基于危險源位置的駕駛人危險感知研究*

谷志朋 楊京帥* 楚彭子 劉秋璠 王 靖

(長安大學汽車學院1) 西安 710064) (同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室2) 上海 200092)

0 引 言

根據已有數據顯示，90%以上的交通事故是由人的因素造成的，由駕駛人危險感知(hazard perception)錯誤導致的交通事故占事故總數的40%～45%[1].駕駛人對危險的感知取決于其捕捉交通環境信息的能力，特別是對危險情境中信息的捕捉.駕駛人對不同的交通危險情境中信息的捕捉、分辨與決策都是不同的.如果駕駛人能有效捕捉交通情境中的信息，篩選出危險信息并做出正確的決策，這對駕駛人安全行駛具有極大的幫助.

國外對駕駛人危險感知方面研究較早，Vanlaar等[2]采用問卷調查方法調查了歐洲23個國家24 000多名駕駛人，要求駕駛人對交通事故原因進行評分，進而分析了駕駛人危險感知特征.Vlakveld等[3]對年輕駕駛人(25歲以下)在車禍中的比例過高原因進行研究，實驗設置了對照組與實驗組，并基于駕駛模擬器對實驗組進行訓練，結果表明年輕駕駛人對潛在危險的視覺搜索不足是造成車禍的主要原因.Pradhan等[4]研究探索了影響駕齡1年以內的青年駕駛人駕駛經驗的因素，研究表明:在一些分散注意力的任務條件下，危險感知通常隨著駕駛經驗增長而提高.Jin等[5]研究了與行人相關的顯性危險與潛在危險，將試驗人員分為新手與經驗駕駛人，通過模擬駕駛器與眼動儀進行駕駛人危險感知實驗，結果表明：新手對汽車的操作占用了較多的視覺資源，且新手駕駛人的視覺搜索模式更加遲鈍，此兩種因素提高了事故率.

當前，國內學者同樣對危險認知方面做了大量研究.秦雅琴等[6]編制了風險駕駛情境的駕駛人風險意識主觀評價量表，通過對228名駕駛人的預測，并對問卷進行分析、檢驗，結果表明：駕駛人風險意識量表具有良好的信度、效度，能達到實用目標.楊京帥等[7]構建了駕駛人危險感知模型，通過實驗得出了不同危險等級與駕駛人危險識別時間與反應時間具有顯著影響.

目前大多學者研究集中于駕駛人方面，針對駕駛人視覺、危險感知影響因素,以及危險感知能力提升等方面的研究，本文基于危險源出現位置不同對駕駛人的影響，研究不同危險交通情境下駕駛人危險感知的差異，有針對性的提升駕駛人對某類危險場境的危險感知能力.

1 試驗設計

1.1 試驗人員

本試驗共招募了46名駕駛人，其中男性34人，女性12人，(駕駛人的平均年齡為24.7歲，年齡標準差為1.93)所有駕駛人員均身體健康、視力或矯正視力正常，擁有合法駕照.

1.2 試驗設備

本試驗基于win10系統電腦與眼動儀設備搭建而成的駕駛人視覺信息采集平臺.試驗所用危險交通情境均為現實中行車記錄儀記錄的交通實時情境，試驗共涉及24張危險交通情境畫面.

危險交通情境多種多樣，因此對危險交通情境的分類方法也不盡相同.文獻[7]根據駕駛人視角下的交通情境狀態變化劃分，將交通情境劃分為交通參與者狀態的變化、機動車的參與、非機動車的參與、行人的參與、交通情境中存在視野盲區五個危險情境.高建平等[8]按照K 均值動態聚類算法將交通情境分為左側近處、右側近處、駕駛室內、右側遠處、前方視野、左側遠處.郭孜政等[9]根據視野平面機械劃分法將交通情境劃分為主視區、左后視鏡、右后視鏡、后視鏡、儀表盤五個區域.

參考前人對交通情境的劃分方法，結合視野平面機械劃分法與視覺特征，本文提出以下的危險情境劃分方法(見圖1)，交通場境類型見表1.

圖1 危險情境劃分

表1 危險情境個數統計

本文并不能囊括所有危險情境，例如,危險源出現在行駛車輛的后方、危險產生原因由天氣造成等，主要討論駕駛人視野所及范圍內產生的危險交通情境.

1.3 試驗流程

被試人員佩戴Dikablis眼動儀，觀看由顯示器呈現的危險情境圖片，當試驗人員識別出危險源或觀察到此刻交通情境某區域可能存在危險，需第一時間點擊圖片中危險源出現的位置(從圖片切換到被試人員點擊危險源之間的時間差認為是被試人員的反應時間)，在此過程中，圖片切換由被試者完成，被試者在找出危險源或認為該圖片不存在危險后方可切換下一張圖片.

2 試驗數據處理

2.1 指標甄選

①反應時間,從危險源出現到被試人員觀察到危險源的時間段；②無效識別次數,危險源出現到被試人員觀察到該危險源的時間段超出指定的反應時間段的次數；③未識別次數,被試人員沒有觀察到危險的次數；④平均注視時長,某一特定視覺區域(AOI)注視的時間長度；⑤注視次數,所選時間間隔內被試人對畫面的注視次數.

2.2 無效識別的界定

在危險識別時間的限定上并沒有統一的定論，Scialfa等[10]在研究時將危險的識別時間上限設定為4 s，楚彭子[11]在研究危險感知中將危險識別時間上線設定為5.109 s.本文按0.5 s一組將其一共分為15組，其中5 s以下占90.03%，見圖2.對此根據前人的經驗，取5 s為危險識別時間的上限，超過5 s則為未識別出危險.

圖2 反應時間累積圖

3 危險源位置與危險感知之間的關聯分析

3.1 無效識別次數

對數據分析得出位置1，2，3，4處無效識別率分別為0.257，0.153，0.181和0.035.圖3為無效識別次數箱線圖，由圖3可知，危險源出現在位置4處時無效識別次數四分位值均小于出現在其他三處位置對應值；危險源出現在位置1處時無效識別次數的四分位值均高于出現在其他位置處對應值.對無效識別次數進行F檢驗，結果表明，不同危險源位置對駕駛人無效識別次數方面有顯著性影響(F(3,20)=3.712,P=0.028<0.05).經事后比較檢驗得出，位置1與位置4之間具有顯著性差異(p=0.004<0.05)，位置3與位置4之間具有顯著性差(p=0.044<0.05)，其他位置間并無明顯差異.由分析可知，位置1處無效識別次數較高，可能由于駕駛人對(遠前方)位置1處危險的判定尚存疑慮因此耗時較長，導致無效識別次數較多；位置4處無效識別次數較少，可能與我國駕駛員位置均在左側，相對于左側而言右側視野較為開闊，導致駕駛人對右側危險更加敏感，無效識別次數較少.

圖3 無效識別次數箱線圖

3.2 未識別次數

對數據分析得出位置1，2，3，4的未識別率分別為0.583，0.090，0.375和0.083.圖4為未識別次數箱線圖，由圖4可知，危險源出現在位置2、4處時未識別次數四分位值均小于出現在位置1、3處對應值.危險源出現在位置1處的數值分布較為分散且四分位值均高于出現在其他位置處對應值.對未識別次數進行F檢驗，結果表明,不同危險源位置對駕駛人未識別次數方面有顯著性影響(F(3,20)=7.923,P=0.001<0.05).經事后比較檢驗得出，位置1與位置2之間具有顯著性差異(p=0.001<0.05)；位置1與位置4間具有顯著性差異(p=0.001<0.05);位置2與位置3之間具有顯著性差異(p=0.03<0.05)；位置3與位置4之間具有顯著性差異(p=0.026<0.05).由分析可知，位置1處未識別次數較高，可能駕駛人認為擁有足夠的反應時間應對遠前方(位置1)危險，因此未將該交通場境判定為危險場境；位置3處未識別次數略次于位置1，這可能由于我國駕駛員位置均在左側，相對于右側而言左側視野較為狹窄，故對左側關注度較低，未識別次數較高.

圖4 未識別次數箱線圖

3.3 平均注視時長

對數據分析得出位置1，2，3，4的平均注視時長分別為844.61，758.56，728.19和643.556 ms.圖5為平均注視時長均箱線圖，由圖5可知,危險源出現在位置4處時平均注視時間的四分位值分別小于其他位置處對應值，位置1處分布較為集中且中位值略高.對平均注視時長做F檢驗，結果表明，不同危險源位置對駕駛人平均注視長方面無顯著性差異(F(3,20)=1.73,P=0.193>0.05).經事后比較檢驗得出，位置1與位置4之間具有顯著性差異(p=0.036<0.05).由分析可知，位置1,2處平均注視時間較長，這與現實中駕駛人對前方關注較多的駕駛行為相吻合，因此駕駛人對遠前方與近前方的注視時間較長；位置3,4處平均注視時間較短，駕駛人對兩側以掃視為主，導致對兩側的注視時間較短.

圖5 平均注視時長均箱線圖

3.4 注視次數

對數據分析得出位置1，2，3，4處的注視次數均值分別為4.794,3.974,4.222和3.276.圖6為注視次數箱線圖.

圖6 注視次數箱線圖

由圖6可知，危險源出現在不同位置時注視次數分布相差不大.對注視次數做F檢驗，結果表明，不同危險源位置對駕駛人注視次數方面無顯著性差異(F(3,20)=2.239,P=0.115>0.05).經事后比較檢驗得出，位置1與位置4之間具有顯著性差異(p=0.019<0.05).由分析可知，位置1處平均注視次數較多，這與現實中駕駛人對遠前方關注較多的駕駛行為相吻合；位置4處平均注視次數較少，駕駛人對兩側以掃視為主且，同時，可能與駕駛員駕駛位置有關，導致右側的注視次數較少.

3.5 反應時間

對數據分析得出位置1，2，3，4處的平均反應時間分別為2.91，2.58，2.63和2.02 s.圖7為反應時間箱線圖，由圖7可知，危險源出現在位置4處時四分位值低于出現在其他位置處對應值，出現在位置1處時四分位值高于出現在其他位置處對應值.對反應時間進行F檢驗，結果表明，不同危險源位置對駕駛人反應時間方面有顯著性影響(F(3,20)=6.963,P=0.02<0.05).經事后比較檢驗得出，位置1與位置4之間有顯著性差異(p=0.0002<0.05)；位置2與位置4之間有顯著性差異(p=0.011<0.05)；位置3與位置4之間有顯著性差異(p=0.006<0.05)，其它位置間差異性并不明顯.由分析可知，位置1處反應時間較長，可能由于駕駛人對遠前方(位置1)的危險尚未判定，因此反應時間較長；位置4處反應時間較短，可能與駕駛人左側駕駛位置有關，右側危險源距離駕駛人較遠，駕駛人對右側危險更難以掌控，導致對右側危險更加敏感，所需反應時間更短.

圖7 反應時間箱線圖

4 結 論

1) 對于危險源出現在右側(位置4)時，駕駛人在反應時間上最短，無效識別次數、未識別次數最少，在注視次數與注視時長方面只有危險源出現在遠前方(位置1)與危險源出現在右側(位置4)之間存下顯著性差異，試驗表明，駕駛人對右側危險感知更加敏感.

2) 對于危險源出現在遠前方(位置1)時，駕駛人在反應時間上較長，無效識別次數、未識別次數最多，但是對遠前方危險注視時間較長、注視次數較多.這表明，當遠前方出現危險時，駕駛人對遠處危險的認知不全面，因此在反應時間與注視時間用時較長，注視次數較多.

3) 對于危險源出現在近前方(位置2)與左側(位置3)時，駕駛人在無效識別次數、平均注視時間、注視次數、反應時間這幾方面無明顯區別，且均值較為接近，只有在未識別次數方面左側(位置3)處均值高于近前方(位置2)處均值，表面駕駛人認定危險源出現在近前方比危險源出現在左側更具有威脅性.

4) 本實驗未將駕駛人按一定標準(不同經驗、不同年齡段等)進行分組.在下一步的研究中，將按照一定標準對駕駛人分組，研究不同駕駛人對危險源位置的危險感知的區別.