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1、分类号：U 4 61 0 7 1 0 一2 0 0 6 1 1 2 2滚步太淳硕士学位论文城市道路交通环境下驾驶员注视点分配转移特性研究薛传亮|J|f 洲Y 1 5 2 7 1 0 苦。导师姓名职称付锐教授申请学位级别工学硕士学科专业名称载运工具运用工程论文提交日期2 0 0 9 年5 月1 4 日论文答辩日期2 0 0 9 年5 月2 0 日学位授予单位长安大学答辩委员会主席余强学位论文评阅人胡大伟霍中泉长安大学硕士学位论文摘要驾驶员作为车辆的驾驶者、道路以及交通环境的感受者，是人一车一路动态系统的核心。在驾驶员的感知系统中，视觉明显地占据主导地位。相关研究显示，注视行为是驾驶员眼动的主要形
2、式。因此有必要对驾驶员的注视行为展开深入的研究。在对驾驶员动态视觉特性以及相关研究进行回顾的基础上，本文展开了对驾驶员注视行为的研究。通过对1 0 位熟练驾驶员和1 0 位非熟练驾驶员在城市道路的实车试验，用眼动仪记录了驾驶员的注视点数据。结合实际驾驶录像，运用动态聚类分析法，将驾驶员的注视点分布区域划分成为6 类，分别是左后视镜区域、主视区左侧区域、主视区中央区域、主视区右侧区域、右后视镜区域和仪表盘区域。并运用马尔科夫链分析了驾驶员注视点随时间序列的分配转移情况，建立了表示注视点在各个注视区域间转移特征的一步转移概率矩阵，进而求解出其平稳分布向量，以表示驾驶员注视点在各个注视区域的分配特性
3、。运用W i l c o x o n 检验分别对两组驾驶员的转移概率矩阵和平稳分布向量进行显著性分析。最后，选取注视点分配转移中存在显著性差异的变量，运用主成分分析法，建立了一个评价驾驶员注视点熟练程度的指标。研究结果显示：1 两组驾驶员在注视点中央区域分配了大多数的注视点，但是熟练驾驶员更注重对主视区右侧区域的观察。2 在各个注视区域内，两组驾驶员再次注视的概率普遍较大。总体来说，练驾驶员的再次注视概率普遍要小于非熟练驾驶员。同时，熟练驾驶员注视点的转移非常灵活。能够同时兼顾两侧区域，相比之下，非熟练驾驶员的注视点转移则显得呆滞，往往在注视一侧交通信息时，忽略了注视另一侧的交通信息。关键词：
4、汽车驾驶员；注视点分布与转移；动态聚类分析；马尔可夫链：主成分分析第一章绪论A b s t r a c tT h c“v a st t l eu s e r s0 fv e t l i c l e，t h er o a d sa sw e ua se n v 的n n l e 盹i sm ec 0 o f蛐一V e l l i c l e 啪a ds y s t e m t h ev i 吼m Is y s t c mi so b v i o l l s l yi nt I l ed o m i n 蛆tp o s i t i o na r n gt h ed r i v c r s s e
5、璐a l i o n 觚dp e r o 印d o ns y s t e I n R e l a t c d 佗s e 撤hh 器s h o w nm a t 缸f i】【a t i o nb e h a v i o ri st t l er I l a i nf o r 璐o f e y em o v c 蚴tf o r 麟S oi ti sn e c e s s a D rt os t I l d ym e 荫V e r s f i x a t i o nb e h a v i o rd e e p l y B a s e do nt h er e v i e w s 孤l da n a
6、l y s i so fd r i v 懿d y n a m i c、r i s u a ls e a r c hc h 撒c t c r i s d co f 砸V 锄f i x a d o nb e h a v i o r 7 n 屺d a 臼加o f1 0e x p 妇n t 觚dl On o n-e x p 妇n t 越V e l l sa r cc o m 赋e db yt h ee y e 缸a c k i I l gs y s t e m e y e l i I l l(I I A c c o r d i I l gt om ev i d e oi l l 耐V 堍，硒w c 舔
7、也eD)，n 嗣I I I l i cC l u s t c rm e l o d，m e 幽v e r sf i a x a t i o n sa d e v 糊i l l t 06a 1 1 e 国略T h a ti s，m ea r e ao ft b el c R 爬：缸v i e wm i r r o 岷t h el e f ts i d eo fm em a i l l丘x a 矗o na a，t h ec e m e rs i d eo ft h em i n 丘x a t i o na r e a，t h er i g h ts i d eo ft I 圮m a i nf i
8、x 灿na 阳t 1 1 e 甜e ao f吐l er i g h t 陀a n r i e wI n i n 0 r，t 1 1 ea ao fc 盯d 嬲hb o 舡d B ya p p l y i I l gM a 呔0 vC h a i l l s，l es h i f tn l a 血e s，w h i c hc 姐b cl l s e dt 0i l l d i c a t c I ed r i v 粥f i】【a t i o ns h i f tc h a m c 蜘s 血s 锄o n gt I l ea _ b o v cf i】【撕0 na 坨雏a 佗d e t e r I
9、n i n e ds c p a r a 瞅n y F u t t l c r，吐l es t c a 埘l yd i s 仃i b u t i o nv e c t 邮躺o b t a i l 同，s o 觞t 0 删i c tm cd i r、r e r s 血a t i o nd i s 劬砸a m o n g 血es i xf 奴a t i o n 玳a s B y印p l y i I l gt h cw i l c o x o nt e s t，也es h i f tm a 伍x e s 柚dt l l es t e a d yd i s 仃i b u t i o nV e c t
10、o 璐a r et e s t e df b rs 噜n i f i c a I l c e F i n a u y，b ya p p l y-m gp f i n c i p a lc 0 玎1 p o n e n t 姐2 L I y s i sV e c t o r，a 缸l 砸w h i c hc 蛆b e 璐e dt oc va：I u a t c 也e(1 r i v e r s f i x a t i o nb e h a v i o ri se s t a【b h s h e d R d a t e dr e s I t l t sa I ca sf e o w s 1 M o
11、 s to ft h e 丘x a 虹o n sa r ed i s 仃i b u t e di n t o 吐l ec e n t e rs i d eo ft h e 馓i nf i x a 6 帆a r e a l l o w e v e r，m ce x p e r i e n c e dd r i v e 髑d i s 劬u t em o 胁曲璐i I l t ot h e 确咖ts i d eo f 吐l em a i l l 触a d o nm ai no r d e rt 0a d a p tt h ec O m p l c x 缸a f c 硫u 麟t a n c e A t
12、t l l es 锄et i 鹏，也ee x p 舐e n c c d 嘶V c r sa l s op a ym o r ea t t 铋曲nt 0 血et h ea r c ao ft h er i g h tr e V i e wm 妯(，rn l a nn l en o n-c x l)e r i I l 舱n t 嘶v e 糕2 A m o n ga l lt h e6 x a t i o na r e 硒，t h ev a l u e so ft h cp r 曲a b i l i 哆l a ts t l i f tw i 也i nt h es a I ma r e aa o f
13、k nk I r g e，b u t l e s ev a l u e so f 圮e x p 砸e n c e dd m e r s a r es m a l l e rm 孤t t l en o n。e 印碰e n c e d 缸V 铘A n d 也c血a t i o 璐s h 洫o ft t l ee x p e r i c e d 埘陷a r en e x i b l e hc 伽缸a 瓯n l en o n e x p 嘶e n c c d 埘V e r so f t c ng a z i I l go s i d eo f 圮a d s，蛐d 舀e c t 柚o t h e rs
14、i d eo f 吐l er o a d s，s o 吐l en o n _ e x p 嘶e n c e dd r i V e r S f i x a t i o ms l l i f ta r ei I l n e x i b l cw h e ni ti sc o m p a 托dt om ee x p 嘶e n c e d 嘶V e 稻K e yw o r d s：C a rd r i V e r s；C h 觚l c t 嘶s t i c so ff i x 撕o ns l l i f ta l l dd i s 廿i b u d o n；D y l l 锄i c a lC l u
15、s t e rA n a l y s i s；M 矧k o Vc h a i n s；P r i n c i p a lC o m p o n e m sA n a l y s i si i论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者虢藓佳意锄0 7 年与辟日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任
16、何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者躲盔佳高导师签名：矛搦功0 9 年弓月习日1，即年r 月蜉日长安大学硕士学位论文1 1 研究背景第一章绪论道路交通事故率和死亡人数长期居高不下，给社会及人民的生命财产带来了巨大损失，社会各界对交通安全问题高度重视。我国每年发生约5 0 万起道路交通事故，其中4 0 的事故发生在城市道路上，可见，在大力加快城市建设，城市交通需求日益增长的同时，改善交通安全状况仍是城市发展亟需解决的主要问题。加强城市道路交通安全的研
17、究，建立更为科学有效的管理方法，对提高我国城市道路安全水平，保障人民生命财产安全，增加社会效益具有重要的现实意义。交通系统是一个人、车、路和环境构成的复杂巨系统，要加强交通安全管理，减少交通事故的发生，必须协调交通系统中的各个因素，提高交通系统的整体和谐性。交通事故从根本上说是由人、车、路、环境要素失去平衡所造成的【1 1。从系统论的观点来看，道路交通系统是由人、车、路(含交通环境)三大要素构成的一个复杂的动态闭环系统，一切交通活动都发生在这个大系统之中。其中各组成要素又自成一个子系统。这些子系统既独立作用又相互制约，它们本身的可靠程度和它们之间的相互作用决定了这个复杂系统的运行状况和交通安全
18、水平。因此，交通事故的发生主要是由于人、车、道路环境组成的动态系统失衡的结果。动态交通系统各子系统的相互作用机理如图1 1 所示。从图中可以看出，“人”是整个系统的中枢，“路”是整个系统的基础，“车”是完成运输功能的工具。首先“路”限定了“人”的信息来源和“车”的行驶状态。“人”通过感觉器官不断摄取道路信息，并经过加工处理，再通过运动器官来控制车辆，使车辆适应不断变化的道路条件和环境条件；同时感觉器官又不断的摄取车辆对道路的适应情况信息，并对车辆进一步的微调，这样周而复始达到安全行驶的目的。显然，对于确定的人(驾驶员)和车，在人、车、路共同构成一个特定的闭环系统后，各要素之间就产生了相互依赖、
19、相互作用和不可分割的联系。因此汽车的安全行驶实际上是人、车辆、路等要素和谐统一的结果【2】。但是，当其中的一个或一个以上的因素的变化范围超出了正常范围时，就会使系统的平衡被破坏，就可能导致交通事故的发生。因此，要预防交通事故的发生，必须对影响道路交通系统稳定性的各要素加以控制。第一章绪论图1 1 谴鼯变通系统示露图机动车驾驶员是导致交通事故发生的关键因素之一。据统计我国有8 0 9 0 的道路交通事故是人的因素造成的，其中，由于驾驶自身差错所造成的交通事故占7 矿8 0。各国的研究也都表明，在导致道路交通事故的所有因素中，驾驶员是最重要的影响因素m。如何从驾驶员角度预防和控制交通事故已成为人们
20、普遍关注的问题。图1 2 列出了道路交通系统中四种不同因素与交通事故的关系【4】：图1 0 交通肇事与影响因素的关系从图12 中可以看出，驾驶员因素是引发交通事故的第一因素，其次是驾驶员与环境之间的综台因索，二者之和达到了影响交通肇事因素的8 4。如果将与驾驶员有关的因素统计在一起。那么将占到交通事故总量的9 0 以上，而单纯由车辆、道路、环境因素所引发的交通事故还不到1 0。12 问题的提出1 2 1 驾驶员视觉特性研究的磐要性汽车行驶的安全性，取决于道路交通环境的复杂性，同时也取决于这种复杂性能否长安大学硕士学位论文以“信息”的形式客观地显示出来，并为驾驶员所感受。摄取信息，是驾驶行动中最
21、重要的心理过程。摄取信息不足和漏掉必要情报，都可能导致事故发生。大脑中枢是驾驶员进行信息加工的地方。驾驶员根据自己的知识、经验和信息的特点进行分析判断，进而做出决策，并下达指令给运动器官(手和脚)。因此，如果主观判断与客观事态(外部环境)不一致，将成为事故发生的又一原因。图1 2 可见，驾驶员是交通安全的主导因素，也就是说驾驶员是诸多矛盾中的主要矛盾，其本身所具备的安全可靠度才是交通安全的根本保证网。驾驶员的可靠性取决于三组因素：驾驶员的技术熟练程度、个性与感受交通信息的特性以及在动态交通环境中的应变能力。对上述交通特性的研究是以交通心理学为理论基础，研究驾驶员及行人在交通环境中的心理、生理和
22、行为特征【6】。在行车过程中，驾驶员需要及时感知各种交通信息。驾驶员依靠感觉器官(眼、耳、鼻、舌、皮肤)获取信息。根据统计分析，各种感觉器官给驾驶员提供交通信息数的比例分布如下：视觉占8 0，听觉占1 4，触觉占2，味觉占2，嗅觉占2 网。由此可见，驾驶员获取的各种交通信息当中，视觉信息明显地占据着主导地位。在汽车驾驶过程中，驾驶员不断地接收信息和处理信息，并做出反应。其过程可分为信息感知、信息判断、信息处理反应三个阶段。三个阶段中各个阶段产生地失误，分别称之为感知失误、判断失误和反应操作失误。根据统计分析，驾驶员在交通事故中各类失误所占的比例大致如下：感知失误占4 2，判断失误占3 6，操作
23、失误占8，其余为三者之间含混不清的失误(三者之和并不等于1 0 0)嗍。可知，感知失误居三种失误的首位，并且他会连锁反应引起判断、反应操作失误，因而，可以把感知失误看作事故的初始阶段【7 1。1、视觉信息感知驾驶员视觉信息感知行为描述了驾驶员通过视觉获得的道路交通环境信息和汽车的有关运动状态等传递到大脑的过程。需要注意的是：由于汽车所处的道路交通环境错综复杂，驾驶员通过视觉可以获取大量信息，但这些信息并非对当前的驾驶员驾驶行为都有影响。一般来说，驾驶员只是有选择地重点接受了其中对驾驶最有用的信息，并对之加以相应地处理，其它信息驾驶员留待后面的驾驶操作考虑或直接将之忽略。2、视觉信息判断信息判断
24、是大脑的思维活动过程。对于驾驶员来说一般分为三种情况：一种是驾驶3第一章绪论员接收外界信息，能够迅速地辨别真伪，得出正确的结论。一般有经验的驾驶员由于大脑中储存很多信息，遇到外界情况变化时，能够反映迅速、判断正确；第二种是对外界信息分辨不出真伪，思维混乱，以致造成判断错误；第三种是对外界信息归纳迟缓或考虑欠周，造成分析失时或犹豫不决。3、视觉信息处理信息处理是驾驶员安全行车的一个重要条件。一般驾驶员在发现外界刺激信息时，都能在O 5 1 s 内做出正确判断，并采取相应的措施，调节驾驶操作，从而改变车辆运动的状态。(1)信息的储存。在行车过程当中，驾驶员把注视点从一个目标转移到另一个目标后，大脑
25、中仍保留着前一个目标物的景象，这就叫信息储存。其实信息储存就是已经完成刺激作用后被留下来的信息。信息储存也叫记忆。(2)信息加工。驾驶员依据经验、知识和刺激(信息)的某些特性，对输入的信息进行判断分析的过程，即信息加工。在对信息加工后，得出一个与外界环境相适应的决策，这个决策信息即可通过人的效应器官作用于汽车上，使车辆按预定的轨迹运行。驾驶员的信息加工贯穿于整个行车过程之中，显然如果分析不当，就会采取错误决策，从而导致事故发生。驾驶员感知的信息主要来源于道路和交通环境，包括道路线形、宽度、路面质量、横段面组成、坡度、交叉口及车辆类型、交通量、行车速度、机动车辆和非机动车辆的行驶情况及相互干扰情
26、况、行人情况、交通信号、标志等嗍。通过以上分析得知，正因为驾驶员视觉行为特征对于交通安全的重要性，以及驾驶员感知到的交通信息的复杂性，使我们有必要对驾驶员的视觉特性进行研究。1 2 2 非熟练驾驶员与交通安全非熟练驾驶员的主要特征是驾驶里程低，在上路行驶时，心理压力、不良的行为习惯不正规的操作行为以及对路况处理的能力都会影响驾驶水平，并对他人构成威胁。统计数据表明，低驾龄驾驶员交通肇事次数占驾驶员交通肇事次数的比例很大，2 0 0 5 年我国3 年以下驾龄机动车驾驶员肇事共导致31 5 3 4 人死亡，占全部机动车驾驶员肇事导致死亡总人数的3 1 9。近3 年内3 年以下驾龄驾驶员导致的交通事
27、故数、致死人数及其所占百分比如图1 3 所示。4眭安大学硬学位论文圈1 33 年以下驾龄驾驶员交通事故次教、致死人数所占百分比从图中可以看出，虽然在2 0 0 5 年3 年以下驾龄的肇事驾驶员导致的交通事故数及致死人数所占百分比，相比于2 0 0 4 年有所降低，但相比于2 0 0 3 年，交通事故数及致死人数所占百分比总体呈上升趋势。上面的分析表明，非熟练驾驶员(低驾驶里程)与交通事故频发有着密切关系，要提高交通安全就需要从提高非熟练驾驶员的安全着手。非熟练驾驶员与熟练驾驶员相比，可能由于驾驶经验不足容易诱发事故，因此有必要对非熟练驾驶员和熟练驾驶员进行比较分析，从而了解驾驶经验对驾驶员视觉
28、特性的影响作用。l23 注视行为在驾驶员眼动中的地位注视点反映的是一段时间内人所注意的空间焦点。眼睛会根据以往的经验自然地注视在引人注目的、极显眼的或重要的区域。驾驶员通过注视来识别交通环境的某个特征唧即线索。从道路安全的角度来说，驾驶员为了获取关于危险及潜在危险的信息，就必须注意观察交通场景中的恰当位置。可以说，驾驶员是通过对不同目标的注视来观察整个交通场景的，通过对场景的扫视来最终确定对感兴趣的目标进行注视，以获取目标信息。视觉搜索1 1”是一种复杂的认知过程，是人获取外界信息进而进行加工的一种重要方式。视觉搜索一般要求在某一信息背景下获得特定的信息，具有较强的目的性。从外显的行为看，视觉
29、搜索是通过一系列的注视与眼跳获取外界的刺激信息，从而完成信息加工。许多研究的一致结论认为，人扫视时不获取任何信息，但可以在各个注视点问进行切换。只有通过注视才能获得目标的信息，驾驶员在驾驶车辆时，可以通过注视获得有关路况、交通信息、速度等有关信息，扫视则用来判断交通环境中是否有需要进行加工5第一章绪论的目标。1 2 4 问题的提出在驾驶车辆过程中，驾驶员视觉系统是获取信息的主要通道，而注视行为是驾驶员获取信息主要的眼动形式，这一点已经得到广泛的认可。且视觉特性研究的重要性越来越为人们所认识。许多研究都指出驾驶员的视觉特性受到多种因素的影响，影响因素主要集中在驾驶员经验和道路条件等方面。已有的研
30、究虽然使我们对驾驶员的视觉特性有了一定的认识，然而分析现有的视觉特性研究中，我们也发现，对驾驶员注视区域的划分以及各个区域间注视点的分配和转移特性的研究，还相当的少。因此，本文在国家自然基金“不同交通环境下驾驶员的视觉搜索模式研究的资助下，根据驾驶员的动态视觉特征，结合视觉心理学、认知心理学方面的研究成果，提出本文“城市道路环境下驾驶员注视点分配转移特性研究。1 3 本文的研究本文主要是针对城市道路环境，研究汽车驾驶员注视点在各个区域间的分配和转移情况，通过真实交通环境中的实车试验，利用眼球运动检测仪器跟踪驾驶过程，记录驾驶员的动态视觉变化数据，分析不同熟练程度驾驶员的注视点分配和转移特性。通
31、过对不同熟练程度的驾驶员注视点在各个区域间的分配和转移特性的比较，寻找特征和差异，提出评价驾驶员注视熟练程度的指标。基于此，本研究围绕以下几个问题进行展开：1 城市道路环境中驾驶员的注视点能否按照注视目标划分成不同的区域，应当如何划分驾驶员的注视区域；2 城市道路环境中驾驶员的注视点是如何在各个区域间转移的，不同熟练程度驾驶员的注视点在各个区域内的转移是否存在差异：3 城市道路环境中驾驶员的注视点在各个区域间是如何分配的，不同熟练程度驾驶员的注视点在各个区域间的分配是否存在显著性差异；4 能否从驾驶员注视点在各个区域间的分配和转移情况，对驾驶员的注视熟练程度进行客观和量化的评价。本文的研究过程
32、如图1 4 所示。6长安大学硕士学位论文图1 4 论文研究过程7第二章驾驶员视觉研究的理论基础与现状分析第二章驾驶员视觉研究的基础知识与回顾本部分在视觉心理学、认知心理学以及相关眼动研究的基础上，主要对以下三个方面的理论进行研究：1 在驾驶员视觉心理学回顾总结的基础上，讨论驾驶员视知觉的信息加工模型。2 在驾驶员认知心理学回顾总结的基础上，讨论驾驶员驾驶过程中的注意。3 回顾驾驶员基本的注视理论和眼动领域内的相关研究。2 1 视觉的生理学和心理学基础2 1 1 视觉的视觉心理学基础视觉心理学是普通心理学的一个重要分支，是研究以视觉感觉器官为主体形成的各种感觉与知觉规律的学科。主要是采用实验心理
33、学的原则与方法，其研究内容包括视觉系统的构成主要的视知觉中的色彩知觉与形状知觉，以及以视觉为主体形成的空间知觉深度知觉、立体视与运动知觉等的形成机制上述各类知觉中出现的现象与性质以及引起的心理作用与效应视知觉中的视觉后效、视错觉与运动幻觉等现象的产生【1 4 1。人能根据眼睛获得的视觉信息进行加工和解释，从而更深刻地认识客观事物，这就是人的视知觉能力。虽然每人都具有视知觉能力，但由于处境以及生活经验、兴趣爱好等不同，不同人对于同一视觉信息的加工和解释可能有所不同，因而产生出不同的视知觉【1 卯。图2 1 是哈伯和赫谢桑(H a b e r&H e r s h 明s e。1 9 7 3)提出的视
34、知觉信息加工模型。在此模型中有四个阶段。图2 1 视知觉的信息加工模型8长安大学硕士学位论文第一阶段称之为短暂的视觉储存。他是从光波投射到视网膜上的信息在内部的复现。这是因为平时眼睛不是随意运动的，投射在视网膜上的物体并非就被注意到。短暂视觉存储的信息过程历时四分之一秒，形成了视觉映像之后才被察觉和意识到。第二阶段是短时记忆。他发生在视觉映像构成物的同时或之后，这一阶段包括将视觉信息编码。第三阶段是长时记忆的反馈作用，有些短时记忆内容被送入长时记忆，有些长时记忆信息天天都能用到，有些长时记忆信息则几年或更长时间也用不到。在第二和第三阶段来自长时记忆和短时记忆的信息反馈不断分析、归类和鉴定着视觉
35、映像。第四阶段是输出过程。在这一阶段借助于输出过程确定一个反应。如果是口头反应，就制定出语言器官的运动程序，如果要求书写反应，那么另一种反应就被制定出来。在确定反应程序和作出反应之前，来自长时记忆和短时记忆的生物反馈需要去分析、归类和鉴定视觉印象。图2 2 也只指明了知觉过程同样也包含着输入、中枢加工和输出等主要环节。2 1 2 视觉的认知心理学基础1 注意的分类【1 刀注意在心理学上可以分为两类：有意注意和无意注意。有意注意是自觉的、有预定目的注意，必要时还要做一定意志努力的注意。例如驾驶员要在混合式交通中安全行驶，就要注意观察道路上的行人动态、车辆行驶状态，合理地避让和超会车。由于驾驶操作
36、是一项易于疲劳的工作，有时可能会产生困倦，这时就要强迫自己去注意，就是说要有一定的主观努力这就是有意注意。无意注意是事先没有预定目的，也不需要作意志努力的注意。无意注意主要是由事物的外部特点所引起的，是比较低级的注意形式，根据定向反射规律产生，是人和动物所共有的。他的产生原因，一方面是客观刺激物本身的特点，主要有刺激物的强度、刺激物之间的对比、刺激物的活动变化、刺激物的新异性。另一方面是人的主观状态，主要有人对事物的需要、兴趣和态度，人当时的情绪状态，人的精神状态。例如，在复杂的路段或危险的区段处，为了提高驾驶员注意，可设置一个活动变化的标志，这样会无形中提高驾驶员的警觉。又例如一公交司机正在
37、操纵车辆，忽听某乘客说了一句，“鲁能今天又赢了”。尽管这位乘客的声音并不大，但是若这位驾驶员正好是该球队铁杆球9第二章驾驶员视觉研究的理论基础与现状分析迷，则他肯定会马上听到这个消息，问一下比分、进球情况等。2 吸引驾驶员注意的主要因素1)道路因素：影响汽车驾驶的路边环境和道路的各组成部分。如平面上的转弯和纵断面上的变坡、交通标志、路面不平度、交叉口以及道路的连接和分叉、信号丁、标志、标线、护栏等。2)车辆因素：转弯车辆、超车车辆、前方车辆、两侧车辆、变换车道车辆、车辆的大小装载情况以及类型等。3)行人因素：自两侧横穿公路的行人、公交站牌等待的乘客、行人的性别、年龄、身体状况等；4)环境因素；
38、令人注目的有关建筑物、路肩上的物体、路旁的丛生植物、周围的景观甚至飞过道路上空的飞机等。3 注意的特性1 8】1)注意范围注意范围是指注意的同一时间内能清楚地把握的客体数量。有时也称注意的广度。关于在实际交通场面中的注意范围，有人让驾驶员来识别幻灯中实际道路上的交通标志数，看一次能大体上正确识别几个标志。其结果，标志数在5 个以内时的正确回答率在7 0 以上。但是在实际交通密集时，驾驶员一次只能同时认识不超过2 3 个道路交通标志，这是因为除了道路交通标志以外，驾驶员注意力还要指向道路及道路上的其它客体，因此，同时认识道路交通标志数量不应超过3 个。当然，有经验的驾驶员注意的数量较之缺乏经验的
39、驾驶员要多。通过一定的训练和有一定的驾驶经验后，注意的数量均能够增加。2)注意的分配和转移注意的分配是指人的任何活动中，可以在注意中心的同时把握住几个客体，即将注意分配到同时进行的两种以上的对象或活动上。而根据新的任务，主动地把注意从一个对象转移到另一个对象上是注意的转移。注意的分配与转移是彼此紧密相连的。每一次注意转移的时候，注意的分配也必须发生变化。注意一经转移，原注意中心的对象便移到中心以外，而另外的新对象进入注意中心，整个注意范围的图景便发生了变化。因此，每当注意中心的对象发生转移以后必然呈现出新的注意分配的情况。汽车的驾驶工作要求驾驶员在极短的时间内对新的环境列激物作出反应，注意的分
40、“1长安大学硕士学位论文配和转移就显得特别重要。车辆在高速下运行，环境倍息瞬息万变，要求驾驶员注意转移迅速及时，要有计划地组织注意转移的顺序和掌握注意转移的时机，并将注意分配在应去的地方；当超车时，注意的转移和分配的顺序是：被超汽车迎面驶来的汽车倒车镜一道路变通标志。在一定的场合下，认识一个客体的顺序性和反复性不是按偶然的次序，而是按给定的模式，以使驾驶时各个复杂操作的组成部分最合理。通过对超车时发生的交通事故统计与分析证明，在大多数情况下，事故出现在超车的后半段，甚至在超车的终了。发生碰撞员常见的原因是注意力的不正确分配，大多数碰撞不是与迎面驶来的汽车发生，而是与被超的汽车之间发生。在超车中
41、，驾驶员把迎面驶来的汽车当作主要的危险，所有的注意力都集中在它上面，必然从视野里漏掉被超汽车。驾驶工作要求在短时间内对新的刺激物迅速反应，对驾驶员就要求有较好的注意分配和转移的能力，驾驶员必须有计划地组织注意转移的顺序和掌握注意转移的时机。3)注视的稳定性与紧张性驾驶员注意的稳定性是指注意长时间地保持在驾驶操作的活动上。实际上驾驶员注意很难长时间地保持固定的状态，而是在间歇地加强和减弱，这种周期性变化是注意的一种基本规律，也叫注意的起伏现象，而注意的紧张性是人心里活动对某些事物的高度集中，同时离开其余的一切事物。越紧张地加强注意，注意的范围就越小，长时间的、高度紧张的注意会引起疲劳，进而会产生
42、注意的分散。驾驶员注意的稳定性并不意味着他总是指向于同一对象，而是说驾驶中所接触的对象和操作本身可以变化。例如，换挡、转动转向盘等。但是活动的总方向始终不变，即安全驾驶。驾驶员注意的稳定性和紧张性表现了“注意水准 的高低。4 优秀驾驶员的注意品质从对汽车驾驶过程的分析来看，优秀驾驶员有具有以下品质：1)注意的范围应当有一定的广度。驾驶员具有丰富的知识，熟练的驾驶技巧，才能在运动状态下保持安全形成所需的注意度。2)有较好地控制和调节注意的稳定性与紧张度的能力。这不仅要求驾驶员对驾驶有着兴趣，还要有高度的责任感。根据行车经验和教训，随交通环境的变化，适时地调节紧张度。3)拥有灵活的注意转移能力，能
43、够根据具体的交通情况及时地把注意从一个地方转移到另一个地方。4)要善于调节分配注意力，以应对道路环境中的突显信息，对注意资源留有充分1 1第二章驾驶员视觉研究的理论基础与现状分析的余量，以处理突发事件。2 2 驾驶员视觉研究中的注视行为注视行为研究是驾驶员视觉特性研究的核心。在介绍了驾驶员的视觉生理及心理基础之后，此处对视觉研究中的注视上的基本概念进行研究。2 2 1 眼动的主要形式眼动即眼球的运动。眼晴可以通过六对眼动肌肉，将眼球移动到人们需要注意的地方。驾驶员在驾驶车辆时，眼动的基本形式主要有以下几种：1 注视注视是指将眼睛对准目标物，使其影像尽量落在视网膜的中央窝上，以获得最清晰成像的视
44、觉活动。但是要注意到，注视并不等于眼球的静止，因为注视中常常伴随着三种极其细微的眼动。它们分别是：自发性的高频眼球微颤、慢速漂移和微跳。这些细微眼动是视觉信息加工所必须的信息提取机制。驾驶员通过注视来识别交通环境的某个特征(即线索)。2 扫视扫视，又称眼跳，它产生于眼睛的两次注视之间。通常是指驾驶员的眼睛在搜索目标物的过程中，根据需要将注视点由一个物体转移到另一个物体的运动；或由于周边视野上出现特异的刺激物，视网膜周边部位做出反应，促使眼球转动的行为【5】。扫视时眼球并不是做平滑移动，而是在做跳跃运动。视线先在目标的一部分上停留一下，完成注视后，又突然停止，循环地一跳一停前进。眼跳过程中可以获
45、取刺激的时空信息，但几乎不能在眼球内形成刺激的清晰映象，所以眼跳可以实现对视野范围的快速搜索和对刺激信息的选择，使感兴趣的视觉信息落入中央窝，从而进行充分的信息加工。3 眨眼眨眼是每个人平时常做的一种动作。即使无外界刺激存在，每个人在不知不觉中也会眨眼，这是一种“不自主运动”。但是驾驶员在驾驶车辆过程中，并不能通过眨眼获取到相关信息，也就是说，眨眼并不参与视觉搜索的过程，而且频次极少。从上述分析可以得到，在车辆行驶过程中，驾驶员通过眼睛的注视，获得物体在视网膜上的清晰成像，进而获取到相应的交通信息。通过扫视完成注视点的转移，实现对视野范围的快速搜索和对刺激信息的选择，使感兴趣的视觉信息落入中央
46、窝，从而进行1 2长安大学硕士学位论文充分的信息加工。另外，上述的眼动方式交错在一起，目的均在于获取到充分的交通信息。并且，眼睛运动可以反映视觉信息的选择模式，对于揭示认知加工的心理机制具有重要意义。同时研究发现，两眼的跳动几乎完全一致，这为眼动研究提供了诸多便利。2 2 2 注视行为的相关研究1 注视行为的表示参数瑞典L i n k 6 p i I l g 大学的T o r b j 6 mF a l l 锄盯与N i l sP e t t 盯骶g e r s e n【9 1 对驾驶员视觉特性进行了深入的研究。并将视野内的场景划分为9 个互不重叠的注视区域，分别是在水平方向上划分为左、中、右三
47、个区域，在垂直方向上划分为远、中、近三个区域，然后在平面坐标系内分别将二者组合成近前、近右、近左、中前、中右、中左、远前、远右和远左九个区域。驾驶员通过注视来识别交通环境的某个特征(即线索)。因而，可以认为注视点可以反映注意力的焦点。但是，实验证明：中央凹注视点不一定表示注意力的集中，注意力焦点的变化并不一定伴随着注视点的变化。总结来说注意力的变化一般都伴随这注视点的变化，而注视点变化却不一定能够反映注意力的变化。例如一些随意的眼动。注视有一定的持续时间值和特定的位置。注视持续时间是每一个注视点的时间长短，它反映被试者对材料加工的程度。所谓的平均持续时间由上一个注视点与眼动的幅度、被注视物体的
48、特性、驾驶员的当前计划，以及信息处理时间等因素确定。注视持续时间可以作为一个度量驾驶员注视信息内容和信息处理策略的标准。注视点位置反映的是一段时间内人所注意的空间焦点。眼睛会根据以往的经验自然地注视在引人注目的、极显眼的或重要的区域。注视点位置可以进行定性分析和定量分析。定量方法是给出视野内，驾驶员的注视点落在了哪里，持续了多长时间等信息。定性方法则提供注视所指向的目标物信息，即注视目标。总结来说，定性方法的缺点是，它只能提供注意力焦点的指示信息。而定量方法尽管可以提供注视点数据信息，但仍然存在解释问题，即在周围环境中的某个注视点的注视目标是什么。注视还有一个注视频率的概念：注视频率是指单位时
49、间内注视的次数。注视频率在一定程度上可以反映出对视觉信息的加工速度。注视频率高，说明在单位时间内可以获得更多的信息，加工的速度快。注视频率低，说明在单位时间内获得的信息少，加工的速度慢。1 3第二章驾驶员视觉研究的理论基础与现状分析本文将结合驾驶员驾驶录像，运用动态聚类分析法，按照注视目标划分出驾驶员的注视区域。并结合由驾驶录像得出的驾驶员实际的注视目标来验证注视区域划分的合理性。同时，基于马尔可夫过程，本文分析了注视点在各个注视区域之间的分配和转移情况。2 驾驶员注视行为的定义注视点可以从眼球运动数据中推断出来。实际上，因为通过视觉系统感知到的所有物体都处在相对运动状态，因此，需要一个特别的
50、标准来断定此种眼动行为是否是注视点。一部分研究人员认为，注视是指在x y 坐标系中，由最少持续tm s 的注视点构成的一个面积为a 水a o(a o 表示水平及垂直方向的视角)区域的中心的行为。一般认为大于1 0 0m s 以上的才是注视行为，小于1 0 0 l 璐的是扫视行为。但是，当采样频率不够高，如小于1 0 H z 时，持续1 0 0 I 璐的t 值会不起作用(因为采样的间隔时间大于1 0 0 l I I l s)。当以3 0 H z 的频率进行采样时，持续1 0 0 虹塔的t 值则意味着至少有3 个连续的录像画面中都必须包含落在a 木a o 区域内的注视点。a 值的取值标准取决于眼动