單調(diào)環(huán)境下駕駛?cè)说木X性時變規(guī)律

路巧珍　孫宇　朱彤

摘要：駕駛?cè)司X性缺失是導致交通事故的重要原因，尤其是在單調(diào)環(huán)境下。在高速公路上，由于駕駛?cè)蝿蘸唵?，環(huán)境單調(diào)，道路可預測性高，駕駛?cè)说木X性容易渙散。為研究單調(diào)環(huán)境下駕駛?cè)说木X性時變規(guī)律，利用仿真軟件構(gòu)建駕駛環(huán)境，共有10名駕駛?cè)藚⑴c了駕駛模擬器試驗。利用主觀疲勞量表測量駕駛?cè)笋{駛前后的主觀疲勞狀態(tài)，運用MP150采集駕駛?cè)说男碾姅?shù)據(jù)，駕駛?cè)嗽隈{駛時需發(fā)現(xiàn)某種特定信號并報告。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在單調(diào)環(huán)境下，駕駛?cè)嗽隈{駛?cè)蝿臻_始后30 min，其信號的漏報率在不斷增加，從8%增加到32%.駕駛?cè)说男穆试隈{駛過程中并無顯著性差異，但其主觀疲勞程度有顯著增加。上述結(jié)果表明，在單調(diào)環(huán)境下駕駛1 h，駕駛?cè)宋窗l(fā)生生理疲勞，但其警戒性發(fā)生了變化，30 min后警覺性開始下降。也說明了單調(diào)環(huán)境會導致駕駛?cè)司X性下降。關鍵詞：交通安全；駕駛?cè)?；單調(diào)環(huán)境；警覺性中圖分類號：U 491

文獻標識碼：A文章編號：1672-7312（2017）01-0036-05

Abstract： Lack of vigilance is an important cause in traffic accident，especially in monotonous environment.Highway design reduces the driving task mainly to a lanekeeping manoeuvre.Such a task is monotonous，and the road is highly predictable，providing little stimulation.Under this environment，the drivers vigilance may easily decrease.In order to study the variation of drivers vigilance with time under the monotonous environment，a simulator test was carried out.In this test，simulation software was used to build the driving environment，in which ten drivers participated voluntarily.Subjective fatigue state was measured by using the subjective fatigue scale，and the MP150 was used to collect the Electrocardiograph （ECG） data of the drivers.Besides，the divers also need to found specific signals and report it.The result shows that drivers miss rate of signal has changed under the monotonous environment.In the final 30 min，the drivers miss rate of signal increased from 8% to 32%.The drivers heart rate has no significant difference during the driving.However，the subjective fatigue level has significant difference.It is concluded that within onehour driving under the monotonous environment，there is no fatigue on physical，but drivers vigilance decreased in 30 min after the driving.It is also proved that drivers vigilance decreased under the monotonous environment.Key words： traffic safety；driver；monotonous environment；vigilance

0引言警覺性是一種持續(xù)保持注意的狀態(tài)，是指操作者在相當長的一段時間內(nèi)，對環(huán)境中偶然出現(xiàn)的某種信號的察覺并做出反應的持續(xù)準備狀態(tài)[1]。駕駛?cè)蝿帐且豁椥枰{駛員持續(xù)保持高度注意的任務，在駕駛過程中，駕駛員需要實時觀察車輛周圍的情況，以便對突發(fā)狀況及時作出反應，以免發(fā)生事故。因此，駕駛?cè)蝿湛梢员豢醋魇且豁椌淙蝿?。我國相關研究表明：因駕駛?cè)巳藶橐蛩貙е碌墓方煌ㄊ鹿蕯?shù)、死亡人數(shù)、受傷人數(shù)占總數(shù)的90%左右[2-3]。在過去的研究中發(fā)現(xiàn)，決策者在關鍵事件發(fā)生時出現(xiàn)了警覺性下降，而警覺性下降被認為是許多災難事故的主要原因。由于困倦和疲勞引起的警覺性的缺失被發(fā)現(xiàn)會導致績效下降，是導致很多交通和工業(yè)事故的原因[4-5]。事故數(shù)據(jù)[6]和實驗研究[7-8]證明警覺性的波動對在白日駕駛尤其是在單調(diào)環(huán)境下駕駛時的安全有著很大的負面影響。因此，有必要對駕駛?cè)说木X性進行研究。影響警覺性的因素有外因和內(nèi)因，內(nèi)因包括性別、年齡、疲勞等，外因主要包括環(huán)境的單調(diào)性、需求刺激等。在單調(diào)環(huán)境下駕駛，如高速公路，任務需求低，道理環(huán)境具有高預測性和單調(diào)性，駕駛?cè)擞绕涫锹殬I(yè)駕駛?cè)藭械絾握{(diào)無聊，對突發(fā)事件的反應能力會降低[8]，增加了由于缺乏警覺性而導致事故發(fā)生的風險。單調(diào)性環(huán)境下的駕駛通常在駕駛30 min以上會出現(xiàn)類似疲勞的現(xiàn)象，而從任務時間上來說，疲勞通常在超過1 h的駕駛后才會出現(xiàn)[9-10]?？紤]到警覺性一直處于波動狀態(tài)，需要選取敏感度高的指標，以往的研究多采用信號擊中率、心電及腦電信號來表征警覺性。研究表明，信號漏失率越高，人的警戒性就越低[11]。心率一般用來評價個體的生理負荷水平，研究發(fā)現(xiàn)在單調(diào)環(huán)境下駕駛時，心率會有很大的下降。綜上所述，已有研究對警覺性的研究較為缺乏。鑒于此，應用仿真模擬軟件構(gòu)建單調(diào)駕駛環(huán)境進行短時間的駕駛模擬器試驗，將單調(diào)環(huán)境與疲勞的影響區(qū)分開來。采集駕駛?cè)说男碾姅?shù)據(jù)及駕駛績效，分析駕駛?cè)嗽隈{駛過程中的警覺性變化規(guī)律。本研究對進一步揭示警覺狀況的理論及警示系統(tǒng)的設計具有理論意義與指導價值。

1方法

1.1試驗材料通過駕駛模擬器試驗記錄駕駛?cè)藢μ囟ㄐ盘柕谋鎰e情況及心電數(shù)據(jù)。分析駕駛?cè)藢μ囟ㄐ盘柕穆┦孰S時間的變化情況，同時跟駕駛?cè)说男穆蕯?shù)據(jù)進行對比，利用主觀量表測量駕駛?cè)说闹饔^疲勞程度。本次試驗共有10名碩士研究生自愿參加，均獲得了駕駛資格證，其中，男性駕駛?cè)?名，女性駕駛?cè)?名。采用的是模擬駕駛，主要設備有駕駛模擬器、電腦和MP150生理記錄儀及疲勞量表，如圖1所示。試驗場景是由UCWinRoad搭建的，場景中道路是雙向四車道，單車道寬3.5 m，有直線道路和曲線道路組成，如圖2所示。

1.2試驗過程在試驗開始前，填寫主觀疲勞量表，并進行模擬駕駛訓練，確認駕駛?cè)丝梢允炀毑僮黢{駛模擬器后方可進行試驗。訓練后將MP150與被試及電腦進行連接，并設置相應的參數(shù)。在試驗前告知被試以下注意事項。

1）在試驗前一晚保證充足的睡眠，試驗前1 h不能飲用刺激性飲料，如茶、咖啡等；

2）駕駛時間為1 h，在駕駛中被試需遵循交通規(guī)則；

3）在駕駛時不能發(fā)生交通事故，如果發(fā)生一次則費用減少40%.被試在本次模擬試驗當中的駕駛?cè)蝿諡楸３衷谀骋卉嚨啦⒏S前方車輛，與前方車輛保持一定距離；時刻注意前方車輛的狀態(tài)，前方車輛會隨時減速，但是速度降低程度不同，一般情況速度會下降5 km/h，偶爾會下降15 km/h，被試需對前方車輛速度降低的多少進行判斷，若發(fā)現(xiàn)速度下降15 km/h時進行報告，在駕駛過程中被試要盡力去完成任務。試驗結(jié)束后，被試需填寫主觀疲勞量表。

2結(jié)果

2.1駕駛?cè)藢π盘柕穆┦时容^不同駕駛時間下駕駛?cè)藢π盘柕穆┦首兓闆r，以10 min為間隔觀察漏失率的變化情況，圖3（a）為10名駕駛?cè)说男盘柭﹫舐孰S時間變化的箱線圖，圖3（b）位30 min以后駕駛?cè)说男盘柭﹫舐实淖兓瘓D?？傮w來看，前30 min可能由于駕駛?cè)藢σ獔蟾娴男盘柌皇煜ぃ荒芎芎玫乇鎰e出特定的信號，而隨著時間增加，駕駛?cè)藢μ囟ㄐ盘柕氖煜こ潭仍黾?，因此其漏失率是在逐漸減少的。但是駕駛?cè)嗽?0 min以后的信號漏報率卻是逐漸上升的，從8%上升到了32%，即就是說駕駛?cè)司湫栽谥饾u下降的。

對駕駛?cè)?0 min后的信號漏報率曲線進行模擬，如圖4所示，預測漏報率逐漸增加到一定程度后將會趨于穩(wěn)定。

2.2駕駛?cè)说男穆蜀{駛?cè)说男碾娮兓鐖D5所示。利用單因素方差分析對駕駛?cè)说男穆蔬M行顯著性分析，將10～20與20～30（Sig.=0.535），30～40（Sig.=0772），40～50（Sig.=0.513），50～60（Sig.=0.473）時間段內(nèi)的心率均值進行對比，發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)说男穆什淮嬖陲@著性差異，說明駕駛?cè)嗽谏砩衔串a(chǎn)生疲勞現(xiàn)象。

2.3駕駛?cè)说闹饔^疲勞量表利用疲勞量表測量駕駛?cè)嗽隈{駛前后的主觀疲勞程度，結(jié)果如圖6所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)笋{駛后的疲勞程度增加，利用SPSS對駕駛?cè)说闹饔^疲勞程度進行顯著性分析，發(fā)現(xiàn)（Sig.=0.000）這兩者之間存在顯著性差異，從主觀上來說，駕駛?cè)嗽趫?zhí)行完1 h的駕駛?cè)蝿蘸笃诔潭仍黾?，駕駛?cè)烁冻隽溯^大的努力來完成駕駛?cè)蝿铡?/p>

對比駕駛?cè)说男盘柭﹫舐?、心電和主觀疲勞量表數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：在1 h的駕駛?cè)蝿者^程中，駕駛?cè)嗽谏砩衔串a(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，但其主觀疲勞程度有較大的提高，信號漏報率先降低后又升高。說明在單調(diào)環(huán)境下，駕駛?cè)说木X性會發(fā)生變化，30 min后其警覺性處于下降趨勢。

3討論以往對單調(diào)環(huán)境下的駕駛研究多傾向于疲勞的研究，但對疲勞駕駛研究中存在一個局限性：駕駛過程是一個時刻需要保持高度警覺的過程，一個小小的疏忽都有可能導致較大、致命的交通事故。駕駛?cè)擞神{駛走神時的準清醒狀態(tài)至精神不振、昏昏欲睡狀態(tài)，再至打磕睡的疲勞狀態(tài)的過程中，警覺性處于變化的狀態(tài)，若只是檢測駕駛?cè)似谠侔l(fā)出警告可能為時已晚，駕駛?cè)撕苡锌赡茉诋a(chǎn)生疲勞以前由于其他因素導致警覺性降低，從而發(fā)生交通事故，使得車上人員的生命財產(chǎn)安全難以得到有效保障。據(jù)統(tǒng)計分析，駕駛?cè)司X性下降對駕駛安全性的影響比例要高于疲勞駕駛因素的影響的比例[12]。文中參照經(jīng)典的時鐘實驗，通過讓駕駛?cè)藱z測駕駛過程中的特定信號來模擬真實駕駛環(huán)境中可能遇到的微弱的危險信號，用客觀的駕駛績效即駕駛?cè)宋茨軌驒z測到特定信號的概率來評測駕駛?cè)说木X性水平，能夠直觀地觀察其警覺性水平的變化。文中不討論是何種原因造成的駕駛?cè)司X性的波動，只討論駕駛?cè)说木X性是如何變化的。從駕駛?cè)藢μ囟ㄐ盘柕穆﹫舐首兓闆r來看，駕駛?cè)嗽隈{駛前面30 min駕駛員的信號漏報率逐漸降低可能是由于剛開始駕駛?cè)藢r間的判斷上把握不準，隨著時間的增加，能夠很好地辨識特定信號，所以其漏報率會存在下降的趨勢。而在駕駛30 min后的那半個小時中漏報率則在不斷上升，這與Mackworth對人的警覺性的研究結(jié)果一致。在后來的研究中，心率的變化也經(jīng)常來表示警戒性的水平，但在此次試驗中心率雖然略有降低，但并未有顯著性變化，可能是由于駕駛?cè)艘凶⒁饬ε袛嗲胺杰囕v的制動情況，其生理上一直處于較為緊張的狀態(tài)，其主觀狀態(tài)上感覺到疲勞也印證了這一點。駕駛?cè)说闹饔^疲勞感在試驗前后有著顯著的差異，說明駕駛?cè)嗽谶M行試驗時付出了較多的努力。結(jié)合信號漏報率及心率的變化情況說明即使駕駛?cè)吮旧碇饔^上想要努力檢測到特定信號，依然還是會錯過這些信號，并且隨著時間的增加，錯過的信號會越來越多。在單調(diào)環(huán)境下，如在高速公路上的駕駛，駕駛?cè)蝿諉握{(diào)、需求刺激少以及危險信號出現(xiàn)的不確定性會降低駕駛?cè)说木X性，不能及時發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的危險信號并作出反應，使得事故發(fā)生的可能性增加。文中研究了1 h的駕駛?cè)说木X性變化情況，可能還不夠深入了解駕駛?cè)司X性的時變規(guī)律，1 h以后的變化情況還未得知，在以后的研究當中，期望研究更長時間的駕駛?cè)司X性變化規(guī)律，以及如何提高駕駛?cè)司X性。

4結(jié)論論文通過駕駛模擬器試驗采集駕駛?cè)藢π盘柕谋鎰e情況、心電數(shù)據(jù)，利用主觀疲勞量表測量駕駛前后的駕駛?cè)酥饔^疲勞程度，分析這3個指標在駕駛過程中的變化情況，得到以下結(jié)論。1）駕駛?cè)藢π盘柕穆﹫舐氏冉档秃笤黾?，?0 min漏報率逐漸降低，后30 min又不斷增加，說明在單調(diào)環(huán)境下駕駛30 min以后，駕駛?cè)说木湫栽谥饾u下降；

2）對各時間段駕駛?cè)说男穆示颠M行統(tǒng)計學分析，發(fā)現(xiàn)1 h內(nèi)駕駛?cè)说男穆什o顯著性變化，說明其生理上并未達到疲勞狀態(tài)；

3）對比駕駛?cè)笋{駛前后的主觀疲勞量表數(shù)據(jù)，駕駛?cè)笋{駛前后的疲勞程度有顯著性差異，說明在執(zhí)行完駕駛?cè)蝿蘸?，駕駛?cè)酥饔^感覺疲勞程度增加，駕駛?cè)嗽趫?zhí)行任務過程中付出了較多的努力。

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