The driver behavior telematics feedback mechanism

Abstract

Road safety remains a critical global concern, with traffic crashes claiming millions of lives annually and imposing significant emotional and economic burdens. Human error accounts for 95% of road crashes, underscoring the pivotal role of driver behavior in enhancing safety. This dissertation investigates the impact of driver telematics feedback mechanism on driving behavior, addressing gaps in understanding feedback’s lifecycle effects, including pre-feedback, feedback, and post-feedback phases. Employing a multi-modal approach, the study analyzes diverse user groups, namely car drivers, motorcyclists, and professional drivers, across urban, rural, and highway environments to evaluate feedback mechanism comprehensively. A 21-month naturalistic driving experiment involving 230 drivers across six feedback phases generated a robust dataset of 106,776 trips, covering 1.3 million kilometers. The tailored feedback interventions concerned scorecards, gamification, and peer comparisons. Advanced statistical and machine learning models, including Generalized Linear Mixed-Effects Models (GLMMs), Structural Equation Models (SEMs), and Survival Analysis methods (e.g., Weibull AFT, Cox-PH with frailty, and Random Survival Forests), were utilized to analyze behavioral mΣetrics such as speeding, mobile phone use, harsh braking, and accelerations which demonstrated substantial impacts on reducing risky behaviors. The overall impact of feedback significantly improved driving behavior, with notable variations across user groups and driving contexts. Urban environments demonstrated the most substantial reductions in mobile phone use and harsh events, likely driven by the heightened complexity and demands of navigating urban settings. Feedback features also influenced outcomes differently; scorecards were particularly effective in reducing risky behaviors like speeding, while gamification elements motivated sustained engagement among professional drivers. Despite these successes, survival analyses revealed significant relapse tendencies once feedback was removed, with survival probabilities for maintaining improved behaviors, such as reduced speeding and harsh braking, falling below 50% within 150 trips post-feedback. These findings highlight the need for continuous and adaptive engagement strategies, incorporating diverse features tailored to the specific needs of different user groups and driving contexts, to ensure long-term effectiveness and sustained safety improvements. This dissertation uniquely approaches feedback as a holistic system, examining its impacts across multiple phases and user groups, offering a comprehensive framework for evaluating telematics-based feedback via an integrated suite of three-layer models. Findings provide actionable insights for policymakers, technology developers, and road safety advocates, supporting the development of scalable solutions to improve driver behavior and enhance road safety sustainably.

Η οδική ασφάλεια παραμένει ένα κρίσιμο παγκόσμιο πρόβλημα, με τα οδικά ατυχήματα να στοιχίζουν εκατομμύρια ζωές ετησίως και να επιφέρουν σημαντικές συναισθηματικές και οικονομικές επιβαρύνσεις. Το ανθρώπινο λάθος ευθύνεται για το 95% των οδικών ατυχημάτων, γεγονός που υπογραμμίζει τον καθοριστικό ρόλο της συμπεριφοράς των οδηγών στην ενίσχυση της ασφάλειας. Η παρούσα διατριβή διερευνά τον αντίκτυπο της ανατροφοδότησης του οδηγού μέσω τηλεματικής στην οδηγική συμπεριφορά, αντιμετωπίζοντας τα κενά στην κατανόηση των επιπτώσεων του κύκλου ζωής της ανατροφοδότησης, συμπεριλαμβανομένων των φάσεων πριν την ανατροφοδότηση, της ανατροφοδότησης και της μετά την ανατροφοδότηση. Χρησιμοποιώντας μια πολυτροπική προσέγγιση, η μελέτη αναλύει διαφορετικές ομάδες χρηστών οδού, δηλαδή οδηγούς αυτοκινήτων, μοτοσικλετιστές και επαγγελματίες οδηγούς, σε αστικά και υπεραστικά περιβάλλοντα, και αυτοκινητόδρομους για να αξιολογήσει συνολικά τον μηχανισμό ανατροφοδότησης. Ένα πείραμα φυσικής οδήγησης διάρκειας 21 μηνών, στο οποίο συμμετείχαν 230 οδηγοί σε έξι φάσεις ανατροφοδότησης, δημιούργησε ένα ισχυρό σύνολο δεδομένων 106.776 διαδρομών, που κάλυψαν 1,3 εκατομμύρια χιλιόμετρα. Οι εξατομικευμένες παρεμβάσεις ανατροφοδότησης αφορούσαν κάρτες βαθμολογίας, παιχνίδισμα και συγκρίσεις μεταξύ των οδηγών. Χρησιμοποιήθηκαν προηγμένα στατιστικά μοντέλα και μοντέλα μηχανικής μάθησης, συμπεριλαμβανομένων γενικευμένων γραμμικών μοντέλων μικτών αποτελεσμάτων (GLMM), μοντέλων δομικών εξισώσεων (SEM) και μεθόδων ανάλυσης επιβίωσης (π.χ. Weibull AFT, Cox-PH και Random Survival Forests), για την ανάλυση μετρήσεων συμπεριφοράς όπως η υπερβολική ταχύτητα, η χρήση κινητού τηλεφώνου, τα απότομα συμβάντα, οι οποίες κατέδειξαν σημαντικές επιπτώσεις στη μείωση των επικίνδυνων συμπεριφορών. Η συνολική επίδραση της ανατροφοδότησης βελτίωσε σημαντικά τη συμπεριφορά οδήγησης, με αξιοσημείωτες διαφοροποιήσεις μεταξύ ομάδων χρηστών και οδηγικών πλαισίων. Οι αστικές περιοχές εμφάνισαν τις πιο σημαντικές μειώσεις στη χρήση κινητού τηλεφώνου και σε απότομα συμβάντα, πιθανώς λόγω της αυξημένης πολυπλοκότητας και των απαιτήσεων που συνδέονται με την πλοήγηση σε αστικά περιβάλλοντα. Τα χαρακτηριστικά της ανατροφοδότησης επηρέασαν επίσης τα αποτελέσματα διαφορετικά, οι βαθμολογίες αποδείχθηκαν ιδιαίτερα αποτελεσματικές στη μείωση επικίνδυνων συμπεριφορών, όπως η υπερβολική ταχύτητα, ενώ στοιχεία παιχνιδοποίησης ενίσχυσαν τη διαρκή δέσμευση των επαγγελματιών οδηγών στη βελτίωση της οδηγικής τους συμπεριφοράς. Παρά τις επιτυχίες αυτές, οι αναλύσεις επιβίωσης αποκάλυψαν σημαντικές τάσεις υποτροπής μετά την αφαίρεση της ανατροφοδότησης, με τις πιθανότητες επιβίωσης για τη διατήρηση βελτιωμένων συμπεριφορών, να πέφτουν κάτω από 50% μέσα σε 150 διαδρομές μετά την ανατροφοδότηση. Τα ευρήματα αυτά υπογραμμίζουν την ανάγκη για συνεχείς και προσαρμοστικές στρατηγικές δέσμευσης, που να ενσωματώνουν ποικίλα χαρακτηριστικά προσαρμοσμένα στις συγκεκριμένες ανάγκες διαφορετικών ομάδων χρηστών και οδηγικών πλαισίων, ώστε να διασφαλίζεται η μακροπρόθεσμη αποτελεσματικότητα και η διαρκής βελτίωση της οδικής ασφάλειας. Αυτή η διατριβή προσεγγίζει μοναδικά την ανατροφοδότηση ως ένα ολιστικό σύστημα, εξετάζοντας τις επιπτώσεις της σε πολλαπλές φάσεις και ομάδες χρηστών, προσφέροντας ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο για την αξιολόγηση της ανατροφοδότησης μέσω τηλεματικής με μια ολοκληρωμένη σειρά τριστρωματικών μοντέλων. Τα ευρήματα παρέχουν πρακτικές πληροφορίες για υπεύθυνους χάραξης πολιτικής, τεχνολογικούς προγραμματιστές και υποστηρικτές της οδικής ασφάλειας, υποστηρίζοντας την ανάπτυξη λύσεων μεγάλης κλίμακας για τη βελτίωση της συμπεριφοράς οδηγών και την ενίσχυση της οδικής ασφάλειας με βιώσιμο τρόπο.