高速公路驾驶人超车过程视觉行为特性

基于驾驶模拟器构建高速公路超车行为模拟场景,利用眼动仪采集30位驾驶人的眼动视频数据,通过后处理软件逐帧分析,获得驾驶人超车过程中注视、扫视和眨眼等视觉行为参数。将驾驶人视觉区域划分为左后视镜、右后视镜、原始车道、目标车道和其余区域共5部分,经过统计分析,获得驾驶人视觉区域驻留概率。研究结果表明:驾驶人超车过程中目标车辆的速度对注视频率、扫视频率、眨眼频率和平均眨眼时间没有显著影响,与平均扫视时间正相关,与平均注视时间负相关;在同一速度水平下,超车目标为大型车时,驾驶人的平均注视时间、平均扫视时间较长,注视频率、扫视频率较低。超车过程中驾驶人在原始车道和目标车道的驻留时间概率超过70%,在左后视镜和右后视镜驻留时间概率相差不大,均为7%左右,在其他区域驻留时间概率为10%左右。驾驶人主要通过观察目标车道和原始车道获得交通信息,通过左后视镜和右后视镜获得交通信息的概率(约为14%)高于其余区域。     

基于马尔可夫链的驾驶人视觉转移特征

为了不割裂视觉转移过程的连续性,运用动态聚类方法,对驾驶人注视点的视野平面解析坐标进行聚类,实现驾驶人注视区域划分。在考虑驾驶人注视行为在时间轴上关联性的基础上,分析驾驶人注视行为在各注视区域间转移模式的齐次性,运用马尔可夫链理论,探讨各注视区域间视觉转移概率的求解方法,并对5名不同驾驶经验驾驶人的眼动数据进行统计,求得其一步转移概率矩阵和平稳分布,分析驾驶人视觉转移特征。分析结果表明：驾驶人对任一注视目标都需要多次重复注视才能获取足够的信息,且注视点主要集中在前方车道远处、前方车道近处、右侧车道和左侧车道4个区域。     

基于Logistic模型的驾驶人换道意图识别方法

 为有效降低车道变换行为诱发事故的风险性,提出一种基于Logistic 模型的驾驶人换道意图识别方法。利用faceLAB 视觉追踪系统,通过真实环境下的实车测试,结合换道前驾驶人对后视镜的注视特性确定换道意图时窗,分析车道保持与换道意图阶段的注视特性差异,提取扫视次数、扫视幅度、水平方向视觉搜索广度、头部水平转动角度标准差等驾驶人换道意图特征指标,构建了Logistic 模型,并经效度检验后应用于对驾驶人换道意图的识别。结果显示,基于Logistic 模型的驾驶人换道意图识别方法的识别成功率达到90.24%,与基于转向灯信号的驾驶人换道意图识别方法相比,具有明显的时序及成功率方面的优势。     

区域管制中注视转移特征

为研究区域管制员在管制过程中的注视转移特征,利用雷达管制模拟机和眼动仪搭建试验平台,设计飞机架次数目(3架、7架)不同的两种模拟管制场景,并划分动态兴趣区,应用马尔可夫链模型分析被试在不同飞机数目下的注视转移特征。结果表明:飞机数量增加后,被试的注视转移范围缩小,且被试当前注视某架飞机时,其下一注视点的注视转移范围仅限某几架飞机之间;而当前注视非飞机区域时,其下一注视点的注视转移范围更广,注意力的分配较前者更为合理。对区域管制员在航班流量较大下注意力分配方面的培训具有重要的参考价值。     

区域管制中注视转移特征研究

为研究区域管制员在管制过程中的注视转移特征,利用雷达管制模拟机和眼动仪搭建试验平台,设计飞机架次数目(3架、7架)不同的两种模拟管制场景,并划分动态兴趣区,应用马尔科夫链模型分析被试在不同飞机数目下的注视转移特征。结果表明：飞机数量增加后,被试的注视转移范围缩小,且被试当前注视某架飞机时,其下一注视点的注视转移范围仅限某几架飞机之间;而当前注视非飞机区域时,其下一注视点的注视转移范围更广,注意力的分配较前者更为合理。本研究对区域管制员在航班流量较大时注意力分配方面的培训具有重要的参考价值。     

草原公路平曲线交通标志设置类型对驾驶人视觉特性的影响

典型草原公路线形以长直线接大半径平曲线为主,平曲线段交通标志设置类型多样。为了对比分析平曲线段交通标志设置类型对驾驶人视觉特性的影响,选取14名驾驶人开展典型草原公路实驾试验,采用I view HED型眼动仪同步采集驾驶人在无标志及设置线形诱导标、线形诱导标+减速丘、示警桩等交通标志平曲线段的眼动数据,对比分析交通标志设置类型对驾驶人注视强度、视点转移特性的影响。数据分析结果表明：驾驶人在设置线形诱导标及线形诱导标+减速带的曲线段注视时长较短、注视频率较低,注视强度较小,注视转移分布范围较广且较均匀。在设置示警桩的曲线段,驾驶人的注视时长与注视频率则均较大,使其注视强度显著增加,驾驶人在不同区域之间转移的概率较大。在无标志平曲线段,驾驶人的注视点范围较窄,但因无交通标志的引导与警示,驾驶人注视强度大于设置线形诱导标段。     

车道变换过程中驾驶人操作和注视行为

针对实际道路自然换道过程中驾驶人的操作与注视行为,搭建了自然换道行为测试车。利用眼动仪和车辆运动状态传感器,在城市道路环境中对20名驾驶人进行了实际道路自然驾驶试验,获取了换道过程中驾驶人操作与车辆运动状态数据;并对熟练驾驶人和非熟练驾驶人的换道数据进行了分析。研究结果表明:换道时驾驶人普遍不按照操作规范提前开启转向灯,且非熟练驾驶人比熟练驾驶人的开启时间要早;换道过程中车速呈现减速-加速-稳速的趋势,但熟练驾驶人的速度曲线更加平滑;换道开始阶段,熟练驾驶人和非熟练驾驶人对目标车道的注视所占百分比分别为70%和85%,而在调整阶段非熟练驾驶人比熟练驾驶人要高出20%;换道过程中,熟练驾驶人的注视行为更加灵活,同时处理较多任务的能力要优于非熟练驾驶人。     

基于有限零和灰色博弈的车道变换决策分析

车道变换决策阶段,由于驾驶人对距离和速度判断失误,极易造成擦挂和追尾事故.为了明确车道变换决策形成机制以及此过程中交通冲突的诱发机制,基于决策阶段车辆间的运动关系及驾驶期望等,限定边界条件,提出车道变换博弈的概念.引入具有混合策略的二人有限零和灰色博弈模型,推导模型算法.结合实际道路试验前提下车道变换博弈样本的筛选和数据处理分析,研究博弈双方驾驶人的策略选择和收益特性.结果表明,当车道变换对象车与目标车道后随车的交通冲突不可避免时,对象车的理想最优策略是减速等待,而目标车道后随车的理想最优策略是加速通过临界冲突点,可以有效地兼顾博弈双方安全性与行车时间的收益需求,达到整体最优.研究结果可为车道变换过程中交通冲突的形成机制和路权分配提供相应的理论支持.     

车载信息服务影响下驾驶人注视特性研究

为研究车载信息服务影响下驾驶人的注视特征,设计并实施实车实验,采集驾驶人注视点数据,分析不同条件下注视点分布范围与位置。使用车载信息服务后,驾驶人对前方道路区域的注视面积显著减小,驾驶人注视点位置更接近于地面,前方道路区域平均注视比例显著减小,注视持续时间则无显著变化。比较车载信息设置于不同位置时注视分布变化,结果发现:设置于位置1时,注视分布面积与前方区域注视次数比例变化最大;设置于位置3时变化最小;设置位置2时,变化居于前两种情况之间。上述现象表明,使用车载信息服务后,驾驶人获取前方道路信息量减少,前方道路区域相对其他区域的重要程度有所降低,但信息提取难度无明显差异。此外,车载信息系统适宜的设置位置排序分别为位置3、2、1。     

驾驶人注视点分布对预瞄时间求解精度的影响分析

预瞄是驾驶人模型中的重要环节,预瞄时间的准确性决定了驾驶人模型乃至整个模型的稳定性与精确性.为探究驾驶人注视点分布集中程度对预瞄时间求解精确度的影响.利用眼动仪采集驾驶人眼动数据,对驾驶人眼动数据进行处理得到注视点.利用注视点百分比表征驾驶人注视点分布集中程度,利用预瞄时间置信区间长度表征预瞄时间准确度.探究不同路段上的驾驶人注视点集中程度与预瞄时间求解精度之间的关系.研究表明：不同路段上,当注视矩阵中的元素大于一定值时,预瞄时间的置信区间长度在一定范围之内波动,同时在行驶过程中,驾驶人注视点集中程度越高,注视区域越固定,预瞄时间的求解精度越高.     

管制员与管制学员模拟雷达管制中注视转移规律研究

对比管制员和管制学员于模拟管制中的眼动模式,探索其注视转移规律,为管制员培训等提出建议。将被试根据管制资格和经历分成管制员组和管制学员组,整合雷达管制模拟机和眼动仪进行实验,记录管制员组和管制学员组被试管制过程的眼动数据,应用马尔科夫链模型分析被试的注视转移特征。不管当前注视点位于哪个区域,两组被试转移回原区域的概率均大于转移至其他区域的概率。管制员的注意转移模式呈现"环形",管制学员组的注意转移模式呈现"星型"居多。眼动模式跟管制经验相关,通过眼动指标的分析,可以得知注视转移规律,为管制员培训等提出建议。     

基于实车眼动实验的驾驶员注视行为建模分析

从驾驶员注视点变化的角度,应用SMI眼动仪,开展城市道路实车实验。采集驾驶员注意力特性,剖析在城市道路实车测试过程中驾驶员的注视行为,提出了基于马尔可夫过程的驾驶员视点转移模型。根据模型预测出驾驶员稳态下的注意力状态向量;并对驾驶行为进行预判。实车实验发现,驾驶员的视觉注意力在任一子域中停留时长服从对数正态分布;而视觉注意力离开某一子域的时长服从指数分布。机动车行驶过程中驾驶员主要注视正前方,其注视频率占49%,驾驶员关注右前方区域频次是左前方的1.6倍,对于正后视镜的关注多于左右后视镜。通过实车实验和视觉建模分析,能够更好地发现驾驶行为规律和不良的驾驶习惯,为驾驶环境和交通设施改善,保障交通安全提供支撑。     

基于注视行为特性的驾驶人分心负荷评估

为了评估驾驶人操作手机的各种行为对行车安全的影响，组织19名驾驶人佩戴眼动仪开展室内模拟驾驶试验，分别采集城市快速路自由流和拥挤流2种典型交通状况下驾驶人进行正常驾驶、免提通话、语音短信3种操作时的注视数据。采用层次聚类法结合机械划分的方式，将驾驶人的视野平面划分为6个视觉兴趣区域；利用描述统计和方差分析法建立了衡量注视行为特性的敏感性指标集(注视区域信息熵、注视持续时间、垂直方向注视偏差、瞳孔面积变异系数)；最后采用熵权法构建4项指标的权重体系，提出了分心负荷指数的概念，并引入TOPSIS法验证了分心负荷指数对分心程度的评估效果。结果表明:进行免提通话操作时驾驶人多处于认知分心状态，语音短信操作时多处于视觉分心状态；相较于正常驾驶，除了自由流场景中进行免提通话操作时分心负荷差异甚微以外，其余手机操作均对驾驶人注视行为产生显著影响，致使分心负荷指数普遍升高，且在拥挤流场景中，执行语音短信操作时分心负荷激增，驾驶风险远高于免提通话。     

应用于换道预警系统的潜在危险目标辨识算法

针对换道预警系统中的潜在危险目标辨识问题,搭建了车辆运动状态监测试验车,获取了多名被试驾驶人在实际道路上的自然驾驶数据。采用车速与车身横摆角速度建立了道路曲率估算模型,选取车道线作为模型的参考对象,提出了基于车道线的车辆之间位置关系辨识模型,来确认换道预警系统的潜在危险目标。研究结果表明:曲率估算模型误差较大,计算曲率极值的相对误差达到了10.2%,但车辆之间车道关系辨识模型能够准确辨识出潜在危险目标,对其他车辆换道过程的横向越线时间计算精度优于0.1s;当曲率估算相对误差达到28.4%时,相对车道关系辨识算法依然能够准确识别出其他车辆所处的车道信息。     

基于实车眼动实验的驾驶员注视行为研究

从驾驶员注视点变化的角度,应用SMI眼动仪,开展城市道路实车实验,采集驾驶员注意力特性,剖析在城市道路实车测试过程中驾驶员的注视行为,提出了基于马尔可夫过程的驾驶员视点转移模型,根据模型预测出驾驶员稳态下的注意力状态向量,并对驾驶行为进行预判。实车实验发现,驾驶员的视觉注意力在任一子域中停留时长服从对数正态分布,而视觉注意力离开某一子域的时长服从指数分布。机动车行驶过程中驾驶员主要注视正前方,其注视频率占49%,驾驶员关注右前方区域频次是左前方的1.6倍,对于正后视镜的关注多于左右后视镜。通过实车实验和视觉建模分析,能够更好的发现驾驶行为规律和不良的驾驶习惯,为驾驶环境和交通设施改善,保障交通安全提供支撑。     

基于驾驶模拟试验的施工围挡过渡段长度设置

为探究改扩建施工围挡时行车道路断面变化过渡段长度对驾驶人驾驶行为的影响,通过驾驶模拟平台,设计了2种不同行驶状态(指定车道和自由变换车道)下4种过渡段长度(110、100、90、80 m)组合形成的8种模拟场景,招募了40名驾驶人,获取了细粒度驾驶行为数据、眼动数据和心理数据;选取眼动频率、平均瞳孔直径、方向盘反转率、心率变异率等7项指标构建评价指标体系,构建基于熵权法的模糊综合评估模型。结果表明：(1)在相同的过渡环境和限速条件下,指定车道行驶条件下行驶稳定性较好;(2)无论在指定车道还是自由变换车道条件下,过渡段长度在80 m长时得分最高,110 m长时得分最低;(3)道路断面变换在2 m以内,施工围挡过渡段长度选取较小值即可实现平稳驾驶。采用驾驶模拟试验获取数据为驾驶行为分析提供了一种经济、安全可靠的方法。     

常见驾驶行为下驾驶人注意力分配特征

为了获得驾驶人在常见驾驶行为下的注意力分配特征,借助驾驶模拟器采集特定交通流下的驾驶人眼动数据,利用注视时间和视觉信息搜索范围表征驾驶人注意力分配;分析不同驾驶行为下的驾驶人注意力分配特征,并探究来自不同方向的交通流对驾驶人注意力分配的影响。结果表明:驾驶人对前方正中心总是给予足够多的关注;自由流条件下,车辆转弯或换道时,驾驶人对正中心的关注下降,对转向一侧的关注增加,并且搜索范围由远处向近处转移;车辆沿曲率缓和的道路行驶时,交通流出现对驾驶人注意力分配的影响较小,而在转弯或换道时,交通流出现会对驾驶人注意力分配产生较大影响。     

考虑驾驶人换道意图的车道偏离预警系统

 为降低基于机器视觉车道偏离预警系统的误警率,提出一种考虑驾驶人换道意图的车道偏离预警系统。运用SteerableFilter 方法对所采集的道路图像信息进行滤波,运用局部搜索区域法提取车道线参数,运用基于图像信息的识别方法检测车辆的车速、转向信号、车道偏离状态以及驾驶人的头部动作状态,判断驾驶人的换道意图,建立了车道偏离预警的决策算法及系统。应用Matlab 软件对实车采集得到的视频进行算法验证和系统仿真试验,结果表明,提出的车道偏离预警决策算法是可行的,该预警系统将有意识与无意识的车道偏离区分开,从而能有效屏蔽在驾驶人有意识偏离车道时的误报警,具有更高的可靠性。     

无信号交叉口左转车道设置依据研究

以交叉口运行效率为目标,运用概率论、排队论和交通流理论对无信号交叉口左转车道的设置依据进行研究.假设车流到达率服从泊松分布,根据左转与直行车辆的相互作用过程和运行特性,推导了无信号交叉口左转车道设置的左转交通量阈值表达式,并讨论了模型中的参数:受左转影响的直行车停车概率的限值、左转穿越对向车流的临界间隙和进口道车道数.对典型情况进行模拟计算,绘制了左转车道设置的准则图表.对计算结果分析得出了无信号交叉口设置左转车道左转交通量的变化规律.研究成果为左转车道的设置提供了定量化的依据.     

基于车道变换的立交最小净距模型

为了充分发挥城市外环路对不同车流对象的服务功能,解决两互通式立交之间因间距不够引起的各种交通问题,建立了两独立互通式立交之间的最小净距模型。分析了驾驶人对道路交通信息的发现、识别、分析、判断等心理、生理反应过程,建立了驾驶人车道变换模型,根据调查资料得出运行速度与驾驶人变道转角之间的回归关系,分析了驾驶人在寻找可接受间隙期间行驶的距离,得出了两互通式立交净距的关系模型,并结合深圳外环高速公路进行了实例分析。研究结果表明:距离较近的两互通立交之间宜适当减少非必要道路交通标志的设置;双向6车道设计速度分别为100km/h和80km/h时,互通立交之间的净距不宜小于1 410m和880m;大型车比例较高或交通组织混合严重的互通式立交最小净距宜适当增加180~200m。