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1眼動技術在道路交通領域中的應用

1.1駕駛人在不同道路交通情境中的眼動行為研究

1.1.1交通標志、標識對駕駛人視覺影響：交通標志是傳遞道路名、方向及距離信息的標志，是駕駛人行車過程中的重要指南。交通標志呈現字體大小、字數多少、交通標志高度、結構等方面特點，對駕駛人視覺搜索均產生影響。杜志剛等通過室內模擬城市道路交通標志信息量，觀察對駕駛人眼動行為的影響。結果發現當路名數在2~7個時，駕駛人的視認反應時間不超過2.5秒，且與指路標志路名數呈顯著線性正相關。由此建議城市道路指路標志路名數不大于5個，且車速小于50km/h。張業生等研究發現，駕駛人道路環境的眼動行為呈現的規律是，隨著交通標志信息量的增加，駕駛人對標志的認知時間增長。當漢字字數在0~18個字時，路名數在0~7時，認知時間增長趨勢相對均勻，超過這一界值增長趨勢明顯加大。因此研究者建議城市道路交通標志設置時，應該以7個路名數為宜，字體數目不應該大于20個。兩個研究結論存在一些差別，但這可能與研究的室內模擬與真實環境的道路情境存在差異。也可能與研究中駕駛人的車速有關，如杜志剛等研究中要求駕駛人的車速為50km/h，張業生等研究要求車速在40km/h，還有研究者的結果趨勢類似。劉博華等研究高速行車80~120km/h時駕駛人對交通標志的視覺搜索特征，認為高速公路指路標志信息量以不超過5個為宜。葛賢亮等探討道路交通標志中路名的對稱結構對駕駛人眼動模式的影響。結果發現在道路交通標志中，存在對稱結構效應即對稱結構下，駕駛人的注視點和回掃次數明顯較少。凝視時間較短，反應正確率明顯高于非對稱結構的交通標志。因此建議道路交通標志的路名應保持對稱結構。這些研究為道路交通標志的設置具有重要的參考價值。2009年國家頒布了新國標《道路交通標志標線》（GB5768），新增了一些組合交通標志，王婷婷等研究者運用眼動技術，對新增設的交通標志進行了可適性研究。

1.1.2不同道路環境駕駛人視覺搜索特點：在我國道路類型眾多，迅猛發展的高速公路，日益擁擠的城市交通，險象環生的山區道路，還有路況復雜的城鄉結合道路等諸多類型。道路交通環境不同，對駕駛人的視覺搜索要求也存在差異。：由于城市道路中的行人較多、車輛較多、路況相對復雜，導致城市道路與山區公路相比具有信息量密度大、認知負荷較高等特點，駕駛人在城市道路行車時的注視持續時間比較長。在山區公路中由于沒有隔離帶，駕駛人會頻繁地向左看，將注意力集中分配在左邊側，而在城市道路中，駕駛人向右看的次數及時間要多一些。孟妮研究發現，駕駛人在城市道路和山區公路上對前方近距離區域的注視頻次較多。在城鄉結合道路上，對前方中距離、遠距離區域的注視頻次比較多。在城市道路上駕駛人對動態目標的關注最多，在山區公路上最少。郭應時比較不同道路條件下駕駛人的眼動行為特征，結果發現，駕駛人在城市道路行車時的注視時間明顯長于在山區公路行車時的注視時間。掃視幅度和掃視速度大于在山區公路行車時的掃視幅度和速度。在山區公路行車時，駕駛人水平、垂直方向的視覺搜索廣度均高于在城市道路和城鄉結合道路行車時的搜索廣度。齊博探討普通公路與城市道路駕駛人的眼動特性，研究結論與郭應時的基本一致。還有研究分析不同公路線形對駕駛員視覺搜索的影響。張韡等研究者在云南山區道路上進行實車眼動實驗，研究彎道半徑、縱坡坡度等不同道路條件和車速下的駕駛人的眼動速度。結果表明駕駛人的眼動速度變化率與公路的彎道半徑、縱坡坡度及車速都有著顯著的線形關系。相對公路的彎道半徑和車速而言,縱坡坡度對駕駛人的眼動速度變化率影響較小。李輝等研究者探討直道無障礙路況、彎道及復雜路況環境對駕駛人眼動行為的影響。結果發現駕駛人在不同的駕駛環境下，有不同的注意力分配策略和掃視模式。彎道駕駛環境和復雜路況駕駛環境，相對于直道無障礙駕駛環境要分配更多的注意力,注視次數和注視時間也顯著增加。在環境趨于復雜時,駕駛人的注意力也會向后視鏡、目標車道、路邊行人等駕駛車道以外的區域轉移。另有研究者對事故多發地、駕駛人車道變換的視覺搜索特點進行探討，為道路交通安全提供了可行的建議。

1.1.3公路隧道對駕駛人視覺搜索的影響：公路隧道環境復雜，進出口隧道亮度的急劇變化，是形成事故的主要路段。研究者采用眼動技術對駕駛人在公路隧道行車時的視覺搜索特征進行了探討，獲得了一些有價值的結論。趙煒華等分析高速公路隧道群出入口對駕駛人眼動行為的影響。結果發現在隧道群環境中，從隧道外接近隧道入口處的過程中，駕駛人注視時間、掃視幅度迅速增加，注視時間先增加后減少。進入隧道后注視時間、注視次數和掃視幅度都是先減少后增加，之后呈平緩變化；駕駛人在隧道入口處的視覺信息認知模式受隧道群環境變化的影響。因此研究者建議在隧道設置交通標志等控制管理設施時，應充分考慮駕駛人的視覺搜索變化特點。通過對隧道進出口駕駛人的瞳孔變化等眼動指標進行分析，有研究者證明：隧道內距進出口50m范圍，駕駛人瞳孔面積與隧道進出口照度成冪函數關系,駕駛人瞳孔面積變化速度可作為隧道進出口的行車安全評價指標。基于行車安全的駕駛人瞳孔面積變化臨界速度在-6mm2s-1到4mm2s-1之間；同時確定駕駛人在隧道路段的最小注視時間合理值為0.167s；繼而得出了基于視覺適應的隧道進出口照明公式。另外該研究者還利用瞳孔面積速度/瞳孔面積臨界速度比率k，來評價隧道路段視覺負荷，并建立基于k值的視覺明暗適應時間指標。最終得到隧道長度與視覺明暗適應時間的定量關系。提出對于中長隧道，暗適應時間一般不超過23s，明適應時間不超過13s。

1.2自身因素對駕駛人眼動行為的影響研究

1.2.1不同駕駛經驗駕駛人的眼動行為變化特點：在駕駛過程中，駕駛人的眼動行為既受到來自環境因素的影響，同時也受駕駛經驗、疲勞、酒精等自身因素影響。宋菲等對不同經驗駕駛人在行車時的眼動規律進行研究發現，非熟練駕駛人需要較熟練駕駛人花更長的時間確認交通標志。郭應時等研究發現，在城市道路上，熟練駕駛人對近處目標的注視頻次比非熟練駕駛人高約18%，而對車內后視鏡的注視頻次約為非熟練駕駛人的4.7倍；非熟練駕駛人處理信息的策略和效率均比熟練駕駛人差。對不同經驗駕駛人在不同道路環境的眼動行為進行分析發現，由于道路交通環境不同，非熟練與熟練駕駛人在駕駛過程中，注視行為都在不斷地發生變化。但非熟練駕駛人注視行為較僵硬，而熟練駕駛人注視行為較靈活。熟練駕駛人的注視行為調整幅度比非熟練駕駛人調整幅度大，并較多注視右后視鏡、車內后視鏡和車內其它目標。而非熟練駕駛人比熟練駕駛人較多的注視左后視鏡、儀表板。對新老駕駛人危險感知的眼動研究發現，在顯性危險實驗場景中，新老駕駛人的眼動指標差異無統計學意義。但在潛在危險實驗場景中，新老駕駛人的差異有統計學意義，老駕駛人較新駕駛人注視點次數更多、注視時間更長、瞳孔直徑更大、掃視幅度更寬，整體感知水平高于新駕駛人。楊鵬飛等運用眼動技術探討在虛擬城市道路場景中，駕駛人應激感知反應時間的特性。結果表明：經驗豐富的駕駛人應激感知時間要小于其他駕駛人。

1.2.2不同狀態駕駛人的眼動行為特點分析：已有研究主要關注駕駛人的工作負荷、疲勞及酒后駕駛等狀態對其視覺搜索的影響。有研究者提出，運用眼動儀和生理測試儀等設備分別采集駕駛人的眼動數據和生理數據，通過模糊綜合評價找出人、車、路不協調的突變點，并針對事故易發路段進行原因分析和改進設計。曹新濤等認為可運用眼動技術評估駕駛人的工作負荷，比如從瞳孔變化直徑的大小判斷駕駛人的工作負荷大小。通過注視時間和注視點軌跡了解駕駛人的工作負荷狀況。

2道路交通領域中眼動研究的常用設備

限于道路交通情境的動態特性，無法像常規眼動實驗一樣將被試者固定在實驗設備前進行測試。因此對眼動設備的要求也有所不同，必須是便攜式，方便在駕駛過程中開展研究。當前研究所使用的設備主要從國外進口，常用于道路交通領域的眼動設備包括如下幾種品牌。

2.1德國SMI公司生產的IViewX（HED）眼動儀

該款眼動儀屬于頭戴式，采樣率有50Hz/60Hz或200Hz三種，跟蹤精度為0.1°，跟蹤范圍水平方向為±30°，垂直方向±25°。這款眼動設備在國內運用比較多。其優勢在于通過無線傳輸技術，將測試數據傳輸到配套計算機中的IViewX軟件對其存儲與處理。同時可利用配套的BeGaze分析軟件，對實驗測試數據按照需要進行處理，便于開展駕駛人特性等研究。該眼動儀缺陷為：穩定性比較差，抗干擾能力低，標定較為困難。此外對于戴眼鏡的駕駛人，由于鏡片反光，眼動儀對瞳孔及眼球的捕捉效果十分差，測試的誤差較大。

2.2加拿大SRResearch公司生產的EyelinkⅡ型頭戴式眼動儀

此款眼動設備采樣率達500Hz，視跟蹤范圍為水平±30°，垂直±20°。與同類型眼動設備相比，EyelinkⅡ頭戴式以其高精確度受到國內研究者的青睞。不足之處為對受試人員的眼睛構造要求嚴格，標定比較復雜。

2.3瑞典Tobii系列眼動儀

該品牌眼動設備以其簡單易用，使用便捷的特點受到國內研究者們的喜愛。其眼動追蹤產品包括遙測式、獨立式或頭戴式。國內研究者根據其遙測式對受試干擾小的特點，在實驗室開展模擬交通情境方面的研究，如交通標志的眼動規律等。近年開發的TobiiGlasses系列眼動儀便攜性更強，更適合自然狀態下的交通情境研究。但該系列產品存在普遍的缺陷，即精度不高，當前設備采樣率僅有30Hz，這對它進入科學研究領域受到一定的限制。

3研究展望

3.1研究人群的拓展

在現有交通領域的眼動研究中，絕大部分研究是針對駕駛人展開，而作為交通系統中人—車—路—環境4要素中，人的要素既包括駕駛人，還包括行人。在交通過程中，行人的視覺搜索也是影響其交通安全的重要因素。因此運用眼動技術研究行人心理，將具有十分重要的意義。

3.2交通情境下眼動設備的適用性分析

當前研究所使用的眼動設備大多為頭戴式，盡管廠商盡最大可能改善眼動設備佩戴時的舒適性，但與駕駛人正常駕駛經歷相比，佩戴頭盔往往或多或少會影響到駕駛人的自然表現，因而研究結果的生態效度也會受到一定程度的影響。目前也有一些開發商針對交通等運動情境的特殊性，開發一系列產品。如瑞典公司開發的SmartEyePro3.5眼動儀，澳大利亞SeeingMachines公司開發的Facelab眼動設備。通過在駕駛艙設置攝像頭，不干擾駕駛人的正常駕駛行為，能夠全面捕捉駕駛人在駕駛過程中的眼動變化，是交通領域中比較理想的研究工具。但當前這些產品在應用舒適的同時，精確度不高。因此在交通情境研究中，哪種眼動設備最合適，目前尚無定論，主要根據研究者的需要來全面考慮。（本文來自于《交通醫學》雜志。《交通醫學》雜志簡介詳見.）

作者：王華容單位：南通大學航海醫學研究所南京師范大學心理學院