导
读
标题：《Which visual cues do drivers use to anticipate and slow down in freeway curve approach? An eye-tracking, think-aloud on-road study》
期刊：《Transportation Research Part F: Psychology and Behaviour》
发表时间：2023年01月29日
作者：Johan Vos, Joost de Winter, Haneen Farah, Marjan Hagenzieker
领域：高速公路弯道设计；驾驶行为
1 研究背景
高速公路设计的目的是为了保证驾驶人在出行过程中能够高速行驶，满足驾驶期望，但由于车速较快，在高速公路上发生的交通事故通常更为严重，尤其是在弯道路段，对于驾驶人而言有必要提要预知弯道位置并适当降低车速以安全通过曲线路段。现有研究主要集中在对弯道内的行驶速度及注视行为分析这些方面，但驾驶任务研究表明对弯道的提前预告远远早于弯道行驶，并且需要满足驾驶人的感知和认知需求，即驾驶人的注视区域在哪里以及如何判断所获得的视觉信息。由于高速公路设计具有一定的自解释性，驾驶人理应知道何时何地需要降低速度，但现实却是在驾驶人行驶至弯道前从出行环境中所获得的降低车辆速度的信息有限，导致无法合理控制车速。故本研究旨在深入了解驾驶人在接近弯道前获得了哪些有效的视觉信息帮助其提前预知弯道并合理控制车速。
2 研究内容
通过开展实车试验，使用眼动仪和GPS追踪器记录驾驶人的前视注视区域和行驶速度以完成定量分析，使用出声思维法记录速度变化的原因以进行定性分析，研究驾驶人在各个感兴趣区域的注视点分布以及转弯前减速的原因。
3 研究方法
3.1 被试
31名驾驶人（5名男性，26名女性），所有驾驶人均不戴眼镜并持有驾照，平均年龄41.5岁，平均驾龄21.8年。
3.2 试验流程
（1）试验开始前，所有被试填写一份知情同意书及NASA-TLX标准化测试；
（2）到达试验地点，校准眼动仪，被试需要一直思考并尝试表述自己在驾驶过程中选择该速度行驶的原因；
（3）正式开始试验，被试需要头戴眼动仪，沿着固定路线行驶，车内放置GPS追踪器，并不断口头回答这个问题“你是如何知道你需要减速或者加速？”，试验人员坐在汽车后座对被试录音；
（4）试验结束，被试填写另一项NASA-TLX测试以及在李克特量表上对每个弯道的熟悉程度评分。
3.3 试验场景
试验场景
试验路线位于阿姆斯特丹南部的高速公路上，全长39公里，共有6个试验弯道路段，如图1所示，进入弯道1前200m设有隔声屏障，右侧路肩设有50km/h的速度警告标志；进入弯道2前设有80km/h和60km/h的限速标志，两侧路肩设有闪烁警告标志；进入弯道3前两侧路肩设有80km/h的速度警告标志；进入弯道4a前右侧路肩设有限速80km/h标志；进入弯道4b前两侧路肩设有50km/h的速度警告标志；弯道5之前未设置任何警告标志。
图1 试验路线
3.4 数据采集
Qstarz BT-Q1000XT GPS记录仪以1hz的频率记录实车的位置和速度，Tobii Pro Glasses 3眼动仪以60hz的频率记录被试的注视数据，被试的言语表述也被眼动仪记录在高清视频中。
3.5 数据分析
（1）GPS数据
根据GPS速度数据计算得出车辆加速度，驾驶人在接近弯道前的减速位置即加速度为0时车辆的所在位置。
（2）眼动数据
手动划分感兴趣区域，若被试的注视点落在某个感兴趣区域内，则该点被手动标记为属于此兴趣区域。被试的注视点总体可分为以下三类如图2所示：
车辆内的注视点。包含车辆后视镜、仪表盘。
诱导注视点。表示车辆在正常行驶过程中前方2s内的视线凝聚点，主要用于诱导车辆保持一定的跟车间距、横向间距及侧向净距，相应的感兴趣区域包括车道中心点、车道标线、道路曲线切点、前方车辆等。
前视注视点。表示能够影响驾驶决策的注视点，包括平行于车道边缘线的设施（如：隔声屏障、护栏、树木线等）、具有显著视觉信息的物体（如：交通标志、限高架等）、固定区域（如：延伸焦点、远区、超出视野范围的弯道区域、遮挡点、地平线等）
注：后文中“延伸焦点”这一名词多次出现，这里详细解释下该词定义，它本身为计算机视觉中的名词，直译为光流向量的汇集点，交通中可理解为道路和地平线的切点即延伸焦点，就是道路在水平尽头消失的点，在弯道路段表示光流出现的点即转弯的切点；远区表示在切点外的道路区域，注视点在道路上，而非弯道切点。
图2 注视点的划分
（3）口头表述记录
将被试所有的口头表述誊写下来，根据驾驶任务对不同话语片段进行标记，不同标签分类如下：
驾驶人相关：包括驾驶风格、路线熟悉程度、驾驶舒适性等
交通相关：与其他交通参与者的交流反馈
与弯道相关的速度变化：进弯道前减速或出弯道后加速
弯道相关：对弯道的感知、预测及相关标志
其他信息：道路环境的普遍特征
与速度无关：所有与速度无关的剩余记录
4 研究结果
4.1 注视时间
（1）弯道开始前的注视时间分布
在弯道开始前的500m至250m之间，被试花了大约40%时间在前视注视区域上，在进入弯道前的300m到100m之间，被试的注视点由延伸焦点、速度警告标志转移至远区、平行于道路边缘的设施以及弯道标志。
图3 弯道开始前的感兴趣区域分布
图4 进入弯道前的前视注视点分布
（2）车辆减速前后的注视时间分布
下图5表示车辆减速前20s和减速后20s被试的前视注视点分布，直到减速开始前3s，被试的主要关注点仍为延伸焦点与道路诱导标志，而当被试开始减速后，对延伸焦点的关注开始减少，对远区及平行道路边缘关注增加，且只有开始减速后，被试才会明显的关注到速度警告标志。
图5 被试减速前后20s前视注视点分布
（3）车辆在不同弯道行驶时的注视时间分布
弯道1的注视时间分布表明：在弯道前200m前视注视点突然发生变化，隔声屏障可能减少被试对速度标志及弯道远区的关注，与其他弯道相比，被试对遮挡点表现出更大兴趣。
图6 被试在经过弯道1时的注视分布
弯道2的注视时间分布表明：大多数被试在注意到第一个速度标志及闪烁警告标志后便开始减速，在减速开始时，被试注视点集中于警告标志与延伸焦点，在减速开始后，被试才关注平行道路边缘设施或远区。
图7 被试在经过弯道2时的注视分布
弯道3的注视时间分布表明：在开始减速之前，被试对速度警告标志和延伸焦点的注视增加，减速后，注意力逐渐转向远区、遮挡点，3号弯道的警告标志位于高架前面，高架遮挡了部分弯道。
图8 被试在经过弯道3时的注视分布
弯道4a的注视时间分布表明，大多被试在观察到速度标志之前便开始减速；弯道4b的注视时间分布表明，大多被试在减速之前对警告标志的注视增加，减速开始之后才开始关注弯道标志，而后弯道再一次被高架遮挡，对遮挡点的注视开始增加。
图9 被试在经过弯道4a时的注视分布
图10 被试在经过弯道4b时的注视分布
弯道5的注视时间分布表明，被试仅观察到延伸焦点与道路线形标志后便开始减速，在进入弯道5之前未设置任何警告标志。
图11 被试在经过弯道5时的注视分布
4.2 对口头表达的分析
（1）弯道减速表述
下表显示了减速与弯道同时出现的不同标签分布，由表可知，大多数与弯道减速同时出现的标签为速度标志、视认出弯道、预估曲线半径。
表1 减速与弯道同时出现的不同标签分布
（2）标志相关表述
表2表明在与速度相关的表述中，速度标志比警告标志被提及的次数多达10倍，弯道标志鲜被提及，警告标志与速度标志同时被提及3次，和弯道标志同时出现一次。
表2 与速度相关的表达
5 结论
本研究的主要目的为了解驾驶人在接近高速公路弯道时使用了哪些视觉信息以减速，研究发现：结合被试的速度及前视注视点数据，驾驶人在减速前4s更关注前视注视中的延伸焦点，而对速度标志、警告标志的注意则在减速开始后才表现出来；当驾驶人行驶至曲线时，对平行道路边缘设施和弯道本身注视时间增加，对延伸焦点的注视减少；但是由口头表达报告发现，当弯道的有效视觉信息不足时，速度警告标志为驾驶人开始减速的首要考虑因素。研究结果支撑了高速公路具有自解释的性质，并表明在进行道路几何设计时，应更加关注道路布局及周边环境，以便为驾驶人为即将到来的弯道提供足够的判断信息，帮助其做出正确的驾驶决策。
（本研究涉及的所有数据公布在如下网站：https://doi.org/10.4121/21069820，关于感兴趣区域的划分以及口头表达标签详细分类详见原文的附录）
译者简介：
杨柳，武汉理工大学交通运输专业研究生三年级，主要研究方向为行人出行安全。
TRAFFIC ZONE
往期作品集
点击“阅读原文”直达文章