基于危险源位置的驾驶人危险感知研究*

谷志朋 杨京帅* 楚彭子 刘秋璠 王 靖

(长安大学汽车学院1) 西安 710064) (同济大学道路与交通工程教育部重点实验室2) 上海 200092)

0 引 言

根据已有数据显示，90%以上的交通事故是由人的因素造成的，由驾驶人危险感知(hazard perception)错误导致的交通事故占事故总数的40%～45%[1].驾驶人对危险的感知取决于其捕捉交通环境信息的能力，特别是对危险情境中信息的捕捉.驾驶人对不同的交通危险情境中信息的捕捉、分辨与决策都是不同的.如果驾驶人能有效捕捉交通情境中的信息，筛选出危险信息并做出正确的决策，这对驾驶人安全行驶具有极大的帮助.

国外对驾驶人危险感知方面研究较早，Vanlaar等[2]采用问卷调查方法调查了欧洲23个国家24 000多名驾驶人，要求驾驶人对交通事故原因进行评分，进而分析了驾驶人危险感知特征.Vlakveld等[3]对年轻驾驶人(25岁以下)在车祸中的比例过高原因进行研究，实验设置了对照组与实验组，并基于驾驶模拟器对实验组进行训练，结果表明年轻驾驶人对潜在危险的视觉搜索不足是造成车祸的主要原因.Pradhan等[4]研究探索了影响驾龄1年以内的青年驾驶人驾驶经验的因素，研究表明:在一些分散注意力的任务条件下，危险感知通常随着驾驶经验增长而提高.Jin等[5]研究了与行人相关的显性危险与潜在危险，将试验人员分为新手与经验驾驶人，通过模拟驾驶器与眼动仪进行驾驶人危险感知实验，结果表明：新手对汽车的操作占用了较多的视觉资源，且新手驾驶人的视觉搜索模式更加迟钝，此两种因素提高了事故率.

当前，国内学者同样对危险认知方面做了大量研究.秦雅琴等[6]编制了风险驾驶情境的驾驶人风险意识主观评价量表，通过对228名驾驶人的预测，并对问卷进行分析、检验，结果表明：驾驶人风险意识量表具有良好的信度、效度，能达到实用目标.杨京帅等[7]构建了驾驶人危险感知模型，通过实验得出了不同危险等级与驾驶人危险识别时间与反应时间具有显著影响.

目前大多学者研究集中于驾驶人方面，针对驾驶人视觉、危险感知影响因素,以及危险感知能力提升等方面的研究，本文基于危险源出现位置不同对驾驶人的影响，研究不同危险交通情境下驾驶人危险感知的差异，有针对性的提升驾驶人对某类危险场境的危险感知能力.

1 试验设计

1.1 试验人员

本试验共招募了46名驾驶人，其中男性34人，女性12人，(驾驶人的平均年龄为24.7岁，年龄标准差为1.93)所有驾驶人员均身体健康、视力或矫正视力正常，拥有合法驾照.

1.2 试验设备

本试验基于win10系统电脑与眼动仪设备搭建而成的驾驶人视觉信息采集平台.试验所用危险交通情境均为现实中行车记录仪记录的交通实时情境，试验共涉及24张危险交通情境画面.

危险交通情境多种多样，因此对危险交通情境的分类方法也不尽相同.文献[7]根据驾驶人视角下的交通情境状态变化划分，将交通情境划分为交通参与者状态的变化、机动车的参与、非机动车的参与、行人的参与、交通情境中存在视野盲区五个危险情境.高建平等[8]按照K 均值动态聚类算法将交通情境分为左侧近处、右侧近处、驾驶室内、右侧远处、前方视野、左侧远处.郭孜政等[9]根据视野平面机械划分法将交通情境划分为主视区、左后视镜、右后视镜、后视镜、仪表盘五个区域.

参考前人对交通情境的划分方法，结合视野平面机械划分法与视觉特征，本文提出以下的危险情境划分方法(见图1)，交通场境类型见表1.

图1 危险情境划分

表1 危险情境个数统计

本文并不能囊括所有危险情境，例如,危险源出现在行驶车辆的后方、危险产生原因由天气造成等，主要讨论驾驶人视野所及范围内产生的危险交通情境.

1.3 试验流程

被试人员佩戴Dikablis眼动仪，观看由显示器呈现的危险情境图片，当试验人员识别出危险源或观察到此刻交通情境某区域可能存在危险，需第一时间点击图片中危险源出现的位置(从图片切换到被试人员点击危险源之间的时间差认为是被试人员的反应时间)，在此过程中，图片切换由被试者完成，被试者在找出危险源或认为该图片不存在危险后方可切换下一张图片.

2 试验数据处理

2.1 指标甄选

①反应时间,从危险源出现到被试人员观察到危险源的时间段；②无效识别次数,危险源出现到被试人员观察到该危险源的时间段超出指定的反应时间段的次数；③未识别次数,被试人员没有观察到危险的次数；④平均注视时长,某一特定视觉区域(AOI)注视的时间长度；⑤注视次数,所选时间间隔内被试人对画面的注视次数.

2.2 无效识别的界定

在危险识别时间的限定上并没有统一的定论，Scialfa等[10]在研究时将危险的识别时间上限设定为4 s，楚彭子[11]在研究危险感知中将危险识别时间上线设定为5.109 s.本文按0.5 s一组将其一共分为15组，其中5 s以下占90.03%，见图2.对此根据前人的经验，取5 s为危险识别时间的上限，超过5 s则为未识别出危险.

图2 反应时间累积图

3 危险源位置与危险感知之间的关联分析

3.1 无效识别次数

对数据分析得出位置1，2，3，4处无效识别率分别为0.257，0.153，0.181和0.035.图3为无效识别次数箱线图，由图3可知，危险源出现在位置4处时无效识别次数四分位值均小于出现在其他三处位置对应值；危险源出现在位置1处时无效识别次数的四分位值均高于出现在其他位置处对应值.对无效识别次数进行F检验，结果表明，不同危险源位置对驾驶人无效识别次数方面有显著性影响(F(3,20)=3.712,P=0.028<0.05).经事后比较检验得出，位置1与位置4之间具有显著性差异(p=0.004<0.05)，位置3与位置4之间具有显著性差(p=0.044<0.05)，其他位置间并无明显差异.由分析可知，位置1处无效识别次数较高，可能由于驾驶人对(远前方)位置1处危险的判定尚存疑虑因此耗时较长，导致无效识别次数较多；位置4处无效识别次数较少，可能与我国驾驶员位置均在左侧，相对于左侧而言右侧视野较为开阔，导致驾驶人对右侧危险更加敏感，无效识别次数较少.

图3 无效识别次数箱线图

3.2 未识别次数

对数据分析得出位置1，2，3，4的未识别率分别为0.583，0.090，0.375和0.083.图4为未识别次数箱线图，由图4可知，危险源出现在位置2、4处时未识别次数四分位值均小于出现在位置1、3处对应值.危险源出现在位置1处的数值分布较为分散且四分位值均高于出现在其他位置处对应值.对未识别次数进行F检验，结果表明,不同危险源位置对驾驶人未识别次数方面有显著性影响(F(3,20)=7.923,P=0.001<0.05).经事后比较检验得出，位置1与位置2之间具有显著性差异(p=0.001<0.05)；位置1与位置4间具有显著性差异(p=0.001<0.05);位置2与位置3之间具有显著性差异(p=0.03<0.05)；位置3与位置4之间具有显著性差异(p=0.026<0.05).由分析可知，位置1处未识别次数较高，可能驾驶人认为拥有足够的反应时间应对远前方(位置1)危险，因此未将该交通场境判定为危险场境；位置3处未识别次数略次于位置1，这可能由于我国驾驶员位置均在左侧，相对于右侧而言左侧视野较为狭窄，故对左侧关注度较低，未识别次数较高.

图4 未识别次数箱线图

3.3 平均注视时长

对数据分析得出位置1，2，3，4的平均注视时长分别为844.61，758.56，728.19和643.556 ms.图5为平均注视时长均箱线图，由图5可知,危险源出现在位置4处时平均注视时间的四分位值分别小于其他位置处对应值，位置1处分布较为集中且中位值略高.对平均注视时长做F检验，结果表明，不同危险源位置对驾驶人平均注视长方面无显著性差异(F(3,20)=1.73,P=0.193>0.05).经事后比较检验得出，位置1与位置4之间具有显著性差异(p=0.036<0.05).由分析可知，位置1,2处平均注视时间较长，这与现实中驾驶人对前方关注较多的驾驶行为相吻合，因此驾驶人对远前方与近前方的注视时间较长；位置3,4处平均注视时间较短，驾驶人对两侧以扫视为主，导致对两侧的注视时间较短.

图5 平均注视时长均箱线图

3.4 注视次数

对数据分析得出位置1，2，3，4处的注视次数均值分别为4.794,3.974,4.222和3.276.图6为注视次数箱线图.

图6 注视次数箱线图

由图6可知，危险源出现在不同位置时注视次数分布相差不大.对注视次数做F检验，结果表明，不同危险源位置对驾驶人注视次数方面无显著性差异(F(3,20)=2.239,P=0.115>0.05).经事后比较检验得出，位置1与位置4之间具有显著性差异(p=0.019<0.05).由分析可知，位置1处平均注视次数较多，这与现实中驾驶人对远前方关注较多的驾驶行为相吻合；位置4处平均注视次数较少，驾驶人对两侧以扫视为主且，同时，可能与驾驶员驾驶位置有关，导致右侧的注视次数较少.

3.5 反应时间

对数据分析得出位置1，2，3，4处的平均反应时间分别为2.91，2.58，2.63和2.02 s.图7为反应时间箱线图，由图7可知，危险源出现在位置4处时四分位值低于出现在其他位置处对应值，出现在位置1处时四分位值高于出现在其他位置处对应值.对反应时间进行F检验，结果表明，不同危险源位置对驾驶人反应时间方面有显著性影响(F(3,20)=6.963,P=0.02<0.05).经事后比较检验得出，位置1与位置4之间有显著性差异(p=0.0002<0.05)；位置2与位置4之间有显著性差异(p=0.011<0.05)；位置3与位置4之间有显著性差异(p=0.006<0.05)，其它位置间差异性并不明显.由分析可知，位置1处反应时间较长，可能由于驾驶人对远前方(位置1)的危险尚未判定，因此反应时间较长；位置4处反应时间较短，可能与驾驶人左侧驾驶位置有关，右侧危险源距离驾驶人较远，驾驶人对右侧危险更难以掌控，导致对右侧危险更加敏感，所需反应时间更短.

图7 反应时间箱线图

4 结 论

1) 对于危险源出现在右侧(位置4)时，驾驶人在反应时间上最短，无效识别次数、未识别次数最少，在注视次数与注视时长方面只有危险源出现在远前方(位置1)与危险源出现在右侧(位置4)之间存下显著性差异，试验表明，驾驶人对右侧危险感知更加敏感.

2) 对于危险源出现在远前方(位置1)时，驾驶人在反应时间上较长，无效识别次数、未识别次数最多，但是对远前方危险注视时间较长、注视次数较多.这表明，当远前方出现危险时，驾驶人对远处危险的认知不全面，因此在反应时间与注视时间用时较长，注视次数较多.

3) 对于危险源出现在近前方(位置2)与左侧(位置3)时，驾驶人在无效识别次数、平均注视时间、注视次数、反应时间这几方面无明显区别，且均值较为接近，只有在未识别次数方面左侧(位置3)处均值高于近前方(位置2)处均值，表面驾驶人认定危险源出现在近前方比危险源出现在左侧更具有威胁性.

4) 本实验未将驾驶人按一定标准(不同经验、不同年龄段等)进行分组.在下一步的研究中，将按照一定标准对驾驶人分组，研究不同驾驶人对危险源位置的危险感知的区别.