基于驾驶员视知觉的车速控制和车道保持机理研究

论文摘要

本论文以国家自然科学基金项目——基于视觉光流率和边缘率的车速控制理论与方法研究(项目编号:50778142)为依托。人的因素是引起交通事故的主因。根据日本有关资料,将近90%事故是由机动车驾驶人和行人造成。在驾驶员获取信息中90%以上是视觉信息,驾驶员主要通过周边视觉信息来感知车速及车辆位置,然后进行判断、决策、行动。可见,如何从事故主因—驾驶员出发,改善其视知觉信息,提前控制车速、保持车道,实时地采取与道路线形相适应的速度、轨迹运行,对提高道路交通安全水平具有重要的现实意义。论文首先分析了驾驶员视觉特性,包括:驾驶员视野、注视点以及影响视觉注意的因素。然后分析了影响速度感知的视觉因素,包括:边缘率、光流率、对比度,并从时间频率、空间频率、角速度、生理心理等角度解析了各因素的影响机理。在此基础上论文根据边缘率概念和物体运动方程推导了驾驶员在舒适性匀减速下保持边缘率恒定时的边缘率控速设计模型。用3DMAX制作了小汽车在高速公路上行驶时的边缘率实验影像,采取迫选法设计了主观等同速度实验方案260个,通过6男2女观测实验发现边缘率为12HZ时速度高估值最大,并把此边缘率作为合理值。根据实验结果对高速公路上从120km/h减速到90km/h的边缘率密度进行了设计。接着对雾天驾驶员速度感知机理及改善措施进行了研究。针对以往实验中采取全局浓度保持恒定的雾的缺陷,用3DMAX制作了小汽车在接近真雾环境下(实验场景中,驾驶员眼中雾的浓度呈线性变化)高速公路上行驶时的实验影像。采取迫选法设计了主观等同速度实验方案135个,通过6男2女共21600人次观测实验发现雾天对驾驶员的速度感知产生双向影响。当能见度很小(如39m时)会产生速度的高估,当能见度较高时会产生速度的低估,这与Snowden和Anstis的单向影响不一致。论文从光流率和对比度的角度解析了实验结果不一致产生的原因。能见度低时,近处光流率大是导致驾驶员产生速度高估的原因:能见度较高时,对比度的下降是导致驾驶员产生速度低估的原因。最后提出了基于边缘率的改善措施,通过速度感知实验得到边缘率为12HZ时其感知速度最大,以此边缘率作为雾天车速控制的合理值。最后论文对现有车道保持的理论进行了归纳总结,包括基于光流和视网膜流的车道保持理论、基于注视点的车道保持理论和基于扩张角的车道保持理论,解析了各理论存在的缺陷。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 视知觉降速的研究现状
• 1.2.2 车道保持的研究现状
• 1.3 研究目标、内容和方法
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究方法
• 1.3.4 技术路线
• 1.4 论文章节安排
• 第2章 驾驶员视觉特性分析
• 2.1 驾驶员视野
• 2.2 驾驶员注视点
• 2.3 影响视觉注意的因素
• 第3章 影响速度感知的视觉因素及影响机理
• 3.1 边缘率
• 3.2 光流率
• 3.3 对比度
• 第4章 用恒定边缘率控制车速的设计理论
• 4.1 边缘率定义推导
• 4.2 匀减速下恒定边缘率设计模型
• 4.3 合理边缘率的确定
• 4.3.1 速度感知度量实验方法
• 4.3.2 不同边缘率下的速度感知实验
• 4.4 设计实例
• 4.4.1 边缘率间距设计
• 4.4.2 合理性验证
• 第5章 雾天驾驶员速度感知机理及改善方法
• 5.1 雾天驾驶员速度感知概述
• 5.2 雾天驾驶员速度感知度量实验
• 5.2.1 实验设备
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.3 实验场景
• 5.2.4 被试者
• 5.2.5 实验结果
• 5.3 讨论与分析
• 5.4 基于边缘率的改善方法
• 第6章 基于视知觉的车道保持理论与方法
• 6.1 基于光流和视网膜流的车道保持理论
• 6.2 基于注视点的车道保持理论
• 6.3 基于扩张角的车道保持理论
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 主要创新点
• 7.3 进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文及参研情况