Differences in Stress-level and Attentional Functions of Experienced and Novice Drivers in Hazard Situations

Abstract

The purpose of this study is to determine the differences in stress-level and attentional functions between experienced and non-experienced drivers during intersection-related hazard situations. A simulation experiment was conducted to twenty-one licensed drivers (15 males and 6 females, mean age 27.71 ± 3.62) which were categorized into two groups, experienced and novice, based on the frequency and length of their driving experience. The participants were asked to drive on the same lane at a constant speed for 9 randomized trials with three different conditions (no hazard, low hazard, high hazard). ECG, GSR and eye-tracking data were collected throughout the whole session and a subjective questionnaire measuring perceived stress and attention load was administered after every trial. Mixed-ANOVA showed significant variations in driving performance across conditions (p < 0.001 for both lane and speed deviation), but not in between groups. Similarly, GSR metrics (SCR, Sum of Amplitudes, Phasic Max) showed a progressive increase in stress from hazard conditions 1 to 3, but no differences were found between groups. In contrast, ECG measures (STD RR, RMSSD, HF) revealed that experienced drivers exhibited greater stress during intersection-related hazard situations than novices. In terms of attention, both AOI-based and non-AOI-based measures (fixation count, mean fixation duration, time-to-first-fixation and horizontal dispersion) demonstrate significant differences in attention functions across conditions, but group effects were only evident in time-to-first fixation metrics. It was revealed that experienced drivers were faster to attend to the hazard stimulus than novices. In addition, an interaction was also found between experience and condition in mean fixation duration. Experienced drivers showed proportional attention allocation to both the primary task and hazard stimulus during high hazard situations than novice drivers. The overall result of the psychophysiological measures was further affirmed by the results from the subjective questionnaire whereby experienced drivers exhibited more changes in stress-level and attention load as the condition changed. The results suggest that experienced drivers are more sensitive, in terms of stress and attention functions, to changes in driving conditions than novices. The results of this study may be applied in designing more effective training modules and driver support systems that would help drivers specifically during intersection-related hazard situations.

본 연구의 목적은 교차로와 관련된 위험 상황 하에서 운전 경험의 수준이 다른 운전자 간 스트레스 수준과 주의 능력의 차이를 확인하는 것이다. 운전 빈도 및 기간에 따라 숙련된 운전자와 미숙한 운전자의 두 그룹으로 분류된 운전면허 자격을 보유한 21명의 운전자들 (남성 15명, 여성 6명, 평균 27.71 ± 3.62세)을 대상으로 차량 시뮬레이터를 활용한 실험이 수행되었다. 실험참여자들은 세 가지 위험 상황 조건(무위험, 저위험, 고위험)이 임의로 제시되는 환경에서 동일 차선을 유지하여 정속 주행하는 과업을 9회 반복 수행하였다. 과업이 수행되는 동안 ECG, GSR, 그리고 시선 추적 데이터가 수집되었고, 과업 수행 종료 후 주관적 설문지를 활용하여 인지된 스트레스 및 주의 부하가 측정되었다. Mixed-ANOVA 수행 결과, 운전 수행도는 차선 이탈 및 속도 이탈 측면에서 위험 상황 조건 별 유의한 차이가 있었으나(p < 0.001), 운전 경험 그룹 간의 차이는 없었다. 또한, GSR 척도(SCR, Sum of Amplitudes, Phasic Max)는 위험 상황 수준이 증가할수록 스트레스가 점진적으로 증가하는 것으로 확인할 수 있었으나, 운전 경험 그룹 간의 차이는 없었다. 반면, ECG 척도(STD RR, RMSSD, HF)는 숙련된 운전자 그룹이 미숙한 운전자 그룹보다 교차로 관련 위험 상황 동안 더 높은 스트레스를 나타낸다는 것을 보여주었다. 한편, 주의 능력 측면에서 AOI와 non-AOI 기반의 시선 추적 척도(fixation count, mean fixation duration, time-to-first-fixation and horizontal dispersion)는 위험 상황 조건 별 유의한 차이가 있었으나, 운전 경험 그룹 효과는 time-to-first-fixation에서만 나타났다. 이는 숙련된 운전자 그룹이 미숙한 운전자 그룹보다 위험 자극에 대해 상대적으로 신속하게 반응하기 때문인 것으로 판단된다. 게다가, mean fixation duration에서는 운전 경험과 위험 상황 조건의 교호작용 효과 또한 확인할 수 있었다. 숙련된 운전자 그룹은 미숙한 운전자 그룹보다 고위험 상황 하에서 주요 과업과 위험 자극 모두에 비례적으로 주의를 할당하는 것으로 나타났다. 숙련된 운전자 그룹이 미숙한 운전자 그룹보다 위험 상황 조건이 변함에 따라 스트레스 수준과 주의 부하의 변화가 더 심하다는 것을 나타내는 심리생리학적 척도들의 분석 결과는 주관적 설문지의 분석 결과를 통해 보다 확증되었다. 주관적 설문지의 결과 또한 숙련된 운전자 그룹이 미숙한 운전자 그룹보다 위험 상황 조건의 변화에 스트레스와 주의 능력 측면에서 보다 민감하다는 것을 보여주었다. 본 연구의 실험 결과는 숙련된 운전자와 미숙한 운전자의 두 그룹 간 뚜렷하면서 흥미로운 차이를 보여주었으며, 향후 교차로 관련 위험 상황 하에서 운전자의 안전에 도움을 줄 수 있는 지원 시스템과 효과적인 훈련 모듈을 설계하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.