有无信号控制路段下行人过街眼动特性研究丁袁;马健霄;潘义勇【摘要】为反映有无信号控制条件下路段行人过街的眼动特性的差异,选取足够且广泛的行人样本,运用眼动仪在2种条件下追踪过街过程中行人的视线状态,对比分析了2种条件下行人在注视区域、注视目标、视负荷方面的眼动差异.实验结果表明,在水平注视区域,无信号控制关注左侧;有信号控制关注中部,占比为63.57％.在垂直注视区域,都明显更关注中部区域,占比60％左右;其次是上下侧.在注视目标上,最受关注的是机动车,无信号控制尤为突出,比例达到了52.36％;有信号控制其次重视信号灯的情况,对于其他非交通目标也有一定程度的关注.在视负荷及受压迫程度上,透过扫视及眨眼的数据,表明无信号控制条件下视负荷大,易受到压迫.信号控制能减少一定的视负荷,缓解行人过街紧张状态.【期刊名称】《交通信息与安全》【年(卷),期】2019(037)002【总页数】8页(P40-47)【关键词】交通工程;信号控制;行人过街;交通特性;眼动特性【作者】丁袁;马健霄;潘义勇【作者单位】南京林业大学汽车与交通工程学院南京 210037;南京林业大学汽车与交通工程学院南京 210037;南京林业大学汽车与交通工程学院南京 210037【正文语种】中文【中图分类】U491.20 引言行人过街是城市道路中行人基本的交通行为，而当前违规过街、机动车驾驶员缺乏法规意识、管理措施不到位、设施建设不合理，以及大量过街交通事故都反映出过街问题的严重性，因此，如何保障行人过街的安全性是至关重要的。
路段是城市道路的重要骨架，是行人过街行为发生的重要地点，而有无信号控制的路段，对行人过街行为有着不同的影响。
基于路段行人过街行为，探寻行人眼动特性，梳理有无信控条件下的差异性，对有效地减少机动车与行人的冲突，缓解过街压力，实现行人的安全过街有着重要的意义。
国内的研究中，关于行人过街的特性，王玉全等[1]分析城市道路行人过街交通特性，得出行人过街速度与行人年龄、性别有关的结论。
刘光新等[2-3]总结了行人过街等待时间及违章行为对行人心理和行为的影响。
陈永恒等[4]研究了信号交叉口左转车干扰下的行人过街特性，为行人过街的信号配时和左转相位的设置等提供依据。
关于行人过街的设计研究，王灵利[5]进行了城市道路信号交叉口行人过街安全保障技术研究。
王雪元等[6]构建有无行人专用相位信号控制模式的交叉口运行成本模型，界定专用相位的合理阈值。
周泱等[7]建立了城市信号交叉口绿闪信号下行人过街行为模型，并通过拟合验证了模型在微观层面的有效性。
关于眼动特性，郭应时等[8]研究了驾驶人驾驶经验对注视行为特性的影响，分析了单次注视时间、扫视幅度等主要参数。
潘义勇等[9]分析了景区与城市道路2种环境下驾驶人眼动特性的差异性，为景区交通规划提供了重要的依据。
裴玉龙等[10]分析了酒精含量与驾驶人心理生理及眼动特性的关系，探究其变化规律。
齐博[11]进行了普通公路与城市道路驾驶员眼动特性对比研究。
滕佳焱[12]从行人步行的角度，得出了枢纽内交通标识的信息量等对行人视认的影响。
国外的研究中，关于行人过街，英国的Emilio等[13]通过对有无信号控制交叉口处行人延误和强行穿越行为的研究，得出当地行人可忍受等待时间为45～60 s；Sisiopiku等[14]通过观察交叉口行人行为及问卷调查结果，得出行人更偏好于使用无信号控制的路段过街人行横道，行人也最为愿意遵守该条件下的交通规则。
Leden等[15]采集对行人过街安全评估参数开展研究，得出左转机动车对行人威胁系数高于右转机动车。
关于眼动特性，Chapman等[16]研究了不同驾驶经验等级驾驶人的视觉搜索模式特点。
Borowshy等[17]研究表明：年轻且没有经验的驾驶人与经验丰富的驾驶人相比，其对危险预见能力更为缺乏。
Discetti等[18]从驾驶人视觉特性的角度，构建一个合理模型主要解决警告交通标志的位置和安全视距。
综上所述，国内外研究侧重于过街行人自身的交通特性及交通行为特点，少有体现行人过街眼动特性及有无信号控制条件下的过街特点。
关于眼动特性的研究也很少放在行人过街这一交通环境下。
笔者从有无信号控制条件下路段行人过街的交通特性出发，运用眼动仪在2种条件下对行人过街进行对比实验，根据输出指标来分析行人在2种交通环境下眼动特性的差异性。
首先制定2项实验方案，明确有无信号控制的路段过街环境；其次根据2项实验以分析不同条件下行人过街特性和眼动特性；最后总结研究成果。
1 实验方案1.1 实验方法实验共分2项进行。
实验1是行人过街交通特性调研，在有无信号控制的2种过街环境下有目的性地选取过街行人，观察其过街行为，统计各自年龄性别、等待时间，以及过街时间。
实验2是行人过街眼动特性调研，选取固定的受试者正确佩戴眼动仪，分别在2种环境下，追踪受试者眼动状态。
1.2 实验仪器及时间仪器为Tobii Glasses系列眼动仪、ErgoLAB人机环境同步系统、皮尺；实验时间为2个时段，日常工作日晚高峰时段17:00—18:00(2018年5月21日)及休息日正午时段11:00—12:00(2018年5月20日)，2个时间段分别满足工作日与休息日的行人出行需求，并且该类时间段下行人出行量大，可提供的样本量充足。
1.3 实验样对象选取实验1的对象是随机选取的300位普通过街行人，选取原则是要均匀地覆盖2种性别及各个年龄层次；实验2的对象共选取50位固定实验者，其中男女各25人，年龄层次1(18～29岁)25人，2(30～44岁)15人，3(45～59岁)7人，4(60岁及以上)3人。
选取的原则需要参照实验1里受试者条件分析的结果。
即性别要素各占一半，且年轻人是过街活动的主要参与者，老年人出行比例较少，所以受试者数量应按年龄层次的递增而递减。
同时为了保证实验的稳定性与普遍性，样本选择成年人，即18岁以下不予考虑。
1.4 实验地点选择地点选择为南京市珠江路路段的2处人行横道。
珠江路道路类型为主干路，沿线有大型的商贸区及老旧住宅区，存在重要的地铁及公交站点，可以满足行人出行的各项需求。
路段整体人流密度大，行人样本充足，各项特征层次明晰。
实验具体地点见图1，各项参数数据见表1。
图1 实验路段人行横道具体情况Fig.1 The details of the experimental section crosswalk表1 路段人行横道参数表Tab. 1 Parameters of section crosswalk地点参数数据无信号控制人行横道长度/m18.0人行横道宽度/m5.0与停车线的距离/m3.2信号控制人行横道长度/m18.0人行横道宽度/m5.0与停车线的距离/m21.5绿灯配时/s20.0黄灯配时/s3.0红灯配时/s88.01.5 实验数据指标实验1的数据处理方法是通过统计与分类计算，获取过街行人在2种条件下的等待时间及步行速度的数据。
实验2的数据处理方法是通过ErgoLAB人机环境同步系统对试验录像的每个画面和每一时段进行分析，获取过街行人在2种条件下注视各个区域、目标的平均时间、次数及热点图等数据。
本文主要使用的数据指标见表2。
2 有无信号控制路段下行人过街交通特性2.1 平均等待时间本文的平均等待时间是指行人从到达人行横道到开始过街这段时间。
平均等待时间越短，行人过街越流畅便捷，越长则行人情绪越容易焦躁，当达到最大忍受等待时间时，则容易产生违规过街行为。
通常情况下，如果在2个车道之间的等待时间大于20 s时，行人将不会继续在原地等待，容易产生违章过街[2]。
平均等待时间长短主要取决于行人自身特性及外部交通条件，包括机动车交通量、道路宽度、信号周期。
表2 交通特性及眼动特性数据指标Tab.2 Traffic characteristics and eye movement characteristics data indicators名称单位平均等待时间(average waiting time)s平均过街速度(average crossing speed)m/s注视次数(fixation count)次单次注视时间(single fixation time)s总共扫视时间(total saccade time)s眨眼次数(blink count)次聚焦点(focus point)平均瞳孔直径(average pupil diameter)mm根据实验结果，无信号控制条件下平均等待时间为8.03 s，信号控制条件下为26.65 s。
说明行人过街平均等待时间受信号控制影响较大，信号控制能有效规范了行人的过街行为，但相对延长了行人过街的等待时间。
无信号控制条件下行人过街自由，平均等待时间较少，但过街的风险相对增加。
1) 性别。
女性与男性在身体状况、心理状态及情绪控制方面存在一定的差异，所对应的平均等待时间也有所不同。
2种条件下的男女性平均等待时间见图2。
图2 2种条件下男女性平均等待时间Fig.2 The average waiting time of men and women under the two conditions在无信号控制条件下，男女性平均等待时间相近，均在8 s左右。
说明行人在无信号控制的人行横道处，因为不受信号限制，不愿过多等待，会选择适当时间穿越人行横道。
而在信号控制的人行横道处，男性平均等待时间明显高于女性。
表明男性普遍愿意等待通行信号的放行，在一定程度上反映出男性较沉稳，女性容易急躁的性格特点。
2) 年龄层次。
年龄是影响行人过街行为的重要因素，不同的年龄层次会决定不同的过街行为。
将年龄划分为4个阶段，即1，2，3，4分别对应年龄18～29岁，30～44岁，45～59岁，60岁及以上。
将2种条件下的4个年龄层次对应的平均等待时间统计并绘制柱状堆积图见图3。
图3 2种条件下不同年龄层次对应的平均等待时间Fig.3 The average waiting time of different age levels under the two conditions在无信号控制条件下，随着年龄层次的增加，行人平均等待时间整体呈上升趋势。
主要原因是在该条件下，行人过街受到路段交通量、道路宽度的影响，在等待安全穿行间隙[19]的同时，行人会对自身条件进行预估，当预估无法安全过街时，行人则会继续等待。
年龄层次越高的人，对自身条件评估越低，平均等待时间越长。
在信号控制条件下，30～44岁的人等待时间最长，为28.03 s，18～29岁的人等待时间最短，为25.46 s。
由于30～44层次的行人性格沉稳，对自身预估能力较强，通常情况下不会违规过街。