道路場景變化對車駕疲勞影響范文
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隨著機動化社會的發展，汽車駕駛員的疲勞問題已引起社會普遍關注。2003年我國中華醫學會對516名駕駛員進行了駕駛員警覺度PVT測試和問卷調查，結果表明有50%的被調查者反映曾有駕車打瞌睡的經歷，經儀器檢測發現20%的被調查者反應時間偏慢［1］
。駕駛員疲勞的產生與很多因素有關。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。然而研究發現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生疲勞事故［2］。而且太過嚴苛的規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康產生影響［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］。單調性、溫度或噪聲等環境因素、當前或之前駕駛狀況產生的壓力等都可能影響到駕駛疲勞的產生［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、寬度和視野內的畫面都在不斷變換，而駕駛員就是根據視野的內容操縱車輛的。因此，在駕駛員視野范圍內的道路、交通和環境條件所形成的外界動態視覺刺激，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境。
道路交通環境會對駕駛員行為產生影響。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，發現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］通過試驗發現，汽車在多彎道路上行駛時駕駛員心率偏高。文獻［8－9］作者發現，道路復雜度(平直、彎曲)對駕駛員精神狀態的影響較大。文獻［4，10］分別用現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］都在現場試驗中發現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］發現當駕駛員在具有窄路肩的狹窄道路上以及在靠近路側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］通過現場試驗發現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］在室內模擬試驗中發現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員的速度調節能力產生影響。
還有不少學者對道路景觀對駕駛疲勞的影響進行研究，認為路側視覺刺激對駕駛疲勞有影響。文獻［15］認為單調的交通景觀更易引起駕駛員駕駛疲勞。文獻［16］通過問卷調查發現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、難以維持注意力。文獻［17］在駕駛模擬艙中試驗研究了路側景觀刺激的單調性對駕駛疲勞和警惕性降低的影響，發現在更單調的環境中行駛時，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境的某一具體因素，有針對性地對動態變化的道路交通環境對駕駛疲勞影響的研究幾乎沒有。而道路交通環境恰恰是以動態的形式顯示在駕駛員的視野中從而對其產生影響的。對道路交通環境的動態特性進行研究，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境設計的安全水平，從而在行車過程中減緩駕駛疲勞的產生。基于這一目的，本文將首先分析動態道路交通環境的特征，然后對特征要素進行分析，設計合理的試驗方案，試驗研究道路交通環境的動態變化對駕駛疲勞的影響。
1動態道路交通環境特征分析
駕駛員的外部工作環境———道路交通環境———與一般勞動作業環境不同。首先，一般勞動作業環境是相對固定的，在短時間內不會發生很大的變化;而在駕駛員駕車的過程中，道路交通環境是在不斷變化的，而且還會隨著道路類型、行駛區域的變化而發生較大的變化。其次，駕駛員與道路交通環境的相互作用比一般勞動作業更加密切: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境中獲取相關信息，另一方面其操縱汽車的結果會反過來影響道路交通環境。因此，駕駛工作中的道路交通環境具備以下2個特點:持續變化性和自主可控性。
持續變化性有2層含義。一是指駕駛員視野中的道路條件、路側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、路側景觀或交通情況等不同，路段之間前后聯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境之間存在互動關系，所以駕駛員能夠通過調節車速或選擇路線在一定程度上主動控制道路交通環境的變化。
2試驗方案
2.1試驗場景設計
為了試驗研究動態道路交通環境對駕駛員的影響，設計的試驗場景就需具備持續變化性和自主可控性這2個特征。因此，在設計試驗場景時，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。
本文針對動態道路交通環境的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研究行車速度對駕駛員的影響。試驗路段為某山區高速公路上由約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部分連續組成的路段。平直路段1和2的道路、交通和環境條件基本相同，如圖1所示。試驗中駕駛員一次連續通過整個路段，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、交通和環境條件的路段時，不同的行車速度對其產生的影響。
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，可避免其他車輛對試驗車的影響。另外，在2段平直路段中設計彎坡組合路段，既保證了駕駛員行車的連續性，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，道路交通環境的變化性不大。試驗路段為平原區某高速公路全段。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境只維持了最基本的場景變化，且變化規律，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，道路交通環境的變化性較大。試驗路段為山區某市范圍內一條由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，鄉村公路30min，二級汽車專用公路30min。加上經過收費站的時間，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。本文選用心率(心臟每分鐘的跳動次數)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型動態多參數生理檢測儀對被試駕駛員的心率進行測定。試驗中采用Novatel動態GPS設備，記錄試驗車輛在相應路段內的行車速度。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因素干擾的數據之用。
3試驗結果
針對動態道路交通環境的2個特征進行了2組試驗，分別研究道路交通環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數據分析
3.1.1試驗1
將試驗場景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行車速度的平均值和標準差繪得。由于受到無關因素影響較大，所以4號駕駛員的數據不進行對比分析。
3.1.2試驗2
對于試驗場景2，將每10min內的心電數據分為1組，繪制每個時間段內心率數據的箱線圖。同時計算每組數據的平均值，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中的數據，根據試驗過程的現場錄像，截取城市道路、高速公路上中間10min長度的心率數據和農村公路、二級汽車專用公路上中間20min長度的心率數據。將在不同類型道路上駕駛時的心率數據按每10min一段繪制箱線圖進行對比，如圖6所示。
3.2試驗結果
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。當駕駛疲勞發生時，駕駛員可以主動采取加速的措施來增加道路交通環境的變化程度，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境的變化程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。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生了微睡眠(2～3s短暫睡眠)現象。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內心率并不明顯下降，見圖6。這種矛盾情況的出現，正說明在道路交通環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，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、路側景觀等均持續變化，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，對駕駛疲勞的發展產生影響。
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。產生這一現象的原因，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境場景的變化，導致道路交通環境的變化性相對降低。
綜上所述，道路交通環境變化性的大小會對駕駛疲勞的形成和發展產生影響。在變化性較小的道路交通環境中駕駛，駕駛疲勞產生的較快;反之，在變化性較大的道路交通環境中駕駛，駕駛疲勞產生得較慢。然而，由道路交通環境的變化性所產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弱。
4結論
經過試驗研究，在駕駛疲勞的形成和發展過程中，除了駕駛時間之外，動態道路交通環境也是重要的影響因素。動態變化的道路交通環境具備相互影響和制約的2個特征:持續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道路交通環境的變化性主動進行改變，從而對駕駛疲勞產生影響，但可能會引起超速等其他安全隱患。因此，通過對道路交通環境的變化性進行合理的設計將是較好的減緩駕駛疲勞產生、提高道路安全水平的方法。然而，隨著駕駛時間的增加，駕駛員的適應性將會減弱道路交通環境的變化性所產生的影響。因此要提出量化的設計建議，需要進一步對道路交通環境的變化程度對駕駛員的影響和駕駛員對變化的適應時間等進行更為細化的研究。
