圖狀路況信息對駕駛員擇路行為影響的研究進(jìn)展

干宏程

（上海理工大學(xué)超網(wǎng)絡(luò)研究中心，上海 200093）

先進(jìn)出行者信息系統(tǒng)（ATIS）的誘導(dǎo)效果最終取決于駕駛員對信息作出的路徑選擇響應(yīng).探索ATIS影響下駕駛員路徑選擇行為，一直是智能交通（ITS）技術(shù)逐步應(yīng)用以來學(xué)術(shù)界的研究熱點和難題.研究人員試圖采用各種科學(xué)實驗手段獲取ATIS影響下的路徑選擇行為數(shù)據(jù)，通過對行為數(shù)據(jù)的建模來分析ATIS對路徑選擇行為的影響，揭示ATIS信息對路徑選擇的影響機(jī)理，為更好地設(shè)計、運(yùn)行和評價ATIS提供理論依據(jù).由于駕駛員行為的高度復(fù)雜性、ATIS技術(shù)的多樣性、研究方法的不同、各地交通和人文差異，ATIS影響下路徑選擇行為的研究頗有難度，當(dāng)前還處于初級階段，完整的理論體系遠(yuǎn)未形成.

近幾年，國際上許多大城市和我國的上海、北京、廣州、寧波、杭州及蘇州等［1］順應(yīng)ITS的發(fā)展趨勢，在城市交通管理中采用了能以地圖（由發(fā)光元件組成的光帶）形式顯示道路網(wǎng)交通狀態(tài)的可變信息標(biāo)志，誘導(dǎo)交通流.本文稱這類發(fā)布圖狀路況信息的新型標(biāo)志為圖形式可變情報板（GRIP）.GRIP這一新技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用，為我國學(xué)者針對GRIP開展ATIS信息影響下駕駛員路徑選擇行為的基礎(chǔ)性研究提供了很好的契機(jī).

開展GRIP信息影響下路徑選擇行為研究的意義在于：

a.理論上，對于配置GRIP的交通網(wǎng)絡(luò)，提出GRIP信息影響下駕駛員路徑選擇模型是建立動態(tài)交通網(wǎng)絡(luò)模型和動態(tài)交通分配理論的一個重要前提.

b.實踐上，為GRIP系統(tǒng)的設(shè)計、運(yùn)行、誘導(dǎo)效益評價等提供技術(shù)支撐.例如，對于配置GRIP的交通網(wǎng)絡(luò)，在制定GRIP網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化方案、設(shè)計GRIP信息發(fā)布策略、動態(tài)預(yù)測路網(wǎng)交通流時空分布、評價GRIP系統(tǒng)效益，乃至進(jìn)行GRIP誘導(dǎo)與其它控制手段（如匝道控制、動態(tài)限速）的集成時，需要運(yùn)用動態(tài)交通網(wǎng)絡(luò)模型、交通分配和交通仿真等技術(shù)，以確保方案科學(xué)、經(jīng)濟(jì)，充分發(fā)揮ITS效益.GRIP信息影響下的路徑選擇模型是這些技術(shù)的核心.

目前，GRIP影響下路徑選擇行為已成為駕駛員對ATIS信息的響應(yīng)這一熱點研究領(lǐng)域的一個前沿方向.

1 研究綜述

縱觀國內(nèi)外文獻(xiàn)［2－45］，GRIP影響下路徑選擇行為的專題探索還很少，但是，針對常規(guī)ATIS信息（如可變情報板的文字信息和車載導(dǎo)航信息）的路徑選擇行為研究已經(jīng)不少.本文回顧GRIP相關(guān)的研究和常規(guī)ATIS信息相關(guān)的研究，探討以往研究的方法、技術(shù)特點和發(fā)展動態(tài).

1.1 GRIP影響下路徑選擇行為的相關(guān)研究

國外的大多數(shù)研究主要是以優(yōu)化面板設(shè)計或考察駕駛員使用GRIP的感受為目的而開展的感知試驗和問卷調(diào)查.例如，日本的Hirokazu和Mitsuru、Kazuyoshi和Tsuyoshi、德國的Sch?nfeld等、荷蘭的Alkim和Schenk、Dicke－Ogenia和Brookhuis、澳大利亞的Kloot、英國的Richards等的研究工作［2－8］.這些工作的研究手段主要有問卷調(diào)查（紙質(zhì)、英特網(wǎng)）、計算機(jī)感知試驗、虛擬駕車試驗及實地調(diào)查等.上述研究均發(fā)現(xiàn)，駕駛員使用GRIP的次數(shù)越多，其對GRIP可理解性和有用性的評價越高，對GRIP的偏好也隨之增加.然而，學(xué)術(shù)界對GRIP影響下實際路徑選擇的調(diào)查和分析還很少，僅有日本的Hato等［9］的研究涉及了GRIP影響下實際路徑選擇的調(diào)查.至今，GRIP影響下路徑選擇行為建模的專題研究報道還很少.

國內(nèi)的研究主要集中在GRIP面板設(shè)計、GRIP布局、前置距離確定、交通狀態(tài)判別方法、監(jiān)控中心GRIP信息發(fā)布系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計等內(nèi)容上［1，26－30］，而GRIP影響下路徑選擇行為的專題報道不多.GRIP信息響應(yīng)行為數(shù)據(jù)的獲取手段主要是意向調(diào)查.干宏程等［31－32］針對上海城市快速路上實地存在的GRIP，利用問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，建立了GRIP信息、駕駛員個體屬性、交通狀況等因素與路徑選擇概率之間關(guān)系的Logit模型.目前，尚未見到采用動態(tài)路徑選擇模擬試驗方法獲取GRIP信息響應(yīng)行為數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)報道.

1.2 針對常規(guī)ATIS信息的路徑選擇行為研究

行為數(shù)據(jù)獲取和行為數(shù)據(jù)分析是學(xué)術(shù)界探索工作的兩個重要方面.路徑選擇行為數(shù)據(jù)獲取方法主要分為實際行為調(diào)查和意向調(diào)查（SP Survey）兩類.由于駕駛員路徑選擇的實地試驗和觀測存在諸如影響試驗的不確定和不可控因素多、調(diào)查樣本量很有限、試驗成本較高、試驗周期長、公民隱私限制等難點和困難，大多數(shù)研究都采用SP調(diào)查獲取行為數(shù)據(jù).SP方法的主要形式有3類：a.傳統(tǒng)的問卷調(diào)查（紙質(zhì)、計算機(jī)、英特網(wǎng)）；b.由被試參與的路徑選擇計算機(jī)動態(tài)模擬試驗；c.駕駛模擬器（類似開真車）.其中，問卷調(diào)查和路徑選擇模擬試驗是常用的方法，而駕駛模擬器主要用于交通安全和車輛工程方面問題的研究，開發(fā)成本昂貴，很少被使用.研究表明，路徑選擇動態(tài)模擬試驗?zāi)軌驈浹a(bǔ)問卷調(diào)查很難為被試提供生動的虛擬出行情境、能提供的信息量有限等缺陷，可以提供較為逼真的虛擬出行情境，獲取與實際行為一致的行為數(shù)據(jù)［10］，是一個重要研究方向［10－18］.不同路徑選擇模擬試驗系統(tǒng)的主要差別在于系統(tǒng)所構(gòu)造的出行情境的細(xì)致和逼真程度，例如，路網(wǎng)交通狀態(tài)和交通信息是預(yù)先設(shè)定的（恒定或者取某種隨機(jī)規(guī)律）還是由交通流模型驅(qū)動的、是否安排駕車任務(wù)（通過鼠標(biāo)或鍵盤操作）、出行情境人機(jī)界面的布局方式、人因工程的運(yùn)用程度等.出行情境設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到所采集行為數(shù)據(jù)的可靠性，從而影響行為數(shù)據(jù)的分析結(jié)果.路徑選擇行為數(shù)據(jù)的分析方法有描述性統(tǒng)計、數(shù)理統(tǒng)計、離散選擇建模、模糊邏輯推理、多智能模擬等.離散選擇建模屬于微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)范疇，以隨機(jī)效用理論為基礎(chǔ)，能夠得到表達(dá)交通信息、駕駛員個體屬性、交通狀況等因素與路徑選擇概率之間映射關(guān)系的概率模型，是發(fā)達(dá)國家學(xué)者常用的建模方法［19－25］.然而，以往探索工作中僅有少數(shù)研究在建模時考慮了“解釋變量影響程度在人群中的不均質(zhì)性（heterogeneity）”和（或）“同一被試多次觀測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性（correlation of repeated observations）”，以期更精細(xì)地解釋路徑選擇的決策機(jī)制.

國內(nèi)的研究主要采用問卷（紙質(zhì)、計算機(jī)、英特網(wǎng)）調(diào)查，尚未見有采用動態(tài)路徑選擇模擬試驗獲取行為數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)報道，行為分析手段大多是簡單的數(shù)理統(tǒng)計，離散選擇建模的相關(guān)報道不多.干宏程［33－34］探索了駕駛員在可變情報板同時提供快速路與地面普通道路行程時間條件下的路徑選擇行為，利用SP問卷數(shù)據(jù)建立了路徑選擇Probit模型，模型中考慮了行程時間重要性在人群中的不均質(zhì)性.曾松和楊曉光等［35］利用SP問卷數(shù)據(jù)估計了提供行程時間條件下路線選擇的Logit模型.另一方面，不少學(xué)者從宏觀網(wǎng)絡(luò)層面，運(yùn)用均衡分析、多智能、博弈論、交通流仿真、統(tǒng)計力學(xué)等手段，考察信息環(huán)境下交通系統(tǒng)的演化和交通效益.例如，黃海軍等［36－39］、高自友等［40－42］、安實等［43］、楊曉光等［44］、李克平等［45］的工作.這些研究的重點雖然不是GRIP的駕駛員路徑選擇行為調(diào)查和建模，但是，相關(guān)成果對ATIS設(shè)計、運(yùn)營、評價等具有很好的指導(dǎo)和啟示意義.此外，這些研究（因側(cè)重點不在駕駛員個體行為建模上）本質(zhì)上是在假設(shè)出行者的信息響應(yīng)規(guī)則前提下進(jìn)行的，這從另一方面也顯示了駕駛員信息路徑選擇行為建模的重要性，建模研究成果與以往工作有很好的互補(bǔ)性.

2 以往研究的不足及今后研究的發(fā)展趨勢

國內(nèi)外以建立GRIP影響下的路徑選擇模型為目的的專題探索還很少，且主要依賴SP問卷調(diào)查獲取GRIP信息影響下的行為數(shù)據(jù)，因而尚未能夠充分地解析GRIP信息、駕駛員個體屬性、感知特性、交通狀況等因素與路徑選擇概率之間的映射關(guān)系.然而，常規(guī)ATIS信息影響下路徑選擇行為的探索已經(jīng)不少，相關(guān)成果值得借鑒.從國際趨勢看，考慮開發(fā)成本和周期、試驗難度、時間、數(shù)據(jù)可靠性、人力、物力等因素，采用由被試參與的路徑選擇模擬試驗方法獲取GRIP影響下的路徑選擇行為數(shù)據(jù)，采用離散選擇建模分析GRIP對路徑選擇的影響，是探索GRIP信息影響下路徑選擇行為的一種有效的科學(xué)研究方法.

以往研究提出的ATIS信息影響下路徑選擇模擬試驗方法，在出行情境構(gòu)造上幾乎都未采用基于網(wǎng)絡(luò)交通流模型的交通狀態(tài)和信息生成機(jī)制，并且很少從人因工程角度優(yōu)化出行情境人機(jī)界面的設(shè)計，因而影響了出行情境的逼真性和行為數(shù)據(jù)的可靠性.少量研究（如Mahmassani等［14］的探索）雖然采用基于網(wǎng)絡(luò)交通流模型的模擬試驗系統(tǒng)，但是，網(wǎng)絡(luò)交通模型中的路段模型是改進(jìn)的線性Greenshield模型，而線性Greenshield模型從目前交通流理論的觀點看有較大局限性，在交通管理實踐中已很少使用.筆者的課題組認(rèn)為，交通狀態(tài)是交通信息的產(chǎn)生源，交通信息是被試出行途中接收到的重要外部刺激，確保交通狀態(tài)符合網(wǎng)絡(luò)交通流時空演化規(guī)律自然是開發(fā)路徑選擇模擬試驗系統(tǒng)時需要重點考慮的.如今，網(wǎng)絡(luò)交通流模型已經(jīng)發(fā)展得較成熟，計算機(jī)速度很快，使用交通流模型生成符合網(wǎng)絡(luò)交通流時空演化規(guī)律的交通狀態(tài)，使得路徑選擇模擬試驗系統(tǒng)為被試提供的出行情境更加自然和逼真，以確保獲取的行為數(shù)據(jù)更可靠，將是一個趨勢.例如，在網(wǎng)絡(luò)交通流模型中，采用反映交通流理論先進(jìn)成果的高階流體模型（high－order continuum model）作為路段模型，更細(xì)致地刻畫停停走走、沖擊波等交通流非線性特征.

以往研究在進(jìn)行GRIP影響下路徑選擇行為的離散選擇建模時，尚未考慮解釋變量影響程度在人群中的不均質(zhì)性和（或）同一被試多次觀測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性.隨著微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)和離散選擇建模在交通科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的日漸增多和研究人員對學(xué)科交叉的日益重視，考慮不均質(zhì)性和觀測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性等問題，更精細(xì)地考察GRIP信息、駕駛員個體屬性、感知特性、交通狀況等因素與路徑選擇概率之間的映射關(guān)系，從而更科學(xué)地解釋動態(tài)路徑選擇的決策機(jī)制（例如，在模型中更好地體現(xiàn)駕駛員的學(xué)習(xí)效應(yīng)），將是學(xué)術(shù)研究的必然趨勢，也是ITS技術(shù)日益普及對學(xué)術(shù)界提出的必然要求.

由以上分析可知，從改進(jìn)行為數(shù)據(jù)獲取方法和提高行為建模質(zhì)量兩方面入手，探索用于獲取GRIP影響下路徑選擇行為數(shù)據(jù)的基于網(wǎng)絡(luò)交通流模型的動態(tài)模擬試驗方法，建立考慮解釋變量影響的不均質(zhì)性和觀測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性的路徑選擇概率模型，更準(zhǔn)確地解析GRIP信息、個體屬性、感知特性、交通條件等因素與路徑選擇概率之間的映射關(guān)系，揭示GRIP對駕駛員路徑選擇的影響機(jī)理，是今后的一個趨勢.

3 GRIP影響下?lián)衤沸袨檠芯康囊恍┬逻M(jìn)展

順應(yīng)以上趨勢，筆者的交通行為研究小組依托國家自然科學(xué)基金項目等課題開展了多年的GRIP研究［1，26－28，31－32，46］，提出一種基于宏觀網(wǎng)絡(luò)交通流模型的、用于獲取GRIP影響下駕駛員路徑選擇行為數(shù)據(jù)的計算機(jī)動態(tài)模擬試驗方法，初步開發(fā)了相應(yīng)的路徑選擇動態(tài)模擬試驗系統(tǒng).該試驗系統(tǒng)彌補(bǔ)了以往絕大多數(shù)探索工作的不足，運(yùn)用交通流理論、人因工程、軟件工程等多學(xué)科知識，采用網(wǎng)絡(luò)交通流模型驅(qū)動的路網(wǎng)交通狀態(tài)和信息生成機(jī)制生成模擬試驗系統(tǒng)的出行情境，設(shè)計出能夠呈現(xiàn)較逼真的交通狀況和GRIP信息的出行情境人機(jī)界面和路徑選擇模擬試驗流程，增強(qiáng)被試的身臨其境感受，確保獲取的行為數(shù)據(jù)更可靠.網(wǎng)絡(luò)交通流模型采用經(jīng)典的高速道路網(wǎng)交通流仿真模型METANET［47］.運(yùn)用該系統(tǒng)開展由被試參與的動態(tài)路徑選擇模擬試驗，可以獲取駕駛員個體屬性數(shù)據(jù)和信息響應(yīng)行為數(shù)據(jù).信息響應(yīng)行為數(shù)據(jù)包括駕駛員判讀－決策GRIP信息的時間和駕駛員對GRIP有用性和可理解性的評價等感知行為數(shù)據(jù)、駕駛員的路徑選擇決策等.這些行為數(shù)據(jù)為GRIP影響下?lián)衤沸袨槟Ｐ偷慕⑻峁┝嘶A(chǔ)數(shù)據(jù).

GRIP影響下路徑選擇動態(tài)模擬試驗系統(tǒng)，基于計算機(jī)Flash軟件、Access軟件開發(fā)，使用腳本編程語言ActionScript 2.0和ASP編寫實現(xiàn).系統(tǒng)利用Flash軟件制作各種圖像、動畫、聲音素材，營造出逼真的出行情境.出行情境人機(jī)界面的截屏如圖1所示.從所查閱的文獻(xiàn)看，該系統(tǒng)是國際上第一個網(wǎng)絡(luò)交通流模型驅(qū)動的、專門用于獲取GRIP影響下駕駛員路徑選擇行為數(shù)據(jù)的出行選擇模擬器（travel choice simulator）.

圖1 GRIP影響下路徑選擇動態(tài)模擬試驗系統(tǒng)的人機(jī)界面Fig.1 Human－computer interface for the dynamic simulation system of GRIP response

4 結(jié)束語

GRIP影響下的駕駛員路徑選擇行為是當(dāng)前順應(yīng)國際ITS發(fā)展趨勢的一個研究熱點，是駕駛員對ATIS信息的響應(yīng)這一研究領(lǐng)域的一個前沿方向.本文從行為數(shù)據(jù)獲取和行為建模兩個重要方面回顧了該方向的研究成果，介紹了筆者研究團(tuán)隊在該研究方向上的一些最新進(jìn)展.希望本文能拋磚引玉，為研究人員開展相關(guān)探索工作提供有益啟示和借鑒.

致謝：本文工作得到了國家自然科學(xué)基金項目的支持.感謝美國西北大學(xué)Hani Mahmassani教授訪問筆者單位期間給予的有益建議.感謝上海理工大學(xué)張寧教授對本文成果發(fā)表的支持.

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