驾驶中拨打手机对驾驶人脑力负荷及驾驶行为的(3)

2)转向灯使用能力。实验过程中对驾驶人的换道、转弯次数以及转向灯的使用情况统计如表5所示。转向灯使用次数多于变更车道或转弯次数时,则存在变道、转弯未成功执行的情况;反之,说明驾驶人在变道、转弯时存在不使用转向灯的情况。从表5中数据可知,6组对比实验中有1组换道次数出现明显增加,4组实验换道次数相对稳定,另有一组实验换道次数减少较大。从转向灯使用情况来看,6组实验中有3组表现为灯光使用次数明显减少,1组表现为略有减少,另有2组无变化。最后,由转向灯使用次数与变道、转弯次数的对比分析可知,在拨打手机情况下,样本2和样本3都大量出现了忘记使用转向灯的情况,这在实际驾驶中是重要的安全隐患。另从实验观察可知,有些驾驶人在变道、转弯时尽管使用了转向灯,但普遍存忘记关闭的现象,也容易造成错误的信息传达。

表5 转向灯使用及车辆变道、转弯频数统计注:数据含义“转向灯使用次数/变更车道或转弯次数”。驾驶场景及状态 样本1 样本2 样本3高速公路 正常驾驶 15/16 20/19 21/20打手机驾驶 15/15 10/17 12/13城市道路 正常驾驶 16/13 16/19 16/17打手机驾驶 14/13 11/20 16/21

3)档位变换能力。由表6可知,在驾驶模拟时间长度相近的情况下,高速公路档位变换次数明显小于城市道路,与实际情况相符。对比打手机与正常驾驶情况下的换档次数可知,3个样本在两种交通场景下均出现了换档次数降低的情况。对于同一驾驶人而言,在正常驾驶时的换档次数可以认为是合理的,那么换档次数的降低则意味着不能够根据实际道路情况合理地使用档位。

表6 驾驶人换档频数统计驾驶场景及状态 样本1 样本2 样本3高速公路 正常驾驶 13 10 9打手机驾驶 12 6 6城市道路 正常驾驶 35 24 35打手机驾驶 30 19 12

4)速度保持能力分析。在高速公路上选择了特定的平直路段和弯道作为分析对象,对不同样本、不同情形下的车辆运行速度进行了统计,而在城市道路上则分别选择了平直路段和交叉口作为分析对象进行了统计,分析得路段平均速度及标准差,共24组数据见表7。两类情形下均要求驾驶人在驾驶过程中不受其他车辆的干扰。对比拨打手机前后的平均速度可知,12组数据中有4组下降明显,2组上升明显,6组基本无变化;对比拨打手机前后的速度标准差可知,12组数据中有6组明显上升,2组明显下降,4组变化不明显。由此,可以得出以下初步判断:驾驶中拨打手机对平均速度影响不显著,尤其是对城市道路影响不明显;二是拨打手机时速度标准差呈现增大趋势,会对车流稳定性造成一定影响。

表7 不同场景、不同状态下平均速度及速度标准差比较样本 分析样本及指标高速公路车速分析平直路段正常 打手机弯道正常 打手机城市道路车速分析平直路段正常 打手机交叉口转弯正常 打手机1 平均速度/(km·h-1) 97.41 85.95 96.62 93.07 47.83 47.45 24.86 24.07速度标准差 3.46 8.36 4.58 7.04 3.66 2.96 9.20 3.45 2 平均速度/(km·h-1) 101.24 111.15 100.56 102.42 48.79 47.83 25.64 26.60速度标准差 0.77 7.09 0.50 0.50 1.71 3.90 10.36 12.10 3 平均速度/(km·h-1) 94.85 85.00 98.32 90.78 39.47 39.06 23.07 28.92速度标准差 6.36 3.58 1.24 6.01 4.01 6.83 5.20 5.35

结束语

本文基于驾驶模拟实验分析了驾驶中拨打手机对驾驶人脑力负荷、信息获取能力以及车辆操控能力的影响,得出如下结论:①驾驶过程中拨打手机造成了驾驶人脑力负荷大幅增加、认知资源的强制消耗,导致驾驶人信息处理判断能力大幅下降;②拨打手机时驾驶人的档位控制合理性、灯光使用合理性、速度保持能力明显下降;③驾驶模拟环境的本身也会对驾驶人心率变异性产生较大影响。城市道路环境相对复杂,因此驾驶人心率差异性相比高速公路有明显增大。基于以上结论,建议相关管理部门应当对驾驶中拨打手机的行为进行适当限制,尽可能减少事故风险。此外,驾驶经验的增长对拨打手机产生的影响能够起到一定的消减作用。因本研究仅针对低驾龄人群开展,故在样本数量和样本的选择上存在局限性,研究结论的普适性还需进一步验证。

引 言我国道路事故分析表明因驾驶人观察不足、判断失误、操作不当等因素造成的交通事故占到事故总量的90%以上。观察不足会造成驾驶人不能够及时获取必要信息,进而会影响到后续的决策及车辆操控行为,增加事故风险。造成驾驶人观察不足的因素很多,驾驶过程打手机就是其中一类重要因素。认知心理学理论认为,人在完成一项心理作业时,他们的认知资源是有一定限度的,这种限度使人们必须把有限的资源有控制地分配到不同的活动的不同的地方去[1]。在驾驶过程中拨打手机必然会造成认知资源耗费和脑力负荷的增加,这必然使得驾驶人对交通环境信息的处理能力下降,进而会影响到驾驶行为及安全性。美国国家安全委员会2009年的最新研究报告指出:美国每年由于驾驶中使用手机通话直接或间接导致的交通事故占到了所有事故的6%,约636 000起,导致330 000人受伤,12 000重伤,2 600人死亡;同时,研究结果还指出驾驶中使用手机时发生受伤交通事故的概率是不使用手机的4倍[2]。国外对打手机对驾驶行为地影响开展了大量研究:以色列Bar Ilan大学的 Tova Rosenbloom研究了手机通话对驾驶人的车头间距保持以及车速分布的变化特性[3];美国Michael 等人通过驾驶模拟器研究了不同通话难度对驾驶行为的影响[4]。瑞典道路与运输研究所、新西兰Roland Matthew s等研究了驾驶人在不同交通环境下,手持手机通话、免提通话以及不进行通话3种状态的驾驶行为表现[5-8]。加拿大的Jeff K.Caird等人分析了驾驶人拨打手机时反应时间,车辆横向位置,车头间距以及车速等指标的变化规律[9]。国内在拨打手机对驾驶行为的影响研究尚处于起步阶段,一些必要的分析设备、方法相对缺乏。本文借鉴已有研究内容及方法,确定将拨打手机对驾驶人信息获取能力及驾驶行为所造成的影响作为分析重点,基于驾驶模拟实验平台对不同交通场景下正常驾驶与拨打手机2类情形下的驾驶人心率变异性各项指标进行了全程监测,通过一系列客观指标分析了拨打手机造成的脑力负荷变化、信息获取能力及驾驶行为造成的影响。一方面希望能够找到一种合理可行的驾驶人信息获取能力及驾驶行为的标准评估方法;另一方面,希望能通过实验分析得出一些有价值的结论。研究方法1.1 实验思路要求每名受试驾驶人先后在驾驶模拟器上完成“高速公路正常驾驶”、“高速公路拨打手机驾驶”、“城市道路正常驾驶”、“城市道路拨打手机驾驶”4组试验。每组实验约15 min,结束后请驾驶人休息10 min再进行后续实验,以减少驾驶人疲劳对各项测试指标造成的影响。实验结束后采用问卷调查的方式就拨打手机对驾驶造成影响的方面及影响程度进行统计 实验样本实验样本为3名驾龄小于 3 a的男性驾驶人,年龄在25～35岁之间;身体健康状况良好,无心脏病或神经系统疾病;实验前1 d睡眠充足,无饮酒或服用药物的情况 实验设备三菱DS6000C型驾驶模拟器,利用该模拟器提供的高速公路驾驶、城市道路驾驶场景作为本次实验的场景。其中,高速公路驾驶任务相对简单,所需处理的信息量相对较小;城市道路驾驶任务中共有16处危险场景需要处理,需要驾驶人获取更多的信息、面临更多的决策和操控任务;②摄像机,用于记录实验过程中的车辆运行速度及驾驶人的操控行为;③KF2型多参数生理信息采集仪,用于全程监测驾驶人心率变异性各项指标,用作驾驶人脑力负荷定量评估依据 谈话内容设计为确保驾驶人信息处理强度,本次实验设计了3类问题:①简单问题——此类问题难度低,一般无需思考,如“驾驶人生日、家庭住址、手机号码”等;②想象类问题——此类问题需要驾驶人发挥想象,对认知资源消耗较大,如“某房间有几扇门、有几盏灯”等;③数学计算问题——按照由易至难分别为加法、乘法及简单的方程计算问题;④短时记忆题——此类题将消耗驾驶人的短时记忆资源,如“要求驾驶人记忆手机号码并重复”。关于各类问题的具体内容,本文不作展开。特别地,在实验组织中各组题目难度应尽可能一致并避免重复,以减少因问题本身因素对脑力负荷影响分析造成的干扰 心率变异性指标分析内容分析心率变异性时,拟分选取 LF、HF、LFNU、HFNU、LF/HF、TP等频域指标进行分析,其中LFNU、HFNU是指标作标准化处理值。低频值LF可用于表征交感神经的兴奋程度,高频值HF则表征迷走神经的兴奋程度,LF/HF反映交感神经与迷走神经张力平衡程度[10-11]。根据测量结果,采用对比分析方法确定拨打手机对实验的影响是否显著 信息获取及车辆操控行为分析内容在信息获取方面,主要考察内容:前方信息观察能力、对后方信息观察能力。在车辆操控行为方面,主要考察内容:灯光使用合理性、档位使用合理性、速度保持能力。在实验过程中,全程观察驾驶人行为的变化,在实验结束后就观察结果与受试驾试人进行交流并确认。最后,对观察结果进行统计分析,得出相关结论。结果分析讨论2.1 心率变异性指标分析2.1.1 心电图形直观比较对比正常驾驶与驾驶拨打手机两种情形下的ECG简图可见,心电图形态变化非常明显,如表1。对ECG简图局部放大得心电详图,可以更清晰地看出拨打手机时心电图形态所发生的明显变化。由此可以初步判定,驾驶过程中拨打手机对驾驶人心脏自主神经活动影响明显。表1 心电图直观比较分析注:本组结果为样本一高速公路驾驶情景下,正常驾驶与驾驶中拨打手机时心电图比较,本处用做示例。驾驶状态 ECG30 min简图 心电详图正常驾驶驾驶拨打手机2.1.2 心率变异性频域指标分析3个受试驾驶人,每人进行4组实验,共测得12组数据,见表2。由表2可知,打手机驾驶相比于正常驾驶情况下 TP指标值增大(占总体的100%),LFNU指标值上升(占总体的 83%)、HFNU指标下降(占总体的83%),规律明显。同时,从表2数据还可以看出同一样本在不同驾驶模拟环境中的心率变异性指标,以及不同样本在同一类环境中的心率变异性指标均存在较大差异,因此可以断定驾驶人样本本身以及驾驶模拟环境也是影响心率变异性的重要因素。鉴于本文分析重点是拨打手机对驾驶人心率变异性的影响特性,故对驾驶人因素及环境因素的影响分析不作展开。分别计算各指标的变化率,结果见表2。因变化率计算均针对同一样本、同一道路场景,故规避了驾驶人个体差异及场景差异对心率变异性的影响。表2 心率变异性频域指标比较注:LFNU、HFNU为LF、HF指标标准化结果。道路环境及驾驶状态 LFN U指标值 变化率/%HFNU指标值 变化率/%LF/HF指标值 变化率/%TP指标值 变化率/%1 2 3高速公路(正常)高速公路(打手机)城市道路(正常)城市道路(打手机)高速公路(正常)高速公路(打手机)城市道路(正常)城市道路(打手机)高速公路(正常)高速公路(打手机)城市道路(正常)城市道路(打手机)66.98 65.90 69.77 75.69 32.42 57.83 43.18 50.1 31.69 63.23 49.75 8.49 78.38 15.82 99.53 6.45 33.03 34.10 30.23 24.31 67.58 42.17 56.82 49.99 68.31 36.77 50.25 47.05 2.59 2.177 2.64 3.57 0.50 1.61 0.85 1.26 0.52 2.08 1.04 35.23 222.00 48.24 300.00 20.19 549.70 764.05 686.32 1 154.96 1 264.16 1 839.62 1 676.27 2 389.45 624.93 1 551.81 585.32 1 030.03 38.99 68.28 45.54 42.55 148.32 75.98分析各指标变化率的分布情况,如图1。指标的变化表明,拨打手机状况下驾驶人出现了交感神经紧张和自主神经活性降低的现象。在排除了驾驶人疲劳、场景影响及样本差异的前提下,基于前人研究结论,可以初步推断导致心率变异性指标变化的因素是拨打手机引起的脑力负荷增加所致。图1 心率变异性各指标变化率分布2.2 打手机对驾驶行为的影响脑力负荷的增加势必造成驾驶人认知资源的强制耗费,造成用于处理交通环境信息的认知资源减少。本处通过驾驶人自评估与客观指标分析相结合的方式,对拨打手机对驾驶行为的影响进行分析 驾驶人主观自评估实验结束后立即对受试驾驶人进行问卷调查,让驾驶人结合自身驾驶感受,对拨打手机造成影响的种类及影响程度的大小进行主观判定,统计结果如表3所列。表3 拨打手机对驾驶人信息获取及车辆操控能力的影响分析分析项目 影响程度分级大中小无环境观察能力 2 1 0 0灯光使用能力 2 1 0 0档位变换 3 0 0 0速度保持能力 0 2 1 0从主观自评结果看,拨打手机对驾驶人的环境观察、灯光使用、档位变换能力影响较大,对速度保持能力影响其次 驾驶行为表征指标分析1)驾驶人信息获取能力。驾驶模拟实验中对驾驶人观察左右后视镜的次数进行了统计,结果见表4。由表中数据可以明显看出,无论是高速公路、城市道路,拨打手机均造成了左右后视镜观察次数大幅下降,意味着驾驶人环境信息获取能力的大幅下降,在车辆转弯、变更车道等情况下安全隐患突出。表4 后视镜使用频数统计注:数据含义“观察左观后镜次数/观察右观后镜次数”。驾驶场景及状态 样本1 样本2 样本3高速公路 正常驾驶 43/14 25/14 9/17打手机驾驶 29/2 15/5 12/6城市道路 正常驾驶 7/14 19/10 19/15打手机驾驶 6/7 9/6 12/62)转向灯使用能力。实验过程中对驾驶人的换道、转弯次数以及转向灯的使用情况统计如表5所示。转向灯使用次数多于变更车道或转弯次数时,则存在变道、转弯未成功执行的情况;反之,说明驾驶人在变道、转弯时存在不使用转向灯的情况。从表5中数据可知,6组对比实验中有1组换道次数出现明显增加,4组实验换道次数相对稳定,另有一组实验换道次数减少较大。从转向灯使用情况来看,6组实验中有3组表现为灯光使用次数明显减少,1组表现为略有减少,另有2组无变化。最后,由转向灯使用次数与变道、转弯次数的对比分析可知,在拨打手机情况下,样本2和样本3都大量出现了忘记使用转向灯的情况,这在实际驾驶中是重要的安全隐患。另从实验观察可知,有些驾驶人在变道、转弯时尽管使用了转向灯,但普遍存忘记关闭的现象,也容易造成错误的信息传达。表5 转向灯使用及车辆变道、转弯频数统计注:数据含义“转向灯使用次数/变更车道或转弯次数”。驾驶场景及状态 样本1 样本2 样本3高速公路 正常驾驶 15/16 20/19 21/20打手机驾驶 15/15 10/17 12/13城市道路 正常驾驶 16/13 16/19 16/17打手机驾驶 14/13 11/20 16/213)档位变换能力。由表6可知,在驾驶模拟时间长度相近的情况下,高速公路档位变换次数明显小于城市道路,与实际情况相符。对比打手机与正常驾驶情况下的换档次数可知,3个样本在两种交通场景下均出现了换档次数降低的情况。对于同一驾驶人而言,在正常驾驶时的换档次数可以认为是合理的,那么换档次数的降低则意味着不能够根据实际道路情况合理地使用档位。表6 驾驶人换档频数统计驾驶场景及状态 样本1 样本2 样本3高速公路 正常驾驶 13 10 9打手机驾驶 12 6 6城市道路 正常驾驶 35 24 35打手机驾驶 30 19 124)速度保持能力分析。在高速公路上选择了特定的平直路段和弯道作为分析对象,对不同样本、不同情形下的车辆运行速度进行了统计,而在城市道路上则分别选择了平直路段和交叉口作为分析对象进行了统计,分析得路段平均速度及标准差,共24组数据见表7。两类情形下均要求驾驶人在驾驶过程中不受其他车辆的干扰。对比拨打手机前后的平均速度可知,12组数据中有4组下降明显,2组上升明显,6组基本无变化;对比拨打手机前后的速度标准差可知,12组数据中有6组明显上升,2组明显下降,4组变化不明显。由此,可以得出以下初步判断:驾驶中拨打手机对平均速度影响不显著,尤其是对城市道路影响不明显;二是拨打手机时速度标准差呈现增大趋势,会对车流稳定性造成一定影响。表7 不同场景、不同状态下平均速度及速度标准差比较样本 分析样本及指标高速公路车速分析平直路段正常 打手机弯道正常 打手机城市道路车速分析平直路段正常 打手机交叉口转弯正常 打手机1 平均速度/(km·h-1) 97.41 85.95 96.62 93.07 47.83 47.45 24.86 24.07速度标准差 3.46 8.36 4.58 7.04 3.66 2.96 9.20 3.45 2 平均速度/(km·h-1) 101.24 111.15 100.56 102.42 48.79 47.83 25.64 26.60速度标准差 0.77 7.09 0.50 0.50 1.71 3.90 10.36 12.10 3 平均速度/(km·h-1) 94.85 85.00 98.32 90.78 39.47 39.06 23.07 28.92速度标准差 6.36 3.58 1.24 6.01 4.01 6.83 5.20 5.35结束语本文基于驾驶模拟实验分析了驾驶中拨打手机对驾驶人脑力负荷、信息获取能力以及车辆操控能力的影响,得出如下结论:①驾驶过程中拨打手机造成了驾驶人脑力负荷大幅增加、认知资源的强制消耗,导致驾驶人信息处理判断能力大幅下降;②拨打手机时驾驶人的档位控制合理性、灯光使用合理性、速度保持能力明显下降;③驾驶模拟环境的本身也会对驾驶人心率变异性产生较大影响。城市道路环境相对复杂,因此驾驶人心率差异性相比高速公路有明显增大。基于以上结论,建议相关管理部门应当对驾驶中拨打手机的行为进行适当限制,尽可能减少事故风险。此外,驾驶经验的增长对拨打手机产生的影响能够起到一定的消减作用。因本研究仅针对低驾龄人群开展,故在样本数量和样本的选择上存在局限性,研究结论的普适性还需进一步验证。参考文献[1] 彭冉龄,张必隐.认知心理学[M].浙江:浙江教育出版社,2000.[2] National Safety by Cell Phone-watch their stories[EB/OL](2009-07-10)[2010-08-26].http:/page/[3] Rosenbloom performance while using cell phones:An observational study[J].Journal of Safety Research 2006(37):207-212.[4] Rakauskas M E,Gugerty L J,Ward N of naturalistic cell phone conversations on driving performance[J].Journal of Safety Research,2004(35):453-464.[5] T?rnros J,Bolling A.Mobile phone use-effects of conversation on mental workload and driving speed in rural and urban environments[R].Washing ton,D C:Transportation Research Part F 9,2006:298-306.[6] Matthews R,Legg S,Charlton S.The effect of cell 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文章来源：《交通运输工程学报》 网址: http://www.jtysgcxb.cn/qikandaodu/2020/1017/398.html