本文關鍵詞： 交通運輸系統(tǒng)工程 行人交通 行人過街行為 全時空信息 多目標跟蹤 宏觀特性分析 微觀特性分析 運行機理　出處：《吉林大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：行人交通作為城市交通的一個重要組成部分,是目前交通研究的一大熱點。但相對于車輛交通,行人交通個體性更強,行為更多樣化,易受多種外界因素影響,很多特性還具有很強的時空域特性。以往受檢測手段的限制,對行人信息的提取多局限于人工調查或視頻截面的人工處理,無法獲取完整的全時空行人過街信息,嚴重影響了對行人過街宏觀及微觀參數特性的深入分析,這使得對行人過街運行特征表達描述更加困難,相應的機理建模也更加落后和不完善。為了更加準確地闡釋行人過街運行機理,實現對機理的建模,需要提取準確性更高、更全面的行人全時空信息。因此,本文首先采用視頻圖像處理技術,對城市環(huán)境下的行人單體及群體進行檢測、識別及跟蹤,進而實現對行人過街全時空信息的提取。其次,分析了大量行人交通運行的多種宏觀和微觀表征特性,研究了與其對應的外部影響因素和各特征內部間的相互作用關系。再次,在宏觀及微觀特性分析的基礎上,參考當前最新的生理學及心理學研究成果,構建了相應的行人過街規(guī)劃-執(zhí)行機理模型。最后,結合實際交通環(huán)境參數,對模型進行仿真驗證。結果表明,基于全時空信息的行人過街機理能夠更準確地表達行人過街行為,為行人交通的時空資源優(yōu)化提供了理論依據。具體來說,本文的主要研究內容包括以下幾方面:(1)優(yōu)化了城市道路環(huán)境下的行人個體與群體全時空信息檢測提取技術本文針對城市環(huán)境下的行人檢測問題,根據城市道路監(jiān)控中的單目相機特點,首先提出了基于標定約束的C-HOG算子,即在傳統(tǒng)HOG特征檢測提取的基礎上引入像素-像素角映射模型標定檢測區(qū)域,限制了HOG匹配的尺度縮放范圍并減少了縮放次數,建立行人模板庫,從而在不影響精度的前提下,提高了行人個體的檢測速度和訓練庫的針對性。其次,利用相機標定的區(qū)域投影特性,在HOG檢測基礎上利用矩形投影分割行人群體,通過最優(yōu)回歸法,完成行人群體的檢測識別。再次,針對城市交通中行人多目標跟蹤及遮擋處理的難題,提出了多模態(tài)特征集結合濾波跟蹤預測的方法,在行人檢測識別的基礎上,將檢測出的行人目標錄入檢索信息庫,并利用改進SURF算子、動態(tài)邊緣和紋理分析等方法,提取相應的特征子集,通過模糊歸一化的方法,建立該信息的多模態(tài)特征集,之后,利用?-?濾波預測分析和多模態(tài)特征庫匹配分割相結合的方法,實現多目標跟蹤和遮擋處理。最后,結合考慮中心偏移的場景重建算法,有效地在復雜的城市道路中完成多目標時空軌跡的準確提取,為全時空宏觀及微觀特性的分析奠定了良好基礎。(2)開展了基于全時空信息的行人過街宏觀特性分析在全時空參數提取的基礎上,利用數據挖掘、模式辨識等方法,通過行人交通流運行軌跡獲取了流量、速度以及密度等宏觀參數。首先并對流量的時空分布、到達分布等特性進行了深入分析,分析了特性的成因,并建立了相應的到達分布模型。其次對行人的速度特性進行了分析,研究性別、年齡、職業(yè)、出行目的等多種因素對速度時空分布的影響規(guī)律,給出了相應的特性表達模型。再次,研究了行人過街的密度及空間占有量的宏觀特性,從靜態(tài)及動態(tài)需求角度分析密度特性的成因。在對3大宏觀特性獨立分析的基礎上,進一步研究了特性之間的相互作用影響關系,通過參考其他環(huán)境下的宏觀交通基本圖,構建符合國內城市交通環(huán)境的行人過街宏觀基本圖,并利用全時空信息數據對基本圖進行了標定,以密度作為影響基本圖變化的主要變量,給出引起相變的密度臨界指標。(3)開展了基于全時空信息的行人過街微觀特性分析分析基于全時空信息的行人過街個體及群體微觀特性并深入構建了典型的過街行人微觀基本特性描述模型。在宏觀特性分析的基礎上,進一步通過對行人全時空運行軌跡的數據挖掘并結合問卷調查等形式,對瞬時速度、加速度、啟動時間、空間需求、臨界穿越間隙以及忍耐極限等微觀特性進行分析,研究了微觀參數的作用關系及受生理及心理影響的情況,分析了可穿越間隙與忍耐時間等特性的臨界極限,總結了行人個體及群體間避讓、超越及跟隨的時空特性,進而實現對典型過街行人基本特性的描述,為行人的組織和控制、交通信號和道路的設置提供理論支持,為后續(xù)完整的行人過街機理建模奠定了基礎。(4)建立了行人過街行為機理模型并進行了仿真驗證通過層級行為作用機制,構建行人過街行為機理模型并進行仿真對比驗證。利用宏觀及微觀的特性及相關影響因素研究,結合當前生理學及心理學的研究成果,首先對行人過街機理的框架進行了研究,提出了分層級的作用機制模型框架;再對其進行細化從兩個層級即感知規(guī)劃-決策執(zhí)行分解行人的過街行為過程,通過數據分析與歸納,形成基于非完備信息的Dijkstra時空主觀效益最優(yōu)選擇模型和有限空間感知的社會力行為模型,對行人的過街行為機理進行全面解答。最后結合實際場景建立相應的模擬環(huán)境,進行仿真測試,并將測試結果與真實環(huán)境提取的數據進行對比,驗證本文基于全時空信息采集及特性分析下的過街機理模型的準確有效性。最后,對全文研究內容進行了總結,對研究成果和創(chuàng)新點進行了歸納,并對后續(xù)研究進行了展望。
[Abstract]:This paper analyzes the characteristics of pedestrian crossing and pedestrian crossing in urban environment by using video image processing technology . Based on the analysis of the macroscopic characteristics of pedestrian crossing , this paper analyzes the characteristics of pedestrian crossing based on time - space information , and studies the characteristics of pedestrian crossing based on time - space information . ( 3 ) Based on the analysis of micro - characteristics of pedestrian crossing based on space - time information , the paper analyzes the micro - characteristics of pedestrian crossing based on space - time information and analyzes the characteristics of pedestrian crossing .

【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U491

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