高速公路超车后驾驶员并回原道阶段的视觉搜索策略

常若松， 李晓晨， 杨思佳， 马锦飞

(辽宁师范大学 心理学院，辽宁 大连 116029)

一、研究背景

随着我国居民生活水平的提高，汽车已成为日常生活中必不可少的交通工具。统计数据显示，截至2017年年底，全国机动车保有量达3.1亿辆(1)中华人民共和国公安部.2017年全国机动车和驾驶人保持高位增长[EB/OL].[2019-06-05].http:∥www.mps.gov.cn/n2254098/n4904352/c5976651/content.html.。与此相伴，交通事故率也居高不下。据统计，超车引发的交通事故约占公路事故总数的20%，其中人为因素造成的事故占70%以上(2)王明亮，郑建立.基于模糊神经网络的智能超车系统安全性预测的研究[J].信息安全，2007，23 (3):59.。Bar-Gera等人研究表明，尽管超车事故频发，但多数驾驶员都偏爱超车(3)BAR-GERA H,SHINAR D. The tendency of drivers to pass other vehicles[J]. Transportation research part f traffic psychology & behaviour,2005,8(6):429.。当前车以相似或略低于自身车速行驶时，几乎所有驾驶员都会选择超车；当前车以略高于自身车速行驶时，约67%的驾驶员会选择超车；令人惊讶的是，当前车以超过自身平均速度(即前车不会影响自身速度)行驶时，仍有50%的驾驶员选择超车。由此可见，对驾驶员超车行为的研究，是交通心理学研究的一个复杂而重要的课题。

视觉是驾驶员在超车过程中获得交通信息的主要途径，视觉搜索是驾驶员获取外界信息进而进行加工的认知过程(4)任延涛,韩玉昌,隋雪.视觉搜索过程中的眼跳及其机制[J].心理科学进展,2006,14(3):340.。从眼动的角度上讲，视觉搜索是通过一系列的扫视与注视以获取外界信息，从而完成信息加工；即行驶过程中，驾驶员通过扫视来判断交通环境中是否有需要进行加工的目标物，通过注视获得有关路况、交通信息、速度等有关信息(5)钟欣. 基于驾驶人动态视觉特性的山区典型道路驾驶熟练度模型研究[D].重庆：重庆交通大学,2017.。驾驶员在进行视觉搜索的过程中所使用的方法就是视觉搜索策略。在驾驶过程中，有效的视觉搜索模式与策略是驾驶员搜索与识别潜在道路危险的先决条件(6)孙龙,常若松,高远,等.驾驶员视觉注意对危险识别的影响及作用机制[J].心理科学进展,2014,22(11):1733.，而超车又是驾驶过程中不可避免的较危险的行为，因此，对于超车过程中视觉搜索策略的研究是很有必要的。李鹏辉等人在驾驶模拟器内植入高速公路超车静态和动态场景，招募30名驾驶员完成超车过程(7)李鹏辉,张文会,胡孟夏,等.高速公路驾驶人超车过程中的扫视行为[J].吉林大学学报(工学版),2016,46(1):119.。结果表明：超车过程中，目标车辆的速度不影响驾驶员的扫视频率，但对扫视时间、扫视角度和扫视角速度产生正相关影响。与目标车辆为小型车相比，同一速度水平下，超越大型车时驾驶员的扫视时间较长、扫视角度较大、扫视频率较低、扫视角速度较小；驾驶员在原车道和超车道之间的视觉转移概率最高，原车道和超车道是超车过程中驾驶员最为关注的区域。

在这些研究中，研究者对驾驶行为的研究都比较粗略，并没有考虑驾驶员在动态交通环境中注意分配特性的变化。事实上，超车是一个复杂的过程，分为三个阶段，即超车准备阶段、超车实施阶段、超车完成阶段。而超车实施阶段又可以分为换道、超越、并道三部分(8)SATISH C，SHALINEE S.Overtaking behavior on divided highways under mixed traffic conditions[J].Social and behavioral sciences，2012，43:313.。张文会等人的研究表明，超车的不同阶段，存在的风险是不相同的(9)张文会,马俊,塔建.双车道公路超车危险因素辨识[J].森林工程,2017,33(3):90.。驾驶员超车的准备阶段，所面临的主要危险来自自身车道与超车车道的路况，他们需要判断一个安全距离进行换道；超越前车的过程中，驾驶员开始加速行驶，主要关注自己是否可以并回原车道，而忽视所在车道的路况；并回原道阶段与超出的过程基本相似，主要危险还是来自自身车道与超车车道的路况。因此，这可能意味着在超车的不同阶段，驾驶员视觉搜索策略也可能不同。

本研究将对男性经验驾驶员在单调高速公路超车实施过程中并回原道阶段的视觉搜索策略进行研究，以期总结相关规律，为新手驾驶员培训提供指导。

二、研究方法

(一)被试

在大连市随机选取32名被试，均为男性，裸眼视力或矫正视力正常，色觉正常，平均年龄为40.70岁(年龄范围：24～48岁)。被试的平均驾龄为15.84年(驾龄范围：6～24年)，驾驶里程均超过了10万km。所有被试均自愿参加，完成后付给一定报酬。由于5名被试的眼动数据缺失，最终剩余27名有效被试的数据。

(二)实验材料和仪器

本实验使用宣爱小型驾驶模拟器，型号为QJ-3A1，包括一个视觉交互系统、一个模拟驾驶舱，以及电子控制系统、自定义软件、配件装置和表面装饰部分。由该模拟器呈现单调跟车场景：晴朗、白天的高速公路。驾驶员的任务是跟随前方固定车辆行驶，前方车辆遇到障碍会超越，于是驾驶员也会跟随其超车。

采用Tobii Glasses 2便携式眼动仪追踪被试的眼动轨迹，采样率50 Hz，数据处理软件为Tobii-pro，使用Tobii-pro划分兴趣区，对眼动数据进行处理。

本实验所用的统计分析工具是SPSS.20.0,具体的分析方法是重复测量分析。

(三)实验设计

本实验采用单因素实验设计，自变量为驾驶员的关注区域，共选取三个兴趣区(右后视镜、后视镜、前车区域)。每个兴趣区长为5 cm，宽为3 cm，持续时间从驾驶员开始并回原道的前2 s到驾驶员并回原道结束后2 s。

因变量为驾驶员驾驶时注视点相关指标：

首次进入时间:被试用了多长时间第一次注视到某个兴趣区。

首次进入持续时间:被试在某个兴趣区的第一个注视点的持续时间。

总搜索时间:对被试在某个兴趣区搜索的持续时间之和的统计。搜索时间是指从首个注视点出现在兴趣区中到下一个注视点移出兴趣区的这段时间片段。

平均搜索时间: 总搜索时间与搜索次数的比值。

搜索次数:对被试在某个兴趣区搜索次数的统计。

总注视时间:对被试在某个兴趣区中的所有注视点的持续时间之和的统计。

平均注视时间:总注视时间与注视点的个数的比值。

注视点的个数:对被试在某个兴趣区的注视点个数的统计。

(四)实验程序

(1)让被试填写个人信息表，要求被试填写其姓名、年龄、驾龄等个人信息及当日的驾驶情况。

(2)向被试宣读指导语：“尊敬的驾驶员，您好！感谢您来参加我们的眼动实验。本实验驾驶任务是跟随前方蓝色车(蓝车会遇到障碍而超越)，限速120 km/h以内，正常驾驶。驾驶时不要违反交通规则(如压线)，更不要剐蹭护栏与其他车辆，否则将会导致熄火，需重新启动，每次重新启动我们都要增加相应的时间。”

(3)让被试熟悉模拟器，尝试驾驶5 min的驾驶练习。

(4)正式开始实验，为被试戴上眼动仪，持续60 min。

三、数据分析及实验结果

研究发现，63%的驾驶员没有观察后视镜，37%的驾驶员观察了后视镜，所有驾驶员均观察了前车区域与右后视镜。以此为依据，将27名被试分为两组，分别分析其数据：不看后视镜组被试17人，并回原道阶段只观察过前车区域和右后视镜；看后视镜组被试10人，并回原道阶段三个兴趣区全部观察过。不同兴趣区注视点相关指标的平均数及标准差见表1。

表1 不同兴趣区注视点相关指标的平均数(M)及标准差(SD)

(一)并回原道阶段不看后视镜组驾驶员的搜索策略

1.被试注视点首次进入兴趣区的时间比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(1,15)=11.813，p<0.05，η2=0.425。事后比较结果显示，被试注视点首次进入前车区域，其次是右后视镜。

2.被试注视点首次进入兴趣区的持续时间比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(1,15)=6.584，p<0.05，η2=0.290。事后比较结果显示，被试注视点首次进入前车区域的持续时间最长，其次是右后视镜。

3.被试对兴趣区的总搜索时间比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(1,15)=44.674，p<0.05，η2=0.736。事后比较结果显示，被试对前车区域的总搜索时间最长，其次是右后视镜。

4.被试对兴趣区的平均搜索时间比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(1,15)=22.377，p<0.001，η2=0.583。事后比较结果显示，被试对前车区域的平均搜索时间最长，其次是右后视镜。

5.被试对兴趣区的搜索次数比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(1,15)=10.716，p<0.05，η2=0.401。事后比较结果显示，被试对前车区域的搜索次数最多，其次是右后视镜。

6.被试对兴趣区的总注视时间比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(1,15)=41.603，p<0.001，η2=0.722。事后比较结果显示，被试对前车区域的总注视时间最长，其次是右后视镜。

7.被试对兴趣区的平均注视时间比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(1,15)=12.975，p<0.05，η2=0.448。事后比较结果显示，被试对前车区域的平均注视时间最长，其次是右后视镜。

8.被试对兴趣区注视点的个数比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(1,15)=28.702，p<0.001，η2=0.642。事后比较结果显示，被试对前车区域的注视点个数最多，其次是右后视镜。

(二)并回原道阶段看后视镜组驾驶员的搜索策略

1.被试注视点首次进入兴趣区的时间比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(2,6)=43.465，p<0.001，η2=0.828。事后成对比较结果显示，被试注视点首次进入前车区域，其次是右后视镜，最后是后视镜。

2.被试注视点首次进入兴趣区的持续时间比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(2,6)=9.493，p<0.05，η2=0.513。事后成对比较结果显示，被试注视点首次进入前车区域的持续时间与首次进入右后视镜和后视镜的持续时间差异显著(p<0.05)，被试首次进入右后视镜和后视镜的持续时间差异不显著。

3.被试对兴趣区的总搜索时间比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(2,6)=73.571，p<0.001，η2=0.897。事后成对比较结果显示，被试对前车区域的总搜索时间与对右后视镜和后视镜的总搜索时间差异显著(p<0.05)，被试对右后视镜和后视镜的总搜索时间差异不显著。

4.被试对兴趣区的平均搜索时间比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(2,6)=38.807，p<0.001，η2=0.812。事后成对比较结果显示，被试对前车区域的平均搜索时间最长，其次是后视镜，最短的是右后视镜。

5.被试对兴趣区的搜索次数比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(2,6)=26.995，p<0.001，η2=0.750。事后成对比较结果显示，被试对前车区域的搜索次数与对右后视镜和后视镜的搜索次数差异显著(p<0.05)，被试对右后视镜和后视镜的搜索次数差异不显著。

6.被试对兴趣区的总注视时间比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(2,6)=109.497，p<0.001，η2=0.924。事后成对比较结果显示，被试对前车区域的总注视时间与对右后视镜和后视镜的总注视时间差异显著(p<0.05)，被试对右后视镜和后视镜的总注视时间差异不显著。

7.被试对兴趣区的平均注视时间比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(2,6)=26.246，p<0.001，η2=0.745。事后成对比较结果显示，被试对前车区域的平均注视时间与对右后视镜和后视镜的平均注视时间差异显著(p<0.05)，被试对右后视镜和后视镜的平均注视时间差异边缘显著。

8.被试对兴趣区注视点的个数比较

重复测量方差分析结果显示，不同兴趣区的主效应显著，F(2,6)=49.248，p<0.001，η2=0.845。事后成对比较结果显示，被试对前车区域的注视点个数与对右后视镜和后视镜的注视点个数差异显著(p<0.05)，被试对右后视镜和后视镜的注视点个数差异不显著。

四、讨 论

(一)并回原道阶段大部分驾驶员不看后视镜

在超车实施过程中并回原道阶段，63%的驾驶员没有观察后视镜，而是通过观察前车区域与右后视镜对当前道路情况进行判断，37%的驾驶员对三个兴趣区都进行过观察。通过对看后视镜组驾驶员在不同兴趣区的平均搜索时间和平均注视时间的事后比较发现，看后视镜的平均搜索时间和平均注视时间都长于看右后视镜的平均搜索时间和平均注视时间，这说明驾驶员在后视镜中对后方路况进行观察时较右后视镜困难，需要耗费更多的心理资源。同时，数据表明，后视镜是驾驶员最晚关注的区域，很可能发生在并回原道阶段末期，仅反映与后车的安全距离，从心理资源投入与安全效益比来看，没有右后视镜观察效益高，因此，实验中63%的驾驶员并没有观察后视镜。

实验过程中，我们发现只有极少数被试观察过左后视镜，而且时间远远小于0.1 s。但张文会等人的研究表明，驾驶员在超车过程中更多关注原始车道和目标车道的交通状况，通过左、右后视镜观察目标车道后方的交通状况(10)张文会,李鹏辉,胡孟夏,等.高速公路驾驶人超车过程视觉行为特性[J].清华大学学报(自然科学版),2014,54(9):1208.。这可能使我们仅考察超车实施过程中并回原道阶段的注视特点，在这个阶段，驾驶员已经处于所超车辆左边的道路，并回原车道时，只需要观察所在车道和目标车道的情况，所以不涉及对左后视镜的观察。

(二)并回原道阶段驾驶员首要观察区域为前车区域

通过对两组驾驶员对兴趣区总搜索时间、平均搜索时间、搜索次数、总注视时间、平均注视时间以及注视点的个数进行分析，驾驶员在整个并回原道阶段把更多精力放在前车区域，即所在车道和原车道前方的路况，对前车搜索、注视的次数和时间都是最多的，而对后方路况的观察主要通过右后视镜或者是后视镜，且花费的精力与时间相对较少。这与孟妮、Salvucci等人的研究结果相吻合，孟妮认为驾驶员行车过程中对前方车辆的平均注视时间最长,在200 ms以上(11)孟妮.不同道路交通环境中驾驶员注视行为分析[D].西安：长安大学,2009.(12)SALVUCCI D D, LIU A. The time course of a lane change: driver control and eye-movement behavior[J]. Transportation research part of psychology & behaviour,2002, 5(2):123.。熟练驾驶员比非熟练驾驶员较多地注视右后视镜、后视镜、车内其他目标,而非熟练驾驶员比熟练驾驶员较多地注视左后视镜、仪表盘。Salvucci等人在模拟驾驶环境下分析车道变换过程中车辆的运行特征和驾驶员的眼动行为，结果表明，车辆运动轨迹呈正弦曲线，驾驶员的扫视过程为:原车道—目标车道—后视镜。

(三)后视镜补看策略是一种更安全的视觉搜索策略

超车过程本身就具有一定风险性，尤其是在并回原道阶段。两组被试都是首先观察前车区域，之后才会通过右后视镜观察右后方区域，在并回原道的最后阶段，少部分驾驶员通过后视镜观察车后区域。在准备并回原道阶段，驾驶员已经超越了前车，此时，驾驶员的主要任务是寻找最近并回原道时机，在两车之间并回原道，这就要求他们与前车及后车保持安全距离，因此，驾驶员首先要注视前车区域，确保与前车保持安全距离，避免追尾。之后观察右后视镜，确保与后车保持安全距离，避免被追尾。大部分驾驶员并回原道后结束对后方区域的搜索，但是，少部分驾驶员又补看了后视镜，我们根据首次进入时间的数据推测，这发生于并回原道结束阶段，此时观察后视镜的作用在于能够观察到后方路况，来确保其与所超车辆的安全行车距离，因为在车辆并回原道之后，右后视镜所能看到的范围变小，而此时观察后视镜，可以弥补右后视镜的视野盲点，增大可视范围，可见采用并回原道阶段后视镜补看策略的驾驶员安全意识更强，对潜在危险更谨慎小心，采取的是一种更安全的视觉搜索策略。

(四)新手驾驶员并回原道阶段视觉搜索策略指导建议

我们选取的实验被试是经验丰富的驾驶员，与新手相比，他们开车经验较丰富，对车辆的操控更加灵活自如，道路安全意识较强，在并回原道阶段对所需信息的获取更加充分，具有较高的发现潜在危险的能力，并且能较快速感知、判断、决策下一步的操作(13)郭应时,郭艳君,付锐,等.车道变换过程中驾驶人操作和注视行为[J].长安大学学报(自然科学版),2014,34(4):119.，因此，他们在行驶过程中的视觉搜索策略具有一定代表性意义。Pollatsek等人研究表明，对新手驾驶员的培训，应该精确到某个时间点对某个特定的区域进行搜索，这样才可以提高新手驾驶员的搜索策略(14)POLLATSEK A, NARAYANAAN V, PRADHAN A, et al. Using eye movements to evaluate a pc-based risk awareness and perception training program on a driving simulator[J]. Human factors, 2006, 48(3)：447.。

因此，本研究着重探索经验驾驶员在超车实施过程中并回原道阶段的视觉搜索规律，并作出以下总结：在并回原道阶段，驾驶员把主要注意放到对前方路况的同时，也要对所在车道与原车道后方的路况进行观察，灵活使用后视镜与右后视镜，并加强有意注意，善于感知、判断潜在危险信息。

五、结 论

本研究发现，男性经验驾驶员在高速公路超车实施过程后期的并回原道阶段，其视觉搜索策略的特点是：约63%的驾驶员只观察前车区域和右后视镜，约37%的驾驶员不仅观察前车区域、右后视镜，还观察后视镜。在并回原道过程中，驾驶员首要关注前车区域，即所在车道和原车道前方的路况，对后方路况的观察主要通过右后视镜，有些驾驶员还会通过后视镜补看策略，来确保在并回原道结束后自身与所超车辆之间的安全距离。