基于扎根理論的駕駛員情境意識(shí)影響因素研究

楊艷群， 陳梅鳳， 鄭新夷， 邵海鵬， 黃艷群， 樵 婷

(1.福州大學(xué)土木工程學(xué)院， 福州 350108； 2.福州大學(xué)人文社會(huì)科學(xué)學(xué)院， 福州 350108；3.長(zhǎng)安大學(xué)運(yùn)輸工程學(xué)院， 西安 710064； 4.天津大學(xué)機(jī)構(gòu)理論與裝備設(shè)計(jì)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300350)

0 引言

情境意識(shí)(situation awareness SA)最早出現(xiàn)在航空領(lǐng)域，后來在軍事[1]、空中交通管制[2]、軌道[3]、過程控制[4]等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，隨后在道路安全領(lǐng)域也逐漸發(fā)展起來. 在這個(gè)過程中，由Endsley提出的情境意識(shí)概念認(rèn)可度最高，指在特定的時(shí)空內(nèi)，操作者感知環(huán)境中的要素后，理解其意義并預(yù)測(cè)隨后的發(fā)展?fàn)顟B(tài)[5]. 交通安全領(lǐng)域中情境意識(shí)指駕駛員對(duì)駕駛目標(biāo)(包括交通標(biāo)志及信號(hào)、路況信息等諸多要素)、其他道路使用者的出行行為及車輛狀態(tài)之間相互關(guān)系的理解[6].

目前關(guān)于情境意識(shí)的研究已經(jīng)涉及許多不斷變化的環(huán)境和高度腦力負(fù)荷的任務(wù)事件，駕駛行為處于一種動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境中且作為高度腦力負(fù)荷事件，駕駛員情境意識(shí)的評(píng)估備受關(guān)注. 在執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)駕駛員應(yīng)保持較好的情境意識(shí)，否則可能導(dǎo)致嚴(yán)重的事故后果. 有研究表明，駕駛員的SA是影響駕駛決策和駕駛行為的關(guān)鍵因素[7]，是駕駛?cè)蝿?wù)中導(dǎo)致錯(cuò)誤的最常見原因[8]. 駕駛員的SA容易受到很多因素的影響，故明晰駕駛員情境意識(shí)的影響因素具有十分重要的意義，有利于提高道路的安全性.

目前關(guān)于駕駛員SA影響因素的研究只是探究單一或幾個(gè)因素的影響，尚未見對(duì)所有影響因素進(jìn)行系統(tǒng)性梳理并分析因素間的相互作用. 因此，構(gòu)建一個(gè)全面包含駕駛員情境意識(shí)影響因素的理論框架具有重要意義. 本文基于扎根理論深入探究交通領(lǐng)域中機(jī)動(dòng)車駕駛員情境意識(shí)的影響因素及其作用機(jī)理，在前人研究的基礎(chǔ)上建立影響因素理論框架，為改善駕駛環(huán)境和加強(qiáng)駕駛員的篩選管理提供依據(jù)和建議，為今后的研究方向提出實(shí)質(zhì)性的建議.

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

扎根理論是一種定性分析方法，該理論最核心的過程是編碼，即對(duì)原始資料進(jìn)行歸納總結(jié)，組合成新的各類范疇，建立每類范疇之間的邏輯關(guān)系構(gòu)成基礎(chǔ)理論，最終得出研究結(jié)論. 編碼過程為開放式編碼、主軸編碼和選擇性編碼，然后進(jìn)行理論飽和度驗(yàn)證[9]. 首先通過檢索數(shù)據(jù)庫(kù)獲得機(jī)動(dòng)車駕駛員情境意識(shí)影響因素的相關(guān)文獻(xiàn)，以此作為原始材料；其次對(duì)原始材料進(jìn)行分析，將其歸納為不同的范疇；然后根據(jù)扎根理論的編碼過程，建立每類范疇之間的聯(lián)系；最后得出影響駕駛員情境意識(shí)的因素模型.

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文以4個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)(web of science、ScienceDirect、SpringerLink、Engineering Village)為主要文獻(xiàn)來源. 關(guān)鍵詞由3部分組成，分別為“情境意識(shí)”“駕駛員”“影響因素”. 最終從web of science中檢索出294篇文獻(xiàn)，從ScienceDirect中檢索2 043篇，SpringerLink中有1 408篇，Engineering Village中有685篇. 各數(shù)據(jù)庫(kù)中存在較多重復(fù)的文章，由于SA最早應(yīng)用于航空領(lǐng)域，因此關(guān)于空中交通管制員和飛行員的研究占絕大多數(shù). 經(jīng)過對(duì)標(biāo)題和摘要的篩選，除去重復(fù)文獻(xiàn)以及關(guān)于空中交通管制員、飛行員和非機(jī)動(dòng)車駕駛員等的研究，最終得到37篇文獻(xiàn). 參照扎根的理論飽和原則和相關(guān)文獻(xiàn)[10]，將抽樣編碼樣本和理論飽和檢驗(yàn)樣本的比例設(shè)為2∶1，即分別為25篇和12篇文獻(xiàn).

2 駕駛員情境意識(shí)影響因素構(gòu)成

2.1 開放式編碼

在扎根理論的指導(dǎo)下，以駕駛員情境意識(shí)影響因素為核心，逐篇逐句分析獲取的文獻(xiàn)資源，標(biāo)注并記錄備案每篇文獻(xiàn)的相關(guān)語(yǔ)句，使用Excel表格統(tǒng)計(jì)關(guān)鍵信息. 由于初始相關(guān)語(yǔ)句中存在諸多重復(fù)或者相似的含義，通過不斷對(duì)比和分析，將重復(fù)和相近的語(yǔ)句概念進(jìn)行歸類，得到39個(gè)原始概念. 再對(duì)原始概念進(jìn)行分析，最終歸納出12個(gè)初始范疇，見表1.

2.2 主軸性編碼

根據(jù)目前情境意識(shí)影響因素文獻(xiàn)中的相關(guān)闡述，結(jié)合交通環(huán)境下信息的傳輸特性和駕駛員自身的認(rèn)知特性[11]，在開放性編碼中獲得12個(gè)子范疇的基礎(chǔ)上，筆者進(jìn)一步分析和對(duì)比這些因素的特性，深入挖掘他們之間的邏輯關(guān)系. 最終將12個(gè)子范疇歸納為4個(gè)主范疇，分別為人的因素、車的因素、道路交通環(huán)境因素和其他因素，見表2. 這與交通工程的4個(gè)主要構(gòu)成要素(人、車、路與環(huán)境)既有契合點(diǎn)又有補(bǔ)充點(diǎn). 情境意識(shí)的影響因素不僅局限于人、車、路、環(huán)境，還有其他因素，例如導(dǎo)致駕駛員分心的因素(如接聽電話、發(fā)送短信)和提高駕駛能力的培訓(xùn)(如元認(rèn)知培訓(xùn)).

2.3 選擇性編碼

該階段需從主范疇中挖掘出核心范疇，建立與其他范疇之間的關(guān)系[12]. 核心范疇?wèi)?yīng)具有統(tǒng)領(lǐng)性作用. 主軸編碼過程中的4個(gè)主范疇均對(duì)駕駛員情境意識(shí)產(chǎn)生影響，因此核心范疇是“駕駛員SA影響因素”. 最終建立駕駛員SA影響因素模型，如圖1所示.

表1 初始編碼范疇及概念

表2 主軸性編碼主范疇

圖1 駕駛員情境意識(shí)影響因素模型

2.4 理論飽和度檢驗(yàn)

理論飽和度檢驗(yàn)是驗(yàn)證理論模型科學(xué)完整的重要環(huán)節(jié)，通過編碼基礎(chǔ)資料，直到無新概念出現(xiàn)為止[13]. 根據(jù)扎根理論的方法，本文對(duì)余下的12篇文獻(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行分析，編碼過程中沒有出現(xiàn)新的概念和范疇，因此本文構(gòu)建的模型在理論上達(dá)到飽和.

3 駕駛員情境意識(shí)的影響因素

3.1 人的因素

人的因素包括駕駛員自身及其同車廂的乘客，其中駕駛員個(gè)體因素包括年齡、駕駛經(jīng)驗(yàn)、情緒狀態(tài)、精神狀態(tài)和認(rèn)知能力. 隨著年齡的增加，駕駛員的感知能力、認(rèn)知能力以及情境意識(shí)都會(huì)發(fā)生變化. 青少年的情境意識(shí)低于成年人[14]，這與視覺搜索模式相關(guān)，青少年觀察后視鏡的時(shí)間比成年人少，成年人會(huì)頻繁觀察后視鏡以確保行車安全. 而老年人總體的情境意識(shí)低于年輕駕駛員[15-18]，因?yàn)殡S著年齡的增加，老年人的反應(yīng)時(shí)間也會(huì)增加，雖然他們能快速感知信息，但不能在一定的時(shí)間內(nèi)理解交通狀況，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的判斷[17].

有經(jīng)驗(yàn)駕駛員的SA比新手高[19-23]. 駕駛員從駕駛經(jīng)驗(yàn)中獲得的視覺掃描模式有助于提高他們的SA水平[14]. 有經(jīng)驗(yàn)者會(huì)更頻繁觀察路面狀況，可更快速識(shí)別到道路上的潛在危險(xiǎn)[19]. 而新手需要花費(fèi)較多的精力預(yù)測(cè)危險(xiǎn)[21]，他們無法快速獲得危險(xiǎn)信息，故需要更多時(shí)間處理信息才能達(dá)到更高水平的SA. 而且，他們會(huì)出現(xiàn)更多的違規(guī)行為，例如碰撞，超速等[24-25].

駕駛員的情境意識(shí)水平主要得益于他們的認(rèn)知能力，主要包括感知能力、工作記憶能力、視覺搜索能力和閱讀理解能力. 當(dāng)?shù)缆飞衔ｋU(xiǎn)發(fā)生后，工作記憶和視覺認(rèn)知能力對(duì)保持情境意識(shí)水平至關(guān)重要[15,23,26-27]. 駕駛員注視指路標(biāo)志時(shí)喚起他的閱讀理解能力，如果駕駛員的閱讀能力受限，那么對(duì)道路標(biāo)志的理解和情境意識(shí)也會(huì)下降[28].

除了駕駛員自身的固有屬性，駕駛員當(dāng)前的情緒狀態(tài)和精神狀態(tài)也會(huì)對(duì)情境意識(shí)有所影響. 情緒會(huì)影響人的感知、判斷，從而影響人的生理行為[29]. 有研究表明，憤怒情緒會(huì)降低駕駛員的情境意識(shí)和駕駛表現(xiàn)[30]，因?yàn)榍榫w憤怒時(shí)駕駛員的心思沉浸在憤怒之中，對(duì)駕駛環(huán)境和車輛狀態(tài)缺乏準(zhǔn)確的認(rèn)知，導(dǎo)致駕駛表現(xiàn)和情境意識(shí)受到影響. 而且，在駕駛時(shí)駕駛員必須時(shí)刻集中注意力，否則可能危及自己和他人的生命安全. Wijayanto等[31]發(fā)現(xiàn)睡眠剝奪狀態(tài)顯著影響SA的各個(gè)水平，因?yàn)轳{駛員在疲勞時(shí)會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)遲鈍、注意力分散、動(dòng)作緩慢等現(xiàn)象.

駕駛員的情境意識(shí)不僅受自身特性的影響，還受到乘客駕駛經(jīng)驗(yàn)的影響. 當(dāng)乘客有駕駛經(jīng)驗(yàn)時(shí)駕駛員的SA更好[32]，因?yàn)橛旭{駛經(jīng)驗(yàn)的乘客傾向于關(guān)注道路狀況，并且與駕駛員的情境意識(shí)達(dá)成共享狀態(tài).

3.2 車的因素

隨著智能交通技術(shù)的發(fā)展，駕駛?cè)蝿?wù)變得簡(jiǎn)單輕松，駕駛員能分配更多注意資源處理道路信息. 自適應(yīng)巡航控制(ACC)系統(tǒng)能改善駕駛員的SA[33,40,46]，因?yàn)锳CC 降低了駕駛員的心理負(fù)荷，駕駛員有更多的認(rèn)知資源處理其他信息. 還有其他智能交通技術(shù)也會(huì)提高駕駛員SA[34-36]，例如視覺周邊前饋系統(tǒng)(PVFS).

然而，有學(xué)者認(rèn)為人們過于依賴自動(dòng)化技術(shù)，智能交通技術(shù)也會(huì)潛在地削減駕駛員的SA. 精確的導(dǎo)航信息提高了駕駛員的情境意識(shí)和駕駛能力，但使用導(dǎo)航設(shè)備會(huì)潛在地分散駕駛員的注意力，降低對(duì)道路的關(guān)注度和SA水平[37]. 駕駛員在高度自動(dòng)駕駛條件下對(duì)關(guān)鍵事件的反應(yīng)較慢，這可能影響他們對(duì)即將發(fā)生事故所持有的情境意識(shí)[38]. Winter等[39]發(fā)現(xiàn)，如果駕駛員主動(dòng)或被提示觀察環(huán)境中的物體時(shí)，ACC和HAD都可提高情境意識(shí)，因?yàn)轳{駛員在自動(dòng)化水平的輔助之下，可提升對(duì)道路狀況的認(rèn)知能力；然而，如果駕駛員執(zhí)行非駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)(例如，看視頻)，ACC和HAD的情境意識(shí)比手動(dòng)駕駛更差. 因?yàn)閳?zhí)行次要任務(wù)時(shí)，駕駛員認(rèn)為有自動(dòng)化技術(shù)的輔助而不會(huì)集中注意觀察道路狀況，導(dǎo)致SA降低[45].

3.3 路的因素

道路環(huán)境中的主要元素有道路使用者、交通設(shè)施和廣告牌等，當(dāng)環(huán)境中的信息元素增加，復(fù)雜度提高，駕駛員的SA會(huì)降低，因?yàn)楦邚?fù)雜度環(huán)境需要更多的認(rèn)知資源[15,40-41]. Xueqin Hao等[42]發(fā)現(xiàn)，隨著交通量的增加，駕駛績(jī)效沒有下降，因?yàn)殡S著交通流的增加，會(huì)喚起駕駛員更多的精力執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)；不過他們的心理負(fù)荷會(huì)隨之增加，所持有的SA水平則會(huì)降低. 駕駛員在城市道路上的SA比農(nóng)村道路低，因?yàn)槌鞘械缆翻h(huán)境較復(fù)雜，更容易造成駕駛員視覺上的混亂[16]，而相比于這兩種道路類型，高速公路是最符合認(rèn)知的道路類型[43]. 在信號(hào)燈、行人、車輛、車內(nèi)信息、交通標(biāo)志、自行車騎手這幾種道路元素中，駕駛員對(duì)車輛和交通標(biāo)志的SA表現(xiàn)水平顯著降低，因?yàn)檫@2種元素需要駕駛員分配較多的注意力資源[17].

3.4 其他因素

除了交通系統(tǒng)中最基本的人車路和環(huán)境因素，還有其他因素也影響著SA，比如導(dǎo)致駕駛員分心的因素和有助于改善SA的駕駛培訓(xùn).

分心是指駕駛員將注意力從駕駛?cè)蝿?wù)轉(zhuǎn)移到與駕駛無關(guān)的事物上[44]，額外的心理需求會(huì)削弱情境意識(shí)[45]. 分心因素主要有使用手機(jī)、交談、觀看視頻和路邊廣告牌. 使用手機(jī)會(huì)增加認(rèn)知負(fù)擔(dān)，降低駕駛員對(duì)交通狀況的注意和準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)，削弱他們的情境意識(shí)，影響駕駛決策行為，增加駕駛違規(guī)次數(shù)[21,27,46]. 相比于打電話，閱讀信息對(duì)駕駛員SA的影響更大[14]，因?yàn)殚喿x使駕駛員視線離開路面的時(shí)間最長(zhǎng)，占用的認(rèn)知資源最多；交談可分為遠(yuǎn)程交談和面對(duì)面交談，這兩者均會(huì)降低駕駛員的SA，不過面對(duì)面交談的內(nèi)容可能涉及道路狀況，駕駛員與乘客的情境意識(shí)達(dá)到共享，可減少交談帶來的潛在消極影響[47]. 普遍觀點(diǎn)認(rèn)為分心因素會(huì)對(duì)產(chǎn)生不利影響，但是當(dāng)駕駛員可自主選擇是否執(zhí)行分心任務(wù)時(shí)，他們會(huì)對(duì)當(dāng)前的駕駛環(huán)境進(jìn)行判斷，合理分配注意力資源(例如，Sch?mig等[48-49]).

高級(jí)駕駛培訓(xùn)可改善駕駛員情境意識(shí)[50]，因?yàn)楦呒?jí)駕駛培訓(xùn)可增加駕駛員工作記憶中的新信息元素，提高這些元素的整體關(guān)聯(lián)度水平以及改善他們的駕駛行為，這些均有助于他們形成較好的情境意識(shí). 其中元認(rèn)知策略培訓(xùn)可顯著提高駕駛員的SA，有效減少駕駛違規(guī)行為，且新手比有經(jīng)驗(yàn)駕駛員的SA得到更大的改善[23].

4 情境意識(shí)影響因素作用機(jī)理

交通系統(tǒng)由人、車和道路交通環(huán)境這3個(gè)因素組成，相互關(guān)聯(lián)又相互影響. 駕駛員身處于交通系統(tǒng)中，其SA會(huì)受到人、車、路及其他各方面因素的共同影響.

人在交通系統(tǒng)中充當(dāng)著極其重要的角色. 汽車駕駛員在行駛過程中必須保持較高的SA水平，實(shí)時(shí)感知和理解車輛、道路及交通的變化狀況，提前預(yù)測(cè)下一刻可能發(fā)生的危險(xiǎn)，并不斷做出正確的判斷與反應(yīng)，否則一旦出現(xiàn)失誤就可能發(fā)生嚴(yán)重的交通事故. 駕駛員自身的固有屬性，如年齡、駕駛經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知能力，構(gòu)成了駕駛員情境意識(shí)基礎(chǔ)值. 駕駛員年齡對(duì)SA的影響在不同的年齡段呈顯著差異，可總結(jié)為SA中年>SA青年>SA老年. 認(rèn)知能力主要包含工作記憶能力、感知能力、視覺搜索能力和閱讀理解能力，這些能力越高，駕駛員在道路上行駛時(shí)的情境意識(shí)水平也會(huì)維持在較高水平. 有經(jīng)驗(yàn)駕駛員的情境意識(shí)比新手高，主要得益于他們從經(jīng)驗(yàn)中獲得的視覺搜索能力和危險(xiǎn)感知能力. 當(dāng)乘客具備一定的駕駛經(jīng)驗(yàn)時(shí)，會(huì)傾向于關(guān)注道路情況，其與駕駛員的情境意識(shí)可達(dá)到共享. 駕駛經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知能力可通過長(zhǎng)時(shí)間駕駛積累獲得，也可通過駕駛培訓(xùn)獲得. 對(duì)駕駛員個(gè)體而言，年齡、駕駛經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知能力屬于靜態(tài)穩(wěn)定因素，情緒狀態(tài)和精神狀態(tài)是動(dòng)態(tài)變化因素，情緒和精神狀態(tài)會(huì)影響人的感知和判斷，從而對(duì)駕駛員的情境意識(shí)產(chǎn)生影響.

駕駛員在交通大環(huán)境下操控車輛，情境意識(shí)必然受到車輛和道路交通環(huán)境的影響. 駕駛員在行駛過程中道路交通狀態(tài)隨時(shí)空變化，具有階段性，且每階段的道路狀況、交通流等信息內(nèi)容和信息量不盡相同. 駕駛員必須具備較高的情境意識(shí)水平，才能快速準(zhǔn)確地處理這些信息元素.

除了“人車路”的因素，還有一個(gè)影響較大的因素是分心. 目前分心駕駛已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象，主要有使用手機(jī)、交談、觀看視頻、路邊廣告牌等. 分心因素會(huì)通過占用駕駛員有限的認(rèn)知資源來降低他們的情境意識(shí)；但駕駛員會(huì)根據(jù)當(dāng)前駕駛情況自主選擇是否執(zhí)行分析任務(wù)，當(dāng)目前交通環(huán)境復(fù)雜時(shí)，駕駛員會(huì)放棄執(zhí)行次要任務(wù)，以便應(yīng)對(duì)復(fù)雜的交通狀況.

總的來說，情境意識(shí)是個(gè)體對(duì)不斷變化的外部環(huán)境的內(nèi)在表征[51]，其會(huì)受到人、車、路及其他因素的共同影響，駕駛員個(gè)體特征屬于內(nèi)在因素，車輛、道路交通環(huán)境和分心因素屬于外在因素，這些因素相互影響，共同構(gòu)成交通系統(tǒng)這一有機(jī)整體.

5 結(jié)論與展望

駕駛員的情境意識(shí)是影響駕駛決策和駕駛行為的關(guān)鍵因素. 本文引入扎根理論對(duì)駕駛員情境意識(shí)的影響因素進(jìn)行分析，通過對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的系統(tǒng)性梳理與歸納，編碼過程中將影響因素歸為4個(gè)主范疇：人- 車- 路- 其他，這4個(gè)主范疇看似各自獨(dú)立，實(shí)則有機(jī)聯(lián)系在交通系統(tǒng)中. 人在交通系統(tǒng)中扮演重要角色，駕駛員的個(gè)體特征因素對(duì)SA起著保障性作用，外界環(huán)境的動(dòng)態(tài)和復(fù)雜性對(duì)駕駛員提出了較高的要求. 分心因素會(huì)顯著降低駕駛員的SA，這對(duì)駕駛時(shí)關(guān)于手機(jī)使用的規(guī)章制定提供了理論支持. 車輛智能技術(shù)和駕駛培訓(xùn)均有利于提高駕駛員的SA，這對(duì)推廣智能導(dǎo)航技術(shù)、自適應(yīng)巡航控制等智能技術(shù)和開展駕駛培訓(xùn)具有重要意義. 前人對(duì)SA影響因素的研究相對(duì)全面，今后可引入相關(guān)計(jì)量模型進(jìn)一步深入探究這些因素對(duì)SA的影響程度以及他們之間的相互作用.