道路場景變化對車駕疲勞影響

1、道路場景變化對車駕疲勞影響隨著機動化社會的發(fā)展，汽車駕駛員的疲勞問題已引起社會普遍關(guān)注。2003年我國中華醫(yī)學會對516名駕駛員進行了駕駛員警覺度PVT測試 和問卷調(diào)查，結(jié)果表明有 50%的被調(diào)查者反映曾有駕車打瞌睡的經(jīng)歷， 經(jīng)儀器檢測發(fā)現(xiàn) 20%的被調(diào)查者反應時間偏慢 1 。駕駛員疲勞的產(chǎn)生與很多因素有關(guān)。疲勞形成的原因不同，預防措 施也應不同。通過對駕駛時間進行限制來預防駕駛疲勞的方法比較簡 便易行，這也是目前世界普遍采用的方法。然而研究發(fā)現(xiàn)無論對駕駛 時間進行怎樣合理的限制，某些駕駛員仍然會發(fā)生疲勞事故 2。而 且太過嚴苛的規(guī)定不但不利于駕駛員工作條件的改善，反而有可能對 駕駛員的心理健

2、康產(chǎn)生影響 3。隨著對駕駛疲勞研究的深入，人們 開始意識到時間并不是造成駕駛疲勞的唯一因素 2，4。單調(diào)性、 溫度或噪聲等環(huán)境因素、當前或之前駕駛狀況產(chǎn)生的壓力等都可能影 響到駕駛疲勞的產(chǎn)生 2。對于由這類原因引起的駕駛疲勞，采用限 制駕駛時間的預防措施將不再有效。駕駛員在駕駛過程中通過視覺獲得大約 90%的信息 5。由于駕駛員 在靜止時和在具有一定速度時的視覺特性有較大的差異，從高速行駛 的車輛中獲得的視覺感受與在靜止時獲得的視覺印象是大不相同的。 當汽車行駛時，視野的深度、寬度和視野內(nèi)的畫面都在不斷變換，而 駕駛員就是根據(jù)視野的內(nèi)容操縱車輛的。因此，在駕駛員視野范圍內(nèi) 的道路、交通和環(huán)境條

3、件所形成的外界動態(tài)視覺刺激，也是影響駕駛 疲勞生成的主要因素。為敘述方便，本文將其簡稱為道路交通環(huán)境。道路交通環(huán)境會對駕駛員行為產(chǎn)生影響。有學者對道路線形的影響進 行了研究。文獻 6讓駕駛員以不同的速度在不同半徑的路段上行駛， 發(fā)現(xiàn)當駕駛員以同一速度在曲線上行駛時要付出比在直線上行駛時更 多的注意力。文獻 7通過試驗發(fā)現(xiàn)，汽車在多彎道路上行駛時駕駛 員心率偏高。文獻 89作者發(fā)現(xiàn)，道路復雜度 （平直、彎曲 ）對駕駛員精神狀態(tài)的影響較大。文獻 4， 10分別用現(xiàn)場試驗和駕駛模擬 試驗證明，駕駛員在直線路段上行車時更容易產(chǎn)生駕駛疲勞。有學者對道路條件的影響進行了研究。文獻 4， 11都在現(xiàn)場試驗

4、中發(fā)現(xiàn)駕駛員在有邊緣線的道路上行駛時不易疲勞，即沒有道路標線 的路段容易導致駕駛疲勞。文獻 12發(fā)現(xiàn)當駕駛員在具有窄路肩的 狹窄道路上以及在靠近路側(cè)護欄等障礙物行駛時，喚醒水平增高。文 獻 13對高速公路路肩寬度對駕駛疲勞的影響進行了研究，認為過 窄的路肩會增加駕駛員行車時的生理緊張度和心理負擔，在此環(huán)境下 長時間駕駛會給駕駛員帶來較高的疲勞程度。有學者對行車速度對駕駛疲勞的影響進行了研究。文獻 6通過現(xiàn) 場試驗發(fā)現(xiàn)當駕駛員在同一半徑的曲線路段上以不同速度行駛時，速 度越高越需要付出更多的注意力。文獻 14在室內(nèi)模擬試驗中發(fā)現(xiàn) 行車速度的標準差隨駕駛時間的增加而逐漸升高，認為駕駛疲勞會對 駕駛

5、員的速度調(diào)節(jié)能力產(chǎn)生影響。還有不少學者對道路景觀對駕駛疲勞的影響進行研究，認為路側(cè)視覺 刺激對駕駛疲勞有影響。文獻 15認為單調(diào)的交通景觀更易引起駕 駛員駕駛疲勞。文獻 16通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)駕駛員普遍認為事故率 較高的道路視覺刺激較少、比較單調(diào)、難以維持注意力。文獻17在駕駛模擬艙中試驗研究了路側(cè)景觀刺激的單調(diào)性對駕駛疲勞和警惕 性降低的影響，發(fā)現(xiàn)在更單調(diào)的環(huán)境中行駛時，駕駛員會更疲勞、警 惕性下降更快。然而，以上大部分研究只涉及了道路交通環(huán)境的某一具體因素，有針 對性地對動態(tài)變化的道路交通環(huán)境對駕駛疲勞影響的研究幾乎沒有。 而道路交通環(huán)境恰恰是以動態(tài)的形式顯示在駕駛員的視野中從而對其 產(chǎn)生影

6、響的。對道路交通環(huán)境的動態(tài)特性進行研究，了解其對駕駛員 行車的影響，將有助于從工程角度提高道路交通環(huán)境設(shè)計的安全水平， 從而在行車過程中減緩駕駛疲勞的產(chǎn)生。基于這一目的，本文將首先 分析動態(tài)道路交通環(huán)境的特征，然后對特征要素進行分析，設(shè)計合理 的試驗方案，試驗研究道路交通環(huán)境的動態(tài)變化對駕駛疲勞的影響。1 動態(tài)道路交通環(huán)境特征分析駕駛員的外部工作環(huán)境道路交通環(huán)境與一般勞動作業(yè)環(huán) 境不同。首先，一般勞動作業(yè)環(huán)境是相對固定的，在短時間內(nèi)不會發(fā) 生很大的變化 ; 而在駕駛員駕車的過程中，道路交通環(huán)境是在不斷變化 的，而且還會隨著道路類型、行駛區(qū)域的變化而發(fā)生較大的變化。其 次，駕駛員與道路交通環(huán)境的

7、相互作用比一般勞動作業(yè)更加密切：駕 駛員在操縱汽車的過程中，一方面必須不斷地從道路交通環(huán)境中獲取 相關(guān)信息，另一方面其操縱汽車的結(jié)果會反過來影響道路交通環(huán)境。 因此，駕駛工作中的道路交通環(huán)境具備以下 2 個特點：持續(xù)變化性和 自主可控性。持續(xù)變化性有 2 層含義。一是指駕駛員視野中的道路條件、路側(cè)景觀 或交通情況等都在不斷變化之中。二是指隨著道路的延伸，不同路段 的道路條件、路側(cè)景觀或交通情況等不同，路段之間前后聯(lián) 143 系形 成另一種變化，本文稱其為模式變化。自主可控性是從駕駛員的主動角度來說的。由于駕駛員與汽車和道路 交通環(huán)境之間存在互動關(guān)系，所以駕駛員能夠通過調(diào)節(jié)車速或選擇路 線在一定

8、程度上主動控制道路交通環(huán)境的變化。2 試驗方案2.1 試驗場景設(shè)計為了試驗研究動態(tài)道路交通環(huán)境對駕駛員的影響，設(shè)計的試驗場景就 需具備持續(xù)變化性和自主可控性這 2 個特征。因此，在設(shè)計試驗場景 時，就要考慮場景變化、場景模式變化和駕駛員的行車速度這 3 個特 征要素。這 3 個特征要素之間并不是完全獨立的，而是相互影響、相 互制約的。行車速度的變化會引起場景以及場景模式的變化 ; 而駕駛員 對場景變化以及場景模式變化的適應性，又會影響到其對車速的選擇， 引起行車速度的變化。本文針對動態(tài)道路交通環(huán)境的 2 個特征進行了涉及 3個試驗場景的 2 組試驗。2.1.1 試驗場景 1這個試驗場景主要用于

9、研究行車速度對駕駛員的影響。試驗路段為某山區(qū)高速公路上由約7000m的平直路段1約10000m的彎坡組合路段 和約7000m的平直路段2等3部分連續(xù)組成的路段。平直路段 1和2 的道路、交通和環(huán)境條件基本相同，如圖1所示。試驗中駕駛員一次連續(xù)通過整個路段，令其在平直路段 1 上的行駛速度盡量保持在 100km/h，在平直路段2上行駛速度在100km/h以上。這樣來對比研究 駕駛員在通過相同道路、交通和環(huán)境條件的路段時，不同的行車速度 對其產(chǎn)生的影響。行車速度定在100km/h是因為在預試驗中，駕駛員在舒適情況下的行 車速度均在 100km/h 左右。選取的試驗路段上交通量很小，可避免其 他車輛

10、對試驗車的影響。另外，在 2 段平直路段中設(shè)計彎坡組合路段， 既保證了駕駛員行車的連續(xù)性，又自然地將整個試驗分為 2部分。2.1.2 試驗場景 2在這個試驗場景中，道路交通環(huán)境的變化性不大。試驗路段為平原區(qū) 某高速公路全段。該路段全長104.6km,交通量小，道路條件良好，路 側(cè)景觀變化不大，如圖 2 所示。在試驗過程中控制駕駛員的行車速度 在 80km/h 左右，低于其舒適行車速度。同時，盡量保證駕駛員不說話、 不吸煙、不聽廣播等。該路段的道路交通環(huán)境只維持了最基本的場景 變化，且變化規(guī)律，而場景模式基本無變化。2.1.3 試驗場景 3在本試驗場景中，道路交通環(huán)境的變化性較大。試驗路段為山區(qū)

11、某市 范圍內(nèi)一條由 4種不同類型道路相互連接而成的線路。按照試驗行進 方向，道路類型依次為城市道路、高速公路、農(nóng)村公路和二級汽車專 用公路，如圖 3 所示。在試驗過程中不對行車速度進行限制。隨著道路類型和行車速度的變化，可以認為該試驗路段道路交通環(huán)境的場景 和場景模式都在不斷變化。駕駛員在每種類型道路上的行駛時間大約 為：城市道路15min,高速公路15min,鄉(xiāng)村公路30min,二級汽車專 用公路30min。加上經(jīng)過收費站的時間，總行駛時間約為2h。2.2測量指標及儀器駕駛疲勞與喚醒水平具有密切的關(guān)系18,駕駛疲勞后喚醒水平降低 19。因此,本文在試驗過程中對駕駛員的喚醒水平 進行觀測。本文

12、選用心率 （心臟每分鐘的跳動次數(shù) ） 作為測量喚醒水平 的指標。如果在某一特征要素的作用下,駕駛員的心率降低,就認為 該要素會使駕駛員的喚醒水平降低,從而起到加速駕駛疲勞生成的作 用。試驗中采用KF2型動態(tài)多參數(shù)生理檢測儀對被試駕駛員的心率進 行測定。試驗中米用Novatel動態(tài)GPS設(shè)備，記錄試驗車輛在相應路 段內(nèi)的行車速度。同時,在整個試驗過程中錄制車輛正前方的道路交 通狀況,以備摘取相應路段上不受無關(guān)因素干擾的數(shù)據(jù)之用。3 試驗結(jié)果針對動態(tài)道路交通環(huán)境的 2個特征進行了 2組試驗,分別研究道路交 通環(huán)境的場景變化程度和行車速度大小對駕駛疲勞的影響。3.1 數(shù)據(jù)分析3.1.1 試驗 1將試

13、驗場景 1 中駕駛員在 2個平直路段上的心率和行車速度進行對比, 對應繪出每名駕駛員的逐跳心率箱線圖和行車速度誤差線柱狀圖,如 圖 4 所示。行車速度誤差線柱狀圖根據(jù)行車速度的平均值和標準差繪 得。由于受到無關(guān)因素影響較大,所以 4 號駕駛員的數(shù)據(jù)不進行對比 分析。3.1.2 試驗 2對于試驗場景2,將每10min內(nèi)的心電數(shù)據(jù)分為1組，繪制每個時間 段內(nèi)心率數(shù)據(jù)的箱線圖。同時計算每組數(shù)據(jù)的平均值,在箱線圖上繪 制出平均心率折線圖。 4名被試駕駛員在各時間段內(nèi)的心率箱線圖和平 均心率折線圖如圖 5所示。對試驗場景 3 中的數(shù)據(jù)，根據(jù)試驗過程的 現(xiàn)場錄像，截取城市道路、高速公路上中間 10min

14、長度的心率數(shù)據(jù)和 農(nóng)村公路、二級汽車專用公路上中間 20min 長度的心率數(shù)據(jù)。將在不 同類型道路上駕駛時的心率數(shù)據(jù)按每 10min 一段繪制箱線圖進行對比， 如圖 6 所示。3.2 試驗結(jié)果3.2.1 自主可控性的影響本文通過比較駕駛員在 2 個平直路段上的心率水平來評價行車速度對 駕駛員喚醒水平的影響，進而推斷其對駕駛疲勞的影響。從圖4 可以看出， 1號和 3號駕駛員的表現(xiàn)基本一致：在平直路段 2上的行車速度 比平直路段1上的約高5km/h，在平直路段2上的平均心率比平直路段 1上的約高5次/min。2號駕駛員在2個路段上的行車速度之差約為 15km/h，平均心率之差高達10次/min。結(jié)

15、果表明，較高的行車速度確 實會使駕駛員的喚醒水平提高，從而減緩駕駛疲勞的生成。并且行車 速度越快，喚醒水平也越高，影響效果越明顯。這正說明了道路交通 環(huán)境的自主可控性這一特征對駕駛疲勞的影響。當駕駛疲勞發(fā)生時， 駕駛員可以主動采取加速的措施來增加道路交通環(huán)境的變化程度，通 過增加視覺刺激來提高其喚醒水平以抵抗駕駛疲勞。而這也正是駕駛 員在感到疲勞時經(jīng)常會自動采取的措施。然而，提高行車速度這一措 施卻不宜提倡，因為它容易引起超速、頻繁超車等其他的交通安全隱 患。3.2.2 持續(xù)變化性的影響 本文通過比較駕駛員在試驗場景 2和 3中的心率的變化趨勢來評價道 路交通環(huán)境的變化程度對駕駛員喚醒水平的影

16、響，進而推斷其對駕駛 疲勞的影響。在試驗場景2中的試驗時間并不長，僅為1h左右。在通 常情況下，駕駛員并不會出現(xiàn)明顯的疲勞感。但從圖 5中可以看出， 4 名駕駛員的心率都出現(xiàn)大幅降低的趨勢。其中 2號駕駛員甚至聲稱自 己在測試中發(fā)生了微睡眠（23s短暫睡眠）現(xiàn)象。與之形成對比的是， 在試驗場景 3 中進行的試驗， 4 名駕駛員在前 1h 內(nèi)心率并不明顯下降， 見圖 6。這種矛盾情況的出現(xiàn)，正說明在道路交通環(huán)境變化程度小的情 況下駕駛，隨著駕駛員對感官刺激的適應以及緊張感的減弱，其喚醒 水平會很快降低，從而產(chǎn)生駕駛疲勞。從圖 6 中還可以看出， 4 名駕駛員中有 3 名駕駛員的心率在測試后下 降

17、，說明長時間駕駛也會令駕駛員的喚醒水平降低，確實會造成駕駛 疲勞。然而，由于試驗場景 3 中道路類型不斷變化，即道路條件、車 流密度、路側(cè)景觀等均持續(xù)變化，造成圖 6 中駕駛員在整個試驗過程 中的心率變化并不呈直線下降的趨勢。這說明，道路交通環(huán)境場景模 式的變化會干擾駕駛時間的作用效果，對駕駛疲勞的發(fā)展產(chǎn)生影響。同時，從圖 6 還可以看出，當在某一類型道路上駕駛時間偏長時，如 農(nóng)村公路和二級汽車專用公路，駕駛員的心率都有降低的趨勢。產(chǎn)生 這一現(xiàn)象的原因，本文認為是由于隨駕駛時間的增加，駕駛員會逐漸 適應新的道路交通環(huán)境場景的變化，導致道路交通環(huán)境的變化性相對 降低。綜上所述，道路交通環(huán)境變化性的大小會對駕駛疲勞的形成和發(fā)展產(chǎn) 生影響。在變化性較小的道路交通環(huán)境中駕駛，駕駛疲勞產(chǎn)生的較快 ; 反之，在變化性較大的道路交通環(huán)境中駕駛，駕駛疲勞產(chǎn)生得較慢。 然而，由道路交通環(huán)境的變化性所產(chǎn)生的影響具有一定的局限性，將 隨著駕駛時間的增加和駕駛員對變化的逐漸適應而變?nèi)酢? 結(jié)論經(jīng)過試驗研究，在駕駛疲勞的形成和發(fā)展過程中，除了駕駛時間之外， 動態(tài)道路交通環(huán)境也是重要的影響因素。