基于眼动实验的右转车辆驾驶员注视行为研究

李之红，赵 莉，许旺土

(1. 北京建筑大学 城市基础设施建设北京市工程中心，北京 100044； 2. 中国城市规划设计研究院 城市交通分院，北京 100044； 3. 厦门大学 城市规划系，福建 厦门 361005)

0 引 言

机动车在行驶过程中的信息都是由驾驶员反映和控制，驾驶过程是驾驶员对信息获取、传输、加工处理和实现的全过程。而各种感官信息中，视觉信息约占80%，远远高于听觉信息[1]，视觉系统是获取信息的重要途径，对视觉行为的研究具有重要意义。

机非混行特征使得交叉口成为道路交通的主要瓶颈点，也是轻量级交通事故的重点区域。在机动车右转时，驾驶员要不断筛选关键信息，有效避开各种冲突，因此研究交叉口驾驶员注视行为对指导驾驶员安全通过交叉口、减少交通事故，提高整个路网通行效率具有重要意义。

通过对北京市城区内多个交叉口交通流的视频监测分析，以及对行人、驾驶员个体行为进行问卷调查后发现：驾驶员驾驶倾向性和视觉行为是影响驾驶安全的重要因素[2]，尤其是右转机动车与过街行人安全更为重要。

驾驶员驾驶倾向性反映出驾驶员在车辆操作和运动过程中表现出来的情感状态[2-3]。驾驶倾向性主要体现在驾驶员个体年龄、性别、驾龄、经验和情绪等方面差异。国内外学者对于驾驶倾向性进行了一系列实验和研究。J.S.HICKMAN等[4]和马艳丽等[5]分别从驾驶员心理情感等方面研究了驾驶倾向性，探讨了驾驶员注意力等特性与驾驶安全的关系；彭金栓等[6]和张华等[7]分别在相对静态条件下，从交通安全宏观角度对驾驶员心理测量和对道路交通安全影响进行分析，基于人-车环境等因素出发对驾驶行为进行了推导和预测；王晓原等[8]对汽车驾驶倾向性动态辨识进行了研究，建立了驾驶倾向性辨识模型，并进行验证；郭应时等[9]研究了驾驶员驾驶经验对视觉行为的影响。然而，城市道路中右转车辆的行为与车辆在正常向前行驶时明显不同[10-12]，右转车辆车速低、行驶轨迹为弧形、行驶过程中垂直和平行方向有多重干扰，故而其活动更为复杂，车辆与行人和非机动车间的冲突现象频繁发生(图1)，其交互作用的过程和机理亟待深入解析。

驾驶员在驾驶过程中易受多种因素干扰视线，注意力转移易导致危险事故发生。在近十年来，眼动实验作为获取视觉行为数据分析认知过程的手段，已有很多学者进行了研究，主要方向有驾驶分析[1，8]，包裹设计等。但是在机动车右转和行人过街冲突中，视觉行为如何影响交通安全仍需深入分析，笔者基于实车眼动实验，采集了大量右转车辆与行人过街冲突数据，分析了驾驶员视觉行为，为提高交叉口交通安全提供支撑。

1 实验方案设计

为了解析右转车辆驾驶员视觉行为，笔者设计了驾驶倾向性问卷，共选取109名驾驶员进行问卷调查和实车测试，并对驾驶员进行了分析。

1.1 驾驶倾向性分类

通过分析近几年的交通事故，驾驶员主责的事故多达70%，驾驶员心理因素对安全驾驶具有重要影响[6-7]。笔者设计了驾驶倾向性问卷，问卷包含25个问题，主要涉及不同环境下的驾驶决断、驾驶技巧和驾驶员心理等3个方面。

1.2 实验设备与校准

眼动仪能有效地捕捉驾驶员视觉信息。当前国内外主要的眼动仪主要有：法国Model Mon EOG，荷兰Sclera Search Coils系统，德国IView X，美国EVM3200，加拿大Eye-link 2等。笔者选用德国SMI公司头戴式眼动仪IView X〔图3(b)〕。实验中，采用右眼模式，设备配有图像处理算法的高分辨摄像装置。采集数据结合分析软件对驾驶员视觉行为进行分析。

1.3 参加者与视域的划分

笔者选择了109名来自不同行业的驾驶员进行问卷调查，问卷均符合样本有效。对参与者的驾驶倾向性进行评估，并从中选择6名驾驶员进行实车测试。

由于驾驶环境复杂，机动车在转弯时需关注各种视角，笔者将驾驶视角分为5个子视域(图2)，分别为主视域(M)，左视域(L1)，左侧视域(L2)，右视域(R1)，右边视域(R2)和右侧视域(R3)。

图2 视域划分Fig. 2 Division of visual points

1.4 实验过程

笔者选择6名不同类型驾驶员在北京城区选定路段进行实车循环测试，分别记录每个驾驶员注视行为数据，实验时间选择在15:00—18:00，该时段不会产生大规模拥堵，测试区域包含主干路、次干路、支路相交交叉口。实验采集了视频数据18 h，对两种不同倾向性的驾驶员各进行30组实验，共采集了180个交叉口右转车辆人车冲突数据，并进行分析。

2 结果与分析

驾驶员驾驶技术、自身特征和心理因素对交通安全有重要影响，不同类别驾驶员具有明显不同的视觉行为。

2.1 数据检验与驾驶倾向性分析

对调查问卷数据可靠性进行信度和效度检验，检验结果显示测试结果有效，且可信度高(信度系数为0.855)。

驾驶倾向性是对驾驶员进行的心理调查。笔者针对右转车辆与行人冲突的驾驶员开展心理和判断能力调查，分析了驾驶员驾驶倾向性，共采集了109份有效问卷。根据驾驶员对22个问题的选择，按照不同驾驶倾向类型将驾驶员人数进行分类。根据测算，将驾驶员分为激进型(aggressive)和保守型(cautious)两种类型。调查问卷中得分为：0～29分为激进型驾驶员；30～44分为保守型驾驶员。并在这两种类型的驾驶员中寻求规律，如表1～3。

表1 驾驶倾向性检验Table 1 Driving tendency test

表2 不同年龄驾驶员驾驶倾向性分类Table 2 Driving tendency classification of drivers with different age

表3 不同驾龄驾驶员驾驶倾向性分类Table 3 Driving tendency classification of the drivers with different driving age

由表1可看出：在109个样本中，激进型和保守型驾驶员分别占37.6%和62.4%。样本中有55位女性驾驶员，这55位女性驾驶员中只有12位是激进型驾驶员，占女性驾驶员的21.8%。这表明大多数女性驾驶员偏保守，驾驶途中较为谨慎。男性驾驶员中有29名激进型驾驶员，占到了所有男性驾驶员的51.8%，男性驾驶员中较为冲动的驾驶员占到了55.4%。这说明全世界范围内，男性驾驶员事故率远远高于女性驾驶员。

由表2可看出：在18～22岁年龄段，激进型驾驶员所占比例更大，年龄大的驾驶员更趋于稳定驾驶。这说明年轻驾驶员驾驶过程中受到不同环境因素影响较大，情绪易受外界干扰，导致一时冲动违反交通规则或者危险驾驶。

由表3可看出：驾龄越高的驾驶员对自己驾驶水平越自信，所以激进型驾驶员数所占比例随着驾龄增长而缓慢增加，尽管驾龄高的驾驶员是激进型驾驶员的概率较大，但是事故率最高的还是驾龄较低的新手驾驶员。因为新人驾驶员缺乏经验，遇见紧急情况易惊慌失措或因害怕出事故采取较为冒险的方式，最后导致事故升级。

2.2 眼动实验结果与分析

2.2.1 视点信息总体分析

笔者将两种类型驾驶员在同一路口驾驶过程中通过SMI眼动仪统计出的数据进行对比(表4)。

表4 保守型和激进型驾驶员视觉信息统计Table 4 Visual information statistics of radical and cautious drivers

由表4可看出：保守型驾驶员在驾驶车辆右转时，注视点明显多于激进型驾驶员，比激进型驾驶员对周边事物有较多关注；保守型驾驶员在驾驶车辆右转时，最长注视时间高于激进型驾驶员，其视点稳定性高于激进型驾驶员；保守型驾驶员在驾驶车辆右转时，扫视长度明显多于激进型驾驶员，比激进型驾驶员视点范围广；这两种类型驾驶员最短注视时间相近。

综合来看，保守型驾驶员较为严谨，趋向于把周遭事物看得尽量具体、明晰，在驾驶时沉着而稳重，在没有看清道路情况时，不急于做出判断。而激进型驾驶员注意视点较少，驾驶较为随意，倾向于扫视一下就做出判断，驾驶时状况不稳定。

2.2.2 不同类别驾驶员视域分析

实验详细记录了这两种类型驾驶员注视顺序、凝视时长、视点数目等相关信息。由表5可看出对6个区域的注视顺序，激进型驾驶员没有规律，而保守型驾驶员则比较有规律，先注意中间区域，其次看像紧邻中间的右边区域，而后或从左一直顺序看向右，或从右一直看向左。可看出保守型驾驶员趋向于从一边向另一边扫视，并且扫视全面。

表5 激进型和保守型驾驶员视点分析Table 5 View point analysis of radical and cautious drivers

通过每个区域注视点数目、兴趣区域凝视时间与总时间比值、兴趣区域总注视时间可看出：激进型驾驶员的3组数据呈现区域兴趣程度从大到小依次为：M>R1>R2>L1>L2≥R3。而保守型驾驶员的规律不是很明显，其兴趣度基本为：M>R1R2L1>L2>R3。这两类型驾驶员注视L2、R3的兴趣度都不大，单保守型比激进型驾驶员稍好，激进型驾驶员通常对此区域不产生兴趣。

青樱不卑不亢：“主子娘娘明鉴。皇上已在先帝灵前登基，虽未正式册封皇后，可主子娘娘是皇上结发，自然是名正言顺的皇后。如今再称福晋不妥，直呼皇后却也没有旨意，只好折中先唤了主子娘娘。”青樱见富察氏只是不做声，便行了大礼，“主子娘娘万福金安。”

由以上分析可知：① 两种驾驶员在右转弯时注视区域顺序基本都是先注视中间和毗邻左右侧，之后对稍近的左右进行观察，再对稍远的左右进行进一步察看；两种类型驾驶员都不会一直只注意一侧情况，而忽视另一侧的交通状况，而是左右观看，反复确定。② 两种类型驾驶员关注左、右车窗的情况都很少。所以当车辆右转，行人或非机动车出现在车辆前挡风玻璃区域时，能引起驾驶员注意。但倘若行人或非机动车快速从自行车道或人行道驶出，出现在两侧玻璃区域，驾驶员则有可能不注意或未来得及注意，从而造成交通事故。

2.3 驾驶员视点扫描路径和强度分析

为分析驾驶员视觉行为，笔者采集了机动车右转过程中驾驶员的注视数据，主要包含注视点路径、注视点热度等。分析发现：驾驶员在右转过程中的视点轨迹为左上至右下的斜角线性分布，这与正常路段行驶的视觉行为差异明显，表明车辆右转过程中驾驶员所关注信息都分布在这条斜线上。

2.3.1 过街行人较多情况下的驾驶员注视行为

图3(a)、(c)分别为两种类型驾驶员注视点路径图(scan path)，线条表示驾驶员驾驶中注视点所经过的路线，圆圈则表示注视强度，圆圈越大注视强度越高，反之则注视点强度越小。图3(b)、(d)分别为两种类型驾驶员注视热点图(heat map)，体现了驾驶员在驾驶中注视点强度，图3中：颜色深度的增加表示注视强度逐渐增加。

两种类型驾驶员在驾车右转遇行人时的注视路径及每个注视点的强度明显不同。从注视路径角度而言，保守型驾驶员在右转过程中面对多人冲突时，更为谨慎，视点在左上方和右下方反复移动，主要关注点由强至若依次为：R2、M、R1，该视点内人群主要来自驾驶员右侧需要过街的行人；激进型驾驶员在其对自身驾驶技能充分自信条件下并没有特意注视右侧过街行人，其主要注视点也较为简单〔图3(c)〕，注视点则主要停留在R2和R1，且强度比较均衡。从注视强度的角度而言，保守型驾驶员在R2、R1内注视强度连贯集中，M内注视强度略低，但整体注视强度高于激进型；激进型驾驶员注视强度集中在R2，强度集中区域有限，这说明激进型驾驶员对与大部分视域内行人或环境没有过多关注，凝视时间短，容易出现视觉盲区，该驾驶行为使得激进型驾驶员产生交通事故风险高于保守型驾驶员。

图3 多人过街情况下右转驾驶员视点扫描路径和热点图Fig. 3 Driver’s viewpoint scanning path and hot spot in right turning under the condition of more pedestrians crossing

2.3.2 过街行人少情况下驾驶员注视行为

当过街行人较少时，笔者通过实验采集了两种类型驾驶员存在不同的驾驶行为(图4)。主要从注视点路径和强度两个方面进行分析，保守型驾驶员在右转较少行人干扰时，注视点路径完整，且分布均匀，其主要重点关注于M和R2，且路径密度明显低于过街行人较多的时刻；由热点图(图4)也可看出：右转过程，保守型驾驶员主要凝视于R2的底部和M，注视强度低于过街行人干扰严重的时刻。而激进型驾驶员在右转较少行人干扰时，注视点路径简单集中在M和R2，仅仅在M处注视强度较强，其他视点停留时间非常有限。

综上所述，无论是右转时遇行人或不遇行人时，保守型驾驶员注视点都比激进型更加密集且强度大。激进型驾驶员在右转时主要关注的是正前方区域，对于右下方区域容易忽略。这对于行人来说也是相对危险的区域。本次实验所得可提醒新手驾驶员或激进型驾驶员，在右转时应对右下方区域给予更多关注，避免人车发生冲突，产生不必要的交通事故。

图4 较少行人过街情况下右转驾驶员视点扫描路径和热点图Fig. 4 Driver’s viewpoint scanning path and hot spot in right turning under the condition of fewer pedestrians crossing

3 讨 论

3.1 驾驶员倾向性

既有研究主要关注常态下驾驶过程中的驾驶倾向性，考虑驾驶员年龄、性别、驾龄、经验和情绪等因素[4-5]，并主要将驾驶倾向性分为3类[8]。城市道路中机动车右转过程中，右转车辆与行人非机动车的冲突一直存在，且右转车辆车速较低，驾驶员所关注区域与正常驾驶明显不同，因此右转车辆驾驶员驾驶倾向性主要取决于实时心理因素和驾驶技能。

当前部分学者采用相关理论预测和解释了交通违章[13]、超速[14]、违规横穿马路行为[15]、驾驶时使用手机行为[16]。驾驶倾向性判定问卷是基于当前相关研究，具有较高的可靠性和有效性，通过问卷调查能很好地判定驾驶员类别。尽管如此，加入更多心理学变量，判定结果更准确。

3.2 不同类型视觉行为的启示

研究成果对道路交通管理者、驾驶技能培训者和广大驾驶员本身具有重要实践意义，主要体现于以下几个方面。

3.2.1 交通教育

不同特性驾驶员呈现出了明显的视觉行为差异，来自他人的建议对驾驶员驾驶行为具有重要的影响。当车内有家人或朋友时，驾驶员倾向于扮演重要角色，进而倾向于保守型驾驶习惯。相关部门可积极对驾驶员进行教育培训，纠正不良驾驶行为。同时很多驾驶员对其驾驶技能充分自信，没有认识到车辆右转过程中视觉特殊性和存在的风险[15-17]，导致在右转过程中倾向于激进型驾驶行为。而根据实验分析，激进型驾驶员对车辆左右前方的注视强度偏低，存在风险。

3.2.2 交通管理与设计

在路口交叉口区域，由于国内多数交叉口没有单独为右转车辆给定信号相位，导致人车冲突频繁。国内部分城市通过右转车辆强制让行管理措施，大大降低了冲突风险。同时，对驾驶员而言，由于行人和非机动车数量庞大，降低车速是最有效的减少冲突的手段，而降低车速需要在管理上和技术上同时发力，既要对右转车辆进行限速管理，又要合理设计交叉口，约束车辆转弯路径和速度。

3.2.3 视觉行为引导

视觉行为分析是当前分析驾驶行为的主要手段之一[1-3]，不同倾向性驾驶员在驾车右转遇行人时，注视路径及每个注视点强度明显不同。保守型驾驶员在右转过程中更加谨慎，视点反复移动；而激进型驾驶员在其对自身驾驶技能充分自信条件下并没有特意注视右侧过街行人，其注视点简单，凝视时间短，容易出现视觉盲区。基于视觉行为研究成果，对驾驶员进行解读，明确可能存在的盲区和危险点，引导驾驶员形成良好的驾驶习惯和视觉行为。

3.3 研究不足与展望

研究过程中存在着不足之处主要有：① 研究对象的选择无法涵盖所有驾驶员类型，后续工作将继续扩大问卷调查规模；② 实车实验在驾驶员选择上比较困难，后期将招募更多不同群体志愿者进行实车实验；③ 实验路线选择比较单一，后期将选择更多道路交叉口进行实车实验。

4 结 论

通过问卷数据，笔者分析了驾驶员驾驶行为，得到如下结论：

1)研究中的问卷设计为驾驶员倾向性判别提供依据，考虑了不同环境下的驾驶决断、驾驶技巧和驾驶员心理等因素；

2)分析了驾驶员右转过程中的驾驶行为，得出其视觉路径呈线性分布，新手驾驶员更多地关注R2；

3)分析发现保守型驾驶员在右转时注视点密度和注视强度明显高于激进型。激进型驾驶员在右转时忽视右侧区域，存在更多的盲区和危险点。