基于认知活动的驾驶员路径选择行为影响因素分析

吕丹丹，王晓原，马立云，陈绍志

（山东理工大学交通与车辆工程学院智能交通研究所，山东淄博255091）

随着社会经济的快速发展，城市汽车保有量不断递增，城市道路负荷日益加重，交通拥挤、道路阻塞、交通事故、以及由此引起的社会经济损失、空气污染等已成为不利于社会发展的消极因素，严重制约着城市的可持续发展．解决这些问题具有重大的社会、经济意义，城市交通环境的改善已迫在眉睫．

城市道路交通系统是由人－车－路－环境组成的复杂的大系统，而这四者之中，人处于主导地位，其行为直接影响到交通系统的平稳运行和各种措施实施的效果，因此，驾驶员路径选择行为的研究始终是城市道路交通系统研究的重要内容［1－2]．目前国外学者在对驾驶员路径选择影响因素方面做了很多研究，例如：Choi Woo－Kyung、Kim Seong－Joo基于个人喜好对影响驾驶员路径选择的因素进行了分析［3]；Eran Ben－Elia、Ido Erev研究了信息和经验对驾驶员路径选择行为的联合影响［4]；Bonsall Peter则考虑了路径指导建议对路径选择行为的影响［5]．国内学者对于交通信息、驾驶员特性（性格、年龄、个人偏好等）、交通政策等因素对驾驶员路径选择的影响进行了深入研究．例如：林震、杨浩等人在研究出行者的出行心理和出行行为的基础上，分析了交通信息对出行选择的影响，并提出在交通信息诱导出行者出行时，存在信息过剩、过激反应和集聚反应等问题［6]；张存保、杨晓光等人研究了系统中信息质量、信息服务对象、信息发布方式和信息发布位置等问题［7]；王宏仕针对于基于驾驶员偏好的最优路径选择方法进行了研究［8]．本文基于认知活动对驾驶员的路径选择行为的影响因素进行研究，重点对于认知过程的影响因素进行分析．

1 驾驶员路径选择行为的认知活动链

认知心理学认为［9]：（1）人不是机械地接受外界刺激而做出反应的被动实体，而是有选择地获取和加工环境刺激的主动实体，通过反馈学习重新组织自我认知结构，在原有知识经验的基础上积累新知识；（2）人对外界刺激的反应不是直接的和一一对应的，而是有一定的延时性和不确定性．因为驾驶员需要经过一段反应时间后才能对外界刺激做出反应，所以反应具有延时性．针对同一刺激，驾驶员所处的驾驶环境不同或自身状况不同所采取的反应也不同，因此驾驶员的反应具有不确定性［10]；（3）运用科学知识和技术分析行为认知结构，通过相应的教育和知识来组织、维持和改造人在认知过程中的行为，以便进一步了解、预见和指挥人的行为决策．例如，通过交通法规、交通案例、交通道德等多方面知识的学习，驾驶员可以改变自身的认知结构，树立严格遵守交通法规的观念，养成自觉遵守交通法规的良好习惯，从而避免交通事故的发生．根据认知心理学的有关知识［11]，驾驶员的认知过程可理解为信息的获得、贮存、加工和使用的过程．驾驶行为认知结构（即信息加工系统）由感受器、效应器、加工器和记忆组成，其结构如图1所示．

图1 驾驶行为认知结构

在复杂的道路交通系统中，驾驶员作为一个主导者，具有高度完善的自适应、自学习的反馈能力和信息加工能力．在多源信息刺激下，驾驶员通过视觉、听觉、触觉等感受器，感受外界的刺激，并用感觉的水平登记下来，即感觉记忆，这是驾驶员信息处理过程的感知阶段．感觉记忆储存时间短，很快就会消失，部分在注意的帮助下，进入短时记忆．由于注意资源有限，驾驶员不可能接受所有的外界刺激，也不可能对所有的信息都进行处理，并做出反应，所以驾驶员感兴趣或者与任务有关的感觉记忆才在注意的自动加工和控制加工的帮助下进入短时记忆．自动加工总是出现在比较容易的任务中，或对熟悉刺激进行加工的过程．控制加工出现在比较困难的任务中，或对不熟悉刺激进行加工的过程中．反映在驾驶员的路径选择的影响因素上，就是面对相同的外界刺激时，经验丰富的驾驶员相对于经验不丰富的驾驶员，在感受刺激、获取信息的过程中，自动加工较多，而控制加工较少．从而节约了更多的注意力资源．

信息进入短时记忆后，驾驶员的信息处理过程也进入判断决策阶段．根据认知心理学的模式匹配理论，这时作为认知个体的驾驶员就会将短时记忆中的信息（如实时的交通信息、道路特性等）与长时记忆中已经形成的模板相比较，找到与之最匹配的，然后按照该模板判断决策；如果没有找到合适的模板，该模式就是一个新的模式，通过学习，建立新的模板．在驾驶员路径选择的认知活动链中，在不能满足驾驶员出行路径选择期望时，驾驶员就会将实时交通信息、道路特性等信息，与长时记忆中的相类似的经历等相比较，从而做出判断决策，最终决定是否改变行驶路径．

判断决策阶段之后，驾驶员的信息加工过程进入操作阶段，通过效应器，操控车辆，最后实现车辆行驶状态的改变和路径的改变．

2 驾驶员路径选择行为的影响因素分析

在实际的道路交通系统中，驾驶员的路径选择行为是一个多源信息刺激下的认知活动链，如图2所示．驾驶员特性在认知活动链中起到了很大的作用，驾驶员的个人特性不同，同样的刺激反应不相同；同一个驾驶员在面对不同的刺激时，反应也不相同．研究表明，人们并不是以一种方式来进行认知操作的，一些差异的不同潜在来源来自人们在生活中应对认知任务的表现上［12]．参照文献［12] 和驾驶员路径选择行为的认知活动链，本文将影响因素分为认知因素和非认知因素（如图3所示）．认知因素是指对驾驶员路径选择行为产生影响的认知活动方面因素，包括认知能力、性别、年龄、专长、认知风格、学习风格、思维风格和情景等；非认知因素是指通过认知因素间接对驾驶员的路径选择行为产生影响的因素，包括需要和动机、价值与态度、情绪、交通管制、车辆特性、道路情况和天气等．

图2 驾驶员路径选择行为的认知活动链

2．1 认知因素

2．1．1 认知能力

个体在认知能力，尤其是在认知速度、储存能力和注意广度等方面存在着个体差异．在认知速度上，存在反思型和冲动型之分；这些差异会导致我们在处理和操作认知任务时方式方法的不同［13]．

作为认知个体的驾驶员，在交通系统这个复杂的大环境中，会接受到各种各样多源信息的刺激，如道路状况、实时交通信息、广播和可变信息标志等．信息从驾驶员的接受、处理再到反应输出，都与驾驶员的认知能力有关．认知能力强的驾驶员，注意广度大，会同时接受较多的信息，进入感觉记忆，在较快的认知速度下，将信息传入短时记忆，同时再从长时记忆中提取相关信息，如该道路的以往经验信息以及其他备选路径以往的经验信息和预测等，认知能力强的驾驶员的储存能力强，长时记忆中相关的信息也就更多．提取的信息和感知的信息在工作记忆中被处理，驾驶员由此进行判断、决策，从而决定是否改变路径．

2．1．2 性别

关于认知的性别差异研究十分活跃，现在比较普通的观点是，除了一些特定任务，就能力而言，男性女性的表现类型的相似之远大于差异，认知上的性别差异非常小．

2．1．3 年龄

认知过程中与年龄相关的变化并未在青春期后就完全消失；不同年龄的成人在认知表现上呈现了系统的差异．皮亚杰描述了认知能力发展的四个主要时期：感知运动阶段、前运算阶段、具体运算阶段、形式运算阶段．此外年龄大的成年人在有关注意分配和工作记忆的任务中表现稍微不如年轻人，这可能是由于信息加工速度下降引起的［12]．因此年龄大的驾驶员接受外界刺激比年轻驾驶员较少，信息的加工速度较慢，做出判断决策的时间较长，较谨慎，可能会丧失及时改变路径的机会，更加倾向于保持原来的路径．

2．1．4 专长

人的专长能够影响其处理专业领域内认知任务的方式．专家能获得更多的特征信息并能用和新手不同的方式建构信息．专家能用他们的专业知识来组织信息，从而更有效地运用记忆内容．专家／新手区别的发现表明了这样一个论点：个体在特殊领域内的专业知识水平将影响到个体在该领域内的认知加工，诸如对信息的知觉、再认、编码、分类和归纳以及问题的解决、推理和决策制定等许多领域的认知过程都会受其影响［12]．专长在驾驶员的特性上反映在驾驶员的经验，专长的差异也可以理解为驾驶员经验的差异．经验丰富的驾驶员在模式识别的过程中，对于信息的自动加工比经验少的驾驶员较多，而控制加工较少，这样会更多的节约有限的注意力资源，从而可以对信息刺激做出更好的判断、决策，更快的解决路径的选择问题．

2．1．5 认知风格

在认知风格（cognitive style）上，即加工认知任务时的习惯或偏好的方法上，不同的认知个体存在着差异．人们在处理不同的任务时会采用不同的认知方式或认知风格．有很多分类理论，如：场依存／场独立性（field dependence／field independence，简称FD／FI）和反思／冲动型风格（reflectivity／impulsivity）等．场依存风格是依存于外部环境的，倾向于把外在的参照系作为认知的依据，他们容易受到附加刺激的干扰；而场独立性是独立于外部环境的，倾向于更多地利用内在参考，不容易受到外来事物的干扰，能够独立地对事物作出判断［12]．在驾驶员对路径选择时，场依存认知风格的驾驶员可能更加注意外界的刺激，对信息投入较多的注意力资源进行处理，从而更容易接受诱导；相反场独立性认知风格的驾驶员可能接受外界刺激较场依存风格驾驶员较少，更多的是依据以往的长时记忆中的相关模式进行判断，决策．

2．1．6 学习风格

学习风格（learning style）与认知风格密切相关．它有两重含义，第一种含义是个体在学习过程中表现出来的相对稳定的行为方式；第二种含义和认知风格相同．学习风格可以分为全面型、深层整体型、深层序列型、表面型［12]．不同的学习风格的驾驶员对信息的处理不同，从而对路径选择问题做出的判断决策不同．

2．1．7 思维风格

斯腾伯格（Sterberg，1997）提出了关于思维风格的概念和理论，为我们系统地研究思维与人格的关系提供了重要的基础．他认为，思维风格是指人们所偏好的进行思考的方式．思维风格不是一种能力，而是一种倾向性．能力相同的人可以具有完全不同的思维风格［12]．在驾驶员的路径选择的决策中，思维风格不同对路径选择的影响，表现在驾驶员偏好不同对路径选择的影响，其路径选择的结果亦不同．

2．1．8 情境

在模式识别中，环绕在刺激模式周围的各种刺激物—情境（context），它具有重要的作用．情境可能与当前要识别的模式有关系，也可能没有关系．在模式识别中，情境既可能起促进作用，也可能起抑制作用．当情境与刺激模式关系一致时，情境能促进对模式的识别，可以较少地依赖由刺激模式直接提供的信息；相反当两者关系不一样时，情境也可能干扰模式的识别，使人对模式识别发生错误，这时由于情境的干扰，人必须从刺激模式中获得较多的知识，才能排除干扰形成正确的知觉［14]．

在驾驶员的路径选择的过程中，驾驶员首先要接受外界刺激模式的各种信息的刺激，进行模式识别，然后再将信息进行加工，并与长时记忆中的相关模式进行匹配，在工作记忆中进行判断决策，决定是否改变现有路径．由此可见，外界刺激的模式识别在驾驶员路径选择过程中起到了非常重要的作用．驾驶员所处的交通系统，是一个由人－车－路－环境组成的复杂的大系统，驾驶员面临的是一个各种各样的多源信息刺激的复杂环境．驾驶员在出行过程中，当对道路满意度不高时，就会考虑路径变换的问题，这时不仅要受到多源信息刺激的影响，还会受到情境的影响．当周围情境利于驾驶员获得信息，则对其起促进作用，帮助驾驶员从外界环境中获得有利的信息，做出正确的路径选择决策；当周围情境不利于驾驶员获得信息，则对其阻碍作用，不利于驾驶员做出正确的路径选择决策．

图3 驾驶员路径选择行为影响因素分析

2．2 非认知因素

驾驶员的路径选择行为除了受各种认知因素的直接影响外，还受到一些非认知因素的影响．

需要和动机方面。驾驶员的出行目的在路径选择问题中起到了非常重要的作用，是驾驶员影响路径选择的首要条件，它决定了驾驶员出行时初始的路径选择．驾驶员的出行目的按重要程度可分为重要、一般．例如上班、赶飞机等是属于重要类的出行目的，如果不能达到驾驶员的满意程度，就会造成较大的损失；而购物、赴宴等就属于一般类的出行目的，如果驾驶员不能在满意的程度内完成出行，不会造成大的损失．

价值与态度方面。驾驶员是一个高度自学习、自适应的认知个体，具有各自的价值观、审美观、道德观，这些是受驾驶员的受教育水平影响的．驾驶员的价值与态度对驾驶员路径选择会产生了一定的影响．

情绪方面。驾驶员在出行过程中，会由于外界环境的状况的影响产生情绪的波动，这也会直接影响到驾驶员的认知活动，从而间接的影响其对路径选择问题的决策．

交通管制方面。驾驶员出行过程中，交通管制会对路径选择产生很大的影响．交通管制具有强制性，在一定情况下，驾驶员必须按照其改变行驶路径，如行驶过程中遇到禁止左转等．

车辆特性方面。车辆自身的特性，如车型、车辆性能等都影响着驾驶员出行的路径选择．

除此之外，实时的交通信息、道路情况、天气状况等，也都会通过驾驶员的认知活动间接的影响驾驶员的路径选择行为。非认知因素都是通过认知因素间接对驾驶员的路径选择产生影响的．

3 结束语

道路交通系统是一个融合人、车、路、环境四要素的复杂系统，这几个要素间的不协调或冲突是导致交通事故或者行车延误的根本原因．车辆是由人驾驶的，道路是由人来使用的．在复杂的道路交通系统中，车辆和道路是客观的，无意识的，而人是主动的，有意识的．驾驶员作为一个主导者，具有高度完善的自适应、自学习的反馈能力和信息加工能力．在路径选择的认知活动链中，驾驶员作为认知个体，感受外界刺激，接受外界信息，并对信息进行判断、处理，最终做出决策．本文从认知心理学的角度，基于认知活动，对驾驶员路径选择的影响因素进行了分析，为深入研究驾驶员路径选择问题的模型建立和仿真提供了理论基础．

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