How do pedestrians choose their paths within city street networks? Human path planning has been extensively studied at the aggregate level of mobility flows, and at the individual level with strictly designed behavioural experiments. However, a comprehensive, individual-level model of how humans select pedestrian paths in real urban environments is still lacking. Here, we analyze human path planning behaviour in a large dataset of individual pedestrians, whose GPS traces were continuously recorded as they pursued their daily goals. Through statistical analysis we reveal two robust empirical discoveries, namely that (1) people increasingly deviate from the shortest path as the distance between origin and destination increases, and (2) individual choices exhibit direction-dependent asymmetries when origin and destination are swapped. In order to address the above findings, which cannot be explained by existing models, we develop a vector-based navigation framework motivated by the neural evidence of direction-encoding cells in hippocampal brain networks, and by behavioural evidence of vector navigation in animals. Modelling pedestrian path preferences by vector-based navigation increases the model's predictive power by 35%, compared to a model based on minimizing distance with stochastic effects. We show that these empirical findings and modelling results generalise across two major US cities with drastically different street networks, suggesting that vector-based navigation is a universal property of human path planning, independent of specific city environments. Our results offer a simple, unified explanation of numerous findings about human navigation, and posit a computational mechanism that may underlie the human capacity to efficiently navigate in environments at various scales.


翻译:通过统计分析,我们发现两个强有力的实证发现,即:(1)随着来源和目的地之间的距离增加,人行道路规划在总体流动流量水平上以及个人层面经过严格设计的行为实验进行了广泛研究;然而,一个全面的、个人层面的模型,说明人类如何在真实的城市环境中选择行人道路仍然缺乏。在这里,我们分析个人行人在大型数据集中的路径规划行为,这些行人在追求日常目标时不断记录其全球定位系统的痕迹;通过统计分析,我们发现两个强有力的实证发现,即:(1)随着来源和目的地之间的距离增加,人们越来越偏离最短路径;(2)个人选择显示在来源和目的地进行交换时,方向依赖方向的不对称。然而,为了应对上述无法用现有模型解释的发现,我们开发了一个全面的、基于病媒的导航框架,这是由在河马运动网络中方向分明的细胞的神经证据所驱动的;通过基于病媒导航的模拟行人行道偏好,使模型的预测力增加35 %,而模型则基于尽可能缩短距离的模型,在来源和目的地之间互测效果。我们展示的是,在两个主要城市的行驶网络中,这些经验发现并模拟了人类行进能力分析了人类行进环境的基本结果。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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