Hierarchical pedestrian behavior model with anticipation

Abstract

보행자 모델은 사람들에게 편리한 보행 환경을 제공하고 안전한 시설물을 설계하기 위한 중요한 기초 자료이다. 보행자 행태를 표현하기 위한 다양한 노력 중에서도 보행자 행태를 진로 계획 단계와 이동 단계로 계층화 한 접근법은 복합적인 보행자의 행태에 접근하기 위한 기초 틀로 많은 연구에 쓰이고 있다. 최근에는 인간의 중요한 인지 반응 중 하나인 예측 행동을 보행 모델에 적용하기 위한 노력도 주목 받고 있다. 선행 연구에서는 예측 행동을 이동 단계에서 고려하여 예측 행동이 보행 모델에서의 영향을 수치적으로 분석하였다. 하지만 실제로 사람은 이동 중에서 뿐만 아니라 진로를 계획함에 있어서도 자신의 예측을 적용한다. 따라서, 본 논문은 기존 모델의 한계점을 보완하기 위해, 첫째로 예측 행동을 고려한 계층적 보행자 행태 모델을 개발하고, 둘째로 모의 실험을 통해 제안하는 모델을 검증하고 예측 효과를 분석하였다. 본 논문에서 제안하는 계층적 보행자 행태 모델은 1) 예상 점유 지도 기반의 진로 계획 모델(EPP) 2) 예측적 진로 계획 수정 모델(APC)과 3) 예측적 힘 기반 모델(AF)으로 구성된다. EPP 모델은 예측 과정을 예상 점유 지도에 표현하여 모델 속 보행자들이 잠재적인 충돌을 전제로 진로를 계획하게 하고, APC 모델은 진로 계획이 없는 경우의 자신의 잠재적인 궤도를 예상하여 보다 더 효율적인 방향으로 진로로 수정하며, 마지막으로 AF 모델은 기존 힘 기반 모델을 수정한 이동 모델로서, 잠재적인 충돌을 예상하여 그에 맞는 반발력을 생성하며 목표한 위치로 보행자를 이동시킨다. 이들 모델을 검증하기 위한 모의 실험은 크게 이동 궤적 검증과 계층적 모델 검증으로 나뉜다. 먼저, 보행자들의 이동 궤적 검증은 예측 효과를 이동 모델에 적용한 AF 모델과 기존 힘 기반 모델의 궤적 비교를 통해 이루어진다. 다음으로 계층적 모델 검증을 위하여 APC 모델과 AF 모델을 결합한 통합 모델과, EPP 모델과 AF 모델을 결합한 또 다른 통합 모델을 제안한다. 보행자 이동 궤적 분석으로 각 통합 모델을 검증하고 예측 효과를 수칙적으로 분석한다. 그 결과 예측 효과가 진로 계획 단계에서 고려되지 않은 모델에 비해 본 논문에서 제안하는 모델이 보다 이동 거리가 짧고 충돌 위험이 적은 이동 궤적을 그린다. 그러나 밀도가 매우 높은 환경에서는 모의 실험 결과에서 예측 효과가 검증되지 않았으므로, 밀도가 높은 군중 속 보행자 행태 모델에 대한 연구가 추가적으로 요구된다. 그에 더해, 실제 보행자 자료를 분석하여 보다 다양하고 실질적인 인적 요소를 고려하는 것 또한 추가적인 연구로서 필요하다. 마지막으로 본 논문의 보행자 모델은 로봇 및 무인 항공기 진로 계획 모델에 적용 가능하며, 그 중 EPP 모델은 정보 교류가 가능한 환경에서, APC 모델은 선행 정보가 없는 환경에서 활용할 수 있다.