向往，閆學東，王江鋒

(北京交通大學交通運輸學院，北京 100044)

駕駛員是引發(fā)交通事故的主要原因，對駕駛員駕駛行為和心理的研究已成為交通安全的研究熱點。但實車實驗常常難以滿足安全性、經(jīng)濟性、可控性和數(shù)據(jù)采集的要求，因此高仿真度駕駛模擬器已成為研究駕駛?cè)诵袨楹托睦淼闹匾ぞ摺?/p>

在利用駕駛模擬器研究駕駛行為和心理影響時，選定研究的影響因素，讓駕駛員在特定的模擬駕駛環(huán)境中行駛，代替實車進行實驗，通過車輛上的檢測器和傳感器檢測評價指標，得到車輛控制數(shù)據(jù)、駕駛員的認知行為和生理變化等客觀數(shù)據(jù)，并輔以駕駛員的主觀評價分析結(jié)果，對駕駛行為和心理的影響進行綜合評價。本文對國內(nèi)外利用駕駛模擬器進行駕駛行為和心理研究的現(xiàn)狀進行了歸納和總結(jié)。

1 駕駛行為和心理的影響因素

駕駛員的駕駛行為和心理會受到很多外界因素的影響，包括干擾因素、身體損害、病理影響與康復、群體和個人差異以及駕駛態(tài)度等。

1.1 干擾因素

干擾因素是指駕駛員在駕駛過程中所受到的外界干擾，能夠減弱駕駛員處理突發(fā)情況的能力和效率。駕駛模擬器可以利用實物或者計算機代碼輸入場景將干擾因素反映出來，然后檢測駕駛員的駕駛操作行為，研究不同情況下駕駛員的駕駛操作、注意力變化及損害程度。圖1給出了造成駕駛員注意力分散的主要干擾因素。

對干擾因素的研究主要集中于通訊設(shè)備、MP3、談話等對駕駛員的影響，在不同交通量情況下，干擾因素存在時駕駛操作都是非正常的［1］。由于在駕駛時使用手機的情況比較嚴重，手機對駕駛績效、駕駛員注意力、多種條件下的駕駛操作影響都有研究［2－4］。通過在行人過街、車輛并線、前車剎車三種情況下觀測駕駛員的反應(yīng)和眼動，證明MP3對駕駛員操作有影響［5］。另外，乘客和駕駛員的談話等也會對駕駛員造成影響［6］。

圖1 干擾因素的分類Fig.1 Classification of interference factors

1.2 身體損害

身體損害是指駕駛員的視覺、聽覺、觸覺等生理機能受到外物的損害，包括酒后駕駛、藥物刺激后駕駛、視力矯正、視野盲區(qū)和聽力損失等。駕駛模擬器可以通過逼真的圖像和聲音輸入模擬真實場景，設(shè)計實驗測試身體損害駕駛員的駕駛行為、認知行為和生理變化，判斷身體損害的綜合影響。

國內(nèi)外研究的熱點是酒后駕車和藥物刺激后駕車，無論是新手還是熟練駕駛員，在喝醉情況下對危險情況的處理能力都會降低［7］。醉酒駕駛在駕駛操作、認知能力和自我克制等方面對駕駛員影響嚴重［8］，攝入少量酒精和缺乏睡眠也會降低在危險情況下的認知能力［9］。另外，還有人研究大麻、利他靈等藥物對駕駛員身體和駕駛行為的影響［10－12］。

1.3 病理影響與康復

病理影響與康復是指駕駛員在疾病狀態(tài)下和康復過程中的駕駛行為和心理。病理影響與康復的研究主要是側(cè)重病人駕駛員的駕駛操作、生理變化和認知行為，分析與正常駕駛員的差別，判斷病人是否適合駕駛，并將這種變化作為反映病人病情的指標，連續(xù)性的指標測量能反映病人治療效果和康復情況。此外，駕駛模擬器還能作為特定疾病的康復手段。使用駕駛模擬器可以研究駕駛不當與各種形式的神經(jīng)損傷或疾病的關(guān)系，表1給出了文獻記載的利用駕駛模擬器研究過的疾病。

表1 文獻記載利用駕駛模擬器研究過的疾病Table 1 Recorded disease researched with a driving simulator

1.4 群體和個體差異

群體差異是指年齡、駕齡、性別的差別，新手和熟練的駕駛員發(fā)生的交通事故數(shù)據(jù)不對稱，駕駛操作差異大，年齡和性別也使駕駛操作具有一定差異。個體差異是指駕駛員的身體狀況和生活、工作習慣的不同，駕駛時間、肥胖、飲食、運動頻率、特殊職業(yè)等都會造成駕駛操作的差異。駕駛模擬器可以檢測出這些差異，為交通管理和交通安全研究提供理論基礎(chǔ)。

群體和個體差異的研究主要集中在年齡、駕齡、性別和駕駛疲勞等方面。年齡對駕駛員的認知、車輛操作、危險情況感知等方面都有影響［33－35］，新手駕駛員的危險洞察力、操作能力、心理承受能力都有欠缺［36－37］，在反應(yīng)時間上性別的差異比較明顯［35］。對于駕駛疲勞，有身體不同部位的疲勞研究，如腦力疲勞、精神疲勞、腰部疲勞和肌肉疲勞等［39－42］;也有疲勞的原因研究，如單調(diào)環(huán)境、混亂的聲音等［43－44］;探求駕駛員疲勞時身體變化的研究，腦電信號、心電信號、肌電信號、血氧含量等［45－47］。高齡駕駛和疲勞駕駛會導致認知能力、反應(yīng)時間、緊急情況處理能力等下降;新手和熟練駕駛員的差異主要反映在車道保持、對車輛間距的判斷、復雜的機動操作和交叉口決策等方面;女性比男性駕駛更加專注、遵守操作規(guī)范和交通規(guī)則、更加謹慎等，而男性比女性反應(yīng)時間短、車速快、危險情況處理好、不易產(chǎn)生疲勞等。

1.5 駕駛態(tài)度

駕駛態(tài)度是指駕駛員對路權(quán)、車速、擁擠、可插間隙等的認知，除了與駕駛員本身性格有關(guān)外，與憤怒、激動、傷心、抑郁等不同的情緒也有關(guān)。駕駛模擬器能夠記錄車輛運行狀況，監(jiān)測駕駛員的駕駛操作，檢測不同駕駛態(tài)度駕駛員的駕駛行為。

侵犯型駕駛行為與駕駛員的安全傾向之間有相關(guān)性，并與駕駛員的自戀有直接關(guān)系。侵犯型駕駛行為是習得的，歸因和環(huán)境是導致侵犯型駕駛行為的主要因素。侵犯型駕駛行為對交通安全有危害，而謹慎型駕駛行為影響道路實際通過能力［48－50］。對駕駛時情緒的研究有生氣對駕駛的影響，以及生氣與多種情緒之間的對比等［51－52］。

2 駕駛行為和心理的影響評價指標

評價指標能夠定量地表達影響程度，反映駕駛員駕駛行為和心理變化等。

2.1 車輛控制

車輛控制指標是指通過各種車載傳感器自動檢測獲取，通過后期數(shù)據(jù)處理能夠反映駕駛行為的參數(shù)，這些參數(shù)具有客觀性，能夠為駕駛員駕駛行為和心理的研究提供客觀依據(jù)。表2給出了表征車輛控制的指標。

表2 車輛控制指標分類Table 2 Classification of vehicle control factor

車輛控制指標與道路狀況、交通狀況、駕駛員性格、駕駛經(jīng)驗、駕駛熟練程度、駕駛員生理和心理狀況等都有關(guān)。加減速實現(xiàn)車速的變化，不僅影響自身駕駛的舒適性和安全性，還影響后續(xù)車輛的駕駛操作，此指標能夠反映駕駛員對接受周圍交通環(huán)境刺激后所做出的反應(yīng)能力［1］。車道控制涉及車道保持和車道轉(zhuǎn)換，由方向盤轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)，能夠反映駕駛穩(wěn)定性和駕駛態(tài)度，跟駕駛員精神狀況和熟練程度相關(guān)［3］。行車軌跡用于分析駕駛員的駕駛態(tài)度，表征不同駕駛員在遇到同樣的交通情況時的處理方式［7］。

2.2 認知行為

駕駛員的認知行為指標包含反應(yīng)時間、視覺行為、認知能力等，圖2給出了認知行為指標的分類。

反應(yīng)時間是指駕駛員接受刺激之后到明顯反應(yīng)開始所需要的時間，因人而異，并與刺激物的類型有關(guān)，觸覺、聽覺、視覺刺激的反應(yīng)時間各不相同［38］。視覺行為是指駕駛員通過視覺獲得交通信息的行為［35］。認知能力指駕駛員加工、存儲和提取交通信息的能力，即從各個方面獲取信息的準確率，是集合視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多種形式的綜合指標［34］。

圖2 認知行為指標分類Fig.2 Classification of cognitive behavior factor

2.3 生理變化

生理狀態(tài)除了存在個體差異和群體差異，在正常狀態(tài)和駕駛狀態(tài)下也有不同，在駕駛模擬過程中可以通過醫(yī)學手段尋找其中的規(guī)律，反映生理變化。生理變化指標包括生物電信號和血液等。圖3給出了生物電信號的檢測和分析過程。

圖3 生物電信號檢測與分析過程Fig.3 Detection and analysis process of a bio－electricity signal

生物電信號包括腦電信號、心電信號和肌電信號，3者結(jié)合能夠分析駕駛員對刺激的反應(yīng)和特殊條件對身體的影響，間接反映駕駛員心理的變化。腦部是駕駛員的信息處理中心和指令中心，腦電信號可以研究駕駛對駕駛員生理的綜合影響［39］。心電信號可以分析和鑒別駕駛員的心率變化和心率變異性，心率是現(xiàn)代醫(yī)學研究中描述患者情緒的重要指標［46］。肌電信號可以反映進行不同的駕駛操作時駕駛員的肌肉變化，檢測肌肉的疲勞狀況［42］。

血液指標主要包括血壓和血液成分。血壓跟駕駛員自身特點有關(guān)，也和情緒和藥物刺激有關(guān)，駕駛員的疲勞、群體和個體差異都能夠在血壓上有所反映［43］。時刻變化的血液成分直接影響各項身體機能，分析某種物質(zhì)在血液中的時序效應(yīng)，可以從生理層面研究駕駛員在特殊條件下駕駛行為的變化。

表3給出了國內(nèi)外的駕駛行為和心理研究中使用過的指標對比，國內(nèi)使用過的指標不如國外齊全，缺乏對認知行為和生理變化的研究，尤其是在病理影響與康復領(lǐng)域國內(nèi)比較欠缺。

表3 國內(nèi)外駕駛行為和心理研究中使用過的指標Table 3 Comparisons of factors used in global driving behavior and psychology

3 實驗方法

在利用駕駛模擬器進行駕駛行為和心理研究時，實驗方法如自設(shè)計直接影響分析結(jié)果的可靠性。

3.1 實驗樣本

實驗樣本是實驗過程中抽取的實驗對象的樣本數(shù)，具有代表性、針對性和可控性。樣本取樣的關(guān)鍵問題是選取合適的樣本量。通過SCI、SSCI和EI檢索了相關(guān)研究領(lǐng)域的100篇文獻，其中選取多組樣本的文獻65篇，選取一組樣本的文獻35篇，所采用的樣本數(shù)比較如圖4所示。

圖4 國外在一組樣本和多組樣本情況下的樣本量取值Fig.4 Sample size under a group of samples and multiple groups of samples collected abroad

一般多組樣本的實驗比一組樣本的實驗樣本量大，多組樣本實驗采用的樣本數(shù)為20～80，平均樣本量為58;一組樣本實驗采用的樣本數(shù)為10～30，平均樣本量為23。實驗樣本量的選取除了要考慮實驗?zāi)康耐?，還受到資金、獲得樣本的難易程度等因素的制約，因此，樣本量的選取需要綜合考慮多個因素。樣本量確定之后，需要確定樣本結(jié)構(gòu)，包括樣本中的性別比例、年齡分布、駕齡分布、職業(yè)分布以及身體狀況等。

3.2 實驗儀器設(shè)備

實驗儀器設(shè)備包括駕駛模擬器及其附屬設(shè)施和人體測試儀器。目前，用于研究的駕駛模擬器以三屏幕主動式和液壓伺服體感為主，國內(nèi)大多數(shù)研究機構(gòu)使用三屏幕主動式駕駛模擬器［2，36，39］。液壓伺服體感駕駛模擬器(如TOYOTA、NADS－1)盡管價格昂貴，但能夠提供震動、傾斜等運動體感，可以更加逼真地模擬駕駛過程。場景輸出一般使用計算機生成圖像(CGI)，除了駕駛模擬器，表4給出了實驗需要的附屬設(shè)施和測量人體的儀器。

表4 人體測量的儀器Table 4 Human body measurement apparatus

3.3 實驗過程設(shè)計

(1)實驗前準備。保證實驗設(shè)備的齊全;讓工作人員熟悉實驗流程，明確每段實驗的開始時間和結(jié)束時間、需要人工測試的內(nèi)容和時刻;對實驗人員進行相關(guān)的培訓，根據(jù)實驗需要對實驗人員在實驗前的一段時間進行生理和心理調(diào)節(jié)。

(2)選擇實驗形式。根據(jù)樣本組的不同將實驗形式分為一組樣本和多組樣本2種，一組樣本實驗是同一組人員在不同外界環(huán)境下進行實驗，駕駛時間、駕駛環(huán)境等外在因素存在差異;多組樣本實驗是不同人員的實驗組和對比組進行對比實驗，研究不同組人員之間的差異。2種形式的實驗都可能會進行重復實驗，在重復實驗中駕駛員會對駕駛環(huán)境產(chǎn)生記憶，影響相同環(huán)境下的駕駛操作，因此，在駕駛場景不會對測試指標產(chǎn)生明顯影響情況下，需要對駕駛環(huán)境進行適當?shù)淖兓詼p小重復實驗對實驗人員的影響。

(3)檢測實驗數(shù)據(jù)。實驗數(shù)據(jù)有電子設(shè)備自動記錄的數(shù)據(jù)，例如車輛操縱數(shù)據(jù)、生理信號等;也有人工記錄的數(shù)據(jù)，如對特定駕駛員的行為和特殊情況的記載等，人工記錄過程中不能干擾駕駛員操作。

3.4 結(jié)果分析方法

常用的分析方法主要有均值分析、方差分析、相關(guān)性分析和回歸分析。前3種主要是均值、方差和相關(guān)系數(shù)的差異顯著性檢驗，其適用情況見表5和表6?；貧w分析檢測2個指標之間的一般關(guān)系，以線性回歸為主。

表5 均值和相關(guān)系數(shù)差異顯著性檢驗方法選擇Table 5 Test method selection of obvious distinction between mean value and related

表6 樣本方差差異顯著性檢驗方法選擇Table 6 Test method selection of obvious distinction among sample variances

4 研究展望

利用駕駛模擬器對駕駛行為和心理的研究涉及到駕駛行為和心理的多個影響因素，其中對駕駛行為和認知行為的影響的研究較為成熟，研究成果豐富，今后的重點是研究影響因素引起的駕駛員的生理變化，從駕駛員自身尋找駕駛行為變化的根本原因。目前國內(nèi)研究的重點是影響因素對駕駛操作的影響，對于認知行為和生理變化涉及較少，病理影響與康復的研究比較欠缺，對認知行為和生理變化的研究是今后研究的趨勢。跟國內(nèi)的研究相比，國外有以下幾點值得借鑒:

(1)設(shè)施全、領(lǐng)域廣。國外駕駛模擬器的生產(chǎn)廠商技術(shù)水平較高，目前6自由度的液壓伺服體感駕駛模擬器已經(jīng)投入使用，而國內(nèi)的研究型駕駛模擬器大多是三屏幕主動式。另外國外的附屬設(shè)施和人體檢測儀器也很齊全，能夠滿足大部分研究的硬件需求，經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，國外的研究范圍已非常廣泛，對駕駛員心理和生理的眾多方面都有涉及。

(2)樣本大、數(shù)據(jù)多。國內(nèi)不論是一組樣本還是多組樣本，樣本量一般不超過20。國外取一組樣本時樣本量多數(shù)在20～30之間，取多組樣本時平均樣本量超過40，樣本分組越多，樣本量越大。樣本量大，輸出的數(shù)據(jù)多，結(jié)果的處理國外大部分研究包含均值分析、方差分析和相關(guān)性分析，部分研究中采用回歸分析;國內(nèi)的數(shù)據(jù)處理上相對簡單，一些研究僅使用了均值和方差分析，少數(shù)研究使用回歸分析。

(3)內(nèi)容細、程度深。在駕駛員心理和生理方面的研究中，大致遵循研究的時間主線，即危害研究(駕駛行為)、原因研究(認知行為、生理變化)、檢測方法研究和預(yù)防方法研究。國外在各個因素對駕駛行為和認知行為的影響方面都有過研究，而對生理變化的研究略有欠缺;國內(nèi)目前還停留在對認知行為的研究階段，就具體研究內(nèi)容而言，國內(nèi)研究覆蓋面小，研究內(nèi)容還有待細化，深度也需要加強。

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