地面灯光警示系统对低头族的影响研究

李普红,王 畅,李钰生,王凤瑶

1.齐鲁工业大学(山东省科学院)艺术设计学院,山东 济南 250353;2.山东省路桥集团装备科技发展公司,山东 济南 250021

研究发现,行人过街时使用手机的行为越来越普遍[1],衍生出“低头族”这一群体,而过街低头看手机的行为会导致行人分心[2],引发诸多风险,这导致“低头族”已成为各国交通安全关注的焦点。

为了提高“低头族”过街的安全性,有不少学者进行了针对性的研究,康江等[3]探索了不同手机分心行为对大学生的影响程度。何永明[4]为保障过街“低头族”的安全,专门设计了一套地面交通安全警示系统。同时,已有多种类型的地面式安全警示系统被广泛利用,Larue[5]证明了地面灯光警示系统对“低头族”具有有效的吸引力,能够给过街“低头族”以警示。

目前,现有的地面灯光警示系统存在多种类型,色彩上主要以红、黄两种光色为主,形式上以闪烁性灯光及持续性灯光为主。而针对灯光警示系统的不同组合形式对“低头族”警示效果差异性的研究较少。

鉴于眼动仪能够有效记录交通参与者的眼动指标,例如,康江等[3]通过眼动仪对过街行人的注视分布、注视持续时间、停留时间和注视频率进行了分析。Larue等[5]依靠眼动仪分析了“低头族”观察到地面灯光的反应时间,游峰等[6]运用眼动仪分析了手机社交娱乐对驾驶人视觉的影响,刘博华等[7]通过眼动实验的AOI划分以及对被试注视点分布和注视频率的分析探索了驾驶人对标志的视认行为。可见,针对上述问题,可以通过分析眼动指标,寻找对过街“低头族”警示作用更好的灯光颜色和形式。

因此,本研究将在受控实验室的环境下,设计眼动实验,以“低头族”为研究对象,探究现有的黄色持续灯光、黄色闪烁灯光、红色持续灯光及红色闪烁灯光等组合形式,何种设定对“低头族”的警示效果更好。

1 眼动实验

1.1 实验目的

于受控实验室内,模拟常见的四种地面灯光设定,依据眼动热点图、AOI总注视次数、AOI总访问次数及主观评分为数据支撑,分析不同类型地面灯光设定对低头族警示效果的差异性,为后续的地面式灯光警示系统设计提供一定的参考依据。

1.2 实验设计思路

实验涉及位于地板上的可激活LED灯光组。地面式LED灯光组的位置是由一项室内研究决定的,该研究确定在人们看智能手机时可以检测到闪烁的LED灯的距离范围。在实验室环境中,对于这些特定的LED,距离被试者超过4 m的位置在视野之外,在低头看手机时不太可能被检测到[5]。

因此,本次实验使用三组LED灯光组,每组由两个LED阵列组成,位于被试者的左侧与右侧,两个阵列相距1.2 m。三组LED分别放置在距离被试者1、2、3 m的地板上,被试位于指定位置模拟低头族,通过眼动仪捕捉其眼动数据,如图1。

1.3 实验设备

实验采用的眼动仪为Tobii Glasses 2头戴式眼动追踪系统,在规定的眼动实验室中进行,实验室面积10 m2,控制外部噪音低于40 dB,光照条件稳定。于地面设置相同功率的灯光组,每组灯光通过控制器控制,可转变为红色或黄色灯光并做出闪烁或常亮的动作。被试者通过指定智能手机完成分心任务模拟低头族。试验结束后通过Tobii Pro Lab软件对数据进行提取并收集,此后通过Spss软件对数据分析并得出结论。

1.4 被试选择

因为大学生群体比其他人群更容易使用手机过马路或因此发生事故[3],故本次实验共招募36名大学生(18男18女)作为被试,年龄20～30岁,裸视或矫正视力正常。

1.5 实验流程

被试者位于指定位置进行手机分心任务,模拟低头族。手机分心任务为阅读一篇规定的文章。实验开始后主试人员通过控制器控制地面LED做出四种不同的设定,其中包括红色灯光持续亮30 s(A)、红色灯光闪烁亮30 s(B)、黄色灯光持续亮30 s(C)、黄色灯光闪烁亮30 s(D),为叙述方便,后文将以A、B、C、D来表述。闪烁性灯光频次为1 s/次。为保证实验的有效性,确保四种设定顺序随机,实验过程如图2。实验结束后,被试者填写一份主观问卷,根据本次实验感受进行最佳量表反映项目数为5的量表(1～5)评分[8]。

图2 实验过程

2 实验结果及讨论分析

本次参与实验人数共36人,剔除采样率较低及不合格的数据,保证性别一致,最终选取有效人数为26人(男生13名、女生13名),平均年龄21.9岁。AOI区域划分如图3所示。

图3 AOI区域划分

2.1 眼动热点图

热点图可展示出被试者在刺激物上的注意力分布情况[9],可以按照区域受关注程度的不同加以标注并呈现进行分析[10],如图4,B组与D组的注视点分布更加均匀,而A组与C组较为集中。从屏幕外的注视点分布情况可见,四种设定都可吸引低头族注意力。而相同光色下的对比中,闪烁性灯光较持续性灯光对被试注视点的吸引更加均匀分散,可见闪烁性灯光对低头族的警示效果更好。

图4 热点图

2.2 AOI总注视次数

AOI总注视次数代表兴趣区域内注视点总数,注视次数的多少反映被试对不同环境视觉线索的兴趣程度[11],注视点总数越多代表被试将更多的注意力放在地面灯光上,说明被试的视线不再局限于手机屏幕中,能够更好的看清当前的路面情况,体现出更好的警示效果。4组灯光设定的AOI总注视次数结果如表1所示,秩和检验分析结果如表2所示。

表1 AOI总注视次数结果

表2 AOI总注视次数配对样本Wilcoxon分析结果

A同B组对比结果：Z=0.720,P=0.472>0.05；C同D组对比结果：Z=0.425,P=0.671>0.05；A组同C组对比结果：Z=1.113,P=0.266>0.05；B组同D组对比结果：Z=0.267,P=0.789>0.05。四种灯光设定对低头族都具有分心效果且无差异性,平均值的对比中可见,D组的注视次数平均值(7.15)明显高于其他三组,也可说明黄色闪烁灯光对低头族的警示效果更好。

2.3 AOI总访问次数

AOI总访问次数代表兴趣区域内的访问次数,注视点每移出再进入一次算一次,访问次数越高,说明被试者耗费更多的努力去识别目标[12],当被试观察的次数越多时,其通过周边视野关注到路面情况的次数就越多,可见,总访问次数越高代表当前灯光的警示效果越好。4组灯光设定的AOI总访问次数结果如表3所示,秩和检验结果如表4所示。

表3 AOI总访问次数结果

表4 AOI总访问次数配对样本Wilcoxon分析结果

A组同B组对比结果：Z=1.283,P=0.200>0.05；C组同D组对比结果：Z=0.527,P=0.598>0.05；A组同C组对比结果：Z=1.456,P=0.145>0.05；B组同D组对比结果：Z=0.287,P=0.774>0.05。在AOI总访问次数的对比中可见,四种不同设定对低头族都具有警示效果且不存在差异性,而D组的平均值(4.85)要高于其余三组,可见黄色闪烁灯光对低头族的警示效果更好。

2.4 主观问卷分析

主观问卷反映的是被试者在实验结束后根据个人感受针对四种不同灯光设定的评分情况,分值越高说明在被试的主观感受上对其视觉的影响程度越强,会扰乱其浏览手机的行为,意味着更好的警示作用。主观问卷结果如表5所示,得分的秩和检验结果如表6所示。

表5 主观问卷结果

表6 主观问卷配对样本Wilcoxon分析结果

A组同B组对比结果：Z=2.730,P=0.006<0.05,具有显著差异,B组中位数>A组,说明B组对被试的警示效果比A组好；C组同D组对比结：Z=2.028,P=0.043<0.05,具有显著差异,D组中位数>C组,说明D组对被试的警示效果比C组强；A组同C组对比结果：Z=1.690,P=0.091>0.05,无显著差异；B组同D组对比结果：Z=0.316,P=0.752>0.05,无显著差异。而D组平均值(3.27)要高于其他三组,可见,黄色闪烁灯光对被试的警示效果更好。

2.5 讨论分析

低头族在行走的过程中,其注意力主要集中在手机屏幕上,而中央视觉并不是识别场景的关键[13],在行走过程中周边视觉刺激比中央视觉刺激的敏感度更高[14],且光源、照度对周边视觉障碍物探测能力有一定的影响[15],同时,Larue等借助眼动追踪技术肯定了地面灯光警示系统的有效性[5]。而现有的地面灯光存在多种形式,对低头族的警示效果存在区别。本次研究主要目的是分析常见的不同类型地面灯光对低头族的警示效果,对比其差异性,为今后的地面灯光警示系统的设计提供一定的参考。

在热点图分布内,闪烁性的灯光更能引起被试者注视点的分散；在AOI总注视次数及AOI总访问次数的指标内,通过秩和检验,对比红色闪烁性灯光、红色持续性灯光、黄色闪烁性灯光及黄色持续性灯光的中位数可以发现,四组灯光设定对被试的影响并无差异性,可见四种设定都能对“低头族”起到警示作用,而通过平均值可以看出,黄色闪烁灯光的注视次数及访问次数平均值要远高于其他三种灯光设定,因此也可说明黄色闪烁灯光对“低头族”的警示效果更好；在主观数据的指标内,通过秩和检验发现,“低头族”的主观意识中,闪烁性灯光对其影响程度更强,通过主观数据评分平均值可以看出,黄色闪烁灯光对“低头族”的警示效果更好。

结合本次实验的主客观结果可知,黄色闪烁性的灯光对低头族的警示效果更好,且黄色在光谱中被认为是具有较高明度的颜色,其更多被应用于与警告相关的标识上,表示具有风险[16],同时在晚上黄色也更容易被识别[17],因此,今后的地面灯光警示系统设计应采用黄色闪烁性的灯光。

作为一次探究地面灯光警示系统对低头族影响的实验,还存在不够完善的方面：(1)为保证不受外部因素干扰,本次实验主要在受控实验室内进行,后续应进一步探究真实环境中不同灯光类型对低头族的警示效果。(2)本次被试主要选取为在校大学生,之后应针对多层次年龄段进行研究。(3)本次实验主要针对现有的四种灯光形式进行分析,后续应针对更多光色及频率进行研究。

3 结 论

本文在受控实验室下,模拟地面灯光警示系统现有的四种设定,通过眼动实验分析了被试者在执行手机警示任务时的视觉热点分布,并对AOI区域的注视次数和总访问次数以及主观数据进行对比,探讨了四组不同的地面灯光设定对“低头族”的警示效果以及差异性,研究表明：(1)四种不同的灯光设定对低头族都具有一定的警示作用。(2)在光色相同的情况下,闪烁性的灯光对低头族的警示效果更好。(3)综合分析，在针对低头族的地面灯光警示系统设计中,采取闪烁性的黄色灯光能够更好的提高低头族的过街安全性。