基于眼動實驗的右轉車輛駕駛員注視行為研究

李之紅，趙 莉，許旺土

(1. 北京建筑大學 城市基礎設施建設北京市工程中心，北京 100044； 2. 中國城市規劃設計研究院 城市交通分院，北京 100044； 3. 廈門大學 城市規劃系，福建 廈門 361005)

0 引 言

機動車在行駛過程中的信息都是由駕駛員反映和控制，駕駛過程是駕駛員對信息獲取、傳輸、加工處理和實現的全過程。而各種感官信息中，視覺信息約占80%，遠遠高于聽覺信息[1]，視覺系統是獲取信息的重要途徑，對視覺行為的研究具有重要意義。

機非混行特征使得交叉口成為道路交通的主要瓶頸點，也是輕量級交通事故的重點區域。在機動車右轉時，駕駛員要不斷篩選關鍵信息，有效避開各種沖突，因此研究交叉口駕駛員注視行為對指導駕駛員安全通過交叉口、減少交通事故，提高整個路網通行效率具有重要意義。

通過對北京市城區內多個交叉口交通流的視頻監測分析，以及對行人、駕駛員個體行為進行問卷調查后發現：駕駛員駕駛傾向性和視覺行為是影響駕駛安全的重要因素[2]，尤其是右轉機動車與過街行人安全更為重要。

駕駛員駕駛傾向性反映出駕駛員在車輛操作和運動過程中表現出來的情感狀態[2-3]。駕駛傾向性主要體現在駕駛員個體年齡、性別、駕齡、經驗和情緒等方面差異。國內外學者對于駕駛傾向性進行了一系列實驗和研究。J.S.HICKMAN等[4]和馬艷麗等[5]分別從駕駛員心理情感等方面研究了駕駛傾向性，探討了駕駛員注意力等特性與駕駛安全的關系；彭金栓等[6]和張華等[7]分別在相對靜態條件下，從交通安全宏觀角度對駕駛員心理測量和對道路交通安全影響進行分析，基于人-車環境等因素出發對駕駛行為進行了推導和預測；王曉原等[8]對汽車駕駛傾向性動態辨識進行了研究，建立了駕駛傾向性辨識模型，并進行驗證；郭應時等[9]研究了駕駛員駕駛經驗對視覺行為的影響。然而，城市道路中右轉車輛的行為與車輛在正常向前行駛時明顯不同[10-12]，右轉車輛車速低、行駛軌跡為弧形、行駛過程中垂直和平行方向有多重干擾，故而其活動更為復雜，車輛與行人和非機動車間的沖突現象頻繁發生(圖1)，其交互作用的過程和機理亟待深入解析。

駕駛員在駕駛過程中易受多種因素干擾視線，注意力轉移易導致危險事故發生。在近十年來，眼動實驗作為獲取視覺行為數據分析認知過程的手段，已有很多學者進行了研究，主要方向有駕駛分析[1，8]，包裹設計等。但是在機動車右轉和行人過街沖突中，視覺行為如何影響交通安全仍需深入分析，筆者基于實車眼動實驗，采集了大量右轉車輛與行人過街沖突數據，分析了駕駛員視覺行為，為提高交叉口交通安全提供支撐。

1 實驗方案設計

為了解析右轉車輛駕駛員視覺行為，筆者設計了駕駛傾向性問卷，共選取109名駕駛員進行問卷調查和實車測試，并對駕駛員進行了分析。

1.1 駕駛傾向性分類

通過分析近幾年的交通事故，駕駛員主責的事故多達70%，駕駛員心理因素對安全駕駛具有重要影響[6-7]。筆者設計了駕駛傾向性問卷，問卷包含25個問題，主要涉及不同環境下的駕駛決斷、駕駛技巧和駕駛員心理等3個方面。

1.2 實驗設備與校準

眼動儀能有效地捕捉駕駛員視覺信息。當前國內外主要的眼動儀主要有：法國Model Mon EOG，荷蘭Sclera Search Coils系統，德國IView X，美國EVM3200，加拿大Eye-link 2等。筆者選用德國SMI公司頭戴式眼動儀IView X〔圖3(b)〕。實驗中，采用右眼模式，設備配有圖像處理算法的高分辨攝像裝置。采集數據結合分析軟件對駕駛員視覺行為進行分析。

1.3 參加者與視域的劃分

筆者選擇了109名來自不同行業的駕駛員進行問卷調查，問卷均符合樣本有效。對參與者的駕駛傾向性進行評估，并從中選擇6名駕駛員進行實車測試。

由于駕駛環境復雜，機動車在轉彎時需關注各種視角，筆者將駕駛視角分為5個子視域(圖2)，分別為主視域(M)，左視域(L1)，左側視域(L2)，右視域(R1)，右邊視域(R2)和右側視域(R3)。

圖2 視域劃分Fig. 2 Division of visual points

1.4 實驗過程

筆者選擇6名不同類型駕駛員在北京城區選定路段進行實車循環測試，分別記錄每個駕駛員注視行為數據，實驗時間選擇在15:00—18:00，該時段不會產生大規模擁堵，測試區域包含主干路、次干路、支路相交交叉口。實驗采集了視頻數據18 h，對兩種不同傾向性的駕駛員各進行30組實驗，共采集了180個交叉口右轉車輛人車沖突數據，并進行分析。

2 結果與分析

駕駛員駕駛技術、自身特征和心理因素對交通安全有重要影響，不同類別駕駛員具有明顯不同的視覺行為。

2.1 數據檢驗與駕駛傾向性分析

對調查問卷數據可靠性進行信度和效度檢驗，檢驗結果顯示測試結果有效，且可信度高(信度系數為0.855)。

駕駛傾向性是對駕駛員進行的心理調查。筆者針對右轉車輛與行人沖突的駕駛員開展心理和判斷能力調查，分析了駕駛員駕駛傾向性，共采集了109份有效問卷。根據駕駛員對22個問題的選擇，按照不同駕駛傾向類型將駕駛員人數進行分類。根據測算，將駕駛員分為激進型(aggressive)和保守型(cautious)兩種類型。調查問卷中得分為：0～29分為激進型駕駛員；30～44分為保守型駕駛員。并在這兩種類型的駕駛員中尋求規律，如表1～3。

表1 駕駛傾向性檢驗Table 1 Driving tendency test

表2 不同年齡駕駛員駕駛傾向性分類Table 2 Driving tendency classification of drivers with different age

表3 不同駕齡駕駛員駕駛傾向性分類Table 3 Driving tendency classification of the drivers with different driving age

由表1可看出：在109個樣本中，激進型和保守型駕駛員分別占37.6%和62.4%。樣本中有55位女性駕駛員，這55位女性駕駛員中只有12位是激進型駕駛員，占女性駕駛員的21.8%。這表明大多數女性駕駛員偏保守，駕駛途中較為謹慎。男性駕駛員中有29名激進型駕駛員，占到了所有男性駕駛員的51.8%，男性駕駛員中較為沖動的駕駛員占到了55.4%。這說明全世界范圍內，男性駕駛員事故率遠遠高于女性駕駛員。

由表2可看出：在18～22歲年齡段，激進型駕駛員所占比例更大，年齡大的駕駛員更趨于穩定駕駛。這說明年輕駕駛員駕駛過程中受到不同環境因素影響較大，情緒易受外界干擾，導致一時沖動違反交通規則或者危險駕駛。

由表3可看出：駕齡越高的駕駛員對自己駕駛水平越自信，所以激進型駕駛員數所占比例隨著駕齡增長而緩慢增加，盡管駕齡高的駕駛員是激進型駕駛員的概率較大，但是事故率最高的還是駕齡較低的新手駕駛員。因為新人駕駛員缺乏經驗，遇見緊急情況易驚慌失措或因害怕出事故采取較為冒險的方式，最后導致事故升級。

2.2 眼動實驗結果與分析

2.2.1 視點信息總體分析

筆者將兩種類型駕駛員在同一路口駕駛過程中通過SMI眼動儀統計出的數據進行對比(表4)。

表4 保守型和激進型駕駛員視覺信息統計Table 4 Visual information statistics of radical and cautious drivers

由表4可看出：保守型駕駛員在駕駛車輛右轉時，注視點明顯多于激進型駕駛員，比激進型駕駛員對周邊事物有較多關注；保守型駕駛員在駕駛車輛右轉時，最長注視時間高于激進型駕駛員，其視點穩定性高于激進型駕駛員；保守型駕駛員在駕駛車輛右轉時，掃視長度明顯多于激進型駕駛員，比激進型駕駛員視點范圍廣；這兩種類型駕駛員最短注視時間相近。

綜合來看，保守型駕駛員較為嚴謹，趨向于把周遭事物看得盡量具體、明晰，在駕駛時沉著而穩重，在沒有看清道路情況時，不急于做出判斷。而激進型駕駛員注意視點較少，駕駛較為隨意，傾向于掃視一下就做出判斷，駕駛時狀況不穩定。

2.2.2 不同類別駕駛員視域分析

實驗詳細記錄了這兩種類型駕駛員注視順序、凝視時長、視點數目等相關信息。由表5可看出對6個區域的注視順序，激進型駕駛員沒有規律，而保守型駕駛員則比較有規律，先注意中間區域，其次看像緊鄰中間的右邊區域，而后或從左一直順序看向右，或從右一直看向左?？煽闯霰Ｊ匦婉{駛員趨向于從一邊向另一邊掃視，并且掃視全面。

表5 激進型和保守型駕駛員視點分析Table 5 View point analysis of radical and cautious drivers

通過每個區域注視點數目、興趣區域凝視時間與總時間比值、興趣區域總注視時間可看出：激進型駕駛員的3組數據呈現區域興趣程度從大到小依次為：M>R1>R2>L1>L2≥R3。而保守型駕駛員的規律不是很明顯，其興趣度基本為：M>R1R2L1>L2>R3。這兩類型駕駛員注視L2、R3的興趣度都不大，單保守型比激進型駕駛員稍好，激進型駕駛員通常對此區域不產生興趣。

青櫻不卑不亢：“主子娘娘明鑒。皇上已在先帝靈前登基，雖未正式冊封皇后，可主子娘娘是皇上結發，自然是名正言順的皇后。如今再稱福晉不妥，直呼皇后卻也沒有旨意，只好折中先喚了主子娘娘?！鼻鄼岩姼徊焓现皇遣蛔雎?，便行了大禮，“主子娘娘萬福金安?！?/p>

由以上分析可知：① 兩種駕駛員在右轉彎時注視區域順序基本都是先注視中間和毗鄰左右側，之后對稍近的左右進行觀察，再對稍遠的左右進行進一步察看；兩種類型駕駛員都不會一直只注意一側情況，而忽視另一側的交通狀況，而是左右觀看，反復確定。② 兩種類型駕駛員關注左、右車窗的情況都很少。所以當車輛右轉，行人或非機動車出現在車輛前擋風玻璃區域時，能引起駕駛員注意。但倘若行人或非機動車快速從自行車道或人行道駛出，出現在兩側玻璃區域，駕駛員則有可能不注意或未來得及注意，從而造成交通事故。

2.3 駕駛員視點掃描路徑和強度分析

為分析駕駛員視覺行為，筆者采集了機動車右轉過程中駕駛員的注視數據，主要包含注視點路徑、注視點熱度等。分析發現：駕駛員在右轉過程中的視點軌跡為左上至右下的斜角線性分布，這與正常路段行駛的視覺行為差異明顯，表明車輛右轉過程中駕駛員所關注信息都分布在這條斜線上。

2.3.1 過街行人較多情況下的駕駛員注視行為

圖3(a)、(c)分別為兩種類型駕駛員注視點路徑圖(scan path)，線條表示駕駛員駕駛中注視點所經過的路線，圓圈則表示注視強度，圓圈越大注視強度越高，反之則注視點強度越小。圖3(b)、(d)分別為兩種類型駕駛員注視熱點圖(heat map)，體現了駕駛員在駕駛中注視點強度，圖3中：顏色深度的增加表示注視強度逐漸增加。

兩種類型駕駛員在駕車右轉遇行人時的注視路徑及每個注視點的強度明顯不同。從注視路徑角度而言，保守型駕駛員在右轉過程中面對多人沖突時，更為謹慎，視點在左上方和右下方反復移動，主要關注點由強至若依次為：R2、M、R1，該視點內人群主要來自駕駛員右側需要過街的行人；激進型駕駛員在其對自身駕駛技能充分自信條件下并沒有特意注視右側過街行人，其主要注視點也較為簡單〔圖3(c)〕，注視點則主要停留在R2和R1，且強度比較均衡。從注視強度的角度而言，保守型駕駛員在R2、R1內注視強度連貫集中，M內注視強度略低，但整體注視強度高于激進型；激進型駕駛員注視強度集中在R2，強度集中區域有限，這說明激進型駕駛員對與大部分視域內行人或環境沒有過多關注，凝視時間短，容易出現視覺盲區，該駕駛行為使得激進型駕駛員產生交通事故風險高于保守型駕駛員。

圖3 多人過街情況下右轉駕駛員視點掃描路徑和熱點圖Fig. 3 Driver’s viewpoint scanning path and hot spot in right turning under the condition of more pedestrians crossing

2.3.2 過街行人少情況下駕駛員注視行為

當過街行人較少時，筆者通過實驗采集了兩種類型駕駛員存在不同的駕駛行為(圖4)。主要從注視點路徑和強度兩個方面進行分析，保守型駕駛員在右轉較少行人干擾時，注視點路徑完整，且分布均勻，其主要重點關注于M和R2，且路徑密度明顯低于過街行人較多的時刻；由熱點圖(圖4)也可看出：右轉過程，保守型駕駛員主要凝視于R2的底部和M，注視強度低于過街行人干擾嚴重的時刻。而激進型駕駛員在右轉較少行人干擾時，注視點路徑簡單集中在M和R2，僅僅在M處注視強度較強，其他視點停留時間非常有限。

綜上所述，無論是右轉時遇行人或不遇行人時，保守型駕駛員注視點都比激進型更加密集且強度大。激進型駕駛員在右轉時主要關注的是正前方區域，對于右下方區域容易忽略。這對于行人來說也是相對危險的區域。本次實驗所得可提醒新手駕駛員或激進型駕駛員，在右轉時應對右下方區域給予更多關注，避免人車發生沖突，產生不必要的交通事故。

圖4 較少行人過街情況下右轉駕駛員視點掃描路徑和熱點圖Fig. 4 Driver’s viewpoint scanning path and hot spot in right turning under the condition of fewer pedestrians crossing

3 討 論

3.1 駕駛員傾向性

既有研究主要關注常態下駕駛過程中的駕駛傾向性，考慮駕駛員年齡、性別、駕齡、經驗和情緒等因素[4-5]，并主要將駕駛傾向性分為3類[8]。城市道路中機動車右轉過程中，右轉車輛與行人非機動車的沖突一直存在，且右轉車輛車速較低，駕駛員所關注區域與正常駕駛明顯不同，因此右轉車輛駕駛員駕駛傾向性主要取決于實時心理因素和駕駛技能。

當前部分學者采用相關理論預測和解釋了交通違章[13]、超速[14]、違規橫穿馬路行為[15]、駕駛時使用手機行為[16]。駕駛傾向性判定問卷是基于當前相關研究，具有較高的可靠性和有效性，通過問卷調查能很好地判定駕駛員類別。盡管如此，加入更多心理學變量，判定結果更準確。

3.2 不同類型視覺行為的啟示

研究成果對道路交通管理者、駕駛技能培訓者和廣大駕駛員本身具有重要實踐意義，主要體現于以下幾個方面。

3.2.1 交通教育

不同特性駕駛員呈現出了明顯的視覺行為差異，來自他人的建議對駕駛員駕駛行為具有重要的影響。當車內有家人或朋友時，駕駛員傾向于扮演重要角色，進而傾向于保守型駕駛習慣。相關部門可積極對駕駛員進行教育培訓，糾正不良駕駛行為。同時很多駕駛員對其駕駛技能充分自信，沒有認識到車輛右轉過程中視覺特殊性和存在的風險[15-17]，導致在右轉過程中傾向于激進型駕駛行為。而根據實驗分析，激進型駕駛員對車輛左右前方的注視強度偏低，存在風險。

3.2.2 交通管理與設計

在路口交叉口區域，由于國內多數交叉口沒有單獨為右轉車輛給定信號相位，導致人車沖突頻繁。國內部分城市通過右轉車輛強制讓行管理措施，大大降低了沖突風險。同時，對駕駛員而言，由于行人和非機動車數量龐大，降低車速是最有效的減少沖突的手段，而降低車速需要在管理上和技術上同時發力，既要對右轉車輛進行限速管理，又要合理設計交叉口，約束車輛轉彎路徑和速度。

3.2.3 視覺行為引導

視覺行為分析是當前分析駕駛行為的主要手段之一[1-3]，不同傾向性駕駛員在駕車右轉遇行人時，注視路徑及每個注視點強度明顯不同。保守型駕駛員在右轉過程中更加謹慎，視點反復移動；而激進型駕駛員在其對自身駕駛技能充分自信條件下并沒有特意注視右側過街行人，其注視點簡單，凝視時間短，容易出現視覺盲區。基于視覺行為研究成果，對駕駛員進行解讀，明確可能存在的盲區和危險點，引導駕駛員形成良好的駕駛習慣和視覺行為。

3.3 研究不足與展望

研究過程中存在著不足之處主要有：① 研究對象的選擇無法涵蓋所有駕駛員類型，后續工作將繼續擴大問卷調查規模；② 實車實驗在駕駛員選擇上比較困難，后期將招募更多不同群體志愿者進行實車實驗；③ 實驗路線選擇比較單一，后期將選擇更多道路交叉口進行實車實驗。

4 結 論

通過問卷數據，筆者分析了駕駛員駕駛行為，得到如下結論：

1)研究中的問卷設計為駕駛員傾向性判別提供依據，考慮了不同環境下的駕駛決斷、駕駛技巧和駕駛員心理等因素；

2)分析了駕駛員右轉過程中的駕駛行為，得出其視覺路徑呈線性分布，新手駕駛員更多地關注R2；

3)分析發現保守型駕駛員在右轉時注視點密度和注視強度明顯高于激進型。激進型駕駛員在右轉時忽視右側區域，存在更多的盲區和危險點。