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作者：謝曉莉趙一飛王書云李平生單位：長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院北京市市政工程研究院長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院

文獻(xiàn)分別用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和駕駛模擬試驗(yàn)證明，駕駛員在直線路段上行車時(shí)更容易產(chǎn)生駕駛疲勞。有學(xué)者對(duì)道路條件的影響進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)［4，11］都在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)駕駛員在有邊緣線的道路上行駛時(shí)不易疲勞，即沒有道路標(biāo)線的路段容易導(dǎo)致駕駛疲勞。文獻(xiàn)［12］發(fā)現(xiàn)當(dāng)駕駛員在具有窄路肩的狹窄道路上以及在靠近路側(cè)護(hù)欄等障礙物行駛時(shí)，喚醒水平增高。文獻(xiàn)［13］對(duì)高速公路路肩寬度對(duì)駕駛疲勞的影響進(jìn)行了研究，認(rèn)為過窄的路肩會(huì)增加駕駛員行車時(shí)的生理緊張度和心理負(fù)擔(dān)，在此環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間駕駛會(huì)給駕駛員帶來較高的疲勞程度。有學(xué)者對(duì)行車速度對(duì)駕駛疲勞的影響進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)［6］通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)駕駛員在同一半徑的曲線路段上以不同速度行駛時(shí)，速度越高越需要付出更多的注意力。文獻(xiàn)［14］在室內(nèi)模擬試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)行車速度的標(biāo)準(zhǔn)差隨駕駛時(shí)間的增加而逐漸升高，認(rèn)為駕駛疲勞會(huì)對(duì)駕駛員的速度調(diào)節(jié)能力產(chǎn)生影響。還有不少學(xué)者對(duì)道路景觀對(duì)駕駛疲勞的影響進(jìn)行研究，認(rèn)為路側(cè)視覺刺激對(duì)駕駛疲勞有影響。文獻(xiàn)［15］認(rèn)為單調(diào)的交通景觀更易引起駕駛員駕駛疲勞。文獻(xiàn)［16］通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)駕駛員普遍認(rèn)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(xiàn)［17］在駕駛模擬艙中試驗(yàn)研究了路側(cè)景觀刺激的單調(diào)性對(duì)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(shí)，駕駛員會(huì)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(duì)性地對(duì)動(dòng)態(tài)變化的道路交通環(huán)境對(duì)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(dòng)態(tài)的形式顯示在駕駛員的視野中從而對(duì)其產(chǎn)生影響的。對(duì)道路交通環(huán)境的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究，了解其對(duì)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(jì)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(dòng)態(tài)道路交通環(huán)境的特征，然后對(duì)特征要素進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)合理的試驗(yàn)方案，試驗(yàn)研究道路交通環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化對(duì)駕駛疲勞的影響。

1動(dòng)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(dòng)作業(yè)環(huán)境不同。首先，一般勞動(dòng)作業(yè)環(huán)境是相對(duì)固定的，在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)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(huì)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)境的相互作用比一般勞動(dòng)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(huì)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(gè)特點(diǎn):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)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(dòng)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(dòng)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程度上主動(dòng)控制道路交通環(huán)境的變化。

2試驗(yàn)方案

2.1試驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)

為了試驗(yàn)研究動(dòng)態(tài)道路交通環(huán)境對(duì)駕駛員的影響，設(shè)計(jì)的試驗(yàn)場(chǎng)景就需具備持續(xù)變化性和自主可控性這2個(gè)特征。因此，在設(shè)計(jì)試驗(yàn)場(chǎng)景時(shí)，就要考慮場(chǎng)景變化、場(chǎng)景模式變化和駕駛員的行車速度這3個(gè)特征要素。這3個(gè)特征要素之間并不是完全獨(dú)立的，而是相互影響、相互制約的。行車速度的變化會(huì)引起場(chǎng)景以及場(chǎng)景模式的變化;而駕駛員對(duì)場(chǎng)景變化以及場(chǎng)景模式變化的適應(yīng)性，又會(huì)影響到其對(duì)車速的選擇，引起行車速度的變化。本文針對(duì)動(dòng)態(tài)道路交通環(huán)境的2個(gè)特征進(jìn)行了涉及3個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)景的2組試驗(yàn)。2.1.1試驗(yàn)場(chǎng)景1這個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)景主要用于研究行車速度對(duì)駕駛員的影響。試驗(yàn)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(yàn)中駕駛員一次連續(xù)通過整個(gè)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(duì)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(shí)，不同的行車速度對(duì)其產(chǎn)生的影響。行車速度定在100km/h是因?yàn)樵陬A(yù)試驗(yàn)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(yàn)路段上交通量很小，可避免其他車輛對(duì)試驗(yàn)車的影響。另外，在2段平直路段中設(shè)計(jì)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(gè)試驗(yàn)分為2部分。2.1.2試驗(yàn)場(chǎng)景2在這個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)景中，道路交通環(huán)境的變化性不大。試驗(yàn)路段為平原區(qū)某高速公路全段。該路段全長(zhǎng)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(yàn)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(shí)，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(chǎng)景變化，且變化規(guī)律，而場(chǎng)景模式基本無變化。2.1.3試驗(yàn)場(chǎng)景3在本試驗(yàn)場(chǎng)景中，道路交通環(huán)境的變化性較大。試驗(yàn)路段為山區(qū)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(yàn)行進(jìn)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(jí)汽車專用公路，如圖3所示。在試驗(yàn)過程中不對(duì)行車速度進(jìn)行限制。隨著道路類型和行車速度的變化，可以認(rèn)為該試驗(yàn)路段道路交通環(huán)境的場(chǎng)景和場(chǎng)景模式都在不斷變化。駕駛員在每種類型道路上的行駛時(shí)間大約為:城市道路15min，高速公路15min，鄉(xiāng)村公路30min，二級(jí)汽車專用公路30min。加上經(jīng)過收費(fèi)站的時(shí)間，總行駛時(shí)間約為2h。

2.2測(cè)量指標(biāo)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(yàn)過程中對(duì)駕駛員的喚醒水平進(jìn)行觀測(cè)。本文選用心率(心臟每分鐘的跳動(dòng)次數(shù))作為測(cè)量喚醒水平的指標(biāo)。如果在某一特征要素的作用下，駕駛員的心率降低，就認(rèn)為該要素會(huì)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(yàn)中采用KF2型動(dòng)態(tài)多參數(shù)生理檢測(cè)儀對(duì)被試駕駛員的心率進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)中采用Novatel動(dòng)態(tài)GPS設(shè)備，記錄試驗(yàn)車輛在相應(yīng)路段內(nèi)的行車速度。同時(shí)，在整個(gè)試驗(yàn)過程中錄制車輛正前方的道路交通狀況，以備摘取相應(yīng)路段上不受無關(guān)因素干擾的數(shù)據(jù)之用。

3試驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)動(dòng)態(tài)道路交通環(huán)境的2個(gè)特征進(jìn)行了2組試驗(yàn)，分別研究道路交通環(huán)境的場(chǎng)景變化程度和行車速度大小對(duì)駕駛疲勞的影響。

3.1數(shù)據(jù)分析

3.1.1試驗(yàn)1將試驗(yàn)場(chǎng)景1中駕駛員在2個(gè)平直路段上的心率和行車速度進(jìn)行對(duì)比，對(duì)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)差繪得。由于受到無關(guān)因素影響較大，所以4號(hào)駕駛員的數(shù)據(jù)不進(jìn)行對(duì)比分析。3.1.2試驗(yàn)2對(duì)于試驗(yàn)場(chǎng)景2，將每10min內(nèi)的心電數(shù)據(jù)分為1組，繪制每個(gè)時(shí)間段內(nèi)心率數(shù)據(jù)的箱線圖。同時(shí)計(jì)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(shí)間段內(nèi)的心率箱線圖和平均心率折線圖如圖5所示。對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)景3中的數(shù)據(jù)，根據(jù)試驗(yàn)過程的現(xiàn)場(chǎng)錄像，截取城市道路、高速公路上中間10min長(zhǎng)度的心率數(shù)據(jù)和農(nóng)村公路、二級(jí)汽車專用公路上中間20min長(zhǎng)度的心率數(shù)據(jù)。將在不同類型道路上駕駛時(shí)的心率數(shù)據(jù)按每10min一段繪制箱線圖進(jìn)行對(duì)比，如圖6所示。

3.2試驗(yàn)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(gè)平直路段上的心率水平來評(píng)價(jià)行車速度對(duì)駕駛員喚醒水平的影響，進(jìn)而推斷其對(duì)駕駛疲勞的影響。從圖4可以看出，1號(hào)和3號(hào)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(hào)駕駛員在2個(gè)路段上的行車速度之差約為15km/h，平均心率之差高達(dá)10次/min。結(jié)果表明，較高的行車速度確實(shí)會(huì)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(duì)駕駛疲勞的影響。當(dāng)駕駛疲勞發(fā)生時(shí)，駕駛員可以主動(dòng)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(shí)經(jīng)常會(huì)自動(dòng)采取的措施。然而，提高行車速度這一措施卻不宜提倡，因?yàn)樗菀滓鸪?、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(yàn)場(chǎng)景2和3中的心率的變化趨勢(shì)來評(píng)價(jià)道路交通環(huán)境的變化程度對(duì)駕駛員喚醒水平的影響，進(jìn)而推斷其對(duì)駕駛疲勞的影響。在試驗(yàn)場(chǎng)景2中的試驗(yàn)時(shí)間并不長(zhǎng)，僅為1h左右。在通常情況下，駕駛員并不會(huì)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(shì)。其中2號(hào)駕駛員甚至聲稱自己在測(cè)試中發(fā)生了微睡眠(2～3s短暫睡眠)現(xiàn)象。與之形成對(duì)比的是，在試驗(yàn)場(chǎng)景3中進(jìn)行的試驗(yàn)，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(duì)感官刺激的適應(yīng)以及緊張感的減弱，其喚醒水平會(huì)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(cè)試后下降，說明長(zhǎng)時(shí)間駕駛也會(huì)令駕駛員的喚醒水平降低，確實(shí)會(huì)造成駕駛疲勞。然而，由于試驗(yàn)場(chǎng)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(gè)試驗(yàn)過程中的心率變化并不呈直線下降的趨勢(shì)。這說明，道路交通環(huán)境場(chǎng)景模式的變化會(huì)干擾駕駛時(shí)間的作用效果，對(duì)駕駛疲勞的發(fā)展產(chǎn)生影響。同時(shí)，從圖6還可以看出，當(dāng)在某一類型道路上駕駛時(shí)間偏長(zhǎng)時(shí)，如農(nóng)村公路和二級(jí)汽車專用公路，駕駛員的心率都有降低的趨勢(shì)。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，本文認(rèn)為是由于隨駕駛時(shí)間的增加，駕駛員會(huì)逐漸適應(yīng)新的道路交通環(huán)境場(chǎng)景的變化，導(dǎo)致道路交通環(huán)境的變化性相對(duì)降低。綜上所述，道路交通環(huán)境變化性的大小會(huì)對(duì)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(shí)間的增加和駕駛員對(duì)變化的逐漸適應(yīng)而變?nèi)酢?/p>

4結(jié)論

經(jīng)過試驗(yàn)研究，在駕駛疲勞的形成和發(fā)展過程中，除了駕駛時(shí)間之外，動(dòng)態(tài)道路交通環(huán)境也是重要的影響因素。動(dòng)態(tài)變化的道路交通環(huán)境具備相互影響和制約的2個(gè)特征:持續(xù)變化性和自主可控性。通過改變行車速度，駕駛員可以在一定程度上對(duì)道路交通環(huán)境的變化性主動(dòng)進(jìn)行改變，從而對(duì)駕駛疲勞產(chǎn)生影響，但可能會(huì)引起超速等其他安全隱患。因此，通過對(duì)道路交通環(huán)境的變化性進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)將是較好的減緩駕駛疲勞產(chǎn)生、提高道路安全水平的方法。然而，隨著駕駛時(shí)間的增加，駕駛員的適應(yīng)性將會(huì)減弱道路交通環(huán)境的變化性所產(chǎn)生的影響。因此要提出量化的設(shè)計(jì)建議，需要進(jìn)一步對(duì)道路交通環(huán)境的變化程度對(duì)駕駛員的影響和駕駛員對(duì)變化的適應(yīng)時(shí)間等進(jìn)行更為細(xì)化的研究。