駕駛情景構建中期望因素及其作用機制

趙丹婷，馬 駿，安蕾冰

（中國人民公安大學，北京 100032）

引言

駕駛情景即駕駛人獲取信息的外部環境，主要包括道路的設計以及各種設施的分布與配合。在考慮人的因素進行駕駛情景構建后，駕駛人能否安全有效地使用情景要素成為評價駕駛情景優劣的新準則。駕駛情景與期望的一致性是駕駛活動良好進行的關鍵。根據認知心理學的圖式理論，人的知識是以圖式的形式儲存于長時記憶中［1］，當人執行一項任務時，圖式影響并指導他們如何感知與儲存信息，以及如何通過激活圖式來向他們提供過去的經驗和特定的知識［2］。期望生成于外部信息對圖式的激活過程，并被用來尋找與匹配特定形式的新信息。與圖式一致的信息由于與期望相匹配，相比那些不一致的信息更容易被讀取。因此，駕駛情景的合理構建尤為重要，良好的駕駛情景使駕駛人可以依靠過去的經驗來協助駕駛任務，在駕駛活動過程中只需要處理新的信息，大大減少了工作量，有效避免錯誤與事故的發生。

1 駕駛期望理論初探

在駕駛情景構建的相關理論研究方面，情境意識理論（SA）和自解釋道路理論（SER）與駕駛期望密切相關，以這兩個理論為例，探究駕駛情景構建中期望因素的重要性與研究的必要趨勢。

1.1 情境意識理論

Endsley 提出了情境意識的“三級模型”，分別是對環境中元素的感知、對現狀的理解以及對未來狀態的預測［3］。它是一個反饋回路，駕駛人通過感官收集的道路環境信息反饋給情境意識，經過整合的結果將用于駕駛人的決策、判斷與行為。

期望對于情境意識而言，類似于目標一樣的存在［4］，駕駛人對于特定情況的期望可以影響情境意識形成的方式。在Endsley“三級模型”中，期望以目標預期的形式作用于情境意識反饋回路中的整合過程，影響未來狀態預測這一層級以及之后的駕駛人決策，進而影響駕駛人行為。因此，情境意識在駕駛活動中的作用形式可以簡要概括為：駕駛人具有的駕駛期望使其可以根據行進過程中的道路條件對前方道路環境進行預測，并依此形成駕駛計劃，從而對駕駛活動進行引導［5］。

在駕駛情景構建中，無論道路、設施還是車輛的設計都應考慮其是否適應駕駛人的情境意識，符合其期望。以標志設計與設置為例，不僅要考慮信息供給的內容、數量、形式是否符合便于駕駛人讀取與理解，標志設置位置也應予以關注，避免因位置設置不當而導致駕駛人忽略或錯讀信息。除此之外，標志設置的連續性與一致性也與駕駛人期望相關，在駕駛人形成穩定的期望后不應有差異性較大的形式出現標志，如通常在右側的標志突然出現在左側這類情形。

1.2 自解釋道路理念

自解釋道路理念起源于荷蘭，認為道路應該是可以自我解釋的，即通過自身設計就能夠引導駕駛人的安全駕駛行為［6］。在駕駛活動中，駕駛人的功能不應僅僅局限于被動地進行信息接收與處理，相反，他們應該積極參與信息互動。根據圖式理論可以得知［1］，駕駛活動的順利進行一方面依賴于外部信息的輸入，另一方面依賴于駕駛人的認知圖式。自解釋道路的作用就在于通過激活駕駛人的認知圖式，從而引導其產生正確的駕駛行為。因此，它的實現要求道路環境一直以符合駕駛人期望的形式出現，需要考慮到駕駛人在進行道路活動時應予以關注的因素，使其能及時發現問題，有時間與精力進行處理。

2 駕駛期望的復雜性

駕駛期望與駕駛任務、信息處理以及駕駛人錯誤的產生等方面有著錯綜復雜的關系，通過對駕駛期望的復雜性進行梳理，可以幫助我們更好地把握駕駛人駕駛期望的作用要點，為更好地進行駕駛情景構建提供理論支撐。

2.1 駕駛期望與駕駛任務

ALEXANDER 等［7］提出了駕駛任務三層次的概念模型，分別是運行層、指引層、控制層。運行層是指駕駛人對從起點到目的地的行程中所涉及的活動進行計劃與執行。指引層是指駕駛人處理與環境以及其他道路使用者之間的相互作用，如超車、停車、讓行等交通行為。控制層是指駕駛人與其所駕駛車輛之間的交互，體現在駕駛人通過方向盤、油門、制動和變速桿等部件對車輛進行操縱。

從駕駛任務模型中可以看出，信息交流分布在駕駛過程的每個層級，根據層級的不同，進行信息處理的頻率和難易程度也不同。從控制到指引再到運行，復雜程度不斷增加，同時優先順序則逐漸降低。

期望的作用分布在駕駛任務的各個層級。在控制層級，期望主要體現在駕駛人對車輛操縱性能的熟悉程度。在指引層級，期望則與道路設計和交通運行緊密相關，道路形態的合理性、道路設施（主要包括交通標志標線、交通信號以及安全設施）等能否有效發揮作用都會影響駕駛人的駕駛行為。在運行層級，期望體現在出行計劃的實行過程，涉及駕駛人對起始位置的定位，交叉口或匝道出口的選擇，對起到引導作用的標志標線的使用情況等。

2.2 駕駛期望與信息處理

信息處理在駕駛人的駕駛活動中是持續進行的。從駕駛任務模型中可以歸納出每個層級都有信息需求，為了滿足這些需求，駕駛人必須不斷地感知環境，檢測信息，并安全有效地進行使用。駕駛人接受和處理信息的過程包含信息搜索、檢測、識別和使用過程。在搜索和檢測過程中，駕駛人通過感官掃描環境并在短時間內對可用信息進行采集，當檢測到潛在需要的信息，駕駛人會連續或間歇性地對其進行關注，直到信息被識別為止。被識別的信息由駕駛人來決定是否需要，被需要的信息會以閱讀(如口頭或符號類型的信息)，或其他方式被機體感知，作用于反饋過程，指引決策與行為。未立即使用的相關信息會存儲在短期記憶中，而期望的構建就來源于短期存儲的信息被強化或重復而轉化為長期記憶的過程。那些被立即使用的信息，會與長期存儲中的先驗知識和期望進行比較，以此進行決策并采取相應的行為措施。

研究證實，人可以從一個信息通道快速轉移到另一個信息通道，但不能同時接受來自多個通道的輸入［8］。也就是說，駕駛人在有限的時間內能夠接受用于處理的信息量是有限的。因此，在進行駕駛情景構建時，要注意信息的合理供給，減少無用信息，防止出現駕駛人負荷過載的現象。

2.3 駕駛人錯誤的產生

除了酒后駕駛、疲勞駕駛等駕駛人自身原因導致的駕駛錯誤，一些由于外部信息供給不良的情況也會導致駕駛錯誤的產生，如所提供的道路信息內容不清或缺失；標志或標線布設位置不佳、被遮擋阻隔；由于設計問題（尺寸、對比度等）導致的信息不易識認等。這些情形違反了駕駛人的期望，沒有以他們認為的合理方式正確地提供信息，增加了駕駛人的工作負荷，使他們在原本應該正常進行的駕駛活動中需要花費額外的精力來對這些不符合期望的場景進行認識與反應。STAHL 等［9］的研究顯示，有預期的事前行動的時間收益為提高駕駛安全性提供了潛在的可能。也就是說，駕駛人如果能及早認識到道路狀況的變化，會有更多的時間和空間來采取適當的行動。反之，違反期望場景的出現引發的反應行為可能導致不良后果的發生。

3 駕駛期望概念

駕駛期望概念的提出基于駕駛任務以及駕駛人接收和使用道路系統向其提供的各類信息，它允許駕駛人對駕駛行為進行過程中未來形勢的需求、潛在危險的發展以及可能需要的行為做出期望。TANIDA 與POEPPEL［10］研究指出，駕駛是由預期的神經程序控制的，期望是駕駛人行為的核心概念。STAHL［9］將駕駛期望定義為一種感知和解釋熟悉線索的高級認知能力，可以預測未來的交通狀態。國內學者通過結合駕駛情景狀態的改變，將期望進行了新的定義：在完成一個特定駕駛操作任務時，駕駛人在當前駕駛狀態下提前形成對下一時刻駕駛狀態的期待［11］。

在駕駛活動的相關研究中，期望因素的重要性與日俱增。TANIDA 等［10］通過用認知嵌入構建期望的方式對比了駕駛人在不同駕駛情景中的駕駛感受，得出有預期的環境給予駕駛人更舒適的駕駛體驗，提升了他們的駕駛能力。在STAHL 等［12］的研究中發現,新手與有經驗的駕駛人的掃視模式差異顯著，并提出期望能力可以通過駕駛人在事件發生前所做動作的數量與掃視模式來體現。期望還被用于分心駕駛的研究，NADJA 等［13］針對駕駛次要任務中的期望過程開展研究，證實駕駛人能夠根據當前和期望中的駕駛情況，適當地調整他們的次要任務表現、駕駛行為和視覺行為。

4 駕駛情景構建的一致性考慮

良好的駕駛情景應具有一致性，包括道路整體表象的一致性與駕駛情景要素的一致性，它幫助駕駛人依靠過去的經驗來協助駕駛任務，可以對駕駛的未來狀態進行合理預測，有效維護道路交通的效率與安全。

4.1 道路整體表象一致性

道路整體表象一致性涉及道路分類的理念。在不同的道路外觀下，道路特征和對應的駕駛行為會被駕駛人進行主觀分類并形成期望。由于駕駛行為受駕駛期望影響，所以主觀的道路分類引導并控制著行為［12］。在對我國駕駛人進行主客觀道路分級的對比分析中發現，官方道路分級與駕駛人主觀道路分級存在一定差異,說明我國道路的“自解釋性”不理想［13］。因此，提升對道路分類的關注度并針對不同類別的道路進行易于識別、區分與理解的設計是十分有必要的，無論是從道路安全還是效率層面都有積極作用。（1）路面和標線是形成駕駛人期望的突出道路要素［13］,通過對道路路面和標線以及整體色調的有效設計可以幫助駕駛人更好地對道路進行分類，減少駕駛人進入不同道路駕駛狀態的適應時間。（2）道路功能系統也應保證穩定與連續一致的體現，如在道路分向行駛指示系統的設計中，指示系統標線的設計是否能清晰地向駕駛人傳遞道路分向信息，分向行駛指示標志是否能符合駕駛人期望要求，使其有充足時間進行變道任務，這些設計要點涉及指示系統作用效果的評價，也是駕駛情景構建應著重考慮的一項內容。

4.2 駕駛情景要素的一致性

同質性、可預測性從根本上來說是駕駛情景中單一要素保持一致性的需求。如道路線形、斷面以及標志、標線等設施，這些單一要素形成了駕駛情景的特征，參與駕駛人期望的形成過程。因此，單一要素的一致性設計可以幫助駕駛人更好地對未來事件進行預測，避免經常因為不符合駕駛期望信息的出現而導致注意力分散或反應時間延長。駕駛情景要素的一致性可以從三個方面進行考慮。（1）道路基礎設施設計需合理。通過對道路基礎設施（路肩等）的設計可以向駕駛人傳達速度信息，使其在特定道路條件下自主調節速度以實現速度控制［14］。（2）道路線形組合需合理。例如，在一段長直線形后突然接一段小半徑曲線，則破壞了道路的一致性，也不符合駕駛人期望。（3）標志標線的合理設置。視覺搜索的效果依賴于環境所誘導的期望，駕駛人會依據搜索任務的要求而不是信息目標的顯著程度進行搜索，因此標志標線的設置在數量、位置方面應進行精準把控，相似的道路條件應保持相同的駕駛情景，適應駕駛人的認知圖式，從而更好地指引駕駛行為。

5 結語

為降低事故發生的潛在可能性，維護交通系統的效率與安全，應根據駕駛人的期望來構建駕駛情景。駕駛情景的構建不應只是單純要素的羅列，要真正理解并發掘“以人為本”的理念，讓駕駛人與外部環境緊密結合，相輔相成，形成良好的共同發展體系，推動道路交通良性動態循環，這是交通管理的新思路。