PDF《赵一飞交通仿真中驾驶人空间视野感知模型_赵一飞》

Dumbuya 等提出 了一个非常逼真的驾驶人视觉感知模型, 其不仅考 虑了视觉关注的范围、 遮挡, 甚至还考虑到了眼睛、 视网膜成像、 瞳孔导致的图像失真, 以及两只眼睛对 目标的差分成像等, 但对于交通仿真而言, 该模型过 于复杂, 应用性不强[ 2] ;

杨建国等建立了独立的视野 感知模型, 将驾驶人仿真模型分为感知系统、 决策系 统和执行系统

3 部分, 仿真现实中的驾驶人如何获 取外界的视野信息, 但作者只对无信号交叉口进行 了仿真研究, 对于路网中驾驶人仿真效果未作进一 步研究, 适用性有限 [ 3] ;

Lim 等提出了驾驶人观测 模型, 该模型在明确提出驾驶人的观测行为应该 受到物理条件限制的同时, 还提出了驾驶人的主 观因素也会对驾驶人的观测行为产生影响, 并且 提出应 该根据主 观、 客 观因素来 量化 VISA 值(Visual Information Selective Acquisition) , 从而决 定驾驶人的关注对象, 但作者没有介绍如何将主 观、 客观因素量化处理, 所以更像是一种概念模 型[ 4] ;

潘兵宏等根据驾驶人的动视力、 动视野与行 驶速度的关系, 分析了驾驶过程中驾驶人的动视 觉特点, 提出了满足动视觉特点的直线长度的合 适范围、 满足视觉条件的平曲线半径计算公式以 及平纵设计中应该注意的问题, 但作者只限于理 论的初步论证并没有进行实际效果的验证[ 5] ;

袁 伟等对驾驶人操作行为的信息感知、 轨迹决策和 操作校正

3 个阶段的行为反应进行了分析, 提出 了驾驶人视野宽度信息获取影响其驾驶行为的结 论, 但作者没有对影响驾驶人行驶速度的视野可 视距离进行深入分析 [ 6] . 总的来看, 目前关于驾驶人视觉感知模型在交 通仿真中的应用研究尚处在初步探索阶段, 有些模 型考虑了视觉感知的范围并用简化的方法表示, 忽 略了很多影响视觉感知范围的关键因素, 使得模型 过于简单, 有些研究者构建了复杂的视觉感知模型 并全面考虑了视觉感知的影响因素, 但模型的复杂 程度使其难以在大规模交通仿真中使用.关于空间 视野已经有一些动态视觉特征方面的研究成果, 但 尚未见将空间视野与道路指标结合进行定量的分析 研究. 本文在分析驾驶人空间视野特点的基础上, 按 照驾驶人动视觉特征, 提出空间视野感知模型, 结合 道路中心线与平行线三维坐标计算方程, 建立驾驶 人空间视野感知模型的计算方法, 并通过计算机模 拟实际场景对驾驶人空间视野感知模型进行有效性 验证.

1 驾驶人的空间视野感知建模 驾驶人在车辆行驶过程中要不断注视前方, 观 察环境变化, 其视野会随着运行速度和运行环境的 变化而变化的特性称为视野特性[ 6] .研究表明, 当 驾驶人驾驶汽车高速行驶时, 会感到车外的树木、 房 屋等固定物体不断地向后移动, 越近的物体移动的 速度越快, 这是因为这些物体的映像在人眼视网膜 上停留的时间太短, 人眼来不及仔细分辨物体的细 节, 因此, 随着车速的提高, 驾驶人的视野会越来越 窄.视野随车速的变化而变化, 但是反过来解释同 样成立, 车速随视野的变化而变化, 即驾驶人总是根 据视野的大小来选择驾驶速度.当前方由于转弯或 者纵坡使视野变小时, 会相应地降低速度;

当前方为 长直线或者大半径平曲线而通视良好时, 视野增大, 会提高速度.一个正常的驾驶人绝对不会在高速行 驶时看着近处, 或者在低速行驶时长时间看着远处, 即视野的大小和速度的高低存在对应关系, 高速行 车时, 驾驶人主要注意力是用来观察视点较远路段 的线形状况, 因此, 只要合理地确定虚拟驾驶人的视 野注视点范围以及视野角度和影响距离, 就可以形 成一个空间视野范围.在空间视野范围内, 剔除掉 交通标志标线等与视野空间体积无关信息对速度的 影响, 就完成了驾驶人空间视野感知模型的功能. 本文的驾驶人空间视野感知模型的实质是为驾 驶人的速度决策行为提供一个视野信息分析器, 从 而在驾驶过程中只关注路基范围以内的道路空间, 为此, 假设如下. (1)驾驶人不会看很远处或者很偏处的目标, 即 使看见也不会关心, 因此, 存在一个扇形的视场[ 7] , 驾驶人仅对该视场内的空间进行视野感知. (2)假设每辆车行驶在车道中心线上, 并且驾驶 人注视点的中心也在车道中心线上. (3)驾驶人的视线中线始终保持水平状态. 1.