有无信号条件下电动自行车过街眼动特性分析.pdf

第 卷第期 年月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)J o u r n a l o fWu h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y(T r a n s p o r t a t i o nS c i e n c e&E n g i n e e r i n g)V o l N o A u g 有无信号条件下电动自行车过街眼动特性分析陆妍琳潘义勇王心悦缪炫烨(南京林业大学汽车与交通工程学院南京 )摘要:文中明确信号设施对电动自行车骑行者的影响,使用眼动仪分别在有无信号过街两种条件下进行实验,对比分析骑行者的眼动差异实验结果表明:无信号条件下,骑行者的注视区域分布更均匀、注视目标更集中为机动车和道路情况、单次注视时间较有信号条件减少 、视负荷程度更高,信号设施能减轻骑行者的视觉负荷相关结果为电动自行车安全过街和信号设施的组织优化提供视觉数据支撑关键词:交通工程;眼动特性;眼动仪;电动自行车;注视区域中图法分类号:U d o i:/j i s s n 收稿日期:第一作者:陆妍琳(),女,硕士生,主要研究领域为交通规划和交通安全通信作者:潘义勇(),男,博士,副教授,主要研究领域为交通管理与控制基金项目:国家自然科学基金青年基金项目()引言电动自行车过街是城市中必不可少的交通行为,但当前电动自行车骑行者的安全过街意识淡薄,相关的法规和管理措施不够完善,导致电动自行车过街混乱、事故频发通过对比电动自行车骑行者在有无信号控制设施下过街的眼动行为的差异性,可以探究信号控制设施的实施效果,对实现电动自行车的安全过街具有重要的意义关于电动车过街,主要是从电动自行车骑行者的过街行为和对交叉口交通流影响的角度进行研究,评估电动自行车过街的风险行为和改进交叉口的交通流理论王涛等通过问卷调查,研究了电动自行车骑行关于不同性别、年龄等方面的风险行为张凡研究了普通电动车和外卖电动车的违规过街行为的区别 V l a k v e l d等研究了更快速度的电动自行车的交通冲突问题,得到冲突风险增加的几种情况杜氏欣建立了电动自行车在交叉口的微观行为模型董傲然等 对电动自行车驾驶人的伤害严重程度影响因素进行分析,分别得到与电动自行车驾驶人的伤害严重程度显著相关的变量国内外研究中,关于非机动车骑行者的眼动研究受自行车本身的特点影响,主要地点为城市道路赵霞等研究了城市道路电动自行车骑行者在交通环境复杂区域的视觉特性变化规律V a n s t e e n k i s t e等研究了低等级自行车道对骑行者的眼动影响胡文斌等分析了自行车骑行者与机动车驾驶员在城市道路上的眼动特征差异高亮 通过研究城市平面交叉口自行车骑行者的视觉行为特征,建立了平交路口自行车骑行者视觉搜索模式评价模型杨志伟 从操作行为和视觉特性的角度,分析了分心行为对自行车骑行者行车安全的影响以上非机动车骑行者的眼动研究,主要从道路设施、道路环境和骑行者个体的角度分析眼动行为的变化规律综上所述,国内外关于电动自行车的研究,没有考虑电动自行车在有无信号控制条件下区别,关于眼动特性的研究也很少针对电动自行车过街情形文中从有无信号控制条件出发,通过眼动仪进行实验,对比分析电动自行车过街的交通行为和眼动行为的差异性,根据输出指标对信号控制设施的实施效果进行评价实验方案实验分两项进行实验一为调研电动自行车过街的交通特性,分别调查有信号和无信号条件下电动自行车的过街行为,调查采用视频录像的方法,在信号周期内录制所有电动自行车的过街情况,筛选出调查所需要的样本,并根据筛选出的样本统计出年龄、性别、过街速度以及等待时间等参数,分析电动自行车过街的差异性实验二是电动自行车过街的眼动特性研究,选择合适的受试者使用眼动仪,分别在有信号和无信号控制条件下进行实验,调查受试者的眼动情况实验仪器为皮尺、T o b i i G l a s s e s眼动仪、E r g o L A B数据分析软件为了防止实验时样本量过多干扰数据的采集,实验时间选取为晴天的工作日非高峰期(:),此时样本量足够且眼动仪的数据输出不会受太阳光的干扰在实验一中,实验对象选择为过街的 辆电动自行车,样本均匀的覆盖不同的性别和年龄段,以视频录像时间为准,在考虑年龄和性别要素的前提下,在相同分类中选择较早出现的对象,在实验对象中:岁 人,岁 人,岁 人,三个年龄段实验人员的男女性别比例均为 不同性别的实验对象在思维方式和性格特点上会有区别,而不同年龄段的实验对象在 对交通规则 和信号灯的 理解上也会 有差异性实验二中,选择了 名实验对象,每位实验对象在实验路段骑行两次,实验所需结果取其均值,其中男性 名,女性 名,年龄分布为 岁 人,岁 人,岁人,岁以上人,矫正视力均为 以上,具有电动自行车良好的骑行经验表为电动自行车过街道路基本参数,有信号条件的实验地点选择为江苏省南京市玄武大道一处有信号路段,玄武大道为双向八车道;无信号实验地点为江苏省南京市板仓街的一处无信号路段,双向四车道,附近有小区和学校,交通量大,样本量比较丰富,且两处路段都有机非分隔带,实验比较安全实验一通过视频录像,进行后期数据的统计与分类,统计了电动自行车过街的等待行为和过街速度实验二中使用者佩戴T o b i i G l a s s e s眼动仪在表电动自行车过街道路基本参数地点参数数据无信号控制路段过街长度/m 停止线与人行横道距离/m 有信号控制路段过街长度/m 停止线与人行横道距离/m绿灯信号配时/s黄灯信号配时/s 红灯信号配时/s 实验路段持续骑行 m通过两种条件下的路段,使用E r g o L A B数据分析软件得到每一时刻的骑行者眼动情况,对实验所得画面截取所需片段,获取骑行者的注视区域和热点图、注视时间、注视次数以及瞳孔变化等参数本文使用的参数及其单位为:平均等待时间,s;平均过街速度,m/s;注视次数;注视时间,s;眨眼次数;瞳孔直径,mm交通特性 红灯条件下骑行者的等待行为 性别在红灯等待时发生抢红灯或闯红灯的行为中,男性的比例为 ,女性为 ;在红灯等待时发生手机的使用行为中,男性的比例为 ,女性为 这反映了男性急躁、女性更容易分心的性格特点 年龄在等红灯时发生抢红灯或闯红灯的行为中,岁 的 比 例 为 ,岁 为 ,岁的比例为 在等红灯时使 用 手 机 的 行 为 中,岁 的 比 例 为 ,岁为 ,岁的比例为 这反映了年龄较小的骑行者更遵守交通规则,年轻人的手机分心行为也最为严重 平均骑行速度 性别有信号控制条件下,男性的骑行速度为 m/s,女性为 m/s;无信号控制条件下,男性的骑行速度为 m/s,女性为 m/s 年龄有信号控制条件下,岁骑行者的行驶速度为 m/s,岁骑行者的行驶速度为 m/s,岁骑行者的行驶速度为 m/s;无信号控制条件下,岁骑行者的行驶速度为 m/s,岁骑行者的行驶速度为 m/s,岁骑行者的行驶速度为 第期陆妍琳,等:有无信号条件下电动自行车过街眼动特性分析m/s 眼动特性分析 注视区域 水平方向注视区域有无信号控制条件下电动车过街骑行者的注视点水平区域分布见图将骑行者的注视区域根据骑行者视角的发散程度,将注视场景根据 和 分为左侧、中部和右侧区域,计算每个样本中各个区域所占的百分比计算注视区域所占的百分比,见图图两种条件下电动自行过街注视点水平区域分布图电动自行车过街注视次数水平区域分布百分比由图可知:)有信号控制条件下,骑行者更为关注中部区域,其次为右侧区域,对左侧区域的关注较少,这也是受信号灯的影响,当过街为绿灯信号时,左侧的交通情况对电动自行车过街的影响不明显,骑行者的关注点会注重前方和右侧区域,而在骑行过街的过程中,骑行者也会更注重前方区域的道路和交通状况,对两侧区域的关注也会减少)无信号控制条件下,骑行者也更为关注中部区域,其次为左侧区域,当无信号灯时,骑行者需要对道路情况有全面的把握,因此当交通状况更复杂时,骑行者对道路的注视范围更广,对整体的骑行外部条件关注度更高 垂直方向注视区域将电动自行车过街聚焦点垂直区域分为上侧、中部和下侧区域,见图计算每个样本中各个区域所占的百分比计算注视区域所占的百分比,见图图两种条件下电动自行车过街注视点垂直区域分布图电动自行车过街注视次数垂直区域分布百分比由图可知:)在有信号控制条件下,骑行者更为关注中部区域,其次为上侧区域,受信号灯的影响,当电动自行车过街时,骑行者在关注前方区域的路况时,也会随时关注信号灯的计时情况)在无信号控制条件下,骑行者也更为关注中部区域,其次为上侧区域,对下侧区域的关注度较低当无信号灯时,骑行者对道路的注视距离更广,除了注重前方过街处的非机动车道车辆,也会注意远方机动车道的实时状况,而对距离较近的人行横道的关注度减少 注视目标电动车过街注视目标主要分为信号灯、机动车、非机动车、行人、道路、建筑物以及其他目标将每个样本的骑行者注视时间和注视次数数据进行统计,计算其均值,数据处理结果见表表骑行者对不同目标的注视次数和注视时间及其占比环境输出指标注视目标信号灯机动车非机动车行人道路建筑物其他无信号控制平均注视次数 占比/平均注视时间/s 占比/有信号控制平均注视次数 占比/平均注视时间/s 占比/武汉理工大学学报(交通科学与工程版)年第 卷表骑行者对各个目标平均单次注视时间单位:m s环境注视目标信号灯 机动车非机动车 行人道路 建筑物 其他无信号控制 信号控制 在有无信号控制条件下,骑行者都对机动车这一目标比较关注在有、无信号控制条件下,骑行者对机动车状态的关注,平均注视时间占比分别为 、骑行者在关注机动车状态的同时,也在关注信号灯显示的等待时间,当信号灯倒计时至其预期时,骑行者会确认机动车的运行情况,若路段交通条件允许,骑行者容易产生违规过街的情况,因此信号灯也是骑行者判断能否过街的一个重要参考由表可知:骑行者骑行时,在有信号控制条件下对非机动车的平均注视时间和单次注视时间均高于无信号控制路段两种条件下,骑行者都对道路情况的关注程度相近,骑行者在无信号条件下对道路的单次注视时间略高于有信号路段,对行人的平均注视时间明显高于有信号路段,对路侧建筑物的单次注视时间低于有信号路段无信号控制条件相比于有信号控制条件,骑行者会更加关注动态的交通情况,如机动车、行人等目标,而对非动态的目标如路侧建筑物的关注程度降低 视负荷参数视负荷参数可以反映电动车骑行者过街的心理状态和生理状态,是紧张疲劳还是平静放松眼动研究中视负荷程度的表征参数主要有眨眼行为、扫视行为和瞳孔变化眨眼行为表示骑行者的紧张程度,扫视行为表示骑行者对周围复杂信息的获取能力,瞳孔变化表示骑行者的疲劳程度本文使用了扫视时间百分比、每分钟眨眼速率和平均瞳孔直径变化三个参数表示骑行者的视负荷程度,具体数据见表表两种条件下电动自行车骑行者的视负荷数据环境输出指标扫视时间百分比/每秒钟眨眼速率/(次s)平均瞳孔直径变化/mm无信号控制 有信号控制 根据数据可知无信号控制条件下扫视时间百分比大于有信号控制条件,每秒钟眨眼速率反之 更频繁的进行扫视行为和更少的眨眼行为说明在无信号交叉口路段,交通条件更加复杂,骑行者更加紧张根据瞳孔直径的变化可以发现,在无信号交叉口,骑行者的瞳孔变化范围更大,更容易产生疲劳感而有信号控制条件下,信号灯能够提高道路环境的安全程度结论)红灯条件下骑行者的等待行为在性别方面,男性更容易发生闯红灯和抢红灯的违规过街行为,而女性更容易发生手机行为在年龄方面,岁的骑行者更容易发生手机的分心行为,岁的骑行者更容易发生闯红灯和抢红灯的违规过街行为)平均行驶速度在性别方面,无论有无信号控制,男性的骑行过街速度都快于女性;而有信号控制条件下,骑行者的骑行速度都小于无信号控制在年龄方面,岁年龄段骑行者的车速最慢,岁年龄段骑行者的平均车速最快)注视区域水平方向上,骑行者都更关注中部区域,有信号控制条件下,骑行者也较为关注右侧区域;无信号控制条件下,骑行者更关注左侧区域垂直方向上,无论有无信号控制,骑行者都关注中上部区域)注视目标骑行者在过街之时,信号灯的计时情况是骑行者判断过街选择的重要依据无信号控制条件下,骑行者更关注动态的交通情况,如机动车、行人等)视负荷参数无信号控制条件下,骑行者更紧张,也更容易疲劳综合考虑有无信号控制条件下电动自行车骑行的交通和眼动特性,有信号控制条件下骑行者的骑行更为安全骑行者在骑行时,很大程度上会选择减少等待时间的骑行行为,但这对于交通安全而言是不利的具体分析内容和建议如下:根据骑行者的交通特性研究,当有信号控制路段没有强制的管控措施时,电动自行车骑行者很容易发生违规过街的行为,尤其以男性和骑行经验较为丰富的人群为主,建议完善过街路段对电动自行车过街的管控措施,如:地面标线或路侧语音提示系统等,减少骑行者等待时的分心行为和违规过街行为根据骑行者的眼动特性研究,无信号路段骑行者的视负荷程度较高,建议减少非必要的建筑或树木遮挡,以提高骑行者对重要注视目标的关第期陆妍琳,等:有无信号条件下电动自行车过街眼动特性分析注程度对于复杂的过街路段,建议设置信号控制设施,信号控制设施可以缓解骑行者的视负荷程度,保障过街的交通安全本文的研究可以反映电动自行车过街的交通和眼动特性,对指导电动自行车安全过街和道路的交通设施优化有一定的意义,但本文的实验样本较少,对群体差异性的分析带有主观性,后期还需要继续完善参 考 文 献王涛,黎文皓,谢思红,等电动自行车风险驾驶行为因子分析及相关因素研究J重庆交通大学学报(自然科学版),():张凡信号 交 叉 口 外 卖 电 动 车 违 规 过 街 行 为 研 究D西安:长安大学,V L AKV E L D W,MON SC,KAMP HU I SK,e ta l T r a f f i cc o n f l i c t si n v o l v i n gs p e e d p e d e l e c s(f a s te l e c t r i cb i c y c l e s):an a t u r a l i s t i cr i d i n gs t u d yJA c c i d e n tA n a l y s i s&P r e v e n t i o n,():杜氏欣电动自行车在交叉口的行为机理研究D北京:北京工业大学,董傲然,王长帅,景云超,等基于L o g i t模型的电动自行车驾驶人受伤严重程度影响因素研究J武汉理工大学学报(交通 科学 与 工程 版),():秦丹,张斌,王长帅,等电动自行车驾驶人伤害严重程度影响因素研究J武汉理工大学学报(交通科学与工程版),():赵霞,王卫杰,寿任祯,等基于S M I的电动自行车骑行者视觉行为分析J交通运输研究,():VAN S T E E NK I S T EP,Z E UWT SL,C A R D ON G,e ta l T h e i m p l i c a t i o n s o f l o wq u a l i t yb i c y c l ep a t h so ng a z eb e h a v i o r o f c y c l i s t s:a f i e l d t e s tJ T r a n s p o r t a t i o nR e s e a r c hP a r tF:T r a f f i cP s y c h o l o g ya n dB e h a v i o u r,():胡文斌,李岩,程慧婷,等自行车骑行者眼动特征研究J农业装备与车辆工程,():高亮城市平交路口自行车骑行者 视觉 行为 研究D西安:长安大学,杨志伟骑行手机分 心 行为 特性 及 管控 方法 研究D合肥:合肥工业大学,Z HA OF,GUO H,WAN G W,e ta l M o d e l i n gl a t e r a li n t e r f e r e n c e s b e t w e e n m o t o r v e h i c l e s a n dn o n m o t o rv e h i c l e s:as u r v i v a la n a l y s i sb a s e da p p r o a c hJ T r a n s p o r t a t i o nR e s e a r c hP a r tF:T r a f f i cP s y c h o l o g ya n dB e h a v i o u r,():A n a l y s i so fE y eM o v e m e n t sC h a r a c t e r i s t i c so fE l e c t r i cB i c y c l e sC r o s s i n gw i t ho rw i t h o u tS i g n a lC o n d i t i o n sL UY a n l i n P A NY i y o n g WA N GX i n y u e M I A OX u a n y e(S c h o o l o fA u t o m o b i l ea n dT r a f f i cE n g i n e e r i n g,N a n j i n gF o r e s t r yU n i v e r i s i t y,N a n j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:I nt h ep r e s e n tp a p e r,t h e i n f l u e n c eo f s i g n a l f a c i l i t i e so ne l e c t r i cb i c y c l er i d e r sw a sc l a r i f i e d,a n de x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u tu n d e r t h e c o n d i t i o n so f c r o s s i n g t h e s t r e e tw i t ho rw i t h o u t s i g n a l b yu s i n ge y e t r a c k e r,a n dt h ee y em o v e m e n td i f f e r e n c e so f r i d e r sw e r ec o m p a r e da n da n a l y z e d T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a t,u n d e r t h ec o n d i t i o no fn os i g n a l,t h ec y c l i s tsg a z ea r e a i sm o r ee v e n l yd i s t r i b u t e d,a n dt h eg a z e t a r g e t sa r em o r ec o n c e n t r a t e do nm o t o rv e h i c l e sa n dr o a d s T h es i n g l eg a z et i m e i s r e d u c e db y c o m p a r e dw i t h t h e s i g n a l c o n d i t i o n,a n d t h ev i s u a l l o a d i sh i g h e r T h e s i g n a l f a c i l i t yc a nr e d u c e t h ev i s u a l l o a do f t h er i d e r K e yw o r d s:t r a f f i c e n g i n e e r i n g;e y em o v e m e n t c h a r a c t e r i s t i c s;e y e t r a c k i n g;e l e c t r i cb i c y c l e s;g a z e a r e a武汉理工大学学报(交通科学与工程版)年第 卷