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无信号控制交叉口老年驾驶人转向行为图谱研究

倪定安 郭凤香 周燕宁

倪定安, 郭凤香, 周燕宁. 无信号控制交叉口老年驾驶人转向行为图谱研究[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(3): 108-117. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.011
引用本文: 倪定安, 郭凤香, 周燕宁. 无信号控制交叉口老年驾驶人转向行为图谱研究[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(3): 108-117. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.011
NI Dingan, GUO Fengxiang, ZHOU Yanning. A Graph Study on Turning Behaviors of Older Drivers at Unsignalized Intersections[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(3): 108-117. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.011
Citation: NI Dingan, GUO Fengxiang, ZHOU Yanning. A Graph Study on Turning Behaviors of Older Drivers at Unsignalized Intersections[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(3): 108-117. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.011

无信号控制交叉口老年驾驶人转向行为图谱研究

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.011
基金项目: 

国家自然科学基金项目 71961012

详细信息
    作者简介:

    倪定安(1995—),博士研究生. 研究方向:交通安全. E-mail: ndaits@whut.edu.cn

    通讯作者:

    郭凤香(1979—),博士,教授. 研究方向:交通安全、驾驶行为. E-mail:20050062@kust.edu.cn

  • 中图分类号: U491.2

A Graph Study on Turning Behaviors of Older Drivers at Unsignalized Intersections

  • 摘要: 考虑到老年驾驶人存在的视觉弱化、反应能力下降等问题,有必要分析其转向行为特征。基于此,本文分析了在无信号控制交叉口情景下老年驾驶人的转向行为特征,并绘制图谱描述行为特征的时序变化。基于无信号控制交叉口的现实场景调查,搭建了具备常见冲突类型的虚拟仿真驾驶场景(包含6个无信号控制交叉口),招募符合要求的老年驾驶人与中青年驾驶人进行驾驶模拟实验,分别采集车辆行驶数据(驾驶模拟器)、眼动数据和生理心理数据分析老年驾驶人与中青年驾驶人在不同转向场景下的行为特征差异,应用图谱理论构建驾驶人转向行为图谱描述老年驾驶人与中青年驾驶人的转向行为特征时序变化。实验结果表明:老年驾驶人的速度均值为20.4 km/h、注视持续时间均值为289.47 ms、扫视幅度均值为3.51°;中青年驾驶人的速度均值为35.79 km/h、注视持续时间均值为247.94 ms、扫视幅度均值为4.56°。老年驾驶人的心率变异性时域指标(SDNNRMSSD)与频域指标(LF/HFTP)的值更低,表明老年驾驶人在转向过程中更加紧张。图谱显示老年驾驶人的紧张持续时间更长,并在信息获取广度上弱于中青年驾驶人。结合图谱时空差异性指标发现,这2类驾驶人的驾驶行为在左转向场景下存在显著性差异,老年驾驶人驾驶操作的稳定性与安全性较低。

     

  • 图  1  行驶路线与仿真场景图

    Figure  1.  The route of driving and simulation scenarios

    图  2  实验仪器

    Figure  2.  Apparatus of experiment

    图  3  驾驶人左转向行为图谱

    Figure  3.  Graph of drivers' left turning behavior

    图  4  驾驶人右转向行为图谱

    Figure  4.  Graph of drivers'right turning behavior

    表  1  驾驶模拟系统数据指标

    Table  1.   The indicator of driving simulation system

    仪器设备 数据指标
    驾驶模拟器 速度(km/h), 制动踏板深度(mm), 油门踏板深度(mm), 转向盘转角(°), 加速度(m/s2)
    ErgoLAB生理心理仪 心电(ECG), 皮电(EDA), 肌电(EMG)
    i-viewHED4眼动仪 扫视幅度(°),注视时长(ms)
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    表  2  不同场景下车辆运行特征值与差异性分析

    Table  2.   Analysis of characteristic values and differences of vehicle operation in different scenarios

    特征指标 驾驶人类型 场景1 场景2 场景3 场景4 场景5 场景6 Mean
    中青年驾驶人 27.1 34.34 35.78 37.81 38.84 40.88 35.79
    速度均值/(km/h) 老年驾驶人 13.86 20.460 19.37 21.90 24.44 22.34 20.4
    P 0.001** 0.021* 0.002** 0.005** 0.036* 0.001**
    中青年驾驶人 12.01 12.63 11.81 13.84 11.18 10.92 12.07
    速度标准差/(km/h) 老年驾驶人 5.44 7.07 7.4 8.88 8.4 9.22 7.74
    P < 0.001** 0.003** < 0.001** 0.005** 0.003** 0.001**
    中青年驾驶人 0.35 0.48 0.30 0.49 0.32 0.31 0.38
    加速度/(m/s2) 老年驾驶人 0.76 0.35 0.40 0.44 0.43 0.46 0.47
    P 0.001** < 0.001** 0.001** 0.001** < 0.001** 0.001**
    中青年驾驶人 0.6 0.84 0.47 0.53 0.37 0.71 0.59
    制动踏板深度/mm 老年驾驶人 0.79 0.62 0.57 0.62 0.61 0.85 0.68
    P < 0.001** < 0.001** < 0.001** 0.006** < 0.001** < 0.001**
    中青年驾驶人 4.9 11.2 2.70 4.5 4.80 7.70 5.97
    最早深制动时间/s 老年驾驶人 4.700 6.100 1.30 5.70 0.60 3.70 3.68
    P 0.450 0.02* 0.038* 0.047* 0.001** 0.01**
    注:*为在0.05水平上显著;**为在0.01水平上显著。
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    表  3  驾驶人眼动特征统计及差异性分析

    Table  3.   Statistic and difference analysis of driver's eye movement characteristics

    特征指标 驾驶人类型 场景1 场景2 场景3 场景4 场景5 场景6
    中青年驾驶人 216.951 244.17 245.660 255.000 255.520 270.350
    注视持续时间均值/ms 老年驾驶人 331.25 284.210 263.490 314.320 302.450 241.120
    P 0.272 0.341 0.789 0.433 0.525 0.592
    中青年驾驶人 3.660 4.130 5.120 2.710 6.120 5.590
    扫视幅度均值/(°) 老年驾驶人 2.790 3.410 3.810 4.570 3.400 3.090
    P 0.838 0.491 0.615 0.297 0.328 0.340
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    表  4  驾驶人皮电增长率与差异性分析

    Table  4.   Analysis on the growth rate and difference of drivers' skin electricity

    驾驶人类型 场景1 场景2 场景3 场景4 场景5 场景6
    中青年驾驶人 1.09 0.7 0.56 0.72 0.69 1.05
    老年驾驶人 2.06 0.77 0.93 0.83 0.94 1.14
    P 0.002** 0.475 < 0.001** 0.066 0.001** 0.508
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    表  5  肌电频率均值及差异性分析

    Table  5.   Analysis of mean value and difference of EMG frequency

    驾驶人类型 场景1 场景2 场景3 场景4 场景5 场景6
    中青年驾驶人 268.75 268.54 269.04 266.48 269.46 267.61
    老年驾驶人 267.16 266.36 268.48 267.29 267.61 268.03
    P 0.465 0.324 0.897 0.613 0.544 0.816
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    表  6  心率变异性评价指标

    Table  6.   Evaluation indicator of heart rate variability

    分析法 指标 指标含义 指标表征
    时域分析 SDNN/ms
    RMSSD/ms
    PNN50/%
    表示全程记录期间所有N-N间期(或心动间隔)的标准差
    表示相邻RR间期之差的标准差(均方根)
    表示相邻心搏之差大于50 ms的个数占心搏总数的百分比
    衡量驾驶人的紧张程度,值越小,紧张程度越高
    频域分析 LF/ms2
    LF/HF
    TP/ms2
    表示低频段0.04~0.15 Hz
    表示低频带与高频带功率的比值
    包括超低频、极低频、低频、高频在内的功率的总和
    衡量神经兴奋状态
    衡量神经平衡能力
    衡量机体调节能力
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    表  7  驾驶人心电指标分析及差异性分析

    Table  7.   Analysis of driver's ECG indicator and difference

    特征指标 驾驶人类型 场景1 场景2 场景3 场景4 场景5 场景6
    中青年驾驶人 0.11 0.077 0.062 0.066 0.054 0.055
    心率增长率 老年驾驶人 0.19 0.082 0.075 0.069 0.056 0.068
    P 0.078 0.118 0.007** 0.042* 0.093 0.029*
    中青年驾驶人 355.15 203.29 187.88 233.47 324.34 255.65
    SDNN/ms 老年驾驶人 269.05 179 140.05 152.84 238.44 160.53
    P 0.046* 0.136 0.002** 0.043* 0.119 0.012*
    中青年驾驶人 458.61 246.61 240.04 301.7 481.26 347.74
    RMSSD/ms 老年驾驶人 378.83 203.79 195.08 207.31 313.13 179.73
    P 0.011* 0.068 0.006** 0.042* 0.036* 0.02*
    中青年驾驶人 32.24 24.14 22.26 25.96 33.33 26.53
    PNN50/% 老年驾驶人 17.74 14.79 16.73 17.13 17.85 11.15
    P 0.008** 0.047* 0.032* 0.033* 0.074 0.03*
    中青年驾驶人 47.11 52.52 50.36 44.53 47.02 53.28
    LF/ms2 老年驾驶人 47.38 46.09 50.14 32.48 42.04 43.07
    P 0.08 0.824 0.005** 0.51 0.959 0.006**
    中青年驾驶人 4.61 3.74 4.2 3.57 2.77 2.8
    LF/HF 老年驾驶人 1.98 1.98 2.69 2.35 3.36 1.87
    P 0.072 0.639 0.045* 0.468 0.976 0.035*
    中青年驾驶人 586.16 440.88 387.80 375.79 508.35 283.53
    TP/ms2 老年驾驶人 98.56 120.08 106.77 436.63 140.24 209.41
    P 0.368 0.262 0.009** 0.003** 0.558 0.041*
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    表  8  图谱构建的指标信息

    Table  8.   Indicator information of map construction

    行为特性 特性指标 符号 数据范围
    速度(Velocity)/(km/h) V 0~80
    驾驶操作 加速度(Acceleration)/(m/s2) AC -9~9
    制动踏板深度(Brake pedal depth)/mm BPD 0~10
    视觉特性 注视时长(Fixation time)/ms FT 0~6000
    扫视幅度(Saccade amplitude)/(°) SA 0~30
    生理心理特性 心率(Heart rate growthrate)/bpm HR 0~150
    皮电(Electrodermal activity)/us EDA 0~15
    肌电(Electromyography)/mv EMG 0~5
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  • 收稿日期:  2021-03-26
  • 网络出版日期:  2022-07-25

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