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驾驶时的视觉注意：有经验的和新手驾驶人的注视顺序
GEOFFREY UNDERWOOD1, PETER CHAPMAN1,NEIL BROCKLEHURST1,JEAN UNDERWOOD2，and DAVID CRUNDALL
School of Psychology, University of Nottingham, Nottingham NG7 2RD, UK
Division of Psychology, Nottingham Trent University, Nottingham NG1 4BU, UK
关键词:视觉搜索；驾驶；技能和经验；眼球运动；
摘要：当新手和有经验的驾驶人沿着三种类型的道路(乡村、郊区和双车道)行驶时，眼睛注视被记录下来。对这些注视的内容进行了分析，以便识别扫描路径中的差异，这些差异可能与技能获取相关联，并且可以指示对道路类型的敏感性。这项分析逐项列出了每一次注视所观察到的视觉场景的一部分，并根据驾驶人先前所观察到的情况来确定驾驶人所观察到的内容。确定了眼球运动的单一注视、两次注视和三次注视模式。在三种类型的道路上，新手和有经验的驾驶人在注视顺序上有所不同，有经验的驾驶人总体上表现出更大的敏感度，新手的视觉注意也有一些刻板的转变。识别了许多单独的序列，包括道路预览模式(前方道路的近视图和远视图之间的交替注视)，以及涉及根据道路类型而变化的镜子检查的模式。
第1章 引言
相对于那些只有几年驾驶经验的人来说，年轻驾驶人有很高的事故责任。17-20岁的驾驶人中，每年有20%发生“自己的过错”事故，而31-40岁的驾驶人中，这一数字为4.5%(罗尔斯和英厄姆，1992年)。这表明，随着驾驶经验的积累，人们正在学习一些有助于驾驶人避免碰撞的东西，因此，人们关注的是识别与学习安全驾驶相关的因素。这种关注促使人们对最近合格的人和已经开车多年的人的态度和实际道路行为的差异进行调查(Underwood等人，1997年)。这些调查的最终目的是确定新手和经验丰富的驾驶人行为的差异，然后在驾驶人培训计划中引入一个有助于加快与经验丰富的驾驶人行为相关的技能学习的内容。这项对新手和有经验的驾驶人的道路行为的研究的一个焦点是记录他们在遇到不同类型的道路时的目光注视(Crundall和Underwood，1998年)，以及当他们在具有不同需求的多车道公路上进行换道操作时的目光注视(Underwood等人，2002年a)。发现了与莱斯特那和米勒(1994)对加利福尼亚道路交通事故的研究一致的差异，在该研究中，年轻驾驶人最常见的促成因素是注意力不集中。莱斯特那和米勒分析的警方报告中，视觉注意力的分配被描述为一个主要因素，未能向前搜索，也未能避免分心是新手驾驶人的典型问题。Chapman等人(2002年)制定的驾驶人培训计划考虑到了在获得驾驶经验时视觉注意力分配的这种变化，并强调视觉扫描和对潜在危险的搜索。
驾驶人可能无法最佳地分配注意力，原因可能有两大类，一类是内源性的，另一类是外源性的。驾驶人对当前道路和交通状况的了解，包括对危险等重要信息来源的认识，将促使注意力的内源性转移，并可能预测即将出现的问题。高工作负荷时认知资源的减少会对驾驶人对紧急问题的预期以及他们使用知识来避免危险产生不利影响。缺乏经验会加剧驾驶注意力问题的这些假设性原因。视野中的突然变化，例如另一个道路使用者移动到视野中，或者现有的道路使用者将方向改变到交叉轨迹，将会引起注意力的外生转移。本论文着重于与驾驶经验相关的内在变化，尽管先前的工作已经解决了驾驶人对当前检查的现场部分以外的突然变化的认识(Crundall等人，1999，2002)。为了研究内源性注意力转移的差异，本作者的研究采用的方法是观察新手和经验丰富的驾驶人的精细行为，并识别随着驾驶人获得经验而变化的视觉注意力的具体成分。在这里报道的研究中，眼睛注视被监测，以回答驾驶人下一步看哪里的问题，因为知道他们最后看哪里。这提供了年轻驾驶人在驾驶时所看到的东西的描述，同时也识别了他们经常进行的扫描路径。这项研究寻找新手和有经验的驾驶人使用的扫描路径，并将其与任务相关联，这在对驾驶人有不同要求的道路上是显而易见的。
Crundall和Underwood (1998年)在一项对新手群体(通过驾驶考试后几周内观察到的)和有经验的驾驶人群体(考试成功后平均八年)的眼球运动的探索性研究中，发现了道路驾驶过程中的一些指示性差异。一条固定的测试路线包括三个主要感兴趣的路段:一条简单的乡村道路，没有交叉路口或急转弯，具有良好的远距离能见度，交通便利；第二，拥挤的郊区道路，包括许多不同类型的交叉路口、人行横道和其他障碍物，如停车场和公共汽车站；最后，一段双向车道，有进出左右两侧的支路。在两组驾驶人的眼球运动中发现了许多差异，其中最显著的是沿水平轴注视的差异。仅在双车道上，经验丰富的驾驶人水平差异较大，这表明这些驾驶人在这些道路上比新手驾驶人更能改变他们的注视方向。与新手不同的是，他们在道路上搜寻，可能是为了响应在准备换车道时确定其他车道上是否有车辆存在的需要，以及为了识别与从支路中合并车辆相关的任何发展中的危险。固定持续时间的分析也很有意思，有经验的驾驶人在危险很少的农村道路上表现出长时间的固定，新手驾驶人在有多种危险的双车道上有长时间的固定。在双行道上，新手倾向于长时间注视正前方的受限区域，长时间注视道路本身或前方车辆。
这一结果促使了两项旨在检验假设的研究，即新手在艰难的驾驶条件下没有环顾四周，因为他们没有意识到双车道上存在的危险。或者，他们可能已经认知超载，因此无法寻找潜在的困难，如交织车辆。在第一项研究中，取消了控制车辆的必要性(Underwood等人，2002年b)，向新手和有经验的驾驶人展示了在与Crundall和Underwood (1998年)研究相同的道路上行驶的汽车中从驾驶人位置拍摄的视频记录。如果新手意识到双车道上的危险，那么当他们坐在实验室里观看驾驶录像时，他们的眼睛注视应该类似于有经验的驾驶人。与其他道路类型相比，在观看双车道的记录时发现了更多的注视和更大的注视差异，但是在本实验中新手和有经验的驾驶人之间几乎没有差异。在要求非常高的双车道路段上，新手比有经验的驾驶人扫描得少。这表明，当车辆控制的认知负荷被移除时，新手驾驶人像有经验的驾驶人一样环顾四周，除非驾驶场景特别复杂。这支持了这样的建议，新手检查道路的程度低于有经验的驾驶人，因为他们有一个不完整的心智模型，特别是在要求苛刻的道路上的事件动态。
驾驶人的心理模型可以比作“情境意识”的概念(亚当斯等人，1995年，恩德斯利，1995年)，通过这种概念，驾驶人可以动态记录自己的车辆以及附近其他车辆的位置、速度和航向。当前形势的这一模式为决策提供了依据-针对导航限制和相对于其他车辆的操纵需要所引起的方向变化进行处理。Gugerty (1997)进一步调查了驾驶人的情境意识，发现他们对其他车辆的知识很大程度上是显性的，对隐性知识的贡献很小。例如，当注意力集中在一辆正在改变我们自己方向的汽车上，当第二辆汽车出现但没有受到仔细检查时，隐含的过程将被期望参与任务的控制。如果我们的操纵考虑到了第二辆车的路径，而我们的注意力仍然集中在引起这种操纵的那辆车上，那么我们对第二辆车的感知可以说是隐含的。驾驶时使用隐性知识的第二个例子出现在“时间间隙”(Chapman等人，1999年)，此时驾驶人对过去几分钟的事件没有清晰的意识记忆，似乎在驾驶时没有充分意识到驾驶环境。gugerty(1997)对驾驶人空间信息知识的研究使用了直接回忆和间接表现测量来证明隐性知识对行为几乎没有影响。驾驶人的心理模型或情境意识是由口头报告很容易获得的知识构成的。
情境意识假设的第二个测试是在以前没有研究过的双车道的三个路段上进行的，新手和有经验的驾驶人被赋予了换车道的任务(Underwood等人，2002a)。这三段路要求驾驶人进入附近的一条空的过滤车道，或者越位的一条空车道，或者越位的一条现有交通车道。记录两组驾驶人在协商车道变更时参考内外后视镜的程度。关于越位车道上存在竞争交通的现有交通的最合适的信息来源是外部车门后视镜，因此，与更有经验的驾驶人相比，没有意识到双车道复杂性的驾驶人会减少检查。事实上，新手驾驶人在所有三个路段都比有经验的驾驶人更少看车外后视镜，但是在双车道上，和有经验的驾驶人一样，他们确实增加了使用车外后视镜的程度。这一结果表明两组驾驶人在技能上存在较低水平的差异，而不是在情境意识上的差异。新手驾驶人对内镜使用的依赖可能是他们最近完成的训练实践的结果，由此，对内镜的夸大检查通常被认为是说服驾驶考官已经咨询过镜子所必需的。
当控制车辆的要求被消除时，结果表明新手通常以与有经验的驾驶人相似的方式观察道路周围，并且他们的后视镜检查也显示出对任务要求的一些意识。虽然对世界上眼睛运动所指向的区域的初步分析可能有相当大的价值，但它对不同物体的注视顺序并不敏感。有人提出，某些固定模式与特定的认知过程有关。例如，诺顿amp;斯塔克(1971a，b)提出，在最初观察物体时，特定的注视序列是编码和后来识别模式的特征。刘(1998)将世界认知模型积极控制特定扫描路径的观点(如斯塔克amp;埃利斯，1981)扩展到驾驶领域。本研究使用刘的方法来进一步研究新手和有经验的驾驶人在视觉搜索方面的差异。该研究采用了刘描述的程序，通过该程序眼睛固定序列是针对特定情况而确定的。刘试图识别与驾驶人特定意图相关的注视顺序，例如超车和右转。在这些研究中，确定了两条扫描路径，一条涉及前方道路的预览，然后将固定点直接返回车辆前方的道路，另一条涉及可能与车辆在模拟道路内的定位相关的横向过渡。在目前的研究中，关注的是识别不同经验的驾驶人在施加不同要求的道路上使用的扫描路径。本研究和刘的研究之间的另一个主要区别是，本研究在交通状况不可预测的真实道路上使用自然驾驶，而刘使用驾驶模拟器的更简单和可控的环境。模拟器的结果可能反映了显示和交通行为的人为性质，因此研究的目的之一是试图确认刘先生在自然条件下对扫描路径的识别。本研究利用从真实道路上观察到的驾驶人样本中采集的记录样本的平均值的优势，来识别自然情况下的一般搜索模式。驾驶中的视觉搜索容易受到视频显示分辨率的影响，因此可以推测，在模拟器研究中也是如此(休斯和科尔，1986；Staplin 1995)。卡特和赖雅(1998)已经报道了模拟器上的驾驶人和测试跑道上的相同驾驶人的固定模式之间的一些差异，并且出现了这样的问题:当驾驶人使用自然道路时，模拟器研究是否可以用来提供对他们的行为的可靠估计，这些自然道路在设计和固定道路特征的偶然出现以及其他道路使用者的行为方面具有所有固有的变化。这项研究的主要目的是确定不同经历的驾驶人的注视顺序，回答他们不同的事故责任是否不仅与他们的注意力分布有关，而且与他们的注意力主题有关。
第2章 方法
2.1参与者
这项研究使用了克鲁德尔和安德伍德(1998)描述的相同的32名驾驶人。样本包括16名新手驾驶人(平均年龄19:9岁，平均经验0:2年)和16名经验丰富的驾驶人(平均年龄27:7岁，平均经验9:0年)。新驾驶人是在驾驶标准局的帮助下招募的，他们的联系信息是在成功驾驶考试时收集的，而有经验的驾驶人是通过当地报纸上的广告招募的。当地道德委员会批准了该项目，并为所有驾驶人提供了全面的汽车和个人事故保险。因此，参与者不对任何车辆损坏或第三方责任负责，但他们有义务在法律约束下驾驶，并且任务不要求他们违反任何交通规则。所有驾驶人都因参加而获得报酬。
2.2仪器
在使用农村、郊区和双车道路段进行了长达20分钟的熟悉驾驶后，驾驶人安装了头戴式NAC EyeMark眼球跟踪器，然后通过由相同三种道路类型组成的新路线。眼标的输出存储在NTSC视频。所有的驾驶人都使用了在克鲁德尔和安德伍德(1998)研究中使用的同一辆福特护卫轿车。
2.3程序
驾驶人在三种类型的道路上生成眼睛注视数据，并且从每个驾驶人的记录中提取一分钟的片段，以对应于克鲁德尔和安德伍德(1998年)使用的同一路段。在将视觉场景分成11个不重叠的感兴趣区域之后，对视频记录进行逐帧分析:前方附近的道路；靠近右侧的道路；靠近左侧的道路；前方道路；道路中间右侧；道路中间左侧；前方的路；道路最右边；道路最左边；镜子；其他(包括仪表板仪表、车内其他物体以及道路物体，如路标、其他车辆和行人)。刘对近、中和远距离的定义(领先1秒；前方1-2秒；超过2秒)用于分析。由于这项研究是在英国进行的，在下面的描述中，“左”指的是相对于汽车的左边，“右”指的是右边。
第3章 结果
眼标眼跟踪器的输出包括每个驾驶人观看的场景的视频记录，以及场景上指示当前注视位置的标记。这些记录是逐帧分析的主题，以确定驾驶人注意的主题。记录的一分钟片段被转录成一系列对应于注视位置的代码，以确定在每条道路上驾驶人场景中注视物体的频率。表1显示了采样期间场景11个特定区域中每一个区域内的平均注视次数。
表1中总结的检查数据被输入到混合设计方差分析中，该方差分析有三个因素:驾驶经验(新手和经验丰富的驾驶人)、检查区域(11个可能的固定位置)和道路类型(双车道、农村和郊区道路)。有经验的驾驶人与新手没有区别(f1)，也没有因道路类型而不同(f1)。在检查区域有一个可靠的变化(F (10，300) = 37.7，p lt; 0.001)，唯一可靠的交互包括在三条不同的道路上检查场景的不同部分(F (20，600) = 3.18，p lt; 0.001)。
表1在每个驾驶人取样的一分钟内，3条道路上11个非重叠区域中每一个的平均注视次数
通过舍费尔比较分析了检验区的主要影响。这里仅提及plt; 0.05或更高时可靠的比较。远在前方的道路比任何其他区域都受到更多的关注。一组四个区域彼此没有区别:靠近左侧的道路(RNF)、靠近右侧的道路(RNR)、镜子(男)和其他物体(女)。这四个区域比其他区域受到较少的注视。第二组区域彼此没有区别:前方
资料编号：[4113]
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