基于車載信息調(diào)度的駕駛行為控制分析＊

李文芳 石建軍 劉金超

（北京工業(yè)大學(xué)北京市交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100124）

0 引言

城市交通控制正在由傳統(tǒng)的信號(hào)燈控制向先進(jìn)的車輛控制系統(tǒng)發(fā)展。車載信息系統(tǒng)就是其應(yīng)用之一。車載信息系統(tǒng)可向駕駛?cè)颂峁┴S富的信息，進(jìn)而影響駕駛行為，提高道路交通系統(tǒng)安全效率水平。移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展使高速運(yùn)動(dòng)的車輛不再是信息孤島，而是可以高速、便利地與外界交互信息，成為道路交通系統(tǒng)的信息節(jié)點(diǎn)。駕駛行為是信息處理過程，有效地調(diào)度信息可以達(dá)到駕駛行為控制的目的。

車載信息系統(tǒng)中的車載安全預(yù)警系統(tǒng)是道路交通安全領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，并且有部分產(chǎn)品已經(jīng)投入應(yīng)用［1－2］。車載信息對(duì)駕駛行為的影響作用問題，目前國內(nèi)外許多學(xué)者做了不少研究。武安娜［3］研究了手機(jī)通話和車載無線通信對(duì)駕駛?cè)蝿?wù)的影響。研究結(jié)論表明：無需手持的車載設(shè)備與手持設(shè)備對(duì)駕駛?cè)蝿?wù)具有幾乎同樣的干擾。Zhang［4］探索了卡車司機(jī)對(duì)于車載技術(shù)提供反饋的認(rèn)知能力。結(jié)果表明：從當(dāng)前狀況來看，卡車司機(jī)沒有得到足夠的反饋來幫助他們提高駕駛的安全性?？ㄜ囁緳C(jī)認(rèn)為使用車載技術(shù)提供反饋可以提高駕駛的安全性。如果設(shè)計(jì)合理他們也愿意接受。同時(shí)，反饋?zhàn)詈靡哉Z音的形式提供給司機(jī)。

目前國內(nèi)外的車載信息系統(tǒng)均存在一定的缺點(diǎn)，如設(shè)計(jì)不完善，導(dǎo)致當(dāng)前車載信息系統(tǒng)的信息發(fā)布不及時(shí)、反饋周期長、信息量大、信息效用低、對(duì)駕駛行為控制作用差，這些都對(duì)駕駛?cè)说牟僮餍袨楫a(chǎn)生負(fù)面影響并引發(fā)一系列交通安全問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國近年來所發(fā)生的交通事故中，至少有25%的事故是由于駕駛?cè)诉^多注意車載信息終端而導(dǎo)致的［5］。

城市交通控制系統(tǒng)旨在通過交通控制設(shè)施、設(shè)備，來指揮、引導(dǎo)出行者和車輛的交通行為，實(shí)現(xiàn)安全、有序、暢通的交通控制目標(biāo)［6］。如何服務(wù)于道路交通系統(tǒng)控制目標(biāo)，針對(duì)駕駛?cè)说男袨樘卣?，調(diào)度車載信息達(dá)到駕駛行為控制的目的，使車輛安全運(yùn)行是本文的重點(diǎn)。

1 車載信息的駕駛行為控制作用

1.1 車載信息表達(dá)方式

計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和現(xiàn)代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，使GPS導(dǎo)航、移動(dòng)辦公、多媒體娛樂、安全輔助駕駛和遠(yuǎn)程故障診斷等功能通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)網(wǎng)形成車載信息系統(tǒng)，向駕駛?cè)颂峁┒喾N多樣的交通信息。常見的車載信息系統(tǒng)分為通信類、導(dǎo)航類、娛樂類、控制類、工作類、安全類6種，不同類型發(fā)布的車載信息及信息的表達(dá)方式見表1。

表1 車載信息類型及信息表達(dá)方式Tab.1 Type of vehicle information and its expression

1.2 駕駛行為控制

車輛在行駛過程中，車載信息系統(tǒng)為駕駛?cè)颂峁?shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的道路交通信息，不同的車載信息表達(dá)方式不同，對(duì)駕駛行為產(chǎn)生的影響也不同?；谝苿?dòng)通信設(shè)備的個(gè)人定制、動(dòng)態(tài)化和多模式的交通出行信息，其內(nèi)容形式和發(fā)布方式上的變革會(huì)影響出行者選擇行為［8］。車載信息系統(tǒng)通過發(fā)布有關(guān)信息，影響駕駛?cè)说鸟{駛行為，在一定程度上達(dá)到駕駛行為控制作用，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

1）發(fā)布的表達(dá)警示、提示的信息，例如警報(bào)、限速信息等，作用于駕駛?cè)藭r(shí)突出刺激、強(qiáng)化心理判斷功能，形成有效的行為自主控制信息環(huán)境。

2）基于文字、文化、地理等非交通的專門知識(shí)，突出了服務(wù)功能，滿足駕駛?cè)藢?duì)信息的心理客觀需要，故而容易被接受，其行為導(dǎo)向作用十分明顯。

3）實(shí)現(xiàn)出行目的是交通行為的基本回報(bào)，但不是全部回報(bào)，不安全、違法、與信息相背的交通行為產(chǎn)生的現(xiàn)實(shí)懲罰和心理上的壓迫也可稱為回報(bào)［8］。例如，不按照導(dǎo)航提示的最佳路徑行駛或許會(huì)遇到交通擁堵或需要行駛更遠(yuǎn)距離。

駕駛?cè)藢?duì)于車載信息系統(tǒng)提供的交通信息，會(huì)以自身出行需求為導(dǎo)向自覺尋求、過濾、分析，當(dāng)駕駛行為判斷需求與信息一致時(shí)，信息導(dǎo)致交通行為控制。當(dāng)駕駛?cè)诵枰T導(dǎo)信息并成功獲取后，駕駛?cè)说牟杉{情況，很大程度上取決于駕駛?cè)藢?duì)交通信息的信任度［9］。而且對(duì)于所接收到的交通信息，會(huì)以自身標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估信息價(jià)值，信息價(jià)值越高，對(duì)駕駛?cè)说男袨榭刂菩в迷酱蟆．?dāng)交通信息與需求、經(jīng)驗(yàn)相背或信息不完備，重復(fù)博弈導(dǎo)致行為控制。

2 駕駛行為的信息調(diào)節(jié)特性

2.1 多感官復(fù)合感知

駕駛行為是駕駛?cè)嗽诮邮諒?fù)雜的車內(nèi)外環(huán)境信息后，在大腦中樞神經(jīng)活動(dòng)基礎(chǔ)上所做出的動(dòng)作反應(yīng)與操作運(yùn)動(dòng)［10］。車輛在行駛過程中，駕駛?cè)诵枰粩噙m應(yīng)外部環(huán)境并與其他車輛交互，這些交互都是以信息的形式表達(dá)的。駕駛?cè)烁兄煌ㄐ畔ǜ杏X和認(rèn)知2個(gè)過程。首先，交通狀態(tài)的變化直接作用于駕駛?cè)说哪撤N組織或器官，使其能夠靈敏地感受到道路交通運(yùn)行的狀態(tài)及其變化方式，即感知過程。其次，是駕駛?cè)苏J(rèn)識(shí)道路交通狀況變化的過程。在此過程中，駕駛?cè)藢?duì)作用于其感覺器官的交通狀況進(jìn)行信息加工，即對(duì)感覺信號(hào)接收、轉(zhuǎn)換、提取、重建、判斷等，并在交通運(yùn)行狀態(tài)及其變化方式的刺激下產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。

駕駛?cè)嗽隈{駛過程中用各種感覺器官感知信息。視覺是最重要的感官，超過90%的行駛信息是通過視覺通道傳遞給駕駛?cè)说模?1］。聽覺的主要作用是對(duì)車內(nèi)外的各種警報(bào)做出響應(yīng)，許多汽車都會(huì)用聲音警報(bào)來提示駕駛?cè)藵撛诘奈ｋU(xiǎn)，如倒車?yán)走_(dá)、不系安全帶、門窗未關(guān)好時(shí)的警報(bào)等，并以警報(bào)的音色、音量等影響駕駛行為［12］。觸覺則主要用于對(duì)汽車的操作上，包括方向盤、剎車、油門、檔位等。嗅覺，如車內(nèi)的焦糊氣味、薄荷氣味等。另外，還包括駕駛?cè)说钠渌杏X，如平衡覺，體現(xiàn)在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的平衡感覺以及車輛急剎車時(shí)身體的慣性感覺等。還有機(jī)體感覺，如車輛通過減速帶時(shí)的顛簸震動(dòng)感覺、重力感覺等。駕駛?cè)嗽隈{駛過程中感知信息的途徑及內(nèi)容見圖1。

圖1 駕駛?cè)烁兄煌ㄐ畔⑼緩紽ig.1 Driver＇s perception pathways of traffic information

駕駛?cè)烁兄囕d信息的方式通常不是單一的，而是將不同的感覺多重輸入（亦即“多感官”）腦部，繼而在腦部進(jìn)行加工、分析并輸出至合理及合適的行為反應(yīng)。例如將視覺顯示與聽覺呈現(xiàn)相結(jié)合，如導(dǎo)航儀采用視覺顯示輸入（觸摸屏輸入地址），聽覺呈現(xiàn)和視覺顯示結(jié)合輸出（顯示路線信息，并語音提示左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、進(jìn)入高速公路等信息）的方式等等。因此，駕駛?cè)烁兄囕d信息的過程也是多個(gè)感覺器官復(fù)合感知的過程。

2.2 駕駛行為進(jìn)程與信息進(jìn)程

交通信息與駕駛行為是刺激－反應(yīng)關(guān)系，在整個(gè)駕駛過程中，駕駛?cè)死寐犛X、視覺等感官復(fù)合感知交通信息，并對(duì)信息進(jìn)行篩選融合，形成多個(gè)動(dòng)作備選方案，然后從眾多備選方案中找到最優(yōu)，利用肢體執(zhí)行備選方案，以使車輛更接近駕駛?cè)说念A(yù)期狀態(tài)，同時(shí)將執(zhí)行的結(jié)果反饋到駕駛?cè)?，從中獲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為下1個(gè)駕駛行為過程做準(zhǔn)備［13］。在此過程中，就信息而言，包括了信息進(jìn)程的4個(gè)基本部分：信息獲取、信息處理、信息輸出、信息反饋。根據(jù)駕駛?cè)藢?duì)信息處理的特點(diǎn)，可將駕駛行為進(jìn)程分解為4個(gè)基本過程：認(rèn)知過程、決策過程、執(zhí)行過程和學(xué)習(xí)過程，與信息進(jìn)程四個(gè)基本部分相對(duì)應(yīng)。駕駛行為信息進(jìn)程見圖2。

3 交通信息與駕駛行為交互融合

駕駛?cè)嗽隈{駛過程中，與環(huán)境進(jìn)行著海量的信息交換，這是駕駛行為最重要的特點(diǎn)。環(huán)境越復(fù)雜，信息交換量就越大。道路交通標(biāo)志標(biāo)線、車載裝置等，多以信息方式影響駕駛行為，甚至可以借助信息有意制造影響駕駛行為的情境，達(dá)到行為控制的目的。適當(dāng)?shù)男畔⑹菍?shí)現(xiàn)駕駛行為控制的重要手段，但駕駛行為控制對(duì)信息的應(yīng)用不單單是信息的獲取、傳送、處理等物理過程，而是建立在駕駛?cè)酥R(shí)架構(gòu)上的思維、分析、決策等智能過程。因此，要實(shí)現(xiàn)駕駛行為控制，不僅要研究車載裝置中的信息進(jìn)程，還必須研究信息在駕駛?cè)说男袨榭刂浦械淖饔茫葱畔⑴c行為的交互融合。

觀察生活中的編織物可以發(fā)現(xiàn)，編織可以將不同的固態(tài)物質(zhì)（通常是具有彈性的物質(zhì)）織造成新的物品，并擁有新的品性。在不同視角下，編織實(shí)現(xiàn)了不同形態(tài)物質(zhì)的“融合”。通常編織由物品線性離散化和構(gòu)造編織2個(gè)步驟構(gòu)成。第1個(gè)步驟使得物品線性纖維化，第2個(gè)步驟通過控制節(jié)點(diǎn)與連線來織造出平面或立體的編織物品。

與物品的編織相比，在道路交通系統(tǒng)中通過計(jì)算、通信和控制實(shí)現(xiàn)車載信息進(jìn)程與駕駛行為進(jìn)程的編織融合要更復(fù)雜。這里的融合常指通過多種物質(zhì)的理化結(jié)合，有效構(gòu)建新物體或改變物質(zhì)形態(tài)的手段。融合手段或方法常用于新材料的研究，也可用于構(gòu)造新的系統(tǒng)或事物以提高系統(tǒng)效能。隨著信息技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，融合理念被引用到檢測器等自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的加工處理，形成數(shù)據(jù)融合相關(guān)理論、方法和技術(shù)，并延伸應(yīng)用到了信息融合、決策指令融合等。在駕駛過程中，將車載信息進(jìn)程與駕駛行為進(jìn)程交互融合，實(shí)際上就是信息進(jìn)程對(duì)駕駛行為進(jìn)程的調(diào)節(jié)與干預(yù)的過程。就是要從信息進(jìn)程的初始狀態(tài)出發(fā)，通過對(duì)駕駛行為的調(diào)節(jié)、干預(yù)，把駕駛行為進(jìn)程逐步引導(dǎo)到所期望的最終運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。見圖3。

｛I（τ），B（t），BtI，ItB｝｜gi為實(shí)現(xiàn)駕駛行為從i狀態(tài)到g狀態(tài)的1個(gè)融合過程。其中：I（τ）為信息進(jìn)程集合；B（t）為駕駛行為進(jìn)程集合；BtI為對(duì)信息進(jìn)程進(jìn)行物理化處理（信息施效）；ItB為對(duì)駕駛行為進(jìn)程進(jìn)行信息化處理；i為融合過程的原始狀態(tài)集合；g為目標(biāo)狀態(tài)集合。即

U＝｛I（τ），B（t），BtI，ItB｝｜gi，u為實(shí)驗(yàn)駕駛行為從狀態(tài)i到狀態(tài)g的1個(gè)融合過程集合。

I（τ）＝｛i1，i2，…，im｝，其中τ∈（τ1，τ2，…，τm）為信息進(jìn)程的離散時(shí)間值；B（t）｛b1（τ），b2（τ），…，bn（τ）｝，其中τ∈｛τ1，τ2，…，τn｝為駕駛行為的離散時(shí)間值；i＝｛i＝，i2，…，iq｝，g＝｛g1，g2，…，gq｝

如果想要實(shí)現(xiàn)信息進(jìn)程與駕駛行為進(jìn)程高度融合，需要大量信息的支持。出行前，駕駛?cè)诵枰c車載信息系統(tǒng)建立信任關(guān)系，完成出行任務(wù)后，駕駛?cè)藢?duì)車載信息系統(tǒng)進(jìn)行信任度反饋。在出行過程中，需要有大量的檢測器來獲得更多實(shí)時(shí)的交通信息，最終完成對(duì)駕駛行為進(jìn)程的調(diào)節(jié)與干預(yù)，使其重新恢復(fù)之前的安全運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而當(dāng)駕駛行為進(jìn)程未發(fā)生變化或變化較小時(shí)，此時(shí)對(duì)駕駛行為進(jìn)程的檢測頻率將維持固有頻率進(jìn)行檢測。

4 駕駛行為控制

4.1 車載信息調(diào)度

車載信息系統(tǒng)是1個(gè)包括檢測器、控制器和執(zhí)行器并通過網(wǎng)絡(luò)形成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。它依賴計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、無線通信技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航裝置、交換文字或語音等信息系統(tǒng)與服務(wù)器端的集成，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供信息服務(wù)。有了車載信息系統(tǒng)，汽車將不再是孤立的單元，而是通過無線通信，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

在車載信息系統(tǒng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中，信息調(diào)度發(fā)生在檢測器、控制中心與執(zhí)行器之間傳遞的過程中［14］。車內(nèi)的檢測器將車內(nèi)各種信息及車輛所處的環(huán)境信息傳遞給控制中心，控制中心根據(jù)駕駛?cè)怂幍牡缆翻h(huán)境信息及駕駛?cè)俗陨硇袨樾畔⒄{(diào)度相關(guān)的指令信息，而執(zhí)行器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)地將這些控制指令信息發(fā)布給駕駛?cè)恕＿@些指令信息是車載信息系統(tǒng)發(fā)布的具有嚴(yán)格法律法規(guī)約束、必須強(qiáng)制執(zhí)行的信息。這些信息具有約束駕駛?cè)笋{駛行為的強(qiáng)制性，駕駛?cè)吮仨殗?yán)格遵守，當(dāng)有違反控制信息規(guī)定的行為發(fā)生時(shí)將受到法律規(guī)定的明確懲罰性回報(bào)或者身體、心理上的影響。例如，車載導(dǎo)航裝置提醒的限速信息、駕駛?cè)朔咐r(shí)發(fā)布的清新氣味信息、其他法律法規(guī)規(guī)定的強(qiáng)制條例等信息就屬于交通控制指令信息。當(dāng)駕駛?cè)私邮苓@些交通控制指令信息，控制自己的交通行為，對(duì)駕駛?cè)藗€(gè)人來講，其回報(bào)是隱性的，不像處罰那樣直接、明顯。車載信息調(diào)度過程見圖4。

圖4 載信息調(diào)度過程Fig.4 Telematics scheduling process

4.2 車載信息調(diào)度形式及參數(shù)

在行駛過程中，車載信息調(diào)度的指令信息會(huì)根據(jù)駕駛行為的變化而不斷地變化。執(zhí)行器在信息發(fā)布方式上多采用適合駕駛?cè)诵畔⒄{(diào)節(jié)特點(diǎn)的，簡單、明確、易于掌握的信息。發(fā)布指令信息后，駕駛?cè)艘云涓兄鞴俦灸艿孬@取指令信息，對(duì)于指令信息的接受是綜合應(yīng)用感知器官的過程。一般來說，駕駛?cè)送ㄟ^視覺、聽覺、嗅覺、觸覺等方式獲取指令信息，這些指令信息以語言、圖像、視頻等不同的形式干預(yù)駕駛?cè)说男袨?。?為駕駛行為控制配置調(diào)度效用信息。

表2 駕駛行為控制配置調(diào)度效用信息Tab.2 Driving behavior control configuration scheduling utility information

4.3 可調(diào)度的信息集合

車載信息系統(tǒng)通過調(diào)度不同的信息，突出刺激、強(qiáng)化心理判斷功能，形成有效的行為自主控制信息環(huán)境。構(gòu)建不同的控制語境，使駕駛?cè)丝刂菩畔⒄Z境的構(gòu)建因指令信息的不同而呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的發(fā)展和變化趨勢，駕駛?cè)瞬⒉皇峭耆粍?dòng)地受控于給定的語境，而是能夠借助包括提示語言、圖像在內(nèi)的種種手段生成、改變或選擇自己所認(rèn)為適當(dāng)?shù)恼Z境。也正因?yàn)槿绱耍{駛?cè)四軌蛟谕囕d信息提示交互過程中迅速轉(zhuǎn)換不同語境框架，這也使得語境顯得更加復(fù)雜，駕駛?cè)丝赡艹３Ｖ蒙碛诙嘀卣Z境中，語境隨著語言事件的推進(jìn)而不斷地改變。

同時(shí)，也可通過發(fā)布動(dòng)態(tài)交通流量、流速、擁擠信息，通過車載信息系統(tǒng)指導(dǎo)駕駛?cè)诉x擇較好的通行路徑。將誘導(dǎo)策略的制定與駕駛?cè)寺窂竭x擇行為特點(diǎn)相結(jié)合，分析駕駛?cè)藢?duì)不同誘導(dǎo)信息的刺激程度。對(duì)提升誘導(dǎo)信息系統(tǒng)的效率、優(yōu)化路網(wǎng)道路資源分配、減少用戶出行延誤以及降低碳排放具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

4.4 車載信息調(diào)度案例

當(dāng)車載GPS測速與道路限速對(duì)比，如若判定駕駛?cè)顺傩旭?，就?huì)用語音來提醒駕駛?cè)恕澳诔傩旭?，?qǐng)減速慢行”，此時(shí)，就是通過語音提醒為駕駛?cè)藰?gòu)造出1個(gè)告知語境。駕駛?cè)送ㄟ^對(duì)這句告知語音的具體語言環(huán)境，準(zhǔn)確地理解提示的含義，獲得自己“正在超速行駛”的提示信息，采取一定的措施來降低車速，從而保證行車安全。當(dāng)車輛繼續(xù)以超過道路限速的速度行駛時(shí)，控制裝置通過語音提醒駕駛?cè)恕俺倏赡芤l(fā)交通事故”，為駕駛?cè)藰?gòu)造提醒語境。如果駕駛?cè)嗽诖苏Z境中，理解了這條語境的語義信息并采取減速措施，則此時(shí)導(dǎo)航裝置對(duì)趨避超速駕駛行為起到了控制作用。如果駕駛?cè)瞬宦爮恼Z音提示，繼續(xù)超速行駛，交通監(jiān)控將會(huì)對(duì)超速車輛進(jìn)行違章記錄，同時(shí)車載信息系統(tǒng)將該車輛以前接收的或者可能接收的超速罰單以圖片的形式，為駕駛?cè)颂峁?個(gè)“警告語境”，控制駕駛?cè)说臏p速行為，希望駕駛?cè)四軌蚪档托旭偹俣?。再進(jìn)一步，導(dǎo)航裝置會(huì)構(gòu)造強(qiáng)化語境，通過1張以往超速導(dǎo)致的交通事故現(xiàn)場圖片來強(qiáng)化降低車速的重要性。如果該駕駛?cè)巳匀徊唤邮罩暗摹案嬷Z境”、“提醒語境”、“警告語境”、“強(qiáng)化語境”提供的指令信息，就提供一些威脅信息，從而控制駕駛?cè)说某傩袨椤?/p>

5 結(jié)束語

分析了車載信息的表達(dá)方式和駕駛?cè)说男畔⒄{(diào)節(jié)特性，將駕駛行為進(jìn)程與車載信息進(jìn)程融合，通過有效及時(shí)地調(diào)度信息從而實(shí)現(xiàn)駕駛行為控制。但是，筆者對(duì)車載信息調(diào)度及可調(diào)度的信息集合分析還存在一定的欠缺，要想更全面更深入地從駕駛?cè)说男畔⒄{(diào)節(jié)特性方面及時(shí)、準(zhǔn)確、充分地調(diào)度車載信息，即真正實(shí)現(xiàn)信息進(jìn)程與駕駛行為進(jìn)程的融合，還需要無線通信、自動(dòng)控制、微處理器及動(dòng)態(tài)檢測等技術(shù)的發(fā)展和成熟才能為解決上述問題提供技術(shù)支持，才能使得本文系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)成為可能。

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