陸 建 李亞平 楊海飛

（1.東南大學(xué)城市智能交通江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210096；2.現(xiàn)代城市交通技術(shù)江蘇高校協(xié)同創(chuàng)新中心 南京 210096）

0 引言

隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)化進(jìn)程的加快，個(gè)體機(jī)動(dòng)車保有量不斷增加，駕駛?cè)藬?shù)量迅速增長(zhǎng)，大量駕駛技能不熟練、駕駛心理素質(zhì)較差、與車、路、環(huán)境之間的適應(yīng)及協(xié)調(diào)能力較弱的非專業(yè)駕駛?cè)松下沸旭偅柜{駛?cè)巳后w內(nèi)部差異逐漸凸顯，對(duì)道路交通安全產(chǎn)生較大影響［1］。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)，大約90%的交通事故都與駕駛?cè)笋{駛行為有關(guān)。駕駛行為是駕駛?cè)嗽诘缆方煌ōh(huán)境中，通過對(duì)周圍信息的處理做出的對(duì)應(yīng)的操縱車輛的行為，主要由跟馳行為、換道行為及間隙接受行為構(gòu)成［2］。其中跟馳行為是指在行駛過程中受其所在車道內(nèi)相鄰前車制約而表現(xiàn)出的駕駛行為。當(dāng)前車制動(dòng)減速，后車跟馳距離較小不足以做出及時(shí)反應(yīng)以完成制動(dòng)措施時(shí)易發(fā)生追尾事故。對(duì)駕駛?cè)烁Y安全特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，可為駕駛安全管理與教育提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)，對(duì)降低道路追尾事故風(fēng)險(xiǎn)提高駕駛安全性具有顯著意義。

目前國(guó)外部分學(xué)者在采集跟馳行為數(shù)據(jù)和駕駛特性問卷調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過跟馳距離［3－6］、車頭時(shí)距［7］、反應(yīng)時(shí)間［8］等指標(biāo)分析了不同駕駛?cè)烁Y行為中感知、判斷及操作特性的差異性，研究認(rèn)為不同地區(qū)、不同年齡、性別及駕齡的駕駛?cè)烁Y特性對(duì)道路交通安全的影響程度不同。國(guó)內(nèi)對(duì)駕駛?cè)诵袨榈难芯恐饕墙柚睦韺W(xué)的實(shí)驗(yàn)法和測(cè)驗(yàn)法對(duì)不同駕駛?cè)说奈ｋU(xiǎn)感知能力［9－10］、行車速度［11］等進(jìn)行分析，部分學(xué)者根據(jù)所采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究了不同駕駛?cè)烁Y行為中車頭時(shí)距的分布［12－14］。

國(guó)內(nèi)外目前關(guān)于駕駛?cè)烁Y行為安全性與差異性的定量研究較少，且數(shù)據(jù)主要來源于問卷調(diào)查或室內(nèi)模擬試驗(yàn)等方式。鑒于此，筆者將通過采集真實(shí)道路交通環(huán)境下專業(yè)及非專業(yè)駕駛?cè)说母Y行為特性數(shù)據(jù)，基于碰撞時(shí)間TTC［15］（time to collision）及其拓展指標(biāo)TET（time exposedTTC），TIT（time integratedTTC）［16］等安全指標(biāo)，對(duì)專業(yè)及非專業(yè)駕駛?cè)说母Y安全特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括車載激光測(cè)速測(cè)距一體化系統(tǒng)1套（車載激光測(cè)距儀1臺(tái)、GPS 1個(gè)、攝像頭1個(gè)）、筆記本電腦1臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)儀器安裝和實(shí)驗(yàn)過程見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)儀器安裝和實(shí)驗(yàn)過程圖Fig.1 Equipment and the experiment process

1.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及車輛

選取16名非專業(yè)駕駛?cè)撕?0名專業(yè)駕駛?cè)藶閷?shí)驗(yàn)對(duì)象，受試駕駛?cè)说幕厩闆r見表1。約80%的受試者為男性，非專業(yè)駕駛?cè)寺殬I(yè)涵蓋教師，工程師和學(xué)生多個(gè)領(lǐng)域，專業(yè)駕駛?cè)酥饕浅鲎廛囁緳C(jī)。

實(shí)驗(yàn)車為福特福克斯自動(dòng)擋小汽車，排量為1.8L，車身長(zhǎng)度為4.48m，寬度為1.84m，此車型是目前道路上比較常見的車型。

表1 受試駕駛?cè)嘶厩闆rTab.1 Basic information of all subjects

1.3 數(shù)據(jù)采集

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為南京城市快速路和主干道，實(shí)驗(yàn)在天氣狀況良好、無(wú)大風(fēng)大雨、光線充足的白天進(jìn)行，時(shí)間為08：00～11：00時(shí)和13：00～18：00時(shí)，覆蓋平峰和高峰時(shí)段。在實(shí)驗(yàn)前首先對(duì)受試駕駛?cè)诉M(jìn)行簡(jiǎn)單培訓(xùn)，說明本次實(shí)驗(yàn)的要求、實(shí)驗(yàn)路線等，使受試駕駛?cè)藢?duì)實(shí)驗(yàn)有一定的了解，然后讓每個(gè)受試駕駛?cè)笋{駛實(shí)驗(yàn)車行駛15 min以適應(yīng)實(shí)驗(yàn)車的運(yùn)行性能，之后再進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)。在正式實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)受試駕駛?cè)舜蠹s測(cè)試45 min，為了獲得較高精度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用車載激光測(cè)距儀測(cè)定跟馳距離的采樣周期為0.1s／次，GPS確定前車位置的采樣周期為1s／次。

通過實(shí)驗(yàn)可得到的數(shù)據(jù)主要包括實(shí)驗(yàn)車行駛軌跡與跟馳距離，進(jìn)而可以推算得到實(shí)驗(yàn)車與引導(dǎo)車的行駛速度、加速度等數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

筆者利用碰撞時(shí)間TTC，TET，TTC以及TIT等安全指標(biāo)對(duì)2 類駕駛?cè)耍▽I(yè)與非專業(yè)）的跟馳安全特性進(jìn)行分析。

2.1 TTC 頻率分布統(tǒng)計(jì)

在跟馳過程中，當(dāng)后車在t時(shí)刻發(fā)現(xiàn)其車速大于前車且2車間距逐漸較小時(shí)，若不采取任何規(guī)避措施2車將在t＇時(shí)刻相撞，t到t＇的時(shí)間間隔即為t時(shí)刻碰撞時(shí)間TTC，該值不包括駕駛?cè)说姆磻?yīng)時(shí)間。其計(jì)算公式為

式中：TTCi為第i輛車追尾前車的碰撞時(shí)間，s；xi－1（t）和xi（t）分別為t時(shí)刻前、后車的位置；vi（t）和vi－1（t）分別為t時(shí)刻前、后車的速度，m／s；li－1為前車的車長(zhǎng)。

根據(jù)實(shí)測(cè)的車輛位置、車速，取前車平均車長(zhǎng)為4.5m，利用式（1）可以計(jì)算出受試駕駛?cè)嗽谄錅y(cè)試時(shí)間內(nèi)各個(gè)時(shí)刻的TTC值。當(dāng)TTC值大于20s時(shí)，駕駛?cè)擞凶銐虻臅r(shí)間做出反應(yīng)并完成制動(dòng)措施，避免碰撞沖突［17］，因此在進(jìn)行TTC頻率分布統(tǒng)計(jì)分析時(shí)選取TTC值的統(tǒng)計(jì)區(qū)間為［0，20s］，按照式（2）對(duì)所有受試駕駛?cè)薚TC值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到TTC頻率分布統(tǒng)計(jì)圖見圖2。

圖2 TTC 頻率分布統(tǒng)計(jì)Fig.2 TTCvalue frequency distribution

由圖2可見，專業(yè)駕駛?cè)薚TC值在［0，4s］的比例明顯大于非專業(yè)駕駛?cè)?，而在?0，20s］的比例低于非專業(yè)駕駛?cè)?。TTC頻率分布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在跟馳過程中專業(yè)駕駛?cè)吮３州^小碰撞時(shí)間的比例比非專業(yè)駕駛?cè)烁?。從駕駛?cè)诵睦斫嵌确治?，該結(jié)果表明非專業(yè)駕駛?cè)嗽诟Y過程中相對(duì)保守和謹(jǐn)慎，專業(yè)駕駛?cè)擞捎隈{駛技能較為嫻熟而傾向于保持較小的碰撞時(shí)間。這與國(guó)外學(xué)者van Winsum 的研究結(jié)論［18］相一致，他認(rèn)為受駕駛技能限制，非專業(yè)駕駛?cè)藢?duì)引導(dǎo)車行駛狀態(tài)改變的敏感程度較低。為彌補(bǔ)這一缺陷，非專業(yè)駕駛?cè)藘A向保持較大的跟馳距離（或碰撞時(shí)間）。

2.2 基于TET 及TIT 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

TET及TIT是基于TTC和TTC安全臨界值TTC＊拓展得到的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)，可統(tǒng)計(jì)一定時(shí)段內(nèi)車輛的跟馳安全水平。若駕駛?cè)吮３值腡TC值小于給定的安全臨界水平TTC＊，則該駕駛?cè)说男旭偁顟B(tài)處于非安全狀態(tài)，TET是指一定時(shí)段內(nèi)駕駛?cè)颂幱诜前踩珷顟B(tài)的持續(xù)時(shí)間之和。其計(jì)算公式如下。

式中：TETk為第k個(gè)駕駛?cè)耸軠y(cè)時(shí)間段內(nèi)的TET值，s；T為 第k個(gè)駕駛?cè)耸軠y(cè)時(shí)間段內(nèi)TTC的總個(gè)數(shù)；τ＝0.1s為采樣周期。

TET值越小則駕駛?cè)说母Y安全水平越高，但僅根據(jù)TET值可能對(duì)跟馳安全狀況產(chǎn)生誤判。例如若在［t1，t2］和［t3，t4］時(shí)段內(nèi)TET值相等，但［t1，t2］時(shí)段內(nèi)所有TTC值均小于0.5s，而［t3，t4］時(shí)段內(nèi)TTC值均大于2s。顯然由于［t1，t2］時(shí)段內(nèi)TTC值較小，比［t3，t4］時(shí)段發(fā)生碰撞沖突的概率更高，此時(shí)僅僅依據(jù)TET指標(biāo)難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)2個(gè)時(shí)段的跟馳安全水平。TIT指標(biāo)彌補(bǔ)了這一不足，其值是對(duì)所有小于安全臨界值TTC＊的TTC值在統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)進(jìn)行積分（累加），計(jì)算公式如下。

式中：TITk為第k個(gè)駕駛?cè)耸軠y(cè)時(shí)間段內(nèi)的TIT值，s2；N為第k個(gè)駕駛?cè)耸軠y(cè)時(shí)間段 內(nèi)由所有小于TTC＊的TTC構(gòu)成的區(qū)段數(shù)。

由于TTC值表征了在時(shí)間間隔τ下不同離散時(shí)刻的碰撞時(shí)間，因此TIT可按式（5）進(jìn)行計(jì)算：

以某一駕駛?cè)藶槔y(tǒng)計(jì)其TTC值，見圖3，若取TTC＊＝3s，按照式（3）和式（5）計(jì)算，則有

在確定TTC＊之后可計(jì)算出各個(gè)駕駛?cè)耸軠y(cè)時(shí)間內(nèi)的TET及TIT值。由于各個(gè)駕駛?cè)耸軠y(cè)時(shí)間不同，為使不同駕駛?cè)薚ET及TIT值具有可比性，應(yīng)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)駕駛?cè)说腡ET及TIT百分比，計(jì)算公式如下。

圖3 TET及TIT 計(jì)算示意圖Fig.3 Calculation schematic diagram of TETand TITindicator

選取安全臨界值TTC＊是利用TET和TIT指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的前提，以往研究一般結(jié)合研究目的選取不同的TTC＊值，如文獻(xiàn)［19］中以2s作為行駛安全的界定標(biāo)準(zhǔn)，文獻(xiàn)［17］中取TTC＊＝4s界定駕駛?cè)诵旭傔^程中的危險(xiǎn)情況，TTC＊建議取值的范圍在1s和4s之間。因此本文分別取TTC＊＝1，2，3，4四種情況對(duì)專業(yè)及非專業(yè)駕駛?cè)说母Y安全特性進(jìn)行分析。在計(jì)算不同TTC＊對(duì)應(yīng)的和的基礎(chǔ)上，求出不同TTC＊下專業(yè)及非專業(yè)駕駛?cè)藛挝粫r(shí)間內(nèi)TET及TIT平均百分比和，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 及計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculation results of

表2 及計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculation results of

對(duì)比專業(yè)與非專業(yè)駕駛?cè)说募爸?，見圖4。

圖4 專業(yè)及非專業(yè)駕駛?cè)?及 對(duì)比圖Fig.4 Comparison of andwith different threshold values.

由圖4可見，在取TTC＊＝1，2，3，4四種情況下，均存在同一規(guī)律：專業(yè)駕駛?cè)藛挝粫r(shí)間內(nèi)TET及TIT平均百分比大于非專業(yè)駕駛員。這也表明在跟馳過程中非專業(yè)駕駛?cè)烁鼉A向于保持較長(zhǎng)的時(shí)間間隔。

3 結(jié)束語(yǔ)

筆者應(yīng)用車載激光測(cè)速測(cè)距一體化系統(tǒng)采集了不同駕駛?cè)顺鞘械缆飞系母Y行為特性數(shù)據(jù)?；谂鲎矔r(shí)間TTC及其拓展指標(biāo)TET，TIT統(tǒng)計(jì)了受測(cè)專業(yè)及非專業(yè)駕駛?cè)嗽谑軠y(cè)時(shí)段內(nèi)的TTC頻率分布與單位時(shí)間內(nèi)的TET及TIT平均百分比，從而對(duì)比分析了專業(yè)及非專業(yè)駕駛?cè)说母Y安全特性。結(jié)果表明，專業(yè)駕駛?cè)吮３州^低TTC的比例以及單位時(shí)間內(nèi)TET與TIT的平均百分比均大于非專業(yè)駕駛?cè)?，非專業(yè)駕駛?cè)擞捎隈{駛技能和心理承受能力的限制，在跟馳過程中為確保跟馳的安全性較專業(yè)駕駛?cè)吮Ｊ?，預(yù)留的反應(yīng)空間更大，該結(jié)論與van Winsum 的經(jīng)典研究結(jié)論［18］相一致。但筆者在研究過程中未考慮跟馳過程中交通流狀態(tài)的變化，在未來研究中可在本文的研究基礎(chǔ)上探究專業(yè)及非專業(yè)駕駛?cè)烁Y安全特性隨交通流狀態(tài)變化的變化機(jī)理。本研究從微觀層面對(duì)各類駕駛?cè)说母Y安全特性進(jìn)行定量分析，為我國(guó)駕駛?cè)税踩芾砼c培訓(xùn)提供了數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)，有助于建立和完善有關(guān)行駛安全的交通法律法規(guī)。

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