考慮駕駛心理的機非沖突行為研究

楊曉芳，方向明

（上海理工大學管理學院，上海200093）

交叉口是城市道路路網(wǎng)的節(jié)點和交通運行的擁堵點，不同的出行方式匯集于此。 機動車與非機動車之間的沖突對交叉口的運行效率產(chǎn)生嚴重的影響。其中右轉(zhuǎn)機動車與直行非機動車的沖突是最主要的機非沖突之一。 而機非沖突行為是指機動車和非機動車在同一時間于交叉口處相互接近，雙方為避免發(fā)生碰撞而采取的改變行車方向、減速等行為。

在交通特性方面，杜氏欣[1]提出電動自行車交通流的密度受電動自行車的流量及通行寬度的影響，并對電動自行車在交叉口的膨脹行為進行分析。 Tang 等[2]針對信號交叉口自行車的并排騎行和跟隨兩種群體行為，分別建立元胞自動機模型，來探討群體行為對每輛自行車運動的影響。 武亞鵬等[3]通過分析機非穿越行為，提出了一種延誤計算方法。唐克雙等[4]通過對危險駕駛行為的分類來研究關鍵參數(shù)指標與危險駕駛行為的內(nèi)在聯(lián)系。 李行等[5]通過建立logit 模型，對非機動車在信號燈轉(zhuǎn)換期間的穿越行為進行分析。 蔣春艷[6]利用Tracker 軟件對調(diào)查視頻中的車輛運行軌跡數(shù)據(jù)進行提取，驗證分析了提取數(shù)據(jù)的有效性。 曲昭偉等[7]通過對比有無非機動車干擾的條件下右轉(zhuǎn)機動車的軌跡分布，建立軌跡模型。 以上研究更傾向于機非個體間的行為特征，而對交叉口內(nèi)右轉(zhuǎn)機動車與非機動車的行為特征分析相對較少。

在沖突行為方面，Van 等[8]利用交通沖突技術，研究非機動車與其他道路使用者的沖突行為，研究發(fā)現(xiàn)合理地控制非機動車道寬度可以降低沖突的嚴重程度。 曹瑾鑫等[9]運用回歸分析建立了機非沖突的預測函數(shù)，并與實際沖突次數(shù)進行對比分析。 王耀東等[10]針對駕駛員的選擇通過行為提出了臨界沖突時間差的概念，來判別機非沖突的嚴重程度。 Almodfer 等[11]探討了在不同的車道行車沖突嚴重程度下，等待時間對車道行車沖突的影響。 劉洋等[12]通過視頻數(shù)據(jù)，對機非沖突的避讓行為進行了分類，利用TTC 指標來判定機非沖突的嚴重性。 張翠平等[13]通過建立非合作動態(tài)博弈的決策模型來分析機非沖突的決策行為。 前人的研究主要從沖突嚴重程度或沖突判別等方面入手，考慮駕駛心理給沖突行為造成影響的研究較少。

因此，本文對右轉(zhuǎn)機動車與非機動車的行為進行著重的分析，并建立非機動車膨脹度模型。運用視頻技術，從駕駛心理的角度對視頻中機非駕駛員的沖突行為進行分類，并分析直行非機動車對右轉(zhuǎn)機動車行為造成的影響。

1 機非行為特征

1.1 機動車穿越行為特征

在信號交叉口處，右轉(zhuǎn)機動車容易與同向直行的非機動車發(fā)生相互穿越的行為。 將機動車在信號交叉口綠燈時段的穿越行為分成綠燈啟亮初期和中后期兩個階段來進行描述。 如圖1 所示，陰影部分面積S 為機非沖突區(qū)。

階段一：綠燈啟亮初期，右轉(zhuǎn)機動車啟動到達沖突區(qū)S 前，機動車駕駛員首先需進行交通信息感知（非機動車的速度、密度等），然后再進行決策。 如不穿越，機動車駕駛員先在沖突區(qū)S 前減速停車等待，再進行信息感知，判斷是否穿越；反之，則穿越通過。

階段二：綠燈啟亮中后期階段，右轉(zhuǎn)機動車啟動到達沖突區(qū)S 前，右轉(zhuǎn)機動車駕駛員需感知直行非機動車。 如感知到直行非機動車，則需進行決策是否穿越，此過程與綠燈啟亮初期的機動車穿越行為相同；如未感知到非機動車，則機非無交互，機動車將右轉(zhuǎn)加速通過。

圖1 機非沖突區(qū)Fig.1 Vehicle-bicycle conflict zone

1.2 非機動車釋放特征

為分析非機動車的釋放特征，通過調(diào)查歸納，將非機動車在信號交叉口綠燈時段的釋放過程分成以下3 個階段來進行描述。

階段一：紅燈結(jié)束前2 s 左右，同向直行相位綠燈啟亮前，前排非機動車（特別是電動自行車）有啟動的趨勢。 待綠燈啟亮后，非機動車成群從進口道駛出，釋放過程中非機動車會有向兩側(cè)膨脹的行為。

階段二：在成群非機動車釋放完畢后，非機動車將隨機從進口道駛出，該階段非機動車到達通過交叉口呈離散分布，此時非機動車與機動車在交叉口容易產(chǎn)生相互穿越的現(xiàn)象。

階段三：綠燈結(jié)束前幾秒，在路段內(nèi)的非機動車騎行者會產(chǎn)生以下兩種行為。 第1 種，部分非機動車騎行者會在路段加速行駛并快速通過交叉口，以避免進入紅燈期從而節(jié)約行程時間；第2 種，非機動騎行者離交叉口距離較遠，經(jīng)判斷不能在剩余綠燈時間內(nèi)通過交叉口而減速抵達停車線。

2 膨脹度模型

在紅燈時段內(nèi)，路段上的非機動車減速進入前方信號交叉口，停車等待綠燈啟亮。非機動車在信號交叉口排隊等候的過程中形成高密度的群體，待綠燈啟亮時加速從進口道駛出，此時非機動車占用道路的橫向?qū)挾仍龃螅纬膳蛎浀默F(xiàn)象。 對于非機動車的膨脹現(xiàn)象，本文以膨脹度來描述，即非機動車在綠燈相位開啟初期某一時刻的占用道路平均橫向?qū)挾扰c紅燈排隊等候時的平均橫向?qū)挾鹊谋戎怠?/p>

非機動車在信號交叉口的膨脹度如式（1）所示

式中：D（t）為膨脹度；Wnmv（t）為非機動車在綠燈相位開啟初期某一時刻的占用道路橫向?qū)挾龋琺；Wi為非機動車在紅燈排隊等候時的占用道路橫向?qū)挾龋琺（i=0 時，W0表示為在隔離設施下的占用道路橫向?qū)挾龋捶菣C動車道寬度；i=1 時，W1表示為無隔離設施下的占用道路橫向?qū)挾龋籲 為停車線前頭排排隊等候的非機動車數(shù)量；N 為綠燈初期平行于停車線的處于同一直線上非機動車數(shù)量。

如圖2 所示，非機動車在交叉口處膨脹的過程中，非機動車騎行者會有前后穿插前進的行為，導致綠燈初期平行于停車線的處于同一直線上的非機動車不如機動車般有序排列地向前行駛。機非隔離設施的設置會對非機動車騎行者的行為產(chǎn)生一定的影響。如圖2（a）所示，由于機非隔離設施的設置，非機動車騎行者在內(nèi)停車等待；如圖2（b）所示，由于未設置機非隔離設施，在綠燈相位未開啟前，非機動車在停車等待過程中容易發(fā)生溢出現(xiàn)象（即個別非機動車占用機動車道），導致非機動車在紅燈排隊等候時的占用道路橫向?qū)挾鹊脑黾樱藭r用W1表示。

圖2 非機動車膨脹過程示意圖Fig.2 Diagram of non-motor vehicle expansion process

如表1 所示，以上海市營口路—靖宇東路和控江路—隆昌路十字交叉口北進口道為研究對象，分別提取膨脹度。

如圖3 所示，綠燈相位開始時，兩種類型信號燈下的非機動車膨脹度隨時間總體上有先增大后減小的變化。 倒計時信號燈下的非機動車會在紅燈結(jié)束前2 s 左右開始啟動，待信號燈切換成綠燈時，膨脹度開始緩慢遞增， 隨著非機動車車速逐漸加快，膨脹度會有明顯增大的過程直至峰值，之后會開始降低。 閃爍信號燈下的非機動車待信號燈切換成綠燈時會有一段反應時間 （樣本中約2 s），此時的膨脹度保持不變，隨后膨脹度的變化同倒計時信號燈下的情況。

圖3 不同信號燈類型的膨脹度Fig.3 Degree of expansion of different signal light types

表1 交叉口基本信息匯總Tab.1 Summary of the observed intersections

3 機非心理分析

3.1 機動車駕駛員心理

根據(jù)駕駛員駕駛風格的不同，可分為激進型、穩(wěn)健型和謹慎型[14]。 在信號交叉口處，右轉(zhuǎn)車輛的行為會因為駕駛風格的不同而產(chǎn)生不同的變化，以下分析不同駕駛風格駕駛員的心理特征。

激進型駕駛員具有求快超越的心理。 在右轉(zhuǎn)的過程中，此類駕駛員往往會率先占領沖突區(qū)為快速通過交叉口做準備，此時非機動騎行者會產(chǎn)生懼怕心理，不得不減速等待以尋找下一個可穿越間隙。駕駛員為了較快地通過交叉口通常會提前轉(zhuǎn)彎，優(yōu)先選擇出口道中靠近非機動車道的車道（如圖4 中車道1），但也有特殊的情況，當前方存在若干輛正在排隊轉(zhuǎn)彎的車輛時，在停車線前的駕駛員由于超越心理會放棄跟隨前車，并以較大的轉(zhuǎn)彎半徑行駛，選擇出口道中離非機動車道較遠的車道（如圖4 中車道2）。

穩(wěn)健型駕駛員對復雜的駕駛環(huán)境觀察周到，不會采取如激進型駕駛員冒險的行為。 在右轉(zhuǎn)通過沖突區(qū)的過程中， 此類駕駛員往往穩(wěn)中求進，時刻注意周圍的非機動車，緩慢勻速地通過沖突區(qū)，此時的非機動車騎行者將從右轉(zhuǎn)車輛的兩側(cè)進行繞行通過。 等到駕駛員離開沖突區(qū)后，保證周圍安全的情況下再逐漸加速駛離。 在駛出進口道前，若前方有轉(zhuǎn)彎車輛時，會有跟隨前車的行為而不會輕易超車。

謹慎性駕駛員對于復雜環(huán)境 （如交叉口）的應變能力不如前兩種駕駛員。 在綠燈相位開啟后，由于非機動車的影響，此類駕駛員往往不會迅速占領沖突區(qū)， 而在沖突區(qū)前有個等待的過程，此時待進入沖突區(qū)的非機動車騎行者會伺機占領沖突區(qū)并快速通過。駕駛員在確定沖突區(qū)里沒有非機動車的時候，起步緩慢駛向沖突區(qū)。處于沖突區(qū)里的駕駛員會產(chǎn)生短暫的停滯時間，隨后才緩緩加速駛出沖突區(qū)。

圖4 右轉(zhuǎn)車輛運行軌跡示意圖Fig.4 Diagram of right-turn vehicle running track

3.2 非機動車騎行者心理

非機動車騎行者主要具有超越心理、懼怕心理、從眾心理等。

1） 超越心理。非機動車在信號交叉口處行為敏捷，容易產(chǎn)生冒險行為。由于紅燈時間的等待，騎行者容易焦躁，等到綠燈放行時，騎行者會以超過路段內(nèi)的速度快速通過交叉口。 在交叉口中，為獲得更大的行駛空間，騎行者因超越心理，超過前方的騎行者，以達到領先位置。

2） 懼怕、從眾心理。 當機動車車頭剛進入沖突區(qū)時，騎行者因懼怕心理在穿越?jīng)_突區(qū)的過程中與機動車保持一定的安全距離。騎行者為求穩(wěn)而放棄超越前方的騎行者，而選擇更為安全的跟隨方式；當機動車車身處于沖突區(qū)時，騎行者因懼怕心理會采取在沖突區(qū)前減速停車的行為，待到前方存在穿越間隙，再重新調(diào)整起動；當機動車車頭駛出沖突區(qū)時，騎行者的行為與機動車車頭剛進入沖突區(qū)時相似。 在通過沖突區(qū)后，騎行者通常不放松警惕，易產(chǎn)生邊騎行邊轉(zhuǎn)頭的行為，以確保周圍行駛環(huán)境的安全。

4 直行非機動車對機動車的影響分析

4.1 速度影響分析

受非機動車的影響，右轉(zhuǎn)機動車通過信號交叉口的速度會產(chǎn)生相應的變化。 本文劃分t0～t1、t1～t2和t3～t4共3 個時段來研究右轉(zhuǎn)機動車通過沖突區(qū)前后的速度（如圖1 所示），速度計算公式見式（2）～式（3）。

以上海市控江路-隆昌路北進口為研究對象，于早高峰7:30-8:30 時段進行拍攝調(diào)查。 通過Adobe Premiere 軟件的處理，可獲取t0～t1、t1～t2和t3～t4時段的精確值，由式（2）計算各時段右轉(zhuǎn)機動車通過交叉口的速度。采用K-均值聚類分析將135 個樣本按照右轉(zhuǎn)機動車在沖突區(qū)的速度劃分為三類，最終聚類結(jié)果見表2。其中有效數(shù)據(jù)135 組，缺失0。

式中：vk為各時段內(nèi)右轉(zhuǎn)機動車通過交叉口的速度，m/s（k=1 時，表示機動車從進口道到?jīng)_突區(qū)的速度；k=2時，表示機動車在沖突區(qū)的速度；k=3 時，表示機動車離開沖突區(qū)后的速度）；d1為機動車從進口道到?jīng)_突區(qū)的距離，m；l1為1/2 機動車道寬度，m；l2為進入沖突區(qū)前機動車車頭至停車線的垂直距離，m；t0為機動車駛出進口道的時刻，s；t1為機動車到達沖突區(qū)的時刻，s；l3為沖突區(qū)域長度，m；lv為車身長度，m；t2為機動車離開沖突區(qū)的時刻，s；d2為人行橫道寬度，m；t3為機動車車尾進入人行橫道的時刻，s；t4為機動車車尾離開人行橫道的時刻，s。

根據(jù)聚類分析結(jié)果，計算出相鄰聚類中心的中值作為劃分駕駛員類型的臨界值，分類結(jié)果見表3。在t1～t2時段，右轉(zhuǎn)機動車處于沖突區(qū)之中。不同類型的駕駛員在沖突區(qū)內(nèi)的速度差異較為明顯。其中，激進型駕駛員的整體速度最高，最小值為10.5 km/h，最大值為18.1 km/h，平均速度為12.4 km/h；穩(wěn)健型駕駛員的整體速度次之，最小值為6.1 km/h，最大值為10.3 km/h，平均速度為8.2 km/h；謹慎型駕駛員的整體速度最低，最小值為1.2 km/h，最大值為6 km/h，平均速度為3.8 km/h。

表2 聚類統(tǒng)計Tab.2 Cluster statistics

表3 駕駛員類型劃分Tab.3 Driver classification

圖5 交叉口各時段內(nèi)駕駛員的平均速度Fig.5 Average speed of drivers in each period of intersection

由圖5 所示，在3 個時段中，右轉(zhuǎn)機動車的平均速度會因駕駛員的類型而產(chǎn)生不同的變化趨勢。 激進型駕駛員和穩(wěn)健型駕駛員的平均速度均有上升的趨勢，說明這兩類駕駛員從進口道出發(fā)至駛?cè)氤隹诘赖臅r段內(nèi)，總體上會有加速的行為；謹慎型駕駛員的平均速度有先下降再上升的趨勢，說明該類駕駛員從進口道出發(fā)至沖突區(qū)的時段內(nèi)總體上會有減速的行為，而在進入沖突區(qū)至駛?cè)氤隹诘赖臅r段內(nèi)會有加速的行為。 其中，在t0～t1至t1～t2時段內(nèi)，激進型和穩(wěn)健型駕駛員的平均速度波動較為接近，謹慎型駕駛員的平均速度波動略大于前兩類駕駛員；在t1～t2至t3～t4時段內(nèi)，三類駕駛員均有加速的行為，且謹慎型駕駛員的加速幅度最大，其次分別是穩(wěn)健型駕駛員和激進型駕駛員。

如表4 所示，對t0～t1、t1～t2和t3～t43 個時段的不同風格駕駛員速度進行單因素方差分析。 結(jié)果顯示，P 值=0.000＜0.05，即受直行非機動車的影響，各時段不同駕駛風格的駕駛員速度具有顯著性差異。

表4 單因素方差分析Tab.4 One-way anova

4.2 軌跡影響分析

同一進口道右轉(zhuǎn)機動車的運行軌跡會因駕駛員對出口道選擇的不同而發(fā)生變化（如圖4 所示），而對不同風格的駕駛員而言并不能進行很好的區(qū)分。 受直行非機動車的影響，不同風格的駕駛員通過交叉口的時間會有所不同，將右轉(zhuǎn)機動車運行軌跡中的橫向距離（機動車右轉(zhuǎn)過程中所處位置至進口道的垂直距離）與時間進行曲線的繪制，以分析不同風格的駕駛員在交叉口中與直行非機動車的沖突行為。

如圖6 所示， 為上海市控江路-隆昌路交叉口北進口提取的3 條不同風格駕駛員通過交叉口橫向距離曲線圖。 曲線軌跡表明，隨著時間的推移，右轉(zhuǎn)機動車的橫向距離逐漸增加， 其增長幅度總體上呈由小變大的趨勢。其中，激進型駕駛員的橫向距離隨時間變化得最快，其通過交叉口的時間最短，延誤水平最低。 穩(wěn)健型駕駛員的橫向距離增長幅度較為平穩(wěn)， 其通過交叉口的時間較激進型駕駛員略長。謹慎型駕駛員的軌跡變化較大，由于該類駕駛員受直行非機動車的影響會有停車等待的行為，此時其橫向距離將不再增加，軌跡趨于水平直線， 通過交叉口的時間較其他風格的駕駛員也就越長。

圖6 駕駛員時間-橫向距離變化曲線Fig.6 The relationship between time and lateral distance of drivers

5 結(jié)論

本文以信號交叉口右轉(zhuǎn)機動車和直行非機動車為研究對象，分析其在信號交叉口的行為及駕駛心理。研究結(jié)果表明：①非機動車膨脹度隨時間總體上有先增大后減小的變化趨勢，且不同信號燈類型下的膨脹度會受非機動車反應時間的影響。 ②通過對右轉(zhuǎn)機動車在沖突區(qū)的速度進行K-均值聚類，分析得0＜V≤6 km/h 時為謹慎型，6＜V≤10.3 km/h 時為穩(wěn)健型，V＞10.3 km/h 時為激進型。③激進型駕駛員和穩(wěn)健型駕駛員通過交叉口的平均速度均有上升的趨勢；謹慎型駕駛員的平均速度有先下降再上升的趨勢，且平均速度波動幅度略大于前兩類駕駛員。 右轉(zhuǎn)機動車的橫向距離隨時間的推移逐漸增加，其增長幅度總體上呈由小變大的趨勢，其中謹慎型駕駛員受直行非機動車的影響軌跡變化較大。 本文僅對機動車駕駛員風格進行了分類，然而不同風格騎行者和駕駛員之間的行為更為復雜，后續(xù)可對非機動車騎車者類型進行劃分，并作進一步分析。