驾驶情景构建中期望因素及其作用机制

2021-01-14赵丹婷安蕾冰

山东交通科技 2021年1期

赵丹婷，马骏，安蕾冰

（中国人民公安大学，北京 100032）

引言

驾驶情景即驾驶人获取信息的外部环境，主要包括道路的设计以及各种设施的分布与配合。在考虑人的因素进行驾驶情景构建后，驾驶人能否安全有效地使用情景要素成为评价驾驶情景优劣的新准则。驾驶情景与期望的一致性是驾驶活动良好进行的关键。根据认知心理学的图式理论，人的知识是以图式的形式储存于长时记忆中［1］，当人执行一项任务时，图式影响并指导他们如何感知与储存信息，以及如何通过激活图式来向他们提供过去的经验和特定的知识［2］。期望生成于外部信息对图式的激活过程，并被用来寻找与匹配特定形式的新信息。与图式一致的信息由于与期望相匹配，相比那些不一致的信息更容易被读取。因此，驾驶情景的合理构建尤为重要，良好的驾驶情景使驾驶人可以依靠过去的经验来协助驾驶任务，在驾驶活动过程中只需要处理新的信息，大大减少了工作量，有效避免错误与事故的发生。

1 驾驶期望理论初探

在驾驶情景构建的相关理论研究方面，情境意识理论（SA）和自解释道路理论（SER）与驾驶期望密切相关，以这两个理论为例，探究驾驶情景构建中期望因素的重要性与研究的必要趋势。

1.1 情境意识理论

Endsley 提出了情境意识的“三级模型”，分别是对环境中元素的感知、对现状的理解以及对未来状态的预测［3］。它是一个反馈回路，驾驶人通过感官收集的道路环境信息反馈给情境意识，经过整合的结果将用于驾驶人的决策、判断与行为。

期望对于情境意识而言，类似于目标一样的存在［4］，驾驶人对于特定情况的期望可以影响情境意识形成的方式。在Endsley“三级模型”中，期望以目标预期的形式作用于情境意识反馈回路中的整合过程，影响未来状态预测这一层级以及之后的驾驶人决策，进而影响驾驶人行为。因此，情境意识在驾驶活动中的作用形式可以简要概括为：驾驶人具有的驾驶期望使其可以根据行进过程中的道路条件对前方道路环境进行预测，并依此形成驾驶计划，从而对驾驶活动进行引导［5］。

在驾驶情景构建中，无论道路、设施还是车辆的设计都应考虑其是否适应驾驶人的情境意识，符合其期望。以标志设计与设置为例，不仅要考虑信息供给的内容、数量、形式是否符合便于驾驶人读取与理解，标志设置位置也应予以关注，避免因位置设置不当而导致驾驶人忽略或错读信息。除此之外，标志设置的连续性与一致性也与驾驶人期望相关，在驾驶人形成稳定的期望后不应有差异性较大的形式出现标志，如通常在右侧的标志突然出现在左侧这类情形。

1.2 自解释道路理念

自解释道路理念起源于荷兰，认为道路应该是可以自我解释的，即通过自身设计就能够引导驾驶人的安全驾驶行为［6］。在驾驶活动中，驾驶人的功能不应仅仅局限于被动地进行信息接收与处理，相反，他们应该积极参与信息互动。根据图式理论可以得知［1］，驾驶活动的顺利进行一方面依赖于外部信息的输入，另一方面依赖于驾驶人的认知图式。自解释道路的作用就在于通过激活驾驶人的认知图式，从而引导其产生正确的驾驶行为。因此，它的实现要求道路环境一直以符合驾驶人期望的形式出现，需要考虑到驾驶人在进行道路活动时应予以关注的因素，使其能及时发现问题，有时间与精力进行处理。

2 驾驶期望的复杂性

驾驶期望与驾驶任务、信息处理以及驾驶人错误的产生等方面有着错综复杂的关系，通过对驾驶期望的复杂性进行梳理，可以帮助我们更好地把握驾驶人驾驶期望的作用要点，为更好地进行驾驶情景构建提供理论支撑。

2.1 驾驶期望与驾驶任务

ALEXANDER 等［7］提出了驾驶任务三层次的概念模型，分别是运行层、指引层、控制层。运行层是指驾驶人对从起点到目的地的行程中所涉及的活动进行计划与执行。指引层是指驾驶人处理与环境以及其他道路使用者之间的相互作用，如超车、停车、让行等交通行为。控制层是指驾驶人与其所驾驶车辆之间的交互，体现在驾驶人通过方向盘、油门、制动和变速杆等部件对车辆进行操纵。

从驾驶任务模型中可以看出，信息交流分布在驾驶过程的每个层级，根据层级的不同，进行信息处理的频率和难易程度也不同。从控制到指引再到运行，复杂程度不断增加，同时优先顺序则逐渐降低。

期望的作用分布在驾驶任务的各个层级。在控制层级，期望主要体现在驾驶人对车辆操纵性能的熟悉程度。在指引层级，期望则与道路设计和交通运行紧密相关，道路形态的合理性、道路设施（主要包括交通标志标线、交通信号以及安全设施）等能否有效发挥作用都会影响驾驶人的驾驶行为。在运行层级，期望体现在出行计划的实行过程，涉及驾驶人对起始位置的定位，交叉口或匝道出口的选择，对起到引导作用的标志标线的使用情况等。

2.2 驾驶期望与信息处理

信息处理在驾驶人的驾驶活动中是持续进行的。从驾驶任务模型中可以归纳出每个层级都有信息需求，为了满足这些需求，驾驶人必须不断地感知环境，检测信息，并安全有效地进行使用。驾驶人接受和处理信息的过程包含信息搜索、检测、识别和使用过程。在搜索和检测过程中，驾驶人通过感官扫描环境并在短时间内对可用信息进行采集，当检测到潜在需要的信息，驾驶人会连续或间歇性地对其进行关注，直到信息被识别为止。被识别的信息由驾驶人来决定是否需要，被需要的信息会以阅读(如口头或符号类型的信息)，或其他方式被机体感知，作用于反馈过程，指引决策与行为。未立即使用的相关信息会存储在短期记忆中，而期望的构建就来源于短期存储的信息被强化或重复而转化为长期记忆的过程。那些被立即使用的信息，会与长期存储中的先验知识和期望进行比较，以此进行决策并采取相应的行为措施。

研究证实，人可以从一个信息通道快速转移到另一个信息通道，但不能同时接受来自多个通道的输入［8］。也就是说，驾驶人在有限的时间内能够接受用于处理的信息量是有限的。因此，在进行驾驶情景构建时，要注意信息的合理供给，减少无用信息，防止出现驾驶人负荷过载的现象。

2.3 驾驶人错误的产生

除了酒后驾驶、疲劳驾驶等驾驶人自身原因导致的驾驶错误，一些由于外部信息供给不良的情况也会导致驾驶错误的产生，如所提供的道路信息内容不清或缺失；标志或标线布设位置不佳、被遮挡阻隔；由于设计问题（尺寸、对比度等）导致的信息不易识认等。这些情形违反了驾驶人的期望，没有以他们认为的合理方式正确地提供信息，增加了驾驶人的工作负荷，使他们在原本应该正常进行的驾驶活动中需要花费额外的精力来对这些不符合期望的场景进行认识与反应。STAHL 等［9］的研究显示，有预期的事前行动的时间收益为提高驾驶安全性提供了潜在的可能。也就是说，驾驶人如果能及早认识到道路状况的变化，会有更多的时间和空间来采取适当的行动。反之，违反期望场景的出现引发的反应行为可能导致不良后果的发生。

3 驾驶期望概念

驾驶期望概念的提出基于驾驶任务以及驾驶人接收和使用道路系统向其提供的各类信息，它允许驾驶人对驾驶行为进行过程中未来形势的需求、潜在危险的发展以及可能需要的行为做出期望。TANIDA 与POEPPEL［10］研究指出，驾驶是由预期的神经程序控制的，期望是驾驶人行为的核心概念。STAHL［9］将驾驶期望定义为一种感知和解释熟悉线索的高级认知能力，可以预测未来的交通状态。国内学者通过结合驾驶情景状态的改变，将期望进行了新的定义：在完成一个特定驾驶操作任务时，驾驶人在当前驾驶状态下提前形成对下一时刻驾驶状态的期待［11］。

在驾驶活动的相关研究中，期望因素的重要性与日俱增。TANIDA 等［10］通过用认知嵌入构建期望的方式对比了驾驶人在不同驾驶情景中的驾驶感受，得出有预期的环境给予驾驶人更舒适的驾驶体验，提升了他们的驾驶能力。在STAHL 等［12］的研究中发现,新手与有经验的驾驶人的扫视模式差异显著，并提出期望能力可以通过驾驶人在事件发生前所做动作的数量与扫视模式来体现。期望还被用于分心驾驶的研究，NADJA 等［13］针对驾驶次要任务中的期望过程开展研究，证实驾驶人能够根据当前和期望中的驾驶情况，适当地调整他们的次要任务表现、驾驶行为和视觉行为。

4 驾驶情景构建的一致性考虑

良好的驾驶情景应具有一致性，包括道路整体表象的一致性与驾驶情景要素的一致性，它帮助驾驶人依靠过去的经验来协助驾驶任务，可以对驾驶的未来状态进行合理预测，有效维护道路交通的效率与安全。

4.1 道路整体表象一致性

道路整体表象一致性涉及道路分类的理念。在不同的道路外观下，道路特征和对应的驾驶行为会被驾驶人进行主观分类并形成期望。由于驾驶行为受驾驶期望影响，所以主观的道路分类引导并控制着行为［12］。在对我国驾驶人进行主客观道路分级的对比分析中发现，官方道路分级与驾驶人主观道路分级存在一定差异,说明我国道路的“自解释性”不理想［13］。因此，提升对道路分类的关注度并针对不同类别的道路进行易于识别、区分与理解的设计是十分有必要的，无论是从道路安全还是效率层面都有积极作用。（1）路面和标线是形成驾驶人期望的突出道路要素［13］,通过对道路路面和标线以及整体色调的有效设计可以帮助驾驶人更好地对道路进行分类，减少驾驶人进入不同道路驾驶状态的适应时间。（2）道路功能系统也应保证稳定与连续一致的体现，如在道路分向行驶指示系统的设计中，指示系统标线的设计是否能清晰地向驾驶人传递道路分向信息，分向行驶指示标志是否能符合驾驶人期望要求，使其有充足时间进行变道任务，这些设计要点涉及指示系统作用效果的评价，也是驾驶情景构建应着重考虑的一项内容。

4.2 驾驶情景要素的一致性

同质性、可预测性从根本上来说是驾驶情景中单一要素保持一致性的需求。如道路线形、断面以及标志、标线等设施，这些单一要素形成了驾驶情景的特征，参与驾驶人期望的形成过程。因此，单一要素的一致性设计可以帮助驾驶人更好地对未来事件进行预测，避免经常因为不符合驾驶期望信息的出现而导致注意力分散或反应时间延长。驾驶情景要素的一致性可以从三个方面进行考虑。（1）道路基础设施设计需合理。通过对道路基础设施（路肩等）的设计可以向驾驶人传达速度信息，使其在特定道路条件下自主调节速度以实现速度控制［14］。（2）道路线形组合需合理。例如，在一段长直线形后突然接一段小半径曲线，则破坏了道路的一致性，也不符合驾驶人期望。（3）标志标线的合理设置。视觉搜索的效果依赖于环境所诱导的期望，驾驶人会依据搜索任务的要求而不是信息目标的显著程度进行搜索，因此标志标线的设置在数量、位置方面应进行精准把控，相似的道路条件应保持相同的驾驶情景，适应驾驶人的认知图式，从而更好地指引驾驶行为。