城市道路环境中驾驶人视觉行为与工作负荷的相关性

城市道路环境中驾驶人视觉行为与工作负荷的相关性

张明明，赵亚男

山东九强集团有限公司，山东省淄博市， 255000

摘要：近年来，随着城市化进程的加快，城市人口和汽车保有量不断增加，城市道路交通环境也变得越来越复杂多样，驾驶人行车过程中的工作负荷也发生了不同程度的变化。驾驶人行车过程中工作负荷对行车安全具有重要的影响，过高或过低都会导致驾驶绩效下降，给交通安全带来隐患。因此，以城市道路真实交通环境为对象，开展驾驶人工作负荷评价研究，可为驾驶人驾驶过程中注意力合理分配、生理状态适时调节、警觉性适度保持提供理论指导，也有利于驾驶人适应不同道路条件下的工作负荷要求，对于提高城市道路交通环境中的行车安全性具有现实意义。

关键词：城市道路环境；驾驶人视觉行为；工作负荷；相关性

引言

驾驶人道路、环境及车辆熟悉程度会影响交通事故，由此，不少研究者从驾驶行为、路径选择行为及注意力分配角度探究该机理，并得到肯定的答案：驾驶人道路、环境、车辆、交通网络及信息系统熟悉程度会对驾驶行为、路径选择行为及注意力分配产生影响。因此，将这些熟悉程度因素被纳入到交通安全范畴，甚至其中道路熟悉程度被考虑到道路设计中。不过，虽然已有很多研究人员证明了这些熟悉程度因素对驾驶行为、路径选择行为及注意力分配的影响，但是很难对基于距离维度和频率维度的驾驶人道路、环境、车辆及交通网络熟悉程度进行精准地定义。

1概述

随着摄像头技术和计算机技术的快速发展，通过先进的视觉追踪系统，采集驾驶人视觉行为参数来评价其工作负荷可以明显减少对驾驶人的干扰。驾驶人驾驶过程中主要通过视觉来获取道路交通信息，视觉行为是驾驶人对道路交通环境信息进行选择性注意和加工处理的外在表现，反映了驾驶人行车过程中的工作负荷。研究发现，脑力负荷会影响驾驶人视觉选择性注意能力。国外学者在驾驶人视觉行为方面的研究较为全面深入，发现驾驶人注视持续时间可以用来评价工作负荷，且其随着工作负荷的增加而增大。在真实高速公路和模拟交通环境中开展试验，均发现驾驶人的平均注视持续时间及其方差随着视觉负荷及作业难度的增加而增大，此外，视觉负荷及作业难度的增加将导致驾驶人更少的关注车辆行驶正前方道路区域，驾驶人在弯道行驶时的平均注视持续时间明显低于平直道路。也有学者利用驾驶模拟交通场景研究眨眼行为与工作负荷的关系，发现眨眼持续时间随着驾驶人工作负荷的增加而减少，眨眼持续时间可以用来评价工作负荷。

2城市道路环境中驾驶人视觉行为与工作负荷的相关性

2.1频率维度的驾驶人熟悉程度研究

对相关研究的梳理发现，基于频率维度的道路及车辆熟悉程度识别标准分为驾驶频率和使用频率。从驾驶人熟悉程度对象角度而言，基于驾驶频率的熟悉程度识别标准研究主体为道路，而基于使用频率的熟悉程度识别标准主要的研究主体是车辆，但相关文献少。基于驾驶频率的驾驶人道路熟悉程度识别标准方面，驾驶人道路熟悉程度定义各不相同。有学者定义熟悉驾驶人为至少在相同道路驾驶一月一次；也有学者定义熟悉驾驶人至少在相同道路上驾驶一周一次；还有学者定义在相同道路上每日驾驶、每周驾驶、每月驾驶或者每月驾驶几次就视为熟悉驾驶人，将很少驾驶或第一次驾驶视为非熟悉驾驶人。

2.2问卷设计

对被试的相关基本信息和驾驶习惯进行问卷调查，便于与模拟驾驶实验数据结合，进行相关分析。问卷分为两个部分：实验前填写的驾驶人基本信息问卷和实验后填写的开车时车联网信息导致的分心驾驶的体验问卷。驾驶人基本信息问卷涵盖了驾驶人姓名、性别、年龄和驾龄等基本信息，分心驾驶相关的体验问卷用来统计和分析被试驾驶人平常开车的驾驶习惯。阅读文字信息：按提示在0.5km路程内阅读收到的微信文字信息，并记录完成所需时长。收听语音信息：按提示在0.5km路程内收听与文字信息内容相同的语音信息，并记录完成所需时长。

2.3试验路线

在确定试验道路路线之前，对城市道路状况展开深入调研，最终试验路线选取1条长约15㎞的城市道路路线。其中，一段为城市快速路，双向六车道，道路限速70㎞/ｈ；另一段为普通城市道路，双向四车道，道路限速40㎞/ｈ。为了研究不同城市道路条件下驾驶人视觉行为和工作负荷的相关性，选取的道路路线中应尽可能多的包含城市道路条件和城市交通环境的特点，试验路线包括中间带分隔主干道、高架桥、平交路口、中心隔离栏分隔路段、道路中心线分隔路段、下穿立交路段、匝道和中间带分隔次干道等典型城市道路路段。

2.4试验流程

1)被试者首先签署知情同意书，并在基本信息表记录年龄、驾龄等信息。同时工作人员告知被试者试验流程，说明驾驶模式切换的操作要求。2)试验开始前，被试者进行试驾，体验车辆由自动驾驶模式切换到人工驾驶模式的完整过程，直至被试者完全熟悉切换过程，掌握驾驶模拟器的方向盘、制动和加速踏板等操控部件的力度和灵敏度，并确认对驾驶模拟无任何不适反应。3)试验开始后，车辆处于自动驾驶模式，被试者按要求处于不同的注意力状态;当车辆到达设定地点时，系统将发出接管请求，被试者需接管车辆的控制权，以避免险情发生，通过障碍物后继续手动驾驶至结束。要求每位被试者分别按照无驾驶次任务、与乘客聊天、观看车载视频、玩手机游戏的顺序各完成1次接管试验，其中无驾驶次任务状态是指被试者集中注意力观察路况，随时准备接管车辆。当被试者执行次任务遇到紧急状况时，立即停止执行次任务，控制车辆避险。为避免顺序效应的影响，每种驾驶次任务下的试验场景均有所不同。4)完成驾驶任务后，被试者需填写NASA－LTX驾驶负荷问卷，对执行不同驾驶次任务状态时接管过程的工作负荷进行评价。

2.5视觉行为与心率增长率

为了能够直观地看出城市道路环境中驾驶人扫视行为参数与其心率增长率之间的相关性，在城市道路环境中，驾驶人的扫视行为参数均与其心率增长率存在正相关性，即随着心率增长率的增大，驾驶人的４个扫视行为参数值也随之增加；进一步表明城市道路环境中驾驶人工作负荷的增加将导致驾驶人的４个扫视行为参数值增大；城市道路环境中大多数驾驶人心率增长率在9％～19％之间，驾驶人扫视幅度、扫视峰值速度和扫视平均速度与其心率增长率之间的拟合直线增加较陡，而扫视持续时间与心率增长率之间的拟合直线增加较平缓。综上表明，驾驶人的扫视行为与其工作负荷之间具有一定的相关性。

2.6查阅消息的眼动行为分析

驾驶人在查阅智能车联网辅助信息消息时会有眼动分心的行为产生，与正常驾驶的眼睛注视道路场景不同，眼睛会不间断地扫视车联网辅助信息，查阅消息，从而产生视觉分心，对交通安全产生危害。本部分对驾驶人查阅不同智能车联网辅助信息消息时的眼动行为进行研究，通过和正常驾驶时相对比，得到两种不同查阅车联网辅助信息消息的眼动行为规律。

结语

城市道路环境中，驾驶人视觉行为中扫视行为参数与工作负荷均存在中等程度以上的相关性；扫视行为参数值随着工作负荷的增加而增大，可以用来评价驾驶人的工作负荷。另外，在真实城市道路环境中驾驶人视觉行为与工作负荷的相关性研究方面，主要研究了驾驶人的扫视行为与工作负荷的相关性，关于注视行为和眨眼行为与工作负荷的相关性仍需进一步探索研究。

参考文献

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