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作者：謝曉莉李平生王書云單位：長安大學(xué)公路學(xué)院長安大學(xué)信息工程學(xué)院北京市市政工程研究院

1973年卡恩曼［21］(D．Kahneman)提出的注意的能量模型(圖1)，可以用于解釋喚醒在注意方面及在操作方面的作用。根據(jù)該模型，認(rèn)知系統(tǒng)的加工能力或資源是有限的，人可以利用的資源數(shù)量不是完全固定的，而是和喚醒相連的，即喚醒是有效注意能量唯一的決定因素，在一定時間內(nèi)可利用的資源量隨個體的喚醒水平而變化。一般說來，刺激越強(qiáng)烈，越具有不可預(yù)見性，則它需要的注意越多。1908年，耶基斯(R．M．Yerkes)和多德森(J．D．Dodson)［22］提出的模型(圖2)，詳細(xì)地解釋了喚醒水平和任務(wù)操作之間的關(guān)系。該模型認(rèn)為，過高或過低的喚醒水平與較差的任務(wù)操作有關(guān);最好的任務(wù)操作與適度的喚醒水平有關(guān)。這個水平被稱作“最優(yōu)喚醒水平”。同時，簡單的、易學(xué)會的任務(wù)需要較高的喚醒水平，而困難的、不熟悉的任務(wù)需要中等的喚醒水平。環(huán)境心理學(xué)認(rèn)為，周圍環(huán)境刺激，無論視覺、聽覺、嗅覺或觸覺，都會引起神經(jīng)系統(tǒng)一定水平的喚醒。喚醒水平變化與刺激強(qiáng)度有著密切關(guān)系［23］。另外，環(huán)境刺激的不定性與個體喚醒水平之間呈直線正相關(guān)關(guān)系［24］，如圖3所示。環(huán)境心理學(xué)還認(rèn)為，感覺上的刺激不足和生理上的饑渴同樣令人難以忍受。這種心理上的饑渴狀態(tài)，會驅(qū)使個體饑不擇食地到環(huán)境中去尋求刺激。1．2理論應(yīng)用和推理將上述理論應(yīng)用到駕駛工作領(lǐng)域，并對駕駛員在駕駛疲勞生成過程中的生理、心理變化進(jìn)行推理。最優(yōu)喚醒水平根據(jù)耶基斯－多德森定律［22］，駕駛員駕駛工作的難度決定其完成駕駛工作時應(yīng)具備的最優(yōu)喚醒水平。駕駛員在一定的道路交通環(huán)境中駕駛時，需要具備與道路交通環(huán)境相一致的喚醒水平。由于每個駕駛員所具有的個性特征、駕駛技能及對道路的熟悉程度不同，所以，對于不同的駕駛員來說，在同樣的道路交通環(huán)境中駕駛，駕駛工作難度不一定相同。因此，每個駕駛員所應(yīng)具備的最優(yōu)喚醒水平不同。同樣的道路交通環(huán)境，對經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛員來說，駕駛工作相對簡單，需要具備較高的最優(yōu)喚醒水平;而對新手駕駛員來說，駕駛工作相對困難，則需具備較低的最優(yōu)喚醒水平。當(dāng)前喚醒水平根據(jù)環(huán)境心理學(xué)中環(huán)境不定性與喚醒水平的關(guān)系［24］，當(dāng)駕駛員在道路交通環(huán)境中駕駛車輛時，道路條件、路側(cè)景觀、行駛速度等通過刺激使駕駛員處于一定的喚醒水平，筆者將其稱之為當(dāng)前喚醒水平。道路條件越差、路側(cè)景觀越危險、行駛速度越高、道路交通環(huán)境的不定性越大，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平越高;反之，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平越低。喚醒水平的變化在駕駛過程中，駕駛員必須不斷觀察道路交通情況的變化，迅速進(jìn)行判斷并決定自己的操縱動作。當(dāng)駕駛時間過長時，駕駛員會出現(xiàn)身體疲勞和精神疲勞，當(dāng)前喚醒水平降低。然而，駕駛疲勞并不一定在長時間駕駛后才出現(xiàn)。研究表明［9－11］，在單調(diào)環(huán)境中駕駛時，駕駛員的喚醒水平在比較短的時間內(nèi)也會出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。筆者認(rèn)為，這種情況的產(chǎn)生原因是:隨著駕駛時間增加，在單調(diào)情況下，道路交通環(huán)境的不定性會很快降低，根據(jù)環(huán)境不定性與喚醒水平的線性關(guān)系，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平隨之下降。與此同時，道路交通環(huán)境不定性的降低會使得駕駛難度相對變小，進(jìn)而引起完成駕駛?cè)蝿?wù)所需的最優(yōu)喚醒水平升高。異常駕駛狀態(tài)一般認(rèn)為在駕駛初期，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平位于最優(yōu)喚醒水平范圍內(nèi)。根據(jù)1.2.3節(jié)的分析，隨著駕駛時間增加和道路交通環(huán)境變化，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平和最優(yōu)喚醒水平都可能會發(fā)生變化。當(dāng)駕駛員的當(dāng)前喚醒水平降低時，根據(jù)卡恩曼的注意能量模型［21］，駕駛員可利用的注意能量減小。在需要駕駛員注意的對象并未減小的情況下，可利用能量的減小會導(dǎo)致駕駛員注意對象個數(shù)的減少，同時可利用能量的減少也會導(dǎo)致駕駛員用于每個注意對象上的注意能量的減少，這樣駕駛員就會表現(xiàn)出注意力不足的癥狀。當(dāng)駕駛員的當(dāng)前喚醒水平低于最優(yōu)喚醒水平時，根據(jù)耶基斯－多德森定律［22］，駕駛員的駕駛操作能力也會下降。當(dāng)注意力不足和操作能力下降等癥狀出現(xiàn)的時候，駕駛員就不在正常駕駛狀態(tài)了。因此，當(dāng)駕駛員的當(dāng)前喚醒水平低于最優(yōu)喚醒水平時，駕駛員處于異常駕駛狀態(tài)。抵抗階段當(dāng)駕駛員感覺到自身注意力不足或操作能力下降時，為了行車安全，往往會主動采取一些措施進(jìn)行抵抗。

由于道路交通環(huán)境中的道路條件、路側(cè)景觀是已經(jīng)客觀存在、不能改變的，所以，駕駛員往往通過改變行駛速度來避免異常駕駛狀態(tài)［12－13］。許多駕駛員都意識到當(dāng)速度增大或交通量增加時，需要付出更多的注意力［14］，心理緊張程度也隨之增加［15］。另外，當(dāng)速度提高時，不可避免地增加與其他車輛的沖突次數(shù)，因此換車道次數(shù)也會隨之增加;在與其他車輛發(fā)生沖突時，難免增減速度，因此行駛速度也會隨之頻繁變化［16－17］。除加速這一措施外，當(dāng)駕駛員的當(dāng)前喚醒水平低于最優(yōu)喚醒水平時，駕駛員還會采取其他一些預(yù)防駕駛疲勞的行為措施，如:自我提醒、吸煙、喝咖啡、聽音樂、聊天等。所有這些措施，從本質(zhì)上來說，都是以改變當(dāng)前喚醒水平和最優(yōu)喚醒水平之間的關(guān)系為目的的。根據(jù)卡恩曼模型［21］，對能量要求的評價這一很重要的反饋因素使得駕駛員可以根據(jù)自己的注意力現(xiàn)狀主動調(diào)整當(dāng)前喚醒水平以提供更多的注意能量。自我提醒、吸煙和喝咖啡等措施可以起到直接提高當(dāng)前喚醒水平的作用，縮小與最優(yōu)喚醒水平之間的差距，恢復(fù)注意力和操作能力。加速、換車道等措施使道路交通環(huán)境的不定性增高，一方面，提高駕駛員的當(dāng)前喚醒水平，使其恢復(fù)注意力和操作能力;另一方面，也會造成駕駛員的駕駛工作難度相對增加，使得駕駛員較好完成駕駛工作所需的最優(yōu)喚醒水平相對降低。這樣，也使得當(dāng)前喚醒水平與最優(yōu)喚醒水平之間的差距縮小。聽音樂、聊天等措施相當(dāng)于增加駕駛工作的難度，從而降低駕駛員完成駕駛工作所需的最優(yōu)喚醒水平，縮小與當(dāng)前喚醒水平之間的差距。然而，這種通過降低最優(yōu)喚醒水平以使當(dāng)前喚醒水平與最優(yōu)喚醒水平持平的做法其實(shí)是不可取的，因?yàn)樗荒芷鸬教岣弋?dāng)前喚醒水平以恢復(fù)注意力和操作能力的作用。

模型建立

根據(jù)以上的理論應(yīng)用和推理，建立駕駛疲勞的生成模型，如圖4所示。駕駛員的特征和道路交通環(huán)境共同決定該駕駛員完成駕駛工作的難度，從而決定駕駛員較好完成駕駛工作所應(yīng)具備的最優(yōu)喚醒水平。同時，道路交通環(huán)境通過刺激駕駛員使其處于一定的喚醒水平，即為駕駛員的當(dāng)前喚醒水平。一般在初始情況下，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平位于最優(yōu)喚醒水平范圍內(nèi)，駕駛員處于正常駕駛狀態(tài)。隨著駕駛時間的增加，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平逐漸降低。一旦駕駛員的當(dāng)前喚醒水平低于最佳喚醒水平，駕駛員就處于異常駕駛狀態(tài)，開始出現(xiàn)注意力不足、操作能力下降等癥狀。一般為行車安全，駕駛員并不會聽任這種異常狀態(tài)持續(xù)發(fā)展，而是會采取一些措施進(jìn)行抵抗。通過調(diào)整當(dāng)前喚醒水平或最優(yōu)喚醒水平，使當(dāng)前喚醒水平又回到最優(yōu)喚醒水平范圍內(nèi)。然而，這些措施的效果并不持久。因?yàn)?，道路交通環(huán)境的不定性會隨著駕駛員逐漸熟悉情況而降低。當(dāng)?shù)缆方煌ōh(huán)境的不定性降低后，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平降低、最優(yōu)喚醒水平升高。當(dāng)前喚醒水平又重新低于最優(yōu)喚醒水平了。這時，駕駛員又會繼續(xù)采取措施來調(diào)整這兩種喚醒水平之間的關(guān)系。隨駕駛時間的延長，這一調(diào)整過程不斷循環(huán)。直到駕駛員大腦皮層興奮狀態(tài)因持續(xù)時間過長而采取抑制性保護(hù)的時候，這些措施都將不再起作用。之后，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平將一直低于最優(yōu)喚醒水平，駕駛員處于疲勞駕駛狀態(tài)。

模型應(yīng)用

1預(yù)測駕駛疲勞的生成時刻根據(jù)以上分析，駕駛員的喚醒水平隨駕駛時間可能會發(fā)生如圖5所示的變化。圖5中喚醒水平明顯波動的階段，就是駕駛員采取措施進(jìn)行調(diào)整的階段。駕駛員徹底疲勞，應(yīng)該發(fā)生在該階段之后。筆者認(rèn)為喚醒水平剛開始發(fā)生明顯波動的時刻即為駕駛疲勞剛開始產(chǎn)生之時。需要指明的是，由于人體自身生理調(diào)節(jié)及道路交通環(huán)境中的意外刺激的影響，實(shí)際中駕駛員的當(dāng)前喚醒水平和最優(yōu)喚醒水平都一直存在微小波動。因此，由駕駛疲勞所引起的喚醒水平的波動階段可能并沒有那么明顯。2駕駛疲勞的預(yù)防措施2．1駕駛時間由圖4的駕駛疲勞生成模型可知，對于同一駕駛員來說，道路交通環(huán)境決定駕駛難度，從而決定該駕駛員較好完成駕駛?cè)蝿?wù)所需的最優(yōu)喚醒水平。同時，道路交通環(huán)境也決定駕駛員的初始當(dāng)前喚醒水平。隨駕駛時間的延長，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平有逐漸降低的趨勢。所以，對于簡單的道路交通環(huán)境來說，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平降低到最優(yōu)喚醒水平以下的速度快、空間小，到達(dá)駕駛疲勞的駕駛時間相對較短;對于復(fù)雜的道路交通環(huán)境來說，駕駛員的當(dāng)前喚醒水平降低到最優(yōu)喚醒水平以下的速度慢、空間大，到達(dá)駕駛疲勞的駕駛時間相對較長。因此，道路交通環(huán)境對駕駛疲勞的形成時間有顯著的影響。不管道路交通環(huán)境狀況而采取統(tǒng)一的駕駛時間限制的做法是不恰當(dāng)?shù)摹鸟{駛時間的規(guī)定上來說，針對不同特點(diǎn)的道路，可以對駕駛員的喚醒水平進(jìn)行研究，進(jìn)而利用3.1的分析結(jié)果，對駕駛員進(jìn)行適宜駕駛時間的提示。2．2路線設(shè)計(jì)除對駕駛時間進(jìn)行合理規(guī)定外，設(shè)計(jì)適宜的道路交通環(huán)境也會延緩或減輕駕駛疲勞。例如:在道路交通環(huán)境的其他組成因素不變的情況下，過長的直線很容易引起駕駛員的疲勞。為保障道路交通安全，在路線設(shè)計(jì)時直線不宜過長。然而，適宜的最大直線長度與道路交通環(huán)境的其他組成因素是分不開的。道路上車輛的多少、路側(cè)景觀是否單調(diào)、路面條件的好壞、行駛速度的快慢等都會對駕駛員的喚醒水平產(chǎn)生影響，從而影響駕駛疲勞形成時間。因此，同駕駛時間的規(guī)定一樣，對直線的最大長度也不宜規(guī)定統(tǒng)一的取值。同樣可以利用3.1的分析結(jié)果來確定。2．3景觀設(shè)計(jì)路側(cè)景觀是道路交通環(huán)境的重要組成部分。恰當(dāng)設(shè)計(jì)路側(cè)景觀，也是有效預(yù)防駕駛疲勞的措施。一般做法是每隔一定的距離創(chuàng)造一些興奮點(diǎn)，以喚起駕駛員的注意。關(guān)于興奮點(diǎn)間距的取值，筆者認(rèn)為應(yīng)該利用3.1的分析結(jié)果，從駕駛員在該路段上駕駛疲勞的形成時間考慮，興奮點(diǎn)間最大行程時間的取值就為駕駛疲勞的形成時間，而不宜采取統(tǒng)一的取值。實(shí)際中，當(dāng)受條件所限不得不采用較長的直線或超過一定行程長度的隧道時，就可以通過改變路側(cè)景觀等來影響駕駛員的喚醒水平，從而延緩駕駛疲勞的產(chǎn)生。

結(jié)論

1)將心理、生理學(xué)中相關(guān)的經(jīng)典理論應(yīng)用到汽車駕駛工作領(lǐng)域，分析和解釋了道路交通環(huán)境中駕駛員的生、心理反應(yīng)和行為變化。2)建立了以駕駛員喚醒水平為核心的駕駛疲勞生成模型，描述了駕駛疲勞生成過程中喚醒水平的動態(tài)變化規(guī)律，指出影響這一過程發(fā)展速度的關(guān)鍵因素，強(qiáng)調(diào)道路交通環(huán)境對駕駛員喚醒水平的積極影響。3)將所建立的駕駛疲勞生成模型應(yīng)用于實(shí)際，通過觀察駕駛員喚醒水平的變化，可以確定駕駛疲勞的生成時刻，進(jìn)而為駕駛疲勞預(yù)防措施的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供依據(jù)。4)模型建立的基礎(chǔ)主要是理論推理，尚需繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。