城市道路中駕駛員注意力分配特性研究

旦增平措 羅波

摘 要：駕駛員上路行駛中獲取信息的主要途徑是視覺，研究駕駛員注意力分配對于城市道路安全駕駛具有相當(dāng)重要的意義。本文主要采用頭戴式眼動儀記錄駕駛員在行車過程中的注意力分配視頻，統(tǒng)計(jì)出駕駛員注意力分配在各注視區(qū)域的幀數(shù)，計(jì)算出各區(qū)域注視百分比、平均注視百分比以及繪出注視軌跡圖進(jìn)而反映出駕駛員注意力分配狀況。通過分析駕駛員在駕車變道時特殊位置注意力分配區(qū)域、注視時間、注視軌跡等表征參數(shù)了解駕駛員的駕駛規(guī)律和習(xí)慣，為城市道路安全駕駛、“無人車”的研發(fā)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：駕駛員 注意力分配 安全駕駛 眼動儀

一、實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)環(huán)境

研究路線是駕駛員駕車從某學(xué)院正校門口出發(fā)，沿著酒城大道，行駛至江陽公園處掉頭后沿著酒城大道行駛至天益廣場處左轉(zhuǎn)進(jìn)入星光路，再由星光路轉(zhuǎn)道進(jìn)入金銀街，而后進(jìn)入安居路回到某學(xué)院正校門口。模擬正常駕駛環(huán)境，同時利用眼動儀設(shè)備，對受試駕駛員進(jìn)行沿途記錄。由實(shí)驗(yàn)得出受試駕駛員在該路段試驗(yàn)條件下的視覺特性參數(shù)，對眼動儀的記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得到不同因素環(huán)境下駕駛員注意力分配狀況。

試驗(yàn)路線選取的原則是所選路段要具有有代表性。城市道路組成復(fù)雜、功能多樣，道路組成復(fù)雜主要表現(xiàn)為車輛多、車型雜、行人交通量大以及沿路兩側(cè)建筑、綠化密集等，綜合考慮了多種道路環(huán)境和試驗(yàn)調(diào)試便利等因素。試驗(yàn)中還考慮到了左轉(zhuǎn)彎、T型路口、十字路等場景，總共行駛時間大約在15分鐘左右，屬于比較典型、場景較為完整的城市道路。

（二）實(shí)驗(yàn)過程

首先保證被試者的精神狀態(tài)良好且各方面條件正常，開始任務(wù)前告知駕駛員實(shí)驗(yàn)任務(wù)。然后開始實(shí)驗(yàn)，第一步在車上進(jìn)行定標(biāo)，并在標(biāo)定完成后讓其先適應(yīng)兩分鐘的適應(yīng)時間，第二步就是讓駕駛員駕車按照規(guī)定路段正常行駛，最后駛回原地并將眼動設(shè)備記錄資料保存。每一個被試開始任務(wù)前都要重新進(jìn)行標(biāo)定后再開始實(shí)驗(yàn)，其他被實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行相同程序。

二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

（一）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的選定

本試驗(yàn)總共測錄了18名駕駛員的眼動數(shù)據(jù)。其中03號、06號、09號、13號、18號駕駛員可能是由于實(shí)驗(yàn)過程中標(biāo)定不準(zhǔn)確、行車過程中移動了眼動儀的標(biāo)準(zhǔn)位置等原因造成數(shù)據(jù)錯誤或不完整的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行排除。最后在剩余13名駕駛員實(shí)驗(yàn)中選取較為準(zhǔn)確、完善的10名駕駛員實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（二）統(tǒng)計(jì)方法對比

通過閱讀相關(guān)研究成果，其他人大多都是通過對注視點(diǎn)分布區(qū)域、注視方向、停留時間、眼動變化頻率等方面進(jìn)行研究，而本實(shí)驗(yàn)主要是從駕駛員在道路上某些交通事故高發(fā)位置點(diǎn)出發(fā)，對駕駛員在行車通過這些位置時注意力分配情況進(jìn)行探究，本試驗(yàn)在數(shù)據(jù)分析中，沒有使用眼動儀自帶的數(shù)據(jù)分析程序?qū)υ囼?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，而是直接觀察統(tǒng)計(jì)，同時也對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步篩選和定性分析。

（三）數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理是運(yùn)用頭戴式眼動儀專用電腦處理軟件，對之前實(shí)驗(yàn)錄制的視頻進(jìn)行處理之后，人工統(tǒng)計(jì)駕駛員在通過這些特殊位置時所關(guān)注的區(qū)域、注視幀數(shù)、注視百分比以及平均注視百分比，并統(tǒng)計(jì)其關(guān)注頻率較高的一些關(guān)注點(diǎn)的幀數(shù)（1幀=20ms，本文主要以幀數(shù)為計(jì)量單位），最后去除那些沒有采集到的時段，得到有用時段，算出每個高頻關(guān)注點(diǎn)的有效注視百分比（注視百分比=關(guān)注點(diǎn)幀數(shù)/有用時段），進(jìn)而算出平均注視百分比（即為若干名駕駛員注視同一區(qū)域的注視幀數(shù)百分比求平均值）通過比較得出相應(yīng)規(guī)律。

（四）數(shù)據(jù)誤差分析

本試驗(yàn)中所用的是頭戴式型眼動儀，由于受自身功能的限制，只能對一定角度范圍內(nèi)的眼動數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。當(dāng)某一時刻駕駛員的視線超出該范圍之外時，眼動儀將無法記錄該時刻駕駛員的眼動數(shù)據(jù)，這將導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。另外，在以下情況時，也會導(dǎo)致數(shù)據(jù)記錄的丟失：（1）受試駕駛員眨眼或閉上眼睛;（2）由于反射或光線昏暗原因致使瞳孔或角膜未反射出光線;（3）由于技術(shù)原因?qū)е卵蹌觾x記錄數(shù)據(jù)失敗。由于受空間限制，從完成標(biāo)定到回到駕駛席完成標(biāo)定完成再到完成一圈的駕駛，受試駕駛員在這些過程中可能會無意中觸碰到所佩戴的眼動儀，從而改變了眼動儀標(biāo)定時的狀態(tài)，這將導(dǎo)致所記錄的數(shù)據(jù)不能反映其真實(shí)眼動行為，此時所記錄的眼動數(shù)據(jù)被認(rèn)為是無效數(shù)據(jù)。

分析可知，多種因素影響著試驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性和有效性。因此，在對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析前，有必要對所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，將那些存在大量數(shù)據(jù)丟失。

三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

變道在變道過程中，求出所有駕駛員不同駕駛環(huán)境下不同位置的注視幀數(shù)，注視幀數(shù)百分比以及平均百分比。取每個駕駛員的變道時注視區(qū)域、注視幀數(shù)以及注視軌跡作為研究對象，計(jì)算每個駕駛員對不同區(qū)域的注視幀數(shù)百分比和區(qū)域平均注視幀數(shù)百分比。本節(jié)從駕駛員對不同區(qū)域的注視幀數(shù)百分比、平均注視幀數(shù)百分比（以下簡稱平均注視百分比）以及注視軌跡這三個方面分析駕駛員視覺掃描的個體特征。不同區(qū)域注視幀數(shù)分析

由表中關(guān)于駕駛員區(qū)域注視次數(shù)的統(tǒng)計(jì)可以看出，10個駕駛員之間的視覺注視特點(diǎn)是有所不同的，1，2，3，4，5號駕駛員在向左變道時基本沒有關(guān)注右反光鏡和右側(cè)車道，說明大部分駕駛員在變道時一般不會關(guān)注與自己目標(biāo)無關(guān)的左側(cè)區(qū)域。但是4號駕駛員是相對其他駕駛員來說關(guān)注了右側(cè)并且時長相對較長，說明該駕駛員注意力分配相對較分散掃描區(qū)域較為全面，再看6，7，8，9，10號向右變道的駕駛員，也同前邊向左變道的狀況相類似，也就說明大部分駕駛員不會關(guān)注與自己變道無關(guān)的一側(cè)。

1.不同區(qū)域注視幀數(shù)百分比分析

觀察表（4）和表（5）可以發(fā)現(xiàn)，3號駕駛員注視原車道和左反光鏡的比例最大，其注視比例分別達(dá)到60.7%和24.7%，二者相加為85.4%。而注視左側(cè)車道的比例相對較小，僅為4.7%，說明該駕駛員在向左變道時注視目標(biāo)主要集中在前方車道，其次是反光鏡。對于向右變道的5個駕駛員中的7號駕駛員在向右變道的過程中一反常規(guī)，并未像其他駕駛員一樣注視右反光鏡和右側(cè)，對比其他駕駛員可判定該駕駛員在這次變道中沒有獲取準(zhǔn)確信息而盲目變道，這樣的不當(dāng)操作增大了發(fā)生交通事故的概率。

2.不同區(qū)域注視平均百分比分析

3.變道注視軌跡圖

如圖（8）是統(tǒng)計(jì)10名駕駛員向左變道的軌跡趨勢圖，其中圓圈代表注視區(qū)域，圓圈里邊的數(shù)字表示注視先后順序，由圖可以看出駕駛員在變道的過程中，駕駛員的視線會在正前方和相應(yīng)變道一側(cè)反光鏡交替轉(zhuǎn)移視線，以確保符合變道條件下進(jìn)變道，并完成變道。比如向左變道過程中，駕駛員首先把注意力由正前方轉(zhuǎn)移到左側(cè)反光鏡上，而后又回到正前方，這樣循環(huán)交替幾次，最后才完成整個變道過程。在整個變道過程中我們可以看出駕駛員一般不會注視與變道相反一側(cè)。

四、實(shí)驗(yàn)評價與應(yīng)用前景

（一）實(shí)驗(yàn)評價

通過對研究結(jié)論的總結(jié)和分析，針對目前研究的水平和研究過程中遇到的實(shí)際問題，在此提出實(shí)驗(yàn)不足和建議：

1、由于實(shí)驗(yàn)儀器的局限性，對于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，本文數(shù)據(jù)來源是通過人工計(jì)數(shù)的方式將駕駛員注視各區(qū)域的幀數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由于受主觀和客觀因素的影響，容易造成統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)誤差。

2、由于實(shí)驗(yàn)儀器的局限性，駕駛員在做眼動儀試驗(yàn)中可能觸碰到眼動實(shí)驗(yàn)儀器，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性。

3、本實(shí)驗(yàn)采用頭戴式眼動儀儀器，可能會受到實(shí)驗(yàn)當(dāng)天的光照強(qiáng)度的影響，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性。

4、由于實(shí)驗(yàn)條件限制，如經(jīng)費(fèi)限制，本實(shí)驗(yàn)只選取了18名駕駛員作為實(shí)驗(yàn)者，實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)量不夠大，不能完全排除偶然因素對實(shí)驗(yàn)的影響。

（二）應(yīng)用前景

1、研究駕駛員在城市道路駕駛中注意力分配情況，可以為有關(guān)部門組織駕駛證考試、考證、駕駛員培訓(xùn)、評估等提供參考依據(jù)。

2、研究駕駛員在城市道路駕駛中注意力分配情況，可以為“無人車”（即無人駕駛機(jī)動車）的研發(fā)提供參考和借鑒。

3、研究駕駛員在城市道路駕駛中注意力分配情況，可以為《交通心里學(xué)》這門課程的完善和改版提供參考。

4、研究駕駛員在城市道路駕駛中注意力分配情況，可以對預(yù)防和減少交通事故的發(fā)生有很重要的意義和價值。

結(jié)論

在行車過程中，駕駛員需要及時感知瞬息萬變的交通信息。駕駛員的注意力分配特征如：注視區(qū)域、注視先后、注視時間等是駕駛員注意力的線索，能夠很好地反映駕駛員在某些特殊交通場景中注意力分配狀況。

通過以上分析得到一下的結(jié)論：

當(dāng)車輛在變道的過程中，大多數(shù)駕駛員主要注視原車道、變道一側(cè)區(qū)域以及變道一側(cè)的反光鏡，為變道提前采集視野信息，以確保安全變道。駕駛員的視線會在正前方和相應(yīng)變道一側(cè)反光鏡交替轉(zhuǎn)移視線，以確保符合變道條件下進(jìn)變道，并完成變道。還可以看出駕駛員在整個變道過程中駕駛員一般不會注視與變道相反一側(cè)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

旦增平措（1991—），男，藏族，籍貫：西藏曲松，單位：西藏警官高等專科學(xué)校治安管理系，職稱：助理講師，研究方向：交通管理;

羅波（1990—），男，漢族，籍貫：四川筠連，四川省筠連縣公安局民警，研究方向：交通管理。