非機(jī)動(dòng)車交通流量對(duì)交叉口騎行者視覺行為影響

王心悅,潘義勇,陸妍琳

(南京林業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院, 南京 210037)

近年來,綠色低碳的出行方式日漸深入人心,由于自行車具有輕巧、便宜的優(yōu)勢(shì),城市交通中非機(jī)動(dòng)車出行比例和騎行者的數(shù)量逐年提高。然而,與非機(jī)動(dòng)車相關(guān)的交通事故頻發(fā),因此需要研究非機(jī)動(dòng)車騎行者的駕駛行為以保障安全。視覺行為是駕駛?cè)双@取交通信息的重要途徑,非機(jī)動(dòng)車駕駛員視野開闊,絕大部分交通信息都需要通過視覺注意獲取。隨著交通流量的增大,騎行者需要處理的視覺信息增加,更容易形成視覺負(fù)荷。鑒于此,從騎行者的視覺特性出發(fā),探究不同交通流量情境下騎行者在交叉口的視覺行為差異性,為提高非機(jī)動(dòng)車交通安全提供理論依據(jù)。

在駕駛行為安全性研究中,很多學(xué)者通過注視和掃視行為等指標(biāo)進(jìn)行視覺行為研究。郭鳳香等[1]通過駕駛模擬平臺(tái)試驗(yàn)分析了老年駕駛?cè)撕颓嗄犟{駛?cè)嗽诮徊婵诘囊曈X特性差異性,主要指標(biāo)包括眼動(dòng)特性、注視轉(zhuǎn)移概率和注視平穩(wěn)分布概率;趙小平等[2]通過分析新手駕駛員瞳孔、掃視和注視點(diǎn)數(shù)據(jù),研究高興、悲傷、憤怒情緒對(duì)新手駕駛員的注視點(diǎn)分布有差異性影響;李洪濤等[3]基于Logistics回歸模型,將視野圖片亮度、凝視點(diǎn)分布面積和累計(jì)注視時(shí)間作為評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)建視覺搜索能力評(píng)價(jià)模型。秦雅琴等[4]通過眨眼、掃視、注視等多種眼動(dòng)數(shù)據(jù)分析山區(qū)低等級(jí)公路典型路段駕駛?cè)艘曈X負(fù)荷上的差異性。潘義勇等[5]通過實(shí)車實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析駕駛?cè)嗽诰皡^(qū)與城市道路環(huán)境下眼動(dòng)特性的差異性。Li[6]研究駕駛員在信號(hào)交叉口和無信號(hào)交叉口的視覺掃描行為,并采用安德魯斯曲線直觀展示了實(shí)驗(yàn)結(jié)果;湯文蘊(yùn)等[7]研究了高速公路連續(xù)隧道群駕駛?cè)艘曈X特性,發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)嗽谶B續(xù)隧道群中通行到第2條隧道時(shí)視覺負(fù)荷降低,視覺穩(wěn)定性提高。丁袁等[8]通過選取廣泛的行人樣本,對(duì)比分析了有無信號(hào)條件下行人在注視區(qū)域、注視目標(biāo)、視負(fù)荷方面的眼動(dòng)差異。

在實(shí)際道路環(huán)境中,交通量的變化會(huì)引起駕駛員駕駛行為的變化。郭明鵬[9]通過vissim仿真分析了交通流對(duì)交通標(biāo)志視認(rèn)效果的影響。陳肖欣[10]通過不同交通量條件下道路標(biāo)志信息量實(shí)驗(yàn),得出駕駛員在交叉口的駕駛行為變化特征和道路信息密度閾值。李海瓊[11]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著車流的增加,駕駛員的注意力需求量隨之變大,更容易產(chǎn)生消極情緒。國(guó)內(nèi)僅有部分研究是圍繞交通流量和駕駛員行為的相互關(guān)系展開,鮮有針對(duì)非機(jī)動(dòng)車流量影響下騎行者駕駛行為的研究。

目前,關(guān)于非機(jī)動(dòng)車視覺行為的研究較少,且大多借鑒了機(jī)動(dòng)車駕駛員視覺行為研究的分析方法。Ryerson等[12]將騎行者生物特征數(shù)據(jù)與危險(xiǎn)感知能力結(jié)合,利用眼動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)非機(jī)動(dòng)車道基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。Rupi等[13]研究了自行車騎行者在信號(hào)交叉口的眼動(dòng)行為,發(fā)現(xiàn)騎車人的經(jīng)驗(yàn)水平和交叉口類型都會(huì)影響騎行者的注視行為。Mantuano等[14]分析了自行車騎行者在有無行人共享道路資源的情況下注視行為的差異性。趙霞等[15]通過SMI眼動(dòng)儀進(jìn)行眼動(dòng)實(shí)驗(yàn),證明電動(dòng)自行車騎行者在駕駛過程中以掃視行為為主,且掃視時(shí)間會(huì)隨著交通環(huán)境復(fù)雜程度增加而延長(zhǎng);胡文斌等[16]選取注視時(shí)間、掃視幅度與掃視速度為指標(biāo),分析了自行車騎行者與機(jī)動(dòng)車駕駛員在城市道路上的眼動(dòng)特征;高亮[17]建立了平交路口自行車騎行者視覺搜索模式評(píng)價(jià)模型。

綜上所述,國(guó)內(nèi)外關(guān)于非機(jī)動(dòng)車騎行者的眼動(dòng)特性研究較少,且大多采用注視與掃視行為作為分析指標(biāo),沒有從視覺負(fù)荷和注視轉(zhuǎn)移角度分析騎行者的眼動(dòng)特性。另一方面,考慮到實(shí)際交通量變化會(huì)影響騎行者的駕駛行為,在日益擁堵的城市交通環(huán)境下,有必要研究非機(jī)動(dòng)車流量對(duì)交叉口騎行者視覺行為的影響。因此,本文采用實(shí)車實(shí)驗(yàn)的方法獲取5種非機(jī)動(dòng)車交通流量條件下騎行者通過交叉口時(shí)的注視次數(shù)與時(shí)間、掃視時(shí)間、注視轉(zhuǎn)移概率,以及注視平穩(wěn)分布概率等眼動(dòng)數(shù)據(jù)指標(biāo),并通過灰色關(guān)聯(lián)度矩陣驗(yàn)證了注視轉(zhuǎn)移概率指標(biāo)的合理性,為非機(jī)動(dòng)車騎行者交通安全研究提供理論支持。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及場(chǎng)景

實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括Tobii Glasses 2眼動(dòng)儀、ErgoLAB人機(jī)環(huán)境同步系統(tǒng)。眼動(dòng)儀可通過攝像頭自動(dòng)追蹤受試者的眼動(dòng)情況,人機(jī)環(huán)境同步系統(tǒng)可將注視點(diǎn)信息與圖像信息匹配,由此得出受試者的眼動(dòng)情況。

為了分析不同交通流量情景下電動(dòng)自行車騎行者視覺行為的差異性,選擇工作日晚高峰時(shí)段 17∶00—18∶00,休息日下午時(shí)段14∶00—15∶00。2個(gè)時(shí)段分別滿足了交通流量高峰期與平峰期的實(shí)驗(yàn)需求,且該時(shí)間段下交通參與者數(shù)量充足,可提供完整的道路信息。

為了體現(xiàn)騎行者在交叉口的視覺特性,實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選擇南京市龍?bào)绰放c展館路交叉口。龍?bào)绰返缆奉愋蜑橹鞲陕?路段為雙向六車道且有機(jī)非隔離帶,沿線有大量住宅區(qū)與商貿(mào)區(qū),存在重要的地鐵站點(diǎn)及交通樞紐,可以滿足騎行者出行的各項(xiàng)需求。交叉口采用信號(hào)控制,交通組成為機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車與部分行人。為對(duì)比分析不同交通流情境下騎行者的注視轉(zhuǎn)移情況,共進(jìn)行5種不同場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn),具體的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如表1所示。

實(shí)驗(yàn)中需注意以下幾點(diǎn):① 車道寬度是指受試人所在的非機(jī)動(dòng)車道的有效寬度;② 由于每個(gè)受試人需完全通過交叉口,所以沒有設(shè)計(jì)右轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn),受試人騎行路程約為250 m;③ 實(shí)驗(yàn)不考慮紅燈等待時(shí)間,數(shù)據(jù)處理中剔除紅燈等待時(shí)間段眼動(dòng)數(shù)據(jù),避免對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾。

表1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

1.2 實(shí)驗(yàn)人員及過程

電動(dòng)自行車與人力自行車類似,屬于較易掌握的交通工具,受試人可以單獨(dú)完成實(shí)驗(yàn)。選取電動(dòng)自行車騎行實(shí)驗(yàn)者共20人,兩類人群男女比例相當(dāng),包含20～50歲的受試人,職業(yè)包括學(xué)生、老師和工人等。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí)不考慮人群個(gè)體間的差異性,只考慮道路場(chǎng)景與交通信息對(duì)騎行者視覺行為的影響。所有受試人的矯正視力均可達(dá)到安全騎行的要求。

首先,對(duì)受試人進(jìn)行眼動(dòng)儀校準(zhǔn),初步收集騎行者的眼睛幾何特征,以便于計(jì)算受試者的凝視點(diǎn);其次,告知受試人駕駛須知并強(qiáng)調(diào)在保障安全的條件下盡快通過交叉口,以保證受試人模擬真正的騎行者并將速度差異控制在可接受的范圍之內(nèi);然后,進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn),要求受試者在交通流量較大和較小時(shí)段騎行通過實(shí)驗(yàn)路段,佩戴眼動(dòng)儀單獨(dú)完成騎行任務(wù)并返回,實(shí)驗(yàn)中眼動(dòng)儀會(huì)記錄騎行者的眼動(dòng)數(shù)據(jù);最后,記錄測(cè)試者的基本信息和保存實(shí)驗(yàn)視頻與數(shù)據(jù)。

1.3 非機(jī)動(dòng)車流量的定義與調(diào)查

在非機(jī)動(dòng)車交通流量統(tǒng)計(jì)特性中,飽和流率是是反映騎行者出行行為的重要參數(shù)。考慮到非機(jī)動(dòng)車騎行者在通過信號(hào)交叉口時(shí)的集群性,不同車道寬度的進(jìn)口道飽和通過非機(jī)動(dòng)車數(shù)量不同,參照機(jī)動(dòng)車飽和流率的定義,將非機(jī)動(dòng)車流量定義為單位時(shí)間內(nèi)通過單位寬度上非機(jī)動(dòng)車的車輛數(shù)。

式中:q為非機(jī)動(dòng)車流量,bike/(s·m);Q為單位時(shí)間內(nèi)通過某斷面的非機(jī)動(dòng)車車輛數(shù);W為非機(jī)動(dòng)車道的有效寬度;t為調(diào)查時(shí)間。

在計(jì)算非機(jī)動(dòng)車流量時(shí),可以通過車輛換算系數(shù)將其他類型車量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)車。以自行車為標(biāo)準(zhǔn)車型,在換算電動(dòng)自行車時(shí),韓寶睿等[18]根據(jù)不同的計(jì)算方法對(duì)電動(dòng)自行車的換算取值。采用傳統(tǒng)計(jì)算方法最終確定電動(dòng)自行車對(duì)自行車的換算系數(shù)為1.22,交叉口內(nèi)部的非機(jī)動(dòng)車流量構(gòu)成見表2,實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景非機(jī)動(dòng)車交通流量值見表3。

表2 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景非機(jī)動(dòng)車流量構(gòu)成

表3 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景非機(jī)動(dòng)車交通流量值

2 視覺特性分析

2.1 眼動(dòng)時(shí)間指標(biāo)

將5個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景按非機(jī)動(dòng)車流量進(jìn)行降序排序,分別統(tǒng)計(jì)各個(gè)場(chǎng)景騎行者的注視時(shí)間百分比和掃視時(shí)間百分比,結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明,隨著非機(jī)動(dòng)車流量的降低,騎行者的掃視時(shí)間占比無明顯差異,但騎行者的注視時(shí)間百分比在5個(gè)不同交通流場(chǎng)景中均存在顯著性差異,尤其當(dāng)非機(jī)動(dòng)車流量小于0.75 bike/(s·m)時(shí),騎行者的注視時(shí)間占比呈明顯下降趨勢(shì),數(shù)值由73.58%降低到51.03%。但是當(dāng)非機(jī)動(dòng)車流量大于0.75 bike/(s·m)時(shí),注視時(shí)間百分比指標(biāo)的變化趨勢(shì)相對(duì)不明顯。這說明在高峰非機(jī)動(dòng)車流量情境下,交叉口內(nèi)部騎行者對(duì)交通信息的興趣程度和獲取效率均高于平峰情境下的騎行者,即交通流量較大時(shí)騎行者在交叉口的風(fēng)險(xiǎn)感知能力有明顯上升,騎行者交叉口直行和左轉(zhuǎn)需要經(jīng)過多個(gè)沖突區(qū),注視多個(gè)交通信息來保障自身安全,車流量的增多將導(dǎo)致注視時(shí)間的延長(zhǎng)。此外,若交叉口視野開闊,駕駛員一次注視就能得到較多的信息,則之后的掃視次數(shù)和時(shí)間就不會(huì)有顯著變化,說明騎行者掃視時(shí)間指標(biāo)與非機(jī)動(dòng)車交通流量相關(guān)性較低。

圖1 眼動(dòng)時(shí)間百分比分析結(jié)果

通過圖2可以發(fā)現(xiàn),騎行者在通過交叉口時(shí),高峰交通流量組的注視持續(xù)時(shí)間和平均注視時(shí)間均大于平峰組。注視持續(xù)時(shí)間在一定程度上反映了騎行者對(duì)交通信息的興趣程度。隨著車流量的增加,交叉口騎行者的注視持續(xù)時(shí)間增加,表明騎行者對(duì)交通信息的興趣程度逐漸提高,面對(duì)潛在危險(xiǎn)時(shí)表現(xiàn)為延長(zhǎng)關(guān)注時(shí)間,分配更多的注意力;高峰組的平均注視持續(xù)時(shí)間大于平峰組,反映了在流量較大的交叉口騎行者對(duì)交通信息的獲取和處理難度更高,需要較多認(rèn)知和判斷信息的時(shí)間,以避免事故的發(fā)生。

圖2 注視持續(xù)時(shí)間與平均注視時(shí)間分析結(jié)果

2.2 眼動(dòng)次數(shù)分析

研究表明,騎行者的眼動(dòng)次數(shù)與道路交通復(fù)雜程度相關(guān)。由圖3可知,騎行者的注視次數(shù)和掃視次數(shù)均呈現(xiàn)出隨著實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景非機(jī)動(dòng)車流量的降低而減少的變化趨勢(shì),從差值上看眼動(dòng)次數(shù)指標(biāo)的變化趨勢(shì)相對(duì)一致。5個(gè)場(chǎng)景中,騎行者掃視次數(shù)在非機(jī)動(dòng)車流量0.944 bike/(s·m)時(shí)達(dá)到顯著性差異,表明高峰組騎行者在掃視過程中無法快速且準(zhǔn)確地獲取足夠的交通信息來確認(rèn)潛在的風(fēng)險(xiǎn),增加了騎行者的眼動(dòng)次數(shù)。

圖3 眼動(dòng)次數(shù)分析結(jié)果

總體而言,隨著交通流量的增加,騎行者在交叉口對(duì)危險(xiǎn)的感知能力增強(qiáng),無論是掃視方面還是注視方面的指標(biāo),除掃視時(shí)間百分比外,都呈正反饋關(guān)系。掃視行為增加會(huì)讓騎行者發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)信息的概率提高,而注視行為增加能夠使騎行者提前規(guī)避潛在危險(xiǎn)。騎行者在交叉口會(huì)隨著非機(jī)動(dòng)車交通流量的提高,分配更多的注意力在視認(rèn)危險(xiǎn)信息上,且注意力的分配程度隨著交通流量的增加而增加,在注視指標(biāo)上變化更加顯著。騎行者通過加強(qiáng)視覺行為提高騎行者自身的安全性,降低交通事故發(fā)生的概率。

2.3 視覺負(fù)荷分析

視覺負(fù)荷程度可以反映騎行者的心理狀態(tài)。這里分別用眨眼速率和瞳孔直徑體現(xiàn)騎行者的視覺負(fù)荷程度。大量醫(yī)學(xué)研究表明,眨眼可以有效緩解視覺疲勞,眨眼頻率越大,意味著受試人眼球越容易疲勞;瞳孔直徑與人的視覺適應(yīng)性及負(fù)荷程度有關(guān),瞳孔擴(kuò)張?jiān)酱?表明騎行者越緊張,精神負(fù)荷越大,反之則越小。

由于存在個(gè)體間的差異,在相同情境下,不同受試人的眨眼次數(shù)和瞳孔直徑也不盡相同,故無法僅通過比較眨眼次數(shù)和瞳孔直徑確定駕駛?cè)说男睦頎顟B(tài)。因此,選取騎行者每秒眨眼速度、最大瞳孔直徑、瞳孔直徑差值與方差作為研究騎行者在交叉口的視覺負(fù)荷變化指標(biāo),視覺負(fù)荷指標(biāo)如表4所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,騎行者的每秒鐘眨眼速度和瞳孔直徑的變化趨勢(shì)與交通流量的變化不具有一致性,但在面對(duì)高峰交通流條件時(shí),騎行者的視覺負(fù)荷較大,內(nèi)心緊張而謹(jǐn)慎,具體表現(xiàn)為高峰組(場(chǎng)景1、場(chǎng)景2、場(chǎng)景3)騎行者的最大瞳孔直徑、瞳孔直徑差值與方差均明顯高于平峰組(場(chǎng)景4、場(chǎng)景5)的騎行者,說明高峰交通流量情境下騎行者受到的視覺壓迫更大,迫使騎行者注意力更加集中;除場(chǎng)景5外,騎行者的眨眼速度隨著非機(jī)動(dòng)車數(shù)量的增加而上升,說明騎行者需要更加頻繁的眨眼行為來緩解自身視覺疲勞,間接說明交通流量會(huì)影響騎行者的視覺負(fù)荷。過大的交通流量將導(dǎo)致騎行者受到視覺壓迫,內(nèi)心緊張從而提高自身危險(xiǎn)感知能力;平峰流量下交通情況簡(jiǎn)單,需要關(guān)注的交通信息較少,騎行者能夠緩解焦慮情緒,視覺負(fù)荷程度低。

表4 視覺負(fù)荷指標(biāo)

3 注視轉(zhuǎn)移分析

3.1 注視區(qū)域劃分

駕駛員注視區(qū)域劃分是研究駕駛員注視行為、注視轉(zhuǎn)移模式和危險(xiǎn)感知能力的前提和基礎(chǔ)[19]。騎行者在行駛過程中需要收集各種交通信息,以便與其他交通參與者保持安全距離,保障自身安全。因此,合理有效地劃分騎行者注視區(qū)域?qū)⒂兄谑崂碜⒁曅畔⒃诓煌繕?biāo)間的分布,從而深入研究騎行者在交叉口的眼動(dòng)規(guī)律和注視轉(zhuǎn)移模式。

現(xiàn)有的視覺注視區(qū)域劃分方法主要有機(jī)械劃分法、注視目標(biāo)逐一統(tǒng)計(jì)法和動(dòng)態(tài)聚類法。本實(shí)驗(yàn)采用k-means聚類法對(duì)騎行者的注視區(qū)域進(jìn)行劃分,工作量較小且劃分結(jié)果較為精準(zhǔn)。對(duì)每位駕駛?cè)诉x取800個(gè)注視點(diǎn)樣本,利用k-means聚類法對(duì)注視點(diǎn)位置進(jìn)行劃分。經(jīng)比選,當(dāng)k=4時(shí)受試人的興趣區(qū)域界線清晰,聚類結(jié)果如圖4所示。因此將騎行者注視區(qū)域劃分為4個(gè)區(qū)域,結(jié)果如圖5所示,具體為:區(qū)域1,主要包括當(dāng)前所在車道左側(cè)其他車輛和左前方的道路交通情況;區(qū)域2,主要包括當(dāng)前車道遠(yuǎn)方交通狀況和標(biāo)志標(biāo)線,以及信號(hào)燈;區(qū)域3,主要包括當(dāng)前車道近處區(qū)域的其他非機(jī)動(dòng)車以及可能出現(xiàn)的行人;區(qū)域4,主要包括當(dāng)前所在車道右側(cè)的車輛和右前方道路交通情況。

圖4 聚類分析結(jié)果

圖5 注視區(qū)域劃分結(jié)果

3.2 各注視區(qū)域注視轉(zhuǎn)移概率

將騎行者注視不同的區(qū)域定義為不同的狀態(tài)時(shí)間,下一次騎行者注視哪個(gè)區(qū)域只與當(dāng)前所注視的區(qū)域有關(guān),這是典型的齊次馬爾可夫鏈問題。通過2個(gè)連續(xù)注視行為之間的轉(zhuǎn)移概率,可以求解出各個(gè)注視區(qū)域之間的注視一步轉(zhuǎn)移概率,具體流程如圖6所示。將每個(gè)注視區(qū)域作為馬爾可夫鏈的一個(gè)狀態(tài),記錄注視點(diǎn)在區(qū)域內(nèi)部的移動(dòng)和區(qū)域間的轉(zhuǎn)移,按照流量時(shí)段將數(shù)據(jù)分為高峰組和平峰組分別計(jì)算騎行者注視轉(zhuǎn)移概率,結(jié)果如圖7所示。

圖6 注視轉(zhuǎn)移概率流程框圖

從圖7可以看出,2組交通流條件下騎行者都最關(guān)注區(qū)域2,即當(dāng)前車道遠(yuǎn)處區(qū)域,說明交叉口騎行者絕大部分注意力集中在前方交通狀況、標(biāo)志標(biāo)線以及信號(hào)燈等交通信息。在注視轉(zhuǎn)移過程中,2組騎行者的注視點(diǎn)仍然保留在區(qū)域2的概率分別為0.795和0.537,且注視點(diǎn)轉(zhuǎn)移到區(qū)域2的概率均高于其他區(qū)域之間的轉(zhuǎn)移概率,說明高峰交通流條件下騎行者為了更多地收集前方交通信息,傾向于將視野停留在區(qū)域2。

對(duì)比2組騎行者在區(qū)域1(當(dāng)前車道左側(cè))和區(qū)域4(當(dāng)前車道右側(cè))的轉(zhuǎn)移概率,發(fā)現(xiàn)平峰組騎行者對(duì)區(qū)域1和區(qū)域4的注視轉(zhuǎn)移概率更高,且主要由區(qū)域2轉(zhuǎn)移到區(qū)域1,表明平峰交通流量條件下騎行者較高峰組更加關(guān)注水平視野左右兩側(cè)區(qū)域的交通信息。高峰組騎行者在區(qū)域3(近前方車道),無論是注視點(diǎn)停留概率還是轉(zhuǎn)移概率都明顯高于其他區(qū)域,說明高峰交通流條件下騎行者更容易被當(dāng)前車道的其他車輛吸引。

圖7 注視轉(zhuǎn)移概率分布示意圖

3.3 注視轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)矩陣

為了探求注視轉(zhuǎn)移行為的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)因素,進(jìn)一步驗(yàn)證馬爾科夫鏈一步轉(zhuǎn)移概率的合理性,在灰色關(guān)聯(lián)度模型的基礎(chǔ)上建立注視轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)度矩陣,分析其他因素對(duì)于注視轉(zhuǎn)移概率結(jié)果的影響。將當(dāng)前注視點(diǎn)的狀態(tài)特征量作為參考數(shù)列、下一注視點(diǎn)的坐標(biāo)作為比較數(shù)列,建立注視轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)矩陣,計(jì)算比較數(shù)列與參考數(shù)列之間的關(guān)聯(lián)度。其中,子因素主要考慮當(dāng)前注視點(diǎn)位置(X,Y)、注視持續(xù)時(shí)間、掃視幅度、掃視平均速度。

通過計(jì)算得出交叉口騎行者注視點(diǎn)轉(zhuǎn)移影響因素的關(guān)聯(lián)矩陣Rolder為:

從騎行者注視點(diǎn)轉(zhuǎn)移影響因素的關(guān)聯(lián)矩陣中可以看出,矩陣的第1列與第2列的關(guān)聯(lián)度最高,即當(dāng)前注視點(diǎn)位置對(duì)下一注視點(diǎn)位置的影響最大,這也印證了馬爾科夫鏈的方法估計(jì)注視區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率的合理性。同時(shí),注視時(shí)間、掃視幅度和掃視速度也會(huì)影響駕駛?cè)说淖⒁曓D(zhuǎn)移特性,而不同非機(jī)動(dòng)車交通流量下交叉口騎行者視覺行為指標(biāo)的變化也會(huì)導(dǎo)致其注視轉(zhuǎn)移行為的差異性。

3.4 注視平穩(wěn)概率

由馬爾可夫鏈的遍歷性可知,受試者的注意轉(zhuǎn)移分布概率經(jīng)過一段時(shí)間的轉(zhuǎn)移最終都會(huì)達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài),可計(jì)算出每位駕駛?cè)嗽诟鱾€(gè)注視區(qū)域的平穩(wěn)分布概率。2組騎行者在各個(gè)注視區(qū)域注視平穩(wěn)概率如圖8所示。從圖8可以看出:2組騎行者對(duì)區(qū)域2的注視平穩(wěn)分布概率值最高,分別達(dá)到了71.9%和64.8%,說明騎行者最關(guān)注車輛當(dāng)前車道前方交通信息,且高峰交通流條件騎行者的關(guān)注程度更高。2組騎行者在區(qū)域1和區(qū)域4的注視平穩(wěn)概率存在顯著性差異,表明平峰組騎行者較高峰組騎行者更多關(guān)注車輛當(dāng)前車道左右兩側(cè)的交通信息。

總體而言,隨著交通流量的增加,騎行者會(huì)提高對(duì)身側(cè)其他騎行者的關(guān)注度,以保證自身安全。而平峰交通流條件下的騎行者與高峰時(shí)相比,注視點(diǎn)的平穩(wěn)概率分布更加均勻,在注意力集中在前方區(qū)域的同時(shí)能夠很好地兼顧其他周圍區(qū)域。

圖8 注視平穩(wěn)概率分布直方圖

4 結(jié)論

1) 在不同交通流量條件下,道路環(huán)境復(fù)雜,信息量繁多,騎行者在交叉口的注視特性存在顯著差異,具體表現(xiàn)為:隨著非機(jī)動(dòng)車流量增加,騎行者的注視次數(shù)和掃視次數(shù)增加,注視時(shí)間百分比、注視持續(xù)時(shí)間和平均注視時(shí)間顯著增長(zhǎng),說明騎行者對(duì)交叉口交通信息的興趣程度和危險(xiǎn)感知能力提高。同時(shí),騎行者眨眼頻率上升,瞳孔直徑變化值增大,表明高峰交通流條件下騎行者視覺負(fù)荷增大,內(nèi)心更加緊張謹(jǐn)慎,以保障自身安全通過交叉口。

2) 由注視轉(zhuǎn)移概率分布可知,不同交通流量條件下騎行者都最關(guān)注當(dāng)前車道前方路況和信號(hào)燈區(qū)域。按非機(jī)動(dòng)車流量大小將騎行者分為高峰組和平峰組,發(fā)現(xiàn)平峰組騎行者的視覺行為模式更加靈活,在觀察某一區(qū)域的同時(shí)能夠兼顧左右兩側(cè)的交通狀況,而高峰條件騎行者需要更多地重復(fù)注視同一區(qū)域,即正前方交通狀況以保障與其他車輛的安全距離。

3) 由注視轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)度矩陣可知,與騎行者注視轉(zhuǎn)移概率相關(guān)性最大的因素是當(dāng)前注視點(diǎn)位置(X、Y),橫、縱坐標(biāo)相關(guān)度分別達(dá)到0.95和0.91,且掃視時(shí)間、掃視速度、掃視平均時(shí)間也都會(huì)影響騎行者在交叉口的注視轉(zhuǎn)移特性。由注視轉(zhuǎn)移平穩(wěn)概率可知,高峰組騎行者在復(fù)雜的交通信影響下,無法同平峰組一樣分散較多的注意力到周邊注視區(qū)域,而是更加關(guān)注當(dāng)前車道前方區(qū)域的交通信息。

4) 以電動(dòng)自行車騎行者在交叉口的視覺特性為目標(biāo),研究不同交通流量條件下騎行者的視覺行為的差異性,討論高峰流量條件下騎行者的危險(xiǎn)感知能力提升的原因與影響。未來可進(jìn)一步研究騎行者在復(fù)雜交通場(chǎng)景中的視覺行為模式與危險(xiǎn)感知能力,如混行道路、無信號(hào)交叉口、多路口交叉口等;還可結(jié)合生理指標(biāo),建立騎行者危險(xiǎn)感知能力評(píng)價(jià)模型,使研究結(jié)果更具有應(yīng)用價(jià)值。