應用駕駛模擬器於酒後駕駛之疲勞特性研究

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應用駕駛模擬器於酒後駕駛之疲勞特性研究

學生：鄭凱鴻指導教授：張建彥博士摘

摘摘摘要要要要

近年來我國小汽車數量快速成長、駕駛人口不斷增加，交通活動亦大為增加，而華人特有的「敬酒文化」讓台灣人在參加各種飯局時常常會互相敬酒，

杯觥交錯間大部分的人都會飲下過量的酒，但是許多貪杯的駕駛人時常會忽略酒後開車的事故嚴重性，使得國人因酒醉開車而肇事的意外事故層出不窮。根據內政部警政署於民國 92 至 95 年之高速公路 A1 類事故統計資料顯示，酒醉駕駛所導致的事故率高居可確定肇事原因中的第二位(14.86%)。酒醉駕車之所以會造成事故的主要原因，乃是因為酒精會先使人亢奮，並使駕駛人對車速、

距離、道路狀況等資訊的判斷力相對減弱，當亢奮的感覺過了之後會產生疲憊感使得駕駛人反應變慢，進而導致駕駛者肇事，使駕駛者本人與其他無辜者遭受身體與財務之損害。因此，深入分析並探討酒醉駕車所造成的疲勞特性，並進而建立禁止駕車之酒精濃度測定值，乃成為酒駕執法取締的重要基礎研究。

鑑於酒醉駕車在實際道路上進行試驗有甚高之危險性，而問卷調查又無法實際量測出駕駛者酒後之駕車行為。因此本研究乃整合即時臉部和凝視追蹤系統與駕駛模擬器，設計模擬實驗場景，透過駕駛模擬場景中所隨機出現之不同事件，研究車輛駕駛者之酒後駕駛疲勞特性。研究對象共計 8 位受測者，總共進行四次實驗，分別為未飲酒組、呼氣酒精濃度 0.25mg/l、呼氣酒精濃度 0.40mg/l、呼氣酒精濃度 0.55mg/l，藉以模擬分析不同呼氣酒精濃度下之駕駛過程中，當不同視野範圍出現事件時，受測者是否發現及進行反應所需之反應時間，以及進行實驗時受測者視角範圍、眨眼情況之變化與駕駛績效。結果顯示不同的呼氣酒精濃度等級下的平均眨眼頻率與平均眨眼期間有顯著差異；呼氣酒精濃度 0.40mg/l、0.55mg/l 情況下的平均方向盤偏移角度明顯高於未飲酒的情況，本研究結果除了可以分析與探討酒精濃度所引起之疲勞對安全駕駛之影響外，亦可作為國內有關酒駕執法取締標準訂定之參考。

關鍵詞關鍵詞關鍵詞

關鍵詞︰︰︰駕駛模擬器、酒後駕車、即時臉部和凝視追蹤系統、呼氣酒精濃度︰

、駕駛績效

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目目目目錄錄錄錄

摘要... ..i

目錄... ii

圖目錄... iv

表目錄... vi

第一章緒論 ...1

1.1 研究動機 ...1

1.2 研究目的 ...4

1.3 研究範圍與對象...4

1.4 研究內容與流程...4

第二章文獻回顧 ...6

2.1 疲勞對駕駛者造成之影響 ...6

2.2 酒精對駕駛者造成之影響 ...9

2.3 駕駛模擬器應用於酒後駕車之相關研究 ...11

2.4 小結 ...13

第三章駕駛模擬實驗之軟硬體分析...15

3.1 駕駛模擬器 ...15

3.2 即時臉部和凝視追蹤系統(faceLAB)...16

3.3 faceLAB 程式操作 ...17

3.3.1 啟動 faceLAB ...17

3.3.2 建立 Stereo-Head 與頭部模型 ...18

3.3.3 資料分析與儲存 ...23

3.4 螢幕交錯顯示之使用 ...23

第四章酒後駕駛模擬實驗之實驗規劃...28

4.1 實驗設計 ...28

4.2 實驗場景規劃...29

4.3 實驗場景流程...30

4.4 受測者 ...35

4.5 飲酒量之計算...36

4.6 實驗程序 ...38

第五章酒後駕駛之實驗結果分析 ...40

5.1 受測者背景資料...40

(3)

5.2.6 平均方向盤偏移角度...49

5.2.7 跟車間距...50

5.3 資料合併與差異性比較方法...52

5.3.1 資料分析程序 ...53

5.3.2 差異性比較方法 ...54

5.4 差異性比較分析...55

5.4.1 平均視覺事件反應時間...55

5.4.2 平均視覺視角 ...56

5.4.3 平均眨眼頻率與期間...60

5.4.4 平均車道偏移量 ...61

5.4.6 平均跟車間距 ...68

5.5 事後比較分析...72

5.5.1 平均眨眼頻率 ...72

5.5.2 平均眨眼期間 ...73

5.6 小結 ...74

第六章結論與建議 ...77

6.1 結論 ...77

6.2 建議 ...78

參考文獻...79

附錄一平均視覺事件反應時間 ...81

附錄二平均視覺視角...82

附錄三平均眨眼頻率...83

附錄四平均眨眼期間...84

附錄五前車煞車之反應時間 ...85

附錄六平均車道偏移量資料 ...89

附錄七平均方向盤偏移角度資料 ...90

附錄八平均跟車間距資料 ...91

附錄九真實度問卷 ...92

附錄十真實度問卷資料...94

附錄十一生理狀態問卷...95

附錄十二生理狀態問卷資料 ...99

(4)

圖 1.1 研究流程圖 ...5

圖 2.1 駕駛時間與疲勞程度之關係圖...7

圖 2.2 駕駛時間與疲勞徵狀之關係圖...7

圖 3.1 大客車駕駛模擬器硬體設備圖...15

圖 3.2 即時臉部和凝視追蹤系統 faceLAB 包含之軟體與硬體圖...17

圖 3.3 即時臉部和凝視追蹤系統 faceLAB 應用程式圖 ...18

圖 3.4 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(一)...19

圖 3.5 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(二)...19

圖 3.6 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(三)...19

圖 3.7 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(四)...20

圖 3.8 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(五)...20

圖 3.9 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(六)...20

圖 3.10 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(七)...21

圖 3.11 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(八) ...21

圖 3.12 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(九)...22

圖 3.13 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(十)...22

圖 3.14 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(十一)...22

圖 3.15 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(十二)...23

圖 3.16 影像重疊器設備圖...24

圖 3.17 眼球追蹤器及儲存設備圖 ...24

圖 3.18 大客車駕駛模擬器電腦設備圖...25

圖 3.19 螢幕交錯顯示連結設備圖 ...25

圖 3.20 faceLAB 視線凝視點畫面示意圖 ...26

圖 3.21 大客車駕駛模擬器畫面示意圖...26

圖 3.22 faceLAB 視線凝視點畫面與大客車駕駛模擬器畫面交錯顯示圖 ...27

圖 4.1 實驗路線示意圖...29

圖 4.2 駕駛模擬器實驗流程圖 ...30

圖 4.3 實驗組合 1 速度變化與累加時間曲線變化圖...32

圖 4.6 視覺事件示意圖...35

(5)

圖 5.6 平均方向盤偏移角度之基本分析資料圖 ...50 圖 5.7 平均跟車間距之基本分析資料圖...51

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表 1.1 民國 92 年至 95 年高速公路 A1 事故之肇事原因排序表 ...2

表 1.2 血液中酒精濃度對駕駛人之影響表...2

表 1.3 世界各國法定酒精濃度限制一覽表...3

表 2.1 疲勞與駕駛行為之文獻整理表...8

表 2.2 酒精對人體之影響整理表 ...10

表 2.3 酒精與駕駛行為之文獻整理表...11

表 2.4 駕駛模擬器應用於酒後駕車之相關研究整理表...14

表 3.1 大客車駕駛模擬器硬體和軟體設備表 ...16

表 4.1 實驗因子與水準一覽表 ...28

表 4.2 依變數一覽表...28

表 4.3 駕駛模擬器模擬場景變數項目表...29

表 4.4 實驗因子情境組合表 ...31

表 4.5 受測者在不同呼氣酒精濃度下之飲酒量整理表...38

表 5.1 受測者背景資料與飲酒習慣整理表...40

表 5.2 視覺實驗未做反應之比例表 ...42

表 5.3 平均事件視覺反應時間之基本分析資料整理表(一) ...42

表 5.4 平均視覺事件反應時間之基本分析資料整理表(二) ...42

表 5.5 平均視覺視角之基本分析資料整理表(一)...43

表 5.6 平均視覺視角之基本分析計資料整理表(二)...44

表 5.7 平均眨眼頻率之基本分析資料整理表(一)...45

表 5.8 平均眨眼頻率之基本分析資料整理表(二)...45

表 5.9 平均眨眼期間之基本分析資料整理表(一)...46

表 5.10 平均眨眼期間之基本分析資料整理表(二)...46

表 5.11 減速實驗未做反應之比例表...47

表 5.12 平均車道偏移量之基本分析資料整理表(一)...48

表 5.13 平均車道偏移量之基本分析資料整理表(二)...48

表 5.14 平均方向盤偏移角度之基本分析資料整理表(一) ...49

表 5.15 平均方向盤偏移角度之基本分析資料整理表(二) ...49

表 5.16 平均跟車間距之基本分析資料整理表(一)...51

表 5.17 平均跟車間距之基本分析資料整理表(二)...51

表 5.18 駕駛績效評估項目資料庫清單表...52

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表 5.25 酒精濃度 0.25mg/l 情況下平均視覺視角檢定統計量(a,b)表...57

表 5.26 酒精濃度 0.40mg/l 情況下平均視覺視角等級平均數表...58

表 5.28 酒精濃度 0.55mg/l 情況下平均視覺視角等級平均數表...59

表 5.30 平均視覺視角等級平均數表...59

表 5.31 平均視覺視角檢定統計量(a,b)表 ...59

表 5.32 平均眨眼頻率等級平均數表...60

表 5.33 平均眨眼頻率檢定統計量(a,b)表 ...60

表 5.34 平均眨眼期間等級平均數表...61

表 5.35 平均眨眼期間檢定統計量(a,b)表 ...61

表 5.36 未飲酒情況下平均車道偏移量等級平均數表...62

表 5.37 未飲酒情況下平均車道偏移量檢定統計量(a,b)表 ...62

表 5.38 酒精濃度 0.25mg/l 情況下平均車道偏移量等級平均數表 ...62

表 5.39 酒精濃度 0.25mg/l 情況下平均車道偏移量檢定統計量(a,b)表...63

表 5.44 不同酒精濃度等級下平均車道偏移量等級平均數表 ...64

表 5.45 不同酒精濃度等級下平均車道偏移量檢定統計量(a,b)表...65

表 5.46 未飲酒情況下平均方向盤偏移角度等級平均數表...65

表 5.47 未飲酒情況下平均方向盤偏移角度檢定統計量(a,b)表...65

表 5.48 酒精濃度 0.25mg/l 情況下平均方向盤偏移角度等級平均數表 ...66

表 5.49 酒精濃度 0.25mg/l 情況下平均方向盤偏移角度檢定統計量(a,b)表 ...66

表 5.54 不同酒精濃度等級下之平均方向盤偏移角度等級平均數表...68

表 5.55 不同酒精濃度等級下之平均方向盤偏移角度檢定統計量(a,b)表 ...68

表 5.56 未飲酒情況下平均跟車間距等級平均數表 ...69

表 5.57 未飲酒情況下平均跟車間距檢定統計量(a,b)表 ...69

表 5.58 酒精濃度 0.25mg/l 情況下平均跟車間距等級平均數表...69

表 5.59 酒精濃度 0.25mg/l 情況下平均跟車間距檢定統計量(a,b)表...69

(8)

表 5.64 不同酒精濃度等級下平均跟車間距等級平均數表...71

表 5.65 不同酒精濃度等級下平均跟車間距檢定統計量(a,b)表...71

表 5.66 克-瓦二氏單因子變異數等級分析結果整理表 ...72

表 5.67 克-瓦二氏單因子變異數等級分析與事後比較結果整理表 ...74

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第一章第一章

第一章第一章緒論緒論緒論緒論

1.1 研究動機研究動機研究動機研究動機

近年來我國經濟成長快速、社會繁榮，國民所得逐年升高，國民進而追求更好的生活品質，導致我國小汽車數量快速成長、駕駛人口數量不斷增加，交通活動亦大為增加，而華人特有的「敬酒文化」讓台灣人在參加各種飯局時常常會互相敬酒，杯觥交錯間大部分的人都會飲下過量的酒，但是，許多貪杯的駕駛人時常會忽略酒後開車的事故嚴重性，使得國人因酒醉開車而肇事的交通事故層出不窮，根據內政部警政署民國92至95年高速公路A1事故資料顯示(如表 1.1)，在民國92年至95年間，所有的高速公路A1交通事故中，酒醉駕駛所導致的事故高居可確定肇事原因中的第二位(14.86%)。酒醉駕車所造成的事故率居高不下的原因，乃是因為酒精會先使人亢奮，並使駕駛人對車速、距離、道路狀況等資訊的判斷力相對減弱，當亢奮的感覺過了之後會產生疲憊感使得駕駛人反應變慢(如表1.2所示)，進而導致駕駛者肇事，使駕駛者本人與其他無辜者遭受身體上與財務上的損害。此外，由表1.3 世界各國法定酒精濃度限制一覽表可以發現我國對於酒精濃度的限制與英國、德國、加拿大等國相比起來已經算是嚴格了，但是酒醉駕車造成之致死意外還是層出不窮，其原因值得進一步分析探討。

酒醉駕車對駕駛者本人及其他無辜的受害者均會造成身體上與財務上的傷害，因此政府也訂定了相關法規來制止這些危險的駕駛行為，諸如：道路交通管理處罰條例第三十五條規定：「汽車駕駛人，駕駛汽車經測試檢定發現酒精濃度超過規定標準，處新臺幣一萬五千元以上六萬元以下罰鍰，並當場移置保管該汽車及吊扣其駕駛執照一年；因而肇事致人受傷者，並吊扣其駕駛執照二年；

致人重傷或死亡者，吊銷其駕駛執照，並不得再考領」、第八十六條規定：「汽車駕駛人，無駕駛執照駕車、酒醉駕車、吸食毒品或迷幻藥駕車、行駛人行道或行經行人穿越道不依規定讓行人優先通行，因而致人受傷或死亡，依法應負刑事責任者，加重其刑至二分之一」【12】、道路交通安全規則第一百一十四條規定：「汽車駕駛人有下列情形者，不得駕車：飲用酒類或其他類似物後其吐氣所含酒精濃度超過每公升○‧二五毫克或血液中酒精濃度超過百分之○‧○五以上」【11】、刑法第一百八十五之三條規定：「服用毒品、麻醉藥品、酒類或其他相類之物，不能安全駕駛動力交通工具而駕駛者，處一年以下有期徒刑、拘役或三萬元以下罰金」【1】。

根據交通部運輸研究所所做的研究報告(如表1.2所示)，可得知不同血液中酒精濃度對駕駛者反應之影響，但是由於其描述較為定性化，沒有客觀且量化的指標，本研究希望了解酒醉所造成的確切的疲勞特性，因此透過駕駛模擬器、

即時臉部和凝視追蹤系統faceLAB的輔助紀錄將各種酒精濃度對受測者所造成的疲勞特性，如：眨眼頻率、視角與感知反應時間，將這些資料收集完畢以後，

進一步分析，以具體了解不同酒精濃度所造成之生理影響，並作為相關法規修

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訂之參考。

表 1.1 民國 92 年至 95 年高速公路 A1 事故之肇事原因排序表

主要肇因 92 年 93 年 94 年 95 年合計比例 (%) 未保持行車安全距離 14 19 20 16 69 16.27

輪胎爆破 8 7 5 4 24 5.66

超速 6 9 11 8 34 8.02

駕駛不當 15 12 15 17 59 13.92

裝載不當 0 0 0 2 2 0.47

酒後駕車 9 10 22 22 63 14.86

疲勞駕駛 2 5 3 4 14 3.3

機件故障 0 0 0 0 0 0

行人行走高速公路 2 2 0 0 4 0.94

其他 33 43 41 38 155 36.56 總計 89 107 117 111 424 100

資料來源：【3】,本研究整理表 1.2 血液中酒精濃度對駕駛人之影響表

血液中酒精含量狀態對駕駛人能力之影響

0.03%以下清醒．無明顯影響，幾乎與未飲酒無異。

0.03% ～ 0.05% 陶醉感

．多數駕駛人心境逐漸變化不定。

．視覺及反應靈敏性減弱。

．對速度及距離的判斷力差。

0.05% ～ 0.08% 興奮

．反應遲鈍。

．駕駛能力受損。

．遲而不決或決而不行。

0.08% ～ 0.15% 錯亂

．判斷力嚴重受到影響。

．體能與精神協調受損。

．駕駛人之體能困難度增加。

超過 0.15% 麻痺．駕駛人視線模糊進入恍惚狀態。

．駕車不穩定、判斷力減弱。

超過 0.5% 昏睡．已無法開車。

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表 1.3 世界各國法定酒精濃度限制一覽表

國家呼氣中酒精含量限制

(Alcohol in Breath) 血液中酒精含量限制 (BAC；Blood Alcohol Content)

台灣 0.25 mg/ l 0.05%

美國 0、0.05、0.40 mg/l 0%、0.01%、0.08%

英國 0.40 mg/ l 0.08%

澳洲 0.40 mg/ l 0.08%

瑞士 0.40 mg/ l 0.08%

德國 0.40 mg/ l 0.08%

愛爾蘭 0.40 mg/ l 0.08%

加拿大 0.40 mg/ l 0.08%

盧森堡 0.40 mg/ l 0.08%

日本 0.25 mg/ l 0.05%

芬蘭 0.25 mg/ l 0.05%

荷蘭 0.25 mg/ l 0.05%

法國 0.25 mg/ l 0.05%

希臘 0.25 mg/ l 0.05%

丹麥 0.25 mg/ l 0.05%

以色列 0.25 mg/ l 0.05%

葡萄牙 0.25 mg/ l 0.05%

西班牙 0.15、0.25 mg/ l 0.03%、0.05%

土耳其 0.25 mg/ l 0.05%

比利時 0.25 mg/ l 0.05%

義大利 0.25 mg/ l 0.05%

奧地利 0.25 mg/ l 0.05%

南斯拉夫 0.25 mg/ l 0.05%

保加利亞 0.25 mg/ l 0.05%

立陶宛 0.20mg/ l 0.04%

波蘭 0.15 mg/ l 0.03%

挪威 0.10 mg/ l 0.02%

瑞典 0.10 mg/ l 0.02%

俄羅斯 0.10 mg/ l 0.02%

資料來源：【10】

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1.2 研究目的研究目的研究目的研究目的

本研究目的係藉由駕駛模擬器與即時臉部和凝視追蹤系統faceLAB等儀器，以小客車駕駛者為對象進行實驗探討駕駛者在不同酒精濃度下對安全駕駛的影響，藉以作為國內對於酒後駕駛人行為研究之參考。具體研究目的如下：

一、彙整比較國內外有關酒精濃度對駕駛行為影響的文獻。

二、探討不同酒精濃度所造成之疲勞相關的生理反應與行為特性。

三、整合駕駛模擬器與即時臉部和凝視追蹤系統進行實驗，藉以分析與探討酒精所引起之生理行為反應對安全駕駛之影響。

四、提供國內有關駕駛者酒精濃度標準法規訂定之參考。

1.3 研究範圍與對象研究範圍與對象研究範圍與對象研究範圍與對象

本研究實驗以8名實際持有小客車駕駛執照的駕駛者為研究對象。利用中華大學之駕駛模擬器進行模擬實驗，將場景設計為小客車之視野範圍，場景為高速公路直線路段，車道配置為雙向(單向三車道)，車道寬設定為3.75公尺。即時臉部和凝視追蹤系統使用的是澳洲Seeing Machines公司所開發的faceLAB 4。

1.4 研究內容與流程研究內容與流程研究內容與流程研究內容與流程

本研究之內容說明如下，流程如圖1.1所示：

ㄧ、確定研究動機與目的

藉由對此課題之動機與目的的瞭解，以確立本研究之可行性並且針對本研究之方向進行後續之研究。

二、文獻回顧

回顧國內外期刊、論文與書籍，內容包含疲勞對駕駛者造成之影響、

酒精對駕駛者之影響、駕駛模擬器應用於酒後駕車相關研究共三大類文獻之回顧，並加以比較分析。

三、研擬實驗場景情境

規劃本研究所需的實驗場景，並設計虛擬實境場景。

四、整合faceLAB即時臉部和凝視追蹤系統、生理量測儀器與駕駛模擬器進行相關課題之實驗設計

整合faceLAB即時臉部和凝視追蹤系統結合駕駛模擬器，建立實驗場景之情境，擬定實驗計畫。利用faceLAB即時臉部和凝視追蹤系統追蹤、紀錄眼球各種資料。

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七、不同酒精濃度之駕駛行為與生理反應分析

利用酒醉駕車之駕駛模擬資料分析不同酒精濃度之駕駛行為與生理反應。

八、結論與建議

將本研究之結果提出結論與建議。

圖 1.1 研究流程圖

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第二章第二章

第二章第二章文獻回顧文獻回顧文獻回顧文獻回顧

本章主要針對國內外駕駛者相關研究進行回顧評析，2.1節主要針對疲勞對駕駛者造成之影響進行探討；2.2節回顧酒精對駕駛者造成之影響；2.3節回顧評析駕駛模擬器應用於酒後駕車之相關研究；2.4節為小結。

2.1 疲勞對駕駛者造成之影響疲勞對駕駛者造成之影響疲勞對駕駛者造成之影響疲勞對駕駛者造成之影響

根據蘇昭銘【14】之研究指出駕駛只要超過兩小時，駕駛能力就會有所降低，因此過長的駕駛時間通常是造成駕駛疲勞之主因，同時睡眠不足與品質不佳之睡眠，亦常為駕駛疲勞之主因。當駕駛者服用藥物或飲酒後，也會因腦部、

眼睛與肌肉之反應下降，而增加駕駛員之感知反應時間。依據此篇研究得知當駕駛員產生疲勞感時，會出現以下之行為：1.視覺模糊，眼睛發紅；2.不自覺的頻頻點頭，很難保持抬頭的姿態；3.哈欠連天，臉發麻；4.視野變窄，經常漏看或錯看資訊；5.反映遲鈍，判斷遲緩；6.注意力無法集中，思維能力下降；7.動作僵硬，節奏緩慢及8.失去方向感，隨意變換車速等徵狀。

洪啟源【8】之研究指出國道客運駕駛員之睡眠時間普遍具有不足之現象，

睡眠時間不足為產生駕駛疲勞的主要因素之一，長期睡眠不足更容易累積睡眠債，影響駕駛員反應能力，增加事故發生機率。該研究針對車道入侵事件反應時間、標誌牌辨視正確率、車輛橫向位置、眨眼次數與心跳頻率以駕駛模擬實驗進行分析，會加入眨眼次數為該研究所採用之駕駛疲勞生理指標之一，主要是根據醫學報導顯示，駕駛人開車感到疲勞時，眨眼次數將有增多趨勢，因此將眨眼資料進行統計分析。該篇文章之結果顯示車道入侵事件反應時間、標誌牌辨視正確率、車輛橫向位置與眨眼次數等四個指標與受測者的疲勞程度有顯著的相關性，其中車道入侵事件反應時間隨著疲勞程度增加有增加的趨勢，車輛橫向位置跨越車道的時間與眨眼次數也都隨著疲勞程度增加有增加的趨勢，

標誌牌辨視正確率隨著疲勞程度增加有下降的趨勢，心跳頻率則是沒有顯著差異。

Nillson【28】之研究顯示出每個人能夠忍受的疲勞程度大致相同，雖然達到疲勞的時間不一定，但是大致上都呈現一線性關係，如圖2.1所示，由圖2.1可知駕駛者在達到可最大疲勞程度前駕駛時間與疲勞程度呈線性關係，Nillson認為大部分人疲勞時會有以下的徵狀：暈眩、變冷、背痛、關節僵硬、麻木、頭痛、興奮、腳痛、喉嚨乾渴、耳鳴、心跳不正常、反胃、手心濕冷、肌肉緊繃、

昏昏欲睡，其中以腳痛、眼睛痠痛、昏昏欲睡、背痛、頭痛、肌肉僵硬、麻木

(15)

圖 2.1 駕駛時間與疲勞程度之關係圖

圖 2.2 駕駛時間與疲勞徵狀之關係圖

Otmani【25】使用PAVCAS駕駛模擬器對年齡介於25~55歲之間的受測者做睡眠剝奪的實驗，進行睡眠剝奪實驗時，受測者必須前一晚十點就到實驗場所，

當天晚上只能睡四個小時(半夜三點到早上七點)，此研究中對於受測者是否感到疲勞使用的衡量方法是Karolinska Sleepiness Scale(KSS)，結果發現受到睡眠剝奪的受測者比一般的實驗者更容易感覺到睡意與疲勞感，且對於維持車道的能力也會降低。導致其事故率較高，實驗時間越久睡意與疲勞感也越強烈，另外，

在單調路況的實驗場景中，年輕人較容易產生駕駛疲勞的狀況。

Eriksson【21】使用瞳孔辨視系統觀測駕駛者眼睛閉合，當駕駛者閉上眼睛腳痠

眼睛痠痛昏昏欲睡

耳鳴反胃頭昏眼花

背痛頭痛肌肉僵硬

麻木

緊張喉嚨乾渴手心濕冷心跳不正常

興奮

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時表示其感到疲勞想要稍作休息，實驗中將一台攝影機架設在受測者的車輛上，當受測者駕駛時即可觀測其眼睛之狀態，本研究的限制為攝影機不能離受測者太近，不然當受測者轉動頭部的角度過大時即無法追蹤時眼睛之狀態，此外，若是受測者有戴眼鏡或是前額頭髮過長都有可能導致其辨識結果較差，但是目前較新之系統已經克服此項問題，本篇研究顯示利用瞳孔辨視系統偵測駕駛者眼睛閉合之狀態藉此判斷其是否疲勞的確是可行的。表2.1為本研究中回顧有關疲勞與駕駛行為之文獻。

表 2.1 疲勞與駕駛行為之文獻整理表

作者年份衡量指標方法重要結果

蘇昭銘

【14】

2006 -- -- 駕駛員產生疲勞感時，會出現以下之行為：1.視覺模糊，眼睛發紅；2.不自覺的頻頻點頭，很難保持抬頭的姿態；3.哈欠連天，

臉發麻；4.視野變窄，經常漏看或錯看資訊；5.反映遲鈍，判斷遲緩；6.注意力無法集中，思維能力下降；7.動作僵硬，節奏緩慢及 8.失去方向感，隨意變換車速等徵狀。

洪啟源

【8】

2006 反應時間；

辨視正確率；

車輛橫向位置；

眨眼次數；

心跳頻率

駕駛模擬器車道入侵事件反應時間隨著疲勞程度增加有增加的趨勢，車輛橫向位置跨越車道的時間與眨眼次數隨著疲勞程度增加也都有增加的趨勢，標誌牌辨視正確率則隨著疲勞程度增加有下降的趨勢，心跳頻率則是沒有顯著差異。

Nillson

【28】

1997 生理狀態；

疲勞等級

駕駛模擬器生理問卷疲勞問卷

在疲勞特徵方面最為顯著的是

「腳酸」、「眼睛痠痛」與「昏昏欲睡」三項症狀；而且疲勞累積與實驗時間呈現線性關係；而不同受測者間，達到相同程度的疲勞水準有時間上之差異，但其所能忍受之疲勞水準則是相近的。

Otmani

【25】

2005 方向盤操控穩定度；

車道偏移量

駕駛模擬器在單調路況中，年輕人較易產生駕駛疲勞狀況。受到睡眠剝奪的駕駛人，也比較容易產生駕駛疲勞現象，發生事故的機率也會比

(17)

2.2 酒精對駕駛者造成之影響酒精對駕駛者造成之影響酒精對駕駛者造成之影響酒精對駕駛者造成之影響

以往許多研究發現酒精的確會對判斷力造成影響，研究中顯示酒精對許多行為都有影響，尤其是駕駛行為，對於穿越馬路的判斷和行為也的確會有妨礙

【16,17,20,24】；當BAC(blood alcohol concentration，血液酒精濃度)超過0.15%

時感覺與資訊處理能力會嚴重減少，受損的判斷能力與變慢的反應時間都會增加風險【27】；依據以往的統計資料中發現在美國BAC為0.1%以上的事故中有1/3 為致死案例【23】；在英國BAC在0.09%以上的事件男性與女性的致死案例分別為40%和13%【15】；在澳洲BAC在0.1%以上的事件中，38%為死亡、29%為受傷【18】；顯示酒精濃度對事故嚴重性影響甚大。

Oxley等人【19】的研究發現喝酒後腦部處理資訊的能力會降低、處理能力增長，導致反應變慢，Lenné等人【22】的研究發現喝酒後駕駛績效會降低，駕駛者維持車道之能力降低導致車道偏移量增大、方向盤偏移角度增加，維持車速能力減少導致車速變異程度增加，而且反應時間也會變長。Leung等人【26】

的研究發現酒醉駕車者在曲線路段的察覺危險能力會降低導致反應變慢。

此外，根據我國交通部運輸研究所研究報告【5】指出當血液中酒精濃度在未超過0.05%前，駕駛者可能因尚未受到酒精之影響或是僅是輕微的陶醉感而自認為自己仍甚理性，但是當超過0.05%的時候，駕駛者就開始出現微醉的狀態，

且對速度及距離之判斷力開始減弱，影響其駕駛能力。比較明顯的行為包括：

車身搖擺不定、超低速行駛、猛然加速或減速、不正常煞車、大幅度轉彎、突然或違規轉彎、偏滑或突然歪向、險些撞擊來車禍他物、未開車燈駕駛、跟車太近、對交通號誌反應遲鈍、燈號與駕駛行為不一致、行駛中無故停車、停車不當、車輛壓線或跨越中心線行駛、不在規定車道中行駛、駛入相反車道或搶道行駛。

此外，阮祺文【6】研究指出酒精對人體的影響重點主要在於腦部，尤其是影響個人的思想行為及判斷事物的能力，且酒精對人體的種種作用與人體內血液酒精濃度有很密切的關係，其影響狀況如表2.2所示。

(18)

表 2.2 酒精對人體之影響整理表

血液酒精濃度呼氣酒精濃度症狀

10~50 mg/100ml 0.047~0.238 mg/l

精神欣快，降低精細工作的控制能力，降低判斷能力、協調能力與注意力，使駕駛能力變壞。

50~100mg/100ml 0.238~0.467 mg/l 興奮或鎮靜，肌肉協調能力受損，反應遲鈍

150~300mg/100ml 0.714~1.428 mg/l 精神錯亂，平衡感受損，說話含糊，

腳步不穩，感覺障礙。

250~400mg/100ml 1.190~1.904 mg/l

血液中酒精濃度大於300 mg/dl 以上時，會使人呈現昏迷狀態，以及無法站立、昏睡、肌肉失調明顯、大小便失禁。

400~500 mg/100m 1.904~2.380mg/l 完全失去意識，呼吸循環虛脫而導致死亡。

資料來源：【6】,本研究整理蔡中志【13】的研究亦發現喝酒後的駕駛者其視覺能力會變差，正常情況下的清醒的駕駛者週邊視界可以達到180度，喝完酒後的視覺角度將會減少，酒類飲料飲用量愈多對周邊的景物愈看不清楚，也會抓不準目標，看不清車道線，

對光的適應亦會變差，使駕駛者無法正確操控車輛，駕駛者的反射神經也會變得遲鈍導致動作變慢。

表2.3為整理酒精對駕駛者駕駛行為影響的相關文獻之整理表，主要包括作者、年份、重要結果與本研究可參考之指標。

(19)

表 2.3 酒精與駕駛行為之文獻整理表

作者年份重要結果可參考之指標

Oxley 等人

【19】

2006 喝酒後腦部處理資訊的能力會降低、處理能力增長，導致反應變慢。

反應時間

Lenné 等人

【22】

2003 喝酒後駕駛績效會降低，駕駛者維持車道之能力降低導致車道偏移量增大、方向盤偏移角度增加，維持車速能力減少導致車速變異程度增加，而且反應時間也會變長。

車道偏移量；

方向盤偏移角度；

反應時間

Leung 等人【26】

2005 發現酒醉駕車者在曲線路段的察覺危險能力會降低導致反應變慢。

反應時間

交通部運輸研究所研究報告

【5】

1993 車身搖擺不定、超低速行駛、猛然加速或減速、不正常煞車、大幅度轉彎、突然或違規轉彎、偏滑或突然歪向、險些撞擊來車或他物、未開車燈駕駛、跟車太近、對交通號誌反應遲鈍、燈號與駕駛行為不一致、行駛中無故停車、停車不當、車輛壓線或跨越中心線行駛、不在規定車道中行駛、駛入相反車道或搶道行駛。

車道偏移量；

跟車間距

阮祺文【6】 2000 酒精對人體的影響重點主要在於腦部，尤其是影響個人的思想行為及判斷事物的能力，且酒精對人體的種種作用與人體內血液酒精濃度有很密切的關係，適量的飲酒會產生精神欣快、興奮的反應，過多的飲酒會導致反應遲鈍、甚至精神錯亂。

--

蔡中志

【13】

2000 喝酒後的駕駛者其視覺能力會變差，正常情況下的清醒的駕駛者週邊視界可以達到 180 度，喝完酒後的視覺角度將會減少，酒類飲料飲用量愈多對周邊的景物愈看不清楚，也會抓不準目標，看不清車道線，對光的適應亦會變差，使駕駛者無法正確操控車輛，駕駛者的反射神經也會變得遲鈍導致動作變慢。

視覺視角；

反應時間

資料來源：本研究整理

2.3 駕駛模擬器應用於酒後駕車之相關研究駕駛模擬器應用於酒後駕車之相關研究駕駛模擬器應用於酒後駕車之相關研究駕駛模擬器應用於酒後駕車之相關研究

Oxley等人【19】利用駕駛模擬器衡量受測者(行人)酒後對於資訊處理的能力是否降低，實驗場景為未分隔兩車道道路，受測者看到場景中有車出現、靠

(20)

近時同時會聽到場景所發出的聲響，接著受測者必須決定是否要過馬路 (yes/no)，並且給定安全等級(1~9，1表最不安全，9表最安全)，時間間距分為五種等級：1s、4s、7s、10s、13s，靠過來的車輛的車速分成40kph、60kph、80kph 三種等級，互相配合後成為十五種情境。受測者區分三各群組未喝酒群組 (BAC=0%) 、高 BAC 群組 ((BAC=0.07%~0.10%) 與低 BAC 群組 (BAC=0.05%~0.07%)。研究結果顯示沒喝酒的群組的決定時間(decision time)遠短於高BAC和低BAC兩個群組，而喝酒的人會較危險是因為他們的做決定的時間較長(處理資訊的時間變慢)，所以導致他們穿越馬路的風險提高。

Lenné等人【22】研究美沙酮、LAAM與似普羅啡(buprenorphine)三種治療海洛因成癮症之藥物與酒精之交互作用對駕駛行為的影響，使用之實驗器材為固定基底的STI模擬器，模擬場景為鄉村的兩車道高速公路，受測者必須駕駛直線路段與彎道路段各十分鐘，在兩個路段都必須蒐集以下資料：車道偏移量(m) 的平均值與標準差、速度(km/h)的平均值與標準差和方向盤角度(°)的標準差。

此外，在場景持續進行時，場景的左上角或右上角會出現紅色的鑽石型圖案，

然後突然變成三角形圖案，受測者在圖形變更時必須踩下腳踏板，此為衡量反映時間(RT)的任務。研究結果顯示，上述提及的三種治療方式與酒並不會有加乘之作用，但是喝酒後的駕駛績效確實會降低，包括：車道偏移量增大、車速變異程度增加、方向盤偏移角度增加、反應時間變慢。

Leung等人【26】利用雪梨大學的STISIM Drive(Version 1.1.0.10)駕駛模擬器進行有關年齡與飲酒與否的交互作用對於駕駛績效之影響，受測者分為兩個群組年輕人(18至21歲，16人)、成年人(25至35歲，16人)，在直線路段與曲線路段進行以下之駕駛任務：察覺時間(detection time)、距離碰撞時間(time to collision，

TTC)、超車行為(overtaking maneuver)。實驗結果顯示在曲線路段喝酒後的察覺危險能力會降低導致反應時間會變慢。

傅幸梅【 10 】使用 STI(System Technology, Inc) 公司所發展之 STISIM Model300 PC駕駛模擬器進行酒後駕車模擬實驗之研究，其實驗之呼氣酒精濃度定為0.25mg/l、0.40mg/l、0.55mg/l，該研究採用0.25 mg/l的原因乃是違反我國道路交通安全規則第一百一十四條規定：「汽車駕駛人有下列情形者，不得駕車：

飲用酒類或其他類似物後其吐氣所含酒精濃度超過每公升○‧二五毫克或血液中酒精濃度超過百分之○‧○五以上」，0.40 mg/l為較多國家所採用之汽車駕駛人法定呼氣酒精濃度限制值，0.50mg/l則是參考美國國家高速公路交通安全管理局(NHTSA)、美國愛荷華州酒精飲料課、紐西蘭陸地運輸安全局等研究部門所採用之汽車駕駛人法定呼氣酒精濃度限制值，該研究利用駕駛模擬器建置實驗

(21)

對其駕駛行為、視/聽覺、認知能力、生/心理之影響。研究結果顯示呼氣酒精含量增加，駕駛績效愈差；認知判斷任務之正確率隨呼氣酒精含量增加而下降，

反應時間增加；生理反應(除了血壓)隨呼氣酒精含量增加和高負荷駕駛環境下而上昇；隨呼氣酒精含量增加，會產生主觀之壓力。

表2.4為整理使用駕駛模擬器進行酒後駕車實驗相關研究之整理表，包括作者、年份、衡量指標、研究方法、實驗所採用之酒精濃度(呼氣酒精濃度與血液酒精濃度)與重要結果。

2.4 小結小結小結小結

根據上述之文獻回顧，可以綜合整理出以下幾點結論：

一、疲勞會對駕駛者眼部活動造成影響，例如：眨眼與眼睛酸痛，且喝酒後駕駛者的視覺能力變差，視覺角度會減少，酒類飲料飲用量愈多對周邊的景物愈看不清楚。

二、喝酒後感覺與資訊處理能力會嚴重減少，受損的判斷能力與變慢的反應時間都會增加風險，連帶駕駛績效也會降低。

三、喝酒後與疲勞時的駕駛績效均會降低，尤其是駕駛者維持車道能力的降低導致車道偏移量增大、車輛橫向位置跨越車道的時間增加，此外，喝酒後明顯降低的駕駛績效還包括方向盤偏移角度增加，維持車速能力減少導致車速變異程度增加。

四、由上述文獻回顧整理得知，喝酒後資訊處理能力會降低導致反應變慢、反應時間變長；視覺角度會減少；駕駛績效會降低導致車道偏移量增大、方向盤偏移角度增加；車速變異程度增加導致跟車間距的變化，因此將前車煞車之反應時間、視覺事件反應時間、視覺視角、車道偏移量、方向盤偏移角度、跟車間距等資料加入本研究的量測指標，再加上本研究是想要探討喝酒後與疲勞相關的生理反應與行為特性，而由文獻回顧中可以知道疲勞時會眨眼，因此將眨眼頻率與眨眼期間也加入本研究的量測指標內。

五、由上述文獻回顧整理得知，疲勞會眨眼、反應變慢、駕駛績效降低，由於這些指標是因為疲勞所產生，因此本研究將這些指標稱為疲勞特性指標，

本研究乃探討不同呼氣酒精濃度下之駕駛者在這些疲勞特性指標上之反應。

六、依據前述之文獻回顧得知，傅幸梅【10】採用的呼氣酒精濃度值的原因，

採用0.25mg/l的原因乃是違反我國道路交通安全規則第一百一十四條規定：「汽車駕駛人有下列情形者，不得駕車：飲用酒類或其他類似物後其吐氣所含酒精濃度超過每公升○‧二五毫克或血液中酒精濃度超過百分之

○‧○五以上」，0.40 mg/l為較多國家所採用之汽車駕駛人法定呼氣酒精濃度限制值，0.50mg/l則是參考美國國家高速公路交通安全管理局(NHTSA)、

美國愛荷華州酒精飲料課、紐西蘭陸地運輸安全局等研究部門所採用之汽車駕駛人法定呼氣酒精濃度限制值；而本研究所使用的呼氣酒精濃度值為

(22)

0.25mg/l、0.40mg/l、0.55mg/l，使用原因中前兩項與傅幸梅相同，分別是因為0.25mg/l已觸犯我國道路交通安全規則第一百一十四條規定、0.40mg/l 則是較多國家所採用之汽車駕駛人法定呼氣酒精濃度限制值，而0.55mg/l 則是因為已觸犯我國刑法第一百八十五之三條規定，這是和傅幸梅的研究不同之處。

表 2.4 駕駛模擬器應用於酒後駕車之相關研究整理表作者年

份

衡量指標研究方法

酒精濃度等級重要結果

Oxley 等人【19】

2006 決定時間；

安全邊際

駕駛模擬器

BAC 0%

0.05%~0.07%

0.07%~0.10%

高 BAC 和低 BAC 兩群組的決定時間皆高沒喝酒群組。喝酒後處理資訊的時間變長，導致反應較慢，所以導致他們穿越馬路的風險提高。

Lenné 等人【22】

2003 車道偏移量；

車速；

方向盤角度；

反應時間

駕駛模擬器

BAC 0%

0.05%

喝酒後會造成駕駛者駕駛績效降低，包括：

車道偏移量增大、車速變異程度增加、方向盤偏移角度增加、反應時間變慢。

Leung 等人【26】

2005 察覺時間；

距離碰撞時間

駕駛模擬器

BAC 0%

0.08%

酒精會影響駕駛者在曲線路段察覺危險的能力導致反應變慢。

傅幸梅

【10】

2004 心理主觀負荷；

認知判斷；

駕駛績效；

生理反應

駕駛模擬器

呼氣酒精含量

0.25mg/l 0.40mg/l 0.50mg/l

呼氣酒精含量增加，駕駛績效愈差；認知判斷任務之正確率隨呼氣酒精含量增加而下降，反應時間增加；生理反應(除了血壓)隨呼氣酒精含量增加和高負荷駕駛環境下而上昇；隨呼氣酒精含量增加，會產生主觀之壓力。

資料來源：本研究整理

(23)

第三章第三章第三章

第三章駕駛模擬實驗之軟硬體分析駕駛模擬實驗之軟硬體分析駕駛模擬實驗之軟硬體分析駕駛模擬實驗之軟硬體分析

由於酒醉駕車有一定之危險性，並不適合在實際道路上進行試驗；問卷調查又有回收率與受測者對於問卷題意不清楚的疑慮且無法實際量測出駕駛者酒後之駕車行為，而駕駛模擬器具有高安全性，並且在實驗前均會對受測駕駛者將本研究動機做出詳盡的解說使其清楚本次研究之目的，因此本研究乃決定使用中華大學駕駛模擬器設備結合即時臉部和凝視追蹤系統進行本研究之相關實驗，探討駕駛者酒後對道路事件反應、駕駛績效、視覺等各方面所造成之影響，

內容包括：酒醉駕車模擬實驗之設計、酒醉駕車模擬程式之撰寫、酒醉駕車模擬實驗資料收集、即時臉部和凝視追蹤系統資料收集與資料分析等部份。主要的軟硬體設備，說明如后。

3.1 駕駛模擬器駕駛模擬器駕駛模擬器駕駛模擬器

中華大學駕駛模擬器，主要設備包括背投式單槍、無邊珠光螢幕、電源及訊號線配置、電腦設備、電腦螢幕切換器、網路集線器、不斷電電源供應器、

眼球追蹤裝置、場景攝影裝置、5.1聲道喇叭、faceLAB眼球追蹤器等硬體設備與固定式大客車駕駛模擬器平台所組成的，其設備如圖3.1及表3.1所示。

圖 3.1 大客車駕駛模擬器硬體設備圖

(24)

表 3.1 大客車駕駛模擬器硬體和軟體設備表

硬體軟體

背投式單槍 3 台三槍螢幕同步顯示測試軟體 1 套

無邊珠光螢幕 3 片虛擬實境螢幕投影校正軟體 1 套

電源及訊號線配置 1 台三螢幕虛擬實境場景 1 套

資料擷取卡 3 張影像擷取分析軟體 1 套

電腦設備 4 組 3D 模型製作 3 套

電腦螢幕切換器 2 個網路集線器 1 個不斷電電源供應器 1 個眼球追蹤裝置 1 台場景攝影裝置 1 台 5.1 聲道喇叭 1 組

faceLAB 眼球追蹤器 1 組

固定式大客車駕駛模擬器平台(含方向盤、儀表板和座椅)1 台

3.2 即時臉部和凝視追蹤系統即時臉部和凝視追蹤系統(faceLAB) 即時臉部和凝視追蹤系統即時臉部和凝視追蹤系統

此系統可依據使用者所建立之3D頭部模型來確定頭部位置、追蹤視線凝視點並且偵測眨眼頻率與其他眼球行為的相關資料，此系統以60Hz的更新速度來量測與紀錄資料。系統在判斷靜態的頭部位置時精準度高達1mm至2mm之間；

動態的分辨率在1mm以上；眼睛注視的分辨率在3mm以上。且不論是照明或是黑暗的狀況下均可操作；在有戴眼鏡的情況下也可精確地界定眼睛與臉部的位置。

faceLAB包含之軟體與硬體包括立式或臥式DELL電腦設備、立體攝影機設備、校正盤設備、角度設備、紅外線發射器設備、捲尺設備等，如下圖3.2所示。

(25)

圖 3.2 即時臉部和凝視追蹤系統 faceLAB 包含之軟體與硬體圖

3.3 faceLAB 程式操作程式操作程式操作程式操作

3.3.1啟動啟動啟動啟動 faceLAB

啟動faceLAB應用程式後，會出現下列四個視窗，如下圖3.3所示：

一、主要視窗( The Main Window ) ，位於下圖左上角，為faceLAB應用程式的主要視窗，主要功能為建立頭部模型，並且能夠啟動、停止faceLAB應用程式之追蹤與紀錄功能。

二、控制視窗( The Control Window ) ，位於下圖左下角，主要功能為顯示各種狀態之資訊，並且允許使用者變更目前頭部模型之控制設定、變更紀錄選項、更新攝影機設定與調校。

三、視訊視窗( The Video Window )，位於下圖右上角，主要功能為顯示攝影機拍攝之追蹤影像。

(26)

四、世界模型視窗( The World Model Window )，位於下圖右下角，允許使用者編輯世界模型，並且在追蹤時顯示三維頭部模型的凝視、專注與頭部位置資訊。

圖 3.3 即時臉部和凝視追蹤系統 faceLAB 應用程式圖 3.3.2建立建立建立建立 Stereo-Head 與頭部模型與頭部模型與頭部模型 與頭部模型

要進入、使用上個小節所提到的四個視窗前，必須先建立Stereo-Head與頭部模型，建立好之後才可以使用後續的追蹤、記錄功能，而要建立頭部模型前必須先建立Stereo-Head，其步驟如下：

1. 開啟 faceLab 後選擇“Create New Stereo-Head ”同時輸入想要的檔案名稱。

待出現“Camera Configuration Wizard”後點選“Next”進入下個步驟(如下圖 3.4 所示)。

(27)

圖 3.4 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(一)

2. 選擇“Classic Tracking”，結束後進入下個步驟。這時左邊的攝影機圖像應包括眼睛、眼角、嘴角。右邊的攝影機圖像應包括整個頭部的影像(如下圖 3.5 所示)。

圖 3.5 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(二)

3. 當進行 “Auto-Focus”步驟時，可以持一個物件或是要求受測者將頭部置於攝影機前方，按下“Auto-Focus”後當其自動對焦後鬆開，必須進行兩次 (Camera A 與 Camera B)。結束後即可利用調校板進行調校，進行調校時必須轉換各種不同方向，黃框必須都在影片中。擷取結束後，軟體會自動進行資料分析(如圖 3.-6 所示)。

4. 若是在調校結束後出現下面兩圖表示失敗，必須回到上一步重新擷取資料進行分析(如圖 3.7 所示)。

圖 3.6 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(三)

(28)

圖 3.7 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(四)

5. 進行方位調校，手持調校板於攝影機前方適當位置，當綠框出現時，按下 TakeSnapshot 後停留五秒。成功後進行下一步驟，若失敗則重複此步驟。

成功後，將此“Stereo-Head 儲存資料”，選擇“Calibrate Using Calibration Key”

(如下圖 3.8 所示)。

圖 3.8 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(五)

結束上述步驟後，即可成功建立Stereo-Head。Stereo-Head建立後即可著手建立頭部追蹤模型，建立頭部追蹤模型的步驟如下：

1. 首先在 faceLab Main Window 視窗點選 New Head Model 裡的 Manual 鈕，

追蹤模式選擇“Front Only”(如下圖 3.9 所示)。

圖 3.9 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(六)

2. 接著為受測者臉部拍照，拍完照後進行編輯參考點。編輯時只能編輯左邊的圖片，左鍵可以移動參考點，將參考點移到適當位置(眼角與嘴角)後進行下一步(如下圖 3.10 所示)。

(29)

圖 3.10 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(七)

3. 接著是編輯特徵點，初始的特徵點會有很多，必須將其刪除到剩八個特徵點(眼角、嘴角、鼻翼)，多餘的特徵點利用右鍵刪除(如圖 3.11 所示)。

4. 當所有特徵點設定完成即可開始進行頭部辨識，觀察 “Tracking Quality(%)”，數值最好達到 75。若是受測者有戴眼鏡，要勾選“戴眼鏡”的選項。根據下圖，使用者可以立即看到系統追蹤頭部的情形與頭部的位置與轉動量，若是發現左上角的辨識品質(Tracking Quality(%))一直無法達到滿意的水準，使用者可以調整中央三個調整鈕期望能提昇辨識品質。若是調整後辨識品質依然低落，建議使用者按下 Back 退回前一步驟重新設定辨識特徵(如圖 3.12 所示)。

圖 3.11 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(八)

(30)

圖 3.12 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(九)

5. 完成頭部設定後，接著做眼球辨識的設定，一般東方人的眼球是屬於 Dark Iris, No Pupil，使用者可以試著選擇其他的選項，選項右邊會出現樣本圖(如下圖 3.13 所示)。

圖 3.13 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(十)

6. 最後再進行一次凝視調校，主要的目的是眼睛方向的辨識，按下“Calibrate”

後眼睛先看左邊的主攝影機(Camera B)，接著看右邊攝影機(Camera A)。結束後進入下一步驟(如下圖 3-14 所示)。

(31)

7. 分析完畢後，系統即可追蹤頭部與眼睛的移動狀況，如圖 3.15 所示。

圖 3.15 建立 Stereo-Head 與頭部模型步驟圖(十二) 3.3.3資料分析與儲存資料分析與儲存資料分析與儲存資料分析與儲存

在資料分析與儲存方面，可分為Head 資料、Gaze 資料與Logging 資料的使用，說明如下：

一、Head中有六項資料，分別為立體座標位置x,y,z 與x,y,z 之轉動量。Translatio 資料中頭往右方移動為+x 左方移動則為-x，往上為+y，一般頭是不會垂直往下方，至於z 軸則是頭與攝影機之間的距離，攝影機位置為0 頭在距離一公尺左右的位置。至於Rotation 中x 軸方向為α，y 軸方向為β，z 軸方向為γ。也就是說點頭會影響α，轉頭會影響β，搖頭會影響γ。

二、Gaze 資料主要是在追蹤眼球的動作。Yaw 代表眼球左右的程度，Pitch 則是眼球上下的程度。其中資料又分為原始資料(Raw)與修正過的資料 (Filtered)，因為眼睛是最難分析的一個部分因此要將雜訊過濾掉，才會使用Filter 這個功能。過濾的程度在進行設定時可以自行設定。

三、在Controls 這一個Windows 中有一項Logging 的功能，可以將偵測到的數據即時紀錄起來。記錄資訊可分為兩種方式，一是透過TCP/IP 傳輸到遠端網路接收程式中，另一種是儲存到磁碟機中。

3.4 螢幕交錯顯示之使用螢幕交錯顯示之使用螢幕交錯顯示之使用螢幕交錯顯示之使用

螢幕交錯顯示(Screen Intersection Display)是一覆蓋整個螢幕的黑色視窗，目的是用來執行實驗決定那裡是實驗對象對影像感興趣的點，其所需使用到的硬體設備主要為影像重疊器，影像重疊器 Eclipse CS-450 Eclipse 提供高畫質轉換

(32)

影像，並加上同步鎖定及字幕重疊特性。CS-450可將電腦影像圖檔字幕轉換重疊至電視NTSC或PAL 系統上，如圖3.16所示。

圖 3.16 影像重疊器設備圖

此外，本研究之眼球追蹤器程式電腦及儲存影片之電腦，如圖3.17所示。

圖 3.17 眼球追蹤器及儲存設備圖

大客車駕駛模擬器電腦設備如圖3.18所示，以及螢幕交錯顯示連結示意如圖 3.19所示。

(33)

圖 3.18 大客車駕駛模擬器電腦設備圖

圖 3.19 螢幕交錯顯示連結設備圖

螢幕交錯顯示畫面中，將頭部向量(綠色方塊)與凝視方向向量(黃色圓形)交錯顯示(如圖3.19所示)與駕駛模擬器畫面(圖3.20)重疊，即可看出頭部姿勢和凝視的交錯點，如圖3.21所示。完成此步驟之後實驗就可正式測試，並經由儲存成影片的方式來得到駕駛者在駕駛過程中的眼球移動資訊，結合眼球追蹤器儲存資料來得到受測者在看到事件眼睛視角的變化。

(34)

圖 3.20 faceLAB 視線凝視點畫面示意圖

(35)

圖 3.22 faceLAB 視線凝視點畫面與大客車駕駛模擬器畫面交錯顯示圖

(36)

第四章第四章

第四章第四章酒後駕駛模擬實驗之實驗規劃酒後駕駛模擬實驗之實驗規劃酒後駕駛模擬實驗之實驗規劃酒後駕駛模擬實驗之實驗規劃

依據前述文獻回顧整理決定本研究的量測指標，接著必須將要量測的指標和實驗場景結合在一起，本研究利用中華大學運輸科技與物流管理學系所建置之駕駛模擬器，設計駕駛過程中與受測者前述的量測指標相關之實驗情境，以進行相關的視覺能力績效與駕駛能力績效分析，說明如后。

4.1 實驗設計實驗設計實驗設計實驗設計

本研究所進行駕駛模擬器實驗所考慮之解釋變數（X）與依變數（Y），說明如下：

一、解釋變數(X)：

本實驗共設計有無喝酒、前車車速兩個實驗因子，其中有無喝酒包括未飲酒、呼氣酒精濃度0.25mg/l、呼氣酒精濃度0.40mg/l、呼氣酒精濃度 0.55mg/l四個水準，前車車速包括90km/hr、100km/hr、110km/hr三個水準，

因此每位受測者需進行3(前車車速) × 4(有無喝酒)共12種實驗情境，如表4.1 所示。

表 4.1 實驗因子與水準一覽表

因子有無喝酒前車車速(km/hr)

水準

未飲酒

呼氣酒精濃度 0.25mg/l 呼氣酒精濃度 0.40mg/l 呼氣酒精濃度 0.55mg/l

90 100 110

水準數四水準三水準

二、依變數(Y)：

本實驗之依變數(Y)如下表4.2所示：

表 4.2 依變數一覽表

變數名稱變數解釋

視覺事件反應時間紅色方塊之視覺事件出現至本車駕駛者做出反應之時間(秒)

視覺視角實驗過程中，本車駕駛者往右邊看的視角角度(度)

眨眼頻率本車駕駛者實驗中眨眼頻率(hz)

眨眼期間本車駕駛者實驗中每次眨眼之持續時間(秒)

前車煞車之反應時間前車煞車燈亮至本車駕駛者踩下煞車之時間(秒)

(37)

4.2 實驗場景規劃實驗場景規劃實驗場景規劃實驗場景規劃

依據本研究之實驗因子與水準所規劃之實驗場景為雙向(單向三車道)之高速公路路段，道路服務水準設定為B級，道路狀況為使用分隔島分隔、每車道3.75 公尺，另有一外側路肩3公尺與一內側路肩1公尺，其示意圖如圖4.1所示。此外，

在本車前方設置有事件車；該事件車會進行加速、定速、減速、緊急煞車等情況讓受測者進行反應，藉此即可觀察到受測者之駕駛行為。

圖 4.1 實驗路線示意圖詳細的場景設計參數及內容，如下表4.3所示：

表 4.3 駕駛模擬器模擬場景變數項目表

名稱項目

駕駛操控行為跟車、煞車

道路類型高速公路

單向車道數三車道、一路肩

車道寬度

(1)車道寬為 3.75 公尺 (2)外側路肩寬為3 公尺 (3)內側路肩寬為1 公尺

分隔狀況分隔島(交通島)

道路幾何直線路段

坡度平坦

標線黃色實線、白色實線與白色虛線

天候晴天

時間白天

車流量 B 級服務水準(雙向道路上皆須有車流)

其他車種小客車

事件 (1)前方事件車：加速、定速、減速、緊急煞車

(2)視線範圍內出現視覺事件

(38)

4.3 實驗場景流程實驗場景流程實驗場景流程實驗場景流程

駕駛模擬實驗之實驗場景流程，如圖4.2所示。

(39)

圖中各步驟之說明如下：

(a) Step 1

駕駛車初始位置是在第二車道，駕駛車啟動引擎(加入發動的聲音與引擎聲)。

(b) Step 2

駕駛車從靜止狀態開始加速，當駕駛車的時速達到 100 km/hr~110 km/hr 時，第一與第三車道加入 B 級服務水準的車流量，並於駕駛車前方 200m 的位置，出現事件車，而駕駛車會持續前進直到與事件車的距離為 80m 後，事件車以時速 90 km/hr 開始移動。(此時駕駛車車速應大於 90km/h)。

(c) Step 3

當駕駛車時速為 90 km/hr~100 km/hr 且與事件車的距離≦80m 時，駕駛車持續跟隨前車 25 秒後，在此段時間內會出現一次視覺事件，接著事件車開始觸發（觸發的組合如表 4.4 所示），執行實驗組合 1(A、B、C)。

實驗組合 1 詳細內容：當駕駛車加速至指定車速(在 90 km/hr 至 100 km/hr 範圍內)，持續 25 秒後，事件車觸發的順序： A→維持 25~35 秒→B→維持 25~35 秒→C→維持 25~35 秒→停止。速度變化與累加時間，詳見圖 4.3 所示，圖中 25 秒表示各事件間維持定速秒數為 25 秒時所耗費的時間變化曲線圖；35 秒則表示各事件間維持定速秒數為 35 秒時所耗費的時間變化曲線圖。

其中 A、B、C 在模擬場景中的實驗設計內容分別為：

A：事件車從 90 km/hr 以 0.15g 減速至 70 km/hr 後，維持 70 km/hr 36~45 秒後，

在此段時間內會出現三次視覺事件，接著以 0.15g 加速至 90 km/hr。

B：事件車從 90 km/hr 以 0.25g 減速至 70 km/hr 後，維持 70 km/hr 36~45 秒後，

C：事件車從 90 km/hr 以 0.4g 減速至 70 km/hr 後，維持 70 km/hr 36~45 秒後，

停止：事件車速度在 90 km/hr 以 0.55g 煞車停止。

其中，維持定速的秒數是隨機產生，目的是為了避免駕駛人會有預期的心理。

表 4.4 實驗因子情境組合表 V(km/hr)

a(m/s²) 90 100 110

0.15g A D G

0.25g B E H

0.4g C F I

(d) Step 4

事件車以 100 km/hr 加速離去。

(e) Step 5

駕駛車從靜止狀態開始加速，當駕駛車的時速達到 100 km/hr~110 km/hr 時，第一與第三車道加入 B 級服務水準的車流量。並於駕駛車前方 200m 的位

(40)

以時速 100 km/hr 開始移動。(此時駕駛車車速應大於 100 km/hr)。

(f) Step 6

當駕駛車時速為 100 km/hr~110 km/hr 且與事件車的距離≦80m 時，駕駛車持續跟隨前車 25 秒後在此段時間內會出現一次視覺事件，接著事件車開始觸發 (觸發的組合如表 4.4 所示)，執行實驗組合 2(E、F、D)。

實驗組合實驗組合實驗組合 實驗組合1

0 5 10 15 20 25 30

0 40 80 120 160 200 240 280 320 時間(秒) 速度(公尺/秒)

36秒 45秒

圖 4.3 實驗組合 1 速度變化與累加時間曲線變化圖

實驗組合2詳細內容：當駕駛車加速至指定車速(在100 km/hr至110 km/hr範圍內)，持續25秒後，事件車觸發的順序： E→維持25~35秒→F→維持25~35秒

→D→維持25~35秒→停止。速度變化與累加時間，詳見圖4.4所示，圖中25秒表示各事件間維持定速秒數為25秒時所耗費的時間變化曲線圖；35秒則表示各事件間維持定速秒數為35秒時所耗費的時間變化曲線圖。

實驗組合實驗組合實驗組合 實驗組合2

5 10 15 20 25 30

速度(公尺/秒)

36秒 45秒

(41)

F：事件車從 100 km/hr 以 0.4g 減速至 80 km/hr 後，維持 80 km/hr 36~45 秒後，

D：事件車從 100 km/hr 以 0.15g 減速至 80 km/hr 後，維持 80 km/hr 36~45 秒後，在此段時間內會出現三次視覺事件，接著以 0.15g 加速至 100 km/hr。

(g) Step 7

事件車以 100 km/hr 加速離去。

(h) Step 8

駕駛車從靜止狀態開始加速，當駕駛車的時速達到 100 km/hr~110 km/hr 時，第一與第三車道加入 B 級服務水準的車流量。並於駕駛車前方 200m 的位置，出現事件車，而駕駛車會持續前進直到與事件車的距離為 80 m 後，事件車以時速 110 km/hr 開始移動。(此時駕駛車車速應大於 110 km/hr)。

(i) Step 9

當駕駛車時速為 110 km/hr~120 km/hr 且與事件車的距離≦80m 時，駕駛車持續跟隨前車 25 秒後，事件車開始觸發(觸發的組合如表 4.4 所示)，執行實驗組合 3(I、G、H)。

實驗組合 3 詳細內容：當駕駛車加速至指定車速(在 110 km/hr 至 120 km/hr 範圍內)，持續 25 秒後在此段時間內會出現一次視覺事件，接著事件車觸發的順序： I→維持 25~35 秒→G→維持 25~35 秒→H→維持 25~35 秒→停止。速度變化與累加時間，詳見圖 4.5 所示，圖中 25 秒表示各事件間維持定速秒數為 25 秒時所耗費的時間變化曲線圖；35 秒則表示各事件間維持定速秒數為 35 秒時所耗費的時間變化曲線圖。

I、G、H 在模擬場景中的實驗設計內容：

I：事件車從 110 km/hr 以 0.4g 減速至 90 km/hr 後，維持 90 km/hr 36~45 秒後，

G：事件車從 110 km/hr 以 0.15g 減速至 90 km/hr 後，維持 90 km/hr 36~45 秒後，在此段時間內會出現三次視覺事件，接著以 0.15g 加速至 110 km/hr。

H：事件車從 110 km/hr 以 0.25g 減速至 90 km/hr 後，維持 90 km/hr 36~45 秒後，在此段時間內會出現三次視覺事件，接著以 0.25g 加速至 110 km/hr。

(42)

實驗組合實驗組合實驗組合實驗組合3

0 5 10 15 20 25 30 35

0 40 80 120 160 200 240 280 320 時間(秒) 速度(公尺/秒)

36秒 45秒

圖 4.5 實驗組合 3 速度變化與累加時間曲線變化圖 (j) Step 10

實驗結束。

在進行跟車階段的實驗時，還有一個次要任務，此次要任務主要是要觀測，

駕駛者的視角變化與對突如其來之物體的反應，場景內的四個特定位置會隨機出現紅色的方形圖案，此四個位置分別為1.本車前方20公尺、高度7公尺；2.本車前方3公尺、高度2公尺；3.本車右方2公尺、前方6公尺、高度2公尺；4.本車右方6公尺、前方11公尺、高度1公尺，紅色的方形圖案如圖4.6視覺事件示意圖所示，當方形圖案出現時，駕駛者必須做出相對應之反應。出現之時間為隨機，

每次出現會停留5秒，且消失後必須等待十秒以上才會隨機出現下一次。整個實驗過程分三段(前車車速：90km/hr、100km/hr、110km/hr三個水準)，每一段實驗會隨機出現十次視覺事件，做完一次實驗總共會出現三十次視覺事件。

(43)

圖 4.6 視覺事件示意圖

4.4 受測者受測者受測者受測者

本研究進行正式實驗時共招募8位持有小客車駕駛執照且身心狀況正常、視力正常，不能處於疲勞狀態，並對駕駛模擬器有初步了解的駕駛者進行實驗。

為了讓受測駕駛者能夠盡快熟悉整個駕駛模擬器之環境操作（例如加速、減速的操作），本研究於第一次正式實驗前(未飲酒)，會先進行時間為十分鐘的學習性操作，並且在受測者學習的期間對其講解本研究之動機與目的，其中學習性操作場景與本研究所規劃的實驗場景是不同的，目的是為了避免受測者熟悉本研究之實驗場景，使其對於模擬場景和事件觸發有預期心理而使所蒐集的資料較不具有客觀性。

受測者須依照各組實驗間隔天數進行四次實驗分別為：未飲酒組、A組(呼氣酒精濃度 0.25mg/l) 、 B 組 ( 呼氣酒精濃度 0.40mg/l) 、 C 組 ( 呼氣酒精濃度 0.55mg/l)；依序每組間隔天數為隔7天、隔14天、隔21天，目的為確保體內酒精代謝完全，避免酒精殘留影響下階段實驗進行。每位受測者必須依照每組不同之呼氣酒精濃度計算出合適之飲酒劑量，並且於30分鐘內飲酒完畢，再待30分鐘後進行實驗。受測者於實驗前24小時開始不可飲用含有酒精成份的飲料，以避免酒精殘留體內或酒精代謝之問題產生，此外，實驗前二小時，不可進食高油質、高糖份和含咖啡因等食品，以免影響酒精吸收程度。

(44)

4.5 飲酒量之計算飲酒量之計算飲酒量之計算飲酒量之計算

在酒後駕車模擬實驗中，受測者必需飲用酒精劑量計算公式所計算出的飲酒量，本研究飲酒量的計算方式主要是利用本研究所設定的呼氣酒精濃度轉換成血液中酒精濃度，再將得到的血液中酒精濃度轉換成飲酒量。

在呼氣酒精濃度轉換成血液中酒精濃度部分，呼氣酒精濃度(BrAC)測量的原理，是基於血液中的酒精會遵循亨利定律(Henry’s Law)而自由擴散於肺部中，所謂亨利定律是氣體在液體中的溶解度與氣體在氣相中的分壓成正比，因此在定溫定壓下，血液中的酒精濃度與肺部呼出的氣體酒精濃度會有一定的比例。目前公認BAC與BrAC的比例為2100：1，換言之，2100毫升呼氣中酒精含量，約等於1毫升血液中酒精含量，因此呼氣酒精濃度(BrAC)0.25mg/l，換成血液中酒精濃度(BAC)大約為5%【30】。計算過程如下：

1. 0.25mg/l呼氣酒精濃度×2100＝525mg/l血液中酒精濃度 2. 525mg/l血液中酒精濃度＝52.5 mg/100ml血液中酒精濃度

3. 52.5 mg/100ml血液中酒精濃度＝0.0525g /100ml血液中酒精濃度 4. 0.0525g /100ml血液中酒精濃度＝0.05 %血液中酒精濃度

在血液中酒精濃度轉換成飲酒量部分，根據Watson【29】研究所提出的酒精劑量計算公式可以了解，此公式的前半部份(10 × BAL ×TBW)/ 0.8為受測者經過DDP加上TPB兩段時間後身體殘留之酒精量，而公式後半部份10 × MR× (DDP + TPB) × (TBW / 0.8)為受測者在DDP與TPB兩段時間內身體代謝的酒精量，但是由於此公式並非國人的資料所統計出來的，尤其在TBW部分國人與外國人的資料統計出來的參數未必相同，因此本公式未必適合國人使用。該酒精劑量計算公式如下：

Alcohol does (g) = [(10 × BAL ×TBW)/ 0.8]+10 × MR× (DDP + TPB) × (TBW / 0.8) (4-1)

其中，

BAL (Blood Alcohol Level)：目標血液中酒精濃度

TBW (Total Body Water)：身體含水量，依性別區分之身體含水量公式，其中，

男性含水量公式：2.447 − 0.09516×年齡+ 0.1074×身高(cm) + 0.3362×體重(kg) (4-2)

女性含水量公式：− 2.097 + 0.1069×身高(cm) + 0.2466×體重 (kg) (4-3)

應用駕駛模擬器於酒後駕駛之疲勞特性研究