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1、青岛理工大学 硕士学位论文 基于认知心理学的驾驶行为安全性研究 姓名：隋学智 申请学位级别：硕士 专业：车辆工程 指导教师：王丰元；解维亮 201012 摘 要 在交通事故中，处于 人 -车 -路 -环境 闭合交通系统中的人占主导因素。驾 驶员在紧急情况下的感知、判断或操作差错是产生交通事故的主要原因。交通标 志是道路交通的向导，尤其是在进行交通规范或提醒驾驶员前方潜在危险方面， “ 交通标志的设置好坏对驾驶安全起着非常重要的作用。 本文从认知心理学的角度研究了驾驶员对交通标志的视认性。首先分析交通 标志标线的作用、分类，以及国内外在标志标线方面的研究情况，建立了驾驶员 信息处理概念模型，从物
2、理因素、驾驶员因素分析影响交通标志视认性的因素， 以及影响因素的心理学解释；然后从认知心理学的基本理论、驾驶员认知结构、 影响驾驶员行为对基于认知心理学的驾驶员行为指标进行了分析；最后结合交通 标志标线的合理性分级以及基于认知心理学的因素通过模糊评判建立驾驶安全性 模型。 关键词：交通安全，驾驶行为，认知心理学，模糊评判 XSojoqoXsd 9AIJIUSOO aip uo pasBq uox； BnjBA9 y(zznj qgnojqj paqsijqBjsa SBM ppoui XJSJBS j iABi|3q Suupp aqx JtlO psureo 9J9M S5IIBUI pUB
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6、OJ e3|iq UIO； nB nreuinq Xq psptujsuoo urajsXs OBJJ sip m 3 j jireyoduii UB sXBjd ireumn ； DBJ;sqy 改 忘不遡 S工忐 第 1 章绪论 1.1研究的背景、意义和目的 1.1.1研究的背景 近十多年以来，我国公路建设飞速发展。截止 2008年底，我国的公路通车里 程数达到了 373.02万公里，其中高速公路里程数达 6.03万公里，一级公路 5.4216 万公里，全国公路路面铺装率达到了 53.5%。伴随着公路交通的迅速发展，道路 交通安全问题日益严重，据有关资料报告，道路交通事故已成了人类意外伤亡
7、的 主要因素 2，道路交通安全已经成为一个世界性的问题。而中国是世界上交通事 故死亡人数最多的国家之一。我国汽车保有量只有世界汽车保有量的 7%，但交通 事故死亡人数却占到了世界的 16%。从二十世纪八十 年代末我国交通事故年死亡 人数第一次超过五万人至今，我国(未包括港澳台地区 )交通事故死亡人数已经连续 十几年居世界第一位。 “ 表 1-1 1998年以来我国道路交通事故统计 年份 事故次数 (万次 ） 死亡人数 (万人 ） 受伤人数 (万人 ） 直接经济损失 (亿元 ） 1999 41.28 8.35 28.61 21.24 2000 61.70 9.35 41.87 26.69 200
8、1 76.00 10.60 54.90 30.90 2002 77.30 10.90 56.20 33.20 2003 66.75 10.44 49.44 33.70 2004 56.78 9,97 45.18 27.70 2005 45.03 9.87 46.00. 18.80 2006 37.87 8.95 43.11 14.90 2007 32.72 8.17 38.04 11.99 2008 26.52 7.34 30.49 10.1 2009 23.83 6.77 27.51 9.1 2003年以来交通事故次数、死亡人数等有所下降，但是事故死亡率还是居高 不下。根据我国公安部交管局统
9、计， 2009年，全国发生道路交通事故 23.8万起， 造成 67759人死亡， 275125人受伤，直接经济损失 9.1亿元 。道路交通事故率和 死亡人数长期处于高位，给 社会及人民的生命财产带来了巨大损失。但是随着社 会各界对交通安全问题的重视，交通安全问题研究已作为国家中长期科技发展规 划的重点课题。 道路因素、车辆因素和人的 Tp素构成了人一车一路系统。世界各国的研究人 员围绕人一车一路系统进行了多方位、多层次的分析研究，以期望预防交通事故 的产生4_5，有效降低交通事故所造成的巨大损失。 相关研究表明，机动车驾驶员的因素是导致交通事故发生的主导因素。据统 计，我国有 80-90%的道
10、路交通事故是人的因素造成的，其中，由于驾驶自身差错 所造成的交通事故占总事故的 7CK80%。 各国的研究也都表明，在导致道路交通事 故的所有因素中，驾驶员是最重要的影响因素。美国印第安大学的研究证实：至 少 92.6%的交通事故与人的因素有关间；芬兰研究表明，的的交通事故中，主要 原因是驾驶员的错误；联邦德国调查显示， 82%的交通事故由驾驶员造成；巴西学 者指出， 75%的交通肇事与驾驶员有关；日本研究显示， 66%的交通肇事驾驶员负 主要责任 3。 驾驶员在紧急情况下往往容易出现发生感知、判断或操作差错，从而产生交 通事故。对驾驶行为进行进一步的研究，揭示事故发生的机理，尤其是研究什么
11、因素 、怎样导致了驾驶员认知事故的发生，研究驾驶员的驾驶特性，提出切实可 行的预防对策，已成为预防和减少交通事故的重要途径 7-8】 。 从 20世纪 60年代初期，国外学者开始进行交通安全影响方面的研究，尤其 是驾驶行为。大多数学者都是从驾驶员对道路的识别能力、反应能力等方面进行 的。目前，从认知心理学的角度研究驾驶员对交通标志的理解，进而如何影响交 通安全的研究还很少 9。 本文探索驾驶员对交通标志识别的心理过程，通过驾驶员相应驾驶行为的模 型建立与分析，对影响驾驶员识别因 素进行辨别和分析，进而对驾驶员的驾驶安 全性进行评价，为驾驶员的遴选提供理论支持。 1.1.2研究目的和意义 驾驶行
12、为总是与人的生理心理反应紧密相连，而在这些因素中，心理特性又 起着至关重要的作用。紧急状况出现时，信息量急剧增加，驾驶员通常处于高度 应激状态，需要驾驶员迅速地判断情况，在一瞬间作出决定，几乎没有选择余地 采取避障行动。在这种应激状态下采取的行动，起决定作用的是驾驶员的心理水 平而非生理反应。而影响这种反应的心理因素重要来源于驾驶员的日常认知水平。 认知心理学是 20世纪 50年代中期在西方兴起的一种新的心理学思潮， 20世 纪 70年代开始其成为西方心理学的一个主要研究方向。它研究人的高级心理过程， 主要是认知过程，如注意、知觉、表象、记忆、思维和语言等。与传统的行为主 义心理学家相反，认知
13、心理学家研究那些不能观察的内部机制和过程，如记忆的 加工、存储、提取和记忆力的改变等。 对驾驶行为特性进行研究，不但可以深入研究驾驶员的安全行驶机理，为改 进车辆安全系统和智能交通系统提供帮助，还可以促进整个人一车一路系统的进 一步完善。可以说，基于认知的心理学理论和驾驶 员行为研究进行结合，将成为 提高机动车驾驶员交通安全可靠度的重要途径，因此，具有极其重要的研究意义。 (1) 为驾驶员预防交通事故及事故分析提供科学依据。相当多的交通事故是 由于驾驶员的感知、判断或操作发生差错造成或引发的，分析驾驶员事故影响因 素，主要是分析驾驶员发生感知、判断及操作失误的原因。本文基于理论分析与 事故现场
14、调查，研究驾驶员事故与道路交通标志设置的相关性，研究结果可为驾 驶员事故预防及控制提供科学依据。 (2) 为改善道路交通安全状况提供技术支持。对驾驶员进行事故微观分析， 为有针对性地制定安全措施提供依据；研究驾驶认知特性、行为影响因素与交通 事故相关性，分析道路交通标志对驾驶安全的影响，提出切实有效的交通标志设 置对策，为改善道路交通安全状况提供技术支持。 (3) 为驾驶驾驶员筛选与培训提供参考依据。基于认知心理学测试的驾驶特 性综合评价问题的研究。采用实验测试及对比分析的方法，对驾驶特性测评指标 进行分析，标定驾驶特性测评指标阈值，确立驾驶特性综合评价等级。研究结果 可为我国驾驶员的选拔与培
15、训提供理论依据。 1.2国内外研究现状 1.2.1国外研究现状与分析 1964年， Taylor等提出紧张或焦虑状况下自调整驾驶模型； 1974年 ， Naatanen 等提出零危险模型； 1977年， Klebelsberg提出主被动安全模型 IG; 1985年 ， Rumar 建立了感知与认知过滤模型； 1985年， Evans建立了反馈模型； 1988年 ， van der Molen等建立了阶梯型危险模型； 1988年， Rothengatter探讨了激励建模方法 11; 1989年， Michon对生成规则模型和基于规则模型进行了一些研究； 1992年， Keskinen建立了内模型
16、； Fuller在 2000年建立了任务容量界面模型，并进行了一 些分析研究 12】 。 2001年 ， Truls VAA在对以佳驾驶行为的理论和模型进行比较分 析后，指出认知和情感是驾驶任务中危险情况的预测、规避和评估的很好工具。 之后 ， Salvucci DD 和 Daiel Krajzewicz 在 2003 年 ， Olivier Georgeon 在 2005 年分 别进行了基于认知体系的驾驶员行为研究，取得一定进展 13。 南达科塔大学的驾驶研究实验室的进行了驾驶模拟环境和真实环境的驾驶和 驾驶相 关活动的心理负载的定量评估 14。加利福尼亚交通部门、加里福尼亚大学 等组成了
17、PATH (Parthers for Advanced Transit and Highways)小组，对增加道路通 行能力与安全性，减少交通堵塞、空气污染和能耗等进行了研究，包括策略和行 为研究、交通安全研究、交通运营研究以及静态运营研究等。 麻省理工学院的人 -车实验室对航空航天飞行器的飞行员和乘客的心理和认知 的限制进行了一些研究，并提出了如何使人 -车系统效率和安全性达到最优。 Leon James从社会心理学领域研究驾驶 员情感、认知和感知活动，通过观察 驾驶员驾驶过程中的感知，包括情感、认知和感知活动 15，分析驾驶行为受到驾 驶员心理状况的影响，并针对训练熟练驾驶行为平台的驾驶行
18、为提供建议 。 Dado Salvucci开发了生成系统的认知体系结构中对驾驶行为计算模型 16。 目前国外的研究大都停留在心理因素的单因素分析上，所建立的模型也局限 于单个心理因素对于驾驶员驾驶安全性的影响，缺少作为心理学整体因素对于驾 驶员驾驶模型的研究。 1.2.2国内研究现状与分析 国内关于驾驶行为的相关研究开展时间比较晚。 2002年，金键研究了驾驶疲 劳机理和馈选模式，研究了驾驶疲劳产生的因素；疲劳因素的相互作用；疲劳过 程、规律和机制；驾驶疲劳影响分类；建立驾驶疲劳评价体系及测试系统 1?;构 筑了危险状态下的疲劳效应辨识模式，并提出了驾驶疲劳形成变化的机制。 于增亮利用固定式汽
19、车驾驶模拟器对驾驶员的临界反应能力进行研究，将驾 驶员的反应时间和影响因素进行了线性回归分析 182，并得到了各影响因素与驾驶 员反应时间呈线性关系的结论。廖传锦提出了以人为中心的汽车主动安全技术理 念 19，提出了以人为中心的汽车主动安全预警信息系统功能结构和以人为中心的 汽车 -驾驶员 -环境模型。 贾洪飞等基于认知心理学，采用因子分析法对五轮仪实验系统观测到的车辆 跟驰数据进行分析，确定了对车辆跟驰信息提取过程有独立作用的 4个因素，相 应地将驾驶员认知过程划分为 4个阶段，建立了车辆跟驰过程的驾驶员认知结构 模型 2(W1，为驾驶行为研究和车辆跟驰模型的建立提供了理论基础。 秦小虎等人
20、利用不同驾驶员在行驶速度与车距保持的采样数据中表现出的不 同信息特征，建立数据统计模型，通过三角模糊数的特点建立数学模 型的方法， 对驾驶员的驾驶行为进行研究 221。杨德明等人通过介绍分析影响驾驶员驾驶安全 可靠性的因素，强调驾驶员在人一机一环境系统安全性中的重要性，提出了利用 MAS模型对驾驶员的驾驶安全可靠性进行分析 23。 王浩根据 BP神经网络自学习的特点，通过训练使模糊变量和隶属函数隐含 在网络内部，并用模糊逻辑推理模拟驾驶员对车辆进行控制的过程，可以使模型 更接近于真实的跟驰行为，最后用该模型进行了仿真 24。 目前国内对于汽车驾驶安全模型的研究己经有了很高的理论深度，特别是基
21、于心理学和人机工程学的研究己经具备了比较成熟的应用成果。但是在研究中也 存在一些不足，大部分的研究偏向于理论的研究，主要从算法方面进行了研究， 或者仅仅从心理学的角度进行分析研究，缺乏两者结合。 根据以上国内外研究现状分析可以发现，虽然国外进行了很多的研究，但都 是基于车辆运行特性、标志标线等技术手段，而基于认知心理学理论和车辆驾驶 模型结合的研究很少，因此，有必要展开此方面的相关研究。 1.3研究内容 根据目前我国道路交通安全形势以及国内外研究现状，本文确定的主要研究 内容有： (1) 驾驶员交通标志标线认知视认体系建立。首先分析交通标志标线的作用、 分类，以及国内外在标志标线方面的研究情况
22、，然后，基于认知心理学，建立驾 驶员信息处理概念模型，然后从物理因素、驾驶员因素分析影响交通标志视认性 的因素，以及影响因素的心理学解释，并从认知心理角度，对交通标志进行了分 类。 (2) 基于认知心理学的驾驶员行为研究，包括认知心理学的基本理论、驾驶 员认知结构、影响驾驶员行为的主要指标分析等。 (3) “ 结合交通标志标线的合理性分级以及基 于认知心理学的因素通过模糊评 判建立驾驶安全性模型。 第 2章基于认知心理学的驾驶安全因素分析 2.1认知心理学概述 认知心理学 (Cognitive Psychology)是以信息加工为核心的心理学，又可称为 息加工心理学，包括感觉储存、知觉译码、记
23、忆与决策、执行、反馈和注意等 25。 以信息加工观点研究认知过程是现代认知心理学的主流研究方向。它将人看作是 一个信息加工的系统，认为认知就是信息加工，包括感觉输入的编码、贮存和提 取的全过程。按照这一观点，认知可以分解为一系列阶段，每个阶段是一个对输 入的信息进行某些特定操作的单元，而反应则是这一系列阶段和操作的产物。信 息加工系统的各个组成部分之间都以某种方式相互联系着 【 26。具体流程如图 2-1 所示。 图 2-1信息加工流孝 i 感觉储存是人的信息处理的第一阶段。它储存输入感觉器官的刺激信息，但 保持时间很短，假若不对输入感觉的信息作进一步处理，就会迅速衰退直至完全 消失。感觉储存的内容人是意识不到的；各种感觉系统都有对输入信息的短暂记 忆，视觉记忆保持的时间不足一秒，听觉记忆约能保持两秒。 知觉译码是在知觉时，人把当前感觉登记中的信息与以前储存在长时记忆中 的有关信息进行匹配，从而赋予刺激一定的意义。知觉过程中做出的这种匹配是 多对一的关系，即把许多有不同特征的刺激物归入同一个范畴。 一旦某个知觉的对象被归入一定范畴后，个体需要决 定对它做出什么行动就