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基于多分类监督学习的驾驶风格特征指标筛选

王旭 马菲 廖小棱 蒋佩玉 张伟 王芳

王旭, 马菲, 廖小棱, 蒋佩玉, 张伟, 王芳. 基于多分类监督学习的驾驶风格特征指标筛选[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(1): 162-168. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.01.019
引用本文: 王旭, 马菲, 廖小棱, 蒋佩玉, 张伟, 王芳. 基于多分类监督学习的驾驶风格特征指标筛选[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(1): 162-168. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.01.019
WANG Xu, MA Fei, LIAO Xiaoling, JIANG Peiyu, ZHANG Wei, WANG Fang. Feature Selection for Recognition of Driving Styles Based on Multi-Classification and Supervised Learning[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(1): 162-168. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.01.019
Citation: WANG Xu, MA Fei, LIAO Xiaoling, JIANG Peiyu, ZHANG Wei, WANG Fang. Feature Selection for Recognition of Driving Styles Based on Multi-Classification and Supervised Learning[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(1): 162-168. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.01.019

基于多分类监督学习的驾驶风格特征指标筛选

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.01.019
基金项目: 

山东省重点研发计划项目 2020CXGC010117

山东省交通科技计划项目 2021B60

详细信息
    通讯作者:

    王旭(1987—),博士,副教授.研究方向:智能交通系统、主动交通控制管理、道路交通安全.Email:xuwang@sdu.edu.cn

  • 中图分类号: U491.6

Feature Selection for Recognition of Driving Styles Based on Multi-Classification and Supervised Learning

  • 摘要:

    交通事故与驾驶风格具有强烈的相关性,而驾驶风格的直观体现是驾驶行为。为深入分析驾驶行为与驾驶风格的关联性,探索不同驾驶风格群体之间的差异,筛选驾驶风格分类与识别影响因素,建立驾驶风格识别模型并验证有效性。依托车联网实验数据,利用K-means++算法对驾驶员样本数据集进行驾驶风格聚类,设计支持向量机-递归特征消除(SVC-RFE)与随机森林-递归特征消除(RF-RFE)算法进行驾驶特征重要度排序,利用筛选出的特征指标搭建神经网络驾驶风格识别模型。结果表明:①特征个数n = 6时,2种特征排序算法的排序正确率均高于85%,其中RF-RFE的正确率可达90%;②特征排序中重要度最高的指标为最大速度,其在3种驾驶风格群体中的差异可达10 m/s;③仅以最大速度作为输入,驾驶风格识别模型精度为86.1%,表明最大速度可有效区分驾驶风格。

     

  • 图  1  主成分贡献率图

    Figure  1.  Principal Component Contribution Rate

    图  2  特征个数与交叉验证正确分类分值

    Figure  2.  The Number of Features and The Correct Classification Score of Cross Validation

    图  3  最大速度区间

    Figure  3.  Maximum speed interval diagram

    图  4  平均速度区间

    Figure  4.  Average speed interval diagram

    图  5  测试样本测试结果

    Figure  5.  Test sample test results

    表  1  驾驶风格量化指标集

    Table  1.   Driving style quantitative index set

    序号 评价指标 序号 评价指标
    1 平均车速/(m/s) 10 最小横向加速度/(m/s2
    2 最大车速/(m/s) 11 平均垂向加速度/(m/s2
    3 最小车速/(m/s) 12 最大垂向加速度/(m/s2
    4 速度标准差/(m/s) 13 最小垂向加速度/(m/s2
    5 平均纵向加速度/(m/s2 14 平均偏航率/((°)/s)
    6 最大纵向加速度/(m/s2 15 偏航率标准差/((°)/s)
    7 最小纵向加速度/(m/s2 16 纵向冲击度平均值/(m/s3
    8 平均横向加速度/(m/s2 17 垂向冲击度平均值/(m/s3
    9 最大横向加速度/(m/s2 18 行程距离/m
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    表  2  各主成分的信息贡献率与累积贡献率

    Table  2.   Information Contribution Rate and Cumulative Contribution Rate of Each Principal Component  单位: %

    主成分 信息贡献率bj 累积贡献率α
    第1主成分 24.2 24.2
    第2主成分 21.9 46.1
    第3主成分 15.0 61.1
    第4主成分 12.5 73.6
    第5主成分 7.4 81.0
    第6主成分 4.0 85.0
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    表  3  驾驶员主成分得分

    Table  3.   Driver principal component score

    测试
    样本
    第1
    主成分
    第2
    主成分
    第3
    主成分
    第4
    主成分
    第5
    主成分
    第6
    主成分
    样本1 -0.147 -0.738 -1.055 -1.664 -10.172 6.380
    样本2 0.097 -0.814 -0.964 -1.235 -2.273 2.066
    样本241 -2.667 0.165 4.557 -0.116 -9.724 2.030
    样本242 0.325 2.938 3.062 2.356 -13.067 8.413
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    表  4  各指标的因子载荷量

    Table  4.   Factor load of each index

    指标
    第1
    主成分
    第2
    主成分
    第3
    主成分
    第4
    主成分
    第5
    主成分
    第6
    主成分
    指标1 -0.399 -0.005 0.007 0.875 -0.015 0.001
    指标2 -0.559 0.420 -0.133 0.608 0.237 -0.034
    指标3 0.309 -0.565 0.275 0.508 -0.291 -0.169
    指标4 -0.428 0.676 -0.220 -0.014 0.436 0.006
    指标5 0.246 -0.284 -0.513 0.240 0.023 -0.137
    指标6 -0.389 0.510 -0.412 -0.059 -0.342 -0.253
    指标7 0.394 -0.525 0.256 0.170 0.404 0.254
    指标8 0.705 0.639 -0.005 0.210 -0.175 -0.022
    指标9 0.696 0.646 -0.010 0.218 -0.172 0.003
    指标10 0.710 0.632 0.000 0.208 -0.173 -0.049
    指标11 0.669 0.404 0.114 0.225 0.356 -0.100
    指标12 -0.178 -0.357 0.112 0.047 0.151 -0.836
    指标13 0.586 -0.228 0.279 0.127 0.493 -0.083
    指标14 -0.371 0.384 0.653 0.007 0.033 -0.084
    指标15 0.131 0.515 -0.212 -0.497 0.369 -0.184
    指标16 -0.335 0.366 0.841 -0.075 -0.048 -0.018
    指标17 0.228 -0.262 -0.833 0.040 0.106 -0.008
    指标18 -0.647 0.185 -0.226 0.392 0.165 0.194
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    表  5  K-means与K-means++聚类效果

    Table  5.   Clustering effect of K-means and K-means++

    方法类型 聚类数K 迭代次数 轮廓系数
    K-means 3 16 0.339 4762
    K-means++ 3 16 0.349 6989
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    表  6  SVC-RFE与RF-RFE排名前6的特征及重要性分值

    Table  6.   Top 6 characteristics and importance scores of SVC-RFE and RF-RFE

    SVC-RFE RF-RFE
    特征变量 重要度分值 特征变量 重要度分值
    平均纵向加速度 4.979 最大速度 0.086 7
    垂向加速度平均值 2.290 最小垂向加速度 0.021 0
    速度标准差 1.786 最小纵向加速度 0.020 5
    最小纵向加速度 0.909 速度标准差 0.014 6
    最小垂向加速度 0.706 距离 0.012 9
    最大速度 0.207 平均速度 0.009 0
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  • [1] 国家统计局. 中国统计年鉴2019[M]: 中国统计出版社, 2020.

    National Bureau of Statistics of China. China statistical yearbook 2019[M]: Beijing: China Statistics Press, 2020. (in Chinese)
    [2] 郭孜政. 驾驶行为险态辨识理论与方法[D]. 成都: 西南交通大学, 2009.

    GUO Z Z. Theories and methods on driving risk status identification[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2009. (in Chinese)
    [3] American Automobile Association. Aggressive driving: Research update[J]. American Automobile Association Foundation for Traffic Safety, 2009: 5-6.
    [4] CARSTEN O, KIRCHER K, JAMSON S. Vehicle-based studies of driving in the real world: The hard truth?[J]. Accident Analysis & Prevention, 2013(58): 162-74.
    [5] 侯海晶, 金立生, 关志伟, 等. 驾驶风格对驾驶行为的影响[J]. 中国公路学报, 2018, 31(4): 18-27. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL201804004.htm

    HOU H J, JIN L S, GUAN Z W, et al. Effects of driving style on driver behavior[J]. China Journal of Highway and Transport, 2018, 31(4): 18-27. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL201804004.htm
    [6] YI D W, SU J Y, LIU C J, et al. A machine learning based personalized system for driving state recognition[J]. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 2019, 105: 241-261. doi: 10.1016/j.trc.2019.05.042
    [7] OUALI T, SHAH N, KIM B, et al. Driving style identification algorithm with real-world data based on satistical approach[C]. SAE 2016 World Congress and Exhibition, Detroit, Michigan, U.S. : SAE International, 2016.
    [8] 孙龙, 常若松. 驾驶风格研究现状与展望[J]. 人类工效学, 2013, 19(4): 92-95. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XIAO201304024.htm

    SUN L, CHANG R S. Research status and prospect of driving style[J]. Ergonomics, 2013, 19(4): 92-95. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XIAO201304024.htm
    [9] WANG X, XU X. Assessing the relationship between self-reported driving behaviors and driver risk using a naturalistic driving study[J]. Accident Analysis & Prevention, 2019 (128): 8-16.
    [10] PADILLA J L, CASTRO C, DONCEL P, et al. Adaptation of the multidimensional driving styles inventory for Spanish drivers: convergent and predictive validity evidence for detecting safe and unsafe driving styles[J]. Accident Analysis & Prevention, 2020, 136(C): 105413.
    [11] BELLEM H, SCHöNENBERG T, KREMS J F, et al. Objective metrics of comfort: Developing a driving style for highly automated vehicles[J]. Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behaviour, 2016(41): 45-54.
    [12] CASTIGNANI G, DERRMANN T, FRANK R, et al. Driver behavior profiling using smartphones: A low-cost platform for driver monitoring[J]. IEEE Intelligent Transportation Systems Magazine, 2015, 7(1): 91-102. doi: 10.1109/MITS.2014.2328673
    [13] KARGINOVA N, BYTTNER S, SVENSSON M. Data-driven methods for classification of driving styles in buses[C]. SAE 2012 World Congress and Exhibition, Detroit, Michigan, U.S. : SAE International, 2012.
    [14] ASTARITA V, FESTA D C, GIOFRÈ, P. et al. Co-operative ITS: ESD a smartphone based system for sustainability and transportation safety[J]. Procedia Computer Science, 2016 (83): 449-456.
    [15] 吕能超, 任泽远, 段至诚, 等. Near-crash事件中驾驶人行为特征分析[J]. 中国安全科学学报, 2017, 27(6): 19-24. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZAQK201706004.htm

    LYU N C, REN Z Y, DUAN Z C, et al. Influencing factors of driving risk based on critical incident events[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2017, 27(6): 19-24. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZAQK201706004.htm
    [16] MA Y F, LI W L, TANG K, et al. Driving style recognition and comparisons among driving tasks based on driver behavior in the online car-hailing industry[J]. Accident Analysis & Prevention, 2021(154): 1-12.
    [17] 杨曼, 吴超仲, 张晖, 等. 行车安全事件的驾驶风险影响因素研究[J]. 交通信息与安全, 2018, 36(5): 34-39. doi: 10.3963/j.issn.1674-4861.2018.05.005

    YANG M, WU C Z, ZHANG H, et al. Influencing factors of driving risk based on critical incident events[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2018, 36(5): 34-39. (in Chinese) doi: 10.3963/j.issn.1674-4861.2018.05.005
    [18] GIANNA C, HEIMBRAND S, GRESTY M. Thresholds for detection of motion direction during passive lateral whole-body acceleration in normal subjects and patients with bilateral loss of labyrinthine function[J]. Brain Research Bulletin, 1996, 40(5/6): 443.
    [19] 李立治, 杨建军, 刘双喜, 等. 国内人群的驾驶风格分类及识别方法研究[J]. 重庆理工大学学报(自然科学), 2019, 33 (11): 33-40. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CGGL201911005.htm

    LI L Z, YANG J J, LIU S X, et al. Research on classification and recognition of driving style of domestic crowds[J]. Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science), 2019, 33(11): 33-40. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CGGL201911005.htm
    [20] 杨俊闯, 赵超. k-means聚类算法研究综述[J]. 计算机工程与应用, 2019, 55(23): 7-14+63. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSGG201923003.htm

    YANG J C, ZHAO C. Survey on K-means clustering algorithm[J]. Computer Engineering and Applications, 2019, 55 (23): 7-14+63. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSGG201923003.htm
    [21] YU G, WENG G R. K-means++ clustering-based active contour model for fast image segmentation[J]. Journal of Electronic Imaging, 2018, 27(6): 1-12.
    [22] GYS A M M, HERMANUS C M. A review of intelligent driving style analysis systems and related artificial intelligence algorithms[J]. Sensors(Basel, Switzerland), 2015, 15 (12): 30653-30682.
    [23] 吴辰文, 梁靖涵, 王伟, 等. 基于递归特征消除方法的随机森林算法[J]. 统计与决策, 2017(21): 60-63. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TJJC201721016.htm

    WU C W, LIANG J H, WANG W, et al. Random forest algorithm based on recursive feature elimination[J]. Statistics and Decision Making, 2017(21): 60-63. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TJJC201721016.htm
    [24] 叶明全, 高凌云, 伍长荣, 等. 基于对称不确定性和SVM递归特征消除的信息基因选择方法[J]. 模式识别与人工智能, 2017, 30(5): 429-438. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MSSB201705005.htm

    YE M Q, GAO L Y, WU C R, et al. Informative gene selection method based on symmetric uncertainty and SVM recursive feature elimination[J]. Pattern Recognition and Artificial Intelligence, 2017, 30(5): 429-438. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MSSB201705005.htm
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  • 收稿日期:  2021-09-23
  • 网络出版日期:  2022-03-31

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