[논문 리뷰] What Is the Gaze Behavior of Pedestrians in Interactions with an Automated Vehicle When They Do Not Understand Its Intentions?

Hailong Liu, Takatsugu Hirayama외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 01.

Human-Automation Interaction and Safety참고 문헌 26인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 자율주행차(AV)의 의도를 이해하지 못할 때 보행자가 보이는 시선 행동을 조사하며, 더 긴 시선 지속 시간이 AV의 의도 이해도가 낮을수록 관련이 있음을 제안한다. 수동 차량(MV)과 자율주행차(AV)로 사용된 로봇 휠체어를 활용한 눈동자 추적 및 주관적 평가 결과, 시선 지속 시간과 AV의 의도 이해도 사이에 유의미한 음의 상관관계(r = -0.53)가 확인되어, 장시간 시선을 두는 것은 불확실성을 나타낸다는 가설을 지지한다. 연구 결과는 eHMI가 보행자가 계속해서 시선을 두는 경우 사전에 의도를 명확히 표시하고 명료성을 높여야 한다고 권고한다.

ABSTRACT

Interactions between pedestrians and automated vehicles (AVs) will increase significantly with the popularity of AV. However, pedestrians often have not enough trust on the AVs , particularly when they are confused about an AV's intention in a interaction. This study seeks to evaluate if pedestrians clearly understand the driving intentions of AVs in interactions and presents experimental research on the relationship between gaze behaviors of pedestrians and their understanding of the intentions of the AV. The hypothesis investigated in this study was that the less the pedestrian understands the driving intentions of the AV, the longer the duration of their gazing behavior will be. A pedestrian--vehicle interaction experiment was designed to verify the proposed hypothesis. A robotic wheelchair was used as the manual driving vehicle (MV) and AV for interacting with pedestrians while pedestrians' gaze data and their subjective evaluation of the driving intentions were recorded. The experimental results supported our hypothesis as there was a negative correlation between the pedestrians' gaze duration on the AV and their understanding of the driving intentions of the AV. Moreover, the gaze duration of most of the pedestrians on the MV was shorter than that on an AV. Therefore, we conclude with two recommendations to designers of external human-machine interfaces (eHMI): (1) when a pedestrian is engaged in an interaction with an AV, the driving intentions of the AV should be provided; (2) if the pedestrian still gazes at the AV after the AV displays its driving intentions, the AV should provide clearer information about its driving intentions.

연구 동기 및 목표

• 자율주행차(AV)와 상호작용할 때 보행자의 불확실성에 대한 객관적 행동 지표를 규명하기 위해.
• 보행자가 자율주행차(AV)에 대해 시선을 오래 두는 것이 AV의 주행 의도 이해도와 관련이 있는지 검토하기 위해.
• 의도가 명확하지 않을 때 보행자-차량 상호작용에서 수동차량(MV)과 AV 간의 시선 행동을 비교하기 위해.
• 자율주행차(AV)의 외부 인간-기계 인터페이스(eHMI) 설계를 위해, 의도 신호 전달의 최적 시기와 명료성을 규명하기 위해.

제안 방법

• 로봇 휠체어를 수동 운전 차량(MV)과 자율주행차(AV)로 활용하여 보행자-차량 상호작용 실험을 수행하였다.
• MV와 AV와의 상호작용 중 보행자의 시선 행동을 눈동자 추적 기술을 통해 기록하였다.
• 상호작용 후 설문지를 통해 5점 척도로 주관적 의도 이해 평가를 수집하였다.
• 피어슨 상관계수와 푸아르-하우스도프(post-hoc) 검정을 포함한 일원분산분석(One-way ANOVA)을 사용하여 시선 지속 시간과 주관적 이해도 간 상관관계를 분석하였다.
• MV와 AV 간의 시선 지속 패턴을 비교하여 AV 특유의 행동 반응을 분리 분석하였다.
• 통계 모델링을 통해 시선 지속 시간이 증가할수록 AV의 의도 이해도가 낮아지는 가설을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자율주행차(AV)에 대해 더 오래 시선을 두는 것은 보행자가 AV의 주행 의도를 이해하지 못할수록 관련이 있는가?
• RQ2 의도가 명확하지 않을 때, 수동차량(MV)과 AV와의 상호작용에서 시선 행동은 어떻게 다를까?
• RQ3 보행자가 AV의 의도 이해도를 주관적으로 평가한 결과에 따라 시선 지속 시간에 측정 가능한 차이가 있는가?
• RQ4 시선 지속 시간은 AV 상호작용 중 보행자의 불확실성에 대한 객관적 지표로 사용될 수 있는가?
• RQ5 시선 행동을 바탕으로 eHMI 설계에 대한 시기와 명료성 권고는 무엇인가?

주요 결과

• 보행자의 AV에 대한 시선 지속 시간과 주관적 이해도 사이에 유의미한 음의 상관관계(r = -0.53, p < 0.05)가 발견되었다.
• ANOVA 결과, 이해 수준 간 시선 지속 시간에 유의미한 차이가 있었으며(F = 21.15, p < 0.001), 인접한 이해 수준 간에는 소수의 예외를 제외하고는 유의미한 차이가 없었다.
• 보행자는 MV보다 AV에 더 오래 시선을 두었으며, 이는 의도가 명확하지 않을 경우 AV가 더 오랜 시각적 주의를 유도한다는 것을 시사한다.
• MV에 대한 시선 지속 시간은 이해도와 유의미한 상관관계가 없었으며, 이는 인간 운전자가 자율주행차보다 더 직관적으로 읽힐 수 있음을 시사한다.
• 연구 결과, 보행자는 AV의 의도를 MV의 의도보다 더 어렵게 이해한다고 느꼈으며, 이는 AV 상호작용에서의 신뢰 격차를 드러낸다.
• 결과는 자율주행차(AV)에 장시간 시선을 두는 것이 불확실성을 나타내며, 이는 보행자의 이해도 평가에 실질적인 객관적 측정 지표로 활용될 수 있음을 지지한다.