道路環(huán)境單調(diào)性對駕駛疲勞的影響機理研究

蔣晶波 張桐 張寧

摘 要：在駕駛疲勞的外部致因中，道路環(huán)境單調(diào)性是最重要的組成部分。道路環(huán)境單調(diào)性對駕駛疲勞的影響研究由來已久。一般都是通過模擬實驗方法對比分析在環(huán)境正常和環(huán)境單調(diào)情況下駕駛操作的變化情況，研究發(fā)現(xiàn)在單調(diào)性環(huán)境中駕駛員駕駛操作能力下降更快，駕駛疲勞狀態(tài)更容易出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：道路環(huán)境；單調(diào)性；駕駛疲勞

1駕駛疲勞與道路環(huán)境單調(diào)性

1.1駕駛疲勞定義

從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可知，目前駕駛疲勞的定義還沒有統(tǒng)一的定論，每個研究者都有自己一些獨到的見解。但通過分析，我們發(fā)現(xiàn)以往對駕駛疲勞的定義具有一些共同的內(nèi)涵，即生理、心理失調(diào)導致駕駛機能的下降。這里，結(jié)合本人對該駕駛疲勞問題的理解，提出如下的定義：長時間駕駛引起的駕駛員生、心理機能失調(diào)而導致的駕駛操作能力下降、駕駛績效降低的狀態(tài)。因此，駕駛疲勞評價備選指標可以從駕駛員內(nèi)在因素（生理、心理指標）和外在表現(xiàn)（駕駛操作、駕駛績效指標）中篩選。

1.2道路環(huán)境單調(diào)性定義

道路環(huán)境中沒有刺激或刺激變化在一個可預測的范圍內(nèi)則認為該道路環(huán)境是單調(diào)的。該定義包含兩個概念，一是道路環(huán)境的界定，這里是指系列式景觀，即駕駛過程中駕駛員感知的連續(xù)變換景觀，一般是在駕駛員正前方位置的左右20。范圍內(nèi)。

二是刺激的概念。刺激是指引起的人體組織細胞、器官和機體發(fā)生反應(yīng)的內(nèi)外環(huán)境變化。這里所說的刺激是指在駕駛過程中，引起駕駛員生心理反應(yīng)的外界環(huán)境變化。

對于道路環(huán)境單調(diào)性研究來說，最關(guān)鍵的問題是如何判定道路環(huán)境中的刺激點，即刺激點的位置。根據(jù)刺激的定義可知，當被認定為一個刺激必然會是道路環(huán)境中的較大改變，因此如果采用有效的手段把較大的環(huán)境改變提取出來，則刺激點的位置就能確定，而 MPEG 壓縮技術(shù)為解決這一問題提供了可能。

1.3道路環(huán)境單調(diào)性對駕駛疲勞影響機理

在駕駛過程中，駕駛操控能力、駕駛員狀態(tài)和道路環(huán)境三者相互作用，共同影響駕駛的質(zhì)量。特別指出這里的駕駛員狀態(tài)是指駕駛過程中的狀態(tài)，而不考慮駕駛之前。不同的道路環(huán)境會對駕駛員狀態(tài)產(chǎn)生影響，當?shù)缆翻h(huán)境單調(diào)時，駕駛員由于負荷不足，從外界環(huán)境中不能獲取足夠的有效信息，很快進入疲勞狀態(tài)，導致駕駛操控能力降低；相反，如果道路環(huán)境過于復雜，外界環(huán)境信息超出駕駛員能夠處理的范圍，駕駛員會處于負荷過載狀態(tài)，同樣會加快進入疲勞狀態(tài)，引起駕駛操控能力下降。

為了保證駕駛操控能力在一個合理的區(qū)間內(nèi)，在其它因素不變的情況下，要求駕駛員的狀態(tài)要維持在合理的水平，這就對道路環(huán)境提出了要求。從駕駛疲勞生成角度來說，評價道路環(huán)境好壞的依據(jù)是刺激設(shè)置是否合理，合理刺激的設(shè)置可以延緩駕駛疲勞的生成。這里引入 Angelique 等人對外部刺激的定義，外部刺激可以用質(zhì)量和數(shù)量兩個維度來表示。為了分析的方便，這里提出采用刺激密度作為外部刺激的衡量指標，刺激密度是指道路環(huán)境中單位長度上刺激點的個數(shù)。該定義包含了外部刺激的質(zhì)量和數(shù)量兩個維度的信息。這里刺激點是指能夠?qū)︸{駛員產(chǎn)生生心理改變的道路環(huán)境變化，這體現(xiàn)了刺激的質(zhì)量維度信息；而刺激點的個數(shù)則體現(xiàn)了刺激的數(shù)量維度信息。

道路環(huán)境單調(diào)性對駕駛疲勞的影響過程可以采用示意圖 2-2 來表征。當刺激密度過小時，駕駛員不能獲得足夠的外界刺激，導致駕駛警覺性降低，過快地進入疲勞狀態(tài)；相反，當刺激密度過大時，由于駕駛員會逐漸適應(yīng)頻繁的外界刺激，刺激的敏銳度不斷降低，所以當外界刺激過大時，駕駛員因適應(yīng)外界刺激的變化也會較快地進入疲勞狀態(tài)。因此，外界刺激應(yīng)該有一個合理的范圍，在該范圍內(nèi)外界環(huán)境對駕駛疲勞的影響是最小的，該范圍稱為最佳范圍。這與U 型模型理論解釋是一致的。

2實驗系統(tǒng)分析

停車費是指向停車場提供的產(chǎn)品或服務(wù)的受益人收取的費用。在這篇文章中，這里提到的費用涉及的不僅僅是所涉及的費用。到了市場的行為，它還包括需求管理，這意味著停車不僅用于經(jīng)營市場上的停車設(shè)施，而且是面向非市場的、非經(jīng)營性的停車設(shè)施。所以停車費是必要的，也是可行的。

2.1實驗設(shè)備

駕駛模擬最早出現(xiàn)在航空駕駛訓練中，隨著計算機成像技術(shù)和運算能力的發(fā)展，其逐漸應(yīng)用在汽車訓練中。美國在 20 世紀 70 年代就有 500 多所汽車駕駛學校裝備了汽車駕駛模擬艙。目前，駕駛模擬艙已經(jīng)廣泛應(yīng)用于車輛工程、交通土建工程、人因工程等領(lǐng)域。模擬艙主要有三種，分別是簡單的駕駛模擬器、真車模擬艙和支桿式模擬艙。

駕駛模擬艙能夠非常逼真的模擬道路場景，由于在真實道路上研究駕駛行為是危險、昂貴的，而且實驗結(jié)果不具有重復性，特別是復雜環(huán)境因素條件下實驗，模擬艙能夠體現(xiàn)強大的優(yōu)勢。模擬艙能夠?qū)崟r記錄駕駛員的駕駛操作（如：加減速、油門、剎車、轉(zhuǎn)向），以及實驗車的運行狀況（如速度、位置等）和左前方、右前方、左后方、右后方四個位置上車輛的運行狀況。同時模擬艙能夠把實驗數(shù)據(jù)輸出成*.txt 文件，方便用戶進一步處理和分析數(shù)據(jù)。

2.2實驗平臺

道路交通系統(tǒng)是一個人、車、路和環(huán)境構(gòu)成的復雜系統(tǒng)，四者之間相互協(xié)調(diào)，缺一不可。駕駛模擬艙是把實際的道路交通系統(tǒng)在實驗室內(nèi)真實地模擬再現(xiàn)，為了更科學分析研究道路交通系統(tǒng)，實驗平臺需要能夠?qū)Φ缆方煌ㄏ到y(tǒng)中人、車、路和環(huán)境四個部分建模和數(shù)據(jù)采集，滿足與微觀駕駛行為及駕駛員特性相關(guān)的研究要求。

針對研究過程中對實際道路系統(tǒng)中各組成部分的需求，實驗平臺共有兩大功能，對環(huán)境和道路模塊進行建模和對人、車模塊的指標檢測。具體建模和檢測內(nèi)容如下：

環(huán)境建模：道路景觀、交通設(shè)施；

道路建模：設(shè)計參數(shù)、位置坐標；

人（主要是駕駛?cè)耍z測：主觀問卷、面部特征以及生理特征（包括：腦

電、心電和眼電）；

車輛檢測：車輛位置、操作行為（包括：方向盤轉(zhuǎn)向、油門、剎車、換檔等）。

結(jié)論

總結(jié)了以往諸多的駕駛疲勞定義以及形成機理理論，提出雖然駕駛疲勞的定義和形成機理沒有達到共識，但駕駛疲勞外在表現(xiàn)往往比較一致，這為駕駛疲勞檢測技術(shù)的開發(fā)提供了依據(jù)。系統(tǒng)總結(jié)了駕駛疲勞的致因分析，認為以往對駕駛疲勞研究往往集中在內(nèi)在因素方面，而對外部因素的研究還不夠深入。同時詳細闡述了外部因素是駕駛疲勞形成的主要因素之一。

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（作者單位：山東省濱州市公安局交通警察支隊）