駕車接近隧道過程中駕駛員瞳孔大小變化規(guī)律

胡英奎a，b，陳仲林b，張青文b，翁季b，黃珂b

(重慶大學 a. 土木工程學院； b. 建筑城規(guī)學院，重慶 400045)

摘要：為了解駕駛員駕車進入隧道過程中的瞳孔變化過程，讓8位駕駛員分別駕車進入4座隧道，在此過程中用眼動儀記錄駕駛員的瞳孔大小。分析眼動儀記錄得到的駕駛員瞳孔大小數(shù)據(jù)的特征，通過小波變換進行數(shù)據(jù)處理,得到了駕駛員駕車進入隧道過程中瞳孔大小變化曲線。分析駕駛員瞳孔大小變化曲線發(fā)現(xiàn)，不同駕駛員的瞳孔大小存在個體差異；同一駕駛員多次測試的瞳孔大小存在一定的隨機性；在接近隧道過程中駕駛員瞳孔逐漸變大，并在隧道洞口附近急劇變大；不同駕駛員的瞳孔變化趨勢存在一定的差異；駕駛員瞳孔大小除受適應亮度的影響外，還受駕駛員的心理等因素的影響。

關鍵詞：隧道照明；瞳孔大??；適應亮度；交通安全

Received:2015-09-16

Foundation item：National Natural Science Foundation of China (No. 51278507, 50908240)

隧道入口附近是交通事故高發(fā)路段[1-2]，隧道內(nèi)外亮度差導致的駕駛員視覺適應滯后是其主要原因。盡管人眼瞳孔大小受人的生理、心理以及外部環(huán)境等因素的影響，但在其他影響因素一定的情況下，主要受環(huán)境亮度的影響。駕駛員白天駕車由較亮的外部進入較暗的隧道內(nèi)時，瞳孔會放大，如果瞳孔放大速率超出安全范圍，則會發(fā)生視覺障礙而造成行車事故。因此，研究駕駛員駕車接近隧道過程中的瞳孔變化規(guī)律，有助于保障隧道入口附近的行車安全。

瞳孔大小由瞳孔括約肌和瞳孔開大肌控制，分別受副交感神經(jīng)、交感神經(jīng)支配。Pokorny等[3]認為影響瞳孔大小的因素主要包括外部刺激和觀察者自身因素兩個方面，外部刺激就包括照明水平。Crawford[4]通過實驗研究了光源對瞳孔大小的影響，對背景亮度從2 700 c./ft.2(約29 052 cd/m2)、眼睛處的照度為65 ft.c.(約699.4 lx)變化到0后人眼瞳孔的變化過程進行了測量。Birren等[5]、 Winn等[6]研究了不同年齡段被測者瞳孔大小與背景亮度之間的關系。Winn等[6]發(fā)現(xiàn)瞳孔直徑與亮度的對數(shù)之間線性相關。Richman等[7]在幾乎全黑、室內(nèi)照明和直射光3種照明條件下測量了250名被測者的瞳孔大小。在研究瞳孔大小的過程中，人們發(fā)現(xiàn)即使在恒定的照明環(huán)境中，人眼瞳孔大小也在持續(xù)波動，Stark等[8]認為瞳孔的這種持續(xù)波動(虹膜震顫)是虹膜肌中分布的交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)共同作用的結(jié)果。為了研究人眼受到光刺激后瞳孔的反應時間，Iacoviello等[9]提出利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡和圖像處理技術研究人眼瞳孔大小變化過程的方法。Colombo等[10]測量了5位被測者在0.5 cd/m2的適應亮度下的瞳孔大小，以及在瞬時出現(xiàn)3個照度水平(15、30和60 lx)的周邊眩光中瞳孔的大小。Cheng等[11]在4、0.4和0.04 lx三種照明條件下測量了20位被測者的瞳孔大小。劉瑛等[12]用紅外線瞳孔測試儀測量了93例正常人(186眼)在暗環(huán)境下的瞳孔大小。練蘋等[13]用瞳孔自動測試儀測量了100例正常人(200只眼)的瞳孔及瞳孔對光的反射特性。康衛(wèi)勇等[14]通過試驗研究了瞳孔大小與腦力負荷之間的關系。李勇等[15]通過實驗研究了閱讀過程中疲勞和心理負荷因素對瞳孔大小的調(diào)節(jié)作用。李毅[16]在道路照明水平下，研究了人眼瞳孔與不同光源提供的光生物效應背景亮度之間的關系。黃海靜[17]在教室照明條件下研究了在不同色溫的熒光燈下的瞳孔大小與背景亮度和光源色溫之間的關系。

已有研究主要集中在被測者在靜態(tài)條件下瞳孔大小隨照明水平變化的規(guī)律，對于被測者在動態(tài)條件下瞳孔大小隨照明水平的變化研究較少。為了給基于駕駛員視覺適應的隧道照明設計方法提供依據(jù)，筆者選擇4座高速公路隧道，在隧道現(xiàn)場實測了駕駛員駕車進入隧道過程中的瞳孔大小變化過程。

1瞳孔變化實測

選擇福建省境內(nèi)永武(永安—武平)高速公路上的龍井隧道、黃山嶺隧道、石背角隧道和溪背山隧道作為實測地點，讓駕駛員駕車按照隧道設計速度駕車進入隧道，并用眼動儀記錄駕駛員從距隧道入口一個停車視距處到隧道洞口之間的瞳孔大小。

1.1　測試的基本情況

所測試的4座隧道都位于福建省西南部龍巖市境內(nèi)的永武高速公路上。測試時間8月份是當?shù)厝照兆顝姷募竟?jié)，測試的3天均為晴間多云天氣。為了能得到駕駛員不同洞外亮度水平下的瞳孔變化過程，每天的測試分早晨(7:00—9:00)、中午(11:00—13:00)和傍晚(16:00—18:00)3個時段進行。

1.1.1測試隧道測試隧道為永武高速公路上的龍井隧道、黃山嶺隧道、石背角隧道和溪背山隧道。4座隧道的幾何尺寸相同，均為7 m高、7.2 m寬，外觀見圖1。

圖1　被測隧道的外觀Fig.1　Pictures of tunnels

1.1.2測試車輛考慮所用車輛的代表性和測試的方便性，測試選用永武高速公路路政管理部門的工作用車，即由東南三菱生產(chǎn)的三菱君閣(ZINGER)MPV商務車。車身尺寸：4 615 mm×1 775 mm×1 810 mm(長×寬×高)。測試用車車況良好，前擋風玻璃及前排車窗清潔無污染，前擋風玻璃和車窗玻璃有貼膜但不影響行車安全。

1.1.3被測人員考慮駕駛員的代表性及駕駛員對測試用車的車況和操作較熟悉的要求，選擇了8名男性駕駛員作為被測人員，被測人員全部為永武高速公路的路政管理人員。被測人員的年齡在28~40歲，平均年齡33.4歲，所有被測人員均無色盲、色弱情況，校正視力均在5.0以上，為了眼動儀測試的方便，所有駕駛員都不佩戴眼鏡(隱形眼鏡除外)。駕駛員的基本情況見表1。

表1　被測駕駛員基本情況

1.1.4SMI iViewX HED眼動儀用iView X HED眼動儀記錄被測人員的瞳孔大小。眼動儀有兩個攝像機，一個用于記錄包括瞳孔大小在內(nèi)的眼睛數(shù)據(jù)，另一個記錄被測者注視的場景圖像。場景攝像機的采樣頻率為25 Hz，即每40 ms左右采集一幀圖像，眼睛攝像機的采用頻率為50 Hz，即每20 ms左右對眼睛采集一次數(shù)據(jù)。

2測量方法和步驟

駕駛員戴好經(jīng)過相應設置和校準后的眼動儀頭盔，將測試車開到正對隧道距隧道一段距離(一般距隧道口300 m以上)處停好。測試開始，車輛起步后盡快將車速提高到隧道的設計行車速度80 km/h，并確保駕車到達距洞口一個停車距離(100 m)處時車速達到隧道的設計行車速度80 km/h左右，然后盡量使行車速度穩(wěn)定80 km/h，保持勻速行駛，車輛在行駛過程中不得變道。在車輛到達距隧道洞口一個安全停車距離前開始記錄瞳孔數(shù)據(jù)，通過隧道的入口段后停止記錄。每座隧道、每個時段有1~3名駕駛員駕車通過；根據(jù)具體情況，每名駕駛員在一個時段駕車通過一座隧道1~4次。測試共記錄了8名駕駛員56人次駕車進入4座隧道的瞳孔變化數(shù)據(jù)。由于眼動儀校準不準確、眼動儀校準后頭盔相對駕駛員的頭部移動等原因，造成測試記錄的17人次瞳孔變化無法用于數(shù)據(jù)分析，測試得到39人次有效瞳孔變化數(shù)據(jù)。圖2為部分測試結(jié)果的駕駛員瞳孔大小變化曲線。

圖2　部分駕駛員瞳孔變化曲線Fig.2　Some drivers’ pupil size changing

3測量結(jié)果分析

從測量結(jié)果可以看出，駕駛員駕車進入隧道過程中的瞳孔大小變化基本有規(guī)律可循，由于駕駛員的瞳孔大小除受光環(huán)境因素影響外還受其他因素影響，使得分析駕駛員的瞳孔大小變化規(guī)律存在一定的不便。為方便分析駕駛員駕車進入隧道過程中的瞳孔大小變化規(guī)律，需要先分析利用眼動儀獲得的駕駛員瞳孔大小數(shù)據(jù)的特征，并在此基礎上對用眼動儀獲取的原始數(shù)據(jù)進行加工處理。

3.1　利用眼動儀獲取的瞳孔大小數(shù)據(jù)的特征

從圖2中駕駛員駕車進入隧道過程中的瞳孔大小變化各條曲線可以看出，利用眼動儀獲取的瞳孔大小數(shù)據(jù)具有一定的規(guī)律性特征。

3.1.1瞳孔大小數(shù)據(jù)存在短時間異常偏小造成眼動儀記錄的瞳孔大小數(shù)據(jù)異常偏小的原因主要有：

1)駕駛員每次駕車進入隧道，從開始記錄數(shù)據(jù)到停止記錄數(shù)據(jù)一般要歷時6 s以上，駕駛員在此時間段內(nèi)不可避免地要眨眼，駕駛員眨眼時會造成眼動儀無法正確捕捉其瞳孔信息，如果短時間內(nèi)捕捉不到瞳孔圖像，則會出現(xiàn)瞳孔面積數(shù)據(jù)短時異常偏小、甚至為零。

2)駕駛員駕車過程中所處的光環(huán)境復雜多變，駕車過程中短時間出現(xiàn)的眩光會造成駕駛員角膜反射異常，也會造成眼動儀短時間無法正確捕獲瞳孔信息，從而產(chǎn)生瞳孔面積數(shù)據(jù)短時異常偏小。

3)眼動儀軟件參數(shù)(Pupil Threshold、CR Threshold等)設置不恰當，當周圍光環(huán)境變化時會造成眼動儀短時無法正常捕捉駕駛員的瞳孔信息，從而出現(xiàn)瞳孔面積數(shù)據(jù)短時異常偏小。

4)其他原因造成的眼動儀短時無法捕捉到瞳孔圖像，也會使記錄到的瞳孔大小數(shù)據(jù)短時間異常偏小。

圖3所示為圖2(a)中駕駛員瞳孔大小異常變小的情況。為了突出表達駕駛員瞳孔大小變化的規(guī)律，圖中縱坐標的原點未取為零，從而導致眼動儀記錄到的駕駛員瞳孔面積異常變小時表達瞳孔大小的曲線與橫坐標軸相交。

圖3　駕駛員瞳孔大小異常變小的情況Fig.3 Unexpected decrease of driver’s pupil

3.1.2瞳孔面積數(shù)據(jù)存在短時間異常偏大造成眼動儀記錄的瞳孔大小數(shù)據(jù)短時異常偏大的原因主要有：

1)駕駛員睫毛較密，且顏色與其瞳孔顏色接近，駕駛員眨眼時眼動儀誤將睫毛識別成瞳孔，從而造成記錄到的瞳孔大小數(shù)據(jù)產(chǎn)生短時異常偏大。

2)眼動儀軟件參數(shù)(Pupil Threshold、CR Threshold等)設置不恰當，駕駛員的虹膜顏色與瞳孔顏色接近，當周圍光環(huán)境變化時會造成眼動儀短時間誤將虹膜識別成瞳孔，從而出現(xiàn)記錄到的瞳孔大小數(shù)據(jù)短時間異常偏大。

3)其他原因造成的眼動儀短時無法正確捕捉到瞳孔圖像，也會使記錄到的瞳孔大小數(shù)據(jù)短時間異常偏大。

圖4所示為圖2(b)中駕駛員瞳孔面積異常變大的情況。為了突出表達駕駛員瞳孔大小變化的規(guī)律，圖中縱坐標的最大值未取足夠大，從而造成瞳孔大小異常變大的點未在圖中完整表達。

圖4　駕駛員瞳孔面積異常變大的情況Fig.4　Unexpected increase of driver’s pupil

3.1.3瞳孔大小的波動在駕車進入隧道過程中，駕駛員的瞳孔大小也不是線性變化，而是時刻不停地變化，這種瞳孔大小不停的變化可以稱為瞳孔大小的波動。瞳孔大小波動的主要原因是虹膜的震顫，眼動儀參數(shù)的設置、駕駛員的心理活動等因素也可能會造成記錄的瞳孔大小波動。

圖5所示為圖2(c)中駕駛員瞳孔大小波動的情況。

圖5　駕駛員瞳孔大小波動的情況Fig.5　Fluctuation of object’s pupil

3.2　瞳孔大小原始數(shù)據(jù)的處理

為了便于分析駕駛員的瞳孔大小變化規(guī)律，需要對用眼動儀記錄的駕駛員瞳孔大小原始數(shù)據(jù)進行處理。

3.2.1對瞳孔大小異常變化數(shù)據(jù)的處理從圖2可以看出，眼動儀記錄的瞳孔大小數(shù)據(jù)異常所持續(xù)的時間都比較短，一般只有幾十毫秒。在如此短的時間內(nèi)，駕駛員的瞳孔大小一般不會發(fā)生復雜變化。所以，對于眼動儀記錄的瞳孔面積異常變小和異常變大的情況，可以認為在眼動儀記錄的瞳孔大小數(shù)據(jù)異常的時間段內(nèi)駕駛員的瞳孔大小線性變化。而且，駕駛員每次駕車進入隧道記錄的數(shù)據(jù)時長都在5 s以上，對超過5 s時長的數(shù)據(jù)中幾十毫秒的瞳孔大小數(shù)據(jù)做如此近似處理，不會影響對駕駛員瞳孔大小變化規(guī)律的總體分析。在進行數(shù)據(jù)處理時，將瞳孔數(shù)據(jù)異常時段內(nèi)的瞳孔大小數(shù)據(jù)刪除即可；反映在瞳孔大小變化曲線圖上，即為刪除數(shù)據(jù)異常時段內(nèi)的曲線，而用直線將異常數(shù)據(jù)時段兩端的曲線連接起來；從數(shù)學意義上來看，是以數(shù)據(jù)異常時段兩端的數(shù)據(jù)點為基礎，對數(shù)據(jù)異常時段內(nèi)的數(shù)據(jù)進行線性插值。

圖6(a)、(b)分別為對圖3和圖4所示數(shù)據(jù)中的異常數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果。

圖6　異常數(shù)據(jù)處理結(jié)果Fig.6　Processing result of abnormal

3.2.2對瞳孔大小波動的數(shù)據(jù)處理對于瞳孔大小的波動，當背景亮度不變時，可以取該背景亮度下獲取的瞳孔大小值的平均值作為該背景亮度下瞳孔大小的測量值，以消除瞳孔大小波動對實驗結(jié)果的影響。但在駕駛員實際駕車進入隧道的過程中，駕駛員感受到的光環(huán)境(適應亮度)在不斷變化，如果簡單地取某一時段內(nèi)瞳孔大小的平均值作為該時段瞳孔大小的值進行后續(xù)分析，將會掩蓋駕駛員駕車進入隧道過程中瞳孔大小隨適應亮度變化的過程。為了得到駕駛員駕車進入隧道過程中瞳孔大小變化的規(guī)律，采用小波分析方法處理采集到的瞳孔大小數(shù)據(jù)，并利用MATLAB軟件編寫程序處理瞳孔大小數(shù)據(jù)。

將駕駛員駕車過程中瞳孔大小隨時間變化的曲線視為信號曲線，瞳孔大小的波動可視為噪聲信號，用眼動儀獲取的瞳孔大小的原始數(shù)據(jù)即可視為被噪聲信號污染的信號。按照小波分析理論，可以采用濾波、小波變換等方法去除信號中的噪聲信號。在對比分析濾波和小波變換的原理以及對瞳孔大小數(shù)據(jù)分析適用性的基礎上，用小波變換處理眼動儀獲取的駕駛員瞳孔大小數(shù)據(jù)，并借助MATLAB軟件進行消除噪聲信號的數(shù)據(jù)處理。

利用小波變換中小波分解、小波重構的方法能達到降噪的目的。MATLAB的小波分析工具箱提供了wavedec()函數(shù)，用于一維信號的小波分解。由wavedec()函數(shù)分解得到的近似系數(shù)和細節(jié)系數(shù)重構原信號，則可以略去部分噪聲信息。MATLAB的小波分析工具箱中提供的wrcoef()函數(shù)，可以實現(xiàn)小波重構。經(jīng)反復試算發(fā)現(xiàn)，在進行小波分解和重構時，在MATLAB中調(diào)用如下函數(shù)，對眼動儀采集到的駕駛員瞳孔大小數(shù)據(jù)而言，能夠取得比較理想的降噪效果。

[C,L]=wavedec(x,6,'db6')

y=wrcoef('a',C,L,'db6',6)

其中：x為駕駛員瞳孔大小的原始數(shù)據(jù)；y為經(jīng)降噪處理后的駕駛員瞳孔大小數(shù)據(jù)。

將圖5所示瞳孔大小變化數(shù)據(jù)去除瞳孔大小異常的數(shù)據(jù)，然后利用MATLAB軟件按照上述小波分解與小波重構的方法進行降噪處理，所得結(jié)果如圖7所示。

圖7　圖5所示瞳孔數(shù)據(jù)經(jīng)小波變換后的結(jié)果Fig.7　Wavelet transform result of data demonstrated in Fig.

對比圖7和圖2(c)可以看出，圖7所示瞳孔大小變化曲線能比較真實地反映圖2(c)所示曲線的變化趨勢，即經(jīng)過小波變換的過程后，既實現(xiàn)了降低瞳孔大小波動對瞳孔大小變化趨勢的影響，又保留了瞳孔大小的實際變化趨勢。

4駕駛員瞳孔大小變化規(guī)律

對經(jīng)數(shù)據(jù)處理后的測量結(jié)果進行分析可以發(fā)現(xiàn)，在駕車進入隧道的過程中，駕駛員的瞳孔大小變化有如下規(guī)律：

1)不同駕駛員的瞳孔大小存在個體差異。

8月20日傍晚被測者SXY和XCH兩人各駕車進入黃山嶺隧道3次。在同一隧道的同一測試時段，近似認為隧道洞外亮度不變，黃山嶺隧道在該測試時段的洞外亮度Lseq=105.3 cd/m2。被測者SXY在3次駕車進入黃山嶺隧道過程中，在隧道接近段起點處的瞳孔面積約為3.5~3.8 mm2；而被測者SCH在3次駕車進入黃山嶺隧道過程中，在隧道接近段起點處的瞳孔面積約為4.0~4.3 mm2。由此可以看出，在測試條件基本相同的情況下，不同被測者的瞳孔大小存在明顯的個體差異。

2)同一駕駛員多次測試的瞳孔大小存在一定的隨機性。

同一駕駛員在相近測試條件下的瞳孔大小存在一定的隨機性。如8月18日中午被測者WLP兩次駕車進入龍井隧道時，在接近段起點處的瞳孔面積分別為4.1和3.5 mm2左右；而8月18日中午被測者LJS兩次駕車進入龍井隧道時，在接近段起點處的瞳孔面積分別為3.9和4.6 mm2左右。其余被測者在一個測試時段多次駕車進入同一隧道時，各次測試在接近段起點處的瞳孔面積也大多存在類似的隨機性，有時被測者在一個測試時段多次駕車進入同一隧道時的瞳孔大小差異還比較大。如8月19日中午，被測者FGH第1次駕車進入石背角隧道時，在隧道接近段起點處的瞳孔大小為3.65 mm2左右；而緊接著第2次駕車接近該隧道時，在隧道接近段起點處的瞳孔大小僅為1.65 mm2左右，僅為第一次時的53.5%。

3)在接近隧道過程中駕駛員瞳孔逐漸變大，并在隧道洞口附近急劇變大。

在駕車接近隧道過程中，雖然駕駛員瞳孔大小隨時間的變化曲線并非單調(diào)遞增，但其總體趨勢是駕駛員的瞳孔逐漸變大，并且在開始接近隧道的階段(從距隧道洞口一個停車視距，即100 m左右的位置開始)瞳孔大小變化的速率不大，即曲線的斜率不大；在即將進入隧道和剛進入隧道時(汽車行駛在隧道接近段末端和入口段始端)，駕駛員的瞳孔急劇增大，即曲線的斜率快速變大。這主要是因為測試過程中汽車速度保持近似勻速，駕駛員駕車剛進入隧道接近段時，在勻速接近隧道的過程中適應亮度變小的速率不大，因此，駕駛員的瞳孔雖有增大，但增大的速率不大；而在快要進入隧道以及剛剛進入隧道時，駕駛員的適應亮度急劇減小，從而造成駕駛員的瞳孔快速增大以適應變暗的環(huán)境。進入隧道入口段后，雖然駕駛員的適應亮度已基本穩(wěn)定，但由于眼睛暗適應時適應滯后現(xiàn)象的存在，瞳孔仍然要繼續(xù)放大一段時間，直至適應隧道內(nèi)相對較暗的環(huán)境后，瞳孔大小才會穩(wěn)定下來。這就造成了在接近隧道的過程中駕駛員瞳孔逐漸變大，但變大的速率不大，在將要進入隧道和剛進入隧道時，駕駛員的瞳孔急劇增大。

在將要進入隧道和剛進入隧道時,駕駛員的瞳孔急劇增大，是因為在隧道洞口附近駕駛員的視覺負荷最大，即在這段行駛區(qū)域駕駛員最容易出現(xiàn)視覺障礙，進而導致交通事故。因此，隧道洞口附近駕駛員瞳孔發(fā)生急劇變化的區(qū)域，是采取適當措施控制交通事故發(fā)生的重點區(qū)域。

4)不同駕駛員的瞳孔變化趨勢存在一定的差異。

在從隧道接近段起點處駕車接近隧道的過程中，不同駕駛員瞳孔大小的變化趨勢并不完全相同。在駕車接近隧道的過程中，有的駕駛員瞳孔面積增大較快，有的駕駛瞳孔面積則是平穩(wěn)增大；有的駕駛員瞳孔單調(diào)變大，有的駕駛員瞳孔在增大過程中還會發(fā)生波動；在接近段末端將要進入隧道和入口段的起點剛剛進入隧道時，駕駛員瞳孔大小急劇變化，但不同駕駛員瞳孔大小急劇變化持續(xù)的時間，以及急劇變化過程中瞳孔面積變化的速率也各不相同。這既有隧道內(nèi)外照明條件不同的原因，也有駕駛員個體差異的原因。

5)在駕車進入隧道的過程中，駕駛員瞳孔大小除受適應亮度的影響外，還受駕駛員的心理等因素的影響。

在駕車接近隧道的過程中，駕駛員的適應亮度逐漸降低。但在駕車接近隧道的過程中，駕駛員的瞳孔大小并不是單調(diào)遞增，而是在多幅圖中出現(xiàn)了瞳孔在增大過程中短時變小的情況。這是因為駕駛員的瞳孔大小除受適應亮度的影響外，還受駕駛員的情緒以及解決問題時遇到困難的不同程度等因素的影響[18]。駕駛員在駕車接近隧道的過程中，其心理行為可能會受到視野中突然出現(xiàn)的交通標志、路邊的其他景物、異常聲響以及心里可能想到其他事情等因素的影響，進而情緒波動影響瞳孔的大?。获{駛員駕車高速(80 km/h左右)接近隧道的過程，相對駕駛員而言，是表現(xiàn)為“黑洞”的隧道以及所在的山體快速接近駕駛員，因此有的駕駛員還可能會產(chǎn)生緊張情緒，或者面對快速靠近的山體會有壓迫感，這也會造成駕駛員心理狀態(tài)的改變進而影響駕駛員的瞳孔大小。

5結(jié)論

選擇福建境內(nèi)4座高速公路隧道，在8月份3天的早晨、中午和傍晚3個時段，讓8位駕駛員分別駕車進入隧道，用眼動儀記錄得到了駕駛員駕車進入隧道過程中瞳孔大小變化的數(shù)據(jù)。對原始數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)駕駛員瞳孔大小數(shù)據(jù)存在短時間異常偏小、偏大、瞳孔大小的波動的現(xiàn)象。為了分析方便，用小波變換的方法進行數(shù)據(jù)處理，得到了駕駛員駕車進入隧道過程中瞳孔大小變化曲線。分析駕駛員瞳孔大小變化曲線發(fā)現(xiàn)，不同駕駛員的瞳孔大小存在個體差異；同一駕駛員多次測試的瞳孔大小存在一定的隨機性；在接近隧道過程中駕駛員瞳孔逐漸變大，并在隧道洞口附近急劇變大；不同駕駛員的瞳孔變化趨勢存在一定的差異；駕駛員瞳孔大小除受適應亮度的影響外，還受駕駛員的心理等因素的影響。

參考文獻：

[1] 王輝, 劉浩學, 趙煒華, 等. 公路隧道環(huán)境中交通事故特征分析[J]. 公路, 2009(11): 144-147.

[2] 張生瑞, 馬壯林, 石強. 高速公路隧道群交通事故分布特點及預防對策[J]. 長安大學學報:自然科學版, 2007, 27(1): 63-66.

Zhang S R, Ma Z L, Shi Q. Distribution characteristics and countermeasures of traffic accidents in expressway tunnel group [J]. Journal of Chang’an University: Natural Science Edition, 2007, 27(1): 63-66.(in Chinese)

[3] Pokorny J, Smith V C. How much light reaches the retina [M]. Colour Vision Deficiencies, Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1997: XIII, 491-511.

[4] Crawford B H. The dependence of pupil size upon external light stimulus under static and variable Conditions [J]. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, 1936, 121(823): 376-395.

[5] Birren J E, Casperson R C, Botwinick J. Age changes in pupil size [J]. Journal of Gerontology, 1950, 5(3): 216-221.

[6] Winn B, Whitaker D, Elliott D B, et al. Factors affecting light-adapted pupil size in normal human subjects [J]. Investigative Ophthalmology & Visual Science, 1994, 35(3): 1132-1137.

[7] Richman J E, Mcandrew K G, Decker D, et al. An evaluation of pupil size standards used by police officers for detecting drug impairment [J]. Optometry, 2004, 75(3): 175-182.

[8] Stark L, Campbell F W, Atwood J. Pupil unrest: n example of noise in a biological servomechanism [J]. Nature, 1958, 182: 857-858.

[9] Iacoviello D. Analysis of pupil fluctuations after a light stimulus by image processing and neural network [J]. Computer and Mathematics with Applications, 2007, 53: 1260-1270.

[10] Colombo E, Silvia A C, Issolio Luis, et al. Pupil light reflex produced by glare under mesopic adaptation [J]. Journal of Light & Visual Environment, 2007, 31(2): 70-79.

[11] Cheng A C, Rao S K, Cheng L L, et al. Assessment of pupil size under different light intensities using the Procyon pupillmeter [J]. J Cataract Refract Surg., 2006, 32(6): 1015-1017.

[12] 劉瑛, 顏世龍, 葉秀蘭, 等. 我國正常中青年暗適應下的瞳孔大小[J]. 眼科新進展, 2005, 25(1): 43-45.

Liu Y, Yan S L, Ye X L, et al. Scotopic pupil size in Chinese subjects [J]. Recent Advances in Ophthalmology, 2005, 25(1): 43-45.(in Chinese)

[13] 練蘋, 顧欣祖, 葉秀蘭. 正常人瞳孔及瞳孔對光發(fā)射的特征[J]. 中國實用眼科雜志, 2005, 23(10): 1038-1041.

Lian P, Gu X Z, Ye X L. The characteristics of the pupil and the pupillary light reflex in the normal subjects [J]. Chinese Journal of Practical Ophthalmology, 2005, 23(10): 1038-1041.(in Chinese)

[14] 康衛(wèi)勇, 袁修干, 柳忠起,等. 瞳孔的變化與腦力負荷關系的試驗分析[J]. 航天醫(yī)學與醫(yī)學工程, 2007, 20(5): 364-366.

Kang W Y, Yuan X G, Liu Z Q, et al. Analysis of relations between changes of pupil and mental workloads [J]. Space Medicine & Medical Engineering, 2007, 20(5): 364-366.(in Chinese)

[15] 李勇, 陰國恩, 陳燕麗. 閱讀中疲勞、心理負荷因素對瞳孔大小的調(diào)節(jié)作用[J]. 心理與行為研究, 2004, 2(3): 545-548.

Li Y, Yin G E, Chen Y L. The regulating effect of fatigue and mental load on pupil size in text reading [J]. Studies of Psychology and Behavior, 2004, 2(3): 545-548.(in Chinese)

[16] 李毅. 基于光生物效應的道路照明安全研究[D]. 重慶: 重慶大學, 2009.

Li Y. Study on the influence of road lighting safty based on photobiological effect [D]. Chongqing: Chongqing University, 2009.(in Chinese)

[17] 黃海靜. 大學教室照明中的光生物效應研究[D]. 重慶: 重慶大學, 2010.

Huang H J. Study on the classroom lighting in university on cirtopic [D]. Chongqing: Chongqing University, 2010.(in Chinese)

[18] 孟慶茂, 常建華. 實驗心理學[M]. 北京: 北京師范大學出版社, 1999.

(編輯王秀玲)

Author brief：Hu Yingkui (1978-)，PhD, main research interest: tunnel and road lighting, (E-mail)hyk@cqu.edu.cn.

Changing rule of drivers’ pupil size as driving into tunnels

Hu Yingkuia, b, Chen Zhonglinb, Zhang Qingwenb, Weng jib, Huang keb

(a. School of Civil Engineering； b.Faculty of Architecture and Urban Planning,

Chongqing University, Chongqing 40044, P. R. China)

Abstract:To reveal the changing process of drivers’ pupil size during driving were carried out into of tunnels, experiments eight drivers drived into four tunnels at different time. And their pupil size were recorded with eye tracker in the driving process. The recorded raw data by eye tracker was analyzed, wavelet transforms method was taken to process the data, and the pupil size changing curves of drivers when they drive into tunnels. From the curves analysis, it has been found that the individual difference exist on different drivers’ pupil size; There was a degree of randomness of pupil sizes amone repeated test of the same driver; the drivers’ pupil enlarged gradually when they driving into tunnels, and enlarged violently nearby tunnel’s threshold; the pupil size changing tendency of different driver exists some difference; drivers’ pupil size was influence not only by adaptation luminance, but also by their psychological factors.

Key words:tunnel lighting; pupil size; adaptation luminance; traffic safety

作者簡介：胡英奎(1978- )，男，博士，主要從事交通照明研究，(E-mail)hyk@cqu.edu.cn。

基金項目：國家自然科學基金(51278507、50908240)

收稿日期：2015-09-16

中圖分類號：TU113.6; U453.7

文獻標志碼：A

文章編號：1674-4764(2015)06-0106-08

doi:10.11835/j.issn.1674-4764.2015.06.014