驾驶员视觉注意聚焦及转移模式与隧道空间通视性研究

The eye movement pattern and driver behavior of different individual under real traffic environments were tested with eye movement tracking device. The visual attention focus distribution of three-dimensional space characteristics were studied based on the analysis of dynamic visual characteristics. The influence parameters of visual attention shift were analyzed. The space asymmetric and patterns of drivers' visual attention shifts were studied. The drivers' visual cognitive process was explored. The drivers' vertical visual search range was determined through quantifying eye movement variation. At certain driving speed and deflection angle of sight, the spatial visual models with many influence factors were proposed. According to the dividing of visual attention distribution state space, the visual attention shifts mode was established based on the Markov process against the homogeneous and overlay of visual attention distribution. According to the intrinsic correlation among speed variation, visual behavior parameters and spatial visual pattern, the differences of driving behavior (speed control, lane change, acceleration and deceleration) and visual attention shifts mode were compared with different spatial visual conditions. Thus the risk mode characteristics and visual discovery mode of potential risk of different spatial visual tunnel were put forward at last.

课题利用眼动仪等设备测试不同路段真实运行环境下、不同个体的眼动模式和驾驶行为，通过分析驾驶员的动态视觉特征，研究反映眼动三维时空特征的视觉注意聚焦分布特征；分析视觉注意转移的影响因素，研究驾驶员视觉注意转移的空间不对称性及模式规律，探讨驾驶员视觉认知的过程；根据隧道路段驾驶员眼动轨迹变化，确定驾驶员的纵向视觉搜索范围，建立驾驶员在动视角范围内以一定速度行驶时，多因素影响下的隧道通视性模型；根据视觉注意分布状态空间划分，针对不同通视性条件下视觉注意分布的齐次性和叠加性，构建基于马尔科夫过程的视觉注意转移模型；基于视觉注意转移参量、速度变化与空间通视性三者之间的内在关联性，对比不同空间通视型隧道路段驾驶员视觉注意转移模式及驾驶行为（车速控制、车道变换、加减速）的差异性，进而揭示不同空间通视性隧道的风险模式特征及潜在风险的视觉发现模式。

隧道路段是道路系统中具有特殊运行环境的必要结构物，运行环境的变化极易增加驾驶员视觉感知负荷，可能诱发不良的驾驶行为，导致交通事故的发生。然而隧道路段驾驶员动态视觉的相关研究主要是基本眼动参数的分析，鲜见视觉聚焦和转移方面的研究。课题利用眼动仪等设备测试54个隧道真实运行环境下不同个体的眼动模式和表征参数，通过分析驾驶员的动态视觉特征，采用动态聚类分析的方法研究反映眼动三维时空特征的视觉注意聚焦分布规律。根据隧道路段驾驶员视觉认知过程，划分驾驶员注视区域及注视目标。基于驾驶员对隧道出口的识别几率，考虑驾驶员视线偏角、车辆加减速性能、洞口朝向等因素，建立隧道通视性各要素临界模型。通过分析驾驶员在隧道路段视觉注意转移的影响因素，运用马尔可夫链理论，构建驾驶员视觉在不同区域之间转换的一步转移概率矩阵和两步转移概率矩阵。以临界安全车速和车头时距为驾驶行为风险的量化指标，分析速度变化、视觉行为表征参数与空间通视性三者之间的内在关联性，揭示不同空间通视性隧道的风险模式特征。最后提出隧道路段驾驶风险评估的具体流程。结果表明：交通环境较复杂时驾驶员注视时间增加，注视次数减少。驾驶员在隧道路段主要关注车内仪表盘区域、左侧注视区域、主视区中央近处区域等7个注视区域。驾驶员视觉从任何区域转移到自身区域的概率较高，而转移到另一个区域的概率与视觉分布有关。研究成果可为隧道路段安全管理措施的制定提供依据。