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基于驾驶员眼动特性的草原公路直线段景观单调问题研究

商艳  
【摘要】:内蒙古自治区主要的景观类型是草原,全区大部分的已建和待建公路均在草原地区。草原地区城镇少,人口密度低,城镇和城镇之间的公路出行距离长,而且公路线形简单,多为长直线或大半径曲线,公路景观环境单一、植被覆盖率低。草原公路的长直线路段和单调的景观环境,易使驾驶员的驾驶操作能力和对交通信息的感知、判断和决策能力下降,进而给草原公路直线路段行车带来安全隐患。草原公路直线路段景观环境的单调性问题如若得不到及时的解决,将会严重危害驾驶员的身心健康和行车安全。有研究证明,草原公路直线路段景观环境的单调性可以通过增加信息量得到缓解。目前所开展的信息量方面的研究主要集中在单一元素或一种景观类型的多个元素组合条件下信息量的研究上,尚缺乏多种景观类型的多个元素组合条件下信息量的研究。目前草原公路直线路段已有交通工程设施信息量的研究,而交通工程设施与其他人文景观元素等多个不同类型景观元素组合形式下信息量的研究还处于空白。掌握交通工程设施和其他人文景观元素的特性,制定科学合理的景观元素组合形式及信息量的适宜范围对已建和待建公路景观环境的改善和优化、对解决草原公路直线路段景观环境的单调性以及提高驾驶员行车安全水平有很大的理论和现实意义。在各种感觉器官提供给驾驶员的交通信息中,视觉提供的信息占80%以上,视觉信息量的多、少及信息元素的类型都会影响驾驶员的心生理状态、驾驶行为和行车水平。为了有效的解决草原公路直线路段景观环境的单调性,本项目以草原公路直线路段驾驶员为研究对象,以驾驶员眼动行为指标数据为基础,运用模拟驾驶实验、理论分析与主观评价相结合的研究方法,设计不同景观元素组合场景实验,研究不同视觉场景下驾驶员眼动特性变化规律,分析各影响因素对驾驶员眼动特性的影响,揭示不同视觉场景下驾驶员心生理特性及其眼动特性机理。基于以上研究背景,本文主要研究成果如下:(1)通过对典型的草原公路及周边典型的高速公路、旅游公路的公路景观环境及其构成要素进行全面的调查统计,分析和总结了草原公路简单景观环境的现状和分布特点,草原公路中50%以上为二级草原公路,80%以上的公路线形为直线,90%以上的周围景观色彩单调、设施稀少、植被稀疏、沙化严重。根据草原公路现状,提出了解决草原公路直线路段景观环境单调性的合理思路。(2)结合草原二级公路特点,采用实验法、主观评价方法、层次分析法等确定了构建草原公路简单景观环境的交通设施和人文景观2种类型11种元素;运用主成分分析方法和聚类分析方法相结合,建立了草原公路景观信息元素权重层级模型,确定了 5个权重层级信息水平:0-0.1,0.1-0.2,0.2-0.3,0.3-0.4,0.4-0.5。草原公路直线路段景观元素权重范围在0-0.1范围内。(3)结合眨眼、注视、扫视3种眼动行为指标的生理学意义及特点,采用主成分分析方法,确定了能够表征草原公路直线路段单调性景观环境下眼动特性的敏感指标:眨眼持续时间、注视持续时间、瞳孔直径、扫视持续时间、扫视幅度。(4)通过不同视觉场景下驾驶员眼动特性变化规律分析可知,在ZZ4(0.3-0.4)视觉场景下,驾驶员眨眼持续时间、注视持续时间、瞳孔直径、扫视持续时间均达到最小值,扫视幅度达到最大值。在此范围内,驾驶员行驶环境视觉负荷最小,注意力最集中,捕捉、提取、处理和加工有效信息的效率最高,获取信息量最大。在此环境下行车,驾驶员能够充分了解周围交通环境信息,提高安全行车水平。这一范围为草原公路直线路段景观环境信息量的设置和优化提供了参考阈值范围,但不建议超出这个范围。(5)在ZZ4(0.3-0.4)视觉场景下,对5种元素组合景观环境下驾驶员眼动指标变化规律进行了分析,研究发现ZZ4-3元素组合景观环境中驾驶员获取交通信息量最大、提取有效信息的效率最高、视觉负荷最小。结合主观问卷调查结果可知,此元素组合景观环境视觉刺激效果最好,这一元素组合可为草原公路景观环境单调性的改善提供合理的元素组合形式建议值。(6)经验对不同视觉场景下驾驶员眼动行为指标变化有显著性影响;熟练驾驶员提取和处理交通环境信息的效率高于非熟练驾驶员,非熟练驾驶员对信息量的增加比较敏感。性别对眨眼行为指标无显著性影响,对注视、扫视行为指标有显著性影响。男性驾驶员对信息量的增加能保持注意力集中的稳定状态,女性驾驶员注意力受无关交通信息元素的干扰性强。(7)草原公路直线路段景观环境的单调性问题可以通过增加视觉信息量进行改善,而且有较好的改善效果。交通设施和人文景观元素的增加,既弥补了草原公路直线路段交通信息的不足,又增加了视觉信息的刺激强度和多样性,对草原公路直线路段景观环境的单调性有一定的改善作用,对驾驶员的认知、判断、决策、执行等都有积极的作用,提高了驾驶员安全行车的水平。


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