車道變換過程中的攻擊性駕駛行為研究

李星星

（鎮(zhèn)江市規(guī)劃設計研究院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

0 引言

交通仿真是一個既復雜又富有挑戰(zhàn)性的領域，它可以幫助決策者和設計者更好地理解某些交通行為和現象，避免道路設計上的失誤，節(jié)約成本。仿真中最困難的是如何模擬駕駛人的特性?，F有軟件中封裝的駕駛行為模型都非常先進，但是對于駕駛人情感的描述仍遠遠不夠。在駕駛過程中最重要的情感之一就是攻擊性。攻擊性的駕駛行為表現在整個駕駛過程中，因此，合理地表現攻擊性駕駛行為，是未來交通仿真必須要做的事情。

1 攻擊性駕駛

1.1 攻擊性駕駛的定義

攻擊性駕駛（Aggressive Driving）是1961年由M.Parry最早提出的，他指出“行駛壓力的加重在心理上所產生的潛在效應遠比車輛在機械上的效應來得重要”[1]。隨后的研究中許多學者和組織給出了攻擊性駕駛的定義，但由于難以界定，至今仍未統(tǒng)一。較權威的定義諸如：美國國家公路交通安全管理局[2]將其定義為“一種危害或傾向于危害人身財產安全的駕車方式，其駕駛更傾向于表現為超速駕駛、追尾、從右側超車、闖紅燈、大聲鳴笛等駕駛行為”；Lajunen等[4]依據社會心理學中攻擊的基本定義將其定義為“企圖對其他道路使用者造成身體上或心理上的損傷、傷害的，任何形式的駕駛行為”；Shinnar[3]從環(huán)境角度認為攻擊性駕駛是挫折駕駛的工具性并發(fā)癥，是帶著引起他人身體上或心理上傷害的動機的，直接指向他人的行為；Jasper[5]認為攻擊性駕駛行為是駕駛人有意的，由于急躁、煩惱、敵意或企圖節(jié)省時間，而發(fā)生的可能會增加碰撞的危險的行為。

1.2 攻擊性駕駛行為的表現形式

攻擊性駕駛行為是駕駛人對現狀交通的不滿或性格沖動的體現，主要表現在車輛的跟馳、車道變換和尋找最佳空擋等駕駛行為中。

Tasca在其研究中列出了交通中常見的攻擊性駕駛行為的13種表現形式[6]。駱勇根據攻擊性駕駛行為產生的機理和表現形式，將其分為三個層次，即底層的消極駕駛、中層的攻擊性駕駛和高層的道路暴力犯罪[1]，如圖1所示。

圖1 攻擊性駕駛行為的三個層次

1.3 攻擊性駕駛行為的影響因素

一般認為，人作為交通四要素的主體，除了受自身因素的控制之外，還受許多外在因素的影響，攻擊性的駕駛行為傾向于來自交通環(huán)境產生的負面效應，如行車環(huán)境舒適度差、交通擁堵和信號控制等方面引起的延誤。概括起來主要有以下兩方面因素：個人因素和交通環(huán)境因素。

1.3.1 人的因素

駕駛人對于自身行為能力的控制原本就有差異，不同駕駛人會因個人生長環(huán)境、性別、年齡、家庭教育等因素形成不同的人格特性及表現形式。

（1）人的年齡和性別

Hauber[7]從調查中發(fā)現攻擊性駕駛行為在性別上差異不顯著，但在年齡上差異顯著。丁靖艷[8]通過調查發(fā)現年齡大于50歲的駕駛人表現出較強的攻擊性，且女性的攻擊性高于男性。

（2）人的性格

醫(yī)學上一般將人的性格分為膽汁質、粘液質、抑郁質和多血質四種類型。相應的駕駛行為表現如下：

①膽汁質駕駛人做事果斷，行車速度較快，容易被激怒而做出危險的報復行為，表現出較強的攻擊性；

②黏液質駕駛人行車穩(wěn)定，不易受外界干擾，能嚴格遵守交通規(guī)則，攻擊性最弱；

③抑郁質駕駛人行車中雖有主動禮讓的精神，但容易受他人駕駛行為的影響，一旦遇到超車、讓車、會車等不順心的情況產生固執(zhí)情緒時，便會做出攻擊性行為；

④多血質駕駛人動作敏捷，行車中能夠堅持禮讓，車速隨著情緒的變化有較大的波動，但不易表現出過激行為，攻擊性較弱。

（3）人的情緒

人的情緒是產生攻擊性行為的直接原因，憤怒情緒會導致后繼攻擊性的駕駛行為。Lajunen[4]等人對104名自愿駕駛人調查后發(fā)現易憤怒的駕駛人確實表現出更多的攻擊性駕駛行為。Neighbors等人[9]對111名大學生駕駛人進行問卷調查后發(fā)現，在駕駛過程中攻擊性行為多數因他人的粗魯行為或冒險駕駛所致，很少是由交通擁堵或延誤引發(fā)的。

（4）人的駕駛經驗和駕駛技能

丁靖艷[8]調查發(fā)現3年以上駕齡的人表現出較高的攻擊性。高齡駕駛人不僅技能熟練，而且在駕駛過程中學會了在遇到問題時如何適當調整自己的計劃、目標以及期望，但當他們在行駛中長時間遇到阻礙時，會因無法順利完成計劃、目標而感到憤怒，進而會實施一些如口頭牢騷等人際間的攻擊性行為，來宣泄自己的不滿。

Lajunen等人[4]也認為自我評定駕駛技能高者在被其他車輛阻擋時較易憤怒而產生攻擊性駕駛行為。安全駕駛技能得分與攻擊性行為的頻次呈顯著負相關。

1.3.2 交通環(huán)境因素

天氣、道路交通狀況和道路交通設施等交通環(huán)境都有可能影響攻擊性駕駛行為的發(fā)生：（1）雨天開車，快速行車容易導致雨水濺濕路邊的行人和非機動車者；（2）交通擁堵，增加了行車延誤，車輛更容易發(fā)生頻繁、突然的車道變換；（3）存在性能較差或設置不合理的交通設施或信號燈，如標志設立位置不當、紅綠燈時相的設計不合理、道路限速太低等，都有可能促使攻擊性駕駛行為的發(fā)生。

2 現有車道變換模型中攻擊性駕駛行為描述

微觀交通中的每個車輛都有其自己的特性，諸如尺寸、平均車速和制動性能等。這使得車輛間相互關聯(lián)成為可能，如在運行過程中，后車與前車之間必須保持一定的間距，以便有足夠時間對前車突然變換駕駛行為做出反應，而不至于導致前后車發(fā)生碰撞或刮擦。在現有的商業(yè)軟件中，以PARAMICS，VISSIM和AIMSUN應用最為廣泛，為此，本文選擇這3個仿真軟件，對車道變換模型中關于攻擊性駕駛行為的描述進行分析。

2.1 PARAMICS車道變換模型

在PARAMICS[10]里，車輛被表示為駕駛人-車輛單元（Driver-Vehicle Unit）。每個單元包括以下屬性：類型、車輛的年齡、起點、終點、攻擊性、意識等。車輛在產生換道意圖后，會判斷與目標車道上前后車的空檔，若大于其車頭間距，就執(zhí)行換道。模型在考慮與前車的車頭間距時，加入了攻擊性屬性，且攻擊性僅被用作計算與前車的車頭間距。

2.2 VISSIM車道變換模型

VISSIM[11]中有兩種車道變換的類型：必要車道變換和自由車道變換。在必要車道變換中，駕駛行為參數包含了該車輛和換到新車道上的車輛的最大可接受減速度，這個減速度取決于車輛與下一個路徑的路段連接器上緊急停車位置的距離；在自由車道變換時，VISSIM會檢測新車道上跟馳車輛的期望安全距離，這個安全距離取決前面車輛和想變換車道車輛的行駛速度。自由車道變換中設有攻擊性程度參數。

在這兩種換道情況下，當駕駛人試圖變換車道時，首先需要在其行駛方向上尋找合適的空檔。空檔的大小取決于變道車輛的車速、需要變換到的車道上的后面緊隨車輛的車速，此外對于必要的車道變換，還取決于“攻擊性”，也就是對應的最大減速度。

2.3 AIMSUN車道變換模型

AIMSUN[12]的車道變換基于Gipps的車道變換模型。其換道依賴于轉彎的可行性、距離下一個轉彎的距離和接下來的交通環(huán)境：速度及排隊長度。如果車輛有意圖進行換道，就需要檢查是否期望換道，是換道后行駛速度更快，還是換道后排隊長度減小。另一個需考慮的問題是是否可以換道，有沒有足夠的換道空間。這取決于變道車輛對目標車道后車強加的制動距離和變道車輛的制動距離。如果這兩個制動距離都可以被滿足，車輛將執(zhí)行換道。

AIMSUN車道變換模型沒有考慮駕駛人的攻擊性行為，僅考慮了駕駛人的交通特性對換道的影響。它將車輛距下一個轉向點之間的距離分為3個區(qū)段，每個區(qū)段執(zhí)行不同的換道意圖，不同區(qū)段間的臨界位置由不同駕駛人的特性決定。

2.4 分析及評價

3種仿真軟件中對駕駛行為的定義十分類似，即每種類型的車輛都有一個期望車速，當車輛處于自由行駛狀態(tài)時，以期望車速行駛，若前面有速度較低的車輛時該車將試圖變換車道。在上面的3個模型中，VISSIM和PARAMICS考慮了攻擊性的駕駛行為。VISSIM在自由車道變換中考慮了攻擊性程度，但是用戶無法對其進行設置，屬于默認值。對于必要的車道變換，VISSIM也考慮到了攻擊性行為，就是車輛最大減速度，以及最大減速度的衰減速度，用戶可以設置最大減速度等參數，較為合理。PARAMICS中車輛間的期望車頭間距考慮攻擊性的駕駛行為，高的攻擊性意味著小的期望車頭間距。但是如果設置得非常高，會導致貼近跟馳的攻擊性行為，而且攻擊性的值是事先設置好的，在仿真中是一成不變的。

3 車道變換中攻擊性駕駛行為的設置方法

3.1 攻擊性駕駛行為的選擇

由于攻擊性駕駛行為的影響因素具有多樣性、復雜性、模糊性、相關性、隨機性、時變性和不確定性，駕駛人特征很難在仿真中完全體現。因此，需要對1.2節(jié)中提到的表現形式進行篩選，篩選標準就是該種表現形式在交通中出現最多，且容易通過仿真來實現。

國外學者對攻擊性行為研究得比較深入，相關研究數據也較多。Shinar and Compton[5]對行車中的鳴笛、變道時的切入和通過路肩超車等攻擊性駕駛行為進行了細致觀測，研究發(fā)現最頻繁的攻擊性駕駛行為是超車或車道變換時的切入，約占總觀察事件的73.8%，鳴笛性的攻擊行為約占17.3%，利用路肩超車的攻擊性行為約占8.9%。一項美國國家公路交通安全管理局[5]的調查也證實了換道切入是最普通的攻擊性行為，約為36%，其次是貼近跟馳，約為19%。

因此，車道變換中主要考慮變道時的切入、鳴笛、利用路肩超車三種攻擊性駕駛行為。

3.2 攻擊性交通實體的設置

交通實體的攻擊性可根據其兩個影響因素來設置，并以不同的權重表示影響程度的大小。由于人和交通環(huán)境是靜態(tài)變量，因此相關的攻擊性行為都可通過這兩個變量來表示。但在設置中會遇到下面兩個問題：（1）如何設置這兩個變量的權重，因為這些因素對攻擊性駕駛行為的影響程度并不清楚；（2）攻擊性駕駛行為出現的概率。為了使仿真模擬與實際交通相吻合，這兩個問題必須經過一系列測試，通過驗證駕駛行為與實際交通狀況的吻合程度來實現。

3.3 攻擊性駕駛行為的設置方法

換道模型一般包括4個環(huán)節(jié)：產生換道意圖、選擇目標車道、檢測可接受的空擋和執(zhí)行換道。換道行為作為一種決策行為，需要駕駛人根據具體的情況做出相應的反應。以下是各個環(huán)節(jié)中攻擊性駕駛行為的設置方法。

在產生換道意圖環(huán)節(jié)，車輛在受到前車和相鄰車道上后車的限制時，可能通過鳴笛的方式來表示心中的不滿，提示其他的駕駛人，車輛意圖換道。鳴笛作為一種表達憤怒或敵意的行為，最主要是如何讓鳴笛行為所指向的對象知道鳴笛的意圖。最簡單的方法可通過讓車輛針對鳴笛對象產生一個攻擊性的信號來實現，然后被鳴笛對象通過鳴笛來反應，并做出相應的行為。

在選擇目標車道時，當目前車道的左右車道都不滿足變道要求，而又有富余的路肩可通過時，攻擊性的駕駛人可能通過路肩進行換道超車。該行為可通過設置橫向行為規(guī)則，允許同車道行駛及從右側超車的方法來實現。

當選中要變換的目標車道后，需要檢測目標車道上前車和后車與目標車之間的空擋，具有攻擊性的駕駛人可能在后車不滿足換道的空擋時，強行切入，迫使后車減速讓行，避免追尾或刮擦。切入是最經常發(fā)生的攻擊性駕駛行為，因此這種行為的值域應該設置得較低。切入可以通過改變車道變換行為來實現。值得借鑒的是VISSIM對于車道變換中攻擊性行為的設置方法。在交通仿真中，交通實體要保持自身與其他車道車輛間的橫向距離，當車輛表現出這種攻擊性行為時，它阻斷其他車輛前進的唯一方法是改變車輛與目標車道后車的期望間距。

4 結語

本文將車道變換過程中經常出現的切入、利用路肩超車和鳴笛等攻擊性駕駛行為納入到車道變換的各個環(huán)節(jié)，探討了車道變換中攻擊性駕駛行為的設置方法，以期為微觀交通仿真軟件的優(yōu)化提供一定的參考與借鑒。

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