一種基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法包括以下步驟：(1)選擇交通沖突頻繁的道路口收集行人車輛的位置坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算{TTC；TAdv；DST}數(shù)據(jù)，利用K?均值聚類方法，以點(diǎn)到聚類中心的歐氏距離之和作為測度，對(duì)TTC、TAdv和DST參數(shù)進(jìn)行聚類分析，得到聚類中心。根據(jù)聚類中心的參數(shù)值劃分安全、一般危險(xiǎn)和危險(xiǎn)的交通沖突；(2)對(duì)基于TDTC的瞬時(shí)沖突安全變量的計(jì)算方法和沖突過程安全性的判斷方法進(jìn)行修正，將多參數(shù)修正結(jié)果作為修正因子M加入到?jīng)_突過程安全函數(shù)f1中，得到修正的沖突過程安全函數(shù)f2；(3)計(jì)算修正的沖突過程安全因子SPF2，得到?jīng)_突安全級(jí)別。
【專利說明】
一種基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及道路交通安全的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于多參數(shù)的交通沖突安全性 分析的修正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于交通參數(shù)的客觀性、實(shí)時(shí)性和完善性，以及行人檢測技術(shù)的成熟，行人與車輛 沖突的識(shí)別與評(píng)價(jià)主要是通過對(duì)行人車輛的交通運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行建模與分析而計(jì)算得到的。 最主要的交通參數(shù)包括：TTC (碰撞時(shí)間，Time to Co 11 i S i on )、I3ET (后侵占時(shí)間，Po St Encroachment Time)、GT(時(shí)間間隙，Gap Time)、TAdv(時(shí)間優(yōu)勢(shì)，Time Advantage)等?？梢?選擇其中一個(gè)或多個(gè)作為評(píng)價(jià)因素對(duì)交通沖突進(jìn)行建模與分析。
[0003] 基于此，研究和設(shè)計(jì)具有更強(qiáng)的沖突安全刻畫能力的交通參數(shù)和相應(yīng)的分析方 法，提高安全性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度，更是對(duì)完善道路交通安全保障、減少人們生命財(cái)產(chǎn)損失具有 重要意義。
[0004] 在眾多分析方法中，性能比較出色的是基于TDTC(沖突時(shí)間差，Time Difference to Collision)的沖突安全性評(píng)價(jià)方法。TDTC的定義為:在t時(shí)刻，預(yù)計(jì)行人車輛保持當(dāng)前運(yùn) 動(dòng)方向和速率不變，從當(dāng)前位置起，行人到達(dá)軌跡交點(diǎn)（潛在沖突點(diǎn)）與車輛到達(dá)軌跡交點(diǎn) 所用時(shí)間之差就是t時(shí)刻的TDTC參數(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是能夠在一個(gè)完整的沖突過程中表征每一個(gè) 時(shí)刻沖突雙方的瞵時(shí)危隱件"計(jì)笪方法加下 ；
[0005]
[0006] 其中：
[0007] (l)Dvx(t)表示t時(shí)刻車輛位置到潛在沖突點(diǎn)的距離；
[0008] (2)Dpx(t)表示t時(shí)刻行人位置到潛在沖突點(diǎn)的距離；
[0009] (3)Vv(t)表示t時(shí)刻車輛的速率；
[0010] (4)Vp(t)表示t時(shí)亥Ij行人的速率。
[0011] TDTC越接近0,沖突雙方到達(dá)沖突地點(diǎn)的時(shí)間差越小，二者瞬時(shí)越危險(xiǎn)。
[0012]下面介紹基于TDTC的沖突安全性評(píng)價(jià)過程：
[0013] 1.定義瞬時(shí)沖突安全變量X。
[0014]
[0015]當(dāng)TDTC處于危險(xiǎn)區(qū)間時(shí)，X=I，表示行人車輛沖突在該時(shí)刻是瞬時(shí)危險(xiǎn)的。否則，X =0,該時(shí)刻是瞬時(shí)安全的。
[0016] 2.在一個(gè)沖突過程中，行人和車輛雙方均會(huì)做出避讓行為，這就導(dǎo)致瞬時(shí)沖突安 全變量X無法說明整個(gè)沖突過程的安全性。因此，為了對(duì)整個(gè)沖突過程進(jìn)行分析并識(shí)別危險(xiǎn) 沖突，引入沖突過程安全因子(SPF,Safety Performance Factor)進(jìn)行沖突過程分析。以 0.4秒為時(shí)間間隔，對(duì)沖突結(jié)束(發(fā)生碰撞或者雙方安全)時(shí)刻之前的3到4個(gè)時(shí)刻進(jìn)行分析， 即我們通過對(duì)連續(xù)四個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)沖突安全變量的分析來確定整個(gè)沖突過程的安全性。定 義沖突過程安全函數(shù)fu
[0017]
[0018] 其中，Xi為i時(shí)刻的瞬時(shí)沖突安全變量；EiXi為連續(xù)4個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)沖突安全變量 之和;Σ?Π!+ 2 Xi用來衡量瞬時(shí)危險(xiǎn)沖突(Xi= 1)連續(xù)出現(xiàn)三次的次數(shù)。
[0019] 沖孿忖耜安仝田子SPFj$照下式計(jì)算。
[0020]
[0021] SPF1等于1、2、3就分別表示了安全的沖突過程、一般危險(xiǎn)的沖突過程和危險(xiǎn)的沖 突過程。
[0022]這個(gè)方法的局限是TDTC參數(shù)不能很好地表征車輛行人的速度對(duì)沖突安全性的影 響。TDTC僅僅考慮到?jīng)_突雙方到達(dá)沖突地點(diǎn)的時(shí)間差，而沒有考慮到?jīng)_突雙方真正到達(dá)沖 突點(diǎn)還需耗費(fèi)的時(shí)間，即留給沖突雙方的反應(yīng)和避讓時(shí)間，而這是一個(gè)影響沖突結(jié)果的重 要因素。因此，這種計(jì)算方法會(huì)給沖突安全性分析帶來誤差。
[0023]因此希望有一種基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法可以克服或至少 減輕現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法來克 服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。
[0025] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法 包括以下步驟：
[0026] (1)選擇交通沖突頻繁的道路口收集行人車輛的位置坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算{TTC; TAdv;DST}數(shù)據(jù)，利用K-均值聚類方法，以點(diǎn)到聚類中心的歐氏距離之和作為測度，對(duì)TTC、 TAdv和DST參數(shù)進(jìn)行聚類分析，得到聚類中心。根據(jù)聚類中心的參數(shù)值劃分安全、一般危險(xiǎn) 和危險(xiǎn)的交通沖突；
[0027] (2)對(duì)基于TDTC的瞬時(shí)沖突安全變量的計(jì)算方法和沖突過程安全性的判斷方法進(jìn) 行修正，將多參數(shù)修正結(jié)果作為修正因子M加入到?jīng)_突過程安全函數(shù)中，得到修正的沖突 過程安全函數(shù)f2;
[0028] (3)計(jì)算修正的沖突過程安全因子SPF2,得到?jīng)_突安全級(jí)別。
[0029] 優(yōu)選地，所述步驟（1)中的TTC表示碰撞雙方到達(dá)碰撞點(diǎn)所需的時(shí)間，所述碰撞雙 方到達(dá)碰撞點(diǎn)所需的時(shí)間為沖突發(fā)生時(shí)留給沖突雙方的避讓時(shí)間，所述TTC越大，所述沖突 雙方的避讓時(shí)間越長，沖突越安全，等同于車輛速度較小時(shí)的情況;所述TTC越小，所述沖突 雙方的避讓時(shí)間越短，沖突越危險(xiǎn)，等同于車輛速度較大時(shí)的情況。
[0030] 優(yōu)選地，所述步驟（1)中的TAdv用于衡量在沖突雙方不會(huì)發(fā)生碰撞的情況下，TTC 近似計(jì)算給安全性分析帶來的誤差，所述TAdv越大，近似的TTC誤差越大，所述TAdv越小，越 可能相撞，近似的TTC誤差越小，對(duì)TAdv和TTC進(jìn)行綜合分析，能夠提高估計(jì)避讓時(shí)間的準(zhǔn)確 性。
[0031]優(yōu)選地，所述步驟（1)中的DST用于減少TTC近似計(jì)算中的誤差，所述DST只與車輛 的行為有關(guān)，所述DST表示車輛在沖突過程中的避讓能力，所述DST越小，說明車輛為了在沖 突地點(diǎn)達(dá)到安全速度所需的最小加速度越小，避撞越容易，沖突越安全;所述DST越大，車輛 為了在沖突地點(diǎn)達(dá)到安全速度所需最小加速度越大，沖突是危險(xiǎn)的。
[0032]優(yōu)選地，所述步驟（1)中的DST表示車輛的避讓能力來影響沖突安全性，所述步驟 (1)中的TTC表示沖突雙方的避讓時(shí)間來影響沖突安全性，結(jié)合所述步驟（1)中的DST和TTC 實(shí)現(xiàn)所述避讓能力和避讓時(shí)間二者的結(jié)合。
[0033] 優(yōu)選地，所述步驟(2)中修正因子M為：
[0034]
[0035] 其中Mi表示在i時(shí)刻的多參數(shù)修正因子，m(i)表示在i時(shí)刻(TTC，TAdv，DST)的三維 空間坐標(biāo)
分別是危險(xiǎn)、一般危險(xiǎn)、安全的沖突下(TTC，TAdv，DST)點(diǎn)群中心的三維空間坐標(biāo)，需要通過 收集沖突數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析計(jì)算得到。
[0036] 優(yōu)選地，所述步驟(2)中的沖突過程安全函數(shù)f2:
[0037]
[0038] 其中，Xi為i時(shí)刻的瞬時(shí)沖突安全變量；EiXi為連續(xù)4個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)沖突安全變量 之和;Σ? Π?+2 Xi用來衡量瞬時(shí)危險(xiǎn)沖突(Xi = 1)連續(xù)出現(xiàn)三次的次數(shù)。
[0039] 優(yōu)選地，所述步驟(3)中的修正的沖突過程安全因子SPF2按照下式計(jì)算：
[0040]
[0041]因此，SPF2等于1、2、3就分別表示了安全的沖突過程、一般危險(xiǎn)的沖突過程和危險(xiǎn) 的沖關(guān)過程。
[0042] 本發(fā)明提出一種于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法，本發(fā)明的于多參數(shù) 的交通沖突安全性分析的修正方法利用多個(gè)其他交通參數(shù)對(duì)瞬時(shí)沖突安全變量的計(jì)算方 法和沖突過程安全性的判斷方法進(jìn)行修正，提高基于TDTC的沖突安全性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確程度。
【附圖說明】
[0043] 圖1是行人車輛相對(duì)運(yùn)動(dòng)類型Α。
[0044] 圖2是行人車輛相對(duì)運(yùn)動(dòng)類型B。
[0045] 圖3是行人車輛相對(duì)運(yùn)動(dòng)類型C。
[0046] 圖4是行人車輛相對(duì)運(yùn)動(dòng)類型D。
[0047] 圖5是行人車輛相對(duì)運(yùn)動(dòng)類型A的沖突分析實(shí)驗(yàn)。
[0048] 圖6是行人車輛相對(duì)運(yùn)動(dòng)類型B的沖突分析實(shí)驗(yàn)。
[0049] 圖7是行人車輛相對(duì)運(yùn)動(dòng)類型C的沖突分析實(shí)驗(yàn)。
[0050] 圖 8是 TTC-TAdV-DST聚類結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中 的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類 似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明 一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用 于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下 面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0052]在本發(fā)明一寬泛實(shí)施例中：基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法包括以 下步驟：
[0053] (1)選擇交通沖突頻繁的道路口收集行人車輛的位置坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算{TTC; TAdv;DST}數(shù)據(jù)，利用K-均值聚類方法，以點(diǎn)到聚類中心的歐氏距離之和作為測度，對(duì)TTC、 TAdv和DST參數(shù)進(jìn)行聚類分析，得到聚類中心。根據(jù)聚類中心的參數(shù)值劃分安全、一般危險(xiǎn) 和危險(xiǎn)的交通沖突；
[0054] (2)對(duì)基于TDTC的瞬時(shí)沖突安全變量的計(jì)算方法和沖突過程安全性的判斷方法進(jìn) 行修正，將多參數(shù)修正結(jié)果作為修正因子M加入到?jīng)_突過程安全函數(shù)A中，得到修正的沖突 過程安全函數(shù)f2;
[0055] (3)計(jì)算修正的沖突過程安全因子SPF2,得到?jīng)_突安全級(jí)別。
[0056] 如圖1-4所示，按照行人速度是否與車輛速度平行、行人是否處于車輛運(yùn)行前方軌 跡區(qū)域內(nèi)和行人運(yùn)行軌跡是否與車輛運(yùn)行軌跡相交的三個(gè)原則，將行人車輛的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān) 系分為A、B、C、D四大基本類。
[0057]如圖5-7所示，對(duì)附圖1-3中行人車輛存在沖突的A、B、C三類情形下正確分析沖突 的準(zhǔn)確性，由于能夠完備地考慮沖突雙方避讓機(jī)會(huì)對(duì)沖突安全性的影響，準(zhǔn)確率較原始的 TDTC分析方法有顯著提高。
[0058]實(shí)施例1:基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法包括以下步驟：
[0059] 1.首先，在交通沖突頻繁的道路口收集一個(gè)月內(nèi)3000條{TTC; TAdv; DST}數(shù)據(jù)。利 用K-均值聚類方法，以點(diǎn)到聚類中心的歐氏距離之和作為測度，對(duì)TTC、TAdv和DST參數(shù)進(jìn)行 聚類分析，得到聚類分析的結(jié)果如附圖8所示，其中：
[0060] ⑴三角形點(diǎn)群:TTC和TAdv較小，DST較大，表明車輛和行人不僅有很大可能在沖突 點(diǎn)相撞，而且留給二者反應(yīng)進(jìn)行避讓的時(shí)間很短，車輛為了避撞要施加較大的加速度，這樣 的沖突是十分危險(xiǎn)的。該點(diǎn)群的中心是m 10二（1.73,1.03,1.04);
[0061] ⑵方形點(diǎn)群:TTC較大，TAdv和DST很小，表明車輛和行人雖然有較大可能相撞，但 是留給二者反應(yīng)進(jìn)行避讓的時(shí)間較長，而且車輛為了避撞只需施加少許加速度。這樣的沖 突在二者積極避讓的情況下是安全的，但也有可能因?yàn)橄麡O的避讓行為轉(zhuǎn)換成1)情況，因 此判定沖突為一般危險(xiǎn)。該點(diǎn)群的中心是= (5.34,1.01,0.49);
[0062]⑶圓形點(diǎn)群:TTC、TAdv較大，DST很小，表明車輛和行人不僅相撞可能性低，距離沖 突點(diǎn)的時(shí)間還很長，二者有相當(dāng)充裕的時(shí)間進(jìn)行避讓，車輛為了避撞只需施加少許加速度。 這種沖突是安全的。該點(diǎn)群的中心是m 3〇 = 2.將M因子補(bǔ)充到?jīng)_突過程安全函數(shù)心中，得到多參數(shù)修正的沖突過程安全函數(shù) f2：
[0064]
[0065] 其中，XiMi為多參數(shù)修正后的i時(shí)刻瞬時(shí)沖突安全變量；EiXiM i為連續(xù)4個(gè)時(shí)刻的瞬 時(shí)沖突安全變量之和
用來衡量瞬時(shí)危險(xiǎn)沖突(XiMi = 1)連續(xù)出現(xiàn)三次的次 數(shù)。
[0066] 3.多參數(shù)修正的沖突過程安全因子SPF2按照下式計(jì)算。
[0067]
[0068] 因此，SPF2等于1、2、3就分別表示了安全的沖突過程、一般危險(xiǎn)的沖突過程和危險(xiǎn) 的沖關(guān)過程。
[0069] 最后需要指出的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制。盡 管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然 可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替 換;而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精 神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 選擇交通沖突頻繁的道路口收集行人車輛的位置坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算{TTC; TAdv;DST}數(shù)據(jù)，利用K-均值聚類方法，以點(diǎn)到聚類中心的歐氏距離之和作為測度，對(duì)TTC、 TAdv和DST參數(shù)進(jìn)行聚類分析，得到聚類中心。根據(jù)聚類中心的參數(shù)值劃分安全、一般危險(xiǎn) 和危險(xiǎn)的交通沖突； (2) 對(duì)基于TDTC的瞬時(shí)沖突安全變量的計(jì)算方法和沖突過程安全性的判斷方法進(jìn)行修 正，將多參數(shù)修正結(jié)果作為修正因子Μ加入到?jīng)_突過程安全函數(shù)^中，得到修正的沖突過程 安全函數(shù)f 2; (3) 計(jì)算修正的沖突過程安全因子SPF2,得到?jīng)_突安全級(jí)別。2. 如權(quán)利要求1所述的基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步驟（1)中的TTC表示碰撞雙方到達(dá)碰撞點(diǎn)所需的時(shí)間，所述碰撞雙方到達(dá)碰撞點(diǎn)所需的 時(shí)間為沖突發(fā)生時(shí)留給沖突雙方的避讓時(shí)間，所述TTC越大，所述沖突雙方的避讓時(shí)間越 長，沖突越安全，等同于車輛速度較小時(shí)的情況;所述TTC越小，所述沖突雙方的避讓時(shí)間越 短，沖突越危險(xiǎn)，等同于車輛速度較大時(shí)的情況。3. 如權(quán)利要求2所述的基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步驟（1)中的TAdv用于衡量在沖突雙方不會(huì)發(fā)生碰撞的情況下，TTC近似計(jì)算給安全性分 析帶來的誤差，所述TAdv越大，近似的TTC誤差越大，所述TAdv越小，越可能相撞，近似的TTC 誤差越小，對(duì)TAdv和TTC進(jìn)行綜合分析，能夠提高估計(jì)避讓時(shí)間的準(zhǔn)確性。4. 如權(quán)利要求3所述的基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步驟（1)中的DST用于減少TTC近似計(jì)算中的誤差，所述DST只與車輛的行為有關(guān)，所述DST 表示車輛在沖突過程中的避讓能力，所述DST越小，說明車輛為了在沖突地點(diǎn)達(dá)到安全速度 所需的最小加速度越小，避撞越容易，沖突越安全;所述DST越大，車輛為了在沖突地點(diǎn)達(dá)到 安全速度所需最小加速度越大，沖突是危險(xiǎn)的。5. 如權(quán)利要求4所述的基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步驟(1)中的DST表示車輛的避讓能力來影響沖突安全性，所述步驟(1)中的TTC表示沖突 雙方的避讓時(shí)間來影響沖突安全性，結(jié)合所述步驟（1)中的DST和TTC實(shí)現(xiàn)所述避讓能力和 避讓時(shí)間二者的結(jié)合。6. 如權(quán)利要求1所述的基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步驟(2)中修正因子Μ為：其中Mi表示在i時(shí)刻的多參數(shù)修正因子，m (i)表示在i時(shí)刻(TTC，TAd ν，DST)的三維空間 坐標(biāo)，面i = {卜-ffij01|2} H|m - ffii0丨丨2, i, j = 1，面!。焉〇,m3〇分 別是危險(xiǎn)、一般危險(xiǎn)、安全的沖突下(TTC，TAdv，DST)點(diǎn)群中心的三維空間坐標(biāo)，需要通過收 集沖突數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析計(jì)算得到。7. 如權(quán)利要求1所述的基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步驟(2)中的沖突過程安全函數(shù)f2:其中，Xi為i時(shí)刻的瞬時(shí)沖突安全變量；EiXi為連續(xù)4個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)沖突安全變量之和； 用來衡量瞬時(shí)危險(xiǎn)沖突(&=1)連續(xù)出現(xiàn)三次的次數(shù)。8.如權(quán)利要求1所述的基于多參數(shù)的交通沖突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步驟(3)中的修正的沖突過程安全因子SPF2按照下式計(jì)算：因此，SPF2等于1、2、3就分別表示了安全的沖突過程、一般危險(xiǎn)的沖突過程和危險(xiǎn)的沖 突過程。
【文檔編號(hào)】G06Q50/26GK106056975SQ201610619469
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月29日
【發(fā)明人】胡堅(jiān)明, 裴欣, 岳陽, 張毅, 鄭利民
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)