阅读说明：本技术 一种多用户主体交通设施评估方法 (Multi-user main body traffic facility evaluation method ) 是由 赵晓华 梁鲲 边扬 李为康 崔馨月 陶宜凡 王俊涛 李思宇 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多用户主体交通设施评估方法,包括：搭建多用户主体交通设施的模拟实验环境；针对驾驶员主体：将模拟实验环境嵌入驾驶模拟系统中,开展驾驶模拟实验测试；采集驾驶操控数据,同时整合实验后主观问卷评分,得到驾驶员主体评价指标；针对行人主体：将模拟实验环境嵌入VR系统中,将驾驶操控数据中的车辆轨迹数据导入对应的VR场景,开展VR实验测试；采集行人运动数据,同时整合实验后主观问卷评分,得到行人主体评价指标；基于驾驶员主体评价指标和行人主体评价指标,形成考虑不同用户主体的综合评价指标体系。本发明提供了一种切实有效且全面的评估泛式,使得未来的多用户主体交通设施评估更为全面、合理。(The invention discloses a multi-user main body traffic facility evaluation method, which comprises the following steps: building a simulation experiment environment of a multi-user main body traffic facility; for the driver main body: embedding the simulation experiment environment into a driving simulation system, and carrying out a driving simulation experiment test; collecting driving control data, and integrating subjective questionnaire scores after experiments to obtain main evaluation indexes of the driver; for a pedestrian subject: embedding the simulated experimental environment into a VR system, importing vehicle track data in driving control data into a corresponding VR scene, and carrying out VR experimental test; collecting pedestrian movement data, and integrating subjective questionnaire scores after an experiment to obtain pedestrian main body evaluation indexes; and forming a comprehensive evaluation index system considering different user subjects based on the driver subject evaluation index and the pedestrian subject evaluation index. The invention provides a practical, effective and comprehensive evaluation general formula, so that future evaluation of the multi-user main body traffic facilities is more comprehensive and reasonable.)

一种多用户主体交通设施评估方法

技术领域

本发明涉及交通运输技术领域，具体涉及一种多用户主体交通设施评估方法。

背景技术

行人步行安全一直是全国乃至全世界所共同关注的话题，在城市道路交通系统中，交叉口作为重要的组成部分，是行人和机动车最容易发生冲突的区域。随着机动车数量不断增加，交叉口处的行人安全问题愈发严峻。为了提高行人过街的安全性，形形色色的多用户主体交通设施就被广泛地使用于交叉口。以人行横道线为例，它是一种典型的多用户主体交通设施，其作用有两方面：一方面，警示机动车驾驶员注意行人过街；另一方面，标示一定条件下准许行人横穿道路的路径。

目前，研究人员对例如人行横道线的多用户主体交通设施进行了评估。然而，上述评估基本都是从驾驶员主体的角度，考察此类设施能否影响驾驶行为，进而提升行人的过街安全性，并未从行人主体的角度评估此类设施对应行人的影响。因此，目前针对多用户主体交通设施的评估方法是不完善的、单一的。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种多用户主体交通设施评估方法。

本发明公开了一种多用户主体交通设施评估方法，包括：

场景搭建：

基于3D虚拟技术，搭建多用户主体交通设施的模拟实验环境；

针对驾驶员主体：

将所述模拟实验环境嵌入驾驶模拟系统中，开展驾驶模拟实验测试；

采集驾驶操控数据，同时整合实验后主观问卷评分，得到驾驶员主体评价指标；

针对行人主体：

将所述模拟实验环境嵌入VR系统中，将所述驾驶操控数据中的车辆轨迹数据导入对应的VR场景，开展VR实验测试；

采集行人运动数据，同时整合实验后主观问卷评分，得到行人主体评价指标；

综合评价：

基于所述驾驶员主体评价指标和行人主体评价指标，形成针对不同用户主体的综合评价指标体系，完成对多用户主体交通设施的综合评价。

作为本发明的进一步改进，所述基于3D虚拟技术，搭建多用户主体交通设施的模拟实验环境；包括：

确定所述多用户主体交通设施的设计目的；

收集所述多用户主体交通设施的设计、设置参数，所述设计、设置参数包括尺寸、颜色、放置位置、放置条件；

筛选影响所述多用户主体交通设施的外部控制条件；

采用AutoCAD对所述多用户主体交通设施进行模型构建，采用3D MAX对模型进行外部贴图处理，生成初步3D模型；通过道路模型搭建以及灯光效果渲染对所述模型进行仿真制作，得到多用户主体交通设施的模拟实验环境。

作为本发明的进一步改进，所述驾驶操控数据包括速度、加速度、油门、刹车和所述车辆轨迹数据。

作为本发明的进一步改进，针对驾驶员的主观问卷为驾驶员对一种或多种多用户主体交通设施的警示性问卷。

作为本发明的进一步改进，所述驾驶员主体评价指标包括驾驶操控数据评分和警示性评分。

作为本发明的进一步改进，所述行人运动数据包括行人步行时长和速度。

作为本发明的进一步改进，针对行人的主观问卷为行人对一种或多种多用户主体交通设施的警示性问卷。

作为本发明的进一步改进，所述行人主体评价指标包括行人运动数据评分和警示性评分。

作为本发明的进一步改进，在所述综合评价步骤中：

各项指标的变异系数公式为：

式中，v_i为第i项指标的变异系数，σ_i为第i项指标的标准差，

为第i项指标的平均值；

指标权重公式如下：

式中，w_i为第i项指标的指标权重；

评价得分公式如下：

式中，x_i为第i项指标的值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明具有评估角度更完善、数据精度高、数据全面、实验手段先进等优势，其中驾驶模拟技术和VR技术被引入多用户主体设施对行人用户主体影响的数据，具有情景化、数据粒度细等优势；变异系数法的应用，使得驾驶员用户主体和行人用户主体的主、客观数据能够很好地用于综合评估；基于以上优势，通过本发明进行多用户主体交通设施评估，能够完整地从不同用户主体的角度评估交通设施。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的多用户主体交通设施评估方法的流程图；

图2为本发明一种实施例公开的普通斑马线或黄色斑马线的设计参数；

图3为本发明一种实施例公开的立体斑马线的设计参数。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

本发明以驾驶模拟器(Driving Simulator)和虚拟现实设备(VR)为基础平台，以立体斑马线、黄色斑马线和普通斑马线为发明，描述一种通过从驾驶员主体和行人主体两者的角度，基于“Driving Simulator+VR”技术的多用户主体交通设施评估方法；本发明得出在不同外部条件下三类人行横道线(立体斑马线、黄色斑马线和普通斑马线)的有效性。另外，本发明为以后的多用户主体交通设施的评估提供了一种切实有效且全面的评估泛式，使得未来的多用户主体交通设施更为全面、合理。

如图1所示，本发明提供一种多用户主体交通设施评估方法，包括：

S1、场景搭建：

基于3D虚拟技术，搭建多用户主体交通设施的模拟实验环境；

具体为：

根据所需评估的多用户主体交通设施，查阅相关文献，确定多用户主体交通设施的设计目的；

收集所需测试多用户主体交通设施的设计、设置参数(包括但不限于尺寸、颜色、放置位置、放置条件)；

筛选影响多用户主体交通设施的外部控制条件；

采用AutoCAD对多用户主体交通设施进行模型构建，采用3D MAX对模型进行外部贴图处理，生成初步3D模型；通过道路模型搭建以及灯光效果渲染对进行仿真制作，得到多用户主体交通设施的模拟实验环境；以解决城市建筑群、人行道及沿途景观、道路基础设施、交通标志标线、交通信号控制系统等模型搭建、渲染的技术难点。

S2、针对驾驶员主体：

将模拟实验环境嵌入驾驶模拟系统中，开展驾驶模拟实验测试；

采集驾驶操控数据，同时整合实验后主观问卷评分，得到驾驶员主体评价指标；

具体为：

针对驾驶员主体，设计合理的驾驶模拟实验过程及实验后主观问卷(驾驶员对一种或多种多用户主体交通设施的警示性问卷)，将搭建完成的模拟实验场景嵌入驾驶模拟系统，利用驾驶模拟技术进行实验测试，采集包括行驶轨迹、速度、加速度、油门、刹车等各项行为及操控数据，同时整合实验后主观问卷评分，提炼面向驾驶员的代表性指标(驾驶员主体评价指标包括驾驶操控数据评分和警示性评分)，从驾驶员角度评价此类设施。

S3、针对行人主体：

将模拟实验环境嵌入VR系统中，将驾驶操控数据中的车辆轨迹数据导入对应的VR场景，开展VR实验测试；

采集行人运动数据，同时整合实验后主观问卷评分，得到行人主体评价指标；

具体为：

针对行人主体，设计合理的VR实验过程及实验后主观问卷(行人对一种或多种多用户主体交通设施的警示性问卷)，将搭建完成的模拟实验场景嵌入VR系统中，攻克3D和VR的衔接技术，通过C#语言编程将驾驶模拟实验中获取的车辆轨迹数据导入对应的VR场景，实现行人与驾驶员的类交互状态，利用VR设备进行行人实验测试，采集包括行人步行时长、速度等各项微观行为数据，同时整合实验后主观问卷评分，提炼面向行人的代表性指标(行人运动数据评分和警示性评分)，从行人角度评价此类设施。

S4、综合评价：

基于驾驶员主体评价指标和行人主体评价指标，形成针对不同用户主体的综合评价指标体系，完成对多用户主体交通设施的综合评价；

其中：

各项指标的变异系数公式为：

式中，v_i为第i项指标的变异系数，σ_i为第i项指标的标准差，

为第i项指标的平均值；

指标权重公式如下：

式中，w_i为第i项指标的指标权重；

评价得分公式如下：

式中，x_i为第i项指标的值。

实施例：

基于方案总计设计思路，以立体斑马线、黄色斑马线和普通斑马线为发明的具体实施过程如下：

普通斑马线的设计参数如图2所示，其中，a＝2m，b＝5m，c＝0.4m，d＝0.6m；

黄色斑马线的设计参数同普通斑马线，区别仅为颜色；

立体斑马线的设计参数如图3所示，其中，A＝2m，B＝5m，C＝6m，D＝0.4m，E＝0.35m；

其评估方法包括：

步骤1、基于3D虚拟技术的特定模拟实验环境搭建

通过国内外规范以及文献综述，收集得到立体斑马线、黄色斑马线和普通斑马线的设计目的为警示机动车驾驶员注意行人过街；标示一定条件下准许行人横穿道路的路径。因此，此类设施应当从行人与驾驶员的角度同时评价。

根据相关文献，对斑马线使用效果有较大影响的因素为交叉口大小，以北京主要道路类型为参考依据，本发明选取大型交叉口和小型交叉口为外部控制条件。大型交叉口为两条双向八车道道路相交而成，每条车道单向包含两条宽为3.5米的直行车道，一条宽为3.5米的左转车道，一条宽为3.5米的右转车道，一条宽为1米的机非分隔带，一条宽为3.5米的非机动车道。小型交叉口为两条双向四车道道路相交而成，每条车道单向包含一条宽为3.5米的左转车道，一条宽为3.5米的直行右转车道，一条宽为1米的机非分隔带，一条宽为3.5米的非机动车道。综上所述，本发明实验场景共有3×2＝6个。针对上述实验场景，采用AutoCAD对该道路进行模型构建，通过3D MAX对模型进行外部贴图处理，并生成初步3D模型，通过道路模型搭建以及灯光效果渲染等对整体模型进行仿真制作。

2、针对驾驶员主体的驾驶模拟实验测试

2.1设计参数——行人触发位置及运动速度

针对驾驶员主体，将搭建完成的3D模型放置在驾驶模拟器自带软件内，最终形成具有实际道路元素及实际操作能力的驾驶模拟道路测试虚拟环境。本发明结合相关理论和模拟器自带功能，设计了一种场景内模拟行人的运动方式：

驾驶模拟实验中，规定当车辆距离人行横道线距离为S时，行人开始以速度V_p沿人行横道过街。距离S及速度V_p表达式求解如下：

车辆到达人行横道的剩余时间由车辆距离人行横道线的位置除以车辆的时速得到，用Time-to-Zebra(TTZ)表示。本设计方案中，TTZ＝2.5s。设车辆在到达触发位置时速度V＝40km/h，行人开始运动且初始运动速度Vp＝1.1m/s，由于在触发位置行人与车辆的开始运动时间相同，可知：

L_p：行人从初始位置到达危险位置时的运动距离，单位m；

L_v：车辆从触发位置到达危险位置时的运动距离，单位m；

可得：

假设车辆以速度V＝30km/h，则在TTZ范围内运动距离

L_v′＝V×TTZ

可得触发位置到冲突点的距离

S＝L_v+L_v′

经多次调试，得行人初始运动速度V_p与车辆运动速度V成正比，即

V_p＝V×0.09

车辆到达速度变更位置后，行人由初始运动速度变更为4km/h。

2.2实验人数

依据中心极限定理，驾驶模拟实验应当招募被试超过30名，男女比例2:1，均有2年以上驾龄，身体状况良好，无视力障碍。

2.3实施过程

实施过程一：实验前准备。实验前被试需填写个人信息问卷，内容为姓名、性别、年龄、睡眠时长、精神状况、有无服用刺激性药物。填写完毕后，实验人员告知被试驾驶模拟器的使用注意事项。被试使用驾驶模拟器自带的试驾场景试驾10分钟。试驾完成后，实验人员询问被试是否有不适症状，若无不适症状则开始正式实验；若有不适症状则取消该被试实验。

实施过程二：数据采集。被试依照实验前随机安排顺序的实验场景完成实验。模拟器以30HZ的频率记录车辆运行参数(速度、实时坐标位置)。该数据通过UDP协议传输到上端软件，并寄存在内存中等待调用。驾驶模拟实验完成后，对被试进行实验后生心理状况调查，若被试生心理状态合格，其数据将被记为有效数据。最后，实验人员对被试开展实验后问卷调查，被试回答三种人行横道线的警示性有无差异，评分方式如下：若驾驶员认为三种人行横道线的警示性有差异，则警示性最高的为3分，警示性次之的为2分，警示性最低的为1分；若警示性无差异，则三者均为2分。

实施过程三：数据分析。将内存中的驾驶人车辆运行速度数据调出，查看检测到的车辆运行状态数据。依据驾驶模拟器中开始能看到斑马线的位置和停止线的位置，确定数据分析区段为交叉口停止线前100米至交叉口停止线后20米。将实验数据按大、小型交叉口分类，分析两种不同外部条件所选数据分析区段内驾驶员在三种人行横道线影响下，区段平均速度的差异性。若三者之间有差别，驾驶员速度行为反映出的三种人行横道线优劣按照优、良、差排序并赋予分值，即在提前减速区域内速度最低为优，得3分；速度其次为良，得2分；速度最高为差，得1分。若三种人行横道线对驾驶员行为影响无明显差异，则均取2分。

3、针对行人主体的VR测试

3.1设计参数——车辆触发位置

针对行人主体，将搭建完成的3D模型放置在Unity软件内，最终形成具有实际道路元素及实际操作能力的虚拟现实道路测试环境。本发明将驾驶模拟中群体被试在六个场景中的运动轨迹进行拟合，得到六个场景中的一条最优车辆运动轨迹。通过Unity软件内置C#编辑器，编写车辆运动轨迹读取程序、虚拟车辆启动触发程序、数据采集程序、手柄运动控制程序。场景内车辆的启动触发方式如下：

计算得出车辆在行进至触发器前运动的距离l。

l＝L-S

L：VR车辆动画从起点位置到达冲突点时的距离，取值为300m

S：驾驶模拟实验中行人从触发位置到冲突点时的距离，单位m

计算出车辆从起点位置运动至触发器位置所用的时间t'

t'＝t₂-t₁

查阅文献后，取行人步行速度V_p'为1.25m/s，计算得出行人触发VR车辆动画位置与街角位置的距离

S_p＝t'×V_p'

为保证真实感，本实验在该距离的基础上增加5m，作为行人起始运动位置。

3.2实验人数

依据中心极限定理，驾驶模拟实验应当招募被试超过30名，男女比例2:1，身体状况良好，无视力障碍。

3.3实施过程

实施过程一：实验前准备。实验前被试需填写个人信息问卷，内容为姓名、性别、年龄、睡眠时长、精神状况、有无服用刺激性药物。填写完毕后，实验人员告知被试VR穿戴设备的使用注意事项。被试使用VR穿戴设备在预先设置的适应性场景适应操作10分钟。适应操作完成后，实验人员询问被试是否有不适症状，若无不适症状则开始正式实验；若有不适症状则取消该被试实验。

实施过程二：数据采集。被试依照实验前随机安排顺序的实验场景完成实验。模拟器以计算机渲染帧数的频率记录行人的过街时间和位置(速度、实时坐标位置)，并生成对应记录文件。VR实验完成后，对被试进行实验后生心理状况调查，若被试生心理状态合格，其数据将被记为有效数据。最后，实验人员对被试开展实验后问卷调查，被试回答三种人行横道线的安全性有无差异，评分方式如下：若驾驶员认为三种人行横道线的警示性有差异，则安全性最高的为3分，安全性次之的为2分，安全性最低的为1分；若安全性无差异，则三者均为2分。

实施过程三：数据分析。将VR实验对应的过街时间数据筛选、整合。将实验数据按大、小型交叉口分类，分析两种不同外部条件行人在三种人行横道线影响下，平均过街时间的差异性，并计入综合评价指标。若三者之间有差别，行人平均过街时间反映出的三种人行横道线优劣按照优、良、差排序并赋予分值，即在行人过街暴露在车行道上的时间最短为优，得3分；时间其次为良，得2分；时间最长为差，得1分。若三种人行横道线对行人平均过街时间影响无明显差异，则均取2分。

4、基于驾驶模拟和虚拟现实的设施综合评价

变异系数法是通过计算各项指标的变异系数来衡量各项指标取值的差异程度的评价方法，各项指标的变异系数公式如下：

式中，v_i为第i项指标的变异系数，σ_i为第i项指标的标准差，为第i项指标的平均值；

指标权重公式如下：

式中，w_i为第i项指标的指标权重；

评价得分公式如下：

式中，x_i为第i项指标的值。

在上述指标中，除行人过街时间以外，其余指标均为分值越高评价结果越优。本发明的结果为在大、小型交叉口处，立体人行横道线综合评估得分均优于其他人行横道线。

综上，本发明从驾驶员用户主体和行人用户主体的角度出发，分别开展针对不同外部环境条件下的驾驶模拟实验和VR实验获取主、客观数据，通过变异系数法，结合所选指标进行综合评估，进而得到，其结果为：在大型交叉口处，立体人行横道线>黄色人行横道线>普通人行横道线；在小型交叉口处，立体人行横道线>黄色人行横道线>普通人行横道线。本发明为下一步多用户主体交通设施综合评估打下坚实的基础，并为进一步完善关于交通标志、标线的规定规范提供了依据。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。