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交通环境及驾驶经验对驾驶员眼动和工作负荷影响的研究

郭应时  
【摘要】: 在道路交通事故的致因中有90%与人的因素有关,而在人的因素中起主导作用的是人的感知因素,有学者认为驾驶员对信息的感知有90%来自视觉。可见,视觉在驾驶任务和事故控制中的重要地位。对眼动这一基本视觉行为的研究,有助于揭示和了解驾驶员目标搜索以及潜在危险感知过程和规律,对改进道路和车辆的设计准则,完善驾驶员培训考试规程,设计新型驾驶辅助系统和危险预警系统,均有着重要的理论指导意义。 本文选取了24名具有不同驾驶经验的驾驶员样本,在城市道路、普通公路、山区公路、城乡结合道路四种典型交通环境中进行驾驶试验,利用高速眼动追踪系统(眼动仪)记录驾驶员在驾驶过程中的注视时间、注视目标、扫视时间、扫视速度等动态眼动数据;利用生理测试仪记录驾驶过程中驾驶员的心电、皮电和呼吸等生理信号;利用GPS记录试验过程中车辆的运行速度。 运用统计学方法对采集的数据进行处理和分析。首先统计分析驾驶员的注视时间、视觉搜索广度、扫视速度和扫视幅度随道路条件的变化规律;其次,运用注视目标逐一统计方法,分析驾驶员对各类目标的注视时间和频次,依据目标的位置进行注视区域划分,分析熟练与非熟练驾驶员群体在不同交通环境中对各类目标的注视频次和不同区域注视点分布的差异;运用动态聚类方法将驾驶员的视野平面划分为6个注视区域,应用马尔可夫链理论求解驾驶员在不同注视区域间的一步转移概率,求解各注视区域的马尔可夫平稳分布,研究驾驶员的注视转移模式;此外,用心率增长率和心率变异性指标表征驾驶员的工作负荷,分析交通环境和熟练程度对驾驶员工作负荷的影响,并进行眼动行为与工作负荷的相关性分析;最后,分别选取8个注视转移模式指标和5个综合指标,运用主成分分析方法建立了两个驾驶熟练程度评价模型,并分析各指标对驾驶熟练程度的影响度。 研究结果表明,不同交通环境和驾驶经验对驾驶员的眼动行为和工作负荷均有显著影响。主要研究结论: 1.驾驶员的注视持续时间、水平和垂直方向视觉搜索广度、扫视幅度和扫视速度均随着道路条件的改变而变化,驾驶员会根据交通环境不同而调整他们的关注目标和注意力分配; 2.与非熟练驾驶员相比,熟练驾驶员表现出更灵活的视觉搜索模式; 3.在相同交通环境中非熟练驾驶员表现出更高的工作负荷; 4.扫视行为能反映驾驶员的心智努力程度和工作负荷高低; 5.用动态聚类方法将驾驶员的视野平面划分为6个注视区域与驾驶员实际注视点的区域分布吻合度好; 6.运用主成分分析方法建立的两个驾驶熟练程度评价模型能有效区分熟练与非熟练驾驶员群体。 本研究得到了国家自然科学基金项目(50678027)的资助。


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