驾驶员视觉特性的研究.docx

1、驾驶员视觉特性的研究驾驶员视觉特性的研究摘要：本文就驾驶员动静视力的好坏对行车安全地影响进行了探讨，重点分析研究了驾驶员静、动视力总体情况与驾驶员年龄、驾龄等因素之间的关系以及视觉特性与行车安全的联系，论述了检测驾驶员动视力的必要性。研究驾驶员的视觉特征及其变化规律，驾驶员的视觉特性与道路交通安全有直接必然联系，对于预防交通事故具有现实意义。关键词：驾驶员；视觉特性；检测；应用The driver of the visual propertiesAbstract: This paper movement of good or bad eyesight drivers on the traffi

2、c safely impact is discussed in the article, and analyses the static and dynamic driver vision general situation and drivers factors such as age, driving the relationship between the visual characteristics and train operation safety and the contact, this paper discusses the necessity of dynamic test

3、 pilot vision. Study the drivers visual feature and the changing laws, the drivers visual characteristics and road traffic safety necessary link directly to prevent traffic accidents have realistic meanings.Keywords: Driver; Visual characteristics; Detection; application在交通事故中, 处于人-车-路这一交通系统中的人占主导因素

4、, 如图01 所示。汽车驾驶员感知外界信息对安全行车至关重要, 各种感觉器官给驾驶员提供的交通信息比例如图02所示, 其中80%以上的外界信息是通过视觉系统获取, 而驾驶员的视觉功能对驾驶操作的影响很大, 由此可见进行汽车驾驶员视觉功能的研究有重要意义。在衡量驾驶员视觉特性的好坏时，通常将静视力、动视力、视野、立体视力等作为重要的评价指标来进行检测和分析，其中静视力与动视力决定驾驶员是否能够及时发现驾车行驶过程中的事故隐患10。笔者就驾驶员视力检测结果进行汇总整理，重点就驾驶员静、动视力总体情况及其与驾驶员年龄、驾龄、是否有驾照等因素之间的关系进行分析研究，以寻求驾驶员视觉特性的保护特征，并将

5、安全行车的视力以及视觉适应能力等因素对行车安全的影响进行了探讨。图0-1 中国交通事故人、车、路各因素所占比例图0-2 各种感觉器官给驾驶员提供的交通信息比例 由以上两图所示，中国交通事故各因素中，人所占的比例占绝大多数，各种感觉器官中给驾驶员提供的信息比例最大，并且视觉因素与其他各因素相比，视觉所占比例远远超过其他因素。由此可见，在交通系统中，人是交通事故发生的主导因素。视觉在人体各感觉器官中，对驾驶员信息的获得起到了极其要的作用。 1 国内外研究现状 关于驾驶员视觉特性及眼球运动的研究，国内外已经取得了不少的成就。尤其是近些年，国外许多著名的大学及研究机构都在这一领域进行了广泛而持续的研究

6、。通过对国内外相关领域研究现状的调查，发现大部分研究集中在静态视觉特征和虚拟场景条件下的动态视觉特征研究两个方面，开展真实交通场景条件下的动态视觉特征研究的较少。静态视觉特征主要指注视者和注视目标均处于静止状态时注视者眼睛的运动特征，多用于阅读、观察等领域。该领域的研究开展较早，主要研究方向有：通过眼动分析法对驾驶员在汽车驾驶行为中的眼动研究；对眼动心理学的理论、技术及应用的研究；对眼球运动中的基本问题、阅读任务过程中的眼动问题和对追踪、搜索等高级心理活动过程中眼动特征的研究等。动态视觉特征是指注视者和注视目标有一方处于运动状态或双方均处于运动状态的条件下，注视者的眼睛运动特征。对于动态视觉特

7、征的研究，研究方法主要有两种，一种是虚拟场景条件下动态视觉特征研究，一种是真实交通环境条件下动态视觉特征研究。因为受试验仪器和试验实施危险性的限制，对于动态视觉特征的研究多采用虚拟场试验的方法来进行。虚拟场景条件下动态视觉特征研究是指利用计算机技术，建立虚的交通环境，测试注视者的眼球运动。目前我国的相关研究基本都是采用这种方法。如通过对注视点分布、扫视速度及扫视的眼动机制的分析，对模拟飞机降落过程中飞行员的眼球运动进行的研究等5。在真实交通环境条件下进行动态视觉研究，是指驾驶员佩戴专门的眼睛运动测试仪器，驾驶车辆在真实的交通环境中行驶，记录下眼睛运动数据，结合场景数据、驾驶员心理测试数据和车辆

8、运行数据，来分析驾驶员的动态视觉搜索规律。这种研究一方面对仪器的性能要求很高，同时在真实交通环境中进行试验容易发生危险，因此研究难度较大，但因为试验环境是真实的交通条件，所以数据比较可靠。目前我国很少见到进行这方面研究的文献，国外近年随着研究的深入以及对驾驶安全性影响较小的仪器的出现，已经开始逐渐开展该领域的研究。如通过弯道及直道上进行实车试验，对职业驾驶员和非职业驾驶员视觉感知行为进行研究等。2 视力人的视力也叫视敏度, 是指分辨细小的或遥远的物体或物体细微部分的能力。在一定的条件下,眼睛能分辨的物体越小,视觉的敏锐度越大,即视力越好。视力一般分为静止视力和动态视力，人在静止状态下测得的视力

9、为静视力，动视力是指人和视标处于运动（其中人和视标一方运动或两方都运动）时检查的视力。研究表明，驾驶员的静视力与能够安全行驶的速度有密切的关系，如表2所示，静视力越差，驾驶员能安全行驶的车速就越低。我国驾驶员的体检视力标准为两眼的视力均在0.7以上，或裸眼视力0.4以上矫正视力达到0.7以上，对交通事故资料进行统计发现，低视力驾驶员的动视力随车辆行驶速度的变化而变化，车速提高动视力降低，同时动视力还与年龄有关，年龄增大动视力降低，如图21所示。动视力好的驾驶员一般静视力较好，正常人动视力比静视力低10%20%，特殊情况下甚至降低30%40%。表2 静视力与安全行驶车速视力安全行驶的极限车速/(

10、kmh-1)安全感1.0以上50以上安全、舒适0.751.03050产生不安全感0.50.752030产生危险感0.270.520以下有显著危险感图2-1驾驶员动视力与速度、年龄的关系2.1 静止视力静止视力是指人和所看的目标都在不动状态下检查的视力。我国通用C型视力表检查驾驶员的两眼视力(中心视力),两眼视力(包括矫正视力)各为0.7以上才允许报考驾驶员。一般认为1.0即为正常视力。用这种方法检查的视力反映驾驶员在静止状态下的视力,即静止视力。这时驾驶员能分辨的C型指示标志越小则静止视力越好。2.2 动态视力动态视力是指人和所看的目标处于运动(其中的一方运动或两方都运动)时检查的视力。汽车驾

11、驶员在行车中的视力为动视力。许多研究分析都认为,驾驶员的动视力与交通事故有更密切的关系。值得注意的是,虽然静视力好是动视力好的前提,但是静视力好的人不一定就会有好的动视力。研究结果表明, 驾驶员的动视力随着车速的变化而变化。例如, 以60km/h的速度行驶的车辆,驾驶员可看清前方240m处的交通标志; 可是当车速提高到80km/h时,则连160m处的交通标志都看不清楚,因此车速越快,动视力下降越快。动体视力有一下几个特性：（1）驾驶员的动体视力随车速的增大而下降。以辨别道路标志为例，当以60km/h的车速行驶时，一般驾驶员可看清240m以内的标志；当车速增大到80km/h时，只能看到160m之

12、内的标志。动体视力之所以随车速增大而下降，是因为驾驶员的视力随刺激物露出时间的长短而变化，目标物在高速下移动过快，露出时间过短，致使驾驶员视力下降（看不清）。目标物移动的速度，通常以眼球的每秒角速度表示。视力下降的程度与角速度大致成直线关系，眼球转动角速度越大则视力下降越大。（2）动体视力随年龄的增大而下降，而且年龄越大，动体视力随车速增大而下降的程度越大。（3）动体视力比静视力与交通事故的关系更为密切，所以对驾驶员来说，仅检查静视力是不够的，动体视力的检查更为重要。3检测内容和方法3.1 检测仪器根据选定的检测内容，选择采用AS-4C型动体视力检测仪作为驾驶员视力检测的主要设备（如图3-1）

13、。该仪器的主要功能在于检查驾驶员对运动物体的辨别能力，可分别检测静视力和动体视力。该仪器根据静视力表原理，采用液晶显示屏产生的C形视标作为目标，检测距离300mm。仪器检测范围为0.11.6，视标模拟车速为30km/h。被检者可通过观察识别C行视标大小变化和开口方向变化，按下应答键。图3-1 动视力检测仪3.2 检测内容根据驾驶员特性研究需要，选择驾驶员视觉特性中对行车安全至关重要的静视力和动视力进行重点检测8。该方法不仅可以就被测者的静、动视力随年龄驾龄等的分布规律，而且有助于分析驾驶员动体视力相对于常规视力(静视力)的变化情况进行检测。3.3 检测方法首先用检测仪检查受检者的静视力，以获取

14、受检者的常规视力值。检查动体视力时，让被检测者坐在仪器前，双眼从仪器观察孔中观察以一定速度由远而近移来的“C”形视标。当能看清视标的开口方向时，立即按下应答开关，并说出“C”的开口方向。每位受检者练习2次，检测5次。如果连续3次误答，暂停检测，待休息30min后重新检测。对检测数据取平均值，用来评价其动体视力。3.4 检测步骤检测分5个步骤，包括：1）介绍检测的意义和过程；2）询问被检测者的基本情况，包括年龄、驾龄、有无驾照等；3）依次进行静视力和动视力测试，同时记录各项测试的数据于表格内；4）填写表格信息，包括测试时间、天气情况等；5）若有可能，向接受检测的学生提出驾驶员所需视力要求及行车时

15、视力的重要性。4 样本选择4.1 检测样本选择检测样本即接受检测的大学生。为在检测工作中能做到突出检测对象的代表性和检测数据的可信性，在样本选取时，笔者主要考虑以下几点：首先，检测对象为视力在力正常的允许的范围（0.11.6）内，没有严重视觉障碍（如色盲、色弱等）。其次，检测对象要求在精神状态较好的情况下进行检测，若有近视测试者并带有眼镜，要求戴上近视镜检测。最后每位测试者需配合检测人员严格遵守纪律，耐心有序地进行测试，积极配合实验所需的各项特性检测，不得谎报实验数据，假如看不清图标不能猜测报给检测人员。4.2 统计样本的筛选和处理我们组检测在学院实验室里，共计120样本进行了检测。为了确保检

16、测数据的准确性、代表性和可信性需对采集到的样本进行筛选。样本筛选的具体步骤如下：（1）剔除不完整数据驾驶员的信息不完全和不能真实反映驾驶员的情况, 以及检测项目不完全的。（2）剔除非稳定数据检测时驾驶员的某一项检测数据出现异常偏大或偏小, 不能代表其对应项的素质, 因此, 对这些异常数据进行剔除。根据稳定性进行数据剔除的方法如下:式中，-某种驾驶员某项重复检测数据的方差； -第项重复监测数据方差的均值； -第项重复监测数据方差的标准值； -设定的第项的概率。（3）剔除异常数据稳定性筛选后, 还需剔除检测数据在数值方面的异点, 以保证样本数据能代表绝大多数沙漠公路驾驶员的整体素质水平。剔除方法如

17、下:式中，-某项检测数据； -该项检测数据的均值；-该项检测数据的标准差；-根据方差大小和影响程度所确定的该检测项的概率。综上所述, 考虑到检测数据的代表性、可信性以及统计分析方面的要求等因素依次对原始数据进行了处理, 剔除了检测项目不全和填写不完整的数据、非稳定数据、异常数据等所涉及的样本, 最后确定出80个样本作为统计分析的最终样本。5 检测结果分析5.1检测结果总体分析根据对受检者的总体的动、静视力检测结果的统计整理（见表5-1），被测者静视力和动视力平均为0.76和0.53，其中静、动视力在1.0以上的分别占31.3%和0.75%，绝大多数被测者均可达到机动车驾驶员视力需达到0.7以上

18、的规定要求。但其中，静、动体视力不足0.7的被测者分别也占到了38.75%和60%。根据运动视觉心理学的分析，一般人动体视力比静体视力低10%20%，特殊情况下低30%40%。如下表5-1和附录所示，视力与年龄之间的动视力偏差和降幅要比驾龄与有无驾照的平均值要大。从而得知，视力与年龄之间的因果关系要表现的突出一些。表5-1 视力检测汇总相关因素静视力动视力静视力-动视力降幅(%)平均值偏差平均值偏差年龄（岁）200.740.410.530.350.2128.3821220.760.410.540.320.2228.9523240.750.410.490.350.2634.67241.030.5

19、00.770.460.2625.24驾龄（年）00.760.400.530.340.2330.26120.960.360.660.300.3031.2530.730.310.580.430.1520.55有无驾照有0.760.410.540.340.2228.95无0.760.400.530.340.2330.26 图5-1 驾驶员视力分布情况5.2 视力与年龄的关系对于静视力，动视力应该是随着年龄的增大而下降的。由于样本选择大都是在相同的年龄段且样本数量有限，所测得静视力结果的偏差不大。但是就大多数年龄在2123岁的样本中可以看出年龄越大，静视力越低，相应的动体视力也表现出同步降低的趋势（见

20、图5-2）。就动视力相对于静视力的下降情况来看，其降幅也同样服从随年龄增大而增大的规律。如根据检测结果，2122岁被测者的动体视力较静视力平均低约29%，而23岁以上则低约31%。图5-2 驾驶员视力随年龄变化情况5.3 视力与驾龄的关系一般来讲，驾龄与年龄对驾驶员视力的影响应该是相对应的。根据对检测数据的统计分析，虽然被测者静、动视力总体上表现出随驾龄逐渐下降趋势，但下降的程度要缓于随年龄的下降情况。根据不同驾龄动体视力相对于静视力的降低情况来看，也远没有受年龄影响那么明显，事实上可以说几乎就没有多大变化（如图5-3）。根据检测结果得知驾龄与视力之间平均降幅27.35%小于年龄与视力之间平均

21、降幅29.31%。从而可以认为驾驶员的视力与驾龄之间的因果关系不大，其中的视力随驾龄呈现的下降趋势更多的还是在于年龄因素的作用结果。图5-3 驾驶员视力随驾龄变化情况5.4 视力与驾驶员有无驾照的关系通常情况下，有驾龄的驾驶员都有驾驶执照，但是有驾驶执照的就不一定开过车，在此次检测结果发现，有个别被测者虽考了驾驶执照，但他的驾龄为零。从图5-4可以明显看出有驾照和无驾照的动、静视力偏差几乎一样，也就充分说明视力与驾照之间因果关系不是很强。5.5 动体视力评价与分级表5-5 动体视力评价与分级界限级别ABCD下限0.90.40.2上限0.80.30.1由表5-5和附录可知检测对象动视力为A级15

22、人，B级36人，C级17人，D级12人。图5-5 动体视力评价级别分布情况由上图所示分布情况得出，动体视力处于B级人数占总数的45%，而处于A、C、D级的人数相差不大，各级约占总数的18%。从而进一步说明不同级别的驾驶员视力情况中，视力介于0.40.8之间的占大多数。6 夜间视力视力与光线亮度也有关, 亮度加大可以增强视力。由于夜晚照度低引起的视力下降叫做夜近视,通过研究发现,夜间的交通事故往往与夜间光线不足、视力下降有直接关系。对于驾驶员来说在一天中最危险的时刻是黄昏。因为黄昏时, 光线较暗, 不开灯看不清楚,而当打开前照灯时,其亮度与周围环境亮度相差不大, 因而不易看清周围的车辆和行人造成

23、交通事故。而夜间行车时, 由于汽车前照灯的照明距离有限,特别是会车时要使用近光灯,照明距离只有60m左右,因此,远处的物体变得模糊不清, 造成夜间视力下降。 另外, 夜间视力与物体的对比度以及物体本身的颜色也有关系。亮度、对比度大的物体比对比度小的物体容易辨认。有研究表明,在使用近光灯时,要认知路肩上是否有物体存在的距离,白色物体平均为80m左右,黑色物体平均为43m左右。如果确认的对象是人,穿白衣服者为42m左右,穿黑衣服者为20m左右。若要由其动作姿势确认行为方向时,穿白衣服者为20m左右,穿黑衣服者为10m左右。由此可见,行人的衣服颜色不同,对辨认距离影响很大。一些国家规定, 夜间在道路

24、上作业的人员必须穿黄色反光安全服, 以确保安全, 就是这个道理。也有研究表明, 夜间视力与年龄也有关,年龄越大,夜间视力越差。因此,在机动车驾驶人的教育过程中,要建议其根据自身的视力、年龄、车速和交通环境中的光线情况选择恰当的车速,不要盲目开快车。7 驾驶员的视觉适应与眩目人从光亮的地方进入黑暗的地方时,开始视觉感受性很低,然后又逐渐提高,这个过程叫暗适应; 相反, 从暗处进入亮处时,视觉感受性降低的过程叫光适应。道路上的光线强度与隧道内的光线强度差异越大,适应过程中的视觉障碍越严重。暗适应过程比光适应所需的时间要长,一般需515秒,完全适应要30秒,而光适应则较短,只要1秒或数秒。交通心理学

25、研究结果表明:明、暗适应是产生在人身上的一种视觉反应, 而人的个体适应能力差异各不相同。如年龄增大、疾病、饮酒、吸烟等都会使适应能力下降。有研究表明从40岁起,人们的暗适应时间将增加。因此夜间行车时,机动车驾驶人应严格遵守灯光的规定,如夜间行车要开大灯,夜间会车时要在150m以外互闭远光灯,改用近光灯等。因此,在眩目现象发生后,驾驶员应采取降低车速等措施, 以利于安全驾驶。8 驾驶中的有关视知觉特性汽车运行中,当驾驶员知觉目标时,首先对通过注视获取的信息进行重建和说明,然后大脑解释这些感觉输入,只有当这些输入变为某种意义的时候, 驾驶员才对目标有知觉,如知觉为道路、车辆、标志、行人等。研究证明

26、,驾驶员的知觉能力是随着对事物突出的结构特征的逐渐把握而发展起来的。在驾驶人的相关视知觉中,空间知觉有着重要的作用2。空间知觉包括对物体的形状、大小、远近、方位等特性的知觉,空间知觉是由人的各种感官,如视觉、触摸觉、运动觉、平衡觉等相互作用而形成的, 其中视觉起着十分重要的作用。空间知觉对驾驶员有重要的意义。因为在行车中驾驶员要随时了解道路几何形状、障碍物、其他车辆或行人的远近、运动方向及物体或图形的形状和大小等情况,以便正确处理驾驶中出现的问题。例如超车时, 驾驶员必须了解被超车的大小、距离、对面来车的远近等情况, 以便掌握超车时机。因此, 在驾驶人教学过程中,要注意提高驾驶人对于交通环境中

27、事物突出的结构特征的把握能力, 积累相关的知识, 提高驾驶过程中空间知觉的能力。8.1 视觉特性与行车安全视力也叫视敏度，是指分辨细小或遥远的物体或物体的细微部分的能力。决定视力的因素有物理方面的和生理方面的，此外，光线亮度不同，物体与背景之间的亮度对比不同，眼睛的适应状态不同等，也都对视力有一定影响。视力与运动速度有关。机车驾驶员在行车中的视力为动视力。驾驶员的动视力随车速的变化而变化，一般动视力比静视力低10%20%，特殊情况下比静视力低30%40%。车辆以60km/h 的速度行驶，驾驶员可看清前方240m 处的交通标志，当车速提高到80km/h 时则连160m 处的交通标志都看不清4。人

28、的视力与光线亮度有着密切关系，亮度加大可以增强视力，在照度为0.11000m 烛光范围内，两者几乎成线性关系。研究结果表明，夜间交通事故往往与夜间光线不足、视力下降有直接关系。对驾驶员来说在一天中最危险的时刻是黄昏。黄昏时光线较弱，不开前照灯看不清，打开前照灯时其亮度与周围环境亮度相差不大，因而也看不清周围的车辆和行人，往往会因观察失误而发生事故。所以国外有些学者称黄昏时为“魔鬼时刻”。夜间行车由于车辆前照灯的照明距离有限，特别是会车时要使用近光光束，照明距离仅在60m 左右，致使远处物体变得不清。在夜间，行人衣服颜色不同，对辨认距离影响很大。在使用近光灯时要确认路肩上是否有物体存在，白色物体

29、平均为80m，深色物体为43m；要确认为人时，穿白色衣着者为42m，穿黑色衣着者为20m；要由其动作姿势确认其行走方向时，穿白色衣着者为20m，穿黑色衣者10m 左右。9驾驶员视觉特性的研究在道路交通系统中的应用7-8人车路(环境)共同构成道路交通系统。人是影响交通安全最活跃的因素。在人车路(环境)构成的体系中，车辆由人驾驶，道路由人使用，交通环境要有人的管理。因此，对交通安全的研究应对人以足够的重视。车辆是现代道路交通的主要运行工具。车辆技术性能的好坏，是影响道路交通安全的重要因素。车辆制动失灵、制动不良、机件失灵、灯光失效和车辆装载超高、超宽、超载、货物绑扎不牢固等，都是酿成交通事故的不安

30、全因素。近几年，由于机动车数量增长迅速，远远超过交通基础设施增长速度，道路通行能力不足、警告、限制等标志数量不足、标志不清不规范、符号模糊难以辨认，这些都从客观上增加了道路交通伤亡事故的发生率。9.1 在道路交通系统中的应用“人”的方面随着大量汽车进入家庭，我国的混合交通多了一种解释：“驾驶员的混合”。长期以来，我国的机动车为各种企事业单位所有，机动车驾驶员均为专业驾驶员。专业驾驶员的驾驶技能熟练程度、相互之间驾驶特性的差异性较小。随着大量汽车进入家庭，产生了大量的非专业驾驶员。非专业驾驶员在生理、心理及驾驶技能方面与专业驾驶员都存在着显著的差异，对道路安全有显著影响。通过研究非专业驾驶员和专

31、业驾驶员的视觉-眼动特性，找出其驾驶行为的差异性，将有助于解决我国“驾驶员的混合”的交通问题。 驾驶员过度疲劳已成为导致交通事故的重要原因之一。而眼睛既是人体获取视觉信息的输入通道，同时还能反映人的精神生理状况。利用眼动仪做机车操作界面人机评价的视觉行为分析实验，对驾驶员眼睛的遮闭状态进行判断分析，得到受检者的疲劳状态。通过对新驾驶员和熟练驾驶员在真实的道路环境中驾驶车辆时的视觉特性进行试验研究，用眼动仪等设备记录眼球运动的参数和相应的车辆行驶速度，比较分析出两者在视觉搜索行为和视觉搜索策略上的差异，以对新手驾驶员进行一些视觉信息处理及认知决策等方面的眼动培训。9.2 在道路交通系统中的应用“车”的方面汽车行驶时，驾驶员需获取路况和前后左右的行车情况，所以，如何保证驾驶员的视野是至关重要的。在汽车视野设计时，要精确设计汽车前风窗大小，后风窗大小，后视镜大小和布置方案等，采用新的设计系统，替代过去繁琐且很