道路环境单调性对驾驶疲劳的影响机理研究

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　　摘 要：在驾驶疲劳的外部致因中，道路环境单调性是最重要的组成部分。道路环境单调性对驾驶疲劳的影响研究由来已久。一般都是通过模拟实验方法对比分析在环境正常和环境单调情况下驾驶操作的变化情况，研究发现在单调性环境中驾驶员驾驶操作能力下降更快，驾驶疲劳状态更容易出现。
　　关键词：道路环境；单调性；驾驶疲劳
　　1驾驶疲劳与道路环境单调性
　　1.1驾驶疲劳定义
　　从国内外研究现状可知，目前驾驶疲劳的定义还没有统一的定论，每个研究者都有自己一些独到的见解。但通过分析，我们发现以往对驾驶疲劳的定义具有一些共同的内涵，即生理、心理失调导致驾驶机能的下降。这里，结合本人对该驾驶疲劳问题的理解，提出如下的定义：长时间驾驶引起的驾驶员生、心理机能失调而导致的驾驶操作能力下降、驾驶绩效降低的状态。因此，驾驶疲劳评价备选指标可以从驾驶员内在因素（生理、心理指标）和外在表现（驾驶操作、驾驶绩效指标）中筛选。
　　1.2道路环境单调性定义
　　道路环境中没有刺激或刺激变化在一个可预测的范围内则认为该道路环境是单调的。该定义包含两个概念，一是道路环境的界定，这里是指系列式景观，即驾驶过程中驾驶员感知的连续变换景观，一般是在驾驶员正前方位置的左右20。范围内。
　　二是刺激的概念。刺激是指引起的人体组织细胞、器官和机体发生反应的内外环境变化。这里所说的刺激是指在驾驶过程中，引起驾驶员生心理反应的外界环境变化。
　　对于道路环境单调性研究来说，最关键的问题是如何判定道路环境中的刺激点，即刺激点的位置。根据刺激的定义可知，当被认定为一个刺激必然会是道路环境中的较大改变，因此如果采用有效的手段把较大的环境改变提取出来，则刺激点的位置就能确定，而 MPEG 压缩技术为解决这一问题提供了可能。
　　1.3道路环境单调性对驾驶疲劳影响机理
　　在驾驶过程中，驾驶操控能力、驾驶员状态和道路环境三者相互作用，共同影响驾驶的质量。特别指出这里的驾驶员状态是指驾驶过程中的状态，而不考虑驾驶之前。不同的道路环境会对驾驶员状态产生影响，当道路环境单调时，驾驶员由于负荷不足，从外界环境中不能获取足够的有效信息，很快进入疲劳状态，导致驾驶操控能力降低；相反，如果道路环境过于复杂，外界环境信息超出驾驶员能够处理的范围，驾驶员会处于负荷过载状态，同样会加快进入疲劳状态，引起驾驶操控能力下降。
　　为了保证驾驶操控能力在一个合理的区间内，在其它因素不变的情况下，要求驾驶员的状态要维持在合理的水平，这就对道路环境提出了要求。从驾驶疲劳生成角度来说，评价道路环境好坏的依据是刺激设置是否合理，合理刺激的设置可以延缓驾驶疲劳的生成。这里引入 Angelique 等人对外部刺激的定义，外部刺激可以用质量和数量两个维度来表示。为了分析的方便，这里提出采用刺激密度作为外部刺激的衡量指标，刺激密度是指道路环境中单位长度上刺激点的个数。该定义包含了外部刺激的质量和数量两个维度的信息。这里刺激点是指能够对驾驶员产生生心理改变的道路环境变化，这体现了刺激的质量维度信息；而刺激点的个数则体现了刺激的数量维度信息。
　　道路环境单调性对驾驶疲劳的影响过程可以采用示意图 2-2 来表征。当刺激密度过小时，驾驶员不能获得足够的外界刺激，导致驾驶警觉性降低，过快地进入疲劳状态；相反，当刺激密度过大时，由于驾驶员会逐渐适应频繁的外界刺激，刺激的敏锐度不断降低，所以当外界刺激过大时，驾驶员因适应外界刺激的变化也会较快地进入疲劳状态。因此，外界刺激应该有一个合理的范围，在该范围内外界环境对驾驶疲劳的影响是最小的，该范围称为最佳范围。这与U 型模型理论解释是一致的。
　　2实验系统分析
　　停车费是指向停车场提供的产品或服务的受益人收取的费用。在这篇文章中，这里提到的费用涉及的不仅仅是所涉及的费用。到了市场的行为，它还包括需求管理，这意味着停车不仅用于经营市场上的停车设施，而且是面向非市场的、非经营性的停车设施。所以停车费是必要的，也是可行的。
　　2.1实验设备
　　驾驶模拟最早出现在航空驾驶训练中，随着计算机成像技术和运算能力的发展，其逐渐应用在汽车训练中。美国在 20 世纪 70 年代就有 500 多所汽车驾驶学校装备了汽车驾驶模拟舱。目前，驾驶模拟舱已经广泛应用于车辆工程、交通土建工程、人因工程等领域。模拟舱主要有三种，分别是简单的驾驶模拟器、真车模拟舱和支杆式模拟舱。
　　驾驶模拟舱能够非常逼真的模拟道路场景，由于在真实道路上研究驾驶行为是危险、昂贵的，而且实驗结果不具有重复性，特别是复杂环境因素条件下实验，模拟舱能够体现强大的优势。模拟舱能够实时记录驾驶员的驾驶操作（如：加减速、油门、刹车、转向），以及实验车的运行状况（如速度、位置等）和左前方、右前方、左后方、右后方四个位置上车辆的运行状况。同时模拟舱能够把实验数据输出成*.txt 文件，方便用户进一步处理和分析数据。
　　2.2实验平台
　　道路交通系统是一个人、车、路和环境构成的复杂系统，四者之间相互协调，缺一不可。驾驶模拟舱是把实际的道路交通系统在实验室内真实地模拟再现，为了更科学分析研究道路交通系统，实验平台需要能够对道路交通系统中人、车、路和环境四个部分建模和数据采集，满足与微观驾驶行为及驾驶员特性相关的研究要求。
　　针对研究过程中对实际道路系统中各组成部分的需求，实验平台共有两大功能，对环境和道路模块进行建模和对人、车模块的指标检测。具体建模和检测内容如下：
　　环境建模：道路景观、交通设施；
　　道路建模：设计参数、位置坐标；
　　人（主要是驾驶人）检测：主观问卷、面部特征以及生理特征（包括：脑
　　电、心电和眼电）；
　　车辆检测：车辆位置、操作行为（包括：方向盘转向、油门、刹车、换档等）。
　　结论
　　总结了以往诸多的驾驶疲劳定义以及形成机理理论，提出虽然驾驶疲劳的定义和形成机理没有达到共识，但驾驶疲劳外在表现往往比较一致，这为驾驶疲劳检测技术的开发提供了依据。系统总结了驾驶疲劳的致因分析，认为以往对驾驶疲劳研究往往集中在内在因素方面，而对外部因素的研究还不够深入。同时详细阐述了外部因素是驾驶疲劳形成的主要因素之一。
　　参考文献：
　　[1] 任福田等.交通工程心理学[M].北京：北京工业大学出版社，1993：204-205
　　[2] 张祖怀.基于人体生理信号的驾驶疲劳研究方法及其应用[D].哈尔滨工业大学硕士研究生论文，2006
　　[3] 吴康华.基于 PERCLOS 的驾驶疲劳检测系统设计[D].浙江大学硕士研究生论文，2008
　　[4] 王猛.营运驾驶员驾驶疲劳研究[D].交通部公路科学研究院，2006
　　（作者单位：山东省滨州市公安局交通警察支队）
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