攻擊性駕駛行為的FA和AHP評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究

劉志強(qiáng)，李云霞

(江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013)

攻擊性駕駛行為的FA和AHP評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究

劉志強(qiáng)，李云霞

(江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013)

駕駛行為與交通事故的發(fā)生有著緊密的關(guān)系。首先選取眾多攻擊性駕駛行為模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用因子分析法(FA)，對(duì)眾多的指標(biāo)進(jìn)行分類并提取主因子;在此基礎(chǔ)上，利用因子貢獻(xiàn)率給出各主因子的權(quán)重，建立起攻擊性駕駛行為的三級(jí)評(píng)價(jià)模型;再運(yùn)用層次分析法(AHP)確定各因子在每類中的主觀權(quán)重，結(jié)合因子分析法的客觀權(quán)重，最終建立攻擊性駕駛行為評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

攻擊性駕駛行為;評(píng)價(jià)體系;層次分析法;因子分析法;權(quán)重

攻擊性駕駛行為是指駕駛者有意識(shí)或無意識(shí)地對(duì)駕駛環(huán)境中其他人造成生理或心理傷害的一種駕駛行為，已成為影響交通安全的一個(gè)備受關(guān)注的熱點(diǎn)。人們對(duì)攻擊性駕駛行為的最早認(rèn)識(shí)來源于M.Parry主辦的一個(gè)關(guān)于“駕駛中的攻擊”專題研討會(huì)，會(huì)上提出了“行駛壓力的加重在心理上產(chǎn)生的潛在效應(yīng)遠(yuǎn)大于車輛的機(jī)械效應(yīng)”的論點(diǎn)。1997年，美國國家公路交通安全管理局正式以法規(guī)定義攻擊性駕駛行為為“駕駛者有意識(shí)地對(duì)駕駛環(huán)境中他人的生理、心理造成傷害的行為”，其主要的表現(xiàn)形式有闖紅燈、罵臟話、右側(cè)超車、跟車距離過小等［1］。美國每年平均至少有1 500人因攻擊性駕駛受傷或死亡，且以每年7%的速度增長(zhǎng)［2］。美國紐約布法羅州大學(xué)Hermessy博士與其科研小組［3］己經(jīng)研究出了一套較為成熟的評(píng)定駕駛員攻擊性的行為、心理量表。目前，國內(nèi)在研究其影響因素及相關(guān)性上主要采用問卷和訪談等調(diào)研方法，還未提出標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)體系［4］。Lawton等［5］通過構(gòu)建駕駛行為問卷發(fā)現(xiàn)了駕駛錯(cuò)誤、違反交通法規(guī)和攻擊性違規(guī)3個(gè)主要因素。駱勇等［6］提出了道路交通中攻擊性駕駛行為發(fā)生的3個(gè)層次和反應(yīng)過程，分析了挫折、個(gè)人、環(huán)境因素對(duì)攻擊性駕駛行為的影響。北京大學(xué)心理學(xué)系的莊明科等［7］進(jìn)行了駕駛?cè)藛T風(fēng)險(xiǎn)駕駛行為分析及相關(guān)因素研究，開展了對(duì)駕駛?cè)藛T風(fēng)險(xiǎn)駕駛行為的結(jié)構(gòu)分析，同時(shí)還分析了影響風(fēng)險(xiǎn)駕駛行為的主要因素及其和交通事故的關(guān)系。國內(nèi)其他學(xué)者還針對(duì)高速公路的駕駛員生理和心理特點(diǎn)對(duì)行車安全的一系列負(fù)面影響提出了提高行車安全的預(yù)防措施［8-10］。

本文提出一個(gè)攻擊性駕駛行為評(píng)價(jià)體系，且對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行分析確定。指標(biāo)權(quán)重的確定分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法，通常將二者結(jié)合使用更精確。層次分析法定性和定量地將主觀判斷用數(shù)量形式表達(dá)和處理，使用流程如圖1所示［11-13］。因子分析法(FA)從指標(biāo)的相關(guān)矩陣內(nèi)部的依賴關(guān)系出發(fā)，把一些信息重疊、具有錯(cuò)綜復(fù)雜關(guān)系的變量歸結(jié)為少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的綜合因子，是一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法［14-18］。

1 因子分析法

假定有p個(gè)變量x1，x2，…，xp，在n個(gè)樣本中對(duì)p個(gè)變量觀測(cè)的結(jié)果構(gòu)成了1個(gè)n×p階的原始數(shù)據(jù)矩陣:

變量標(biāo)準(zhǔn)化后為z1，z2，…，zp，假設(shè)p個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化變量可由p個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)化變量因子F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)p線性表示:

式中aij(i，j=1，2，…，p)構(gòu)成矩陣A，為因子載荷矩陣。假定式(1)中p個(gè)因子是按照它們的方差貢獻(xiàn)由大到小排列的，通常選擇m個(gè)方差貢獻(xiàn)較大的因子(m個(gè)因子的累積貢獻(xiàn)率在85%以上)，此時(shí)式(1)可寫成:

其中e1，e2，…，ep是誤差項(xiàng)。通過估計(jì)可以得到載荷矩陣A。因子Fj(j=1，2，…，p)對(duì)全部變量的方差貢獻(xiàn)為A第j列元素的平方和:

通常可以用公共因子的方差貢獻(xiàn)率來作為權(quán)重。

圖1 層次分析法的使用流程

2 攻擊性駕駛行為評(píng)價(jià)體系

2．1 體系建立

從駕駛者的表現(xiàn)角度出發(fā)，構(gòu)建“駕駛行為-表現(xiàn)模式-評(píng)價(jià)指標(biāo)”這樣的3層結(jié)構(gòu)體系。其中攻擊性駕駛行為是目標(biāo)層，表現(xiàn)模式作為準(zhǔn)則層，評(píng)價(jià)指標(biāo)作為層次分析中的方案層。2級(jí)指標(biāo)通過因子分析及層次分析法從3級(jí)指標(biāo)中提取?；跉v史調(diào)查及專家分析，選取了17個(gè)攻擊性指標(biāo)。在鎮(zhèn)江市對(duì)200名駕駛員進(jìn)行了問卷調(diào)查。樣本組成包括150名男性駕駛員和50名女性駕駛員，駕齡在1～10年不等。對(duì)樣本中的駕駛員所記錄得到的攻擊性指標(biāo)綜合分析，最終得到攻擊性駕駛的3級(jí)指標(biāo):x1為速度離散性;x2為超速;x3為猛加速;x4為急制動(dòng);x5為頻繁的加速;x6為轉(zhuǎn)向燈使用情況;x7為換道頻繁程度;x8為換道時(shí)車道間隙情況;x9為跟車時(shí)間;x10為方向盤使用情況;x11為前后車相對(duì)速度;x12為右側(cè)超車;x13為闖紅燈;x14為路肩超車;x15為閃前燈;x16為鳴笛;x17為駕駛員肢體及言語攻擊。

2．2 主因子分析

利用SPSS軟件對(duì)調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析與試驗(yàn)［19-24］。選取了4個(gè)主因子。表1為因子載荷矩陣，表達(dá)各指標(biāo)變量對(duì)4個(gè)主因子的貢獻(xiàn)。表2是特征值及4個(gè)主因子對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率。

表1 因子載荷矩陣

表2 特征根及方差貢獻(xiàn)率

從表2可看出:4個(gè)主因子共分?jǐn)偭丝偡讲畹?7．397%，大于85%。

由表1可見:因子1主要與x12，x13，x14，x15，x16，x17正相關(guān)，更多地反映駕駛者的不良駕駛行為，記為F1;因子2主要與x1，x2，x3，x4，x5正相關(guān)，主要反映了駕駛者控制速度的行為，記為F2;因子3主要與x6，x7，x8，x10正相關(guān)，主要反映了駕駛員在換道時(shí)的一些行為，記為F3;因子4主要與x9，x11正相關(guān)，反映了跟車時(shí)的指標(biāo)，記為F4。由此確定了4個(gè)2級(jí)指標(biāo):不良駕駛、速度控制、車輛換道及跟車駕駛。攻擊性駕駛行為評(píng)價(jià)體系如圖2所示。

圖2 攻擊性駕駛行為評(píng)價(jià)體系

2．3 權(quán)重的確定

2．3．1 2級(jí)指標(biāo)權(quán)重的確定

2級(jí)指標(biāo)對(duì)于1級(jí)指標(biāo)的權(quán)重由各因子的貢獻(xiàn)率確定。4個(gè)因子按其貢獻(xiàn)率由高到低分別為不良駕駛因子F1、速度控制因子F2、變換車道因子F3、跟車因子F4，對(duì)應(yīng)的特征根分別為5．472， 4．263，3．573，1．960。根據(jù)4)可算得因子貢獻(xiàn)率分別為 0．358，0．279，0.234，0．128，則攻擊性駕駛行為評(píng)價(jià)值F可表達(dá)為

2．3．2 3級(jí)指標(biāo)權(quán)重的確定

1)AHP確定主觀權(quán)重

利用AHP計(jì)算權(quán)重，首先要確立判斷矩陣。4個(gè)因子要有4個(gè)對(duì)應(yīng)的判斷矩陣。一般情況下，采用9級(jí)標(biāo)度來表達(dá)因素之間的相對(duì)重要性程度:1表示兩元素相比具有相同的重要性;而9表示前者比后者重要很多。假定上一層元素支配的下一層元素有n個(gè)，則n個(gè)元素構(gòu)成了一個(gè)兩兩比較判斷矩陣A=(aij)n×n，其中aij表示元素i與元素j的重要性之比，則元素j與元素i的重要性之比為aji=1/aij。如果向量ω=(ω1，ω2，…，ωn)T滿足

式中λmax是矩陣A的最大特征根，則ω為相應(yīng)的特征向量，歸一化后的ω可作為權(quán)向量。

通過資料查詢，根據(jù)在駕駛安全方面有多年經(jīng)驗(yàn)的專家填寫基于層次分析模型的調(diào)查問卷，計(jì)算出判斷矩陣。以下分別為不良駕駛、速度控制、換道、跟車的比較判斷矩陣:

由矩陣可求得對(duì)應(yīng)的最大特征根λmax分別為6．564，5．4377，4．238，2，對(duì)應(yīng)的歸一化特征向量分別為:［0．173，0．510，0．191，0．022，0．037，0.066］T，［0．074，0．543，0．130，0．211，0.043］T，［0．262，0．088，0．607，0．043］T，［0．833，0．166］T。在 AHP中一致性檢驗(yàn)的步驟為:

首先根據(jù)公式

計(jì)算出一致性指標(biāo)。

然后查找隨機(jī)一致性指標(biāo)RI。1～9階的值在查找時(shí)遵循表3。

表3 平均一致性指標(biāo)的值

計(jì)算一致性比例

當(dāng)CR＜0．10時(shí)，認(rèn)為矩陣具有一致性，否則需要調(diào)整矩陣。

由式(3)計(jì)算出一致性指標(biāo)分別為(0．112 78，0．109 4，0．079 4，0)，查表得對(duì)應(yīng)的隨機(jī)一致性指標(biāo)RI分別為(1．2，1．12，0．89，0)，一致性比例分別為0．0940＜0．1，0．098＜0．1，0．089＜0．1，0＜0．1，滿足一致性檢驗(yàn)。這樣確定的權(quán)向量是可以接受的，可作為3級(jí)指標(biāo)對(duì)2級(jí)指標(biāo)的主觀權(quán)重。

2)因子分析法確定客觀權(quán)重

采用回歸法計(jì)算得到因子得分矩陣，如表4所示。

由此可確定:

對(duì)各系數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化可得3級(jí)指標(biāo)對(duì)2級(jí)指標(biāo)的客觀權(quán)向量分別為:［0．150，0．544，0．167，0．030，0．030，0．078］T，［0．076，0．458，0．097，0．323，0．046］T，［0．366，0．074，0．526，0.033 ］T，［0．852，0．148］T。

表4 因子得分矩陣

3)綜合權(quán)重的確定

綜合權(quán)重的求解遵循［25］:

式中m=4，代入式(4)求出的主觀及客觀權(quán)重可得最終權(quán)向量:［0．162，0．527，0．179，0．026，0.033，0．144］T，［0．075，0．500，0．114，0．267，0．045］T，［0．314，0．081，0．567，0．038］T，［0．842，0．157］T。

主因子可近似表達(dá)為:

將上述表達(dá)式代入式(2)，可得攻擊性駕駛行為的最終評(píng)價(jià)模型為:

3 結(jié)論

1)研究表明:不良駕駛行為、速度控制、換道以及跟車駕駛4項(xiàng)因子對(duì)攻擊性駕試行為指標(biāo)的貢獻(xiàn)率高達(dá)98%。

2)建立了“攻擊性駕試行為-表現(xiàn)模式-評(píng)價(jià)指標(biāo)”這樣的3層結(jié)構(gòu)，確立了攻擊性駕駛行為的評(píng)價(jià)模式，并用精確的數(shù)學(xué)關(guān)系式描述了駕駛行為與各因子的關(guān)系。

3)以鎮(zhèn)江市200名駕駛者的調(diào)查數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)來源具有一定的代表性。該模型體系可以預(yù)測(cè)駕駛者的攻擊性駕駛行為，也能用于攻擊性等級(jí)的劃分。下一步研究可基于該評(píng)價(jià)體系構(gòu)建判別攻擊性駕駛行為的數(shù)學(xué)及物理模型，這將對(duì)交通安全決策具有重要的意義。

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(責(zé)任編輯劉 舸)

Study of Aggressive Driving Behavior Evaluation System Based on Factor Analysis and AHP

LIU Zhi-qiang，LI Yun-xia
(School of Automobile&Traffic Engineering，Jiangu University，Zhenjiang 212013，China)

There is a close relationship between driving behavior and the traffic accidents.First，evaluation indexes of aggressive driving behavior model were selected，and then these indexes were classified and the main factors were extracted by using factor analysis(FA).The weights of main factors were determined by factor contribution and then a 3-layer evaluation system model on aggressive driving behavior was set up.Finally，the aggressive driving behavior evaluation system was established based on the subjective weight given by analytic hierarchy process(AHP)and the objective weight given by FA.

aggressive driving behavior;evaluation system;analytic hierarchy process;factor analysis;weight

U491.2

A

1674-8425(2015)11-0011-06

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2015.11.003

2015-05-20

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61203244);2011年博士點(diǎn)基金資助項(xiàng)目(20113227110014)

劉志強(qiáng)(1963—)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事從事道路交通運(yùn)輸系統(tǒng)安全、智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究;李云霞(1989—)，女，碩士研究生，主要從事道路交通運(yùn)輸系統(tǒng)安全研究。

劉志強(qiáng)，李云霞.攻擊性駕駛行為的FA和AHP評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究［J］.重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2015 (11):11-16.

format:LIU Zhi-qiang，LI Yun-xia.Study of Aggressive Driving Behavior Evaluation System Based on Factor Analysis and AHP［J］.Journal of Chongqing University of Technology:Natural Science，2015(11):11-16.