基于眼動實驗的右轉(zhuǎn)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)北京市工程中心，北京 100044； 2. 中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院 城市交通分院，北京 100044； 3. 廈門大學 城市規(guī)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(xiàn)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(tǒng)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(qū)域。在機動車右轉(zhuǎn)時，駕駛員要不斷篩選關(guān)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(wǎng)通行效率具有重要意義。

通過對北京市城區(qū)內(nèi)多個交叉口交通流的視頻監(jiān)測分析，以及對行人、駕駛員個體行為進行問卷調(diào)查后發(fā)現(xiàn)：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(zhuǎn)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(xiàn)出來的情感狀態(tài)[2-3]。駕駛傾向性主要體現(xiàn)在駕駛員個體年齡、性別、駕齡、經(jīng)驗和情緒等方面差異。國內(nèi)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(guān)系；彭金栓等[6]和張華等[7]分別在相對靜態(tài)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(huán)境等因素出發(fā)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(tài)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(yīng)時等[9]研究了駕駛員駕駛經(jīng)驗對視覺行為的影響。然而，城市道路中右轉(zhuǎn)車輛的行為與車輛在正常向前行駛時明顯不同[10-12]，右轉(zhuǎn)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(xiàn)象頻繁發(fā)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(zhuǎn)移易導致危險事故發(fā)生。在近十年來，眼動實驗作為獲取視覺行為數(shù)據(jù)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(shè)計等。但是在機動車右轉(zhuǎn)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(zhuǎn)車輛與行人過街沖突數(shù)據(jù)，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(shè)計

為了解析右轉(zhuǎn)車輛駕駛員視覺行為，筆者設(shè)計了駕駛傾向性問卷，共選取109名駕駛員進行問卷調(diào)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(shè)計了駕駛傾向性問卷，問卷包含25個問題，主要涉及不同環(huán)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(shè)備與校準

眼動儀能有效地捕捉駕駛員視覺信息。當前國內(nèi)外主要的眼動儀主要有：法國Model Mon EOG，荷蘭Sclera Search Coils系統(tǒng)，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(shè)備配有圖像處理算法的高分辨攝像裝置。采集數(shù)據(jù)結(jié)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(yè)的駕駛員進行問卷調(diào)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(huán)境復雜，機動車在轉(zhuǎn)彎時需關(guān)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(cè)視域(L2)，右視域(R1)，右邊視域(R2)和右側(cè)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(qū)選定路段進行實車循環(huán)測試，分別記錄每個駕駛員注視行為數(shù)據(jù)，實驗時間選擇在15:00—18:00，該時段不會產(chǎn)生大規(guī)模擁堵，測試區(qū)域包含主干路、次干路、支路相交交叉口。實驗采集了視頻數(shù)據(jù)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(zhuǎn)車輛人車沖突數(shù)據(jù)，并進行分析。

2 結(jié)果與分析

駕駛員駕駛技術(shù)、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(shù)據(jù)檢驗與駕駛傾向性分析

對調(diào)查問卷數(shù)據(jù)可靠性進行信度和效度檢驗，檢驗結(jié)果顯示測試結(jié)果有效，且可信度高(信度系數(shù)為0.855)。

駕駛傾向性是對駕駛員進行的心理調(diào)查。筆者針對右轉(zhuǎn)車輛與行人沖突的駕駛員開展心理和判斷能力調(diào)查，分析了駕駛員駕駛傾向性，共采集了109份有效問卷。根據(jù)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(shù)進行分類。根據(jù)測算，將駕駛員分為激進型(aggressive)和保守型(cautious)兩種類型。調(diào)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(guī)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(shù)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(nèi)，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(wěn)定駕駛。這說明年輕駕駛員駕駛過程中受到不同環(huán)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(guī)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(shù)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(jīng)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(jié)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(tǒng)計出的數(shù)據(jù)進行對比(表4)。

表4 保守型和激進型駕駛員視覺信息統(tǒng)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(zhuǎn)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(guān)注；保守型駕駛員在駕駛車輛右轉(zhuǎn)時，最長注視時間高于激進型駕駛員，其視點穩(wěn)定性高于激進型駕駛員；保守型駕駛員在駕駛車輛右轉(zhuǎn)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(wěn)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(wěn)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(shù)目等相關(guān)信息。由表5可看出對6個區(qū)域的注視順序，激進型駕駛員沒有規(guī)律，而保守型駕駛員則比較有規(guī)律，先注意中間區(qū)域，其次看像緊鄰中間的右邊區(qū)域，而后或從左一直順序看向右，或從右一直看向左。可看出保守型駕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(qū)域注視點數(shù)目、興趣區(qū)域凝視時間與總時間比值、興趣區(qū)域總注視時間可看出：激進型駕駛員的3組數(shù)據(jù)呈現(xiàn)區(qū)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(guī)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(qū)域不產(chǎn)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(jié)發(fā)，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。”青櫻見富察氏只是不做聲，便行了大禮，“主子娘娘萬福金安。”

由以上分析可知：① 兩種駕駛員在右轉(zhuǎn)彎時注視區(qū)域順序基本都是先注視中間和毗鄰左右側(cè)，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(cè)情況，而忽視另一側(cè)的交通狀況，而是左右觀看，反復確定。② 兩種類型駕駛員關(guān)注左、右車窗的情況都很少。所以當車輛右轉(zhuǎn)，行人或非機動車出現(xiàn)在車輛前擋風玻璃區(qū)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(xiàn)在兩側(cè)玻璃區(qū)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(zhuǎn)過程中駕駛員的注視數(shù)據(jù)，主要包含注視點路徑、注視點熱度等。分析發(fā)現(xiàn)：駕駛員在右轉(zhuǎn)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(zhuǎn)過程中駕駛員所關(guān)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(jīng)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(xiàn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)注點由強至若依次為：R2、M、R1，該視點內(nèi)人群主要來自駕駛員右側(cè)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(cè)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(nèi)注視強度連貫集中，M內(nèi)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(qū)域有限，這說明激進型駕駛員對與大部分視域內(nèi)行人或環(huán)境沒有過多關(guān)注，凝視時間短，容易出現(xiàn)視覺盲區(qū)，該駕駛行為使得激進型駕駛員產(chǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)時主要關(guān)注的是正前方區(qū)域，對于右下方區(qū)域容易忽略。這對于行人來說也是相對危險的區(qū)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(zhuǎn)時應(yīng)對右下方區(qū)域給予更多關(guān)注，避免人車發(fā)生沖突，產(chǎn)生不必要的交通事故。

圖4 較少行人過街情況下右轉(zhuǎn)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(guān)注常態(tài)下駕駛過程中的駕駛傾向性，考慮駕駛員年齡、性別、駕齡、經(jīng)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(zhuǎn)過程中，右轉(zhuǎn)車輛與行人非機動車的沖突一直存在，且右轉(zhuǎn)車輛車速較低，駕駛員所關(guān)注區(qū)域與正常駕駛明顯不同，因此右轉(zhuǎn)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(guān)理論預測和解釋了交通違章[13]、超速[14]、違規(guī)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(guān)研究，具有較高的可靠性和有效性，通過問卷調(diào)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(jié)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(xiàn)于以下幾個方面。

3.2.1 交通教育

不同特性駕駛員呈現(xiàn)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(nèi)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(guān)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(zhuǎn)過程中視覺特殊性和存在的風險[15-17]，導致在右轉(zhuǎn)過程中傾向于激進型駕駛行為。而根據(jù)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(shè)計

在路口交叉口區(qū)域，由于國內(nèi)多數(shù)交叉口沒有單獨為右轉(zhuǎn)車輛給定信號相位，導致人車沖突頻繁。國內(nèi)部分城市通過右轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)上同時發(fā)力，既要對右轉(zhuǎn)車輛進行限速管理，又要合理設(shè)計交叉口，約束車輛轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(cè)過街行人，其注視點簡單，凝視時間短，容易出現(xiàn)視覺盲區(qū)。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(qū)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(xù)工作將繼續(xù)擴大問卷調(diào)查規(guī)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(jié) 論

通過問卷數(shù)據(jù)，筆者分析了駕駛員駕駛行為，得到如下結(jié)論：

1)研究中的問卷設(shè)計為駕駛員傾向性判別提供依據(jù)，考慮了不同環(huán)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(zhuǎn)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(guān)注R2；

3)分析發(fā)現(xiàn)保守型駕駛員在右轉(zhuǎn)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(zhuǎn)時忽視右側(cè)區(qū)域，存在更多的盲區(qū)和危險點。