隧道行驶时间对车辆驾驶员视觉的影响研究论文_朱坤,李志帅

摘要：利用SmartEye眼动仪对10名车辆驾驶员进行隧道实车试验，根据试验数据分析了隧道路段驾驶员瞳孔面积及瞳孔面积变化率随行驶时间的变化规律及驾驶员瞳孔面积对隧道路段行驶时间的敏感性。研究结果表明隧道路段行驶时间是引起驾驶员视觉疲劳的重要因素。

关键词：隧道；行驶时间；瞳孔面积及瞳孔面积变化率；敏感性分析

0引言

截止2018年底，我国建成公路隧道17738处、17236.1公里，其中特长隧道1058处、4706公里[1]。21世纪以来，我国公路隧道总里程的增长率比公路本身的增长率高18%，公路隧道在我国交通运输事业的发展中占有举足轻重的作用[2]。隧道由于其特殊的构造导致车辆行驶过程中带起的灰尘及排出的尾气难以及时消散，从而使得其内部环境较差，长时间处于这样的环境中，给驾驶员带来压抑感，甚至影响其正常的驾驶能力与视认性，严重降低了车辆的安全行驶。

近年来，已有不少专家学者从驾驶员视觉角度来研究隧道环境的舒适性与安全性。基于驾驶员视觉特性研究隧道环境安全性及舒适性的方法已逐渐趋于成熟。但由于长隧道、特长隧道及隧道群特殊的环境，驾驶员长时间行驶于其中必然会感到视觉疲劳及心理压抑，故从驾驶员自身角度研究隧道行驶时间与其视觉指标之间变化规律，根据二者的变化规律来改善隧道环境的单调性，对提高隧道路段照明、限速及安全设计具有重要意义。

1试验设计

1.1试验路段

试验路段的选取需满足隧道内部光照条件尽可能一致，从而排除隧道内部光照条件对驾驶员视觉的干扰；此外，选取的隧道长度不易过短，避免驾驶员频繁受白洞效应与黑洞效应的影响。

1.2试验设备

SmartEye眼动仪为一款非侵入式眼动仪设备，该设备采用4个内置摄像头来测量驾驶员头部和视线构成的3维图像，与驾驶员无直接接触，避免了设备对驾驶员视觉的影响。

1.3试验人员

考虑到样本个体的差异性，试验选取10名身体健康、技术熟练的驾驶员，选取的驾驶员年龄均在20~50岁之间，且有3名女性。为确保试验数据的准确性，驾驶员在试验前均精神状态良好，且在整个试验过程中未告知驾驶员试验目的。

2数据分析与建模

2.1数据筛选与处理

由于眼动仪设备的采样频率为60HZ，试验过程中采集到的驾驶员视觉指标数据数量庞大，故本文数据分析样本均为5s内驾驶员左右眼瞳孔面积的平均值。

2.2数据分析

为分析驾驶员视觉指标与隧道路段行驶时间之间的变化规律，现将驾驶员瞳孔面积随隧道路段行驶时间变化图绘制如图1所示。

图1驾驶员瞳孔面积随隧道行驶时间变化图

由图1可以看出，驾驶员刚开始进入隧道路段时，其瞳孔面积要大于行驶一段时间后的瞳孔面积，且刚开始进入隧道路段时驾驶员瞳孔面积波动程度要大于行驶一段时间后的瞳孔面积波动程度，行驶时间超过25min后，其瞳孔面积变化趋于稳定。分析其原因可能为：驾驶员刚进入隧道路段时，对周围环境缺乏适应，警惕性加强，而经过一段时间后，驾驶员逐渐适应隧道环境，且长时间在隧道单调环境中驾车使驾驶员感到单调疲劳，故驾驶员刚开始进入隧道路段时，其瞳孔面积要大于行驶一段时间后的瞳孔面积；而驾驶员刚进入隧道路段时，对“白洞效应”与“黑洞效应”引起的视觉刺激较为敏感，随着时间的增长，其对由“白洞效应”与“黑洞效应”引起的视觉刺激敏感性下降，并逐渐适应隧道环境，故刚开始进隧道时驾驶员瞳孔面积波动程度要大于行驶一段时间后的瞳孔面积波动程度，且行驶一段时间后其瞳孔面积变化趋于稳定。

瞳孔面积变化率为检测驾驶员视觉变化程度的一项重要指标，其是指由外界刺激影响引起的瞳孔面积变化差值与正常状态下瞳孔面积值的比值，该指标的大小与驾驶员心理状态有较大的相关性[3]。现将驾驶员瞳孔面积变化率随隧道行驶时间变化图绘制如图2所示。

图2驾驶员瞳孔面积变化率随隧道行驶时间变化图

由图2可知，刚进入隧道路段时驾驶员瞳孔面积变化率明显大于行驶一段时间后的瞳孔面积变化率，行驶一段时间后驾驶员瞳孔面积变化率基本在20%以内。分析原因可能为刚进入隧道路段时，驾驶员受环境影响较大，由于其通过调整自身瞳孔面积大小来适应外界环境变化，使得其瞳孔面积波动程度相对较大，故刚进入隧道路段时驾驶员瞳孔面积变化率明显大于行驶一段时间后的瞳孔面积变化率；而经过一段时间后，驾驶员逐渐适应隧道环境，并能够使自己处于舒适状态，故行驶一段时间后驾驶员瞳孔面积变化率基本在20%以内。

3敏感性分析

为分析驾驶员瞳孔面积对隧道行驶时间的敏感程度，还需进一步进行敏感性分析。

3.1敏感度系数

敏感度系数是反应敏感因素对目标值影响程度大小的一项重要指标，其是指在影响因素作用下目标值变化百分比与该影响因素变化百分比的比值[4]。敏感指标的敏感度系数越高，则目标值对该敏感指标的敏感程度越高，反之则越低。

根据相关的定义，其计算公式如下：

式中：表示驾驶员瞳孔面积对于隧道路段行驶时间的敏感度系数；

表示隧道路段行驶时间发生变化时，驾驶员瞳孔面积的变化率（%）；

表示隧道路段行驶时间的变化率（%）。

若，表示驾驶员瞳孔面积与隧道路段行驶时间呈正相关；若，则为负相关。越大，表示隧道路段行驶时间的敏感度系数越高，反之则越低。

隧道路段行驶时间增长幅度、驾驶员瞳孔面积增长幅度及行驶时间敏感度系数如表1所示。

表1隧道行驶时间对驾驶员瞳孔面积的敏感性

由表1可以看出，隧道路段行驶时间与驾驶员瞳孔面积呈负相关，即驾驶员瞳孔面积随隧道路段行驶时间的增长而逐渐减小，与前面分析一致。隧道行驶时间对驾驶员瞳孔面积的敏感度系数图如图3所示。

由图3可以看出，随着行驶时间增量的增长，其对驾驶员瞳孔面积的敏感度系数呈降低趋势，而敏感性降到一定程度时又有逐渐增大的趋势，但其远小于开始进入隧道路段时驾驶员瞳孔面积对隧道行驶时间的敏感性。分析其原因可能为随着行驶时间的增长，驾驶员逐渐适应隧道路段环境，其瞳孔面积随行驶时间的变化程度减弱；而行驶时间较长时，由于隧道单调的环境，使驾驶员逐渐开始产生视觉疲劳，从而其瞳孔面积随行驶时间的变化程度又逐渐开始增大，但其变化程度远小于开始进入隧道路段时的变化程度。

4结语

通过研究隧道路段行驶时间对驾驶员视觉的影响关系，得到以下相关结论：

图3隧道行驶时间对驾驶员瞳孔面积的敏感度系数

（1）驾驶员刚开始进入隧道路段时，其瞳孔面积要大于行驶一段时间后的瞳孔面积，且刚开始进入隧道路段时驾驶员瞳孔面积波动程度要大于行驶一段时间后的瞳孔面积波动程度，行驶时间超过25min后，其瞳孔面积变化趋于稳定。

（2）刚进入隧道路段时驾驶员瞳孔面积变化率明显大于行驶一段时间后的瞳孔面积变化率，行驶一段时间后驾驶员瞳孔面积变化率基本在20%以内，处于舒适状态。

（3）随着行驶时间增量的增长，其对驾驶员瞳孔面积的敏感度系数呈降低趋势，而驾驶员瞳孔面积对隧道行驶时间的敏感性降到一定程度时又有逐渐增大的趋势，但其远小于开始进入隧道路段时驾驶员瞳孔面积对隧道行驶时间的敏感性。

（4）研究表明，隧道路段行驶时间是引起驾驶员视觉疲劳的重要因素，建议在长隧道内部分段设置诱导设施，改善隧道单调环境，缓解驾驶疲劳，提高隧道安全水平。

参考文献

[1]交通运输部.2018年交通运输行业发展统计公报[EB/OL].http://xxgk. mot.gov.cn/jigou/zhghs/201904/t20190412_3186720.html，2019-04-12.

[2]陶盼盼.基于驾驶员视觉特性的隧道反光环设置研究[D].重庆：重庆交通大学，2016.

[3]赵亮，胡江碧.眼动与驾驶行为的相关性分析[C].第四届中国智能交通年会论文集，2008,523-528.

[4]秦伟，朱守林，戚春华.草原公路驾驶室噪声与驾驶员心率变异指标敏感性研究[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2011,32（3）：246-249.

论文作者:朱坤,李志帅

论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期

论文发表时间:2020/3/16

标签：驾驶员论文;  隧道论文;  瞳孔论文;  面积论文;  路段论文;  时间论文;  敏感性论文;  《基层建设》2019年第30期论文;