基于安全信息認知的駕駛員視聽差錯影響機制研究

■ 肖志江

婁底職業技術學院 婁底 417000

0 引言

交通安全作為公共安全的一部分，其事故的發生將會對人民的生命安全以及家庭幸福產生極大的威脅，一位法國學者曾認為汽車比戰車更兇殘，前者只出現在戰場上，而后者作為“飛奔的棺材”，無論何時何地，是敵人還是朋友，只要是在道路上都有可能被運動著的汽車撞死、撞傷的危險[1]。新世紀以來，我國交通建設發展迅速，學術界對交通安全的研究的話題也越來越多，如道路交通的安全管理[3-5]、交通安全教育[6-8]、交通安全心理學[9-10]和交通安全技術[11-12]等。同時，隨著人工智能的出現，例如自動駕駛、導航、自動避讓系統等，這為交通安全的發展帶來了機遇，也提出了挑戰。數據表明，道路交通事故占安全生產事故的80%以上，成為安全生產領域的“頭號殺手”，超過95%的交通碰撞是由駕駛員駕駛失誤造成的，其中駕駛員視聽感知差錯是其行為失誤的主要原因。因此，對駕駛員視聽差錯影響機制進行研究，將促進新的交通安全促進策略的形成。

過去，學者們從認知的視角對駕駛員的行為及其可靠性進行了研究。例如：Hamdar Samer H 等[13]通過分析心理因素和執行或感知錯誤的異質性對事故數量及其分布的影響，對司機的駕駛的不確定性、預期的時間和反應時間進行分析繼而制定出特定的心理認知模型；Anstey Kaarin J 等[14]建立了多維度駕駛安全模型表明認知和視覺能力決定駕駛安全行為；Lee Soobeom[15]通過模擬識別駕駛員在不同道路環境下的認知差異，并通過駕駛模擬器發現道路安全設施與安全程度之間呈正相關關聯；段莉[16]從認知失誤視角通過信息融合技術對駕駛行為可靠性進行了研究等。

信息作為大數據時代、工業4.0 時代、人工智能時代的要素，對安全生產生活有著極其重大的影響，安全信息的丟失或不對稱是造成事故的主要原因[17]。安全信息認知作為信息時代的產物[18]，是安全科學、信息科學、認知科學的綜合交叉，它以人為第一視角，映射到自身和自身以外的其他對象，對于交通安全的研究將具有普適性、系統性、實用性和動態性等特點。馮偉等[19]從安全信息認知的角度提出了一個新的事故致因模式，他指出導致事故的影響因素包括信源、信道和信宿。同時，吳超[20]指出安全信息認知的正確與否與行為結果聯系密切。因此，提高駕駛員在駕駛前和前駕駛過程中的安全信息認知的正確率，是預防預測交通事故發生有效途徑，這關系到安全行為產生的所有環節，即安全感知、安全認知和安全執行。

通過對上述研究的述理可知，過去學者們對駕駛員行為的研究具有一定的貢獻，能確定不安全行為發生時的生理心理狀態以及駕駛員自身狀況的影響狀況等，但是其對駕駛員不安全行為出現的根本原因及其機理缺乏認識，使得對駕駛員不安全行為的管理和預防缺乏高效性和針對性。鑒于此，本文從安全信息認知視角出發研究駕駛員視聽差錯影響機制，它能將駕駛環境中的所有安全信息結合起來，形成由安全信息、信息載體和駕駛員所構成的整體，以明確駕駛員視聽差錯導致不安全行為的整個過程中所有影響因素及特性，從而能針對性地提高駕駛員安全感知、安全認知和安全行為的正確率。

1 駕駛員差錯影響因素分析

交通事故的直接原因，則是在駕駛員駕駛過程中出現了差錯，差錯直接體現于時間和執行的正確性，亦即駕駛員自身行為反應上，因為反應時間過長或推遲或錯誤而發生事故，而間接體現在視覺反應和聽覺反應上，這些方面又會與駕駛員本身的因素、車輛因素、天氣氣候因素、不可抗力因素和安全能力因素等相關。從信息的視角出發，駕駛員在駕駛過程中的所有動作的執行是由若干安全信息認知過程構成的，可知交通事故時由于錯誤信源或負面信噪的影響，最終導致響應動作出現差錯，從而引起人員傷亡和財產損毀的事件。從上述定義可以發現，從安全信息認知角度出發，能夠更加完善地研究出交通事故發生的原因及過程，它是以人為第一人稱視角，結合主觀因素和客觀因素，全面地概括駕駛員在駕駛過程中出現差錯的影響因素。基于安全信息認知構建的汽車駕駛員差錯影響因素分析圖如圖1所示[19]。內容闡述如下：

圖1 駕駛員差錯影響因素分析

（1）錯誤的信源造成交通事故的發生，是指與駕駛員相關的信宿（包括人群和組織），涉及到交通安全部門、媒體、駕駛前的周圍人群和駕駛時的周圍人群等，供給、傳遞或者反饋的不及時、不合適或者錯誤的信息，導致駕駛員不能及時或正確地應對當時的狀況，出現差錯。比如：交警指揮錯誤；錯誤的指示牌；電視或廣播對于相關交通通報的情況出現錯誤；乘車人錯誤信息的傳遞或反饋等，均是錯誤信源的現實體現。

（2）人群自身的因素涉及多個方面，包括：駕駛所處的時間，有數據表明，全球60%的交通事故發生在晚上，占交通事故死亡人數的50%[20]；行駛的持續時長，時長越長，人越疲勞，駕車危險性越大；駕駛員的年齡大小，不同年齡段在視覺、聽覺、臨時反應、速度估計和操作等方面都有所區別[21]，特別是老年人，身體機能各方面均在快速下降；人的生理因素和心理因素，不健康的生理因素和心理因素會嚴重影響駕車的穩定性和準確性；知識結構，完善的知識結構能夠使得駕駛員能應對各種情況；安全能力，分為主觀安全能力和客觀安全能力，前者如安全意識、安全倫理和安全道德等，后者如安全氛圍，及家庭安全氛圍、團隊安全氛圍、社會安全氛圍和國家安全氛圍。

（3）環境因素包括天氣因素、氣候因素、不可抗力因素、道路因素和其他周邊環境的影響。天氣和氣候的好壞直接影響到人的生理和心理，如：霧霾降低了能見度，從而間接影響的人的視覺功能；大風影響了人的聽覺功能；降雪影響了人的判斷能力；高原低氧環境會導致駕駛員心律失常[22]；上述情況均會增加駕駛員的心理緊張度和生理負擔。不可抗力因素是完全出乎人的意料之外的一些自然災害，比如山體滑坡、地震、洪水、海嘯等，大大增加了駕駛的難度和危險性；道路因素常常與天氣相聯系，道路結冰、濕滑的狀況同樣會增加駕駛的難度和危險性，另外路況則是又一關鍵因素；其他周邊環境分為兩個方面，噪聲、溫度、光線等具有自然屬性的因素是一方面，言語、電子設備等能分散駕駛員注意力的因素是另一方面。

（4）認知對象方面的因素。在行駛過程中，認知對象涉及所駕駛的車輛、周圍其它車輛、道路、車上的其他人群和道路周邊事物等，由于認知對象不明顯、過多認知對象的干擾或認知對象復雜等情況，致使行駛過程中出現錯誤。

2 駕駛員視聽差錯影響機制模型

認知是一個自發的過程，感知亦是如此。駕駛員通過對相關信息的接收和處理，判斷自身車輛狀況、周圍的行車環境、車輛位置狀況、交通指令信息以及周圍人群動態等，以此來進行預測和決策，從而采取響應動作來增加交通的安全性和暢通性。駕駛員對行駛過程中的聽覺信息、視覺信息的感知是否正確，將對后續形成的認知信息是否正確產生直接的影響。基于上述內容構建如圖2所示的感知差錯理論模型。感知是一個生理性的過程，信源以信源載體的形式通過信道傳遞給人體，首先經過相關器官，對器官產生刺激，再經過傳入神經、神經中樞，形成感知信息，因此，感知信息是否會產生差錯，將會與信源、信道和人體自身狀況三者相關。此外，感知、認知和行動是一個鏈式的過程，感知的差錯將對后續的環節產生影響，從而引發多米諾效應。詳細介紹如下：

圖2 感知差錯影響機制模型

（1）信源的種類是極其復雜的，聽覺信息中不僅包括人群所發出的聲音信息，還包括車輛發出的聲音信息，以及其他冗余聲音信息；視覺信息則與傳統交通的三要素（行人、車輛和道路）相關，關于行人的視覺信息包含人群的行為信息、特征信息以及位置信息等；車輛的相關視覺信息，如位置、速度、指示燈以及狀態等，亦是會車過程中做決策的重要信息。當上述出現情況復雜或模糊不清時，信宿會在感知過程中丟失關鍵信源。另外，駕駛員的駕駛狀態是瞬時的，但是認知過程是持續的，認知過程持續的時間長短，與最終安全與否有著重要的聯系，因此，突現的信源是致命的。

（2）信道中其他因素的干擾，亦將導致未及時生成關鍵聽覺或關鍵聽覺的丟失。當信宿對信源進行感知時，其他相似信源亦通過所在范圍內的信道傳播，信息混沌會對信宿對關鍵信息的感知形成干擾，包括視覺干擾視覺、聽覺干擾聽覺、視覺干擾聽覺、聽覺干擾視覺和復合干擾五種情況，其實質是注意力的吸引與轉移。另外，溫度、噪聲、濕度等的不合適都將影響駕駛員的感知。

（3）擁有生理的缺陷的駕駛員是不合格的，耳朵、眼睛和大腦存在缺陷的人群是禁止駕駛機動車的，但是，突發事件對于人群而言是難預防的，臨時的器官或神經中樞失效、遲鈍都將導致感知出現差錯，同時將嚴重影響駕駛員的判斷和后續的動作。因此，定期的身體檢查對于駕駛員而言是極其重要的。

（4）人群的認知能力是與很多因素相關的。一個家庭有家庭安全教育、家庭安全氛圍；一個學校有校規、學校安全教育、學校安全文化建設、學校安全氛圍和安全培訓、演練；一個企業有企業職工安全教育、企業安全文化、企業安全氛圍、企業安全管理、企業規章制度、安全監察和安全檢查等；一個社區有媒體安全宣傳、社區安全教育、社區安全文化等；國家則有法律法規。上述安全預防機制的運行，對駕駛員及其他人群在安全道德、安全倫理等自我安全意識方面的影響以及其他安全能力的提高均有極大的幫助，為他們在生活、工作過程中進行正確的安全信息認知提供了堅實的基礎。上述預防機制的影響范圍是在國家領土范圍內的所有人群，一旦預防措施失效，在感知差錯的基礎上，便會出現認知上的缺陷。

由上述分析可知，感知和認知都是自發的，而執行動作是根據認知信息來進行的，一旦認知信息觸發了執行按鈕，便執行響應動作，因此，執行是非自發的，他具有預防性和決策性，在安全領域，執行的目的便是控制危險源的出現和事故的發生。那么，駕駛員在駕駛過程中，生成認知信息，并進行緊急執行或其他非緊急安全執行（如減速、轉向、緊急減速、緊急轉向），以保護自身、乘車人以及其他行人行車的安全。因此，要防止駕駛員出現不安全行為，應當從優化其視聽感知著手。

3 駕駛員視聽差錯數學模型

3.1 感知差錯數學模型

由理論分析知，感知是否產生差錯與信源、信道和信宿三者相關，而在短時間內產生的感知信息由這個時間段內出現的信源的相關內容構成。用SI、IS、IR、IH表示感知、信源、信道和信宿，感知信息的構成如公式1所示，感知信息差錯的函數關系式如公式2所示。

式中：IS—信源，它包括駕駛前和駕駛中所涉及的人群、行車、道路、交通指示牌、媒體通知等聽覺信源和視覺信源，其模糊性、復雜性將決定其對感知的影響程度；

IR—信道，它指聽覺信息和視覺信息在傳播、傳遞、供給和反饋過程中的空氣介質，包括在一定空氣范圍內相應聽覺信息和視覺信息，以及所在環境中溫度、濕度、噪音、氣候等因素；

IH—信宿，它包括駕駛員、其他行車人員、行人、乘車人以及交警等，相關信宿的安全意識、安全知識結構、安全行為能力以及其心理、生理等方面的狀況決定這方面的影響程度。

由于安全信息認知具有多級性，過程中信息傳播包括并聯（一對多）、串聯（一對一）、聚合（多對一）和混聯（包含串聯、并聯和聚合3種模式中的兩種及以上）4種模式[23]，因此，感知信息、認知信息的形成以及響應動作的執行均具有多級性，以混聯為信息傳播的真實狀況，其包含了其他3 種情況。令IS=y(I1,I2,…,Ix,…,In)，其中Ix為感知的關鍵信源，其他均為無關信息。當且時，感知信息完全正確，且無其他信息干擾，或排除了其他信息的干擾；當時，感知信息不完整，但Ix為所生成的感知信息中最突出的信息，亦即感知信息受到了干擾，但影響不大；當0 ＜時，感知信息不完整，且Ix不是為所生成的感知信息中最關鍵的信息，產生感知差錯，這就是其他因素成功地干擾了關鍵感知信息地生成；當時，關鍵信息丟失。

3.2 認知差錯數學模型

認知信息是在感知信息生成的基礎上對其進行加工、處理生成的，因此，認知信息產生差錯的因素來源于4 個方面，亦即感知、信源、信道和信宿。用UI表示認知信息，則認知信息的構成如公式3所示，認知信息出現差錯的表達式如公式4所示。

式中：IS—信源因素，它包括駕駛前和駕駛中所涉及的人群、交通指示牌、媒體通知、重要文件等聽覺信源和視覺信源，偽裝的真信源是直接影響認知信息正確性的重要因素，同時，認知對象的復雜性及模糊性將對認知的時長及正確性產生影響；

IR—信道因素，主要指所在認知環境中溫度、濕度、噪音等因素；

IH—信宿因素，駕駛員的安全意識、安全知識結構、安全行為能力以及其心理、生理等方面的狀況決定這方面的影響程度；

SI—感知因素，感知信息的不清晰、不關鍵、錯誤或不及時都將對認知信息的正確性和及時性產生影響。

同樣令SI=(SI1,SI2,…,SIx,…,SIn),其中SIx是生成的關于關鍵信源的感知信息。 則，那么當不存在關于關鍵信源的感知信息時，必有f'(ISx)= 0，此時，因此認知信息的正確性存在如下分段函數關系：

當f'(ISx)≠0 時，可視為信宿對關鍵信源的認知狀況，而f'(ISx)可視為信宿對關鍵信源的感知狀況。若，對關鍵信源的感知和認知均完全正確，無其他因素的干擾，或干擾無效；若f'(ISx)＜1，亦即關鍵信源的感知和認知相同，但均不完整，此情況屬于感知過程受到了其他因素的干擾，認知過程中未受到干擾或干擾無效；當時，，一方面在于對關鍵信源的認知完全正確，但感知不完整，此時在感知過程中受到了其他因素的干擾，但是在認知過程中由于信宿自身經驗教訓等其他因素的幫助或其他信宿的提醒等因素，使得認知與關鍵真信源完全相符；另一方面，則是對關鍵信源的認知不完全正確，感知亦不完整，且認知正確較感知更高，其原因同樣是在認知過程中由于信宿自身經驗教訓等其他因素的幫助或其他信宿的提醒等因素，使得認知向關鍵真信源更加靠近；當時，，分為兩種情況，首先在于對關鍵信源的感知完全正確，此時在認知過程中存在影響因素，使得認知信息產生差錯；其次是信宿對關鍵信源的感知存在差錯，同時在認知過程中存在影響因素的繼續干擾，使得認知信息的差錯更大。

3.3 行動差錯數學模型

安全信息認知過程中，動作的發生是在最終形成的認知信息指導下完成的，在執行過程中，其影響因素包括認知、信宿和信道三者，用A 表示執行，則執行內容的構成如公式6 所示，執行出現差錯的表達式如公式7所示。

式中：IR—信道因素，主要指所在執行環境中的溫度、濕度、噪音、光線、天氣狀況等因素；

IH—信宿因素，信宿的安全行為能力以及其心理、生理等方面的狀況決定這方面的影響程度；

UI—認知因素，認知信息的不清晰、不關鍵、錯誤或不及時都將對執行的正確性和及時性產生影響。

令UI=(UI1,UI2,…,UIx,…,UIn),其中UIx是生成的關于關鍵信源的認知信息。 則那么當不存在關于關鍵信源的認知信息時，必有α'ISx= 0，此時。同樣，得到公式8所示的分段函數：

那么，當α'ISx≠0 時，若，則認知信息完全正確，且在正確認知信息的指導下，執行同樣完全正確；若，亦即對關鍵信源的認知不完整，且執行完全按照該認知信息的指導進行，此情況屬于感認知過程受到了其他因素的干擾，執行過程中未受到干擾或干擾無效；若，分兩種情況，一種是當對關鍵信源的認知完全正確，但在執行過程中由于信宿自身、環境因素或其他因素的干擾下導致執行出現差錯；另一種是當對關鍵信源的認知不完全正確，且在執行過程中受到影響因素的進一步干擾；若，此時信宿對關鍵信源的認知不完全正確，但在執行過程中，由于信宿自身經驗教訓等其他因素的幫助或其他信宿的提醒等因素，使得認知向關鍵真信源更加靠近或完全正確。

4 結論

（1）在安全信息認知視域下，以駕駛員為第一視角對影響駕駛行為的因素進行了分析總結，影響因素從信源、信宿和信道3個方面進行概括，相比于傳統上人們熟知的風險因素的概括方法而言，該方法從安全范式出發，其結果更具全面性和可靠性，這也將使得人們對交通中的風險感知更加全面，從而提高交通安全行為的可靠性。

（2）安全感知、安全認知和安全行為是一個鏈式的過程，其過程中任何一個環節出現差錯，都可能導致不安全行為的出現。因此，該文從視聽感知差錯出發對駕駛員不安全行為機理進行研究，并構建模型，這為當前“金字塔”式的交通安全治理模式的運行敲響了警鐘，并為其優化提供了思路。

（3）對關鍵安全信息的處理是決定駕駛行為安全與否的關鍵。從關鍵安全信息出發，構建了安全感知差錯、安全認知差錯以及安全行為差錯的數學模型，一方面使得未來人工智能對于未來在關鍵信息獲取敏感度的提升具有一定的促進作用；另一方面能確定駕駛員自身的安全素質能在駕駛安全中起到決定性作用。這對于未來交通安全人工智能可靠性的提升以及駕駛員的安全素質的加強具有積極的指導意義。

因此，從上述研究結論出發，提出如下對策和建議：

（1）通過各組織對所有個人進行相關安全教育、安全培訓，所有人都會成為交通安全的參與者，所有人的行為亦將影響交通安全，因此，在上述方法的指導下，通過安全教育、安全培訓將知識和技能傳遞給所有相關的人，從而提高安全行為的可靠性。

（2）“金字塔”式的交通安全治理模式缺少民眾的參與，安全是所有人的安全，因此，應當逐漸向“網絡”式的安全治理模式發展，實現全名共治，集齊所有人的力量，實現知識和信息主導，順應時代的發展的趨勢。

（3）交通安全素質（包括發揮安全能力所必須的安全意愿、安全意識等）的提高是我國所急需解決的問題，也是可達到的目標。因此，可通過安全文化建設、安全教育、安全基礎設施建設、安全技術的引進等對人們的安全素質進行針對性地優化，以提升人們的安全綜合素質。

（4）關鍵安全信息的識別及其敏感度提升應當作為未來交通安全人工智能關注的重點，這不論是對無人駕駛技術，還是對于安全駕駛輔助技術而言，都將產生深遠的影響，具有無限的發展潛力。