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1、车路协同环境下驾驶行为特性与交通安全综述 鲁光泉 宋 阳 车路协同环境下驾驶行为特性与交通安全综述鲁光泉， 宋阳，（北京航空航天大学交通科学与工程学院 北京 ；北京航空航天大学车路协同与安全控制北京市重点实验室 北京 ）摘 要 随着车路协同技术的发展 ，车 路协同安全应用的相关技术是否会影响驾驶人的感知 、判 断、 操作等驾驶行为受到愈来愈多的关注。基于这样的背景 ，通过对国内外车路协同技术的当前研究进 展进行综述 ，分析车路协同环境下 驾 驶 行 为 的 变 化 ，从而得出在车路协同安全应用技术全面推广之 前 ，应充分评估车路协同技术对驾驶人行为 ，以 及驾驶安全可靠性的影响 ，特别是如何最
2、大限度地发 挥其安全保障作用。关键词 交通安全 ；车 路协同系统 ；驾 驶行为 ；可 靠性中图分类号 ：文献标志码 ： ， ，（，； ，）： （）， ， ， ， ：；第 22 页引言交通系统是 个典型的复杂系统，依 靠 传 统 的交通管理方式，难以应对当今 日益复杂的交通 拥堵，事故频发，环境污染等问题。随着计 算机 技术和信息技术的飞速发展，车 路协同技术的出 现为缓解交通拥堵，改善交通安全，提供了新的技 术手段，并引发了管理理念上的 革命性变化。 车 路协同作为车车车路通信基础上的高级应用 ，以 提高道路安全为目标的同时，也为交通信息感知、交通服务和交通控制提供了新的思路。当 前的 智能交
3、通技术正在从单个交通要素的智能化转向 一体化发展，车 路协同系统作为智能交通系统的 重要子系统和新的发展方向，目前正受到国内外 科研人员的广泛关注，车 路协同是当前世界交通 发达国家的研究热点。车路协同相关技术的主要目标是提高交通安 全水平，但是车 路协同技术在努力提升交通安全 水 平 的 同 时，也会对驾驶人的驾驶行为带来影 响。在各类交通事故中，人的因素占很大 比重，收稿日期 ：修回日期 ： 国家 课 题（批 准号 ：）资 助第一作者（通 讯作者）简 介 ：鲁 光泉（），博 士 ，副 教授 研 究方向 ：交 通安全 ：交通信息与安全 年 期 第 卷 总 期驾驶人行为已被世界公认为引发道路交
4、通事故的 主要因素。因 此，对 车路协同下 的 驾 驶 行 为 进 行分析，探讨车 路协同对驾驶行为的影响十分必 要。 车路协同技术 车路协同系统概述车路 协 同 系 统（ ）是基于 先进的传感和无线通信 等技术，实 现车车、车 路信息的实时动态交互，完 成交通信息的采集和融合，从而 保障复杂交通环 境下车辆行驶安全，提高路网运行效率的新一代 智能交通系统技术。车路协同系统最主要的个子系统是路侧单 元和车载单元，各个交通组成单 元通过路侧单元 和车载单元，以 有线或无线通信方式来实现车辆 与车辆、车辆与 路侧以及路侧与路侧之间的信息 传输和共享。路侧单元的 主要功 能 是：收 集 路 侧 传
5、感 器 检测到的各种信息 （如 交通流量、突 发事件、密 集 人群、交叉口行人信息、道 路异物侵入、路 面湿滑 状态），以无线 短程通信的方式发送给车辆 ，以 有 线或无线通信的方式发送给其它路侧单元或管理 中心；接收来自车载单元或其他路侧单元的信息 。车载单元的 主要功 能 是：收 集 各 类 车 载 传 感器采集到的信息 （如 定位、运 动等 ）进 行融合处 理后发送给其它车载单元；接收 来自其它车载单 元的信息；接收来自路侧单元的信息 ；对接收到的 信息和收集到的本车传感器信息进行融合处理， 做出安全预警判断和车辆控制决策 ，以 合适的交 互方式向驾驶人提供信息，或向 车辆控制单元发 出
6、控制指令。 车路协同技术的应用车路协同技术的应用主要包括：安全 应用、 交通管理与服务应用。在车路协同的安全应用中 主要由基于车车信息交互的安全应用和基于车路 信息交互的安全应用。基于车车 信 息 交 互 的 安 全 应用场景主要包 括：基于车 车 协 同 的 交 叉 口 车 辆 避 撞，基 于 信 息交互的车辆跟驰，基于车车协同的车辆换道 ，基 于车车协同的非正常占道预警，以及紧急制动电 子制动灯预警等五种车车协同系统的典型应用。基于车车协同的交叉口车辆避撞 ：在交叉口， 通过车车信息交互，可以对路口的车车冲突状态 进行预测和评估，实现 冲突消解，避 免碰撞；基 于信息交互的车辆跟驰：在同向
7、同车道行驶中，通 过车车信息交互，可以对跟驰中的车车冲突状 态 进行预测与 评 估，避 免 碰 撞；基 于 车 车 协 同 的 车辆换道：在换道过程中，换道车辆通过感知周围 车辆的状态，确定合适的换道时机，并通过无线通 信，把换道信息传递给周围车辆，从而提高换道行 驶安全性；基 于车车协同的非 正常占道预警： 车辆出故障或因其它原因发生非常的占道 ，事 故 车辆向一定区域内的驾驶车辆发送警告信息就可 以避免不必要的碰撞；紧 急制动电子制动灯预 警：当车辆在分 离摩擦系数或者摩擦系数较低的 路面行驶时，车辆容易发生打滑，驾驶人往往会采 取紧急制动措施，但这对其他车辆容易造成碰 撞 事故。如果车辆
8、自动给其他车辆发送警告信息， 就可以避免事故发生。对于不同的应用，对车辆运动状态信息采集、 预警与控 制 模 型 和 车 辆 运 动 状 态 控 制 的 要 求 不 同。基于车路信息交互的安全应用中 ，车 辆主要 以路侧单元发送的信息进行危险判断 ，进 而对驾 驶人的操作进行引导，或对车辆进行控制。但无论是什么样的安全应用 ，对 驾驶 人 的 引 导或预警是其中的重要一步，这必将对驾驶人的 驾驶行为产生影响。 同时，由于信息感知与决策 判断的引入，导 致汽车行驶过程中的人车路相互 作用系统发生改变，这种 改变会对驾驶过程安全 可靠性产生影响，并间接影响到汽车行驶安全性。车路协同技术对驾驶安全的
9、影响驾驶行为是与驾驶人相关的各种处理操作的 总称。典型的驾驶行为过程主要包括感知 、判 断 和操作 个 阶 段。 驾驶人首先在感知到 周 围 环境信息的情况下，对得 到的信息进行分析处理 后做出相应判断，然后通过对车辆进行操作，改变 车辆运动状态并达到驾驶操作目的。在整个过程 当中，驾驶人是整个操作的核心，也是影响交通安 全的主体。 对驾驶人行为的影响车路协同环境对驾驶人的影响是多 方 面 的。 驾驶行为过程总体上可以分为感知 、判 断和操作 个阶段。其中车路协同环境对驾驶行为的影响 主要体现在前个阶段。感知阶段是后续各个阶段的基础 ，快 速 获 得 准确的信息是保障后续正确判断 ，准 确操作
10、的基车路协同环境下驾驶行为特性与交通安全综述 鲁光泉 宋 阳 础。影响驾驶人感知速度和准确程度的主要影响 因素是注 意 力 分 配 和 信 息 负 荷 大 小。 林 彩 霞 等通过对 比 分 析 使 用 导 航 系 统、地 图、以 及 凭 记忆驾驶种情况的实验结果得到，在 不同的情 形下，驾 驶 人 落在 道 路前 方 的注意力分别 为： ，。这 表 明，在 驾 驶 过 程 中 使 用 导 航设备，会导致 行驶过程中更多注意力需要放在 导航系统中，影响了驾驶人的注意 力分配。 根据 定理，得出 在工 作负荷增加时驾驶人疲劳和注意力缺失情况逐步 减少，驾 驶绩效逐渐提高；但 是达到理想状态后，
11、工作负荷增大会降低驾驶绩效，造成主动注意力 分散和驾驶疲劳。近年来，随着车路协同技术的快速发展 ，人们 开始关注车路协同技术对驾驶行为的影响。等研 究 表 明 在 使 用 车 路 协 同系统时，驾驶人的精神状态如眨眼频率 、心跳频 率等均表明驾驶人的紧张程度的感知会比不使用 车路协同系统时低。 相比与年轻人，车 路协同系 统对老年人的作用更大，它能够 提高驾驶人的感 知水平，缩短驾驶人的感知 时间。 和 提 出 自 适 应 巡 航 系 统 能 够 通过雷达、摄像 头等能在车辆行驶过程中主动收 集周围环境变化信息，提高驾驶人的态势感知能 力并 减 少 焦 虑。 等提 出 了先进的驾驶辅助系统能够
12、有效减少甚至消除驾 驶人的失误，显著减少人员伤亡、经济损失和环境 污染，同时增 加道路容量。 先进的驾驶辅助系统 通过为驾驶人提供驾驶相关的建议 、指导和警告， 能有效减少驾驶人的反应时间，在车路协同系统 持续工作的情况下，驾驶人的反应时间可以减少 到。但 等提出驾驶人在行车 途中如果操作车载信息系统如车载导航或者车载 多媒体系统会造成对驾驶操作的延迟，研究表明对 不同的行驶速度延迟时间不同，车速为的 延迟为，车速为的延迟为。尽管现在还没有明确的结论表明车路协同技 术对驾驶行为会产生什么样的影响 ，但 相关研究 领域的结果可以为分析车路协同对注意力的影响 提供借鉴。无论是基于车车信息交互的安全
13、应用 还是基于车路协同的安全应用，人机交互是其中 个重 要 的 环 节。 车 载 单 元 要 通 过 人 机 交 互 方 式，把安全判断的结果告诉驾驶 人。 这种人机交 互方式可以是语音，也可以是图像，还可能两者都结合在一起。 但无论是哪 种方式，都 会导致驾 驶人注意的重新分配。 因此，在进行车路协同安 全应用设计时，合理的人机交互模式是使驾驶 人 分配给人机交互系统的注意力最小。 对行驶安全可靠性的影响传统的驾驶行为主要由以驾驶人为核心的感 知、判断 和操作过程构成 个 闭 环 的 控 制 系 统。 从系统可靠性的角度看，表述为分别由感知、判断 和操作个子系统串联的系统，见图。图 传统的驾
14、驶过程 车路协同技术的安全应用 ，改 变了汽 车 的 驾 驶过程。 车路协同技术安全应用可以分为 类： 一类是以预警为目的的安全辅助系统，见 图 ；另 一类以自动控制为目的的安全辅助系统 ，见 图 。 正如 等的研究 结果所表明的那 样，在使用车路协同系统时，驾驶人的精神状态如 眨眼频率、心跳 频率等均表明驾驶人的紧张程度 的感知会比不使用车路协同系统时低。相比与年 轻人，车路协同系统对老年人的作用更大 ，它能够 提高驾驶人的感知水平，缩短驾驶人的感知时间。图 装备车 车车路安全预警辅助系统的驾驶过程 从系统可靠性的角度看，以 预警为目 的 的 安 全辅助系统可以认为是在感知阶段与驾驶人的感
15、知并联了 个自动感知系统。 该系统的并入，能 够提高驾驶人的感知水平，缩短驾驶人的感知时 间。另一方面，车车车路协同在感知的基础上还 进行危险的判断与预警。尽管该系统判断和预警交通信息与安全 年 期 第 卷 总 期的结果还需要驾驶人在此基础上做出决策 ，但 也 会有效缩短驾驶人的判断决策时间。对于并联系 统，系统的可靠性要高于其单个的子系统可靠性 。 因此从一定意义上说，以预警为目的的车路协同 安全应用系统的引入，可以提高感知过程的可靠 性。与以预警为目的的安全辅助系统不 同 的 是， 具有自动控制功能的安全辅助控制系统在对车辆 的安全状态进行判断后，不但给驾驶人预警信息 ， 还在必要的情况下
16、向车辆的自动控制机构 （如 制 动控制机构、加 速控制机构 ）发 出自动控制指令， 见图。从 系 统 可 靠 性 的 角 度 出 发，该 系 统 不 但 在驾驶人控制系统的基础上在感知环节并联了自 动感知子系统，还在操作阶段并 联了自动控制子 系统。正如前面论述的一样，在 各个子系统可靠 性不变的情况下，整个系统的可靠性会有所提高 ， 因此车路协同技术的引入，应该 可以提升行车过 程的安全可靠性。图 装备车 车车路安全控制辅助系统的驾驶过程 车路协同对交通安全的影响车路协同使得驾驶人可以获得丰富的外部信 息，甚至是看不到的信息。通过车路协同系统，可 以帮助驾驶人更快地作出决策判断 ，有 利于提
17、高 驾驶安全性。然而这种结论是在现有驾驶人行为 特征的情况下得出的，在车路协同技术的安全应 用广泛使用之后，这样的结论并不一定准确。车路协同技术的应用，有 可能改变驾 驶 人 的 驾驶行 为 特 征。 原 来 的驾 驶行为是以人为中心 的，现 在并联了自动感知、自 动判断，甚 至自动控 制的过程。从系统可靠性的角度来说，多 个子系 统并联的系统可靠性高于其中的任何 个子系统 的可靠性。 但是这个结论有 个前提，这 些子系统的可靠性是不变的。 但车路协同技术的应用， 有可能改变驾驶人的驾驶行为特征 ，从 而引起驾 驶人驾驶过程的安全可靠性发生变化 ，换句话说， 由于引入了车路协同技术，图 中驾驶
18、人的驾驶 行为特征与图或图中的驾驶人的驾驶行为特 征不同。尽管目前对车路协同技术对驾驶行为的影响 研究才刚刚开始，对车路协同技术对驾驶人在 感 知、判断和操作各过程的影响还没有明确的结论 ， 但从现有研究可以看出，预警信息对驾驶人的 驾 驶行为的影响是不可忽视的，一方面预警信息有 利于缩短驾驶人的判断决策时间 ，另 一方面驾驶 人对车路协同人机交互信息的关注会导致注意力 的分散。另个值得关注的是，车 路协同技术 的 发 展 有可能引起驾驶人的技术依赖 ，就像习惯了具有 倒车辅助系统的驾驶人在驾驶没有倒车辅助系统 的汽车 时 容 易 观 察 不 足 一 样。 一 旦 形 成 技 术 依 赖，有可
19、能导致图 和图 中由于驾驶人习惯了 依赖车路协同系统的感知与判断 ，会 导致驾驶人 子系统的可靠性降低，就 需要车路协同安全应用 系统具有非常高的可靠性来保障汽车行驶安全可 靠性。 否则，图 和图 所示的系统安全可靠性 有可能由于驾驶人子系统可靠性的降低而抵消车 路协同安全应用系统带来的安全性能提升优势， 甚至有可能使安全性降低。 因此，车 路协同安全 技术全面应用之前，应确 保该系统的可靠性高于 驾驶人感知、判断、操作的系统可靠性。尽管车路协同安全应用技术的研究取得了快 速的发展，但 目前，定 位的精度和可靠性、通 信系 统的可靠性、控 制系统的可靠性是否能满足车路 协同安全应用还有待进一步
20、测试分析。也正因为 如此，大量学者致力于车路协同技术中定位 、通信 和控制系统的研究，如 等研 究了基于差分全球定位系统 （）的定位和车辆间 通信的检测道路危险错误的性能影响 ，统 计分析 了特征的位置和轨迹预测误差估计 ，并 将模拟通 信错误作为预测误差的一部分来确定检测车载导 航系统 质 量； 等提 出 了 种 协同自适应 巡 航 控 制 （）设 计 架 构，并 作 为 地面协同控 制 驾 驶 （）的 一 部 分，通 过 对 不 同的模块进行了测试，来 保证达到并能保证 要求的最大延迟水平；等通 过 挑战性的驾驶和通信条件下车车通信平台的主动车路协同环境下驾驶行为特性与交通安全综述 鲁光泉
21、 宋 阳 安全应用测试，结果表明安全应 用可以在高速行 驶正常使用，通信传播没有阻碍。 但通信系统的 可靠性还有待进一步检验，特别 是在干扰环境下 的通信可靠性。车路协同安全应用技术是解决交通安全问题 的革命性技术，但在强调其对提 升行车安全性能 的同时，要重视该技术的应用对驾驶人的影响 ，并 把这种影响对交通安全的影响作为车路协同安全 技术研究的重要内容。 结束语年月日，美国 交通运输部在发表对 外声明，决定推动车车通信技术在轻型车上应用 ， 这标志着车路协同技术即将从实验室走向应用市 场。作为车路协同的重 要组成部分，车 车协同 技术是继安全带、安全气囊之后新一代安全技术 。 这对交通领域
22、将是 个革命性的变化，车 车协同 技术的发展，将 对道路交通协同的控制、管 理、运 用等各方面产生革命性的影响。作为智能交通的 重要组成部分，车路协同对提高交通运输系统的 效率和安全性，实现交通系统的可持续性发展具 有十分重要的意义。 车路协同环境下，交 通控制 与交通诱导一体化将得以实现，道路资源合理分 配并发挥 更 高 效 率。 可以 说 车路协同技术走 向全面应用只是时间的问题。但在车路协同安全 应用技术走向全面应用之前，评 估该技术对安全 的影响，特别是 如何最大限度地发挥其安全保障 作用，是 亟 需 开 展 的 研 究。 年，美 国 在 约 辆 车上安装了车车通信系统开展大规模的 车
23、路协同应用测试，安全预警是该系统的主要组 成部分，也是其重要的测试内容。 通过这个项目 的测试，车路协 同安全预警系统如何影响驾驶行 为还有待数据分析结果。就车路协 同 安 全 应 用 技 术 对驾驶人行为特 性、如何最大化发挥其安全保障作用 ，下述研究将 必不可少。）车 路协同技术对注意力分配的影响：研 究 车路协同技术的应用对驾驶人的注意力分配带来 的影响，是否会 造成驾驶人注意力过多分配到车 路协同设备上从而影响驾驶安全。）车路 协同 技 术对驾 驶 人判断决策过程的 影响：研究车路 协同技术的应用给驾驶人判断决 策过程带来的变化，是否会引起驾驶人决策时间 延长从而影响驾驶安全。）驾驶
24、人对车路协同技术的依赖及其对安 全的影响：研究 车路协同技术的应用造成驾驶人 对设备的依赖，当设备出现故障时是否会引起 交 通安全隐患。）行车安全对车路协 同系统可靠性的要求： 研究车路协同系统出现故障时是否会对行车安全 带来影响，明确 车路协同系统设备需要多高的可 靠性水平才能保证事故风险水平低于目前水平。）面向 安全的车路协同系统人机交互设计 方法：研究车路 协同系统人机交互方式的设计是 否会引起驾驶人的驾驶行为改变会带来哪些改变 以及是否对驾驶安全造成影响。参考文献 王云鹏 国 内外 系统发展的历程和现状 汽 车零部件 ，（）： ，（）：（） ， ，：， 龚思远 车 路协同跟车辅助下的驾
25、驶员跟驰行为研 究长 春 ：吉 林大学 ， ： ，（） 张 迪 北 京市区道路交通事故致因分析与安全对 策郑 州 ：河 南理工大学 ， ： ，（） 陈 超 ，吕 植 勇 ，付 姗 姗 ，等 国内外车路协同系统 发展现状综 述 交 通 信 息 与 安 全 ，（）： ， ，（）： ，（） 邹 枫 智 能交通车路协同系统数据交互方式设计 与验证北 京 ：北 京交通大学 ， ，（）交通信息与安全 年 期 第 卷 总 期 王 宗 暐 智能路侧系统在车路协同技术中的应用 中 国市政工程 ，（）：， ，（）：，（） 何崇中 ，雷健 ，唐 岳 东 ，等 智能车载系统的发展 与 的应用汽 车零部件 ，（）： ，
26、 ， ， ， （）：，（） 易振国 车 路协同实验测试系统及安全控制技术研 究长 春 ：吉 林大学 ， ： ，（ ） 俄文娟 无信号交叉口车车冲突检测与消解算法 研究长 春 ：吉 林大学 ， ： ，（） 王 彬 基于车路协同技术的交叉口协调方法研 究北 京 ：北 京工业大学 ， ： ，（） 唐 亮 信息化条件下营运车辆安全监管关键技 术研究重 庆 ：重 庆大学 ， ： ，（） 杨晓光 ，黄 罗毅 ，王 吟 松 ，等 基于车车通信的换道 超车辅助系统设计与实现公 路交通科技 ，（）： ， ， （）：（） 于艳花 基于故障树分析理论的高速公路预警系 统研究；西 安 ：西安建筑科技大学 ， ： ，（
27、） 彭 晓 燕 汽 车 线 控 制动系统安全控制技术 研 究长 沙 ：湖 南大学 ， ：，（ ） 毕建彬 道路交通事故的人因分析与驾驶员可靠 性研究北 京 ：北 京交通大学 ， ： ，（ ） 巩建强 车辆驾驶人事故前应急操作行为模式研 究西 安 ：长 安大学 ， ：，（） 于立勇 基于车路协同安全距离模型的车速引导 系统研究北 京 ：北 京交通大学 ， ： ，（） 李平凡 驾 驶行为表征指标及分析方法研究 长春 ：吉 林大学 ， ：， （） 林彩霞 ，刘 浩学 车载信息终端对驾驶员操作行为 影响的分析丹 东师专学报 ，（）： ， ，（）：（） ： ， ，（）： ， ？ ： ，（）： ， ： ？车路协同环境下驾驶行为特性与交通安全综述 鲁光泉 宋 阳 ： ，（）： ， ， ，（）： ， ，（）： 王颖 基于人 机 交 互仿真的驾驶次任务 研 究北 京 ：清 华大学 ， ：，（） ， ， ，（）： ，