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影响驾驶安全的驾驶员注意模式研究述评 摘要：
驾驶员的视觉注意模式对于汽车安全驾驶具有非常重要的意义。本文主要从驾驶员的路面视觉扫描模式和整体视觉场景的注意模式两个方面对国内外有关研究进行了 概览。
主要包括:(1) 视觉扫描模式对驾驶安全的影响研究; (2) 驾驶员视觉注意分配模型研究; (3) 以及针对驾驶员视觉扫描模式的培训研究。
并提出进一步研究有待于深入探讨影响驾驶员视觉注意模式的影响因素以及开展适合我国汽车驾驶特点的本土化研究。
关键词：
驾驶员; 汽车; 视觉注意模式 1 引言 道路交通安全事故的原因追究起来百分之八十以上属于驾驶员的过失所造成, 而影响驾驶员驾驶安全的主要因素有驾驶员本身 的心理素质以及在特定行车环境中的心理活动(刘贵萍, 2009) 。
国外研究分析表明, 驾驶员的注意分散(Distraction) 或者注意疏忽(Inattention) 是引起汽车交通事故的重要原因, 大约 25%~37%的撞车事故与此有关。
驾驶员视觉注意模式主要是指驾驶过程中的视觉扫描特征(Underwood, 2007) 。
人类从外界获得的信息约有 75%来自视觉系统, 视觉信息是与道路安全最为相关的信息源, 驾驶员对于路面的视觉注意模式对于驾驶员的注意分散或注意疏忽有着重要的作用和影响。
通过研究驾驶员的视觉注意模式规律, 找到影响其注意模式的相关因素, 并通过合理的培训和方法来改善驾驶员的注意模式, 将是减少相应交通事故的有效途径。
目前, 有关驾驶员驾驶过程中的视觉扫描研究主要有两大类, 一类有关视觉扫描的研究主要是对驾驶员路面情景的视觉扫描模式研究; 另一类是有关驾驶员对整体视觉场景(即除了 道路路面还相对国外在该领域已经取
得了大量研究成果(如 Curndall, Chapman, Phelps, &Underwood, 2003) , 国内有关此领域研究还并不多见, 本文希望通过对这两类驾驶行为的视觉注意模式研究现状的介绍, 为国内研究者开展相关研究提供借鉴。
2 视觉扫描模式与驾驶安全统计数字表明新手驾驶员(Novice driver)引发的交通事故比率要明显高于有经验驾驶员(Advanced driver) 。
如英国3 年以下的新手驾驶员 发生事故比例是有 20 年驾龄的驾驶员 的 3 倍(Crundall et al. , 2003; Pradhan, Pollatsek, Knodler, &Fisher, 2009) 。
早在1994年, Lestina等人的研究就表明年轻的新手驾驶员没有正确地搜索路面是其高事故率的 最主要原 因 (Lestina&Miller, 1994) 。
Klauer 等人(Klauer, Dingus, Neale, Sudweeks, &Ramsey, 2006) 采用在汽车内 安装传感器和摄像头的方式进行了现场试验研究, 结果也表明 78%的碰撞都与驾驶员没有注意有关, 并且 18~20 岁的年轻驾驶员由于缺乏注意引起的撞车比例是年老驾驶员的 5 倍。
那么, 新手驾驶员在注意模式上和有经验驾驶员的差异主要体现在哪些方面？ Deery(1999) 通过对以往研究的总结, 提出与有经验的驾驶员比较, 新手驾驶员在路面水平面的搜索范围更小; -1414-心理科学进展 2010 年更少看后视镜; 对整个路面扫描的频率更低; 使用外周视觉效率更 低 以 及 会 更 多 地 集 中 注 视 少 数 路 面 目 标 。Pradhan 等 人(Pradhan, Hammel, Deramus, Pollatsek, Noyce, &Fisher, 2005) 采 用 眼 动 仪进行的研究支持了 Deery 等人的观点, 研究表明新手驾驶员对于路面水平面的扫描模式会随着驾驶经验的增加而不断发展和提高, 同样, 这一结果也被Underwood(2007) 的研究结果所支持。
此外, Chapman 和 Underwood(1998) 的研究发现, 在不太拥挤的路面上, 新手驾驶员和有经验驾驶员的视线都主要保持注意正前方。
当没有在注视正前方时, 有经验驾驶员的视觉注意大多数
是偏向左边或右边, 来检查行人、 停着的汽车以及其它可能潜在的危险, 因此形成一个椭圆形的检查窗口, 即会更多注意水平面(Horizontalplane) 而不是垂直面(vertical plane) 。
而新手驾驶员的注视点更多在垂直面而不是水平面。
这说明视觉扫描模式在水平面上的偏向可能是随着驾驶经验而产生的, 而且驾驶员会更加注意行人带来的潜在危险。
随驾驶经验变化的另一个特征主要反映为视觉扫描频次的增加(Visual scan) 。
在道路路况对视觉扫描模式的影响上, Falkmer 和 Gregersen(2001) 的研究结果表明, 新手驾驶员相对于有经验驾驶员来说, 对于路面交通状况变化更加不敏感。
在需要利用旁边道路信息时, 有经验驾驶员会更加多的扫描后 视镜, 相 反新手驾 驶员 的 扫 描模式 改变却 很少 。
在最近一个研究中, Atsuo, Takehito 和 Makoto(2009) 考察了新手驾驶员(Novice) , 专家驾驶员(Expert) 以及无驾驶经验的人(Non-licensed person) 在 KYT 训练(Kiken Yochi Training, 危险因素预警训练) 中的视觉信息加工特征。
使用眼动仪记录了 被试在一个静态交通场景图片搜索潜在危险部分的注视点和注视时间序列。
采用对危险区域注视时间长度以及不同图片区域注视时间分配进行比较发现, 不同被试组的视觉加工模式存在显著差异, 结果发现非驾驶员对危险区域的注视时间要长于有经验驾驶员。
对于解释新手驾驶员对道路复杂度增加后的视觉扫描模式变化并不敏感的原因, 主要有两类不同的观点: 第一类研究者认为新手驾驶员对于道路上可能出现危险的心理模型还不够健全, 因此在危险环境下(如交叉道路) 没有意识到潜在的危险, 同时对其他车辆和行人的可能行为缺乏充足的预判(如 Horswill&Mckenna, 2004) ;而另一类研究者认为可能是由于新手驾驶员的驾驶操作自动化程度不高,因 此 没 有 多 余 的 认 知 资 源 来 收 集 路 面 更 多 的 相 关 信 息 ( 如
Recarte&Nunes, 2003) 。
比如 Nocera, Couyoumdjian 和 Ferlazzo(2006) 采用PC 机上模拟驾驶游戏任务进行的研究表明, 在不同的心理负荷(Mental workload) 水平下, 被试的注视点分布模式存在显著差异, 随着心理负荷增大, 注视点的分布特征越来越趋于集中。
但是, Underwood, Crundall 和 Chapman(2002) 的研究中通过简化被试的操作来降低由于复杂操作带来的心理负荷, 即以按键代替模拟刹车反应。
结果支持了 新手驾驶员和有经验驾驶员在视觉扫描模式上的差异并非是由于心理负荷或认知资源不足造成的, 更主要是由于其对潜在危险的心理模型不成熟所造成的。
此外, 不同经验驾驶员的路面视觉注意模式差异还表现在其它方面, 比如相对于新手驾驶员, 有经验驾驶员在路面出现危险后对其注视时间要明显短, 这样使其可以更快地去重新检视其它潜在的危险区域等人 (Underwood, Chapman, Brocklehurst, Underwood, &Crundall, 2003) 的 研究考察了 照明环境对驾驶过程中视觉扫描模式的影响, 结果发现当给新手驾驶员观看夜晚拍摄的驾车视频录像时, 与白天的驾驶条件相比, 新手驾驶员对路面的水平扫描会显著减少, 而有经验驾驶员则没有明显变化。
说明不良的视觉 环境条件对新手驾驶员 的视觉 扫描模式影 响要更加 大。
最近, Simon, Charles 和 Megan(2010) 的研究中采用摩托车模拟器考察了摩托车和汽车驾驶经验对危险知觉以及视觉扫描模式的影响。
研究中采用既有摩托车又有汽车驾驶经验、 有汽车驾驶经验没有摩托车驾驶经验以及既没摩托车也没汽车驾驶经验的三组被试。
结果表明这三组被试在对潜在危险的知觉时间上有显著差异, 而且相对于既没摩托车也没汽车驾驶经验被试,其它两组被试的视觉扫描模式更加灵活, 对潜在危加工。
同时, 新手驾驶员相对于有经验驾驶员缺乏有效地路面视觉搜索, 尤其是在交通状况较为恶
劣的环境下, 比如黑夜, 车流较为集中等情况。
但对于这种驾驶经验、 环境因素与视觉扫描模式之间的关系仍然需要通过实证研究数据进一步加以验证。
也就是说各种环境因素与个体因素等因素之间是否存在较深层次的交互作用？ 除了 驾驶经验外, 其它个体因素如年龄、 清醒水平(如饮酒、 疲劳程度等) 、 情绪状态等对视觉扫描模式以及事故风险的影响规律是什么？ 这些问题在最近几年的研究数量正在增多。
如 Eberhard 等研究者发现相对于年纪更轻的驾驶员, 老年驾驶员更容易出现交通事故(Eberhard, 2008) , 但是 Brain(2008) 对于老年驾驶员的相关研究文献进行了总结, 认为目前不同研究结果还存在较大的争议, 对老年人的驾驶特点以及与事故风险的关系不能仅仅通过事故数量的统计来下出结论, 需要从认知加工层次进行更为深入地研究。比如Underwood等人(Underwood, Phelps, Wright, Loon, &Galpin, 2005) 采用眼动仪比较了 12 名老年驾驶员和 12 名青年驾驶员在观看道路交通视频过程中的视觉扫描和搜索模式, 在控制了 被试视觉敏锐度和视域(Acuity and visual field) 的影响后结果表明, 当路面出现危险后, 老年驾驶员和青年驾驶员具有相似的注意敏感性并且他们对出现危险的反应速度和判断准确性也没有显著差异。这说明, 在视觉扫描模式上, 老年驾驶员并没有表现出明显不同。
Bao 和Boyle(2009) 也比较了 不同年龄驾驶员的视觉扫描模式差异, 结果表明, 老年 和 年 轻 驾 驶 员 (Older and Youngerdriver) 相 对 于 中 年 驾 驶 员(Middle-aged driver) , 在驾驶过程中的扫描范围更窄, 同时也更少去看后视镜。
其次, 受眼动仪等研究设备限制, 目前大部分对于驾驶过程中的视线注 意 模 式 研 究 都 是 在 实 验 室 或 者 模 拟 驾 驶 仪 中 进 行 ( 如
Simon, Charles, &Megan, 2010) , 实验材料也是采用录像拍摄的视频片段(如Jacken, Chapman, &Crundall, 2009) 或者静态图片(如 Underwood, 2007) , 这些研究方法的可靠性以及研究结论在真实驾驶情景的外部效度还有待进一步验证。
目前, 已经有研究者采用通过改装汽车驾驶室, 增加视线追踪和录像设备来考察在真实道路的驾驶情境中的视线注意特征。
比如前面提到的 Klauer 等人(2006) 采用在汽车内安装传感器和摄像头的方式进行的现场研究。
Malik 等人(Malik, Rakotonirainy, &Maire, 2009)最近开发出了 一套安装在丰田汽车内的系统, 可以实时记录被试的注视点并且采用前景投射算法(Perspective projection algorithms) 与当前的交通画面进行叠加, 以此用来今后进行驾驶中的视线注意模式以及驾驶训练等方面的研究。
最后, 由于我国的驾驶员培训方法和体系, 道路环境状况等各方面因素与国外存在较大差异, 并不适合生搬硬套国外有关驾驶员视觉注意模式的研究成果和方法, 亟需国内研究者大力开展相关研究。
参考文献 1 刘贵萍. (2009) . 道路交通安全影响因素分析. 中国水运, 10, 225?226.
2 刘雁飞, 吴朝晖. (2006) . 驾驶 ACT-R 认知行为建模. 浙江大学学报, 10, 1657?1662.
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