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作者：謝曉莉李平生王書(shū)云單位：長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院北京市市政工程研究院

1973年卡恩曼［21］(D．Kahneman)提出的注意的能量模型(圖1)，可以用于解釋喚醒在注意方面及在操作方面的作用。根據(jù)該模型，認(rèn)知系統(tǒng)的加工能力或資源是有限的，人可以利用的資源數(shù)量不是完全固定的，而是和喚醒相連的，即喚醒是有效注意能量唯一的決定因素，在一定時(shí)間內(nèi)可利用的資源量隨個(gè)體的喚醒水平而變化。一般說(shuō)來(lái)，刺激越強(qiáng)烈，越具有不可預(yù)見(jiàn)性，則它需要的注意越多。1908年，耶基斯(R．M．Yerkes)和多德森(J．D．Dodson)［22］提出的模型(圖2)，詳細(xì)地解釋了喚醒水平和任務(wù)操作之間的關(guān)系。該模型認(rèn)為，過(guò)高或過(guò)低的喚醒水平與較差的任務(wù)操作有關(guān);最好的任務(wù)操作與適度的喚醒水平有關(guān)。這個(gè)水平被稱(chēng)作“最優(yōu)喚醒水平”。同時(shí)，簡(jiǎn)單的、易學(xué)會(huì)的任務(wù)需要較高的喚醒水平，而困難的、不熟悉的任務(wù)需要中等的喚醒水平。環(huán)境心理學(xué)認(rèn)為，周?chē)h(huán)境刺激，無(wú)論視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)或觸覺(jué)，都會(huì)引起神經(jīng)系統(tǒng)一定水平的喚醒。喚醒水平變化與刺激強(qiáng)度有著密切關(guān)系［23］。另外，環(huán)境刺激的不定性與個(gè)體喚醒水平之間呈直線正相關(guān)關(guān)系［24］，如圖3所示。環(huán)境心理學(xué)還認(rèn)為，感覺(jué)上的刺激不足和生理上的饑渴同樣令人難以忍受。這種心理上的饑渴狀態(tài)，會(huì)驅(qū)使個(gè)體饑不擇食地到環(huán)境中去尋求刺激。1．2理論應(yīng)用和推理將上述理論應(yīng)用到駕駛工作領(lǐng)域，并對(duì)駕駛員在駕駛疲勞生成過(guò)程中的生理、心理變化進(jìn)行推理。最優(yōu)喚醒水平根據(jù)耶基斯－多德森定律［22］，駕駛員駕駛工作的難度決定其完成駕駛工作時(shí)應(yīng)具備的最優(yōu)喚醒水平。駕駛員在一定的道路交通環(huán)境中駕駛時(shí)，需要具備與道路交通環(huán)境相一致的喚醒水平。由于每個(gè)駕駛員所具有的個(gè)性特征、駕駛技能及對(duì)道路的熟悉程度不同，所以，對(duì)于不同的駕駛員來(lái)說(shuō)，在同樣的道路交通環(huán)境中駕駛，駕駛工作難度不一定相同。因此，每個(gè)駕駛員所應(yīng)具備的最優(yōu)喚醒水平不同。同樣的道路交通環(huán)境，對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛員來(lái)說(shuō)，駕駛工作相對(duì)簡(jiǎn)單，需要具備較高的最優(yōu)喚醒水平;而對(duì)新手駕駛員來(lái)說(shuō)，駕駛工作相對(duì)困難，則需具備較低的最優(yōu)喚醒水平。當(dāng)前喚醒水平根據(jù)環(huán)境心理學(xué)中環(huán)境不定性與喚醒水平的關(guān)系［24］，當(dāng)駕駛員在道路交通環(huán)境中駕駛車(chē)輛時(shí)，道路條件、路側(cè)景觀、行駛速度等通過(guò)刺激使駕駛員處于一定的喚醒水平，筆者將其稱(chēng)之為當(dāng)前喚醒水平。道路條件越差、路側(cè)景觀越危險(xiǎn)、行駛速度越高、道路交通環(huán)境的不定性越大，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平越高;反之，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平越低。喚醒水平的變化在駕駛過(guò)程中，駕駛員必須不斷觀察道路交通情況的變化，迅速進(jìn)行判斷并決定自己的操縱動(dòng)作。當(dāng)駕駛時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，駕駛員會(huì)出現(xiàn)身體疲勞和精神疲勞，當(dāng)前喚醒水平降低。然而，駕駛疲勞并不一定在長(zhǎng)時(shí)間駕駛后才出現(xiàn)。研究表明［9－11］，在單調(diào)環(huán)境中駕駛時(shí)，駕駛員的喚醒水平在比較短的時(shí)間內(nèi)也會(huì)出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。筆者認(rèn)為，這種情況的產(chǎn)生原因是:隨著駕駛時(shí)間增加，在單調(diào)情況下，道路交通環(huán)境的不定性會(huì)很快降低，根據(jù)環(huán)境不定性與喚醒水平的線性關(guān)系，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平隨之下降。與此同時(shí)，道路交通環(huán)境不定性的降低會(huì)使得駕駛難度相對(duì)變小，進(jìn)而引起完成駕駛?cè)蝿?wù)所需的最優(yōu)喚醒水平升高。異常駕駛狀態(tài)一般認(rèn)為在駕駛初期，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平位于最優(yōu)喚醒水平范圍內(nèi)。根據(jù)1.2.3節(jié)的分析，隨著駕駛時(shí)間增加和道路交通環(huán)境變化，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平和最優(yōu)喚醒水平都可能會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)駕駛員的當(dāng)前喚醒水平降低時(shí)，根據(jù)卡恩曼的注意能量模型［21］，駕駛員可利用的注意能量減小。在需要駕駛員注意的對(duì)象并未減小的情況下，可利用能量的減小會(huì)導(dǎo)致駕駛員注意對(duì)象個(gè)數(shù)的減少，同時(shí)可利用能量的減少也會(huì)導(dǎo)致駕駛員用于每個(gè)注意對(duì)象上的注意能量的減少，這樣駕駛員就會(huì)表現(xiàn)出注意力不足的癥狀。當(dāng)駕駛員的當(dāng)前喚醒水平低于最優(yōu)喚醒水平時(shí)，根據(jù)耶基斯－多德森定律［22］，駕駛員的駕駛操作能力也會(huì)下降。當(dāng)注意力不足和操作能力下降等癥狀出現(xiàn)的時(shí)候，駕駛員就不在正常駕駛狀態(tài)了。因此，當(dāng)駕駛員的當(dāng)前喚醒水平低于最優(yōu)喚醒水平時(shí)，駕駛員處于異常駕駛狀態(tài)。抵抗階段當(dāng)駕駛員感覺(jué)到自身注意力不足或操作能力下降時(shí)，為了行車(chē)安全，往往會(huì)主動(dòng)采取一些措施進(jìn)行抵抗。

由于道路交通環(huán)境中的道路條件、路側(cè)景觀是已經(jīng)客觀存在、不能改變的，所以，駕駛員往往通過(guò)改變行駛速度來(lái)避免異常駕駛狀態(tài)［12－13］。許多駕駛員都意識(shí)到當(dāng)速度增大或交通量增加時(shí)，需要付出更多的注意力［14］，心理緊張程度也隨之增加［15］。另外，當(dāng)速度提高時(shí)，不可避免地增加與其他車(chē)輛的沖突次數(shù)，因此換車(chē)道次數(shù)也會(huì)隨之增加;在與其他車(chē)輛發(fā)生沖突時(shí)，難免增減速度，因此行駛速度也會(huì)隨之頻繁變化［16－17］。除加速這一措施外，當(dāng)駕駛員的當(dāng)前喚醒水平低于最優(yōu)喚醒水平時(shí)，駕駛員還會(huì)采取其他一些預(yù)防駕駛疲勞的行為措施，如:自我提醒、吸煙、喝咖啡、聽(tīng)音樂(lè)、聊天等。所有這些措施，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，都是以改變當(dāng)前喚醒水平和最優(yōu)喚醒水平之間的關(guān)系為目的的。根據(jù)卡恩曼模型［21］，對(duì)能量要求的評(píng)價(jià)這一很重要的反饋因素使得駕駛員可以根據(jù)自己的注意力現(xiàn)狀主動(dòng)調(diào)整當(dāng)前喚醒水平以提供更多的注意能量。自我提醒、吸煙和喝咖啡等措施可以起到直接提高當(dāng)前喚醒水平的作用，縮小與最優(yōu)喚醒水平之間的差距，恢復(fù)注意力和操作能力。加速、換車(chē)道等措施使道路交通環(huán)境的不定性增高，一方面，提高駕駛員的當(dāng)前喚醒水平，使其恢復(fù)注意力和操作能力;另一方面，也會(huì)造成駕駛員的駕駛工作難度相對(duì)增加，使得駕駛員較好完成駕駛工作所需的最優(yōu)喚醒水平相對(duì)降低。這樣，也使得當(dāng)前喚醒水平與最優(yōu)喚醒水平之間的差距縮小。聽(tīng)音樂(lè)、聊天等措施相當(dāng)于增加駕駛工作的難度，從而降低駕駛員完成駕駛工作所需的最優(yōu)喚醒水平，縮小與當(dāng)前喚醒水平之間的差距。然而，這種通過(guò)降低最優(yōu)喚醒水平以使當(dāng)前喚醒水平與最優(yōu)喚醒水平持平的做法其實(shí)是不可取的，因?yàn)樗荒芷鸬教岣弋?dāng)前喚醒水平以恢復(fù)注意力和操作能力的作用。

模型建立

根據(jù)以上的理論應(yīng)用和推理，建立駕駛疲勞的生成模型，如圖4所示。駕駛員的特征和道路交通環(huán)境共同決定該駕駛員完成駕駛工作的難度，從而決定駕駛員較好完成駕駛工作所應(yīng)具備的最優(yōu)喚醒水平。同時(shí)，道路交通環(huán)境通過(guò)刺激駕駛員使其處于一定的喚醒水平，即為駕駛員的當(dāng)前喚醒水平。一般在初始情況下，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平位于最優(yōu)喚醒水平范圍內(nèi)，駕駛員處于正常駕駛狀態(tài)。隨著駕駛時(shí)間的增加，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平逐漸降低。一旦駕駛員的當(dāng)前喚醒水平低于最佳喚醒水平，駕駛員就處于異常駕駛狀態(tài)，開(kāi)始出現(xiàn)注意力不足、操作能力下降等癥狀。一般為行車(chē)安全，駕駛員并不會(huì)聽(tīng)任這種異常狀態(tài)持續(xù)發(fā)展，而是會(huì)采取一些措施進(jìn)行抵抗。通過(guò)調(diào)整當(dāng)前喚醒水平或最優(yōu)喚醒水平，使當(dāng)前喚醒水平又回到最優(yōu)喚醒水平范圍內(nèi)。然而，這些措施的效果并不持久。因?yàn)椋缆方煌ōh(huán)境的不定性會(huì)隨著駕駛員逐漸熟悉情況而降低。當(dāng)?shù)缆方煌ōh(huán)境的不定性降低后，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平降低、最優(yōu)喚醒水平升高。當(dāng)前喚醒水平又重新低于最優(yōu)喚醒水平了。這時(shí)，駕駛員又會(huì)繼續(xù)采取措施來(lái)調(diào)整這兩種喚醒水平之間的關(guān)系。隨駕駛時(shí)間的延長(zhǎng)，這一調(diào)整過(guò)程不斷循環(huán)。直到駕駛員大腦皮層興奮狀態(tài)因持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而采取抑制性保護(hù)的時(shí)候，這些措施都將不再起作用。之后，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平將一直低于最優(yōu)喚醒水平，駕駛員處于疲勞駕駛狀態(tài)。

模型應(yīng)用

1預(yù)測(cè)駕駛疲勞的生成時(shí)刻根據(jù)以上分析，駕駛員的喚醒水平隨駕駛時(shí)間可能會(huì)發(fā)生如圖5所示的變化。圖5中喚醒水平明顯波動(dòng)的階段，就是駕駛員采取措施進(jìn)行調(diào)整的階段。駕駛員徹底疲勞，應(yīng)該發(fā)生在該階段之后。筆者認(rèn)為喚醒水平剛開(kāi)始發(fā)生明顯波動(dòng)的時(shí)刻即為駕駛疲勞剛開(kāi)始產(chǎn)生之時(shí)。需要指明的是，由于人體自身生理調(diào)節(jié)及道路交通環(huán)境中的意外刺激的影響，實(shí)際中駕駛員的當(dāng)前喚醒水平和最優(yōu)喚醒水平都一直存在微小波動(dòng)。因此，由駕駛疲勞所引起的喚醒水平的波動(dòng)階段可能并沒(méi)有那么明顯。2駕駛疲勞的預(yù)防措施2．1駕駛時(shí)間由圖4的駕駛疲勞生成模型可知，對(duì)于同一駕駛員來(lái)說(shuō)，道路交通環(huán)境決定駕駛難度，從而決定該駕駛員較好完成駕駛?cè)蝿?wù)所需的最優(yōu)喚醒水平。同時(shí)，道路交通環(huán)境也決定駕駛員的初始當(dāng)前喚醒水平。隨駕駛時(shí)間的延長(zhǎng)，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平有逐漸降低的趨勢(shì)。所以，對(duì)于簡(jiǎn)單的道路交通環(huán)境來(lái)說(shuō)，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平降低到最優(yōu)喚醒水平以下的速度快、空間小，到達(dá)駕駛疲勞的駕駛時(shí)間相對(duì)較短;對(duì)于復(fù)雜的道路交通環(huán)境來(lái)說(shuō)，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平降低到最優(yōu)喚醒水平以下的速度慢、空間大，到達(dá)駕駛疲勞的駕駛時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。因此，道路交通環(huán)境對(duì)駕駛疲勞的形成時(shí)間有顯著的影響。不管道路交通環(huán)境狀況而采取統(tǒng)一的駕駛時(shí)間限制的做法是不恰當(dāng)?shù)?。從駕駛時(shí)間的規(guī)定上來(lái)說(shuō)，針對(duì)不同特點(diǎn)的道路，可以對(duì)駕駛員的喚醒水平進(jìn)行研究，進(jìn)而利用3.1的分析結(jié)果，對(duì)駕駛員進(jìn)行適宜駕駛時(shí)間的提示。2．2路線設(shè)計(jì)除對(duì)駕駛時(shí)間進(jìn)行合理規(guī)定外，設(shè)計(jì)適宜的道路交通環(huán)境也會(huì)延緩或減輕駕駛疲勞。例如:在道路交通環(huán)境的其他組成因素不變的情況下，過(guò)長(zhǎng)的直線很容易引起駕駛員的疲勞。為保障道路交通安全，在路線設(shè)計(jì)時(shí)直線不宜過(guò)長(zhǎng)。然而，適宜的最大直線長(zhǎng)度與道路交通環(huán)境的其他組成因素是分不開(kāi)的。道路上車(chē)輛的多少、路側(cè)景觀是否單調(diào)、路面條件的好壞、行駛速度的快慢等都會(huì)對(duì)駕駛員的喚醒水平產(chǎn)生影響，從而影響駕駛疲勞形成時(shí)間。因此，同駕駛時(shí)間的規(guī)定一樣，對(duì)直線的最大長(zhǎng)度也不宜規(guī)定統(tǒng)一的取值。同樣可以利用3.1的分析結(jié)果來(lái)確定。2．3景觀設(shè)計(jì)路側(cè)景觀是道路交通環(huán)境的重要組成部分。恰當(dāng)設(shè)計(jì)路側(cè)景觀，也是有效預(yù)防駕駛疲勞的措施。一般做法是每隔一定的距離創(chuàng)造一些興奮點(diǎn)，以喚起駕駛員的注意。關(guān)于興奮點(diǎn)間距的取值，筆者認(rèn)為應(yīng)該利用3.1的分析結(jié)果，從駕駛員在該路段上駕駛疲勞的形成時(shí)間考慮，興奮點(diǎn)間最大行程時(shí)間的取值就為駕駛疲勞的形成時(shí)間，而不宜采取統(tǒng)一的取值。實(shí)際中，當(dāng)受條件所限不得不采用較長(zhǎng)的直線或超過(guò)一定行程長(zhǎng)度的隧道時(shí)，就可以通過(guò)改變路側(cè)景觀等來(lái)影響駕駛員的喚醒水平，從而延緩駕駛疲勞的產(chǎn)生。

結(jié)論

1)將心理、生理學(xué)中相關(guān)的經(jīng)典理論應(yīng)用到汽車(chē)駕駛工作領(lǐng)域，分析和解釋了道路交通環(huán)境中駕駛員的生、心理反應(yīng)和行為變化。2)建立了以駕駛員喚醒水平為核心的駕駛疲勞生成模型，描述了駕駛疲勞生成過(guò)程中喚醒水平的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，指出影響這一過(guò)程發(fā)展速度的關(guān)鍵因素，強(qiáng)調(diào)道路交通環(huán)境對(duì)駕駛員喚醒水平的積極影響。3)將所建立的駕駛疲勞生成模型應(yīng)用于實(shí)際，通過(guò)觀察駕駛員喚醒水平的變化，可以確定駕駛疲勞的生成時(shí)刻，進(jìn)而為駕駛疲勞預(yù)防措施的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供依據(jù)。4)模型建立的基礎(chǔ)主要是理論推理，尚需繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。