.1.2不同認知風格對道路駕駛的行為分析

從均值看，場獨立型被試不論是在有壓力還是無壓力的情境下，其橫向偏差絕對值都比場依存型被試小。從興趣區的分析結果看，場認知風格的主效應顯著，即場獨立者與場依存者的橫向偏差存在顯著差異。這說明了場獨立型被試在整個駕駛過程中，習慣以自我為參照標準來操作車輛，而場依存型被試則更多依賴道路場景。在實時速度和最大減速上，不論是均值比較還是差異檢驗，認知風格的主效應均不顯著。實驗觀察也看到，場獨立型駕駛員和場依存型駕駛員在駕駛時的速度、面對緊急情況時的剎車更多受到駕駛經驗、壓力等的影響，與認知風格關系較弱。

3.2不同壓力情境對駕駛行為的影響

本研究中關于壓力情境的界定包含兩個方面，一是自評，二是生理指標。其中自評等級由輕到重依次分為1、2、3、4、5。實驗前主試告知被試完整駕駛一條道路的平均時間為10分鐘，讓被試依據自身的情況自主報告當壓力等級為3時，完成全程駕駛所需的時間。而生理指標主要指心率，由多導生理記錄儀搜集。經分析，被試在有壓力和無壓力情境下，心率的差異達到顯著水平。在壓力情境中，為在規定時間內行駛完全程，被試的實時速度要顯著快于無壓力情境，發生了更多的剎車、碰撞等行為，更易導致交通事故。

4.結論

（1）場獨立者在駕駛任務中能更多關注到關鍵信息，在興趣區內的總注視時間更長，總注視次數更多。

（2）在壓力情境下，所有被試的速度加快，減速增大。