CN109637138B - 一种基于信息利用度的可变标志信息发布方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信息利用度的可变标志信息发布方法，首先计算待测VMS显示信息量大小；获取多个试验者在实际驾驶中对每块待测VMS的实际信息获取量数据；然后根据所述实际信息获取量数据，计算实际驾驶中驾驶员信息获取度；最后根据驾驶员信息获取度，以驾驶员短时记忆保存时间为指标，对VMS信息利用度进行量化。本发明的方法，结合信息论中的编码理论，构建VMS信息量计算模型，对VMS显示信息量大小进行量化；获取多个试验者在实际驾驶中对每块VMS信息获取情况；对VMS显示信息量和实测驾驶员获取信息量进行回归分析，获得所述实际驾驶环境中驾驶员信息获取度计算模型，为交通管理部门在道路中合理设置VMS提供技术支持。

Description

一种基于信息利用度的可变标志信息发布方法及系统

技术领域

本发明涉及交通安全技术领域，特别是一种基于信息利用度的可变标志信息发布方法及系统。

背景技术

近年来，经济的持续增长使我国城市化进程明显加快，城市交通供需矛盾日益凸显，仅依赖扩建道路基础设施已无法解决这一问题，在此背景下，智能交通系统的应用得到更多的关注。智能交通系统可引导道路使用者合理规划路径，促进路网交通流均衡分配，改善道路行车环境。城市可变信息标志(Variable Message Signs)作为智能交通系统信息发布的重要设备，可为驾驶员提供实时路况、路径诱导、交通管制、恶劣天气等信息，能较好地满足驾驶员在出行途中多样化的信息需求，对引导驾驶员选择合理路径，避免拥堵扩散，均衡路网交通量具有显著的价值，被广泛应用于城市道路及高速公路的管理中。

VMS显示内容灵活多变，容易造成信息过载，增加驾驶员在行车过程中处理信息的负荷，影响行车安全。VMS合理的信息量设计能有效地改善道路安全状况，提高标志的经济效益。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于信息利用度的可变标志信息发布方法及系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的一种基于信息利用度的可变标志信息发布方法，包括以下步骤：

计算待测VMS显示信息量大小；

获取多个试验者在实际驾驶中对每块待测VMS的实际信息获取量数据；

根据所述实际信息获取量数据，计算实际驾驶中驾驶员信息获取度；

根据驾驶员信息获取度，以驾驶员短时记忆保存时间为指标，对VMS信息利用度进行量化；

构建VMS信息利用度量化模型。

进一步，还包括以下步骤：

根据VMS信息利用度量化模型计算驾驶员对可变标志内容短时记忆保存时间所对应的信息获取度G；

将可变标志所在路段的设计车速带入信息获取度G求得可变标志的VMS显示信息量大小的参考值；

发布VMS显示信息量大小的参考值。

进一步，所述对待测VMS显示信息量进行量化按照以下公式进行计算：

I_i＝n·I_s+m·I_s′

其中：I_i表示标志i的现状信息量计算值，单位为bit；n表示可单独表述含义的元素的个数；I_s表示单个字符所提供的信息量，单位为bit；m表示需组合表达标志含义的元素组合个数；I_s′表示各组合对应元素类型的平均信息量。

进一步，所述实际信息获取量数据按照以下公式进行计算：

G＝β·X

G＝[0.1312+0.022x₁-0.0015x₂-0.0014x₁ ²+(2.6975E-06)x₂ ²]

其中：G表示实际驾驶中驾驶员单位视认时间的信息获取度；X表示外部干扰折减系数矩阵，包括交通环境干扰影响和标志理论信息量影响；β表示待标定参数矩阵；

x₁表示交通环境干扰影响，用速度代表，单位为m/s；x₂表示标志信息量干扰影响，即标志现状信息量I_i，单位为bit。

进一步，所述VMS信息利用度的计算公式为：

其中，T_STM表示满足某一信息获取度下，驾驶员短时记忆保存时间，单位为s；

α表示驾驶员短期记忆折减因子；

γ表示驾驶员短期记忆遗忘因子；

表示驾驶员平均视认时间，单位为s的表示。

进一步，所述单个字符所提供的信息量的大小计算公式为：

I_s＝log₂ ^|N|

其中：I_s表示单个字符所提供的信息量，单位为bit；N表示字符集的大小。

本发明还提供了一种基于信息利用度的可变标志信息发布系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器与存储器通信连接；所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

计算待测VMS显示信息量大小；

获取多个试验者在实际驾驶中对每块待测VMS的实际信息获取量数据；

根据所述实际信息获取量数据，计算实际驾驶中驾驶员信息获取度；

根据驾驶员信息获取度，以驾驶员短时记忆保存时间为指标，对VMS信息利用度进行量化；

构建VMS信息利用度量化模型。

进一步，还包括以下步骤：

根据VMS信息利用度量化模型计算驾驶员对可变标志内容短时记忆保存时间所对应的信息获取度G；

将可变标志所在路段的设计车速带入信息获取度G求得可变标志的VMS显示信息量大小的参考值；

发布VMS显示信息量大小的参考值。

进一步，所述对待测VMS显示信息量进行量化按照以下公式进行计算：

I_i＝n·I_s+m·I_s′

其中：I_i表示标志i的现状信息量计算值，单位为bit；n表示可单独表述含义的元素的个数；I_s表示单个字符所提供的信息量，单位为bit；m表示需组合表达标志含义的元素组合个数；I_s′表示各组合对应元素类型的平均信息量。

进一步，所述实际信息获取量数据按照以下公式进行计算：

G＝β·X

G＝[0.1312+0.022x₁-0.0015x₂-0.0014x₁ ²+(2.6975E-06)x₂ ²]

其中：G表示实际驾驶中驾驶员单位视认时间的信息获取度；X表示外部干扰折减系数矩阵，包括交通环境干扰影响和标志理论信息量影响；β表示待标定参数矩阵；

x₁表示交通环境干扰影响，用速度代表，单位为m/s；x₂表示标志信息量干扰影响，即标志现状信息量I_i，单位为bit。

进一步，所述VMS信息利用度的计算公式为：

其中，T_STM表示满足某一信息获取度下，驾驶员短时记忆保存时间，单位为s；

α表示驾驶员短期记忆折减因子；

γ表示驾驶员短期记忆遗忘因子，

表示驾驶员平均视认时间，单位为s的表示；

所述单个字符所提供的信息量的大小计算公式为：

I_s＝log₂ ^|N|

其中：I_s表示单个字符所提供的信息量，单位为bit；N表示字符集的大小。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明提出的基于驾驶员信息利用度的VMS信息量计算方法，精确地表征交通VMS信息被较充分利用时对应的信息量大小，定量分析了安全行驶车速下满足驾驶员特定信息利用度时VMS发布信息量的参考值，减少交通管理人员主观决策的影响，为设计者依据道路状况进行VMS信息量的灵活设计提供依据。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1是本发明实施例中可变信息标志信息量计算方法的流程示意图。

图2是本发明实施例驾驶员信息获取模型与实测结果对比图。

图3是本发明实施例驾驶员短时记忆保存时间与信息获取度关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图所示，本实施例提供的基于信息利用度的可变标志信息发布方法，包括以下步骤：

结合信息论中的编码理论，构建VMS信息量计算模型，计算待测VMS显示信息量大小，并对VMS显示信息量大小进行量化；

获取多个试验者在实际驾驶中对每块待测VMS的实际信息获取量数据；

根据所述实际信息获取量数据，计算实际驾驶中驾驶员信息获取度；具体通过对驾驶员实际信息获取度与VMS显示信息量、行驶车速数据利用matlab进行rstool数据拟合，获得所述一定车速下驾驶员对某一信息量的标志完成视认后的信息获取度G计算公式；

根据驾驶员信息获取度，以驾驶员短时记忆保存时间为指标，构建VMS信息利用度计算模型；完成信息利用度计算模型的构建过程后，就可以用它反推VMS显示信息量的参考值。本实施例提供的利用信息利用度来计算待测VMS显示信息量的参考值的方法，主要针对城市道路的VMS。

本实施例所述定义字符单位为个，所述驾驶员实际信息情况按待测VMS显示信息量的计算方法进行量化，所述待测VMS显示信息量的计算公式为：

I_i＝n·I_s+m·I_s′

其中：I_i表示标志i的现状信息量计算值，单位为bit；n表示可单独表述含义的元素的个数；I_s表示单个字符所提供的信息量，单位为bit；m表示需组合表达标志含义的元素组合个数；I_s′表示各组合对应元素类型的平均信息量。

本实施例中一定车速下驾驶员对某一信息量的标志完成视认后的信息量按照信息获取度公式计算，具体如下：

G＝β·X

其中，G表示驾驶员单位视认时间的信息获取度；X表示外部干扰折减系数矩阵，包括交通环境干扰影响和标志理论信息量影响；β表示待标定参数矩阵。数据是通过对驾驶员实测试验获得的。

所述VMS信息利用度计算公式为：

其中，T_STM表示满足某一信息获取度下，驾驶员短时记忆保存时间，单位为s；

α表示驾驶员短期记忆折减因子；

γ表示驾驶员短期记忆遗忘因子，

与驾驶员自身属性相关。

所述单个字符所提供的信息量的大小计算公式为：

I_s＝log₂ ^|N|

其中：I_s表示单个字符所提供的信息量，单位为bit；N表示字符集的大小。

所述单一元素与组合元素是指：可单独表述含义的元素指不需组合即能清晰表达所示含义的元素，例如颜色、图片等；元素组合指需要多个同类元素共同组合才能表达标志所示含义，例如路名信息、安全信息等。

构建出这个模型后，就可以根据这个公式计算某一选定的驾驶员对可变标志内容短时记忆保存时间所对应的信息获取度G，将该可变标志所在路段的设计车速带入信息获取度G，就可求得该可变标志显示信息量大小的参考值。

实施例2

如图1所示，本实施例提供的城市可变信息标志信息量计算方法，包括以下步骤：

S1、对待测VMS显示信息量进行量化；

本实施例中依据现状，将交通标志显示内容分为八类，包括汉字、英文字母、阿拉伯数字、颜色、几何图形、倾斜角、图片或符号、中文拼音符号，运用公式I_s＝log₂ ^|N|计算得到各元素等概率出现时所包含的单位信息量。

基于实地调查中VMS布设的实际情况及试验目的，随机选取符合国标的VMS为待测标志，根据待测VMS显示内容将其分为可独立表述含义类和需组合表示含义类，并按照VMS显示信息量计算公式来计算待测VMS总信息量。

例如：“南区路缓行”的信息量由南区路和缓行组成，因此总信息量为11.29×2＝22.58bit。

交通标志中各元素信息量取值如下表所示：

S2、获取多个试验者在实际驾驶中对每块待测VMS信息获取情况；

试验者以熟悉的驾驶习惯安全行驶于试验路段上并对待测标志进行视认，随车记录员记录此段时间内的行驶车速，视认结束后，随车记录员询问试验者信息获取情况并记录。通过试验获取多个试验者对每一块待测VMS在视认时间内可获取信息量数据，其中，视认时间内信息获取量数据是指试验者从首次可清晰视认待测VMS至试验者无法看到待测VMS这段时间内获取的信息量。例如：试验者从看到“南区路缓行、石板坡立交拥堵”到完成视认后试验者复述出“南区路缓行”内容，此时试验者信息获取量为22.58bit。

S3、根据所述实际信息获取量数据，对驾驶员实际信息获取量与VMS显示信息量、行驶车速进行数据拟合；

获得多个试验者对每一块待测VMS的实际获取信息量数据后，运用matlab与origin对实测信息获取度数据与标志信息量和交通环境干扰进行相关分析，试验者在试验时间内信息获取程度与标志信息量和交通环境干扰的相关关系：

G＝[0.1312+0.022x₁-0.0015x₂-0.0014x₁ ²+(2.6975E-06)x₂ ²]

其中：G表示驾驶员视认1s后的信息获取程度；x₁表示交通环境干扰影响，用速度代表，单位为m/s；x₂表示标志信息量干扰影响，即标志现状信息量I_i，单位为bit。

根据图2所示可知，模型结果虽然略高于实测情况，但在0.05的显著水平下，双样本t检验无显著差异，表明VMS信息获取度量化模型计算结果与实际情况较相符，可用此模型计算不同车速、信息量对驾驶员信息获取程度。

S4、根据驾驶员信息获取度，以驾驶员短时记忆保存时间为指标，对VMS信息利用度进行量化；

试验开始前，告知试验者注意行驶过程中的VMS，尽量记忆其内容；试验者以适应当时交通环境的安全车速行驶于试验路段中，并对待测标志进行视认；随车记录员随机选取短时记忆统计调查时间(1-60s内)，记录各时间段内的行驶车速，并于各调查时刻由试验者向随车记录员复述标志的记忆情况。

对实测试验者短时记忆情况统计数据运用origin进行相关分析，对信息利用度模型

中的参数进行标定，参数α∈(1.1868±0.02544)，γ∈(0.39137±0.00937)，模型R²为0.99，SSE为0.721％，模型拟合效果良好，VMS信息利用度公式计算结果与实际情况较相符，可用信息利用度公式获得VMS需驾驶员短时记忆保存时间内的信息获取度，再根据信息获取度公式求得与当前道路设计车速相匹配的VMS显示信息量参考值。

试验者可以根据需求进行选择，为保证获得的信息获取量的准确性，本实施例中试验者长期身体健康，视力均正常或矫正视力正常，都持有有效的中国驾照，满足驾驶员的基本条件，暂不考虑特殊人群，其余对试验有一定程度影响的因素暂未考虑。试验者对待测标志的内容不熟悉，且未参加过类似试验，不了解试验意图。试验者的数量也可根据需要进行选取，本发明实施例不做具体限制。

VMS版面的字符大小、亮度、高度等设计参数符合现行国家标准，可单独表述含义的元素指不需组合即能清晰表达所示含义的元素，例如颜色、图片等；元素组合指需要多个同类元素共同组合才能表达标志所示含义，例如路名信息、安全信息等，用短时记忆时间对VMS信息利用度进行量化是指在满足某一信息获取度的情况下驾驶员对该信息量的信息可保存的短时记忆时间。

实施例3

本实施例提供的基于信息利用度的可变标志信息发布系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器与存储器通信连接；所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

计算待测VMS显示信息量大小；

获取多个试验者在实际驾驶中对每块待测VMS的实际信息获取量数据；

根据所述实际信息获取量数据，计算实际驾驶中驾驶员信息获取度；

根据驾驶员信息获取度，以驾驶员短时记忆保存时间为指标，对VMS信息利用度进行量化；

构建VMS信息利用度量化模型；

根据VMS信息利用度量化模型计算驾驶员对可变标志内容短时记忆保存时间所对应的信息获取度G；

将可变标志所在路段的设计车速带入信息获取度G求得可变标志的VMS显示信息量大小的参考值；

发布VMS显示信息量大小的参考值。

所述待测VMS显示信息量按照以下公式进行计算：

I_i＝n·I_s+m·I_s′

其中：I_i表示标志i的现状信息量计算值，单位为bit；n表示可单独表述含义的元素的个数；I_s表示单个字符所提供的信息量，单位为bit；m表示需组合表达标志含义的元素组合个数；I_s′表示各组合对应元素类型的平均信息量。

所述实际信息获取量数据按照以下公式进行计算：

G＝β·X

其中：G表示实际驾驶中驾驶员单位视认时间的信息获取度；X表示外部干扰折减系数矩阵，包括交通环境干扰影响和标志理论信息量影响；β表示待标定参数矩阵。

所述VMS信息利用度的计算公式为：

其中，T_STM表示满足某一信息获取度下，驾驶员短时记忆保存时间，单位为s；

α表示驾驶员短期记忆折减因子；

γ表示驾驶员短期记忆遗忘因子；

表示驾驶员平均视认时间，单位为s的表示；

所述单个字符所提供的信息量的大小计算公式为：

I_s＝log₂ ^|N|

其中：I_s表示单个字符所提供的信息量，单位为bit；N表示字符集的大小。

本实施例提供的所述存储器有可能被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述步骤。

本实施例还可以提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述步骤。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (4)

1.一种基于信息利用度的可变标志信息发布方法，其特征在于：包括以下步骤：

对待测VMS显示信息量进行量化；

获取多个试验者在实际驾驶中对每块待测VMS的实际信息获取量数据；

根据所述实际信息获取量数据，计算实际驾驶中驾驶员信息获取度；

根据驾驶员信息获取度，以驾驶员短时记忆保存时间为指标，对VMS信息利用度进行量化；

构建VMS信息利用度量化模型；

还包括以下步骤：

根据VMS信息利用度量化模型计算驾驶员对可变标志内容短时记忆保存时间所对应的信息获取度G；

将可变标志所在路段的设计车速带入信息获取度G求得可变标志的VMS显示信息量大小的参考值；

发布VMS显示信息量大小的参考值；

所述对待测VMS显示信息量进行量化按照以下公式进行计算：

I_i＝n·I_s+m·I_s′

其中：I_i表示标志i的现状信息量计算值，单位为bit；n表示可单独表述含义的元素的个数；I_s表示单个字符所提供的信息量，单位为bit；m表示需组合表达标志含义的元素组合个数；I_s′表示各组合对应元素类型的平均信息量；

所述实际信息获取量数据按照以下公式进行计算：

G＝β·X

G＝[0.1312+0.022x₁-0.0015x₂-0.0014x₁ ²+(2.6975E-06)x₂ ²]

其中：G表示信息获取度；X表示外部干扰折减系数矩阵，包括交通环境干扰影响和标志理论信息量影响；β表示待标定参数矩阵；

x₁表示交通环境干扰影响，用速度代表，单位为m/s；x₂表示标志信息量干扰影响，即标志现状信息量I_i，单位为bit。

2.根据权利要求1所述的基于信息利用度的可变标志信息发布方法，其特征在于，所述VMS信息利用度的计算公式为：

其中，α表示驾驶员短期记忆折减因子；

γ表示驾驶员短期记忆遗忘因子；

表示驾驶员平均视认时间，单位为s的表示。

3.根据权利要求1所述的基于信息利用度的可变标志信息发布方法，其特征在于，所述单个字符所提供的信息量的大小计算公式为：

I_s＝log₂ ^|N|

其中：I_s表示单个字符所提供的信息量，单位为bit；N表示字符集的大小。

4.一种基于信息利用度的可变标志信息发布系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器与存储器通信连接；其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

对待测VMS显示信息量进行量化；

获取多个试验者在实际驾驶中对每块待测VMS的实际信息获取量数据；

获取实际驾驶中驾驶员信息获取度；

根据驾驶员信息获取度，以驾驶员短时记忆保存时间为指标，对VMS信息利用度进行量化；

构建VMS信息利用度量化模型；

还包括以下步骤：

根据VMS信息利用度量化模型计算驾驶员对可变标志内容短时记忆保存时间所对应的信息获取度G；

将可变标志所在路段的设计车速带入信息获取度G求得可变标志的VMS显示信息量大小的参考值；

发布VMS显示信息量大小的参考值；

所述对待测VMS显示信息量进行量化按照以下公式进行计算：

I_i＝n·I_s+m·I_s′

其中：I_i表示标志i的现状信息量计算值，单位为bit；n表示可单独表述含义的元素的个数；I_s表示单个字符所提供的信息量，单位为bit；m表示需组合表达标志含义的元素组合个数；I_s′表示各组合对应元素类型的平均信息量；

所述信息获取度按照以下公式进行计算：

G＝β·X

G＝[0.1312+0.022x₁-0.0015x₂-0.0014x₁ ²+(2.6975E-06)x₂ ²]

其中：G表示信息获取度；X表示外部干扰折减系数矩阵，包括交通环境干扰影响和标志理论信息量影响；β表示待标定参数矩阵；

x₁表示交通环境干扰影响，用速度代表，单位为m/s；x₂表示标志信息量干扰影响，即标志现状信息量I_i，单位为bit；

所述VMS信息利用度的计算公式为：

其中，α，表示驾驶员短期记忆折减因子；

γ表示驾驶员短期记忆遗忘因子，

表示驾驶员平均视认时间，单位为s的表示；

所述单个字符所提供的信息量的大小计算公式为：

I_s＝log₂ ^|N|

其中：I_s表示单个字符所提供的信息量，单位为bit；N表示字符集的大小。

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