基于安全信息認知的駕駛員視聽差錯影響機制研究

■ 肖志江

婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院 婁底 417000

0 引言

交通安全作為公共安全的一部分，其事故的發(fā)生將會對人民的生命安全以及家庭幸福產(chǎn)生極大的威脅，一位法國學(xué)者曾認為汽車比戰(zhàn)車更兇殘，前者只出現(xiàn)在戰(zhàn)場上，而后者作為“飛奔的棺材”，無論何時何地，是敵人還是朋友，只要是在道路上都有可能被運動著的汽車撞死、撞傷的危險[1]。新世紀(jì)以來，我國交通建設(shè)發(fā)展迅速，學(xué)術(shù)界對交通安全的研究的話題也越來越多，如道路交通的安全管理[3-5]、交通安全教育[6-8]、交通安全心理學(xué)[9-10]和交通安全技術(shù)[11-12]等。同時，隨著人工智能的出現(xiàn)，例如自動駕駛、導(dǎo)航、自動避讓系統(tǒng)等，這為交通安全的發(fā)展帶來了機遇，也提出了挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)表明，道路交通事故占安全生產(chǎn)事故的80%以上，成為安全生產(chǎn)領(lǐng)域的“頭號殺手”，超過95%的交通碰撞是由駕駛員駕駛失誤造成的，其中駕駛員視聽感知差錯是其行為失誤的主要原因。因此，對駕駛員視聽差錯影響機制進行研究，將促進新的交通安全促進策略的形成。

過去，學(xué)者們從認知的視角對駕駛員的行為及其可靠性進行了研究。例如：Hamdar Samer H 等[13]通過分析心理因素和執(zhí)行或感知錯誤的異質(zhì)性對事故數(shù)量及其分布的影響，對司機的駕駛的不確定性、預(yù)期的時間和反應(yīng)時間進行分析繼而制定出特定的心理認知模型；Anstey Kaarin J 等[14]建立了多維度駕駛安全模型表明認知和視覺能力決定駕駛安全行為；Lee Soobeom[15]通過模擬識別駕駛員在不同道路環(huán)境下的認知差異，并通過駕駛模擬器發(fā)現(xiàn)道路安全設(shè)施與安全程度之間呈正相關(guān)關(guān)聯(lián)；段莉[16]從認知失誤視角通過信息融合技術(shù)對駕駛行為可靠性進行了研究等。

信息作為大數(shù)據(jù)時代、工業(yè)4.0 時代、人工智能時代的要素，對安全生產(chǎn)生活有著極其重大的影響，安全信息的丟失或不對稱是造成事故的主要原因[17]。安全信息認知作為信息時代的產(chǎn)物[18]，是安全科學(xué)、信息科學(xué)、認知科學(xué)的綜合交叉，它以人為第一視角，映射到自身和自身以外的其他對象，對于交通安全的研究將具有普適性、系統(tǒng)性、實用性和動態(tài)性等特點。馮偉等[19]從安全信息認知的角度提出了一個新的事故致因模式，他指出導(dǎo)致事故的影響因素包括信源、信道和信宿。同時，吳超[20]指出安全信息認知的正確與否與行為結(jié)果聯(lián)系密切。因此，提高駕駛員在駕駛前和前駕駛過程中的安全信息認知的正確率，是預(yù)防預(yù)測交通事故發(fā)生有效途徑，這關(guān)系到安全行為產(chǎn)生的所有環(huán)節(jié)，即安全感知、安全認知和安全執(zhí)行。

通過對上述研究的述理可知，過去學(xué)者們對駕駛員行為的研究具有一定的貢獻，能確定不安全行為發(fā)生時的生理心理狀態(tài)以及駕駛員自身狀況的影響狀況等，但是其對駕駛員不安全行為出現(xiàn)的根本原因及其機理缺乏認識，使得對駕駛員不安全行為的管理和預(yù)防缺乏高效性和針對性。鑒于此，本文從安全信息認知視角出發(fā)研究駕駛員視聽差錯影響機制，它能將駕駛環(huán)境中的所有安全信息結(jié)合起來，形成由安全信息、信息載體和駕駛員所構(gòu)成的整體，以明確駕駛員視聽差錯導(dǎo)致不安全行為的整個過程中所有影響因素及特性，從而能針對性地提高駕駛員安全感知、安全認知和安全行為的正確率。

1 駕駛員差錯影響因素分析

交通事故的直接原因，則是在駕駛員駕駛過程中出現(xiàn)了差錯，差錯直接體現(xiàn)于時間和執(zhí)行的正確性，亦即駕駛員自身行為反應(yīng)上，因為反應(yīng)時間過長或推遲或錯誤而發(fā)生事故，而間接體現(xiàn)在視覺反應(yīng)和聽覺反應(yīng)上，這些方面又會與駕駛員本身的因素、車輛因素、天氣氣候因素、不可抗力因素和安全能力因素等相關(guān)。從信息的視角出發(fā)，駕駛員在駕駛過程中的所有動作的執(zhí)行是由若干安全信息認知過程構(gòu)成的，可知交通事故時由于錯誤信源或負面信噪的影響，最終導(dǎo)致響應(yīng)動作出現(xiàn)差錯，從而引起人員傷亡和財產(chǎn)損毀的事件。從上述定義可以發(fā)現(xiàn)，從安全信息認知角度出發(fā)，能夠更加完善地研究出交通事故發(fā)生的原因及過程，它是以人為第一人稱視角，結(jié)合主觀因素和客觀因素，全面地概括駕駛員在駕駛過程中出現(xiàn)差錯的影響因素?；诎踩畔⒄J知構(gòu)建的汽車駕駛員差錯影響因素分析圖如圖1所示[19]。內(nèi)容闡述如下：

圖1 駕駛員差錯影響因素分析

（1）錯誤的信源造成交通事故的發(fā)生，是指與駕駛員相關(guān)的信宿（包括人群和組織），涉及到交通安全部門、媒體、駕駛前的周圍人群和駕駛時的周圍人群等，供給、傳遞或者反饋的不及時、不合適或者錯誤的信息，導(dǎo)致駕駛員不能及時或正確地應(yīng)對當(dāng)時的狀況，出現(xiàn)差錯。比如：交警指揮錯誤；錯誤的指示牌；電視或廣播對于相關(guān)交通通報的情況出現(xiàn)錯誤；乘車人錯誤信息的傳遞或反饋等，均是錯誤信源的現(xiàn)實體現(xiàn)。

（2）人群自身的因素涉及多個方面，包括：駕駛所處的時間，有數(shù)據(jù)表明，全球60%的交通事故發(fā)生在晚上，占交通事故死亡人數(shù)的50%[20]；行駛的持續(xù)時長，時長越長，人越疲勞，駕車危險性越大；駕駛員的年齡大小，不同年齡段在視覺、聽覺、臨時反應(yīng)、速度估計和操作等方面都有所區(qū)別[21]，特別是老年人，身體機能各方面均在快速下降；人的生理因素和心理因素，不健康的生理因素和心理因素會嚴(yán)重影響駕車的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；知識結(jié)構(gòu)，完善的知識結(jié)構(gòu)能夠使得駕駛員能應(yīng)對各種情況；安全能力，分為主觀安全能力和客觀安全能力，前者如安全意識、安全倫理和安全道德等，后者如安全氛圍，及家庭安全氛圍、團隊安全氛圍、社會安全氛圍和國家安全氛圍。

（3）環(huán)境因素包括天氣因素、氣候因素、不可抗力因素、道路因素和其他周邊環(huán)境的影響。天氣和氣候的好壞直接影響到人的生理和心理，如：霧霾降低了能見度，從而間接影響的人的視覺功能；大風(fēng)影響了人的聽覺功能；降雪影響了人的判斷能力；高原低氧環(huán)境會導(dǎo)致駕駛員心律失常[22]；上述情況均會增加駕駛員的心理緊張度和生理負擔(dān)。不可抗力因素是完全出乎人的意料之外的一些自然災(zāi)害，比如山體滑坡、地震、洪水、海嘯等，大大增加了駕駛的難度和危險性；道路因素常常與天氣相聯(lián)系，道路結(jié)冰、濕滑的狀況同樣會增加駕駛的難度和危險性，另外路況則是又一關(guān)鍵因素；其他周邊環(huán)境分為兩個方面，噪聲、溫度、光線等具有自然屬性的因素是一方面，言語、電子設(shè)備等能分散駕駛員注意力的因素是另一方面。

（4）認知對象方面的因素。在行駛過程中，認知對象涉及所駕駛的車輛、周圍其它車輛、道路、車上的其他人群和道路周邊事物等，由于認知對象不明顯、過多認知對象的干擾或認知對象復(fù)雜等情況，致使行駛過程中出現(xiàn)錯誤。

2 駕駛員視聽差錯影響機制模型

認知是一個自發(fā)的過程，感知亦是如此。駕駛員通過對相關(guān)信息的接收和處理，判斷自身車輛狀況、周圍的行車環(huán)境、車輛位置狀況、交通指令信息以及周圍人群動態(tài)等，以此來進行預(yù)測和決策，從而采取響應(yīng)動作來增加交通的安全性和暢通性。駕駛員對行駛過程中的聽覺信息、視覺信息的感知是否正確，將對后續(xù)形成的認知信息是否正確產(chǎn)生直接的影響。基于上述內(nèi)容構(gòu)建如圖2所示的感知差錯理論模型。感知是一個生理性的過程，信源以信源載體的形式通過信道傳遞給人體，首先經(jīng)過相關(guān)器官，對器官產(chǎn)生刺激，再經(jīng)過傳入神經(jīng)、神經(jīng)中樞，形成感知信息，因此，感知信息是否會產(chǎn)生差錯，將會與信源、信道和人體自身狀況三者相關(guān)。此外，感知、認知和行動是一個鏈?zhǔn)降倪^程，感知的差錯將對后續(xù)的環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響，從而引發(fā)多米諾效應(yīng)。詳細介紹如下：

圖2 感知差錯影響機制模型

（1）信源的種類是極其復(fù)雜的，聽覺信息中不僅包括人群所發(fā)出的聲音信息，還包括車輛發(fā)出的聲音信息，以及其他冗余聲音信息；視覺信息則與傳統(tǒng)交通的三要素（行人、車輛和道路）相關(guān)，關(guān)于行人的視覺信息包含人群的行為信息、特征信息以及位置信息等；車輛的相關(guān)視覺信息，如位置、速度、指示燈以及狀態(tài)等，亦是會車過程中做決策的重要信息。當(dāng)上述出現(xiàn)情況復(fù)雜或模糊不清時，信宿會在感知過程中丟失關(guān)鍵信源。另外，駕駛員的駕駛狀態(tài)是瞬時的，但是認知過程是持續(xù)的，認知過程持續(xù)的時間長短，與最終安全與否有著重要的聯(lián)系，因此，突現(xiàn)的信源是致命的。

（2）信道中其他因素的干擾，亦將導(dǎo)致未及時生成關(guān)鍵聽覺或關(guān)鍵聽覺的丟失。當(dāng)信宿對信源進行感知時，其他相似信源亦通過所在范圍內(nèi)的信道傳播，信息混沌會對信宿對關(guān)鍵信息的感知形成干擾，包括視覺干擾視覺、聽覺干擾聽覺、視覺干擾聽覺、聽覺干擾視覺和復(fù)合干擾五種情況，其實質(zhì)是注意力的吸引與轉(zhuǎn)移。另外，溫度、噪聲、濕度等的不合適都將影響駕駛員的感知。

（3）擁有生理的缺陷的駕駛員是不合格的，耳朵、眼睛和大腦存在缺陷的人群是禁止駕駛機動車的，但是，突發(fā)事件對于人群而言是難預(yù)防的，臨時的器官或神經(jīng)中樞失效、遲鈍都將導(dǎo)致感知出現(xiàn)差錯，同時將嚴(yán)重影響駕駛員的判斷和后續(xù)的動作。因此，定期的身體檢查對于駕駛員而言是極其重要的。

（4）人群的認知能力是與很多因素相關(guān)的。一個家庭有家庭安全教育、家庭安全氛圍；一個學(xué)校有校規(guī)、學(xué)校安全教育、學(xué)校安全文化建設(shè)、學(xué)校安全氛圍和安全培訓(xùn)、演練；一個企業(yè)有企業(yè)職工安全教育、企業(yè)安全文化、企業(yè)安全氛圍、企業(yè)安全管理、企業(yè)規(guī)章制度、安全監(jiān)察和安全檢查等；一個社區(qū)有媒體安全宣傳、社區(qū)安全教育、社區(qū)安全文化等；國家則有法律法規(guī)。上述安全預(yù)防機制的運行，對駕駛員及其他人群在安全道德、安全倫理等自我安全意識方面的影響以及其他安全能力的提高均有極大的幫助，為他們在生活、工作過程中進行正確的安全信息認知提供了堅實的基礎(chǔ)。上述預(yù)防機制的影響范圍是在國家領(lǐng)土范圍內(nèi)的所有人群，一旦預(yù)防措施失效，在感知差錯的基礎(chǔ)上，便會出現(xiàn)認知上的缺陷。

由上述分析可知，感知和認知都是自發(fā)的，而執(zhí)行動作是根據(jù)認知信息來進行的，一旦認知信息觸發(fā)了執(zhí)行按鈕，便執(zhí)行響應(yīng)動作，因此，執(zhí)行是非自發(fā)的，他具有預(yù)防性和決策性，在安全領(lǐng)域，執(zhí)行的目的便是控制危險源的出現(xiàn)和事故的發(fā)生。那么，駕駛員在駕駛過程中，生成認知信息，并進行緊急執(zhí)行或其他非緊急安全執(zhí)行（如減速、轉(zhuǎn)向、緊急減速、緊急轉(zhuǎn)向），以保護自身、乘車人以及其他行人行車的安全。因此，要防止駕駛員出現(xiàn)不安全行為，應(yīng)當(dāng)從優(yōu)化其視聽感知著手。

3 駕駛員視聽差錯數(shù)學(xué)模型

3.1 感知差錯數(shù)學(xué)模型

由理論分析知，感知是否產(chǎn)生差錯與信源、信道和信宿三者相關(guān)，而在短時間內(nèi)產(chǎn)生的感知信息由這個時間段內(nèi)出現(xiàn)的信源的相關(guān)內(nèi)容構(gòu)成。用SI、IS、IR、IH表示感知、信源、信道和信宿，感知信息的構(gòu)成如公式1所示，感知信息差錯的函數(shù)關(guān)系式如公式2所示。

式中：IS—信源，它包括駕駛前和駕駛中所涉及的人群、行車、道路、交通指示牌、媒體通知等聽覺信源和視覺信源，其模糊性、復(fù)雜性將決定其對感知的影響程度；

IR—信道，它指聽覺信息和視覺信息在傳播、傳遞、供給和反饋過程中的空氣介質(zhì)，包括在一定空氣范圍內(nèi)相應(yīng)聽覺信息和視覺信息，以及所在環(huán)境中溫度、濕度、噪音、氣候等因素；

IH—信宿，它包括駕駛員、其他行車人員、行人、乘車人以及交警等，相關(guān)信宿的安全意識、安全知識結(jié)構(gòu)、安全行為能力以及其心理、生理等方面的狀況決定這方面的影響程度。

由于安全信息認知具有多級性，過程中信息傳播包括并聯(lián)（一對多）、串聯(lián)（一對一）、聚合（多對一）和混聯(lián)（包含串聯(lián)、并聯(lián)和聚合3種模式中的兩種及以上）4種模式[23]，因此，感知信息、認知信息的形成以及響應(yīng)動作的執(zhí)行均具有多級性，以混聯(lián)為信息傳播的真實狀況，其包含了其他3 種情況。令I(lǐng)S=y(I1,I2,…,Ix,…,In)，其中Ix為感知的關(guān)鍵信源，其他均為無關(guān)信息。當(dāng)且時，感知信息完全正確，且無其他信息干擾，或排除了其他信息的干擾；當(dāng)時，感知信息不完整，但Ix為所生成的感知信息中最突出的信息，亦即感知信息受到了干擾，但影響不大；當(dāng)0 ＜時，感知信息不完整，且Ix不是為所生成的感知信息中最關(guān)鍵的信息，產(chǎn)生感知差錯，這就是其他因素成功地干擾了關(guān)鍵感知信息地生成；當(dāng)時，關(guān)鍵信息丟失。

3.2 認知差錯數(shù)學(xué)模型

認知信息是在感知信息生成的基礎(chǔ)上對其進行加工、處理生成的，因此，認知信息產(chǎn)生差錯的因素來源于4 個方面，亦即感知、信源、信道和信宿。用UI表示認知信息，則認知信息的構(gòu)成如公式3所示，認知信息出現(xiàn)差錯的表達式如公式4所示。

式中：IS—信源因素，它包括駕駛前和駕駛中所涉及的人群、交通指示牌、媒體通知、重要文件等聽覺信源和視覺信源，偽裝的真信源是直接影響認知信息正確性的重要因素，同時，認知對象的復(fù)雜性及模糊性將對認知的時長及正確性產(chǎn)生影響；

IR—信道因素，主要指所在認知環(huán)境中溫度、濕度、噪音等因素；

IH—信宿因素，駕駛員的安全意識、安全知識結(jié)構(gòu)、安全行為能力以及其心理、生理等方面的狀況決定這方面的影響程度；

SI—感知因素，感知信息的不清晰、不關(guān)鍵、錯誤或不及時都將對認知信息的正確性和及時性產(chǎn)生影響。

同樣令SI=(SI1,SI2,…,SIx,…,SIn),其中SIx是生成的關(guān)于關(guān)鍵信源的感知信息。 則，那么當(dāng)不存在關(guān)于關(guān)鍵信源的感知信息時，必有f'(ISx)= 0，此時，因此認知信息的正確性存在如下分段函數(shù)關(guān)系：

當(dāng)f'(ISx)≠0 時，可視為信宿對關(guān)鍵信源的認知狀況，而f'(ISx)可視為信宿對關(guān)鍵信源的感知狀況。若，對關(guān)鍵信源的感知和認知均完全正確，無其他因素的干擾，或干擾無效；若f'(ISx)＜1，亦即關(guān)鍵信源的感知和認知相同，但均不完整，此情況屬于感知過程受到了其他因素的干擾，認知過程中未受到干擾或干擾無效；當(dāng)時，，一方面在于對關(guān)鍵信源的認知完全正確，但感知不完整，此時在感知過程中受到了其他因素的干擾，但是在認知過程中由于信宿自身經(jīng)驗教訓(xùn)等其他因素的幫助或其他信宿的提醒等因素，使得認知與關(guān)鍵真信源完全相符；另一方面，則是對關(guān)鍵信源的認知不完全正確，感知亦不完整，且認知正確較感知更高，其原因同樣是在認知過程中由于信宿自身經(jīng)驗教訓(xùn)等其他因素的幫助或其他信宿的提醒等因素，使得認知向關(guān)鍵真信源更加靠近；當(dāng)時，，分為兩種情況，首先在于對關(guān)鍵信源的感知完全正確，此時在認知過程中存在影響因素，使得認知信息產(chǎn)生差錯；其次是信宿對關(guān)鍵信源的感知存在差錯，同時在認知過程中存在影響因素的繼續(xù)干擾，使得認知信息的差錯更大。

3.3 行動差錯數(shù)學(xué)模型

安全信息認知過程中，動作的發(fā)生是在最終形成的認知信息指導(dǎo)下完成的，在執(zhí)行過程中，其影響因素包括認知、信宿和信道三者，用A 表示執(zhí)行，則執(zhí)行內(nèi)容的構(gòu)成如公式6 所示，執(zhí)行出現(xiàn)差錯的表達式如公式7所示。

式中：IR—信道因素，主要指所在執(zhí)行環(huán)境中的溫度、濕度、噪音、光線、天氣狀況等因素；

IH—信宿因素，信宿的安全行為能力以及其心理、生理等方面的狀況決定這方面的影響程度；

UI—認知因素，認知信息的不清晰、不關(guān)鍵、錯誤或不及時都將對執(zhí)行的正確性和及時性產(chǎn)生影響。

令UI=(UI1,UI2,…,UIx,…,UIn),其中UIx是生成的關(guān)于關(guān)鍵信源的認知信息。 則那么當(dāng)不存在關(guān)于關(guān)鍵信源的認知信息時，必有α'ISx= 0，此時。同樣，得到公式8所示的分段函數(shù)：

那么，當(dāng)α'ISx≠0 時，若，則認知信息完全正確，且在正確認知信息的指導(dǎo)下，執(zhí)行同樣完全正確；若，亦即對關(guān)鍵信源的認知不完整，且執(zhí)行完全按照該認知信息的指導(dǎo)進行，此情況屬于感認知過程受到了其他因素的干擾，執(zhí)行過程中未受到干擾或干擾無效；若，分兩種情況，一種是當(dāng)對關(guān)鍵信源的認知完全正確，但在執(zhí)行過程中由于信宿自身、環(huán)境因素或其他因素的干擾下導(dǎo)致執(zhí)行出現(xiàn)差錯；另一種是當(dāng)對關(guān)鍵信源的認知不完全正確，且在執(zhí)行過程中受到影響因素的進一步干擾；若，此時信宿對關(guān)鍵信源的認知不完全正確，但在執(zhí)行過程中，由于信宿自身經(jīng)驗教訓(xùn)等其他因素的幫助或其他信宿的提醒等因素，使得認知向關(guān)鍵真信源更加靠近或完全正確。

4 結(jié)論

（1）在安全信息認知視域下，以駕駛員為第一視角對影響駕駛行為的因素進行了分析總結(jié)，影響因素從信源、信宿和信道3個方面進行概括，相比于傳統(tǒng)上人們熟知的風(fēng)險因素的概括方法而言，該方法從安全范式出發(fā)，其結(jié)果更具全面性和可靠性，這也將使得人們對交通中的風(fēng)險感知更加全面，從而提高交通安全行為的可靠性。

（2）安全感知、安全認知和安全行為是一個鏈?zhǔn)降倪^程，其過程中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯，都可能導(dǎo)致不安全行為的出現(xiàn)。因此，該文從視聽感知差錯出發(fā)對駕駛員不安全行為機理進行研究，并構(gòu)建模型，這為當(dāng)前“金字塔”式的交通安全治理模式的運行敲響了警鐘，并為其優(yōu)化提供了思路。

（3）對關(guān)鍵安全信息的處理是決定駕駛行為安全與否的關(guān)鍵。從關(guān)鍵安全信息出發(fā)，構(gòu)建了安全感知差錯、安全認知差錯以及安全行為差錯的數(shù)學(xué)模型，一方面使得未來人工智能對于未來在關(guān)鍵信息獲取敏感度的提升具有一定的促進作用；另一方面能確定駕駛員自身的安全素質(zhì)能在駕駛安全中起到?jīng)Q定性作用。這對于未來交通安全人工智能可靠性的提升以及駕駛員的安全素質(zhì)的加強具有積極的指導(dǎo)意義。

因此，從上述研究結(jié)論出發(fā)，提出如下對策和建議：

（1）通過各組織對所有個人進行相關(guān)安全教育、安全培訓(xùn)，所有人都會成為交通安全的參與者，所有人的行為亦將影響交通安全，因此，在上述方法的指導(dǎo)下，通過安全教育、安全培訓(xùn)將知識和技能傳遞給所有相關(guān)的人，從而提高安全行為的可靠性。

（2）“金字塔”式的交通安全治理模式缺少民眾的參與，安全是所有人的安全，因此，應(yīng)當(dāng)逐漸向“網(wǎng)絡(luò)”式的安全治理模式發(fā)展，實現(xiàn)全名共治，集齊所有人的力量，實現(xiàn)知識和信息主導(dǎo)，順應(yīng)時代的發(fā)展的趨勢。

（3）交通安全素質(zhì)（包括發(fā)揮安全能力所必須的安全意愿、安全意識等）的提高是我國所急需解決的問題，也是可達到的目標(biāo)。因此，可通過安全文化建設(shè)、安全教育、安全基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、安全技術(shù)的引進等對人們的安全素質(zhì)進行針對性地優(yōu)化，以提升人們的安全綜合素質(zhì)。

（4）關(guān)鍵安全信息的識別及其敏感度提升應(yīng)當(dāng)作為未來交通安全人工智能關(guān)注的重點，這不論是對無人駕駛技術(shù)，還是對于安全駕駛輔助技術(shù)而言，都將產(chǎn)生深遠的影響，具有無限的發(fā)展?jié)摿Α?/p>