视觉搜索驾驶: 在检查现场的技能和意识外文翻译资料

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Transportation Research Part F 5 (2002) 87–97

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视觉搜索驾驶: 在检查现场的技能和意识

Geoffrey Underwood ^*, Peter Chapman, Karen Bowden, David Crundall

School of Psychology, University of Nottingham, Nottingham NG7 2RD, UK

Received 7 February 2002; received in revised form 19 March 2002; accepted 20 March 2002

摘要

相对于在有经验的驾驶员中观察到的扫描，新手驾驶员倾向于限制他们在双车道上的道路搜索. 本研究确定了这种差异的原因，是否在于在车辆控制保持之后，新手限制了剩余的心理能力, 又或者是在于在双车道上发生守望事件的一种可能的贫乏心理模型造成的。新手驾驶员和经验丰富的司机观看从沿着各种道路（包括双车道）行驶的一辆汽车上拍摄的录像, 并记录当他们遵循表明危险事件的指示时，他们眼睛的运动来确定扫描模式，因为它们遵循指示危险事件的指示. 有经验的驾驶员在这项任务中对双车道的要求部分展示了更广泛的扫描. 结果支持了这样的假设：新手进行道路扫描是有限制的，这不是由于他们在车辆控制任务下具有有限的心理资源剩余,而是由于他们有一个可能发生在双车道的贫乏心理模型。 2002 Elsevier Science Ltd. 2002 爱思唯尔科学有限公司 。All rights reserved.版权所有

关键词: 视觉搜索; 眼球运动; 注意力; 驾驶员训练; 能力提升; 心理模型。

1. Introduction引言

当新合格的驾驶员遇到不同驾驶条件的时候，他们对道路的搜索变得刻板和僵硬. 他们对潜在危险的环境检查在危险更可能发生的时候变得不足。当他们的认知负荷由于多种危险的出现而增加时，新手司机往往在他们前面的路上看起来不灵活。Crundall和Under-wood（1998）曾报道一种情况，对于新手在双车道上行驶时，在高速公路交点和合并线的交通状况下，道路搜索结果是在两个车道和三个车道之间变化的，比起来相对安静的农村道路，新手司机在这种道路上没有什么不同，也是沿着水平子午线搜索。 Falkmer和Gregersen（2001）最近报告了类似的结果，发现学习者驾驶员在扫描需求高的城市路线上比在不太需要扫描的农村公路上更少地扫描道路.我们的目的是试图理解这个矛盾的结果，即相对不熟练的驾驶员在最可能发生危险的道路上限制他们自己对危险的扫描。

为什么新手驾驶员不能扫描危险，如其当他车辆与道路上的相交轨迹合并时，最可能给他们带来危险？这里需要考虑的解释表明，（i）新手需要看看路标，以便操纵车辆，因此不能在路标周围看到危险; （ii）新手不能为这些道路上的视觉搜索分配足够的认知资源;以及（iii）对这些道路上存在的危险，新手司机没有足够的心理模型，并且选择不对他们四下观望。这些假说当然不是独立的，Brown和Groeger（1988）指出了危险检测的经验和技能之间的关系。随着我们变得可以更加熟练地处理车辆，通过子任务的自动化（Underwood＆Everatt，1996），认知资源被释放并且可以分配给其他任务，例如一般监视。当我们不再需要专注于变速杆的位置和离合器踏板下压的协调序列，并且当换档时释放，那么我们可以考虑我们周围的交通状况，而显然没有考虑它（参见Groeger ＆Clegg（1997）对于齿轮变化的自动化的另一种观点）。增加的技能与获取关于我们周围事件信息能力的增加相关联。在我们通过实践提升我们车辆操纵技能的同时，我们获得了交通事故的经验，包括事故，近乎于事故和提升我们状况意识的交通危险联结。当我们下次遇到类似的情况时，我们对潜在危险的意识有提高，并且将比以前更广泛地扫描场景。

这三个假设强调（i）转向控制限制; （ii）车辆控制限制;和（iii）驾驶员的状况意识或心理模型。前两个假设是密切相关的，转向控制是车辆控制要求的特殊情况。 Mourant和Rockwell（1972）和Summala，Nieminen和Punto（1996）证明，与经验丰富的驾驶员相比，新手倾向于观察靠近车辆的道路，这表明他们还没有学会在转向时使用周边视觉。如果他们必须观察紧靠车辆的道路标记，则他们将只有有限的范围以查看道路中的其他物体。这与我们的第二个假设不是很一样，第二个假设认为中央认知资源被束缚在车辆控制的所有方面，包括齿轮变化和转向，所以新手司机没有资源可用于扫描的道路场景，并获得新的有关潜在危险的信息。对于有经验的司机，我们知道改变驾驶任务的需求会导致他们获取信息的变化。 Recarte和Nunes（2000）和Robinson，Erickson，Thurston和Clark（1972）发现，随着驾驶的精神负荷增加，镜面检查减少。镜面检查是确定驾驶认知负荷的有用措施，因为除了车辆变道之外，它不是车辆控制的必要部分，不像速度和车辆定位控制是必需的。 Underwood，Crundall和Chapman（2002）已经公布，镜面检查也随着驾驶经验的变化而变化，对经验丰富的驾驶员来说，镜子的使用具有更丰富的选择性，Schweigert和Bubb（2001）也报告，随着驾驶需求的增加，对镜子和其他非必要物体的固定更少。随着次要任务的需求增加，司机通过减少扫视他们镜子的频率，并且通过增加到前方车辆的距离来补偿（参见Recarte＆Nunes，2000）。 这个证据与以下观点一致：当驾驶需求增加时，经验丰富的驾驶员可以重新分配他们的认知资源并修改他们对可用场景的检查。 Crundall，Underwood和Chapman（1999）提出了支持驾驶员以经验扩大有效感知领域的这一假设。

第三个假设解释了有经验的驾驶员增加的搜索模式是作为他们以前道路遭遇的产物。当他们与其他车辆交互并观察道路使用者的行为时，他们会累积在不同类型的道路上发生事件的心理目录，以及它们发生的可能性。Van Elslande和Faucher-Alberton（1997）将驾驶中的这些特定情况的预期比作Schank和Abelson（1977）中的“脚本”，它们可以在对于自身是新的环境中帮助指导我们，但是这与以前我们遭遇的情况很类似，因此可以归纳出我们的行为。相比之下，新手具有一个贫乏的目录，其主要是以前新手还是非驾驶道路使用者时建立的。因此，Crundall和Underwood（1998）报告中指出，新手扫描双车道的程度低于经验丰富的司机时，他们的行为是这样的，因为他们不知道与特定道路类型相关的特殊危险，他们可能没有与这种道路有足够的接触，来建立其他车辆可能行为的心理模型，并且没有认识到交织在一起的交通车道的需求。

本研究寻求新的证据来帮助区分这些假设。新手和经验丰富的驾驶员以前曾以不同的方式检查了不同类型的道路，但这可能是由于车辆控制所需的资源，或是由于驾驶遭遇的心理模型的不同。我们通过消除控制车辆的需要在假设之间进行测试。司机坐在实验室，观看一辆汽车沿着五条不同道路的行驶录像，其中包括Crundall和Underwood（1998）用来证明有经验和缺乏经验的司机之间扫描差异的道路。如果新手有限制搜索，因为他们的资源被分配给车辆控制，那么消除这个任务应该导致在实验室中观察到的视觉搜索模式，应相当于经验丰富的司机。然而，如果他们的搜索模式是由在不告知他们与双车道相关的特定危险这个条件下的心理模型导致的，那么他们应该在观看这些情况的视频记录的同时，继续限制他们的搜索范围。为了进一步研究新手的心理模型，我们比较了新手和有经验的驾驶员最常固定的物体，我们还要求驾驶员估计他们观察可用于查看的物体的频率。如果心理模型假设是正确的，那么新手应当在预测作为经验丰富的驾驶员注意对象的物体时有困难，因为他们还没有提升可能发生的道路事件的预期。

2. Method方法

2.1. Participants参与人员

16名新手驾驶员和16名经验丰富的司机因参与本研究而获得报酬。 在英国驾驶标准局的帮助下，新手司机是在他们刚通过驾驶考试后招募的，平均年龄为21.4岁，在参与研究的时候，他们的平均驾驶经验为0.08年。 经验丰富的司机通过本地广告招募，他们的平均年龄为22.6岁，平均驾驶经验为4.59年。 所有驾驶员都有正常或矫正到正常的视力。

2.2. Materials and apparatus材料和仪器

从移动的汽车上拍摄五个视频记录，其中相机安装在内部驱动镜附近，从而从靠近驾驶员位置的视角提供视图的运动图像。记录是从Crundall和Underwood（1998）中的农村，郊区和双车道公路上同一条路线由参与者驾驶拍摄的。每次记录持续45秒，并基于每条道路上行驶条件的特征进行选择。

农村道路记录的剪辑显示了一次沿着双线道路的驾驶，在每条道路上交通不繁忙，道路两边都有树木和开阔的视野。郊区记录的剪辑展示了一次经过房屋和商店建成区域的驾驶，区域内停放的汽车，其他车辆和行人，都清晰可见。这三个记录都是在不同需求的条件下在双车道上捕捉到的驾驶记录。在双车道的第一部分，有四个可见的其他车辆以与相机相同的方向行驶，并且没有车辆改变车道。这条记录描述了双车道上要求不严格的部分。在第二部分的记录中，在道路的不同部分，可以看见车辆从一条支路进入主要行车道，其他一些车辆则是通过一条靠近路边的行车道从主要车道出来，而其余车辆则在双车道的两个主要车道的之间切换。这条记录描绘了双车道要求严格的的部分。第三部分的记录显示了不同双车道的要求严格的部分，记录中的道路驾驶再次具有广泛的道路交织，道路并线以及退出交通。

视频记录会在距离参与者65cm的电视监视器上显示，投影出水平对着42L且垂直对着31L的图像。使用NAC EyeMark VII头戴式眼动仪记录眼球运动。参与者直接坐在电视显示器前，并持有一个假的似乎是附在电脑背面的响应按钮盒。

我们准备了两份调查问卷，目的是确定经验丰富的司机认为他们一直在看什么，以及新手认为经验丰富的司机会一直在看什么。 调查问卷分为四个部分，涉及不同的道路类型：农村，郊区，要求不严格的双车道和要求严格的双车道。 对于这些道路类型中的每一个，问卷列出了在视频记录中可见对象的类别。 问卷上的说明要求参与者在每个类别的对象旁边输入一个百分比，以指明他们认为经验丰富的司机看到这些对象所需的时间量。为每条道路标识的对象列出了可以检查的所有对象，如下所示：

农村道路：车道标线和道路边缘; 道路风景; 前方尽可能远看到的路; 前方汽车; 直接在车辆前方以及附近的道路; 迎面而来的交通参与者。

郊区公路：前方尽可能远看到的路; 直接在车辆前方以及附近的道路; 迎面而来的交通 参与者; 路面；停下的汽车; 商店和房屋; 行人; 侧道; 路缘；车道标记和环岛。

要求不严格的双车道：直接在车辆的前方以及附近的道路; 迎面而来的交通参与者;路标; 道路障碍和车道标线; 滑道; 在相邻车道的车辆; 直接前行的直达车辆; 边缘和风景; 前方尽可能远看到的道路。

要求严格的双车道：直接在车辆前方以及附近的道路; 迎面而来的交通参与者；路标; 道路障碍和车道标线; 滑道; 在相邻车道的车辆; 直接前行的直达车辆; 边缘和风景;前方尽可能远看到的道路； 车辆换道。

2.3. Procedure过程

所有参与者都配备了眼动仪，并且使用电视监视器上的标记对设备进行校准。此外，在五个视频记录的每一个显示之间的间隔期间根据需要重新进行校准。

参与者被指示他们应该观看记录，好像他们是汽车的司机，尽可能快地识别需要驾驶员注意的事情。当这种事件发生时，他们被指示按下响应按钮。 按照上述顺序，即农村，郊区，要求不严格的双车道，要求严格的双车道（1）和要求严格的双车道（2）显示视频记录给他们。 这是Crundall和Underwood（1998）研究中参与者遭遇道路的顺序。

在观看五个视频记录之后，每个参与者都被呈现问卷，其中列出了在每个记录中可能已被检查的项目。 虽然有两个要求严格的双车道的记录，但由于类似的对象是可见的，所以这两个录音被分类在一起。 参与者被要求提供关于有经验的驾驶员在观看记录时看到这些物体的时间百分比的意见。

3. Result结果

在参与者观察五个记录中的每一个时，对每个参与者采取眼睛固定措施。所采取的三个措施是平均固定持续时间，沿水平面的搜索方差和沿垂直平面的搜索方差。这些措施在表1中列出。

3.1. Fixation durations固定持续时间

每当来自NAC数据处理单元的三个连续数据样本彼此在两度以内时，固定被认为发生（与Crundall＆Underwood，1998一致）。这给出了100ms的最小固定持续时间，并且使追赶跟踪被认为是固定。

表1中总结的固定持续时间被提交给一个双因素（道路类型和驾驶员经验）混合模型进行方差分析，分析揭示道路类型有主要影响（），以及驾驶员经验没有影响（），并且这两个因素之间没有相互作用（）。道路类型的影响被进一步检查与Scheffe成对进行比较，显着性水平。与所有其他道路相比，参与者在观看乡村道路时进行了更长时间的固定，并且与两个要求严格的双车道和郊区道路相比，在要求不严格的双车道上进行了更长时间的固定。

表1 平均固定持续时

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