道路場(chǎng)景變化對(duì)車駕疲勞影響

1、道路場(chǎng)景變化對(duì)車駕疲勞影響隨著機(jī)動(dòng)化社會(huì)的發(fā)展，汽車駕駛員的疲勞問(wèn)題已引起社會(huì)普遍關(guān)注。2003年我國(guó)中華醫(yī)學(xué)會(huì)對(duì)516名駕駛員進(jìn)行了駕駛員警覺(jué)度PVT測(cè)試 和問(wèn)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(cè)發(fā)現(xiàn) 20%的被調(diào)查者反應(yīng)時(shí)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(yù)防措 施也應(yīng)不同。通過(guò)對(duì)駕駛時(shí)間進(jìn)行限制來(lái)預(yù)防駕駛疲勞的方法比較簡(jiǎn) 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(wú)論對(duì)駕駛 時(shí)間進(jìn)行怎樣合理的限制，某些駕駛員仍然會(huì)發(fā)生疲勞事故 2。而 且太過(guò)嚴(yán)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(duì) 駕駛員的心理健

2、康產(chǎn)生影響 3。隨著對(duì)駕駛疲勞研究的深入，人們 開(kāi)始意識(shí)到時(shí)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(dāng)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(duì)于由這類原因引起的駕駛疲勞，采用限 制駕駛時(shí)間的預(yù)防措施將不再有效。駕駛員在駕駛過(guò)程中通過(guò)視覺(jué)獲得大約 90%的信息 5。由于駕駛員 在靜止時(shí)和在具有一定速度時(shí)的視覺(jué)特性有較大的差異，從高速行駛 的車輛中獲得的視覺(jué)感受與在靜止時(shí)獲得的視覺(jué)印象是大不相同的。 當(dāng)汽車行駛時(shí)，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(dòng)態(tài)視覺(jué)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(jiǎn)稱為道路交通環(huán)境。道路交通環(huán)境會(huì)對(duì)駕駛員行為產(chǎn)生影響。有學(xué)者對(duì)道路線形的影響進(jìn) 行了研究。文獻(xiàn) 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(dāng)駕駛員以同一速度在曲線上行駛時(shí)要付出比在直線上行駛時(shí)更 多的注意力。文獻(xiàn) 7通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，汽車在多彎道路上行駛時(shí)駕駛 員心率偏高。文獻(xiàn) 89作者發(fā)現(xiàn)，道路復(fù)雜度 （平直、彎曲 ）對(duì)駕駛員精神狀態(tài)的影響較大。文獻(xiàn) 4， 10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)

4、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(méi)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(guò) 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(lái)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(guò)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

5、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(jué) 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(guò)問(wèn)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(jué)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(méi)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

6、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(guò)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(guò)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

7、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(guò)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(guò)來(lái)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) 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(dòng)角度來(lái)說(shuō)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(guò)調(diào)節(jié)車速或選擇路 線在一定

8、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

9、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(guò)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(lái)對(duì)比研究 駕駛員在通過(guò)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

10、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(guò)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(shuō)話、 不吸煙、不聽(tīng)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(wú)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)

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(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(guò)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(guò)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(guò)程中對(duì)駕駛員的喚醒水平 進(jìn)行觀測(cè)。本文

12、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)中米用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(guò)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(wú)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

13、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(wú)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(guò)程的 現(xiàn)場(chǎng)錄像，截取城市道路、高速公路上中間 10min

14、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(guò)比較駕駛員在 2 個(gè)平直路段上的心率水平來(lái)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)

15、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(shuō)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(lái)增加道路交通環(huán)境的變化程度，通 過(guò)增加視覺(jué)刺激來(lái)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(guò)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(lái)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

16、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（23s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(jiàn)圖 6。這種矛盾情況的出現(xiàn)，正說(shuō)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

17、，說(shuō)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(guò)程 中的心率變化并不呈直線下降的趨勢(shì)。這說(shuō)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? 結(jié)論經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究，在駕駛疲勞的形成和發(fā)展過(guò)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。