第1章 绪论
1.1 问题的提出
1.1.1 研究背景
随着全世界道路里程数和车辆保有量的不断增加，交通事故也随之不断增加。交通事故已经成为公认的“世界第一害”，对人类的危害已经远远超过地震、洪水、火灾这些可怕的灾难，而中国是世界上交通事故死亡人数最多的国家之一。从二十世纪八十年代末交通事故年死亡人数首次超过 5 万人至今，中国（不包括港澳台地区）每年因交通事故造成死亡人数均超过 6 万人，其中 2001-2003年死亡人数甚至超过 10 万人，已经连续十余年位居世界第一。2011 年，我国公安部门共接报涉及人员伤亡的道路交通事故 21 万余起，造成 62387 人死亡。要预防交通事故的发生，必须对交通系统中的各个因素进行有效的控制，而在由人、车、路、环境组成的交通系统中，驾驶员是主导因素。有研究表明，人的因素占事故致因的比例高达 90%，且大多数的事故时涉及感知的驾驶员失误造成的[1-2]。根据统计分析，在驾驶过程中各种感觉器官给驾驶员提供信息的比例分布为：视觉占 80%，听觉占 14%，触觉占 2%，味觉占 2%，嗅觉占 2%[3]。可见，在驾驶员驾驶过程中，视觉系统是驾驶员获取信息的最重要通道。研究驾驶员眼动特性有利于揭示驾驶员视觉规律，从而从驾驶员角度预防交通事故的发生。
1.1.2 研究目的及意义
驾驶员在驾驶时的稳定性主要由个性、驾驶熟练程度、感知交通信息的能力以及在动态交通环境中的应变能力决定的。对交通特性的研究是以交通心理学为理论研究基础，研究驾驶行为过程中的心理、生理和行为特征。而视觉系统作为驾驶员驾驶过程中获取外界信息最重要的通道，为了能够获取交通环境中的危险信息，驾驶员必须不断搜索周围交通环境，才能及时发现并采取有效2措施以避免事故的发生。因此，对驾驶过程中驾驶员的眼动特性的研究和分析，可以深入了解驾驶员处理视觉场景的过程，揭示驾驶过程中驾驶员眼动的规律性。有统计显示，城市道路环境下发生的交通事故数量约占全部交通事故的三分之一以上，而在其他类型的道路环境中，二级公路发生的交通事故数量所占的比例最大[4]。一般情况下，城市道路流量较大，行人多，交通环境复杂而且多变，行车过程中受到其他车辆和行人过街行为影响较大；而普通公路交通环境相对单一，车流量较小，车辆行驶受其他车辆影响也较小，且基本不受行人影响。对比研究城市道路和普通公路条件下驾驶员眼动特性，对比二者之间的差异，更能揭示不同道路交通环境对驾驶员驾驶过程中眼动特性的影响及程度。本文主要研究目的是提供能够表征驾驶员行车时视觉搜索过程的参数并验证参数的适用性，通过对比普通公路与城市道路中驾驶员视觉特性的参数从而探索驾驶员在两种不同环境下的视觉特性差异，并深入探讨造成差异的成因，从驾驶员视觉角度分析交通环境对驾驶行为的影响。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外对于眼动方面的研究已经有了将近百年历史。最早应用眼动研究的是在心理学方面，主要是阅读心理学、工程心理学和实验心理学。最早将眼动仪应用在驾驶员视觉行为方面的研究是在 1968 年，Rockwell、Overby 和 Mourant开发了第一个眼动跟踪系统并用其监视和记录驾驶员在行驶过程中的视觉行为[5]。此后，国外学者广泛开展了对驾驶员视觉行为的研究。英国运输部资助该国的诺丁汉大学心理学院建立了一个事故研究室（ARU），该研究室对认知等心理活动对驾驶员能力及事故倾向性的影响、视觉行为及注意力与驾驶机能之间的关系等课题进行了长期而深入的研究，并且得到了相当多有价值的结论。该研究室成员 David Crundall 等人[6]对熟练驾驶员和非熟练驾驶员在不同类型道路条件下的视觉搜索策略的差异性进行了研究，研究通过改变道路类型来改变驾驶员即时过程的认知负荷水平，并对熟练驾驶员与非熟练驾驶员的注视点数目、注视持续时间和搜索广度等指标进行了对比分析；Geoffrey Underwood 等人[7]通过三种不同路段的注视次数、注视持续时间、观察时间等因素进行了研究，分析非熟练驾驶员在水平方向搜索广度比熟练驾驶员小的原因；Geoffrey Underwood 等人[8]通过对熟练驾驶员和非熟练驾驶员放映在真实交通环境中摄制的录像，观察分析了两者在视觉搜索模式的差异。Peter Chapman 等人[9]通过自行设计的驾驶员训练方案，研究分析了训练队驾驶员注视持续时间、水平搜索广度等指标的影响。
第2章 驾驶员动态视觉研究理论基础
2.1 视觉特性的生理学基础
有些研究者采用的是注视点在一个面积为a a区域内部停留时间至少tms 以上为注视行为。其中 a 表示的观察者注视时眼球偏移旋转大小，也就是注视点在水平和垂直方向的视角。一般情况下t取值 100ms，也就是说注视点停留在该区域内部 100ms 以上为注视行为，否则为扫视行为。这类区分标准主要应用于静态场景的视觉研究中，例如阅读过程中的眼动行为。眼睛是由感光细胞的视网膜和作为附属结构的折光系统等部分组成，它是引起视觉的外周感受器官。人类眼睛的可见光谱的波长为 370~740nm 的电磁波。在可见光谱范围内，人脑通过视网膜传递的信息来分辨视网膜像的不同亮度和色泽，这样才能看清视野内发光物体或者反光物体的轮廓、形状、颜色、大小和远近等情况。自然界形形色色的物体以及文字、图形等形象都是通过视觉系统传递到人脑得到反映的。因此，眼睛无疑是人体最重要的感觉器官。
第 3 章 驾驶员动态视觉试验设计......11
3.1 试验目的.......11
3.2 试验设计.......11
3.2.1 试验路线.......11
3.2.2 试验时间.......12
3.2.3 试验对象.......13
3.2.4 试验设备.......13
3.2.5 试验注意事项.....14
3.3 试验过程.......15
3.3.1 试验流程.......15
3.3.2 试验具体步骤.....15
第 4 章 驾驶员眼动特性对比分析......17
4.1 注视区域划分 .....17
4.2 数据筛选.......18
4.3 数据分析工具及方法介绍....18
4.4 视觉特性对比分析 .........26
第 5 章 结论与建议 .....47
5.1 论文研究结论 .....47
5.2 论文展望.......47
结论
本文通过实车试验采集驾驶员在普通公路和城市道路环境下的眼动数据，并在此基础上对驾驶员在两种不同环境下驾驶时的眼动行为进行分析，对驾驶员的眼动行为表征参数进行了统计分析和显著性检验，从而得出驾驶员在普通公路和城市道路两种不同环境驾驶时的差异。本文主要得出以下结论：
（1） 驾驶员在普通公路和城市道路环境下行驶时注视点分布不同，普通双车道公路由于车流量较小而且基本没有行人等其它因素影响，驾驶员注视点主要分布在车辆前方和左侧，而在城市道路中，车辆容易受到其它附近车辆或者行人过街行为影响，驾驶员注视点分布相对平均。
（2） 普通公路和城市道路环境驾驶员的注视兴趣区域面积和 X（水平）、Y（垂直）方向视角分布有显著差异。
（3） 在普通公路和城市道路环境下驾驶员注视持续时间总体上都集中在0~300 毫秒之间，城市道路较长时间注视行为比普通公路所占比率更大，这是由于城市道路环境信息量多而且信息密集度更大。
（4） 城市道路环境下驾驶员水平和垂直方向视角更集中，以两者的标准差作为驾驶员视觉搜索广度，普通公路上比城市道路驾驶员搜索广度更大。这是由于普通公路信息量较少而且视野开阔，驾驶任务更轻松，驾驶员在驾驶过程中注视更随意。
（5） 普通公路和城市道路环境下驾驶员在各个注视区域的注视转移概率没有显著差异。
参考文献
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[3] 李作敏. 交通工程学（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2000.
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[6] David Crundall, Goeffrey Underwood. Effects of experience and processingdemands on visual information acquisition in drivers[J].Ergonomics，1998,41(4)：448-458.
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[8] Geoffrey Underwood, Peter Chapman, Karen Bowden, David Crundall. Visualsearch while driving：skill and awareness during inspection of the scene[J].Transportation Research Part F，2002,5(2): 87-97.
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