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驾驶分心不再只看视线时长:分层模型让车道与车速信息竞争采样,八项指标均落在人群一个标准差内

核心概要

驾驶中该看车道还是看车速,被写成一个在部分可观测条件下分配有限视觉资源的问题。此前车道保持与纵向车速控制分别建模,视觉采样决策与横纵向耦合控制没有放在同一框架里。分层计算理性模型让车道保持、车速维持和上层注意力分配三个策略共同学习,在30次仿真中八项指标的平均值都落在人类均值一个标准差以内,但模型没有产生任何车道偏离。

Source-provided article image: Predicting Driver Adaptability: A Hierarchical Computational Rationality Model of Bounded-Optimal Visual Sampling in Lateral and Longitudinal Vehicle Control
Figure 1 · researchsquare.com · 第 3 页

深度剖析

视觉采样被重新表述为一项监督性决策:在车道信息与车速信息同时可能变得不确定时,驾驶员要决定下一次看哪一个,而不只是决定何时看。 此前的计算模型要么只处理车道保持中的采样时机,要么把横向与纵向控制合在一起却不建模采样决策,横纵向不确定性并行发展时的信息分配没有形式化描述。 模型在30次随机种子的仿真中与30名被试的模拟器数据做描述性对照,八项指标的平均值全部落在人类均值一个标准差以内,也全部落在人类观测的最小到最大范围内,平均绝对标准化距离为0.48个人类标准差。

模型由三个强化学习策略组成:一个管转向保持车道,一个管加速减速维持车速,最上层的一个决定这一拍是采车道信息、采车速信息还是继续遮挡。 下层两个控制器只读取内部信念估计,看不到真实车辆状态,除非对应通道被采样;遮挡期间信念按已知动力学自行外推,因此估计会随遮挡时间漂移。 训练分三阶段进行,先车道保持、再车速维持、最后冻结前两者训练注意力策略;评估使用100–110 km/h目标车速带、100 km/h初速和正弦起伏路面,每次仿真最长60秒。

注意力策略的奖励只包含任务失败惩罚、完成奖励、发起采样的切换成本和采样时暴露的信念偏差,没有直接规定采样模式。 人类数据只作为评估目标,而不是被写进奖励函数去复现,因此观察到的采样节律是从任务约束中涌现的。 在遮挡时间上模型均值0.97秒对人类的0.85秒,每10秒遮挡次数6.94次对7.20次,平均TLC为9.57秒对8.92秒,三项都在一个人类标准差以内。

启示与展望

评估范围是30次随机种子仿真与30名被试(眼动指标27名)在中等保真度模拟器上的自定步长遮挡任务,道路为半径1500米、车道宽3.75米的环形起伏路面,目标车速100–110 km/h,每次仿真最长60秒;作者提出下一步应引入信念噪声、感知不确定性或个体化的转向技能与谨慎度参数,并做被试级参数拟合。

作者说明模型在评估中未产生任何车道偏离,而人类平均每10秒0.29次,提示横向控制过于稳定;信念以确定性点估计表示,不显式编码不确定性;车道与车速被视为互斥通道,单次注视固定500毫秒且只能从遮挡状态发起;奖励中的切换成本、偏差权重和超时阈值是建模选择而非从被试数据估计;聚合层面的吻合不能保证复现个体差异。