基于车载信息调度的驾驶行为控制分析＊

李文芳 石建军 刘金超

（北京工业大学北京市交通工程重点实验室 北京 100124）

0 引言

城市交通控制正在由传统的信号灯控制向先进的车辆控制系统发展。车载信息系统就是其应用之一。车载信息系统可向驾驶人提供丰富的信息，进而影响驾驶行为，提高道路交通系统安全效率水平。移动通信技术的发展使高速运动的车辆不再是信息孤岛，而是可以高速、便利地与外界交互信息，成为道路交通系统的信息节点。驾驶行为是信息处理过程，有效地调度信息可以达到驾驶行为控制的目的。

车载信息系统中的车载安全预警系统是道路交通安全领域研究的热点，并且有部分产品已经投入应用［1－2］。车载信息对驾驶行为的影响作用问题，目前国内外许多学者做了不少研究。武安娜［3］研究了手机通话和车载无线通信对驾驶任务的影响。研究结论表明：无需手持的车载设备与手持设备对驾驶任务具有几乎同样的干扰。Zhang［4］探索了卡车司机对于车载技术提供反馈的认知能力。结果表明：从当前状况来看，卡车司机没有得到足够的反馈来帮助他们提高驾驶的安全性。卡车司机认为使用车载技术提供反馈可以提高驾驶的安全性。如果设计合理他们也愿意接受。同时，反馈最好以语音的形式提供给司机。

目前国内外的车载信息系统均存在一定的缺点，如设计不完善，导致当前车载信息系统的信息发布不及时、反馈周期长、信息量大、信息效用低、对驾驶行为控制作用差，这些都对驾驶人的操作行为产生负面影响并引发一系列交通安全问题。据统计，在美国近年来所发生的交通事故中，至少有25%的事故是由于驾驶人过多注意车载信息终端而导致的［5］。

城市交通控制系统旨在通过交通控制设施、设备，来指挥、引导出行者和车辆的交通行为，实现安全、有序、畅通的交通控制目标［6］。如何服务于道路交通系统控制目标，针对驾驶人的行为特征，调度车载信息达到驾驶行为控制的目的，使车辆安全运行是本文的重点。

1 车载信息的驾驶行为控制作用

1.1 车载信息表达方式

计算机技术、网络技术、通信技术和现代汽车工业的飞速发展，使GPS导航、移动办公、多媒体娱乐、安全辅助驾驶和远程故障诊断等功能通过网络技术联网形成车载信息系统，向驾驶人提供多种多样的交通信息。常见的车载信息系统分为通信类、导航类、娱乐类、控制类、工作类、安全类6种，不同类型发布的车载信息及信息的表达方式见表1。

表1 车载信息类型及信息表达方式Tab.1 Type of vehicle information and its expression

1.2 驾驶行为控制

车辆在行驶过程中，车载信息系统为驾驶人提供实时的、动态的道路交通信息，不同的车载信息表达方式不同，对驾驶行为产生的影响也不同。基于移动通信设备的个人定制、动态化和多模式的交通出行信息，其内容形式和发布方式上的变革会影响出行者选择行为［8］。车载信息系统通过发布有关信息，影响驾驶人的驾驶行为，在一定程度上达到驾驶行为控制作用，主要体现在以下3个方面。

1）发布的表达警示、提示的信息，例如警报、限速信息等，作用于驾驶人时突出刺激、强化心理判断功能，形成有效的行为自主控制信息环境。

2）基于文字、文化、地理等非交通的专门知识，突出了服务功能，满足驾驶人对信息的心理客观需要，故而容易被接受，其行为导向作用十分明显。

3）实现出行目的是交通行为的基本回报，但不是全部回报，不安全、违法、与信息相背的交通行为产生的现实惩罚和心理上的压迫也可称为回报［8］。例如，不按照导航提示的最佳路径行驶或许会遇到交通拥堵或需要行驶更远距离。

驾驶人对于车载信息系统提供的交通信息，会以自身出行需求为导向自觉寻求、过滤、分析，当驾驶行为判断需求与信息一致时，信息导致交通行为控制。当驾驶人需要诱导信息并成功获取后，驾驶人的采纳情况，很大程度上取决于驾驶人对交通信息的信任度［9］。而且对于所接收到的交通信息，会以自身标准评估信息价值，信息价值越高，对驾驶人的行为控制效用越大。当交通信息与需求、经验相背或信息不完备，重复博弈导致行为控制。

2 驾驶行为的信息调节特性

2.1 多感官复合感知

驾驶行为是驾驶人在接收复杂的车内外环境信息后，在大脑中枢神经活动基础上所做出的动作反应与操作运动［10］。车辆在行驶过程中，驾驶人需要不断适应外部环境并与其他车辆交互，这些交互都是以信息的形式表达的。驾驶人感知交通信息包括感觉和认知2个过程。首先，交通状态的变化直接作用于驾驶人的某种组织或器官，使其能够灵敏地感受到道路交通运行的状态及其变化方式，即感知过程。其次，是驾驶人认识道路交通状况变化的过程。在此过程中，驾驶人对作用于其感觉器官的交通状况进行信息加工，即对感觉信号接收、转换、提取、重建、判断等，并在交通运行状态及其变化方式的刺激下产生相应的反应。

驾驶人在驾驶过程中用各种感觉器官感知信息。视觉是最重要的感官，超过90%的行驶信息是通过视觉通道传递给驾驶人的［11］。听觉的主要作用是对车内外的各种警报做出响应，许多汽车都会用声音警报来提示驾驶人潜在的危险，如倒车雷达、不系安全带、门窗未关好时的警报等，并以警报的音色、音量等影响驾驶行为［12］。触觉则主要用于对汽车的操作上，包括方向盘、刹车、油门、档位等。嗅觉，如车内的焦糊气味、薄荷气味等。另外，还包括驾驶人的其他感觉，如平衡觉，体现在车辆转弯时的平衡感觉以及车辆急刹车时身体的惯性感觉等。还有机体感觉，如车辆通过减速带时的颠簸震动感觉、重力感觉等。驾驶人在驾驶过程中感知信息的途径及内容见图1。

图1 驾驶人感知交通信息途径Fig.1 Driver＇s perception pathways of traffic information

驾驶人感知车载信息的方式通常不是单一的，而是将不同的感觉多重输入（亦即“多感官”）脑部，继而在脑部进行加工、分析并输出至合理及合适的行为反应。例如将视觉显示与听觉呈现相结合，如导航仪采用视觉显示输入（触摸屏输入地址），听觉呈现和视觉显示结合输出（显示路线信息，并语音提示左转、右转、进入高速公路等信息）的方式等等。因此，驾驶人感知车载信息的过程也是多个感觉器官复合感知的过程。

2.2 驾驶行为进程与信息进程

交通信息与驾驶行为是刺激－反应关系，在整个驾驶过程中，驾驶人利用听觉、视觉等感官复合感知交通信息，并对信息进行筛选融合，形成多个动作备选方案，然后从众多备选方案中找到最优，利用肢体执行备选方案，以使车辆更接近驾驶人的预期状态，同时将执行的结果反馈到驾驶人，从中获取经验教训，为下1个驾驶行为过程做准备［13］。在此过程中，就信息而言，包括了信息进程的4个基本部分：信息获取、信息处理、信息输出、信息反馈。根据驾驶人对信息处理的特点，可将驾驶行为进程分解为4个基本过程：认知过程、决策过程、执行过程和学习过程，与信息进程四个基本部分相对应。驾驶行为信息进程见图2。

3 交通信息与驾驶行为交互融合

驾驶人在驾驶过程中，与环境进行着海量的信息交换，这是驾驶行为最重要的特点。环境越复杂，信息交换量就越大。道路交通标志标线、车载装置等，多以信息方式影响驾驶行为，甚至可以借助信息有意制造影响驾驶行为的情境，达到行为控制的目的。适当的信息是实现驾驶行为控制的重要手段，但驾驶行为控制对信息的应用不单单是信息的获取、传送、处理等物理过程，而是建立在驾驶人知识架构上的思维、分析、决策等智能过程。因此，要实现驾驶行为控制，不仅要研究车载装置中的信息进程，还必须研究信息在驾驶人的行为控制中的作用，即信息与行为的交互融合。

观察生活中的编织物可以发现，编织可以将不同的固态物质（通常是具有弹性的物质）织造成新的物品，并拥有新的品性。在不同视角下，编织实现了不同形态物质的“融合”。通常编织由物品线性离散化和构造编织2个步骤构成。第1个步骤使得物品线性纤维化，第2个步骤通过控制节点与连线来织造出平面或立体的编织物品。

与物品的编织相比，在道路交通系统中通过计算、通信和控制实现车载信息进程与驾驶行为进程的编织融合要更复杂。这里的融合常指通过多种物质的理化结合，有效构建新物体或改变物质形态的手段。融合手段或方法常用于新材料的研究，也可用于构造新的系统或事物以提高系统效能。随着信息技术和应用的发展，融合理念被引用到检测器等自动监测数据的加工处理，形成数据融合相关理论、方法和技术，并延伸应用到了信息融合、决策指令融合等。在驾驶过程中，将车载信息进程与驾驶行为进程交互融合，实际上就是信息进程对驾驶行为进程的调节与干预的过程。就是要从信息进程的初始状态出发，通过对驾驶行为的调节、干预，把驾驶行为进程逐步引导到所期望的最终运动状态。见图3。

｛I（τ），B（t），BtI，ItB｝｜gi为实现驾驶行为从i状态到g状态的1个融合过程。其中：I（τ）为信息进程集合；B（t）为驾驶行为进程集合；BtI为对信息进程进行物理化处理（信息施效）；ItB为对驾驶行为进程进行信息化处理；i为融合过程的原始状态集合；g为目标状态集合。即

U＝｛I（τ），B（t），BtI，ItB｝｜gi，u为实验驾驶行为从状态i到状态g的1个融合过程集合。

I（τ）＝｛i1，i2，…，im｝，其中τ∈（τ1，τ2，…，τm）为信息进程的离散时间值；B（t）｛b1（τ），b2（τ），…，bn（τ）｝，其中τ∈｛τ1，τ2，…，τn｝为驾驶行为的离散时间值；i＝｛i＝，i2，…，iq｝，g＝｛g1，g2，…，gq｝

如果想要实现信息进程与驾驶行为进程高度融合，需要大量信息的支持。出行前，驾驶人需要与车载信息系统建立信任关系，完成出行任务后，驾驶人对车载信息系统进行信任度反馈。在出行过程中，需要有大量的检测器来获得更多实时的交通信息，最终完成对驾驶行为进程的调节与干预，使其重新恢复之前的安全运动状态。而当驾驶行为进程未发生变化或变化较小时，此时对驾驶行为进程的检测频率将维持固有频率进行检测。

4 驾驶行为控制

4.1 车载信息调度

车载信息系统是1个包括检测器、控制器和执行器并通过网络形成的闭环反馈控制系统。它依赖计算机系统、无线通信技术、卫星导航装置、交换文字或语音等信息系统与服务器端的集成，通过互联网技术提供信息服务。有了车载信息系统，汽车将不再是孤立的单元，而是通过无线通信，互联网技术成为活动的网络节点。

在车载信息系统构成的网络中，信息调度发生在检测器、控制中心与执行器之间传递的过程中［14］。车内的检测器将车内各种信息及车辆所处的环境信息传递给控制中心，控制中心根据驾驶人所处的道路环境信息及驾驶人自身行为信息调度相关的指令信息，而执行器负责实时地将这些控制指令信息发布给驾驶人。这些指令信息是车载信息系统发布的具有严格法律法规约束、必须强制执行的信息。这些信息具有约束驾驶人驾驶行为的强制性，驾驶人必须严格遵守，当有违反控制信息规定的行为发生时将受到法律规定的明确惩罚性回报或者身体、心理上的影响。例如，车载导航装置提醒的限速信息、驾驶人犯困时发布的清新气味信息、其他法律法规规定的强制条例等信息就属于交通控制指令信息。当驾驶人接受这些交通控制指令信息，控制自己的交通行为，对驾驶人个人来讲，其回报是隐性的，不像处罚那样直接、明显。车载信息调度过程见图4。

图4 载信息调度过程Fig.4 Telematics scheduling process

4.2 车载信息调度形式及参数

在行驶过程中，车载信息调度的指令信息会根据驾驶行为的变化而不断地变化。执行器在信息发布方式上多采用适合驾驶人信息调节特点的，简单、明确、易于掌握的信息。发布指令信息后，驾驶人以其感知器官本能地获取指令信息，对于指令信息的接受是综合应用感知器官的过程。一般来说，驾驶人通过视觉、听觉、嗅觉、触觉等方式获取指令信息，这些指令信息以语言、图像、视频等不同的形式干预驾驶人的行为。表2为驾驶行为控制配置调度效用信息。

表2 驾驶行为控制配置调度效用信息Tab.2 Driving behavior control configuration scheduling utility information

4.3 可调度的信息集合

车载信息系统通过调度不同的信息，突出刺激、强化心理判断功能，形成有效的行为自主控制信息环境。构建不同的控制语境，使驾驶人控制信息语境的构建因指令信息的不同而呈现出动态的发展和变化趋势，驾驶人并不是完全被动地受控于给定的语境，而是能够借助包括提示语言、图像在内的种种手段生成、改变或选择自己所认为适当的语境。也正因为如此，驾驶人能够在同车载信息提示交互过程中迅速转换不同语境框架，这也使得语境显得更加复杂，驾驶人可能常常置身于多重语境中，语境随着语言事件的推进而不断地改变。

同时，也可通过发布动态交通流量、流速、拥挤信息，通过车载信息系统指导驾驶人选择较好的通行路径。将诱导策略的制定与驾驶人路径选择行为特点相结合，分析驾驶人对不同诱导信息的刺激程度。对提升诱导信息系统的效率、优化路网道路资源分配、减少用户出行延误以及降低碳排放具有一定的理论和现实意义。

4.4 车载信息调度案例

当车载GPS测速与道路限速对比，如若判定驾驶人超速行驶，就会用语音来提醒驾驶人“您正在超速行驶，请减速慢行”，此时，就是通过语音提醒为驾驶人构造出1个告知语境。驾驶人通过对这句告知语音的具体语言环境，准确地理解提示的含义，获得自己“正在超速行驶”的提示信息，采取一定的措施来降低车速，从而保证行车安全。当车辆继续以超过道路限速的速度行驶时，控制装置通过语音提醒驾驶人“超速可能引发交通事故”，为驾驶人构造提醒语境。如果驾驶人在此语境中，理解了这条语境的语义信息并采取减速措施，则此时导航装置对趋避超速驾驶行为起到了控制作用。如果驾驶人不听从语音提示，继续超速行驶，交通监控将会对超速车辆进行违章记录，同时车载信息系统将该车辆以前接收的或者可能接收的超速罚单以图片的形式，为驾驶人提供1个“警告语境”，控制驾驶人的减速行为，希望驾驶人能够降低行驶速度。再进一步，导航装置会构造强化语境，通过1张以往超速导致的交通事故现场图片来强化降低车速的重要性。如果该驾驶人仍然不接收之前的“告知语境”、“提醒语境”、“警告语境”、“强化语境”提供的指令信息，就提供一些威胁信息，从而控制驾驶人的超速行为。

5 结束语

分析了车载信息的表达方式和驾驶人的信息调节特性，将驾驶行为进程与车载信息进程融合，通过有效及时地调度信息从而实现驾驶行为控制。但是，笔者对车载信息调度及可调度的信息集合分析还存在一定的欠缺，要想更全面更深入地从驾驶人的信息调节特性方面及时、准确、充分地调度车载信息，即真正实现信息进程与驾驶行为进程的融合，还需要无线通信、自动控制、微处理器及动态检测等技术的发展和成熟才能为解决上述问题提供技术支持，才能使得本文系统的设计与实现成为可能。

［1］Automotive collision avoidance system（ACAS）program／first annual report［R］.Washington.D.C：National Highway Traffic Safety Administration（NHTSA），2000.

［2］Special investigation report－highway vehicle and infrastructure－based technology for the prevention of rear－end collisions［R］.Washington.D.C：National Transportation Safety Board（NTSB），2001.

［3］武安娜，王 颖，张 伟.驾驶模拟条件下移动电话对驾驶绩效影响研究［J］.人类工效学，2007，13（3）：44－46.Wu Anna，Wang Ying，Zhang Wei.Study under simulated driving conditions on a mobile phone on driving performance［J］.Ergonomics，2007，13（3）：44－46.（in Chinese）.

［4］Zhang B，Huang Y H，Rau P L P，et al.A study of Chinese truck drivers＇attitudes toward feedback by technology［J］.Safety Science，2006（44）：747－752.

［5］秦梦阳，石建军.交通信息在出行行为中的影响分析［J］.交通信息与安全，2012，2（30）：58－61.Qin Mengyang，Shi Jianjun.Trafficbehavioral under the influence of traffic information［J］.Journal of Transport Information and Safety，2012，2（30）：58－61.（in Chinese）.

［6］林彩霞，刘浩学.车载信息终端对驾驶员操作行为影响的分析［J］.丹东师专学报，2002，24（4）：62－63.Lin Caixia，Liu Haoxue.Analysis of the driver－ve－hicle information terminal operating behavior［J］Journal of Dandong Teachers College，2002，24（4）：62－63.（in Chinese）.

［7］Chorus C G，Molin E J E，Arentze T A，et al.Validation of a multimodal travel simulator with travel information provision［J］.Transportation Research Part C，2007，15（3）：191－207.

［8］石建军.交通行为控制原理［M］.北京：人民交通出版社，2009.

Shi Jianjun.Principles of traffic behaviour control［M］.Beijing：China Communications Press，2009.（in Chinese）.

［9］石建军，常书金.交通信息与交通行为控制［J］.石家庄铁道学院学报，2008，21（4）：39－43.Shi Jianjun，Chang ShuJin.Traffic information and traffic behavior control［J］.Journal of Shijiazhuang railway institute，2008，21（4）：39－43.（in Chinese）.

［10］刘江鸿，李 刚.车载信息系统对行车安全的影响分析与改善对策［J］.湖南交通科技，2011，37（4）：172－175.Liu Jianghong，Li Gang.Impact of in－vehicle information systems to improve traffic safety analysis and countermeasures［J］.Hunan Communication Technology，2011，37（4）：172－175.（in Chinese）.

［11］Dewar R.In－vehicle information and driver overload［J］.International Journal of Vehicle Design，1998，9（4／5）：557－564.

［12］王 颖，张 伟，吴 甦.车载信息系统与驾驶安全研究综述［J］.科技导报，2009，27（13）：105－110.Wang Ying，Zhang Wei，Wu Su.Summary of invehicle information systems and driving safety［J］Technology Review，2009，27（13）：105－110.（in Chinese）.

［13］石建军，史盛庆.驾驶行为的执行过程探讨［J］.交通标准化，2014，42（5）：20－23.Shi Jianjun，Shi Shengqing.Discussion during the execution of driving behavior［J］.Communications Standardization，2014，42（5）：20－23.（in Chinese）.

［14］李祖欣，王万良，等.网络控制系统中的调度问题［J］.计算机工程与应用，2007，43（16）：241－245.Li Zuxin，WANG Wanliang Network control system scheduling problem［J］Computer Engineering and Applications，2007，43（16）：241－245.（in Chinese）.