基于主因子分析的駕駛傾向綜合評(píng)價(jià)

譚德榮，商 強(qiáng)，高 松，王曉原

(山東理工大學(xué) 交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博 255049)

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基于主因子分析的駕駛傾向綜合評(píng)價(jià)

譚德榮，商 強(qiáng)，高 松，王曉原

(山東理工大學(xué) 交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博 255049)

為正確判斷駕駛員的駕駛安全傾向，設(shè)計(jì)了具有較高信度和效度的駕駛行為問(wèn)卷，選擇非職業(yè)駕駛員進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查。對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，提取了駕駛風(fēng)格、駕駛技能和判斷反應(yīng)等3個(gè)主因子作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用多層次模糊綜合評(píng)判的方法實(shí)現(xiàn)了駕駛安全傾向的判定。

交通安全；駕駛特征；因子分析；綜合評(píng)判

交通事故不僅導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，而且給人們帶來(lái)嚴(yán)重的精神傷害。如何減少交通事故是世界性的難題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，駕駛員自身因素造成的交通事故數(shù)已占到總數(shù)的90%以上[1]。正確分析駕駛員的駕駛安全傾向，對(duì)具有高事故風(fēng)險(xiǎn)的駕駛員采取相應(yīng)措施，是減少交通事故的有效方法。

駕駛行為問(wèn)卷(Driver Behavior Questionnaire，DBQ)作為駕駛特性提取的常用方法已經(jīng)被各國(guó)廣泛應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)外研究主要集中在攻擊性駕駛行為、違規(guī)駕駛和操作錯(cuò)誤以及這些駕駛行為與性格、年齡、性別及文化相關(guān)聯(lián)系[2-6]。雖然國(guó)內(nèi)外基于BDQ的研究側(cè)重點(diǎn)各不相同，但不安全駕駛行為是交通事故直接誘因卻是公認(rèn)的。筆者根據(jù)常見(jiàn)的不安全駕駛行為，設(shè)計(jì)問(wèn)卷并調(diào)查；運(yùn)用主因子分析法對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取了決定駕駛員駕駛傾向的駕駛風(fēng)格、駕駛技能和反應(yīng)判斷等3個(gè)指標(biāo)；在此基礎(chǔ)上，使用多層次模糊綜合評(píng)判方法，構(gòu)建了駕駛傾向評(píng)價(jià)模型，并驗(yàn)證了模型的效果。

1 問(wèn)卷調(diào)查及數(shù)據(jù)分析

1.1 問(wèn)卷調(diào)查

筆者以J．Reason，等[7]構(gòu)建的駕駛員行為問(wèn)卷為基礎(chǔ)，結(jié)合中國(guó)交通狀況特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了駕駛行為問(wèn)卷，如表1。

表1 問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果

(續(xù)表1)

問(wèn)題均值方差相關(guān)系數(shù) 問(wèn)題7.在道路上與其他車輛斗氣競(jìng)速1.530.7420.715** 問(wèn)題8.在濕滑的路面上緊急剎車,或在車輛打滑時(shí)打錯(cuò)方向1.570.7280.503** 問(wèn)題9.在接近路口或環(huán)島時(shí)進(jìn)錯(cuò)車道1.450.7400.584** 問(wèn)題10.在超車時(shí)低估了前面車輛的速度1.920.6350.646** 問(wèn)題11.按喇叭發(fā)泄對(duì)其他車輛或行人的不滿1.660.6900.678** 問(wèn)題12.匆忙進(jìn)行駕駛操作1.580.7280.505** 問(wèn)題13.急剎車或重踩油門1.610.7450.523** 問(wèn)題14.遇到緊急情況不能迅速反應(yīng)1.950.6310.668** 問(wèn)題15.在行駛中偏離車道1.460.7200.479*

注：**在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；* 在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

每個(gè)問(wèn)題有三個(gè)選項(xiàng)，用1表示“沒(méi)有”，2表示“有時(shí)”，3表示“經(jīng)常”。這些不安全駕駛行為出現(xiàn)的頻率越高，則說(shuō)明駕駛員的駕駛傾向越趨于危險(xiǎn)。問(wèn)卷測(cè)試前，記錄每一位被測(cè)駕駛員的性別、年齡、駕齡、常用車型情況和事故歷史詳情。

1.2 問(wèn)卷結(jié)果分析

應(yīng)用SPSS 11.0軟件[8]對(duì)問(wèn)卷結(jié)果進(jìn)行分析，得到本問(wèn)卷Cronbach’s Alpha系數(shù)為0.881，說(shuō)明有很好的可靠性。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)每個(gè)問(wèn)題和總分的Pearson相關(guān)系數(shù)，如表1。所有問(wèn)題與總分?jǐn)?shù)的相關(guān)系數(shù)都為正值，且除問(wèn)題15之外的所有題目和總分?jǐn)?shù)都具有在0.05顯著性水平上的相關(guān)關(guān)系。故問(wèn)卷符合高效度量表的標(biāo)準(zhǔn)，即有良好效度。

2 基于駕駛問(wèn)卷的駕駛特征提取

2.1 因子分析

因子分析是利用較少的相互獨(dú)立的主因子變量來(lái)代替原變量的大部分信息的一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)：減少計(jì)算工作量，保證大部分信息不丟失，因子變量相互獨(dú)立，綜合反映原始變量信息。因子分析數(shù)學(xué)模型表示為：

(1)

式中：x1，x2，…，xp為p個(gè)原有變量，是均值為0且標(biāo)準(zhǔn)差為1的標(biāo)準(zhǔn)化變量；F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)m為m個(gè)因子變量(m

式(1)表示為矩陣形式為：

X=AF+ε

式中：F為因子變量或公因子；A為因子載荷矩陣。

因子分析法按以下4個(gè)基本步驟進(jìn)行：①確定待分析變量是否適合因子分析；②構(gòu)造因子變量；③利用旋轉(zhuǎn)使因子變量更具有可解釋性；④計(jì)算因子變量得分。

2.2 問(wèn)卷的因子分析

通過(guò)對(duì)問(wèn)卷的進(jìn)行因子分析，提取這些問(wèn)題間相關(guān)關(guān)系和分類解釋，便于對(duì)駕駛安全傾向進(jìn)行分析。首先要確定問(wèn)卷是否適合因子分析。使用最常用的Kaiser-Meyer-Olkin和Bartlett的檢驗(yàn)。Kaiser給出了一個(gè)KMO的標(biāo)準(zhǔn)：KMO<0.5不易做因子分析，KMO>0.7可接受，KMO>0.9最佳。如表2，本問(wèn)卷的KMO>0.7，說(shuō)明本問(wèn)卷適合做因子分析。Bartlett的球形度檢驗(yàn)的相伴概率Sig.<0.05，說(shuō)明各問(wèn)題間有存在公因子的可能，適合做因子分析。

表2 Kaiser和Bartlett的檢驗(yàn)

選用因子分析中最常用的主成分分析法，抽取特征值>1的因子，采用方差最大旋轉(zhuǎn)的方法，完成因子分析。提取了問(wèn)卷的3個(gè)主因子，能夠解釋的總方差達(dá)到87.45%，即該問(wèn)卷中的87.45%信息可以由這3個(gè)主因子來(lái)解釋。圖1為公因子碎石圖，可見(jiàn)，從第3個(gè)因子后曲線明顯平緩，表明抽取3個(gè)因子是合理的。

圖1 公因子碎石Fig.1 Common factor gravel

2.2 駕駛特征提取

表3為旋轉(zhuǎn)后的因子載荷情況。

表3 旋轉(zhuǎn)后的因子載荷(不足0.5的隱藏)

(續(xù)表3)

問(wèn)題編號(hào)因子123問(wèn)題110.934問(wèn)題30.927問(wèn)題10.866問(wèn)題70.838問(wèn)題120.960問(wèn)題80.957問(wèn)題130.953問(wèn)題90.865問(wèn)題150.811問(wèn)題140.953問(wèn)題50.945問(wèn)題100.916問(wèn)題40.834

由表3可見(jiàn)，每個(gè)問(wèn)題的載荷都在0.8以上，并且每個(gè)問(wèn)題與最大載荷所在因素具有內(nèi)容上的相似性，易與另外兩個(gè)因子區(qū)分并解釋。因子1包含的問(wèn)題有超速行駛、緊跟前車、小間隙插車、急迫行車、攻擊性駕駛和急躁駕駛情緒，體現(xiàn)了駕駛員駕駛風(fēng)格。因子2包含的問(wèn)題是走錯(cuò)車道、偏離車道、操作過(guò)急等，體現(xiàn)了駕駛員駕駛操作能力。因子3包含的問(wèn)題有錯(cuò)誤估計(jì)速度、反應(yīng)不及時(shí)和預(yù)判能力差等問(wèn)題，體現(xiàn)的了駕駛員反應(yīng)判斷能力。這3個(gè)因子說(shuō)明了駕駛員駕駛傾向由駕駛風(fēng)格、駕駛操作能力和反應(yīng)判斷能力綜合影響決定的。若駕駛員的駕駛風(fēng)格激進(jìn)，駕駛操作能力差，反應(yīng)判斷能力低，則這名駕駛員的駕駛傾向趨于危險(xiǎn)。

3 駕駛傾向的多層次綜合評(píng)判

3.1 模型構(gòu)建

3.1.1 確定各層次因素集

將提取的3個(gè)主因子作為第一層次因素集，綜合的反映出駕駛員的駕駛傾向。第一層次因素集：U={駕駛風(fēng)格，駕駛操作能力，反應(yīng)判斷能力}。

第一層次因素集由第二層次的若干因素決定的，將問(wèn)卷中的問(wèn)題更加詳細(xì)的體現(xiàn)出來(lái)。第二層次因素集：

u1={超速，急迫行車，危險(xiǎn)駕駛，急躁情緒}

u2={操作過(guò)急，駕駛失誤}

u3={速度估計(jì)錯(cuò)誤，反應(yīng)過(guò)慢}

3.1.2 確定各層次權(quán)重集

權(quán)重集的建立用專家評(píng)判法，根據(jù)各因素在該因素集的重要性程度來(lái)打分，并按照歸一化要求對(duì)各因素賦予相應(yīng)的權(quán)重。第一層因素的權(quán)重集：A= (0.3, 0.4, 0.3)。第二層因素權(quán)重集A1= (0.25, 0.25，0.4，0.1)，A2= (0.4,0.6)，A3= (0.5, 0.5)。

3.1.3 建立評(píng)價(jià)集

根據(jù)評(píng)價(jià)需要，將評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為“安全”“較安全”“較危險(xiǎn)”“危險(xiǎn)”這4個(gè)等級(jí)。評(píng)價(jià)集V={v1，v2，v3，v4}={安全，較安全，較危險(xiǎn)，危險(xiǎn)}。

綜合評(píng)判體系如圖2。

圖2 駕駛傾向綜合評(píng)價(jià)體系Fig.2 Comprehensive evaluation system of driving tendency

3.2 應(yīng)用實(shí)例

對(duì)一駕駛員問(wèn)卷測(cè)試，15個(gè)問(wèn)題的選項(xiàng)分別為：2、1、3、2、2、2、1、1、2、2、2、1、1、3、2，其中問(wèn)題1和問(wèn)題2表現(xiàn)的是“超速”出現(xiàn)的頻率，該駕駛員選擇分別為2和1。根據(jù)問(wèn)卷測(cè)試結(jié)果，由10名專家對(duì)被測(cè)駕駛員超速特征進(jìn)行評(píng)價(jià)，有7人評(píng)價(jià)結(jié)果為較安全，3人評(píng)價(jià)為較危險(xiǎn)，剩余單項(xiàng)評(píng)判結(jié)果類似。駕駛傾向評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 駕駛傾向評(píng)估

由表4數(shù)據(jù)得單因素判斷矩陣：

帶入Bi=Ai·Ri得：

一級(jí)模糊綜合評(píng)判矩陣：

二級(jí)綜合評(píng)判：

根據(jù)最大隸屬原則，該駕駛員的駕駛傾向趨于“較安全”。

4 模型驗(yàn)證

4.1 權(quán)重系數(shù)選擇分析

筆者所構(gòu)建的層次模型共分為兩層，每一層的各因素的權(quán)重由專家打分的方式給出。因此，所得的權(quán)重具有較強(qiáng)的主觀色彩。下面將對(duì)權(quán)重的合理性進(jìn)行分析和驗(yàn)證。

每個(gè)層次的權(quán)重代表了該層次各因素對(duì)評(píng)價(jià)集的貢獻(xiàn)程度，權(quán)重越大的因素對(duì)應(yīng)的更高的事故風(fēng)險(xiǎn)。第一層次因素為U={駕駛風(fēng)格，駕駛操作能力，反應(yīng)判斷能力}，權(quán)重A= (0.3, 0.4, 0.3)。說(shuō)明了駕駛操作能力差，比駕駛風(fēng)格激進(jìn)和反應(yīng)判斷能力差的事故風(fēng)險(xiǎn)率高。僅僅根據(jù)第一層次因素對(duì)被測(cè)駕駛員進(jìn)行分類，風(fēng)格激進(jìn)的駕駛員數(shù)目為42人，其中有事故經(jīng)歷的駕駛員為29人，占69.0%；駕駛操作能力差的駕駛員人數(shù)26人，其中有事故經(jīng)歷的駕駛員為22人，占84.6%；反應(yīng)判斷能力差的駕駛員人數(shù)為21人，其中有事故經(jīng)歷的駕駛員為13人，占61.9%。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，駕駛操作技能差的駕駛員有事故經(jīng)歷的人數(shù)比例最高，即駕駛操作能力差，比駕駛風(fēng)格激進(jìn)和反應(yīng)判斷慢更容易導(dǎo)致交通事故。這一結(jié)果與專家給出的權(quán)重相吻合，說(shuō)明該層次的權(quán)重集較為合理。第二層次權(quán)重的驗(yàn)證方法相同，在此不作詳細(xì)說(shuō)明。

4.2 模型判定效果的驗(yàn)證

根據(jù)問(wèn)卷測(cè)試結(jié)果，運(yùn)用文中所構(gòu)建的駕駛傾向評(píng)判模型，對(duì)所有被測(cè)駕駛員的駕駛傾向進(jìn)行分析，得到他們的駕駛傾向，并與其事故記錄作對(duì)比分析。128名測(cè)試者中，傾向趨于安全的駕駛員人數(shù)為16人，其中有事故經(jīng)歷人數(shù)為4人；傾向趨于較安全人數(shù)為51人，其中有事故經(jīng)歷人數(shù)為17人；傾向趨于較危險(xiǎn)人數(shù)為43人，其中有事故經(jīng)歷人數(shù)為24人；傾向趨于危險(xiǎn)人數(shù)為18，其中有事故經(jīng)歷人數(shù)為15人。駕駛傾向趨于安全的駕駛員有事故經(jīng)歷的比率最低，僅為25%，而駕駛傾向趨于危險(xiǎn)的駕駛員有事故經(jīng)歷的比率最高，高達(dá)83.3%。分析結(jié)果表明通過(guò)提取3個(gè)主因子進(jìn)行駕駛傾向的評(píng)判滿足要求，模型中權(quán)重系數(shù)的選擇是合適的，模型對(duì)駕駛傾向分類效果較好。

5 結(jié) 語(yǔ)

以駕駛行為問(wèn)卷的調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提取了影響駕駛員駕駛安全的3個(gè)主要因子。通過(guò)多層次模糊綜合評(píng)判的方法，對(duì)這3個(gè)主因子做出了更詳盡的分析，構(gòu)造了駕駛傾向識(shí)別模型并驗(yàn)證。通過(guò)模型辨識(shí)，對(duì)于駕駛傾向趨于危險(xiǎn)的駕駛員可采取交通安全教育、駕駛技能培訓(xùn)和調(diào)節(jié)安全預(yù)警系統(tǒng)閥值的方法來(lái)將危險(xiǎn)降到最小，而對(duì)于駕駛傾向趨于安全的駕駛員可適當(dāng)放寬安全預(yù)警系統(tǒng)的閥值，避免對(duì)其正常駕駛的干擾。

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Comprehensive Evaluation of Driving Tendency Based on Principal Factor Analysis

Tan Derong, Shang Qiang, Gao Song, Wang Xiaoyuan

(School of Traffic & Vehicle Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, Shandong, China)

In order to judge the driving safety tendency of drivers correctly, a driving behavior questionnaire with high reliability and validity was designed, and non-professional drivers was selected to make a questionnaire survey. The survey data was analyzed by factor analysis to extract the driving style, driving skills and judgment reaction as the evaluation index, to realize judgment driving safety tendency by using multi-level fuzzy comprehensive evaluation method.

traffic safety; driving characters; factor analysis; comprehensive evaluation

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.02.18

2013-12-29；

2014-02-27

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61074140)；山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2011EEM034)

譚德榮(1963—)，男，山東淄博人，教授，博士，主要從事智能交通和載運(yùn)工具方面的研究。E-mail: tdrong163@163.com。

U491

A

1674-0696(2015)02-085-04