山区低等级公路典型路段驾驶人视觉差异性分析

为分析山区低等级公路各典型路段驾驶人视觉的差异性,提升山区公路行车安全,运用VS-Design三维场景搭建了长12 km的山区四级双向单车道公路,包含傍山险路、急转弯路、反向弯路及长上下坡5个典型路段,基于驾驶模拟器进行试验。采集了25位驾驶人的眨眼、扫视、注视等眼动数据,进行视觉指标和视觉负荷差异性分析,而后用动态聚类法将视野平面分为5个区域,基于马尔可夫链预测驾驶人一步注视转移概率,并得出注视平稳分布概率。结果表明,驾驶人在山区低等级公路各典型路段存在视觉差异性。弯道路段扫视幅度较大,扫视速度较快,视负荷较纵坡路段及傍山险路大,驾驶人在坡道路段对行车速度的关注度显著高于弯道路段。5种路段中驾驶人在车辆正前方的注视平稳概率都达到70%以上,注视点集中于正前方有助于驾驶人更好地观察道路交通情况。     

草原公路弯道交通工程设施信息量评价

为明确驾驶员在草原公路弯道不同层级交通工程设施信息量条件下的视觉特性,确定最佳信息量范围,采用数理统计和回归分析方法,分别建立5种不同层级(Q0、Q1、Q2、Q3、Q4)下交通工程设施信息量的草原公路弯道虚拟场景模拟驾驶试验,定量评价不同层级下驾驶员的注视强度、扫视强度和眨眼强度。试验结果表明:眼动强度很大程度上由眼动行为发生的频次决定;交通工程设施信息量对驾驶员行车时注视强度、扫视强度和眨眼强度均有显著影响,其中在Q2条件下3种眼动强度指标表现最佳,最利于行车安全;驾驶员3种眼动强度与交通工程设施信息量变化表现出很强的相关性,相关性大小依次为注视强度、扫视强度和眨眼强度。     

眼动指标检测管制疲劳的性能研究

为了挖掘更多检测管制疲劳的眼动指标,利用模拟塔台管制软件和眼动仪搭建试验平台,采集被试的眼动数据和主观疲劳的程度值,通过其疲劳前后眼动指标差异的显著性、与疲劳的相关性、以及受试者的工作特征曲线(ROC)分析,探讨了各眼动指标检测管制疲劳的性能。结果表明:疲劳前后被试的扫视速度、注视点和平均注视时长差异显著,扫视幅度无显著差异;扫视幅度与疲劳无相关性,平均注视时长与疲劳呈弱相关,扫视速度和注视点数与疲劳均呈中等以上的显著相关;利用注视点、扫视速度二元分类识别疲劳的效果为接近较好水平,是有潜力的管制疲劳检测指标,可为管制员疲劳检测和预警提供试验支撑。     

基于模拟飞行任务下的眼动指标分析

分析眼动指标在定量测量飞机驾驶员的注意力分配规律和工作负荷变化中的作用。让4个被试者在飞行模拟器上完成了3个不同阶段的模拟飞行任务,同时用眼动仪器记录了注视、扫视、瞳孔尺寸方面的眼动指标,划分为座舱外景和内部仪表两个兴趣区域对数据进行了对比和认知分析。被试者在外景有更多的注视点、更多和更长的注视时间,在仪表上的平均瞳孔尺寸比外部视景要大,平均扫视幅度随任务难度增大而减小。眼动指标可以客观地反映驾驶员的注意力分配规律和工作负荷变化;视觉飞行规则下,飞行员主要从外景获取视觉信息,他的大部分注意力都集中在外景。     

不同时段特长隧道入口区域视觉负荷研究

为探究不同时段驾驶人在隧道入口行驶时的视觉负荷情况,分别在正午、傍晚和夜晚时段在贵州省内特长隧道进行实车试验,选取瞳孔面积变化率和瞬时瞳孔面积频率加权速度作为瞳孔面积变化评价指标,分析入口区域的接近段、入口段和过渡段的视觉负荷情况。结果表明:在正午和傍晚,驾驶人瞳孔面积在接近段无显著变化,在入口段内急速增大,在过渡段趋于稳定,其中瞳孔面积稳定点离洞门距离在正午时段远于傍晚时段;通过瞬时瞳孔面积频率加权速度评价隧道入口区域的视觉负荷,大小排序为:正午过渡段正午入口段夜间接近段≈夜间入口段≈夜间过渡段正午接近段傍晚过渡段傍晚入口段傍晚接近段;在隧道入口区域,驾驶人视觉负荷时段变动比区段变动更为显著。     

高海拔矿井作业人员动态热舒适性评价

针对高海拔矿井井下通风环境差及通风能耗浪费问题,通过修正的高海拔矿井平均热感觉指数(PMV)模型,评价高海拔矿井作业人员的动态热舒适性。根据典型工况日的气象参数信息计算井上逐时热舒适度,生成井上逐时热舒适度曲线控制图,并通过建立的井下PMV模型,拟合生成井下仿自然热环境控制曲线,实时反映井下作业人员的热舒适感变化情况。研究表明:井上环境12:00—19:00时间段内舒适度为稍凉,7:00—12:00与19:00—3:00舒适度为凉,3:00—7:00舒适度为冷,经试验验证修正后的PMV模型适用于高海拔低气压环境,优化后井下热舒适度0:00—12:00及18:00—0:00舒适度为中性,12:00—18:00舒适度为稍暖;优化后的井下热舒适指标更接近人体热舒适感的最优值。     

高速公路特长隧道环境中驾驶员视觉特性研究

为研究有不同经验的驾驶员在高速公路特长隧道环境中的视觉特性,在高速公路特长隧道中开展实车试验。利用眼动仪采集29名不同经验驾驶人的注视持续时间、注视点位置、扫视持续时间、扫视频率及扫视幅度等视觉特性参数,运用统计分析方法比较眼动行为的差异性,分析驾驶经验及驾驶环境对驾驶安全的影响。结果表明:相较于普通路段,驾驶员在特长隧道段的平均注视时间更长,注视点分布位置在水平方向更广,在垂直方向趋于集中,扫视更频繁,且扫视幅度变小;相较于非职业驾驶员,职业驾驶员在不同驾驶环境中的注视时间较短,注视点分布位置更广,扫视频率较低且扫视时间较短。     

车载信息界面复杂度对视觉搜索和驾驶行为的影响

为考察动态双任务下车载信息界面复杂度对视觉搜索和驾驶行为的影响,招募30名被试佩戴头戴式眼动仪开展模拟驾驶试验。驾驶主任务为50～60 km/h车道保持任务,次任务分别为低、中、高复杂度水平组的视觉搜索任务。单因素重复测量方差分析显示,车载界面复杂度对视觉搜索和驾驶行为均有显著影响。与低水平组相比,中、高水平组导致视觉搜索任务成功率降低0.68%和2.70%,任务完成时间增加14.34%和53.23%;与基线任务相比(仅驾驶),在低、中和高水平组执行视觉搜索任务时,平均车速降低了2.69%、3.63%和9.01%,横向位置偏移增加了61.90%、76.19%和138.10%。眼动行为显示,造成总扫视时间显著差异的视觉机制不尽相同。低和中组间总扫视时间的显著增加主要取决于延长平均扫视时间,扫视次数之间没有显著差异;中和高组间总扫视时间的显著增加主要通过增加扫视次数,平均扫视时间之间无显著差异。此外,随复杂度水平增加,眨眼次数显著降低,主观驾驶负荷增加。该研究明确了车载信息界面复杂度对视觉搜索和驾驶行为的影响,揭示了驾驶人采取的针对性视觉分配机制,可为车载信息界面设计提供实证依据。     

驾驶员接管自动驾驶车辆的眼动特性和行为分析

为探究接管自动驾驶车辆期间驾驶员的视觉特性,分析眼动与接管反应操控行为的关系,开展驾驶模拟试验收集驾驶行为及眼动数据。运用统计学方法,分析驾驶员感知不同接管场景的视觉特性,探究接管请求(TOR)前后眼动指标的变化规律;并基于视觉分配和瞳孔变化特性分析驾驶行为,揭示眼动特性与接管反应及驾驶操纵策略的内在联系。结果表明:TOR前,相较于静态场景,驾驶员感知动态场景诱发元素扫视更频繁且平均注视时间更短;此时驾驶员的视觉分配特性与其接管反应行为存在显著相关性。TOR后,驾驶员的注视时间增加,眨眼频率降低,瞳孔直径扩张,眼跳幅度增大;不同场景下驾驶员的瞳孔差异表明其应对动态场景时具备更好的警戒水平和更平稳的操纵策略。     

草原公路景观要素影响驾驶员眼动指标研究

为研究草原公路景观要素复杂程度对驾驶员眼动指标的影响,开展现场试验,选取3种典型景观要素构成路段,测试5名驾驶员的眨眼持续时间、注视持续时间、瞳孔直径和扫视幅度等4个眼动指标。用Be Gaze2.4及SPSS软件提取、分析数据,画出3种景观要素构成与眼动指标的关系曲线,分析其变化规律,并通过主观调查问卷验证分析结果。试验结果表明:随着景观构成要素的增加,眨眼时间不断减小,注视时间也小幅减小,而瞳孔直径和扫视幅度逐渐增加,但变化幅度不大;与景观a和景观c相比,景观b更能增加草原公路行车舒适性,减少消极情绪。     

城市水下特长隧道弯道驾驶人扫视行为研究

为探求在城市水下特长隧道弯道路段行驶过程中驾驶人扫视行为的变化特点,以扫视角为主要参数,在武汉东湖隧道内不同弯道和直线段开展实车试验,通过注视点分布范围、水平视角、通视距离的变化分析扫视行为;在特性分析中,以离均系数为指标研究不同弯道内扫视角的变化特征。结果表明:驾驶人在水下特长隧道不同线形路段行车过程中以小角度扫视为主,半径400、680、1 000 m的弯道及直线段的离均系数分别为2. 876、4. 545、5. 010、6. 324,即随着弯道曲率的减小,驾驶人扫视角的中值、均值、变化范围逐渐变大,驾驶人的扫视范围更大、心理压力更小、行车安全性更佳。     

农村公路复杂环境中新老驾驶人视觉特性研究

为研究新老驾驶人在农村公路复杂环境中的视觉特性,采用眼动仪测量若干被试人员在实际驾驶过程中的视觉生理指标,运用统计学和数据挖掘方法分析新老驾驶人的瞳孔直径、注视特性、扫视特性和追随眼动特性,进而辨析新老驾驶人的驾驶行为特性差异。结果表明,在农村公路复杂道路环境中,新老驾驶人的视觉特性和驾驶行为具有明显差异。新驾驶人的瞳孔直径变化剧烈,表现出长时间注视和注视反馈特性;老驾驶人具有较多短时间注视特性,注视前瞻性和反馈特性都很明显,并且具有追随眼动特性。     

山区高速公路空间郁闭度对驾驶员视觉及生理指标的影响

为了解高速公路空间郁闭度对驾驶员视觉行为和心理状态的影响规律,在山区高速公路开展室外实车试验,采用Dikablis眼镜式眼动仪和Varioport生理记录仪记录了驾驶员的眼动和生理数据,包括注视时间百分比、平均注视时间、扫视幅度、眨眼率、心电、心率、皮电等。结果表明,随空间郁闭度增加,驾驶员皮电和扫视幅度增大,眨眼率和平均注视持续时间减小,视点越来越集中。随着驾驶员的逐渐适应,空间环境对驾驶员的心理影响逐渐减弱。驾驶员主要关注中间靠左区域,目标物为中央分隔带和前方道路。开敞空间下驾驶员对右侧区域有少量关注。半郁闭空间下驾驶员皮电呈现规律性的波动,对于左侧区域的关注明显增多,对右侧区域的注视持续时间较长,视点集中点更远。     

城市道路环境下新老驾驶人视觉特性研究

为研究新老驾驶人在城市道路环境下的视觉特性,以开发型汽车驾驶模拟器为试验平台,选用12名被试人员,用眼动仪对被试人员进行生理指标测试。运用统计学和数据挖掘方法对新老驾驶人的瞳孔面积、注视特性、扫视特性和回视特性进行了分析。结果表明:在城市道路环境下,新驾驶人的瞳孔面积变化剧烈;老驾驶人前瞻性机制和反馈机制表现明显,而新驾驶人只表现出具有反馈机制;新驾驶人对仪表盘、前方车辆的注视次数和注视时间较多,老驾驶人更倾向于对后视镜、标志牌、行人等信息的关注;新驾驶人的回视次数多,而老驾驶人回视次数少。在城市道路环境中新驾驶人与老驾驶人相比,视觉特性不稳定,受道路环境的影响较大。     

认知性VDT持续监控作业人因可靠性预测模型研究

为提高认知性视觉显示终端(VDT)持续监控作业系统的可靠性,需要有效预测和防范人因失误。基于N-back任务范式和持续操作测试(CPT)任务范式,设计并完成模拟认知性VDT持续监控作业的试验。根据试验数据分别对正确反应时、任务正确率等9个指标进行方差分析,构建三维度认知性VDT持续监控作业脑力负荷评估指标体系。训练BP神经网络,识别脑力负荷模式,建立认知性VDT持续监控作业人因可靠性评估模型。研究结果表明:通过正确反应时、心理努力、任务主观难度、注视时间、瞳孔直径、眨眼频率6个指标,对认知性VDT持续监控作业脑力负荷进行模式识别,其结果可信,且对实际作业干扰性小;用人因可靠性评估模型能有效预测人因失误。     

基于专家-新手范式的飞行员模拟仪表进近注视特征差异研究

为探究飞行员注意资源在驾驶舱仪表间的分配策略,利用眼动仪、DA-42飞行模拟机等搭建仪表进近模拟飞行试验平台,基于专家-新手范式采集飞行教员和飞行学员的眼动数据,并利用注视熵率表征被试者扫视行为的随意性.结果表明:在最后进近航段,全体被试者高度关注姿态仪、水平状态指示器和高度表3个兴趣区,注视时间占总注视时间的78％以上;绩效优组在空速表、高度表、垂直速度表和其他区域的注视时间百分比显著高于绩效差组,而在各兴趣区的平均注视时长显著低于绩效差组;绩效优组的注视熵率显著高于绩效差组,这意味着其在仪表进近过程中的扫视灵活性更大.研究可为指导飞行员培训、预防飞行员人为差错提供参考.     

公路隧道出口段亮度优化计算

公路隧道出口段亮度变化情况会严重影响驾驶员视觉心理负荷,其亮度优化计算应该综合考虑行车安全和节能环保的要求。通过隧道出口段不同环境照度和运行时间情况下驾驶员视觉特性试验,采用定性和定量相结合的方法研究了瞳孔面积与环境照度之间的变化规律,同时结合节能环保的要求建立了公路隧道出口段最佳亮度计算的多目标优化模型,采用系统聚类的方法对隧道出口照明区段进行聚类分析,并给出了模型求解的方法。最后,以包(头)茂(名)高速公路南五台隧道为例进行了实证研究,基于模型计算出各聚类区段最佳照明亮度。结果表明,隧道出口段亮度设置应该是一个渐变过程,且应该更加注重洞口20 m以内的亮度要求。     

隧道彩色路面和侧墙设计对驾驶行为的影响分析

为探究不同隧道环境设计下驾驶绩效以及驾驶员的生、心理变化特性,采用3D Max软件搭建仿真试验场景,选取15名驾驶员开展不同隧道环境设计场景下的驾驶模拟试验,采集驾驶员的生、心理及车辆运行状态数据;选取具有代表性的车辆运行指标和驾驶员状态指标,构建驾驶行为趋势面模型,分析指标之间的相对敏感程度。研究结果表明：路面铺设彩色路面可提示驾驶员适当减速,其中,黄色系渐变彩色路面和纵向减速标线彩色路面的综合效果更佳,更利于安全行车;隧道内设置装饰侧墙可缓解隧道内驾驶员视觉信息单调的现象,考虑到隧道内行车安全和通行效率,建议采用蓝-白装饰侧墙。     

机场热点时空分布特征及运行风险评价

为研究大型机场航空器地面滑行冲突风险,提出一种基于机场热点时空分布特征的机场机动区运行风险评价方法。首先,以中南地区某机场为例,将场监雷达数据按每3 h分段,分别识别各时间段的机场热点,分析其时空分布特征;然后,基于热点发生的可能性和后果的严重性,构建考虑航空器冲突架次比、冲突可能性、冲突持续时间、冲突级别的机场热点风险评价模型,依据现有机场热点风险等级评价标准,评价该机场的热点风险等级。结果表明:该机场02号跑道运行风险高于20号跑道;02号跑道起降时,12:00—15:00点的机场热点风险最高;20号跑道起降时,9:00—12:00点机场热点的风险较高,与该机场实际运行情况基本相符。     

注意偏侧化对驾驶视觉搜索的眼动表现证据

为探究驾驶过程中伪忽视注意在不同道路等级条件下视觉搜索偏好的差异,通过实车驾驶的试验方法,记录15名驾驶人分别在3种真实道路环境(高速公路、快速公路、二级公路)驾驶过程的眼动数据(兴趣区、注视时长、注视点、瞳孔大小),以便发现驾驶人空间注意的视觉眼动搜索模式。结果表明：驾驶人首先表现出轻微偏左的不对称空间注意的特点,随着道路条件的复杂程度提高(从高速公路、快速公路到二级公路),驾驶人认知负荷提高,驾驶空间注意的眼动搜索呈现出趋中到趋右的安全搜索模式倾向。