馬 勇 付 銳，2▲ 袁 鈺 周曉桐

（1.長安大學(xué)汽車學(xué)院 西安 710064；2.長安大學(xué)汽車運(yùn)輸安全保障技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西安 710064）

0 引言

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義，駕駛分心（driving distraction）是指注意力指向與正常駕駛不相關(guān)的活動(dòng)，從而導(dǎo)致駕駛操作能力下降的1種現(xiàn)象［1］。因駕駛?cè)艘暰€偏離或分心產(chǎn)生的注意力不集中是引發(fā)交通事故的常見且重要原因［2］，這一誘因在車輛追尾事故中表現(xiàn)尤為顯著。根據(jù)美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）的對(duì)百輛車自然駕駛行為的長期實(shí)車觀測試驗(yàn)，近80%的碰撞和65%的臨近碰撞都與駕駛分心有關(guān)［3］。針對(duì)上述問題，自20世紀(jì)80年代以來，許多研究人員都對(duì)駕駛分心進(jìn)行了研究［4－7］?，F(xiàn)有研究主要集中于駕駛分心檢測方法的探究，以及某種單一分心任務(wù)對(duì)駕駛安全的影響。其中，常用的駕駛分心檢測方法包括眼動(dòng)測量和視覺遮擋（VOT）等直接測量法，以及外周視覺檢測任務(wù)（PDT）等間接測量法［8］。

使用手機(jī)是最常研究的1種分心任務(wù)，而在真實(shí)的駕駛過程中，除了使用手機(jī)，還可能發(fā)生許多其他的分心任務(wù)。根據(jù)分心來源一般可將駕駛分心分為3 大類：視覺分心（如查看汽車導(dǎo)航信息）、操作動(dòng)作分心（如調(diào)節(jié)車載收音機(jī)、CD 等）和認(rèn)知分心（如思考和回憶問題等）［9］。通常認(rèn)為，視覺分心和認(rèn)知分心是造成交通事故的主要原因［10］。Yekhshatyan［11］的分析指出，認(rèn)知分心通常與聲音系統(tǒng)、數(shù)學(xué)計(jì)算或者接免提電話有關(guān)，并使駕駛?cè)藢?duì)危險(xiǎn)反應(yīng)變得遲緩。駕駛?cè)艘暰€離開前方道路的時(shí)間少于2s時(shí)一般不會(huì)增加事故風(fēng)險(xiǎn)，而超過2s時(shí)風(fēng)險(xiǎn)則會(huì)加 倍［3，11］。Kaber等［12］采用仿真試驗(yàn)?zāi)M使用導(dǎo)航時(shí)產(chǎn)生的視覺分心、認(rèn)知分心和復(fù)合分心，并分別評(píng)估每1類分心在制動(dòng)、加速和超車時(shí)對(duì)駕駛?cè)朔磻?yīng)能力產(chǎn)生的影響，認(rèn)為復(fù)合分心對(duì)駕駛?cè)艘笞罡?，視覺分心和認(rèn)知分心也都增加了駕駛?cè)说墓ぷ髫?fù)荷，對(duì)車輛的控制和駕駛?cè)说淖⒁曅袨楫a(chǎn)生了不同程度的影響。

綜上所述，目前對(duì)分心的檢測方法及某種單一分心任務(wù)對(duì)駕駛安全的影響雖然已有較多研究，但無論是實(shí)車道路試驗(yàn)還是駕駛模擬器仿真試驗(yàn)，都是直接使用不同類型的分心任務(wù)，對(duì)同一類型的分心任務(wù)，往往直接通過施加時(shí)間來區(qū)分任務(wù)的影響程度。然而不同類型的分心任務(wù)對(duì)駕駛?cè)朔磻?yīng)能力及操作能力的影響是否存在程度上的差異，是否能對(duì)其進(jìn)行一定的評(píng)級(jí)，分心任務(wù)施加時(shí)間對(duì)分心程度的影響如何，相關(guān)研究都很少。因此，筆者設(shè)計(jì)了3種不同的分心任務(wù)，以模擬幾種常見的分心任務(wù)，并根據(jù)不同復(fù)雜度條件下各種分心任務(wù)對(duì)駕駛?cè)说挠绊懗潭葘?duì)分心任務(wù)進(jìn)行量化的評(píng)級(jí)，以期為今后的試驗(yàn)研究提供方便、準(zhǔn)確地施加精確量化的分心任務(wù)奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備及測試原理

反應(yīng)時(shí)間是指從刺激呈現(xiàn)到做出反應(yīng)之間所經(jīng)歷的時(shí)間，它是評(píng)價(jià)人類活動(dòng)的1 個(gè)重要變量［13］。本試驗(yàn)根據(jù)駕駛適宜性原理，采用選擇反應(yīng)測試儀（見圖1），檢測駕駛?cè)诵熊囘^程中在不分心和各種分心的狀態(tài)下，對(duì)于突發(fā)信息和相互重疊的信號(hào)是否能夠迅速做出反應(yīng)，并進(jìn)行準(zhǔn)確無誤的處理。同時(shí)將反應(yīng)時(shí)間和操作準(zhǔn)確度作為考察駕駛?cè)朔磻?yīng)速度、準(zhǔn)確性及其機(jī)敏性的測量指標(biāo)。

圖1 選擇反應(yīng)判斷檢測儀Fig.1 Choice and reaction judgment detection module

選擇反應(yīng)測試儀的硬件：紅、綠、藍(lán)3種刺激信號(hào)在5cm 處的照度分別為110，230和60lx；蜂鳴器的聲強(qiáng)在1.5 m 處為40dB；反應(yīng)時(shí)間以1／1 000s計(jì)，最長可讀取到9.99s。軟件部分可以通過USB接口將反應(yīng)時(shí)間和操作準(zhǔn)確度的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)內(nèi)的串口調(diào)試器軟件。

選擇反應(yīng)測試儀即采用計(jì)算機(jī)控制紅、綠、藍(lán)3種顏色刺激信號(hào)和蜂鳴器，使其隨機(jī)出現(xiàn)，并要求被試者針對(duì)不同刺激分別做出左手按鍵、右手按鍵和右腳踩踏板等相應(yīng)的反應(yīng)。在進(jìn)行分析時(shí)，上述操作任務(wù)被稱為主任務(wù)。

1.2 被試駕駛?cè)?/h3>

選取21名非職業(yè)駕駛?cè)藚⑴c試驗(yàn)，但只有13人完整參與了包括視覺分心、認(rèn)知分心和復(fù)合分心在內(nèi)的3 種分心試驗(yàn)。13 人中，男性7 名，女性6名，年齡為23～29歲，駕齡為0.5～5年。試驗(yàn)過程中保持環(huán)境安靜，避免駕駛?cè)耸芷渌蛩赜绊憣?dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。

1.3 試驗(yàn)方法

筆者將無分心狀態(tài)作為對(duì)照，在駕駛?cè)瞬僮鬟x擇反應(yīng)測試儀的主任務(wù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了3種分心試驗(yàn)作為分心次任務(wù)，包括視覺分心、認(rèn)知分心和復(fù)合分心。視覺分心采取視線遮擋法，遮擋時(shí)間用1s和3s作為復(fù)雜度區(qū)分，由試驗(yàn)員提示被試駕駛?cè)碎]眼以實(shí)現(xiàn)視線偏離。認(rèn)知分心采用交談、回憶和計(jì)算作為3種復(fù)雜度漸增的分心任務(wù)：交談時(shí)，由試驗(yàn)員以交談形式詢問被試者各種問題；回憶信息時(shí)，試驗(yàn)員在試驗(yàn)開始前給予被試者一些電話號(hào)碼和詞語信息，要求被試者盡量記憶，并在試驗(yàn)開始后提醒被試者回憶；數(shù)學(xué)計(jì)算時(shí)，由試驗(yàn)員持續(xù)向被試者口述100 以內(nèi)加減法計(jì)算題。復(fù)合分心采用視覺分心3s時(shí)的進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算作為分心任務(wù)。3種分心次任務(wù)及其復(fù)雜度的設(shè)計(jì)見表1。試驗(yàn)中，被試在每種分心次任務(wù)中完成主任務(wù)操作的反應(yīng)時(shí)間及操作準(zhǔn)確度均由軟件自動(dòng)記錄。

表1 3種分心次任務(wù)及其復(fù)雜度Tab.1 Three distraction tasks and the complex rates

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 反應(yīng)時(shí)間

將13名被試者的反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)按照7種分心任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表2。

表2 不同分心任務(wù)下被試者反應(yīng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.2 Driver’reaction time in different distraction tasks

通過分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，相比于無分心狀態(tài)，其他6種分心任務(wù)的平均反應(yīng)時(shí)間都有不同程度的增加，由表2不難看出，對(duì)駕駛?cè)说牟僮鞣磻?yīng)能力影響最大的復(fù)合分心，其次是復(fù)雜條件下的認(rèn)知分心和復(fù)雜條件下的視覺分心。

使用SPSS擬合工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得出式（1）～（7）及圖2，分別為各自條件下反應(yīng)時(shí)間的概率密度函數(shù)及頻率分布圖。

由圖2（a）可知，無分心時(shí)，被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間較短，在0.44～0.8s的范圍內(nèi)分布不均勻，80%左右的平均反應(yīng)時(shí)間分布在0.5～0.7s的范圍內(nèi)。

由圖2（b）可知，視覺分心1s時(shí)，被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間略有增加，不均勻的分布在0.53～0.93s的范圍內(nèi)，被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間在0.8s左右的概率最大。由圖2（c）可知，視覺分心3s時(shí)，被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間有明顯增加，不均勻地分布在0.83～1.25s的范圍內(nèi)，被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間在0.96s左右的概率最大。

由圖2（d）可知，交談時(shí)被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間與無分心相比略有增加，不均勻的分布在0.5～0.98s的范圍內(nèi)，且在0.7s左右概率最大。由圖2（e）可知，回憶時(shí)被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間比較長，不均勻的分布在0.67～1.20s的范圍內(nèi)，在0.87s左右概率最大。由圖2（f）可知，計(jì)算時(shí)被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間分布在0.70～1.54s之間，較前幾種分心方式相比，平均反應(yīng)時(shí)間明顯增加且在1.02s左右的概率最大。由圖2（g）可知，復(fù)合分心時(shí)，被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間分布在0.96～1.49s之間，平均反應(yīng)時(shí)間最長，且在1.26s左右的概率最大。

圖2 不同分心任務(wù)時(shí)的反應(yīng)時(shí)間頻率分布Fig.2 Reaction time frequency distributions under different distraction tasks

對(duì)比各種試驗(yàn)條件下的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著分心任務(wù)難度的增大，被試駕駛?cè)似骄磻?yīng)時(shí)間的均值與方差都逐漸增大：均值體現(xiàn)了該狀態(tài)下被試駕駛?cè)朔磻?yīng)時(shí)間的平均水平；方差體現(xiàn)了數(shù)據(jù)的離散程度，方差越大則該狀態(tài)下被試駕駛?cè)朔磻?yīng)時(shí)間的變化越大。在無分心的情況下，被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間的方差最小，即此時(shí)被試駕駛?cè)藢?duì)緊急情況的處理能力是相近的；而復(fù)合分心時(shí)平均反應(yīng)時(shí)間的方差最大，即在該狀態(tài)下被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間波動(dòng)最大，說明在難度較大的分心任務(wù)中，駕駛?cè)藢?duì)出現(xiàn)緊急情況時(shí)的反應(yīng)差別較大。

2.2 操作錯(cuò)誤次數(shù)

除了反應(yīng)時(shí)間，本試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)了7種分心任務(wù)條件下的操作錯(cuò)誤次數(shù)，并將其作為評(píng)價(jià)分心任務(wù)對(duì)安全駕駛影響的另一項(xiàng)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)得出的錯(cuò)誤反應(yīng)次數(shù)見表3。

表3 7種分心任務(wù)下操作錯(cuò)誤次數(shù)Tab.3 Operation error counts under different distraction tasks

由表3可知，無分心時(shí)，被試駕駛?cè)说牟僮麇e(cuò)誤次數(shù)最少；交談與視覺分心1s時(shí)的操作錯(cuò)誤次數(shù)有少量的增加；回憶時(shí)，操作錯(cuò)誤次數(shù)較明顯增加；視覺分心3s和計(jì)算時(shí)，操作錯(cuò)誤次數(shù)較多，而復(fù)合分心時(shí)被試駕駛?cè)说牟僮麇e(cuò)誤次數(shù)最多。綜上所述，隨著分心難度的增大，被試駕駛?cè)耸艿降挠绊懺酱?，更容易出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤，操作錯(cuò)誤次數(shù)明顯增加，操作正確度有所下降。

2.3 顯著性檢驗(yàn)

通過以上描述性統(tǒng)計(jì)，不難看出視覺分心1s和交談時(shí)的平均反應(yīng)時(shí)間最短，錯(cuò)誤次數(shù)最少；回憶時(shí)的平均反應(yīng)時(shí)間略有增加，同時(shí)操作錯(cuò)誤次數(shù)增多；而視覺分心3s和計(jì)算都使得被試駕駛?cè)说姆磻?yīng)時(shí)間和操作錯(cuò)誤次數(shù)明顯增加；被試駕駛?cè)嗽趶?fù)合分心時(shí)的反應(yīng)時(shí)間最長，操作錯(cuò)誤次數(shù)最多。為了驗(yàn)證上述結(jié)果，需引入顯著性檢驗(yàn)，以說明分心任務(wù)對(duì)反應(yīng)時(shí)間是否存在影響，且該影響是否存在顯著差異，結(jié)果見表4。

表4 7種試驗(yàn)條件下反應(yīng)時(shí)間的顯著性分析Tab.4 Difference analysis for reaction time under different distraction tasks

表4 對(duì)7 組數(shù)據(jù)進(jìn)行了F檢驗(yàn)，得到P＜0.05，因此在7種不同的試驗(yàn)條件下，被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間之間存在差異，且這種差異非常顯著。

下面對(duì)7種試驗(yàn)條件下的平均反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行兩兩比較，分析不同分心任務(wù)時(shí)對(duì)被試駕駛?cè)说挠绊懯欠裼酗@著性差異，從而將其作為分心任務(wù)評(píng)級(jí)的理論基礎(chǔ)。

第一步，將無分心與其他6種分心狀態(tài)的差異性比較，由表5可知，視覺分心1s和交談與無分心相比較，P＞0.05，則被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間之間并沒有顯著的差異，因此視覺分心1s和交談并沒有對(duì)被試駕駛?cè)水a(chǎn)生明顯的影響，可認(rèn)為這2種分心對(duì)被試駕駛?cè)水a(chǎn)生了同等的影響，可歸為一類。視覺分心3s、回憶、計(jì)算以及復(fù)合分心與無分心相比較時(shí)，P＜0.05，說明這4種分心任務(wù)都對(duì)被試駕駛?cè)水a(chǎn)生了明顯的影響，需要再進(jìn)行差異性比較。

表5 無分心與其他形式分心的反應(yīng)時(shí)間差異性檢驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Difference analysis results for reaction time with and without distraction tasks

第二步，對(duì)視覺分心3s、回憶、計(jì)算以及復(fù)合分心4種分心進(jìn)行比較。表6為視覺分心3s與另外3中分心的差異性比較，由表6可知，計(jì)算與視覺分心3s相比較時(shí)，P＞0.05，則被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間之間沒有顯著的差異，因此可認(rèn)為視覺分心3s和計(jì)算對(duì)被試駕駛?cè)水a(chǎn)生了同等的影響，可歸為一類?；貞?、復(fù)合分心與視覺分心3s相比較時(shí)，P＜0.05，則認(rèn)為被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間之間存在較為顯著的差異，需要對(duì)回憶和復(fù)合分心進(jìn)行進(jìn)一步差異性比較。

表6 視覺分心3s與回憶、計(jì)算和復(fù)合分心的差異性檢驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Difference analysis results for reaction time between 3－second visual distraction and recalling，calculating，and compound distraction

第三步，對(duì)回憶和復(fù)合分心進(jìn)行差異性比較，如表7所示，P＜0.05，則認(rèn)為回憶與復(fù)合分心兩兩相比較時(shí)，被試駕駛?cè)说钠骄磻?yīng)時(shí)間存在顯著差異。

表7 回憶與復(fù)合分心的差異性檢驗(yàn)結(jié)果Tab.7 Difference analysis results for reaction time between recalling and compound distraction

綜上，視覺分心1s和交談對(duì)駕駛操作具有同等程度的影響，視覺分心3s和計(jì)算具有同等程度的影響，而無分心、回憶和復(fù)合分心分別與其他類型的分心都具有顯著差異。結(jié)合圖2中7種分心任務(wù)條件下的平均反應(yīng)時(shí)間，可將該7種分心任務(wù)按照對(duì)駕駛?cè)说挠绊懗潭扔尚≈链蠓譃?個(gè)等級(jí)，即無分心、視覺分心1s／交談、回憶、視覺分心3s／計(jì)算、復(fù)合分心，見表8。

表8 7種分心任務(wù)的評(píng)級(jí)Tab.8 Rating for the different distraction tasks

3 結(jié)束語

被試駕駛?cè)俗⒁饬Σ患泻鸵暰€偏離對(duì)駕駛操作會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。復(fù)合分心對(duì)駕駛?cè)说挠绊懽畲?；進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算會(huì)使駕駛?cè)嗽诎l(fā)生緊急狀況時(shí)反應(yīng)時(shí)間超過1s，與視覺分心3s一樣對(duì)駕駛?cè)擞绊戄^大；回憶信息對(duì)駕駛?cè)说挠绊懕容^明顯；視覺分心1s和交談對(duì)駕駛?cè)水a(chǎn)生的影響較小。

通過平均反應(yīng)時(shí)間及顯著性差異表分析了不同分心狀態(tài)對(duì)被試駕駛?cè)说挠绊懗潭?，并將分心任?wù)按照影響程度遞增劃分為如表8所示的5級(jí)。在后續(xù)施加分心任務(wù)的模擬器駕駛和實(shí)車駕駛試驗(yàn)中，可以依照這樣的5級(jí)劃分對(duì)駕駛?cè)耸┘硬煌潭鹊姆中娜蝿?wù)，例如，可將一般的交談與視覺分心1s視為同等程度的分心任務(wù)，將一般的計(jì)算任務(wù)與視覺分心3s視為同等程度的分心任務(wù)。

筆者試驗(yàn)是在室內(nèi)進(jìn)行的模擬操作試驗(yàn)，未考慮車速的影響，對(duì)分心任務(wù)的程度劃分也不夠細(xì)致，后續(xù)可以將筆者研究結(jié)果在駕駛模擬器試驗(yàn)和實(shí)車道路試驗(yàn)中做進(jìn)一步驗(yàn)證和細(xì)致的分析，并就不同車速時(shí)的分心任務(wù)影響進(jìn)行探討。

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