軍事交通作業(yè)中駕駛員駕駛疲勞的特征與檢測方法＊

吳珍妮，向洪義，張 良，孫麗璐，趙 輝

車輛是軍隊武器裝備和人員的重要機動平臺，車輛事故是導(dǎo)致軍隊平戰(zhàn)時非戰(zhàn)斗減員的主要原因之一。 國內(nèi)外數(shù)據(jù)表明，駕駛疲勞是釀成車輛事故的重要原因之一［1，2］，因為疲勞會影響駕駛員的駕駛行為［3］，使駕駛員喪失意識，降低信息處理正確率［4］。美國交通事故數(shù)據(jù)研究表明，駕駛疲勞導(dǎo)致的事故風(fēng)險較正常駕駛增加了5 倍［5］。 軍用車輛在軍事作業(yè)過程中，駕駛員長期暴露在惡劣道路交通環(huán)境中，更容易發(fā)生疲勞。 最近印發(fā)的《陸軍車輛事故防范措施》文件在注重能力訓(xùn)練中提到強化在職訓(xùn)練，已將抗駕駛疲勞作為重要訓(xùn)練內(nèi)容。 駕駛疲勞識別是有效防治駕駛疲勞的前提條件，然而駕駛疲勞是一種特殊的病理生理狀態(tài)，具有復(fù)雜的生理心理過程。 鑒于此，筆者梳理近期國內(nèi)外駕駛疲勞相關(guān)文獻(xiàn)，闡述駕駛疲勞特征、影響因素和檢測方法等，旨在為軍隊駕駛疲勞防治管理與研究提供借鑒和參考。

1 駕駛疲勞的特征

疲勞與多種癥狀和主觀的嗜睡感相關(guān)聯(lián)。 歐洲運輸安全委員會認(rèn)為疲勞的產(chǎn)生是由于某項活動已持續(xù)過長時間，因而導(dǎo)致個人不愿或無法繼續(xù)該項活動［6］。 疲勞是一種身體或精神虛弱和疲憊的狀態(tài)，會導(dǎo)致精神或身體性能下降［7］，同時，疲勞也是一個逐漸累積的過程，通常表現(xiàn)為一種漸進(jìn)性工作效能減弱的狀態(tài)， 如長時間駕駛會感到疲乏和困倦。Feldhütter 等將疲勞分為主動任務(wù)相關(guān)疲勞和被動任務(wù)相關(guān)疲勞，前者是長時間處于高工作負(fù)荷下而導(dǎo)致（如高密度的手動駕駛），后者則是長時間處于低工作負(fù)荷而導(dǎo)致（如自動化系統(tǒng)的監(jiān)控）［8］。 資源理論認(rèn)為，主動疲勞是完成高認(rèn)知需求任務(wù)所必需的認(rèn)知資源消耗而產(chǎn)生的［9］，而低負(fù)荷理論則認(rèn)為被動疲勞所導(dǎo)致的任務(wù)脫離或思想游離會導(dǎo)致注意力資源轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致注意力缺失［10］。Eysenck 的覺醒理論從人格特征入手，發(fā)現(xiàn)外向型人格在進(jìn)行單調(diào)、枯燥的認(rèn)知運動任務(wù)時更易產(chǎn)生疲勞，使警惕性減弱［11］。 Bier 等指出疲勞是由與任務(wù)相關(guān)的連續(xù)緊張情緒所致，與緊張情緒高低無關(guān)［12］。 這些印證了疲勞是源于心理壓力積累，引發(fā)過度疲勞以致降低正常駕駛能力［13］。

駕駛疲勞是一種精神或身體警覺性降低的狀態(tài)，該狀態(tài)會影響個人認(rèn)知和精神運動任務(wù)的執(zhí)行力和意愿，進(jìn)而影響駕駛行為。 駕駛疲勞所導(dǎo)致的疲倦、困乏、四肢僵硬、注意力分散、判斷力下降、視野變窄、信息漏看、反應(yīng)遲鈍，甚至精神恍惚會造成駕駛操作失誤或完全喪失駕駛能力，進(jìn)而極易引發(fā)交通事故［14］。 駕駛疲勞可分為心理疲勞和生理疲勞兩類，前者影響人類在完成需要恒定意識水平任務(wù)時的表現(xiàn)（例如駕駛車輛），因為心理疲勞會引起嗜睡或降低駕駛員注意力進(jìn)而影響駕駛安全；生理疲勞，即外周肌肉疲勞，則是由反復(fù)的肌肉運動、劇烈運動或等距靜態(tài)姿勢所引起，導(dǎo)致肌肉力量降低［15］。具體而言，心理疲勞主要指個體中樞疲勞，是長時間處于高強度腦力勞動或緊張情緒而導(dǎo)致的執(zhí)行力或執(zhí)行意愿減弱， 心理疲勞常伴有主觀體驗性質(zhì)，有時較難用客觀生理指標(biāo)表示。 生理疲勞主要指個體的機體疲勞，是由于長時間工作所累積的人體負(fù)荷所導(dǎo)致，且受睡眠時長和睡眠質(zhì)量的影響［16］。心理疲勞是一個循序漸進(jìn)的累積過程，且與個體的疲憊感、壓抑感、精神受損、效率和警覺性減弱相關(guān)。Al-libawy 等認(rèn)為心理疲勞通常會導(dǎo)致駕駛員反應(yīng)時間減緩、判斷力受損，甚至瞌睡［17］。 該結(jié)果解釋了為何心理疲勞在西班牙是僅次于乙醇中毒、氣象條件和駕駛不熟練以引發(fā)車禍的第四大原因［18］。 總之，生理疲勞和心理疲勞并不一定同時產(chǎn)生，但往往兩者又相互交叉和重復(fù)，界限難以區(qū)分，因此駕駛疲勞往往是在心理疲勞和生理疲勞的交互作用下造成駕駛員知覺、判斷力、注意力等的減退，進(jìn)而嚴(yán)重影響駕駛安全［19］。

2 駕駛疲勞的影響因素

2.1 外部因素 軍用車輛作業(yè)環(huán)境特殊，駕駛員長期面臨復(fù)雜環(huán)境的刺激，更容易發(fā)生疲勞。 研究表明，引起駕駛疲勞的外部因素包括以下幾方面：（1）駕駛時間長。 長時間駕駛后會導(dǎo)致腦氧合降低，從而導(dǎo)致中樞性疲勞［20］。（2）工作任務(wù)情況。如前文所述，任務(wù)繁重的主動任務(wù)和任務(wù)單調(diào)的被動任務(wù)均會使駕駛員產(chǎn)生疲勞［21］。（3）天氣狀況。駕駛員的口渴感、疲倦感和決策困難等駕駛疲勞癥狀受當(dāng)時環(huán)境溫度影響，且口渴感、眼干、眼疲勞等還受當(dāng)時風(fēng)速影響［22］。（4）道路和地區(qū)因素。相較于一般道路和地區(qū)，高海拔地區(qū)、冰雪道路更容易讓駕駛員產(chǎn)生疲勞［23，24］。 （5）車輛振動情況。 駕駛疲勞等級與振動頻率相關(guān)，不同振動頻率對自主神經(jīng)活動有不同的影響［25］。（6）飲食及藥物因素。紅牛等功能性飲料可有效緩解駕駛員在長時間高速駕駛期間的困倦，可有效提升駕駛性能［26］。 服用某些藥物后會有疲勞和嗜睡等不良反應(yīng)，例如感冒藥中的組胺受體拮抗劑，氯苯那敏和苯海拉明等都會導(dǎo)致嗜睡［27］。（7）車內(nèi)設(shè)計。 考慮腕關(guān)節(jié)的舒適運動范圍而設(shè)計出的一款新的扭轉(zhuǎn)方向盤，在駕駛員轉(zhuǎn)向運動中加入額外的自由度可幫助駕駛員有效減少手臂疲勞和不適［18］。

2.2 內(nèi)部因素 （1）晝夜節(jié)律。 晝夜節(jié)律是人體的一種生物鐘，周期大約是24 小時，晝夜節(jié)律打破后會導(dǎo)致生理因素紊亂，例如活動能力、體溫、睡眠/覺醒機制、血壓和工作效能［28］，從而導(dǎo)致駕駛疲勞以造成夜間事故頻發(fā)。（2）睡眠因素。睡眠質(zhì)量的高低會嚴(yán)重影響駕駛員的反應(yīng)、判斷和操作［29］。 較差睡眠質(zhì)量和較短睡眠時間極易引發(fā)駕駛疲勞，從而影響駕駛安全［30］。（3）心理因素。駕駛疲勞也與駕駛員焦慮、抑郁、低自信、低社交能力、低適應(yīng)力和低活力等心理因素有關(guān)［31］。 （4）年齡因素。 駕駛時長在1.5 h 內(nèi)，老年駕駛員相較于青年和中年駕駛員疲勞累積速度最快，而駕駛時長在1.5～3 h 時，青年駕駛員疲勞累積速度最快，而中年駕駛員疲勞累積速度最慢［32］。（5）性別因素。男性駕駛疲勞和女性駕駛疲勞對其自身的自主神經(jīng)系統(tǒng)的影響具有顯著差異［33］。

Jiang 等發(fā)現(xiàn)，計劃行為理論中的主觀范式和感知行為均對駕駛疲勞具有顯著影響［34］，計劃行為理論中的行為態(tài)度、主觀范式、知覺行為控制可共同影響個人的意圖和行為， 從而有效解釋超速等行為。 史晨軍等在計劃行為理論的態(tài)度、主觀范式和感知行為的基礎(chǔ)上， 加入法律規(guī)范和經(jīng)驗因素，發(fā)現(xiàn)態(tài)度、主觀范式、感知行為和經(jīng)驗等4 個變量均對駕駛疲勞產(chǎn)生顯著影響［35］。

3 駕駛疲勞的檢測方法

3.1 主觀檢測法 駕駛疲勞主觀檢測法包括自我評定與他人評定，主要通過主觀問卷調(diào)查表、駕駛員自我記錄表、睡眠習(xí)慣調(diào)查表、斯坦福睡眠尺度表和皮爾遜疲勞量表等評定，但缺點在于對每個人的疲勞程度缺乏明確的衡量標(biāo)準(zhǔn)，且個人在不同時段疲勞程度也具有差異性［36］。 因此，個體特征差異不能作為測評駕駛疲勞的標(biāo)準(zhǔn)尺度。

3.2 客觀檢測法 客觀檢測主要指生理與心理相關(guān)數(shù)據(jù)測量。 生理測量參數(shù)多依據(jù)生理組織水平、行為反應(yīng)和汽車動態(tài)變化（超過中線的次數(shù)、車速、方向盤的操作），而心理測量則主要參考注意穩(wěn)定、注意分配、動作敏捷性、判斷準(zhǔn)確性等認(rèn)知參數(shù)。

駕駛疲勞客觀檢測法包括兩種，一種是駕駛員生理信號和生化指標(biāo)檢測，另一種是駕駛員操作行為和車輛狀態(tài)檢測， 以及駕駛員面部表情的檢測。前者主要檢測駕駛員生理信號指腦電［37］、心電［38］、肌電［39］、眼電［40］等電生理信號。 Kong 等提出了一種利用區(qū)域間相位同步和功能單元的方法以研究腦電同步是否從告警狀態(tài)變?yōu)槠跔顟B(tài)，從而有效評估駕駛員疲勞程度，并有助于實現(xiàn)可穿戴腦電圖描記器（EEG）設(shè)備上的實際應(yīng)用［41］。 Park 等認(rèn)為駕駛員處于振動狀態(tài)，肌肉會感到疲勞，特別是肩部附近肌肉疲勞最嚴(yán)重。 因此，他們通過測量駕駛員在振動暴露前后的肌電圖信號進(jìn)行肌肉疲勞分析［42］。其中應(yīng)用最為廣泛的指標(biāo)是心率變異性 （HBV）［43］以及腦電的頻域分析，生理指標(biāo)能較為準(zhǔn)確的反應(yīng)駕駛員的疲勞狀態(tài)，但存在侵入感比較強，且實際駕駛時信號易受影響的缺點； 檢測生化指標(biāo)變化，指利用熒光定量的方法檢測唾液中的類固醇含量［44］以及-淀粉酶， 但這種方法無法做到實時反饋駕駛員疲勞的疲勞狀態(tài)。

在駕駛員操作行為和車輛狀態(tài)檢測方面，主要有對方向盤的抓握力、角速度，車輛橫向偏移量［45］，和融合踏板輸入、 車輛速度和加速度等系列信息，以及利用動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等算法進(jìn)行疲勞狀態(tài)檢測［46］。 Wang 等認(rèn)為生理信號的檢測較困難，且眼球跟蹤需要復(fù)雜的實驗設(shè)備， 因此利用隨機森林算法，并采集不同時間窗的橫向加速度、縱向加速度、轉(zhuǎn)向角度等駕駛信息對駕駛疲勞進(jìn)行檢測，檢測準(zhǔn)確率高達(dá) 84.8%［2］。 Al-libawy 則通過車輛加速度、車輛旋轉(zhuǎn)模式、駕駛員頭部位置和頭部旋轉(zhuǎn)4 個疲勞檢測指標(biāo)， 提出了基于通過粒子群優(yōu)化的系統(tǒng)性能優(yōu)化的駕駛員疲勞系統(tǒng)早期檢測模塊設(shè)計［17］。此外，通過圖像處理技術(shù)的駕駛員面部表情檢測也是獲取駕駛員疲勞特征數(shù)據(jù)的常用方法［47］，其優(yōu)點在于非侵入式的檢測方式不會影響駕駛員的駕駛感受。Senaratne 等認(rèn)為閉眼率（PERCLOS）等是典型的駕駛疲勞檢測指標(biāo)，因此以眼睛為線索，采用分類法和光流法對眼睛進(jìn)行跟蹤和估計進(jìn)而開發(fā)出了一個自動檢測駕駛疲勞的視頻系統(tǒng)［1］。 Ibrahim 等則采用FDS 駕駛員疲勞檢測系統(tǒng)以檢測駕駛員的警覺性， 該系統(tǒng)通過增加訓(xùn)練集的Haar 特征分類器對駕駛員面部進(jìn)行檢測。Kajiwara 研究表明，通過檢測面部溫度和皮膚電活動對駕駛時速增加時的心理負(fù)荷檢測是有效的［13］。

軍事交通作業(yè)環(huán)境特殊，易出現(xiàn)駕駛疲勞。 駕駛疲勞隱匿性強，對軍隊運輸投送安全危害大。 駕駛疲勞可通過多種途徑、多種手段進(jìn)行防范，如駕駛疲勞的技術(shù)理論創(chuàng)新，包括計劃行為理論、覺醒理論、資源理論和低負(fù)荷理論拓展等；研制小型化、穿戴化和智能化的駕駛疲勞檢測設(shè)備；軍民融合發(fā)展，營造和諧的軍事道路交通環(huán)境。