陈 颖

（山东交通学院交通与物流工程学院 济南 250023）

0 引 言

据交通事故统计数据分析显示，紧急状态下的驾驶人高度应激状态导致的操作失误而引发的交通事故占有一定比例［1］.通过对紧急状况下驾驶人认知过程深入分析，适当的训练可以提高驾驶人在紧急状况下的反应速度和车辆操作准确性，以及降低应激反应的损害程度［2］.从20世纪90年代开始，长安大学刘浩学等从驾驶技能形成特性的角度提出了驾驶人应激能力的可训练性［3-4］.目前，系统性的驾驶人应激训练理论研究及有效性验证研究还是相对较少.笔者从认知科学、生理学和心理学的角度来研究驾驶人应激训练理论，然后采用虚拟仿真技术设计并实现了驾驶人应激训练仿真系统，并选择被试进行仿真实验进行验证，实验结果证明理论分析的正确性.

1 驾驶人应激理论

1.1 驾驶人应激的定义

应激是指机体对外界或内部各种刺激所产生的非特异性变化的总和［5］.现在，应激（stress）多指出乎意料的紧张情况所引起的情绪状态［6］.

在紧急状况下，驾驶人比较容易出现应激状态，例如驾驶人行驶在自由畅行的城市道路上突然有行人横穿等，这时需要驾驶人迅速地判断情况，并在一瞬间进行信息处理和决策.与此同时，紧急情景会引起了机体的激活水平发生显著改变，例如心率、血压、肌紧张度，从而引起个体处于情绪的高度应激状态和积极的行动应对这种显著变化［7］.

应激状态对驾驶行为有着很大影响，并有着显著的个体差异.有着丰富经验的驾驶人的应激状态不明显，思维比较敏捷，迅速反应以应对紧急情况.与此相反，应对经验不足的驾驶人应激状态非常明显，往往紧张过度造成手忙脚乱、或不知所措而导致交通事故.

因此，驾驶人在这种突如其来、让人猝不及防的危险和紧急情况下所表现出的生理、心理和行为的高度应激状态称为驾驶人应激或驾驶人应激状态.驾驶人在受到这种外界紧急情况刺激所产生应激状态的综合反应称为驾驶人应激反应，包括生理反应、心理反应和行为反应.

1.2 驾驶人应激生理机制及测量

与其他心理过程相同，应激是人神经系统和大脑相联系所发生的机体变化和外部表现.其生理机制主要与以下两方面有关.

1）应激与植物性神经系统、运动神经和化学传递相关 植物性神经系统在大脑皮层的控制之下进行活动，并且通过植物性神经节和化学传递质传达到各内效应器官支配有机体的活动.应激状态中的机体变化提供了对应激状态进行客观测量的条件，可运用各种生理记录仪器把心率、呼吸、血压、肌肉电流等生理反应记录下来.这些生理变化均可以作为应激变化的客观指标.

2）应激与中枢神经机构相关 现代生理学认为中枢神经机构在应激等情绪发生中的作用.其中，大脑皮层是皮层下部位以及整个有机体的最高调节器，其控制着皮层下中枢的活动，并直接控制应激等情绪状态.俄国生理学家巴普洛夫把包含应激的所有情绪与大脑皮层动力定型的建立联系在一起，认为暂时神经联系的维持或破坏使人对现实的态度发生改变.

因此，从动力定型的角度来看，驾驶人应激是外在应激环境中驾驶人对所处环境因受过去经验影响所产生的外部表现.

1.3 驾驶人应激训练与动力定型

驾驶人的应激反应与条件反射类似，是由于反复做同一动作而形成的一种经验定式，可以通过特定的驾驶训练和长期的驾驶实践活动获得.主要是驾驶人在日常驾车活动过程中，对道路交通系统中可能出现的各种突发事件储存了一定的处理模式.

相对于长期的实践获得，特定的驾驶人应激训练是对应激状态进行训练，巩固驾驶人在应激状态下的正确驾驶行为，而形成紧急状态下的“动力定型”，具有以下表现形式：（1）多余动作的消失；（2）应激状态的消减；（3）“视觉控制作用”的减弱与“动觉控制作用”的增强；（4）灵活性得到提高，随着道路条件、环境条件以及交通条件等变化而灵活地运用已有的应激反应能力.

2 驾驶人应激训练系统及仿真实验

2.1 驾驶员应激训练系统

驾驶人应激能力需要不断的重复训练才能形成，但是考虑安全因素无法在实车上进行培训.基于现代驾驶模拟器的虚拟仿真训练具有经济、安全及可重复的优点，已经成为驾驶人应激训练的最主要方法.驾驶人应激训练系统的实现主要有两个部分：硬件系统和软件系统，见图1.

图1 驾驶人应激训练系统框架

由图1可见，驾驶人应激训练系统由硬件系统和软件系统构成：硬件系统，包括驾驶模拟器硬件模块和传感器数据传输模块，软件系统，包括车辆控制模块和视景仿真模块.按照道路交通环境进行划分，驾驶人应激训练系统针构建了14个应激场景，利用VC++，OpenGL和MultiGen Creator等虚拟仿真技术实现，见图2.

图2 驾驶人应激训练系统场景示例

2.2 实验目的及参数选择

在应激状态下的驾驶人的人体各生理指标会出现显著的波动.紧急状况发生时，受到突发性的紧急状况的影响，驾驶人的心理紧张程度会产生急剧变化，即心率随之急剧变化.紧急状况的复杂程度和驾驶人的紧张程度是引起心率变化的重要因素，而且使用生物反馈仪器能够对心率进行数据采集，误差小且驾驶实验过程中采集相对简单.因此，本研究确定选取心率作为测量驾驶人应激训练仿真实验的指标参数.

驾驶人应激仿真实验主要从两方面对应激训练效果来进行评价：（1）在应激训练中完成应激训练场景的成功率来评价；（2）在应激训练中应激反应的生理指标来评价.

其中，如果驾驶人在应激训练中顺利完成训练场景的训练并且没有发生任何危险，则将该次训练标记为“成功”；如出现碰撞、停车或驶出车道等情况，则标记该次训练为“不成功”.

2.3 实验样本

有研究表明新手驾驶人更容易在紧急状况下表现出高应激状态.由于实验条件极其所限，主要考虑驾驶经验的差异性，本研究仅以青年驾驶人为实验对象.选择30 名长安大学在校硕士研究生：其中男性20名，女性10名；年龄在23～28岁之间；有初步驾驶经验（驾龄＜3年）的有14 人，无任何驾驶经验的16人.在仿真实验中，所有被试者均需要是首次使用仿真器进行驾驶，以避免仿真驾驶经验带来的结果差异.

2.4 实验设备与数据采集

实验采用自主开发设计的驾驶人应激训练系统，并选用美国BIOPAC公司生产的多导生理记录仪MP150采集驾驶人应激训练仿真实验参数.

3 仿真实验结果分析

3.1 训练效果分析

对计算机记载的首次应激训练完成情况进行汇总分析，得出应激场景的完成与训练次数之间的关系.见图3.

图3 应激场景的完成率与训练次数的变化关系

在图3中，由于缺乏应激应对经验而导致危险发生几率较高，根据应激场景的难易情况，这些典型应激场景的首次训练完成率20%～60%.随着训练次数的增加，场景完成率逐步上升并趋于100%，最终驾驶人在该应激场景下的“动力定型”基本形成.

实验根据驾驶模拟器纪录下触发应激场景的时间，用Acknowledge软件计算出驾驶人单次训练中应激场景出现后3s内心率的平均值，作为单次训练应激状态下的心率.并且以被试者第一次训练心率数据为基准，计算出该场景下各次训练的平均心率变化率.30名被试者在14 个应激场景中平均心率变化率与训练次数的变化关系如图4所示.

从图4可以看出，随着训练次数增加，驾驶人应激状态下的心率逐步下降并趋于平缓.数据结果证明经过多次训练后的被试心理紧张状态有所缓解，并且逐步地趋于平稳.表明训练有助于帮助驾驶人在应激状态下正确进行信息的加工处理和操作，避免或减少驾驶人由于过度紧张导致的失误操作；同时，“动力定型”得以形成，这对驾驶人在紧急情况下能够安全避险具有积极意义.

图4 平均心率变化率与训练次数的变化关系

3.2 回归分析

以心率变化率作为样本参数，对14个场景分别进行数据分析.通过曲线拟合，得出基础心率变化率与训练次数之间的关系，并通过显著性来检验其有效性，见表1，表2.

当驾驶人心理紧张程度变化不大时，则可认为“动力定型”基本形成，则中止实验.通过数据分析发现当连续两次训练次数（N与N-1次）的心率变化率小于1%时，驾驶人的心理紧张趋于平缓，则中止对该场景的训练，此时认为“动力定型”已基本形成，并以此确定N次为该应激训练场景的标准训练次数，如表1所列.

表1 应激场景应激训练回归模型及建议训练次数

表2 对数曲线模型的显著性检验

由表1，表2可见，当驾驶人在训练到表1建议训练次数时，驾驶人面对此类危险所需避险动作的“动力定型”基本形成，则可以中止对该场景的训练.回归模型能很好的表示驾驶人在应激场景上进行应激训练时，心率变化率随训练次数增加的变化规律.

4 结 论

本文通过系统性的阐述驾驶人应激理论，并选择被试者基于自主设计的驾驶人应激训练系统进行仿真实验，通过实验结果分析得出以下结论.

1）结合认知科学、心理学、生理学和行为理论，完善并形成了驾驶人应激理论和驾驶人应激训练理论.驾驶人应激理论包括应激的定义、应激的形成过程和应激的改善途径；将驾驶人应激或应激状态定义为在突如其来、让人猝不及防的危险和紧急情况下，所表现出的生理、心理和行为的高度应激状态；结合动力定型理论形成驾驶人应激训练理论，即驾驶人应激反应能力可通过相应的训练来提高，且探讨了驾驶人应激能力改善的方法，并确定仿真方法可作为研究驾驶人应激的工具和方法.

2）在驾驶人应激训练的研究中，采用虚拟技术和传感技术设计了驾驶人应激训练系统.组合设计了14个不同复杂程度的应激场景，并利用虚拟现实技术实现了场景的视景仿真.整个训练系统逼真、经济、有效，为驾驶人应激训练的研究和其他驾驶人应激状态的研究提供了较高的平台.

3）利用驾驶人应激训练系统平台选择被试者进行了仿真实验，根据驾驶应激生理机理选取心率作为仿真实验参数，统计分析表明，随着训练次数的增加，驾驶人触发应激场景时的心率呈现下降趋势，表明驾驶人在经过多次应激训练后动力定型基本形成，再次经历该场景时紧张程度下降，结论对紧急情况下驾驶人能够安全避险具有积极意义.

［1］刘浩学，刘唏柏.交通心理学［M］.西安：陕西科学技术出版社，1992.

［2］唐 博.基于Direct 3D 技术构建驾驶员应激训练系统的研究［D］.西安：长安大学，2006.

［3］赵建有.汽车驾驶员应激能力分析［J］.长安大学学报：自然科学版，2003，7（4）：91-95.

［4］曹日昌.普通心理学［M］.北京：人民教育出版社，2005.

［5］陈 颖，刘浩学.女性驾驶人应激反应能力研究［J］.交通运输系统工程与信息，2012，12（3）：170-173

［6］MATTHEWS G，DORN L，GLENDON I，Personality correlates of driver stress［J］.Personality and Individual Differences，1991，4（16）：565-571.

［7］DORN L，MATTHEWS G.Two further studies of personality correlates of driver stress［J］.Personality and Individual Differences，1992，8（13）：949-951.