让鸽子别开巴士！鸟瞰视图对远程驾驶情境意识的影响

文献标题

Don’t Let the Pigeon Drive the Bus! The Impact of a Bird’s Eye View on Situational Awareness in Remote Driving

出版信息

• 主题领域: 自动驾驶车辆的远程操作界面，聚焦于情境感知。
• 关键词: 自动驾驶车辆，远程操作，情境感知，俯视图，界面设计，认知负荷，远程驾驶，SAGAT，人因工程，驾驶模拟。

背景与问题

• 问题/挑战: 当前自动驾驶车辆（AV）的远程操作界面主要依赖于前置摄像头视角，这可能限制情境感知（SA）。理论上，添加俯视图（BEV）可以增强SA，但也可能增加认知负荷或分散操作员注意力。
• 重要性: 远程操作对于处理复杂场景至关重要，例如AV在遇到道路障碍或紧急情况时的失败场景。有效的界面设计对于确保安全和操作员的表现至关重要。
• 动机与相关研究: 之前的研究探讨了俯视图在驾驶和机器人领域的应用，显示其在空间感知方面的潜在优势。然而，其在AV远程操作中的有效性仍不明确，特别是关于其对SA和认知负荷的影响。

解决方案

• 提出的方法: 通过两项研究探讨在远程驾驶界面中整合俯视图的影响：一项基于远程视频的研究和一项基于实验室的驾驶模拟研究。
• 创新点:
  1. 系统性评估俯视图在远程操作界面中的整合。
  2. 探讨俯视图在不同界面布局和驾驶场景中的对SA的影响。
  3. 分析驾驶模拟中的认知负荷和注视模式。
  4. 识别增加信息量与认知负担之间的潜在权衡。
• 研究流程与关键技术:
  • 研究一：远程视频实验，150名参与者比较三种界面布局（前置视角、缩小俯视图、画廊式俯视图），使用视频后SA问卷进行评估。
  • 研究二：实验室驾驶模拟，41名参与者比较两种布局（前置视角、画廊式俯视图），使用基于SAGAT的SA问题、NASA-TLX工作负荷评估以及注视追踪。

结果

• 具体发现:
  • 研究一：俯视图未能提高对附近或部分可见物体的SA，并降低了对远处物体和细节的SA。在这些场景中，仅前置视角的界面表现优于俯视图布局。
  • 研究二：前置视角与画廊式俯视图条件之间的SA或认知负荷无显著差异。参与者在驾驶过程中很少使用俯视图显示（驾驶时间的6%）。
• 相较基线的优势: 前置视角界面在检测远处物体和细节方面表现更佳，且与俯视图布局相比没有增加认知负担。
• 实验/评估:
  • 研究一：排除后分析142名参与者；8个驾驶场景视频；每个视频4个SA问题；使用卡方检验进行统计分析。
  • 研究二：排除后分析39名参与者；8个驾驶模拟场景；基于SAGAT的SA问题；NASA-TLX工作负荷评估；注视追踪用于分析俯视图使用情况。
• 局限性与未来工作:
  • 研究一：远程设置限制了控制；仅关注感知层面的SA。
  • 研究二：样本量较小；中等/小效应的统计能力有限。
  • 两项研究：假设零延迟远程操作；俯视图摄像头高度固定为80米；未测试仅俯视图条件。
  • 未来工作：探索动态俯视图配置、延迟效应、其他驾驶场景（如停车、障碍物导航）以及仅俯视图界面。

总结

本研究评估了在自动驾驶车辆远程驾驶界面中添加俯视图（BEV）的影响。通过两项实验发现，俯视图整合对情境感知（SA）整体没有显著益处，在某些情况下甚至降低了对远处物体和细节的SA。认知负荷未受到显著影响，但参与者在主动驾驶期间很少使用俯视图显示。这些结果表明，对于标准驾驶任务而言，更简单的仅前置视角界面可能更有效。然而，俯视图在特定场景中的实用性仍需进一步研究。未来研究应探索自适应俯视图配置、延迟效应以及多样化驾驶场景，以优化远程操作界面设计。