夜间环境下的中老年人动态有效视野

秦 华， 刘孟歆， 冉令华， 邬 歆

(1.北京建筑大学机电与车辆工程学院， 北京 102616；2.中国标准化研究院， 北京 100191； 3.北京汇云易听网络科技有限公司， 北京 100084)

视觉受损是导致交通事故频发的主要原因[1-2]，夜间道路照度较低会导致人的视线变差，观察困难，因此发生交通事故的危险性也随之增大[3]。有研究表明，尽管夜间的交通流量仅占白天的10%～20%，发生事故的概率却比白天高5～10倍，且致死率远高于白天[3-4]。人的视觉功能随年龄增大呈现明显的生理性衰退[5-6]，且在夜间适应光变化的能力大幅度减弱，光反应灵敏度变差[7]。从50岁开始容易出现年龄相关性病变从而导致退化，视觉损害患病率居高不下[8-9]。因此，50岁以上中老年人在夜间交通事故中受视觉缺损的影响应被重视。

人在夜间出行时需要运用视觉搜索获取周围复杂的交通信息，以保证人身安全和行车安全[10]。视觉搜索是通过眼睛的高速移动，定位点遍布到对象体各处；利用眼睛来完成一连串短暂的定位，并在此期间采集信息[11]。已有大量研究表明，有效视野对视觉搜索影响显著。Gallwey[12]的研究发现了视野大小与视觉搜索绩效之间存在的正相关性。杨林栋等[13]的研究表明，不同强度的视野培训可以不同程度的改善视野面积与形状，从而显著提高视觉搜索绩效。同时，有效视野还可以作为预测搜索绩效的重要指标，如预测评价驾驶能力、事故发生概率等[14]。

在复杂的夜间交通环境中涉及到的视觉场景大多是动态场景，因此动态有效视野与交通安全的联系更为紧密。当前有大量研究通过动态有效视野实验得到显著影响视觉搜索绩效的因素。Yu等[15]通过动态有效视野的实验，发现显示目标的运动速度对视觉搜索影响十分显著。同时，视野形状也会显著影响视觉搜索绩效[16-17]，Courtney[18]的研究进一步表明视觉搜索绩效受不规则的视野边界形状的影响较大。Chan等[19]在2006年提出了一套有效视野形状指数体系，Yang等[20]据此开发了一种测量动态有效视野的系统DVLMS(dynamic visual lobe measurement system)，该系统可以有效地反映动态有效视野并计算有效视野形状指数，其中有效视野褶皱性可以反映有效视野的边界平滑度，当该值接近于1时图形较为光滑；当该值大于1时图形较为粗糙。

当前针对50岁以上中老年人，大多是对其视力退化程度、患视觉疾病情况等视觉功能方面的研究[21-22]。对于动态有效视野的研究主要集中于在固定环境照度下动态有效视野随年龄的变化情况，或是只研究动态有效视野对于有效视野面积变化的影响。Yu等[23]在研究中调查了与年龄相关的动态有效视野的变化情况，得到年龄显著影响动态有效视野范围和形状的结果；郭凤香等[24]将中老年人和老年人归为一组，开展了平均年龄为66岁的老年驾驶人动态有效视野研究，得到老年驾驶人对外围视觉信息的获取能力出现下降趋势的结果。于晓雅等[25]将24名被试分成四个年龄组，其中包括65～72岁的年轻老年人组，对各组人群的动态有效视野面积进行测量，得到老年人随着年龄增加视觉功能发生生理性衰退的结果。随着中国老龄化趋势加剧以及夜间经济规模快速增长，有必要对夜间环境下50岁以上中老年人这个特定年龄段人群动态有效视野进行研究。

现将51～65岁中老年人的年龄进行了细分，分别研究各年龄段在夜间不同环境照度下，在不同视标移动速度下的动态有效视野，定量探究年龄段、环境照度以及视标移动速度对中老年人夜间动态有效视野指标的影响以及有效视野缺失情况，分析中老年人动态有效视野发生显著变化的年龄段。期望为中老年人夜间视觉搜索绩效的评价和相应训练方法的提出提供参考。

1 实验方法

1.1 被试

本实验共招募被试24人，男女比例相近。年龄均在51～65岁，共分为三个年龄组，每组包括5个年龄范围，具体信息如表1所示。所有被试身体状况良好，裸眼视力或矫正视力均在 1.0 以上，且无视觉类疾病。

表1 年龄组信息Table 1 Age group information

1.2 实验设计

实验共包含3组变量：年龄段、环境照度与凝视点移动速度。①年龄段分为3组：51～55岁、56～60岁和61～65岁；②根据《城市道路照明设计标准》中三级道路照明开灯时的天然光照水平[26]和以往夜间实验环境为城市道路平均照度值17.5 lx[27]，将实验室内平均环境照度变量分为3个水平：10、20、30 lx；③以往有研究将视标移动速度分为5组水平，但结果表明当视标移动速度小于8 (°)/s时视野形状无明显变化[28]，因此将凝视点移动速度共分为 4 组水平：0、8、16 和 32 (°)/s。

实验分别在环境照度为10、20、30 lx，凝视点移动速度为0、8、16、32 (°)/s下进行，共12轮视野测试，每组由若干次单次视觉搜索任务组成。在每轮搜索任务结束后，中间休息5 min，进行下一轮实验。每轮实验的顺序随机安排，总实验时长约为1.5 h。

实验选取环境照度可调节的照明工效实验室进行实验，采用标准视力表测试视力，动态有效视野测试系统(DVLMS)测试动态有效视野。系统共包含4种形状和3种界面。形状如图1所示，凝视点为实心红色圆形，目标点为空心红色圆形，背景点为红色乘号，覆盖点为红色加号。界面如图2所示，分别为凝视界面、任务界面和判断界面。

图1 测试系统形状Fig.1 Shape of the test system

图2 测试系统界面Fig.2 Interface of test system

(1)凝视界面是以黑色为背景，只包含一个凝视点，如图 2(a)所示。当凝视点始终位于屏幕中央，即其运动速度为 0 (°)/s 时，进行的是静态有效视野测试。当凝视点沿x轴从左向右分别以8、16和32 (°)/s的速度移动时，进行的是动态有效视野测试。

(2)任务界面是以黑色为背景，包含1个凝视点，71个触点和1个目标点，触点每隔45°呈放射状分布，如图 2(b)所示。在静态视野测试时，被试用鼠标点击凝视点随即出现任务界面；在动态视野测试时，被试视线需随凝视点移动，当凝视点接近屏幕中央时随即出现任务界面。目标点随机呈现在72 个触点中的任意一个，为避免由于眼球的扫视运动造成的搜索结果不准确，将目标呈现时间设置为300 ms[29]。

(3)判断界面是以黑色为背景，包含72个覆盖点，触点每隔45°呈放射状分布，如图 2(c) 所示。目标点消失后，判断界面随即出现，目标点在每个可能的位置上随机呈现两次，如果被试至少有一次判断正确，则认为该位置在被试的有效视野范围内。

1.3 实验过程

1.3.1 准备环节

(1)在300 lx光照条件下使用标准视力表测试被试的双眼矫正视力，测试方法参照标准视力表使用规范。被试视力达标后填写《视野测试基本信息登记表》并签署《知情同意书》。

(2)主试首先向被试者介绍实验目的、实验过程及相关要求，演示实验中测试仪器的使用方法，并让被试者进行训练操作以及解决被试者在操作过程中存在的问题，待被试者熟悉实验操作后开始正式测试。

1.3.2 测试环节

(1)被试坐在椅子上，将下巴放在一个可调节高度的支撑物上，以避免头部的活动。调节桌面和支撑物高度使人眼水平视线与测试屏幕中央平行，有效视野测试的视距要求为30 cm，如图3所示。

图3 被试测试Fig.3 Testee test

(2)主试调节测试时所需的环境照度后，被试开始正式测试。静态有效视野测试时，被试者保持头部不动，双眼凝视屏幕中央红色凝视点，随后用鼠标点击凝视点，屏幕立即出现任务界面。动态有效视野测试时，被试需保持头部不动，视线随凝视点移动，当凝视点接近屏幕中央时随即出现任务界面，被试需在300 ms内准确找到并记忆目标点的位置。目标点消失后，判断界面随即呈现，被试需用鼠标点击记忆中目标点的位置，若未找到目标点则点击任意触点，随即单次测试结束。

(3)重复以上测试过程直至测试结束。测试过程中主试不主动与被试交流，以避免被试注意力分散，影响测试结果。

2 结果与分析

2.1 描述性统计分析

不同年龄组人群在不同环境照度、不同视标移动速度下，有效视野周长、有效视野面积以及有效视野褶皱性的基本统计量如表2所示。其中视标速度为0 (°)/s时，为静态有效视野；视标速度为8、16、32 (°)/s时，为动态有效视野。

表2 描述性统计Table 2 Descriptive statistics

表2中除个别参数外，同一年龄组、同一环境照度下，有效视野周长、有效视野面积以及有效视野褶皱性随视标速度的变快而减少。61～65岁人群在环境照度为10 lx时，有效视野周长从0～32 (°)/s的下降幅度最大，约为26%。61～65岁人群在环境照度为30 lx时，有效视野面积从0～32 (°)/s的下降幅度最大，约为61%。

同一年龄组、同一视标速度下，有效视野周长、有效视野面积随着环境照度的变高而增加。61～65岁人群在视标速度为16 (°)/s时，有效视野周长和有效视野面积从10～30 lx的上升幅度均为最大，约为16%和35%。

同一环境照度、同一视标速度下，有效视野周长、有效视野面积随年龄增加有所下降。在视标速度为32 (°)/s,环境照度为30 lx时，有效视野周长从51～55岁到61～65岁的下降幅度最大，约为47%。

2.2 多因素方差分析

将年龄组、环境照度作为组间自变量，视标移动速度作为组内自变量，有效视野周长、有效视野面积以及有效视野褶皱性作为因变量进行多因素方差分析，结果如表3所示。分别统计显著影响有效视野周长、有效视野面积以及有效视野褶皱性的自变量均值，并采用敏感度最高的最小显著差异法(LSD)对显著影响有效视野周长、有效视野面积以及有效视野褶皱性的自变量进行多重比较，结果如表4～表7所示。

表3 多因素方差分析Table 3 Multivariate analysis of variance

表4 各年龄组、环境照度以及视标速度下的有效视野周长、有效视野面积以及有效视野褶皱性均值Table 4 The mean values of perimeter, area and rugosity of effective visual field in different age groups, environmental illumination and moving speed of visual target

表5 有效视野周长多重比较Table 5 Multiple comparisons of perimetry of effective visual field

表6 有效视野面积多重比较Table 6 Multiple comparisons of effective visual field area

表7 有效视野褶皱性事后多重比较Table 7 Multiple comparisons of effective visual field rugosity

通过表3的结果可以看到，年龄组、环境照度以及视标速度对被试人群夜间有效视野周长、有效视野面积均有显著影响(P<0.05)。年龄组和视标速度对被试人群夜间有效视野褶皱性有显著影响(P<0.05)。

综合表3和表4可以看到，随着年龄增加，被试人群夜间有效视野周长显著减小，61～65岁比51～55岁的有效视野周长减少了7%。随着环境照度上升，被试人群夜间有效视野周长显著增加，30 lx比10 lx时的有效视野周长增加了8%。随着视标移动速度增加，被试人群夜间有效视野周长显著减小，32 (°)/s比0 (°)/s时的有效视野周长减少了19%。

随着年龄增加，被试人群夜间有效视野面积显著减小，61～65岁比51～55岁的有效视野面积减少了21%。随着环境照度上升，被试人群夜间有效视野面积显著增加，30 lx比10 lx时的有效视野面积增加了21%。随着视标移动速度增加，被试人群夜间有效视野面积显著减小，32 (°)/s比0 (°)/s时的有效视野面积减少了44%。

随着年龄增加，被试人群夜间有效视野褶皱性显著减小，61～65岁比51～55岁的有效视野褶皱性减少了12%。随着视标移动速度增加，被试人群夜间有效视野褶皱性显著减小，32 (°)/s比0 (°)/s时的有效视野褶皱性减少了18%。

通过上述数据可以看到，相较于年龄而言，中老年人夜间动态有效视野特征随视标移动速度的增加，下降的程度更大。

通过表5中平均差异的显著性可以看到，被试人群夜间有效视野周长在年龄组为51～55岁和56～60岁不存在显著性差异，但61～65岁与51～55岁、56～60岁均存在显著性差异；有效视野周长在环境照度为10、20、30 lx之间均存在显著差异。有效视野周长在视标速度为0 (°)/s和8 (°)/s之间不存在显著性差异，但16 (°)/s、32 (°)/s与0 (°)/s、8 (°)/s之间均存在显著性差异。

由表6可以知，被试人群夜间有效视野面积在年龄组为51～55岁和56～60岁不存在显著性差异，但61～65岁与51～55岁、56～60岁均存在显著性差异；被试人群夜间有效视野面积在环境照度为10 lx时与20 lx和30 lx之间均存在显著差异，但20 lx与30 lx之间差异显著。被试人群夜间有效视野面积在视标速度为0、8、16和32 (°)/s之间均存在显著性差异。

通过表7可以看到，被试人群夜间有效视野褶皱性在年龄组为51～55岁和56～60岁不存在显著性差异，但61～65岁与51～55岁、56～60岁均存在显著性差异；被试人群夜间有效视野褶皱性在视标速度为0、8和16 (°)/s之间不存在显著性差异，但32 (°)/s与0、8、16 (°)/s均存在显著性差异。

综合上述结果可以看到：①51～65岁人群夜间动态有效视野特征随年龄变化显著。有效视野周长、有效视野面积和有效视野褶皱性随年龄增加而减小，即视野范围缩小，有效视野边界变得不平滑，且均在61～65岁出现显著性下降；②51～65岁人群夜间动态有效视野特征随视标移动速度变化显著。有效视野周长、有效视野面积和有效视野褶皱性随视标移动速度增加而减小，即有效视野范围显著缩小，有效视野边界变得不平滑，其中有效视野周长从16 (°)/s时开始出现显著性下降，有效视野面积从8 (°)/s时开始出现显著性下降，有效视野褶皱性在32 (°)/s时开始出现显著性下降；③51～65岁人群夜间动态有效视野周长、有效视野面积随环境照度上升而增加，即视有效野范围增大。其中有效视野周长从20 lx开始出现显著增加；有效视野面积在20 lx时显著增加。

2.3 有效视野缺失情况分析

分别将年龄组、视标速度作为变量，分别统计8个视野方向上的有效视野角度均值，如表8所示。根据有效视野角度均值绘制中老年人夜间动态有效视野形状图，对中老年人夜间动态有效视野缺失情况进行进一步分析，如图4和图5所示。

表8 不同年龄组、视标速度下有效视野角度的均值Table 8 Mean value of effective visual field angle under different age groups and moving speed of visual target

图4 不同年龄的有效视野形状Fig.4 Effective visual field shape in different ages

图5 不同视标速度的有效视野形状Fig.5 Effective visual field shape with different moving speed of visual target

通过表8可以看到，除个别参数外夜间中老年人在各方向上的动态有效视野角度均值随年龄、视标速度增加而减小，范围在8°～17°，相较于环境照度较高条件下人的动态有效视野角度范围：10°～20°而言有所减小[30]。

通过图4可以看到，中老年人夜间动态有效视野形状随年龄增加而变小。从51～55岁到56～60岁，中老年人夜间动态有效视野角度在270°的视野方向上缺失最为显著。从56～60岁到61～65岁，中老年人夜间动态有效视野角度在135°的视野方向上缺失最为显著。

由图5可以看到，中老年人夜间动态有效视野形状随视标移动速度增加而变小。0～8 (°)/s，中老年人夜间动态有效视野角度在135°的视野方向上缺失最为显著。8～16 (°)/s，中老年人夜间动态有效视野角度在180°的视野方向上缺失最为显著。16～32 (°)/s，中老年人夜间动态有效视野形状明显变小，视野角度在180°和225°的视野方向上缺失最为显著。

综合上述结果可以看出，中老年人夜间动态有效视野形状随年龄增加、视标移动速度增加而变小，获取周边视野信息能力下降，尤其是左方及下方有效视野缺失情况较为明显。这与朱人可夜间环境下城市道路驾驶人视觉搜索模式的研究结果相似[31]。

3 讨论

由于50岁中老年人的视觉功能开始出现衰退现象，现将中老年人进行了年龄细分，定量探究了年龄段、环境照度和视标速度对中老年人夜间动态有效视野特征变化的影响，并绘制有效视野形状图。

中老年人夜间动态有效视野特征随年龄、视标速度变化显著；中老年人夜间动态有效视野周长、有效视野面积随环境照度上升而增加。具体表现为：①有效视野周长、有效视野面积和有效视野褶皱性随年龄增加而减小，且均在61～65岁出现显著性下降；②有效视野周长、有效视野面积和有效视野褶皱性随视标移动速度增加而减小，且相较于年龄而言其减小程度更大，其中有效视野周长从16 (°)/s时开始出现显著性下降，有效视野面积从8 (°)/s时开始出现显著性下降，有效视野褶皱性在32 (°)/s时开始出现显著性下降；③有效视野周长、有效视野面积随环境照度上升而增加，其中有效视野周长从20 lx开始出现显著增加；有效视野面积在20 lx时显著增加。

夜间中老年人的有效视野角度均值随年、视标速度增加而减小，范围在8°～17°。有效视野形状随年龄增加、视标移动速度增加而变小，尤其是左方及下方有效视野缺失情况较为明显。

上述研究结果细化了中老年人夜间动态有效视野特征随年龄、视标移动速度以及环境照度的具体变化，并得出中老年人夜间动态有效视野形状随年龄增加、视标移动速度增加，左方及下方有效视野缺失情况较为明显的结果。

(1)就年龄而言，50岁中老年人的夜间动态有效视野没有出现大幅度衰退的现象，但到了60岁之后衰退速度明显加快，表明50岁和60岁中老年人的夜间动态有效视野存在显著性差异。以往对于老年人视野的研究通常从65岁开始，因此相较于50～60岁的人群而言，更应重视60岁以上人群的夜间动态有效视野，有必要将老年人视野研究开始的年龄提前到60岁。例如针对60岁以上人群设定有效的视觉搜索任务，以评测他们夜间出行时能够发现交通危险的能力，预测夜间事故发生率[32]，并据此给出夜间出行安全性的相关建议。对于因夜间动态有效视野较差未能通过道路驾驶考试但仍想继续驾驶的60岁以上人群，可以通过适当的训练，尤其着重于左下方有效视野训练，来改善他们的夜间视觉搜索能力，延长驾龄以满足日常驾车出行需求[33]。

(2)相较于年龄而言，中老年人夜间有效视野特征随视标移动速度的增加，下降的程度更大。这也进一步说明了目标的运动速度对视觉搜索影响显著[22]。有效视觉搜索训练会显著降低事故碰撞率[34]，但在训练中只有客体追踪任务涉及移动中的目标[35]，且没有考虑目标移动速度对其训练结果的影响。因此，在今后设计中老年人夜间动态有效视觉搜索任务时，可以将目标移动速度纳入考虑，以有效提高中老年人夜间视觉搜索绩效，从而降低中老年人夜间交通事故发生率。

(3)就夜间环境照度而言，有效视野面积从20 lx开始才出现显著增加的现象，因此夜间照度低于20 lx时才会造成动态有效视野显著缺失。由于夜间道路照明不足是影响驾驶员行车安全的主要方面，因此该发现可以为夜间道路照明提供参考，建议夜间道路环境照度不要低于20 lx，以期降低由于夜间环境照度不足导致交通事故死亡的概率。

4 结论

中国正处于社会老龄化阶段，夜间经济规模快速增长，中老年人夜间出行需求增加，其视觉功能从50岁开始出现衰退现象，且在夜间视野更差。将51～65岁人群的年龄进行了细分，分别研究各年龄段在夜间不同环境照度下，在不同视标移动速度下的动态有效视野，定量探究年龄段、环境照度以及视标移动速度对有效视野指标的影响以及有效视野缺失情况，分析中老年人夜间动态有效视野发生显著变化的年龄段。研究发现60岁以上中老年人的夜间动态有效视野才开始有显著下降的趋势，因此应更多地关注由于视觉缺损给60岁以上中老年人带来的夜间交通安全威胁。研究结果可为中老年人夜间视觉搜索绩效的评价提供方向，为相应的夜间视觉搜索训练方法提供参考。