Driver Attention Assessment from Gaze and Situational Variables
Creators: name: Schmitt, Felix Martin
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2018
Subjects: POMDP
Inverse Optimal Control
Driver Attention
Driver Distraction
Driver Assistance System
Intelligent Vehicles
Sensor Scheduling
Optimal Control

description: Fahrer, die der Fahrsituation nicht genügend Aufmerksamkeit widmen, stellen eine Gefahr für die Verkehrssicherheit dar. Dies liegt daran, dass in diesem Fall das Fahrvermögen der Betroffenen deutlich verringert ist, was in Folge zu einem erhöhten Unfallrisiko führt. Deshalb versprechen Systeme, die die Fahreraufmerksamkeit automatisch beurteilen und entsprechend warnen oder eingreifen können, eine große Verbesserung der Verkehrssicherheit. Hierbei ist aber eine genaue und echtzeitfähige Beurteilung der Fahreraufmerksamkeit bezüglich des damit verbundenen Unfallrisikos erforderlich.
Diese Dissertation führt eine neue Methode zur Beurteilung von Fahreraufmerksamkeit im situativen Kontext ein. Es wird vorgeschlagen angemessenes Blickverhalten durch Blickstrategien in einem entscheidungstheoretischen Formalismus festzulegen. In diesem Ansatz werden Modelle der Fahrsit- uation sowie der Wahrnehmung und der Fahrzeugführung des Fahrers verwendet. Bisherige Arbeiten beurteilen Fahreraufmerksamkeit zumeist alleine anhand Fahr- und Blickverhaltens. Ein deutlicher Nachteil ist dabei, dass somit das Zusammenspiel aus Fahrerverhalten, Fahrsituation und Unfallrisiko vernachlässigt wird. Das ist umso gravierender, da bekannt ist, dass erfahrene Fahrer an die Fahrsituation abgestimmte Blickstrategien zeigen, die die Beeinträchtigung ihrer Fahrleistung abmildern können. Ähnliche Blickstrategien enstehen auf natürliche Art und Weise aus dem gewählten entscheidungstheoretischen Ansatz.
In der Arbeit wird der entscheidungstheoretische Ansatz beispielhaft an der Fahraufgabe des Spurhaltens untersucht. Hier wird auf die Modellbildung, die Echtzeitberechnung, die passende Parametrisierung sowie auf die Evaluierung der Methode in der Anwendung in einem neuen Warnsystem eingegangen.
Zuerst wird die Aufgabe des Spurhaltens bei einer Nebenaufgabe, die um die visuelle Aufmerksamkeit konkurriert, modelliert. Dazu wird ein Partially Observable Markov Decision Process (POMDP) verwendet, der ein kinematisches Model der Fahraufgabe, ein Model der sensorischen Eigenschaften des Fahrers sowie ein Modell der Nebenaufgabe enthält. Danach wird die Berechnung von Strategien in dem POMDP untersucht. Diese Strategien dienen dazu das angemessene Blickverhalten festzulegen. Schließlich wird die Wirklichkeitstreue dieser Strategien überprüft und der erforderliche Rechenaufwand analysiert.
Zweitens wird die Wahl einer passenden Belohnungsfunktion betrachtet. Diese ist deswegen von Bedeutung, da sie schlussendlich das angemessene Blickverhalten festlegt. Es wird ein neues Verfahren der inversen optimalen Steuerung entwickelt, das es vermag Parameter der Belohnungsfunktion aus dem Verhalten erfahrener Fahrer zu schätzen. In einem Experiment im Realverkehr erhobenes Fahrerverhalten wird benutzt um die entwickelte Methode hinsichtlich der Genauigkeit in der Verhaltensvorhersage zu prüfen.
Die vorliegende Arbeit untersucht drittens die Schätzung von Modellen der sensorischen Eigenschaften von Fahrern. Dazu wird der erste allgemeine Ansatz für dieses Inferenzproblem in sequenziellen Entscheidungsproblemen vorgestellt. Darauffolgend wird eine Umsetzung des Ansatzes für den vorherig eingeführten POMDP entwickelt. Das resultierende Verfahren wird mittels Fahrverhaltensdaten aus einem weiteren Fahrversuch geprüft.
Schließlich wird viertens die Entwicklung eines Warnsystems und dessen Einbindung in ein Versuchsfahrzeug verfolgt. Das System zielt darauf ab den Fahrer bei der Aufrechterhaltung von genügen Aufmerksamkeit zu unterstützen. In einem abschließenden Nutzertest wird das entwickelte System mit einem Warnsystem nach dem aktuellen Stand der Technik verglichen, wobei sowohl die Akzeptanz durch die Nutzer als auch die Auswirkungen auf die Fahrleistung untersucht werden.
Im Ganzen verdeutlicht diese Arbeit die Umsetzbarkeit und die Vorteile des verfolgten Ansatzes des angemessenen Blickverhaltens für die automatische Bewertung von Fahreraufmerksamkeit. Es wurde gezeigt, dass der benötigte Rechenaufwand eine Echtzeitanwendung zulässt und dass geeignete Modellparameter automatisch geschätzt werden können. Schließlich wurde die Verbesserung eines Ablenkungswarnsystems belegt. Folglich stellt die Methodologie, die in dieser Arbeit eingeführt wurde, einen vielversprechenden neuen Ansatz zur Bewertung von Fahreraufmerksamkeit dar, der die Probleme des aktuellen Standes der Technik vermeidet.