基于元胞自动机的车载设备对驾驶员行为影响的研究 作者：王浩衡 (上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院交通运输与航运系) 摘要：近年来，随着打车软件、汽车导航系统等许多车载设备的普及，人们从直 观上认为车载设备在一定程度上会分散驾驶员注意力，对驾驶员形成干扰，从而 造成道路交通安全隐患。但是目前缺乏相应的实验来客观定量评估车载设备对驾 驶员的注意力分散情况和对道路交通安全的影响。由于交通的复杂性和数据的庞 大性，一般的离散方法和微分方法都不适宜进行交通计算和仿真，而元胞自动机 的规则简单和快速的计算能力在交通仿真中发挥了重要作用。本作品基于元胞自 动机对交通流进行了模拟，尝试模拟出三种不同交通量的路况，并以模拟驾驶器 为平台，进行了不同路况下手机使用对驾驶员行为影响的研究。本作品测试了3 名驾驶人员在驾车途中使用手机，如果处于不同的路况下，其驾驶行为所受到的 影响，并得到了初步结论，具有较好的实践意义。 关键词：元胞自动机、模拟驾驶、驾驶行为、交通安全、交通仿真 1.研究背景 2014年全国道路交通事故数据统计结果表明，在开车过程中使用车载设备 所导致的交通事故总数可占地区交通事故诱因的1/3以上。我国交通安全状况严 峻，因交通出行需求量大，交通安全问题更为突出。 国内外在手机使用对驾驶安全影响的研究颇多，美国、瑞典和荷兰的研究者 曾用模拟仿真研究方法，得出了较为一致的结论：驾驶车时使用移动电话会对驾 驶绩效产生损害。2007年，清华大学王颖等人通过模拟驾驶设计六个驾驶任务， 研究手机使用对于驾驶行为影响的指标。2014年，哈工大的顾高峰发表了信息 系统分神对驾驶绩效的影响研究一文，提出了一套适用于车载信息设备操作条件 下的驾驶绩效指标体系。该指标体系的公布能为车载设备对驾驶安全的影响研究 提供借鉴。 元胞自动机最初由Stanislaw M.U1am与Johnvon Neumann于I950年代所提 出，在表现上，元胞自动机是一个离散型的动力系统。在1940年代，Johnvon Neumann与共事的科学家们合作设计了可储存程序的数字计算机之后，他就对自 我复制发生兴趣：能储存程序的机器能不能自我复制？Johnvon Neumann认为， 至少在原则上与形式上是可行的，于是他开始作这方面的理论研究，研究过程中 他提出了“元胞自动机”的概念，这个实际构想是由罗沙拉摩斯的数学家Uam 所建议。当元胞自动机在计算机上仿真时，几乎可以复制出自然界里实际发生的 动力系统运作，这使得元胞自动机成为了研究复杂系统行为的最初理论框架，罗基于元胞自动机的车载设备对驾驶员行为影响的研究 作 者 ： 王 浩 衡 （上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院 交通运输与航运系） 摘要：近年来，随着打车软件、汽车导航系统等许多车载设备的普及，人们从直 观上认为车载设备在一定程度上会分散驾驶员注意力，对驾驶员形成干扰，从而 造成道路交通安全隐患。但是目前缺乏相应的实验来客观定量评估车载设备对驾 驶员的注意力分散情况和对道路交通安全的影响。由于交通的复杂性和数据的庞 大性，一般的离散方法和微分方法都不适宜进行交通计算和仿真，而元胞自动机 的规则简单和快速的计算能力在交通仿真中发挥了重要作用。本作品基于元胞自 动机对交通流进行了模拟，尝试模拟出三种不同交通量的路况，并以模拟驾驶器 为平台，进行了不同路况下手机使用对驾驶员行为影响的研究。本作品测试了 3 名驾驶人员在驾车途中使用手机，如果处于不同的路况下，其驾驶行为所受到的 影响，并得到了初步结论，具有较好的实践意义。 关键词：元胞自动机、模拟驾驶、驾驶行为、交通安全、交通仿真 1.研究背景 2014 年全国道路交通事故数据统计结果表明，在开车过程中使用车载设备 所导致的交通事故总数可占地区交通事故诱因的 1/3 以上。我国交通安全状况严 峻，因交通出行需求量大，交通安全问题更为突出。 国内外在手机使用对驾驶安全影响的研究颇多，美国、瑞典和荷兰的研究者 曾用模拟仿真研究方法，得出了较为一致的结论: 驾驶车时使用移动电话会对驾 驶绩效产生损害。2007 年，清华大学王颖等人通过模拟驾驶设计六个驾驶任务， 研究手机使用对于驾驶行为影响的指标。2014 年，哈工大的顾高峰发表了信息 系统分神对驾驶绩效的影响研究一文，提出了一套适用于车载信息设备操作条件 下的驾驶绩效指标体系。该指标体系的公布能为车载设备对驾驶安全的影响研究 提供借鉴。 元胞自动机最初由 Stanislaw M.Ulam 与 Johnvon Neumann 于 1950 年代所提 出，在表现上，元胞自动机是一个离散型的动力系统。在 1940 年代，Johnvon Neumann 与共事的科学家们合作设计了可储存程序的数字计算机之后，他就对自 我复制发生兴趣：能储存程序的机器能不能自我复制？Johnvon Neumann 认为， 至少在原则上与形式上是可行的，于是他开始作这方面的理论研究，研究过程中 他提出了“元胞自动机”的概念，这个实际构想是由罗沙拉摩斯的数学家 Uam 所建议。当元胞自动机在计算机上仿真时，几乎可以复制出自然界里实际发生的 动力系统运作，这使得元胞自动机成为了研究复杂系统行为的最初理论框架，罗