高原低氧区驾驶员视觉特性及行车安全研究初探.docx

1、高原低氧区驾驶员视觉特性及行车安全研究初探高原低氧区驾驶员视觉特性及行车安全研究初探 摘要：由于高原特殊的环境，随着海拔不断升高，大气压不断降低，使大气中氧分压也逐渐降低，人在缺氧环境中，慢性缺氧长期作用于他们的机体导致机体生理结构上的变化高原低氧对机体的影响极广,其中对中枢神经系统的作用更为明显, 尤其是大脑皮质对低氧更敏感。本文在对34名红其拉甫的驾驶员行车途中心理和生理特性检测数据整理分析的基础上，结合事故成因统计分析结果，分析了高原低氧环境中驾驶员事故倾向性的变化特征对高原低氧环境下驾驶员的安全可靠性进行了分析与评价。探讨了高原低氧环境对人体生理的影响和驾驶员的视觉基本特性,视觉与驾驶

2、控制的基本关系及与行车安全之间的关系。关键词： 高原低氧；驾驶员视觉特性；驾驶安全性Plateau Hypoxia Zone Visua Characteristics Of Drivers And Traffic Safety Research Abstract: Because of the special environment of plateau, Along with the altitude rising, atmospheric pressure decreases, the atmospheric oxygen partial pressure is gradually re

3、duced, people in the hypoxic environment, the long-term effects of chronic hypoxia on their body leading to changes in altitude hypoxia physiological structure of the body is very wide, including effects on the central nervous system is more obvious, especially the cerebral cortex was more sensitive

4、 to hypoxia. The main source of the driver get road information is visual, visual features and variation of the driver, has the practical significance regarding the prevention of traffic accidents. This paper analyzes the basic characteristics of high altitude hypoxia environment influence on human

5、physiology and the drivers vision, visual basic and driving control, to study the relationship between Hypoxia Zone visual characteristics of drivers and traffic safety. Road traffic facilities set clear, reasonable interference can be reduced to the driver, a visual recognition to the driver, is of

6、 great practical significance to improve the safety of driving behaviorKeywords: High altitude hypoxia; Visual characteristics of drivers; Driving safety 1 绪论1.1研究背景及意义 由于高原低气低氧的环境，人在海拔3000米以上就会出现所谓的高原反应，机体会产生一系列适应性反应，主要表现注意力开始发生障碍, 表现为注意力焕散, 随着海拔高度增加, 脑活动能力减退。驾驶工作要求驾驶员在驾驶车辆时精力集中,对路况变化及突发事件做出迅速正确的反应

7、。驾驶员获得道路信息的主要来源是视觉，研究驾驶员的视觉特征及其变化规律,对于预防交通事故具有现实意义。故国内外在驾驶员的选择考核中, 反应时测定是一重要的参考项目。本文应用反应时测试检测驾驶员进入高原不同海拔反应时的改变, 观察高原低氧对驾驶员的脑力活动影响的重要意义。而驾驶员行驶在高原低氧环境下的路上也会有一定的高原反应，由此也会造成安全问题的产生。因此，研究高原低氧环境下驾驶员的视觉特性及行车安全对提高驾驶行为的安全性和预防交通事故有着非常重大的意义。1.2 国内外研究现状 关于驾驶员视觉特性及眼球运动的研究，国内外已经取得了不少的成就。尤其是近些年，国外许多著名的大学及研究机构都在这一领

8、域进行了广泛而持续的研究。通过对国内外相关领域研究现状的调查，发现大部分研究集中在静态视觉特征和虚拟场景条件下的动态视觉特征研究两个方面，开展真实交通场景条件下的动态视觉特征研究的较少。静态视觉特征主要指注视者和注视目标均处于静止状态时注视者眼睛的运动特征，多用于阅读、观察等领域。该领域的研究开展较早，主要研究方向有：通过眼动分析法对驾驶员在汽车驾驶行为中的眼动研究；对眼动心理学的理论、技术及应用的研究；对眼球运动中的基本问题、阅读任务过程中的眼动问题和对追踪、搜索等高级心理活动过程中眼动特征的研究等；动态视觉特征是指注视者和注视目标有一方处于运动状态或双方均处于运动状态的条件下，注视者的眼睛

9、运动特征。对于动态视觉特征的研究，研究方法主要有两种，一种是虚拟场景条件下动态视觉特征研究，一种是真实交通环境条件下动态视觉特征研究。在真实交通环境条件下进行动态视觉研究，是指驾驶员佩戴专门的眼睛运动测试仪器，驾驶车辆在真实的交通环境中行驶，记录下眼睛运动数据，结合场景数据、驾驶员心理测试数据和车辆运行数据，来分析驾驶员的动态视觉搜索规律。这种研究一方面对仪器的性能要求很高，同时在真实交通环境中进行试验容易发生危险，因此研究难度较大，但因为试验环境是真实的交通条件，所以数据比较可靠。目前我国很少见到进行这方面研究的文献，国内近年随着研究的深入以及对驾驶安全性影响较小的仪器的出现，已经开始逐渐开

10、展该领域的研究。如通过弯道及直道上进行实车试验，对职业驾驶员和非职业驾驶员视觉感知行为进行研究等。2 驾驶员的视觉基本特性 驾驶员的视力和可见范围、判断力是与汽车的车速、运行空间的亮度及其变化（包括暗适应与亮适应）等有关的。视觉随车速和运行环境的变化而变化的特性称为视觉特性。2.1 视觉生理 视野人的眼睛注视前方，头部的视线固定时，所能看到的范围称为视野（静视野）。如仅将头部固定，眼球自由转动时能够看到的全部范围称为动视野。视野也可分为单眼视野和双眼视野。人眼的视野可利用视野计进行检查。如果驾驶员的双眼视野过,不利于行车安全。当驾驶员驾驶汽车高速行驶时，会感到车外的树木、房屋等固定物体的映像在

11、人眼视网膜上停留的时间太短，人眼来不及仔细分辨物体的细节，因此，随着车速的提高，驾驶员眼睛的有效视野会越来越狭窄。 静视力是指人和视标都在不动状态下检查的视力。在报考驾驶员时都要经过视力检查。 我国通用E型视力表栓驾驶员的两眼视力（中心视力），被试者距视力表5m远，在标准照明条件（200100lx）下，两眼视力（包括矫正视力）各为0.7以上即允许报考。用这种方法检查的视力反映驾驶员在静止状态下视力，即静视力。动视力是指人和视标处于运动（其中的一方运动或两方都运动）时检查的视力。汽车驾驶员在行车中的视力为动视力。研究结果表明，驾驶员的动视力随着车速的变化而变化，一般来说动视力比静视力低1020，

12、特殊情况下比静视力低3040。例如，以60km/h的速度行驶的车辆，驾驶员可看清前方240m处的交通标志；可是当车速提高到80km/h时，则连160m处的交通标志都看不清楚。值得注意的是，虽然静视力好是动视力好的前提，但是静视力好的人不一定就会有好的动视力。许多研究分析都认为，驾驶员的动视力与交通事故有更密切的关系，所以在视力检查时，不仅要检查形视力，还应重视对动视力的检查。夜间视力与光线亮度有关，亮度加大可以增强视力。在照度为0.1100m烛光的范围内，两者几乎成线性的关系。由于夜晚照度低引起的视力下降叫做夜近视，通过研究发现，夜间的交通事故往往与夜间光线不足、视力下降有直接关系。 2.2

13、视觉心理视觉与视知觉人能根据眼睛获得的视觉信息进行加工和解释，从而更深刻地认识客观事物，这就是人的视知觉能力。例如当汽车在山区弯道上行驶时，由于山坡的遮挡，驾驶员眼睛看到的只是弯道的一部分，但驾驶员根据自己经验知道，道路并非到此为止，而是继续向前延伸。这样，驾驶员通过自己的视知觉，对山区弯道这一客观事物有了全面的认识。虽然每人都具有视知觉能力，但由于处境以及生活经验、兴趣爱好等不同，不同人对于同一视觉住处的加工和解释可能有所不同，因而产生出不同的视知觉。2.2.1人的视知觉所具有的特点 （1）优先知觉自己关心的、想要注意的事物，例如驾驶员很容易发现在前面行驶的自己同伴的汽车； （2）容易知觉曾

14、有过亲身体验的事物，例如行车中曾见过同方向行驶的自行车截头猛拐，以后对同方向行驶的自行车便格外注意； （3）对于外界事物容易按照自己设想的方向去知觉，例如在路口前看见前车向左侧靠，便认为前车想要左转弯，而实际上前车很可能是在为右转弯作准备； （4）对于自己认为关系重大的事物容易知觉，例如在路口转弯时，有的驾驶员只注意其他的机动车辆而忽视了行人； （5）对于移动的、变化的事物容易知觉，例如闪烁的灯光比亮度不变的灯光更容易引起注意。 2.2.2速度错觉一般认为，汽车驾驶员不必看车速表，只根据周围景物的移动身体的感受和听到的风声就能判断汽车的行驶速度。实际上这种判断并不准确，带有明显的倾向性，特别是

15、在高速短距离行驶时更是如此。引起驾驶员产生速度错觉的视知觉因素主要有两点：即连续对比感觉的影响和适应性的影响。当人连续受到有差异的某种刺激后，所产生的差异感往往比差异本身实际的客观物理量差别大，这就是连续对比感觉的影响。英国道路研究所曾对汽车驾驶员作过“车速减半”试验，即首先让驾驶员将汽车加速到某一规定车速（以车速指示为准），然后要求驾驶员立即凭自己的主观感觉，将车速减低到当前车速的一半。当车速变化时，驾驶员主观感觉到的速度差别总是比实际大。 适应性是人体自身的一种特性。这种特性决定了人对外界有变化的情况比较敏感，而对缺少变化的刺激则感觉迟钝。减速前等速行驶的距离越长，车速判断的误差越大。这是

16、因为在长直线高速公路上等速行驶一段时间后，由于适应性的影响，驾驶员的速度感减弱，虽然实际车速很高，但主观上觉得车速并不高。2.2.3距离错觉人对距离的判断往往有很大误差。国外曾作过一次试验，在夜间100名驾驶员轮流坐在静止的汽车里，凭主观感觉判断停放在前方的一辆载货汽车的距离。载货汽车的真实距离为23m。试验结果，只有3名被试者判断正确。有45名被试者判断的距离比实际距离短480，52名被试者的判断超过实际距离4120，可见凭主观判断距离的偏差很大。在光线充足的白天，驾驶员在行车中对距离的判断同样有很大误差。驾驶员对前方来车的速度和距离难以作出正确的判断，而且对方车速越高，判断的误差越大。很多

17、超车时发生的正面碰撞事故就是由于驾驶员对距离判断错误造成的。 2.2.4下坡行驶时的错觉在下坡行驶时，驾驶员可能会错认为是在平路上行驶，特别是在路旁无建筑物等明显标志的情况下，更容易出现这种错觉。由于这种错觉驾驶员在不知不觉间超速行驶。3 高原环境对驾驶员的影响3.1 高原气候对人体的影响3.1.1 缺氧海拔高度增加，与太阳距离缩短，空气稀薄，水蒸气、尘埃含量减少，空气密度减低 ，大气压下降，人体肺泡中的氧分压随之降低，血中氧分压必然减低，动脉血氧饱和度下降。3.1.2 寒冷随着海拔的升高，气温下降，每增高150米气温下降约 1 ，所以，寒冷可以促进人体的产热过程，增加氧消耗，进一步加重缺氧。

18、3.1.3 气候干燥，多变高原上湿度低，风沙大，气候干燥，易降低人体抵抗力和引起呼吸道牯膜损伤。3.1.4 太阳辐射和紫外线高原上目照量增加，太阳辐射和紫外线增强，易引起日光性皮炎 ，面部色素沉着。3.2 高原环境对驾驶员呼吸系统的影响3.2.1高原对驾驶员呼吸系统各方面造成的影响3.2.1.1 对肺通气量的影响高原驾驶员的肺通气量明显高于平原人群 ，通过对肺通气功能测定发现随海拔增高，大气压降低，气道阻力减小，肺通气量增加，其原因是在低氧刺激下，机体通过调节，使肺泡全部开放，容量增加，肺泡表面积增大，以提高肺泡氧分压 ，增强肺泡氧弥散能力，同时肺弹性回缩压也增强。3.2.1.2 对肺容量的影

19、响 高原驾驶员的肺容量高于平原人。因为在高原胸廓扩大，肺泡充气持续增加，肺泡气体交换面积扩大，弥散功能增强。这对低氧适应具有重要作用。3.2.1.3 对过度通气造成的影响 过度通气是对缺氧的一种重要通气反应。尽管大气氧分压低下 ，但能维持适当氧分压，使肺泡的通气量增高2530，因而肺泡氧分压升高，使肺泡气更多地与新鲜气体交换，从而提高肺泡的氧分压，降低肺泡的二氧化碳分压，发生代偿性重碳酸盐排出，以纠正呼吸性碱中毒。3.3 高原低氧对人视觉功能的影响在人体感官系统中视网膜对低氧的耐受性最低, 从组织学与解剖学角度看, 视网膜是大脑组织的延续部份, 均属高度分化的神经组织结构, 各自所司有不同的生

20、理功能。视网膜中心动脉属于末梢型动脉, 相互不吻合, 任何一枝发生闭塞, 则该血管供应区的视网膜即因缺氧而丧失功能, 这与大脑组织的血供情况极相类似。在高原低氧环境中, 机体发生氧的供需失调, 出现一系列的代偿适应性改变, 这些改变有生理性的, 也有病理性的, 二者之间不易截然区分。低氧环境色觉与光觉感受功能异常表达与视网膜和大脑皮层缺氧程度密切相关。缺氧是调节视网膜的主控因素。暗适应的测定经典文献常采用心理生理测定法, 提示暗适应产生机理的主要环节是大脑皮层与视网膜, 前者的功能状态起主导作用, 暗适应能力降低是来自大脑皮层缺氧性视觉中枢功能降低。暗适应时间延长在高原移居者中是普遍存在的一种

21、缺氧性光觉改变, 而色觉障碍仅表现在少数移居者之中, 这可能与个体缺氧耐受性及适应程度有关。高原色觉与光觉功能的改变随海拔升高, 低氧暴露时间的延长越趋明显。4 驾驶员的视觉特性与行车安全的关系分析在对驾驶员的视觉特性与行车安全的关系分析中，必须要知道驾驶员在驾驶车辆时，主要依靠视觉来捕捉交通信息。据统计，视觉给驾驶员提供的交通信息数的比例占8090，驾驶员的眼睛是保证安全行车的重要的感觉器官，眼睛的视觉特性与交通安全有着十分密切的关系。驾驶员在自己的意识中能够辨别确定的外界信息数量，受感觉器官的感觉所必须持续的最短时间的限制。外界刺激的每个因素，都存在临界值，其取决于人感官总的紧张状态。视觉

22、的平均临界值为1/16s，听觉为1/20s，肌体对振动与颠簸的反应为1/5s。在正常的行驶条件下，驾驶员获得道路信息的主要来源是视觉。由于这个原因，在道路交叉口附近、行人集中的地点等处，汽车的平均行驶速度常常就比较低。视力也叫视敏度，是指分辨细小或遥远的物体或物体的细微部分的能力。光线亮度不同，物体与背景之间的亮度对比不同，眼睛的适应状态不同等，都对视力有一定影响。视力与运动速度有关。机车驾驶员在行车中的视力为动视力。驾驶员的动视力随车速的变化而变化，一般动视力比静视力低10%20%，特殊情况下比静视力低30%40%。车辆以60km/h 的速度行驶，驾驶员可看清前方240m 处的交通标志，当车

23、速提高到80km/h 时则连160m 处的交通标志都看不清。人的视力与光线亮度有着密切关系，亮度加大可以增强视力，在照度为0.11000m 烛光范围内，两者几乎成线性关系。从查找的资料可知，夜间交通事故往往与夜间光线不足、视力下降有直接关系。对驾驶员来说在一天中最危险的时刻是黄昏。黄昏时光线较弱，不开前照灯看不清，打开前照灯时其亮度与周围环境亮度相差不大，因而也看不清周围的车辆和行人，往往会因观察失误而发生事故。所以国外有些学者称黄昏时为“魔鬼时刻”。夜间行车由于车辆前照灯的照明距离有限，特别是会车时要使用近光光束，照明距离仅在60m 左右，致使远处物体变得不清。在夜间，行人衣服颜色不同，对辨

24、认距离影响很大。在使用近光灯时要确认路肩上是否有物体存在，白色物体平均为80m，深色物体为43m；要确认为人时，穿白色衣着者为42m，穿黑色衣着者为20m；要由其动作姿势确认其行走方向时，穿白色衣着者为20m，穿黑色衣者10m 左右。5 高原低氧下的驾驶员视觉特性指标汽车驾驶员的驾驶行为是一个信息感知、记忆加工、控制和反应所组成个往复进行的信息加工过程，在此过程中反映出的驾驶视觉特性包括了驾驶员的生理特性和心理特性。其中生理特性又包括了静、动体视力、暗适应能力、色觉、听力、空间知觉等，心理特性包括了注意力品质、速度感知特性、选择反应品质、处置判断品质等。在高原低氧的道路交通环境中用静、动体视力

25、值、空间知觉、速度估计时间（偏差）、选择反应时间、及其出错次数、处置判断误判率等综合指标（表1）来衡量和评价驾驶员驾驶视觉特性的好坏。表1 高原低氧下驾驶员驾驶视觉特性评价指标驾驶特性特性指标生理特性 静视力动视力 暗适应时间空间知觉心理特性速度估计时间（或偏差）选择反应时间选择反应出错次数处置判断误判率6 检测结果统计与相关性分析 驾驶员驾驶视觉特性指标与驾驶员的个性因素有很大的相关性。通过统计可以发现，对34名调查的红其拉甫地区的驾驶员年龄在2630之间的有1人，约占3.03%；3135之间的有7人，约占总人数21.21%；3640之间的有7人，约占21.21%；4145之间的有13人，约

26、占39.39%；4650之间的有1人，大于等于50的有4人，约占12.12%，年龄分布图如图1所示： 图1 驾驶员年龄分布图驾驶员的驾龄在5年的有7人，约占总人数的21.21%；10年的有11人，约占33.33%；15年的有3人，约占9.09%；20年的有6人，约占18.18%；25年的有3人，约占9.09%；30年的有3人，约占9.09%。驾龄分布图如图2所示：图2 驾驶员驾龄分布图驾驶员在高原低氧下的驾驶时间在1.5小时的有9人，约占总人数27.27%，3小时的有16人，约占48.48%，4.5小时的有1人，约占3.03%，6小时的有3人，约占9.09%；7.5小时的有4人，约占12.12

27、%。驾龄分布图如图3所示：图3 驾驶员的驾驶时间分布图表2 驾驶视觉特性指标与驾驶员的个性因素相关性数据 因素 静视力 动视力 速度估计 选择反应时间 反应判断次数 处置判断 年龄 30 1.35 0.723 1.73 0.888 3.50 97/岁 3040 1.10 0.639 1.94 0.831 2.58 113.75 4050 1.27 0.604 1.81 0.827 3.30 102 50 0.84 0.285 2.23 0.879 3 117驾龄 5 1.04 0.506 2.05 0.840 3.40 90.40/年 510 1.04 0.620 1.84 0.774 3.2

28、5 118.38 1015 1.37 0.655 1.73 0.860 1.86 106.70 1520 1.15 0.550 1.896 0.920 3.83 125.6720 1.23 0.510 2.05 0.875 2.88 111.20 驾驶 1 1.15 0.730 1.895 0.826 3.00 122.50时间 13 1.20 0.600 1.84 0.818 3.15 107.15/h 35 1.25 0.520 1.84 0.896 3 104.50 5 1.03 0.397 2.10 0.900 2.70 110.70 表3驾驶员驾驶视觉特性指标与驾驶员的各因素标准类型

29、 标准类型 速度估计（s）动体视力 选择反应时间（s） 选择反应错误次数（s）处置判断 优良 1.982.18 0.91.5 0.62 0 76一般 1.361.97 0.40.9 0.630.98 14 771202.192.47要注意 1.151.35 0.20.3 0.991.34 56 1211402.48及以上很差 1.15及一下 0.2及以下 1.35及以上 7及以上 141及以上 驾驶员的年龄、驾龄、驾驶时间与在驾驶过程中的反应时间和反应错误次数有如下关系，各个年龄段的驾驶员的反应时间的平均值都变化不大，且较相近；而反应错误有所不同，如图所示：图4 年龄与反应时间和错误次数的关系

30、驾驶员的驾龄在驾驶过程中的反应时间和反应错误次数有如下关系，各个驾龄段的驾驶员的反应时间的平均值变化不大且相近，而对于反应错误次数却各不相同，如图所示：图5 驾龄与反应时间和错误次数的关系 驾驶员的驾驶时间与在驾驶过程中的反应时间和反应错误次数有如下关系，各个持续驾驶时间段的驾驶员的反应时间的平均值都变化不大，且较相近；而对于反应错误次数呈现递增的趋势。如图所示：图6驾驶时间与反应时间和错误次数的关系 由以上的数据表格以及资料可以得出，驾驶员驾驶视觉特性指标与驾驶员的个性因素有较强的相关性，其中受到驾驶员年龄、驾龄、驾车时间的普遍影响，而驾驶时间因素只与驾驶员速度估计、选择反应时间和选择反应误

31、判次数具有较强的相关性，与驾驶员的静视力和动体视力的变化没有多大关系。在驾龄和年龄的相关性分析过程中，对两者也进行了分析，主要是看两者谁与驾驶视觉特性的相关性更强，从中可以得出两者具有相同的相关强度，而且两者对驾驶视觉特性具有相互的影响。通过统计发现，红其拉甫地区接受调查的驾驶员中，4145岁之间的驾驶员所占的比例最高。其次是3135岁和3640岁之间的，其中动体视力最好的是3040岁之间的驾驶员 ，其次是3135和3640岁之间，最差的是年龄大于等于50岁的驾驶员。但是根据速度估计的比较分析得知，年龄3040岁的驾驶员的速度估计最准确，而其他的都有较大误差，由此可知，受年龄的影响，驾驶员的驾

32、驶视觉特性会下降，而且对于速度估计有很大的影响；所调查的驾驶员的选择反应时间都差不多而且都很一般，由此可知，驾驶员的驾驶视觉特性中的年龄对于他们的反应时间来说无多大影响；他们的反应错误判断次数都在两到四次之间，都很一般，由此可知，驾驶员的年龄对于选择反应错误次数来说影响也不大；对于处置判断的分析，小于30岁的驾驶员的处置判断最高，而大于等于50岁的驾驶员的处置判断最差，由此可知，驾驶员的年龄对于驾驶员的处置判断来说有较大影响，年龄越大的对于处置判断越差，而年龄越小的对于处置判断越好。驾龄在十年左右的驾驶员所占比例最高，通过分析可知，他们的动体视力都还不错，没有极坏的情况出现，故驾驶员的驾龄对于他们的动体视力的影响不大；驾龄小于5年和大于等于20年的驾