《Results in Engineering》：Pedestrian Detection with Camera-Monitor Systems on Mobile Machinery Under Divided Attention: A Dynamic Multitask Approach
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移动机械与行人工作者之间的碰撞仍然是一个安全问题，尽管摄像头-监视器系统（CMS）作为标准缓解措施已广泛使用。先前的研究在单任务环境下评估了CMS，揭示了现有设计要求的缺陷。然而，这限制了其向现场现实情况的推广性，因为操作人员需要将注意力分散到多个信息来源。本
移动机械与行人工作者之间的碰撞仍然是一个安全问题，尽管摄像头-监视器系统（CMS）作为标准缓解措施已广泛使用。先前的研究在单任务环境下评估了CMS，揭示了现有设计要求的缺陷。然而，这限制了其向现场现实情况的推广性，因为操作人员需要将注意力分散到多个信息来源。本研究解决了当前CMS设计要求与移动机械使用中典型的多任务、高工作负荷条件之间的差距。本论文介绍了一项模拟器研究，其中研究人员让参与者倒车移动挖掘机，同时检测后视CMS画面中出现的行人。研究人员操纵了两个因素：一个并发任务的存在（旨在反映操作上合理的注意力需求）以及屏幕上的目标尺寸（与当前CMS标准一致的设计代理）。危险检测性能是主要结果，并辅以感知工作负荷、眼动测量和瞳孔测量。结果证实，多任务范式增加了工作负荷并降低了危险检测性能，而仅增加显示的目标尺寸不足以完全补偿这些缺陷。这些发现表明，从低工作负荷或单任务条件中得出的CMS设计要求可能不足以满足实际移动机械操作。该研究为在现实多任务操作条件下评估和完善移动机械的CMS显示要求提供了基于证据的启示。
**论文解读：基于动态多任务方法的移动机械摄像头-监视器系统行人检测研究**
**研究背景与问题**
在工业和建筑工地等作业环境中，移动机械（如轮式挖掘机）与行人工作者之间的碰撞事故仍是重大安全隐患。尽管摄像头-监视器系统（CMS，一种通过车内显示器提供后方和侧方视野的辅助设备）已被广泛采用作为标准缓解措施，但相关事故依然频发，尤其在倒车/后退操作中。现有CMS设计标准（如ISO 16001:2017）规定可接受屏幕目标最小高度为7毫米，但这一尺寸要求缺乏充分的实证支持，且源自简化测试范式（如静态图像观看或单任务条件）。然而，实际移动机械操作具有动态性和分布性特征：操作人员需同时控制车辆运动、管理附件、监控环境并与人员协调，注意力需在多个信息源之间持续切换。这种多任务、高工作负荷条件可能导致认知资源竞争，增加心理负荷，从而降低危险检测性能。现有研究未充分评估在现实操作约束下（如分配注意力和高工作负荷）CMS的有效性，存在安全相关的设计缺口。
**研究目的与意义**
本研究旨在填补这一缺口，通过模拟更接近真实移动机械操作的多任务条件，评估CMS支持下的行人检测性能。研究人员聚焦于倒退/倒车这一关键安全场景，考察心理工作负荷（通过并发的注意力分配任务诱导）如何影响危险检测，并检验屏幕目标尺寸作为设计代理的局限性。研究发现，当前基于单任务或低负荷条件的设计要求可能不足以确保实际操作中的安全，为制定更有效的CMS设计标准和评估方法提供了循证依据。该论文发表在《Results in Engineering》。
**主要关键技术方法**
研究人员采用基于Unity开发的模拟器，配备三屏虚拟环境（120°视野）和专用10英寸CMS显示器。实验要求20名参与者（来自当地研究机构，持有有效驾照）驾驶模拟轮式挖掘机沿固定路径倒车，同时检测后视CMS画面中从遮挡后出现的行人（初始显示高度IDH为5mm、9mm、12mm）。工作负荷通过注意力分配任务（ADT，参与者需从四个两位数中选择最大数）进行操纵。数据采集包括主观工作负荷评估（SWAT，主观工作负荷评估技术）、眼动追踪（Tobii Pro Glasses 3，100Hz）和瞳孔测量（任务诱发瞳孔响应TEPR）。性能分析采用广义线性混合模型（GLMM，用于处理二分类重复测量数据）和信号检测理论（SDT，用于区分敏感性和决策标准）。
**研究结果**
1. **操纵检查**：主观工作负荷（SWAT）在ADT+条件下显著升高（p<0.001）。基线校正后的瞳孔直径（TEPR）在ADT+条件下显著增大（p<0.05），表明工作负荷增加。眼动指标显示，ADT+条件下注视频率增加35.8%，注视持续时间减少42.1%，扫视频率和幅度显著增大，证实视觉取样强度增加。车辆速度在条件间无显著差异，排除了补偿性减速的干扰。
2. **危险检测性能（3.2.1）**：GLMM分析显示，ADT条件（p<0.001）、IDH（p<0.001）及其交互作用（p<0.01）显著影响检测率。在ADT?条件下，9mm和5mm IDH的检测率接近天花板（>0.99），12mm IDH略低（0.925）。在ADT+条件下，5mm IDH检测率仍高（0.995），但9mm和12mm IDH显著下降（0.828和0.648）。时间调整分析表明，在较短的响应时间阈值（如1.5秒）下，9mm IDH在ADT+条件下表现最佳，而5mm IDH的优越性部分源于更长的可见窗口，而非纯尺寸效应。
3. **注意力分配任务性能（3.2.2）**：平均准确率为0.830，平均响应时间为1.346秒，超时率低（0.060），表明参与者在ADT条件下保持了稳定任务投入。
4. **眼动行为（3.2.3）**：ADT+条件下，注视频率、扫视幅度和峰值速度显著增加，注视持续时间减少，总注视时间比例下降12个百分点，符合高工作负荷下视觉取样模式变化。
5. **工作负荷评估（3.2.4）**：SWAT得分在ADT+条件下（64.67）显著高于ADT?（39.67）（p<0.001）。TEPR在ADT+条件下显著更大（p<0.05），表明生理学上工作负荷增加。
6. **信号检测性能（3.3）**：SDT分析显示，ADT+条件下敏感性（d′，即区分信号与噪声的能力）显著降低（从3.64降至2.24，p<0.001），同时假警报率增加（从5.5%升至9.7%，p=0.001），决策标准（c，即响应倾向）从无偏转向更保守（从-0.003升至0.27，p<0.001）。这表明多任务不仅降低了感知/注意力辨别能力，还导致操作人员更谨慎，但漏报和假警报仍增加。
**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究的多项操纵检查从多维度（主观、生理、眼动、行为）一致验证了工作负荷增加，且未发现补偿性驾驶策略。性能下降模式符合多资源理论和负荷选择性注意模型，表明并发任务竞争了有限的视觉和注意力资源。关于动态几何特征，IDH与可见时间窗口耦合，时间调整分析揭示了在短响应时间阈值下，9mm IDH在ADT+条件下提供更稳健的性能，而5mm IDH的原始优势部分源于更长的可见窗口，而非纯尺寸优势。新测试的12mm IDH未改善短阈值下的性能，表明仅增大尺寸不足以弥补多任务负荷下的缺陷。这暗示现行ISO 16001标准基于静态尺寸的准则不足，应纳入时间约束（如响应时间、可见窗口长度）和多任务测试场景。
结论部分（翻译）：本研究利用模拟挖掘机操作，考察了基于CMS的行人检测如何随视觉/注意力需求增加和屏幕目标尺寸变化而变化。多任务范式增加了工作负荷（SWAT、TEPR）并改变了注视行为，而车辆控制和注意力分配任务性能保持稳定，表明检测损失与工作负荷增加一致，而非补偿性驾驶策略。在增加的工作负荷下，检测敏感性降低，导致更多漏报。重要的是，动态出现几何结构将屏幕尺寸与响应时间耦合：时间调整分析显示，增加显示行人尺寸仅在有条件下改善性能，且未能消除工作负荷相关缺陷，尤其在可见窗口较短时。这凸显了基于尺寸的CMS指南（如ISO 16001）的能力-有效性差距：该指南在操作人员需在竞争性视觉通道间分配注意力时是必要的但非充分条件。因此，移动机械的CMS要求应从“是否能看到？”转向“在现实工作条件下是否能及时看到？”这促使增加多任务测试案例、动态出现场景以及基于时间界限的性能标准（如指定响应时间阈值内的最低检测性能），以补充最小显示尺寸要求。
