道路场景变化对车驾疲劳影响范文

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随着机动化社会的发展，汽车驾驶员的疲劳问题已引起社会普遍关注。2003年我国中华医学会对516名驾驶员进行了驾驶员警觉度PVT测试和问卷调查，结果表明有50%的被调查者反映曾有驾车打瞌睡的经历，经仪器检测发现20%的被调查者反应时间偏慢［1］

。驾驶员疲劳的产生与很多因素有关。疲劳形成的原因不同，预防措施也应不同。通过对驾驶时间进行限制来预防驾驶疲劳的方法比较简便易行，这也是目前世界普遍采用的方法。然而研究发现无论对驾驶时间进行怎样合理的限制，某些驾驶员仍然会发生疲劳事故［2］。而且太过严苛的规定不但不利于驾驶员工作条件的改善，反而有可能对驾驶员的心理健康产生影响［3］。随着对驾驶疲劳研究的深入，人们开始意识到时间并不是造成驾驶疲劳的唯一因素［2，4］。单调性、温度或噪声等环境因素、当前或之前驾驶状况产生的压力等都可能影响到驾驶疲劳的产生［2］。对于由这类原因引起的驾驶疲劳，采用限制驾驶时间的预防措施将不再有效。

驾驶员在驾驶过程中通过视觉获得大约90%的信息［5］。由于驾驶员在静止时和在具有一定速度时的视觉特性有较大的差异，从高速行驶的车辆中获得的视觉感受与在静止时获得的视觉印象是大不相同的。当汽车行驶时，视野的深度、宽度和视野内的画面都在不断变换，而驾驶员就是根据视野的内容操纵车辆的。因此，在驾驶员视野范围内的道路、交通和环境条件所形成的外界动态视觉刺激，也是影响驾驶疲劳生成的主要因素。为叙述方便，本文将其简称为道路交通环境。

道路交通环境会对驾驶员行为产生影响。有学者对道路线形的影响进行了研究。文献［6］让驾驶员以不同的速度在不同半径的路段上行驶，发现当驾驶员以同一速度在曲线上行驶时要付出比在直线上行驶时更多的注意力。文献［7］通过试验发现，汽车在多弯道路上行驶时驾驶员心率偏高。文献［8－9］作者发现，道路复杂度(平直、弯曲)对驾驶员精神状态的影响较大。文献［4，10］分别用现场试验和驾驶模拟试验证明，驾驶员在直线路段上行车时更容易产生驾驶疲劳。

有学者对道路条件的影响进行了研究。文献［4，11］都在现场试验中发现驾驶员在有边缘线的道路上行驶时不易疲劳，即没有道路标线的路段容易导致驾驶疲劳。文献［12］发现当驾驶员在具有窄路肩的狭窄道路上以及在靠近路侧护栏等障碍物行驶时，唤醒水平增高。文献［13］对高速公路路肩宽度对驾驶疲劳的影响进行了研究，认为过窄的路肩会增加驾驶员行车时的生理紧张度和心理负担，在此环境下长时间驾驶会给驾驶员带来较高的疲劳程度。

有学者对行车速度对驾驶疲劳的影响进行了研究。文献［6］通过现场试验发现当驾驶员在同一半径的曲线路段上以不同速度行驶时，速度越高越需要付出更多的注意力。文献［14］在室内模拟试验中发现行车速度的标准差随驾驶时间的增加而逐渐升高，认为驾驶疲劳会对驾驶员的速度调节能力产生影响。

还有不少学者对道路景观对驾驶疲劳的影响进行研究，认为路侧视觉刺激对驾驶疲劳有影响。文献［15］认为单调的交通景观更易引起驾驶员驾驶疲劳。文献［16］通过问卷调查发现驾驶员普遍认为事故率较高的道路视觉刺激较少、比较单调、难以维持注意力。文献［17］在驾驶模拟舱中试验研究了路侧景观刺激的单调性对驾驶疲劳和警惕性降低的影响，发现在更单调的环境中行驶时，驾驶员会更疲劳、警惕性下降更快。

然而，以上大部分研究只涉及了道路交通环境的某一具体因素，有针对性地对动态变化的道路交通环境对驾驶疲劳影响的研究几乎没有。而道路交通环境恰恰是以动态的形式显示在驾驶员的视野中从而对其产生影响的。对道路交通环境的动态特性进行研究，了解其对驾驶员行车的影响，将有助于从工程角度提高道路交通环境设计的安全水平，从而在行车过程中减缓驾驶疲劳的产生。基于这一目的，本文将首先分析动态道路交通环境的特征，然后对特征要素进行分析，设计合理的试验方案，试验研究道路交通环境的动态变化对驾驶疲劳的影响。

1动态道路交通环境特征分析

驾驶员的外部工作环境———道路交通环境———与一般劳动作业环境不同。首先，一般劳动作业环境是相对固定的，在短时间内不会发生很大的变化;而在驾驶员驾车的过程中，道路交通环境是在不断变化的，而且还会随着道路类型、行驶区域的变化而发生较大的变化。其次，驾驶员与道路交通环境的相互作用比一般劳动作业更加密切:驾驶员在操纵汽车的过程中，一方面必须不断地从道路交通环境中获取相关信息，另一方面其操纵汽车的结果会反过来影响道路交通环境。因此，驾驶工作中的道路交通环境具备以下2个特点:持续变化性和自主可控性。

持续变化性有2层含义。一是指驾驶员视野中的道路条件、路侧景观或交通情况等都在不断变化之中。二是指随着道路的延伸，不同路段的道路条件、路侧景观或交通情况等不同，路段之间前后联143系形成另一种变化，本文称其为模式变化。

自主可控性是从驾驶员的主动角度来说的。由于驾驶员与汽车和道路交通环境之间存在互动关系，所以驾驶员能够通过调节车速或选择路线在一定程度上主动控制道路交通环境的变化。

2试验方案

2.1试验场景设计

为了试验研究动态道路交通环境对驾驶员的影响，设计的试验场景就需具备持续变化性和自主可控性这2个特征。因此，在设计试验场景时，就要考虑场景变化、场景模式变化和驾驶员的行车速度这3个特征要素。这3个特征要素之间并不是完全独立的，而是相互影响、相互制约的。行车速度的变化会引起场景以及场景模式的变化;而驾驶员对场景变化以及场景模式变化的适应性，又会影响到其对车速的选择，引起行车速度的变化。

本文针对动态道路交通环境的2个特征进行了涉及3个试验场景的2组试验。

2.1.1试验场景1

这个试验场景主要用于研究行车速度对驾驶员的影响。试验路段为某山区高速公路上由约7000m的平直路段1、约10000m的弯坡组合路段和约7000m的平直路段2等3部分连续组成的路段。平直路段1和2的道路、交通和环境条件基本相同，如图1所示。试验中驾驶员一次连续通过整个路段，令其在平直路段1上的行驶速度尽量保持在100km/h，在平直路段2上行驶速度在100km/h以上。这样来对比研究驾驶员在通过相同道路、交通和环境条件的路段时，不同的行车速度对其产生的影响。

行车速度定在100km/h是因为在预试验中，驾驶员在舒适情况下的行车速度均在100km/h左右。选取的试验路段上交通量很小，可避免其他车辆对试验车的影响。另外，在2段平直路段中设计弯坡组合路段，既保证了驾驶员行车的连续性，又自然地将整个试验分为2部分。

2.1.2试验场景2

在这个试验场景中，道路交通环境的变化性不大。试验路段为平原区某高速公路全段。该路段全长104.6km，交通量小，道路条件良好，路侧景观变化不大，如图2所示。在试验过程中控制驾驶员的行车速度在80km/h左右，低于其舒适行车速度。同时，尽量保证驾驶员不说话、不吸烟、不听广播等。该路段的道路交通环境只维持了最基本的场景变化，且变化规律，而场景模式基本无变化。

2.1.3试验场景3

在本试验场景中，道路交通环境的变化性较大。试验路段为山区某市范围内一条由4种不同类型道路相互连接而成的线路。按照试验行进方向，道路类型依次为城市道路、高速公路、农村公路和二级汽车专用公路，如图3所示。在试验过程中不对行车速度进行限制。随着道路类型和行车速度的变化，可以认为该试验路段道路交通环境的场景和场景模式都在不断变化。驾驶员在每种类型道路上的行驶时间大约为:城市道路15min，高速公路15min，乡村公路30min，二级汽车专用公路30min。加上经过收费站的时间，总行驶时间约为2h。2.2测量指标及仪器驾驶疲劳与唤醒水平具有密切的关系［18］，驾驶疲劳后唤醒水平降低［19］。因此，本文在试验过程中对驾驶员的唤醒水平进行观测。本文选用心率(心脏每分钟的跳动次数)作为测量唤醒水平的指标。如果在某一特征要素的作用下，驾驶员的心率降低，就认为该要素会使驾驶员的唤醒水平降低，从而起到加速驾驶疲劳生成的作用。试验中采用KF2型动态多参数生理检测仪对被试驾驶员的心率进行测定。试验中采用Novatel动态GPS设备，记录试验车辆在相应路段内的行车速度。同时，在整个试验过程中录制车辆正前方的道路交通状况，以备摘取相应路段上不受无关因素干扰的数据之用。

3试验结果

针对动态道路交通环境的2个特征进行了2组试验，分别研究道路交通环境的场景变化程度和行车速度大小对驾驶疲劳的影响。

3.1数据分析

3.1.1试验1

将试验场景1中驾驶员在2个平直路段上的心率和行车速度进行对比，对应绘出每名驾驶员的逐跳心率箱线图和行车速度误差线柱状图，如图4所示。行车速度误差线柱状图根据行车速度的平均值和标准差绘得。由于受到无关因素影响较大，所以4号驾驶员的数据不进行对比分析。

3.1.2试验2

对于试验场景2，将每10min内的心电数据分为1组，绘制每个时间段内心率数据的箱线图。同时计算每组数据的平均值，在箱线图上绘制出平均心率折线图。4名被试驾驶员在各时间段内的心率箱线图和平均心率折线图如图5所示。对试验场景3中的数据，根据试验过程的现场录像，截取城市道路、高速公路上中间10min长度的心率数据和农村公路、二级汽车专用公路上中间20min长度的心率数据。将在不同类型道路上驾驶时的心率数据按每10min一段绘制箱线图进行对比，如图6所示。

3.2试验结果

3.2.1自主可控性的影响

本文通过比较驾驶员在2个平直路段上的心率水平来评价行车速度对驾驶员唤醒水平的影响，进而推断其对驾驶疲劳的影响。从图4可以看出，1号和3号驾驶员的表现基本一致:在平直路段2上的行车速度比平直路段1上的约高5km/h，在平直路段2上的平均心率比平直路段1上的约高5次/min。2号驾驶员在2个路段上的行车速度之差约为15km/h，平均心率之差高达10次/min。结果表明，较高的行车速度确实会使驾驶员的唤醒水平提高，从而减缓驾驶疲劳的生成。并且行车速度越快，唤醒水平也越高，影响效果越明显。这正说明了道路交通环境的自主可控性这一特征对驾驶疲劳的影响。当驾驶疲劳发生时，驾驶员可以主动采取加速的措施来增加道路交通环境的变化程度，通过增加视觉刺激来提高其唤醒水平以抵抗驾驶疲劳。而这也正是驾驶员在感到疲劳时经常会自动采取的措施。然而，提高行车速度这一措施却不宜提倡，因为它容易引起超速、频繁超车等其他的交通安全隐患。

3.2.2持续变化性的影响

本文通过比较驾驶员在试验场景2和3中的心率的变化趋势来评价道路交通环境的变化程度对驾驶员唤醒水平的影响，进而推断其对驾驶疲劳的影响。在试验场景2中的试验时间并不长，仅为1h左右。在通常情况下，驾驶员并不会出现明显的疲劳感。但从图5中可以看出，4名驾驶员的心率都出现大幅降低的趋势。其中2号驾驶员甚至声称自己在测试中发生了微睡眠(2～3s短暂睡眠)现象。与之形成对比的是，在试验场景3中进行的试验，4名驾驶员在前1h内心率并不明显下降，见图6。这种矛盾情况的出现，正说明在道路交通环境变化程度小的情况下驾驶，随着驾驶员对感官刺激的适应以及紧张感的减弱，其唤醒水平会很快降低，从而产生驾驶疲劳。

从图6中还可以看出，4名驾驶员中有3名驾驶员的心率在测试后下降，说明长时间驾驶也会令驾驶员的唤醒水平降低，确实会造成驾驶疲劳。然而，由于试验场景3中道路类型不断变化，即道路条件、车流密度、路侧景观等均持续变化，造成图6中驾驶员在整个试验过程中的心率变化并不呈直线下降的趋势。这说明，道路交通环境场景模式的变化会干扰驾驶时间的作用效果，对驾驶疲劳的发展产生影响。

同时，从图6还可以看出，当在某一类型道路上驾驶时间偏长时，如农村公路和二级汽车专用公路，驾驶员的心率都有降低的趋势。产生这一现象的原因，本文认为是由于随驾驶时间的增加，驾驶员会逐渐适应新的道路交通环境场景的变化，导致道路交通环境的变化性相对降低。

综上所述，道路交通环境变化性的大小会对驾驶疲劳的形成和发展产生影响。在变化性较小的道路交通环境中驾驶，驾驶疲劳产生的较快;反之，在变化性较大的道路交通环境中驾驶，驾驶疲劳产生得较慢。然而，由道路交通环境的变化性所产生的影响具有一定的局限性，将随着驾驶时间的增加和驾驶员对变化的逐渐适应而变弱。

4结论

经过试验研究，在驾驶疲劳的形成和发展过程中，除了驾驶时间之外，动态道路交通环境也是重要的影响因素。动态变化的道路交通环境具备相互影响和制约的2个特征:持续变化性和自主可控性。通过改变行车速度，驾驶员可以在一定程度上对道路交通环境的变化性主动进行改变，从而对驾驶疲劳产生影响，但可能会引起超速等其他安全隐患。因此，通过对道路交通环境的变化性进行合理的设计将是较好的减缓驾驶疲劳产生、提高道路安全水平的方法。然而，随着驾驶时间的增加，驾驶员的适应性将会减弱道路交通环境的变化性所产生的影响。因此要提出量化的设计建议，需要进一步对道路交通环境的变化程度对驾驶员的影响和驾驶员对变化的适应时间等进行更为细化的研究。