CN112754483A

CN112754483A - 一种测试及训练驾驶员注意分配能力的方法和系统

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Publication number: CN112754483A
Application number: CN202110039253.XA
Authority: CN
Inventors: 瞿炜娜; 葛燕
Original assignee: Institute of Psychology of CAS
Current assignee: Institute of Psychology of CAS
Priority date: 2021-01-12
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2041-01-12
Also published as: CN112754483B

Abstract

一种驾驶员注意分配能力的测试及训练的方法和系统，包括步骤1：被试在交互式驾驶模拟座舱中驾驶车辆；步骤2：当被试驾驶车辆到达第一速度时，进入测试时间，在测试时间内，距离被试第一距离范围内的目标车辆和干扰车辆随机变道，在测试时间到达后，目标车辆与干扰车辆变为同一种车辆；步骤3：接收被试指认的目标车辆；步骤4：计算并输出被试的注意分配能力等级和评语。通过本发明，能够对驾驶员在较大视觉范围内的注意分配状况进行练习及测试，提高驾驶员的安全驾驶意识和能力。

Description

一种测试及训练驾驶员注意分配能力的方法和系统

技术领域

本发明涉及心理学和计算机科学领域，具体地，涉及一种测试及训练驾驶员注意分配能力的方法和系统。

背景技术

随着交通运输业的不断发展，交通事故也逐渐成为造成人员伤亡以及财产损失的一大重要因素。我国交通事故统计结果表明，由驾驶员的因素导致的事故占交通事故的74％，驾驶员的人为错误成为引起交通事故的主要原因。

在驾驶过程中，驾驶员需要监控较大的视野范围，除了正前方的交通情况外，还有其周围的车辆及行人变化，这在很大程度上考察了驾驶员的注意分配能力。由于注意分配能力不足导致的安全问题占交通安全问题的很大一部分，需要引起广大驾驶员的注意。

注意分配是指在同一时间内，把注意指向不同的对象，同时从事几种不同活动的现象。在驾驶场景中，经常有需要关注多个注意目标的场景，这类场景的目标多为前方多个车辆，比如在关注与前方车辆的车距的同时，还需要关注旁边车道并线车辆的情况，如果未能合理分配有限的注意资源，可能导致顾此失彼，与某一个注意目标发生碰撞。

中国专利文献CN201310377615.1记载了一种机动车驾驶员交互式注意力提高的方法，通过驾驶员在模拟行驶过程中，给出观察环境时能够获得的刺激，驾驶员给出反应，当反应的结果低于预先确定的值，则输出信号影响辅助驾驶功能。该方法主要针对机动车驾驶员注意力特点，仅通过驾驶员的行为反应结果与预先设定值的关系来决定信号输出。该方法不能测评视觉注意在不同区域的特点，也不能进行针对不同区域的注意分配能力进行训练该发明提出一种车辆的车距控制方法和系统，对于驾驶员探索较大范围内的交通状况的场景，缺乏实用性。

中国专利文献CN201310698581.6记载了一种可在测试场检测进行不同驾驶作业时驾驶员眼球转动的角度、在某一视觉区域注视点的位置、注视点持续时间、集中程度、注视频率、进行某一项驾驶作业时或者变换驾驶作业时视线在不同注视区域的转移轨迹，并与由驾校教练的标准动作建立的标准眼动数据进行实时建立测评，实地测试驾驶员视觉注意力分配安全性，该技术只基于眼动数据，缺乏对应的有效的驾驶行为指标进行相互验证，并且未考虑注视所涉及的场景。

中国专利文献CN201810657550.9记载了一种视觉注意分配能力测评与训练方法，根据作业所需视觉注意分配要求，设置视觉任务，根据视觉任务模式，构建注意分配指标，按照前述步骤的设置，对被试者进行视觉注意指标测评，对被试进行视觉注意训练，强化对编号为I1、I2的视觉区域的注意分配能力，按照前述步骤对被试者进行视觉注意分配训练效果评价。通过定量化地对视觉注意分配能力指标进行评价和训练，解决复杂任务作业人员的选拔与训练实际需要，然而，该技术方案对注意视觉区域分区过于简单，不符合实际驾驶的复杂环境，缺乏生态效度。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的技术问题，本发明旨在为驾驶员和研究人员提供一个具有驾驶情境生态效度的测试及训练驾驶员注意分配能力的方法和系统，从而提升驾驶员的安全驾驶习惯及意识。

根据本发明的一个方面，提出一种测试及训练驾驶员注意分配能力的方法，包括：

步骤1：被试在交互式驾驶模拟座舱中驾驶车辆；

步骤2：检测被试驾驶车辆是否到达第一速度，如果达到第一速度，进入测试时间，在测试时间内，距离被试第一距离范围内的目标车辆和干扰车辆随机变道，在测试时间到达后，目标车辆与干扰车辆变为同一种车辆；

步骤3：接收被试指认的目标车辆；

步骤4：计算被试注意分配能力值，并向被试显示相应的评语。

进一步的，在所述步骤2中，道路宽度为8米，所述第一速度为40km/h，所述第一距离范围为14～16米，目标车辆为4辆，干扰车辆为5辆。

进一步的，在所述步骤2中，目标车辆为红色，干扰车辆为灰色和/或蓝色，测时间到达后，目标车辆和干扰车辆均变为蓝色。

进一步的，在所述步骤4中，所述注意分配能力值等于被试正确指认的目标车辆的数目/目标车辆数。

进一步的，在所述步骤4中，注意分配能力值表征的驾驶能力如下：

(1)M＞0.90表示Level 1技师级，注意分配能力非常强，能对驾驶过程中的一些危险情况进行很好的应对；

(2)0.80＜M＜＝0.90表示Level 2中级，驾驶中的注意资源分配能力比较强，能对驾驶过程中的一些危险情况进行很好的应对；

(3)M＜＝0.80表示Level 3初级，驾驶中的车距控制能力比较弱，可能无法对驾驶过程中的一些危险情况进行很好的应对。

根据本发明的另一方面，提出一种测试及训练驾驶员注意分配能力的系统，包括交互式驾驶模拟座舱和控制子系统，其中

驾驶模拟座舱包括交互式操作设备、驾驶模拟操作系统和显示屏，驾驶模拟操作系统用于被试操纵交互式操作设备进行模拟驾驶动作，显示屏用于可视化显示被试模拟驾驶动作；

控制子系统，用于与所述驾驶模拟座舱交互，通过所述驾驶模拟座舱接收被试的驾驶信息，向显示屏上显示驾驶情景，发出提示音，以及给出被试的注意分配能力等级。

进一步的，所述控制子系统包括驾驶环境设置模块、测试模块、等级判定模块和接口模块，其中，

驾驶环境设置模块，用于设定驾驶环境参数，并将所述参数通过接口模块传送给操作系统，并显示在显示屏上；

测试模块，用于通过接口模块接收被试行车速度，设置目标物状况并通过接口模块传送到操作系统和显示屏；测试模块还用于通过接口模块接收驾驶员输入的表示目标车辆的数字序号，并将该数字和测试次数信息发送给等级判定模块；

等级判定模块，用于接收测试模块发送的目标车辆序号，判断序号代表的车辆是否是目标车辆，然后计算注意分配能力值M，并根据判定规则将评语通过接口模块显示在显示屏上。

进一步的，在所述测试模块中，接收的被试车速在第一车速范围内时，在车辆前方第一距离范围内通过接口模块在显示屏上显示与被试车速一致的目标车辆和干扰车辆，车辆互相不完全遮挡；然后进入测试时间，目标车辆和干扰车辆开始随机变道，测试时间结束时，目标车辆和干扰车辆变为同一车型或颜色。

进一步的，所述第一距离范围为纵向14～16米，道路宽度为8米，第一车速为40km/h，测试时间为1分钟，目标车辆为红色，目标车辆为4辆，干扰车辆为5辆，测试时间后变为蓝色。

进一步的，在等级判定模块中，注意分配能力值M等于判断正确的数量/目标车辆数，判定规则如下：

(1)M＞0.90表示Level 1技师级；

(2)0.80＜M＜＝0.90表示Level 2中级；

(3)M＜＝0.80表示Level 3初级。

通过本发明，模拟了驾驶过程当中可能出现的注意分配场景，能够对驾驶员在较大视觉范围内的注意分配状况进行练习及测试，并且通过实验和专家评审，验证了系统的有效性。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的驾驶员注意分配能力的测试及训练方法的流程示意图；

图2为示出本发明具体实施方式涉及的驾驶员注意分配能力的测试及训练系统测试或训练时的界面图；

图3为根据本发明一个实施例的驾驶员注意分配能力的测试及训练系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的测试及训练驾驶员注意分配能力的方法和系统进行详细描述。

在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。

在以往的研究中，有许多关于注意分配的范式，如双耳分听、同时视觉和听觉任务等，但很少有研究关注驾驶场景的注意分配。在驾驶中的注意资源分配中，使用在监控周围情境的注意资源占据了较大的一个部分。而对于周围车辆变化的监控则是最为重要的部分，这关系到驾驶员将要采取何种操作来保证自身与他人的安全。因此在这种情境下，驾驶员不仅仅要对单一的目标进行追踪，而是要对多个目标进行追踪。

为了考察及训练驾驶员在驾驶过程中的注意资源分配能力，从而提升驾驶员的安全驾驶习惯及意识，根据本发明的一个方面，提出一种测试及训练驾驶员注意分配能力的方法，步骤1：被试在交互式驾驶模拟座舱中驾驶车辆；步骤2：当被试驾驶车辆到达第一速度时，进入测试时间，在测试时间内，距离被试第一距离范围内的目标车辆和干扰车辆随机变道，在测试时间到达后，目标车辆与干扰车辆变为同一种车辆；步骤3：接收被试指认的目标车辆；步骤4：计算并输出被试的注意分配能力等级和评语。

在步骤1中，交互式模拟座舱采用现有的产品，如北京宣爱公司提供的交互式驾驶模拟座舱，其包括真实汽车座舱内的所有操纵设备、独立的操作系统和三个高清液晶显示屏，视角为120度(如图2所示)，模拟座舱具有开放的API接口，能够对其编程实现公路和驾驶数据的接收和显示。操纵设备包含方向盘、刹车、油门等，并将驾驶员的操作信息反应在显示器上，比如车辆行进、加减速、转向、位置等。

在步骤1中，交互式模拟座舱的显示屏上显示的驾驶环境为一条空旷的高速公路，高速公路可以为直线、曲线，优选的，道路可以设置为8米宽的笔直公路。道路两旁的树木、道路的天气及光线情况，还有车辆的外型等可以通过驾驶模拟座舱开放的接口编程设置。

在步骤2中，目标车辆和干扰车辆可以用不同颜色进行区分，比如目标车辆为红色，干扰车辆为灰色和蓝色，这些车辆可以有部分遮挡，但不会被完全遮挡，也就是说这些车辆都可以被被试看到。目标车辆和干扰车辆可以在被试车辆启动时出现，也可以在被试驾驶车辆达到一定速度时再出现。当目标车辆和干扰车辆出现时，通过模拟座舱向用户呈现指导语“请记住红色车辆的位置，当所有车变为蓝色时，依次输入红车的编号(1-9)并以回车键结束”。目标车辆和干扰车辆的速度保持与被试车辆一致，以稳定目标车辆和干扰车辆与被试的距离。当被试驾驶车辆到达第一速度时，进入测试时间。在测试时间，目标车辆和干扰车辆随机变道，在测试时间到达后，目标车辆与干扰车辆变为同一种车辆。

在一个实施例中，第一速度为40km/h，第一距离范围为14～16米，测试时间为1分钟，目标车辆为4辆，干扰车辆为5辆。

在步骤S3中，接收被试指出目标车辆，比如通过小键盘接收表示车辆顺序的数字信息。在练习阶段，被试输入完毕后，可以给出指认正确与否的判断。

在步骤S4中，计算被试指认正确的目标车辆的数量与目标车辆数的比值作为注意分配能力值M，然后对应下面规则向被试显示其等级及评语。还可以多次执行步骤S1-S3，比如5次，然后计算被试的注意分配能力值的平均值作为最终的注意分配能力值M。

(1)M＞0.90表示Level 1技师级，可以通过显示屏向用户显示：“在驾驶过程中，更好的注意资源分配能力意味着更好的交通状况监测能力和安全意识，也能够保证更好的驾驶安全性。您在测试过程中注意资源分配能力得分为M(分)，根据该结果系统初步判断您在驾驶中的的注意资源分配能力非常强，能对驾驶过程中的一些危险情况进行很好的应对，这将有益于您驾驶的安全性。请您继续保持。”

(2)0.80＜M＜＝0.90表示Level 2中级，可以通过显示屏向用户显示：“在驾驶过程中，更好的注意资源分配能力意味着更好的交通状况监测能力和安全意识，也能够保证更好的驾驶安全性。您在测试过程中注意资源分配能力得分为M(分)，根据该结果系统初步判断您在驾驶中的注意资源分配能力比较强，能对驾驶过程中的一些危险情况进行很好的应对，这将有益于您驾驶的安全性。请您继续保持。”

(3)M＜＝0.80表示Level 3初级，可以通过显示屏向用户显示：“在驾驶过程中，更好的注意资源分配能力意味着更好的交通状况监测能力和安全意识，也能够保证更好的驾驶安全性。您在测试过程中注意资源分配能力得分为M(分)，根据该结果系统初步判断您在驾驶中的车距控制能力比较弱，可能无法对驾驶过程中的一些危险情况进行很好的应对，建议您提升自己的注意资源分配能力，这将有益于您驾驶的安全性。”

根据本发明的另一个方面，提出一种驾驶员注意分配能力的测试及训练系统，如图3所示，包括交互式驾驶模拟座舱和控制子系统，驾驶模拟座舱包括交互式操作设备、驾驶模拟操作系统和显示屏，驾驶模拟操作系统用于被试操纵交互式操作设备进行模拟驾驶动作，显示屏用于可视化显示被试模拟驾驶动作，控制子系统包括驾驶环境设置模块、测试模块、等级判定模块和接口模块。

驾驶模拟座舱采用由北京宣爱公司提供的交互式驾驶模拟座舱，包括真实汽车座舱内的所有操纵设备，以及一个独立的操作系统和三个高清液晶显示屏，视角为120度，如图2所示，中部的液晶屏模拟实际车辆中的挡风玻璃，侧面的两个液晶屏分别模拟实际车辆中的左右侧窗及对应的后视镜。操纵设备包含方向盘、刹车、油门等，并将驾驶员的操作信息反应在显示器上，比如车辆行进、加减速、转向、位置等，同时将该信息通过接口模块发送给测试模块。操作系统可以与接口模块进行数据交互。

驾驶环境设置模块用于设定驾驶环境参数，并将所述参数通过接口模块传送给操作系统。在本发明中，驾驶环境包括高速公路，路两旁的树木，车辆的外型，天气及光线指导语设置。其中，高速公路可以为直线、曲线，优先的，道路可以设置为8米宽的笔直公路。道路、路两旁的树木、车辆的外型，天气及光线都可以通过驾驶模拟座舱开放的接口编程实现。

测试模块用于通过接口模块接收行车速度，设置目标物状况并通过接口传送到操作系统和显示屏，如目标车辆和干扰车辆的数目、颜色、外形、位置、呈现时间、测试次数等。接收的被试车速在第一车速范围内时，在车辆前方第一距离范围内通过接口模块和显示屏显示与被试车速一致的目标车辆和干扰车辆，车辆互相不完全遮挡。例如，第一距离范围为纵向14～16米，宽为8米的范围内，相互之间不完全遮挡。当被试车速达到第一车速时，比如40km/h，进入测试时间。此时，目标车辆和干扰车辆开始随机变道。测试时间结束时，目标车辆和干扰车辆变为同一车型，比如颜色都变为蓝色。

测试模块8还通过接口模块和显示屏向驾驶员显示导语，如“请记住红色车辆的位置，当所有车变为蓝色时，依次输入红车的编号(1-9)并以回车键结束”“请输入之前为红色车辆的编号”。

测试模块还通过接口模块接收驾驶员输入的表示目标车辆的数字序号，并将该数字和测试次数等数据发送给等级判定模块。

等级判定模块用于接收测试模块发送的目标车辆序号，然后该序号代表的车辆是否是目标车辆。然后计算注意分配能力值M(注意分配能力值M等于判断正确的数量/目标车辆数)，并根据判定规则赋予驾驶员注意分配能力成绩M，并通过接口模块反馈给交互式驾驶模拟座舱。判定规则如下：

接口模块用于控制子系统和驾驶模拟座舱之间的数据交互。

为了验证系统的有效性，我们招募了一批驾驶员，共30人(15名女性，15名男性)，所有参加实验者的驾驶经验均大于3年或者驾驶里程超过20000公里。根据最近一年内的罚分数量，将他们区分为安全驾驶组(最近一年的驾驶罚分不超过6分，共16人)和不安全驾驶组(最近一年的驾驶罚分超过6分，共14人)。

随后，我们依据系统对这批驾驶员进行了测试，并对两个组的被试的M值进行了差异检验，结果发现，安全驾驶组和不安全驾驶组的M值差异显著，对比了目标车辆为2、3、4时安全组和不安全组的M值统计差异。目标车辆为4时，安全驾驶组显著高于不安全驾驶组。因此我们认为目标车辆为4时M指标对驾驶安全性有较好的区分度。

两名交通心理学方向的副研究员，一位驾校老师，结合被试M值的分布，通过讨论对车距控制能力等级进行了划分，如表1所示。

表1不同目标车辆数量条件下安全与不安全组反应正确率的描述统计和t检验结果

根据被试的M值和输出的评语，经两名交通心理学方向的副研究员、一位驾校老师对驾驶员完成测试任务时的视频进行综合评测，认为测试结果符合被试实际的注意分配能力水平，准确性高，该系统能很好地用于判断驾驶员的注意分配能力。

为了验证本系统对注意分配能力的训练作用，我们采用30名驾驶员进行了为期1周的训练。训练过程中，要求30名驾驶员在一周内，每天使用本系统进行20个试次的训练任务，在开始训练前和训练完成后分别记录驾驶员的M得分。结果表明，训练前后驾驶员的M值平均得分分别为0.67(SD＝0.08)和0.79(SD＝0.06)，T检验结果表明t＝-6.37(p＝0.01)，训练后的M值得分显著高于训练前，证明驾驶员的注意分配能力得到明显的提高。

本发明通过多目标监测的任务模拟驾驶过程当中可能出现的注意分配场景，能够对驾驶员在较大视觉范围内的注意分配状况进行练习及测试。同时，驾驶模拟舱座使练习及测试环境具有较高的生态效度，控制子系统具有较强的灵活性，可以对驾驶环境、目标物数量等参数进行灵活调节。

以上根据具体实施方式对本发明做出了详细的描述，然而，本领域技术人员懂得，在其基础上能够做出各种变更和修饰，只要不脱离本发明宗旨和精神，这些变更和修饰均应落入本发明的保护范畴之内，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种测试及训练驾驶员注意分配能力的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：被试在交互式驾驶模拟座舱中驾驶车辆；

步骤3：接收被试指认的目标车辆；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，道路宽度为8米，所述第一速度为40km/h，所述第一距离范围为14～16米，目标车辆为4辆，干扰车辆为5辆。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，目标车辆为红色，干扰车辆为灰色和/或蓝色，测时间到达后，目标车辆和干扰车辆均变为蓝色。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述注意分配能力值等于被试正确指认的目标车辆的数目/目标车辆数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤4中，注意分配能力值表征的驾驶能力如下：

6.一种测试及训练驾驶员注意分配能力的系统，其特征在于，所述系统包括交互式驾驶模拟座舱和控制子系统，其中

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制子系统包括驾驶环境设置模块、测试模块、等级判定模块和接口模块，其中，

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在所述测试模块中，接收的被试车速在第一车速范围内时，在车辆前方第一距离范围内通过接口模块在显示屏上显示与被试车速一致的目标车辆和干扰车辆，车辆互相不完全遮挡；然后进入测试时间，目标车辆和干扰车辆开始随机变道，测试时间结束时，目标车辆和干扰车辆变为同一车型或颜色。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一距离范围为纵向14～16米，道路宽度为8米，第一车速为40km/h，测试时间为1分钟，目标车辆为红色，目标车辆为4辆，干扰车辆为5辆，测试时间后变为蓝色。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在等级判定模块中，注意分配能力值M等于判断正确的数量/目标车辆数，判定规则如下：

(1)M＞0.90表示Level 1技师级；

(2)0.80＜M＜＝0.90表示Level 2中级；

(3)M＜＝0.80表示Level 3初级。