基于交通场面雷达的快速路交织区潜在交通冲突类型判析方法

摘要

本发明属于城市快速路交通管理技术领域，具体涉及一种基于交通场面雷达的快速路交织区潜在交通冲突类型判析方法。本发明包括以下步骤：在快速路交织区布设交通场面雷达，并设置好设备安装的高度和角度，并校准；获取交通场面雷达的实时数据；计算检测区域内运动目标两两之间的坐标系相对距离；判别运动目标存在潜在冲突；获得交通冲突类型。本发明利用交通场面雷达响应时间快、检测运动目标精度高、能够准确多目标跟踪的特点，能够在实现快速路交织区潜在交通冲突对象的在线甄别的同时，亦可实现对于交通冲突类型的在线计算及判断目的，从而不仅可实现未发生交通事故的预防效果，也能为已发生交通事故的责任认定提供精准的判断依据。

说明书

技术领域

本发明属于城市快速路交通管理技术领域，具体涉及一种基于交通 场面雷达的快速路交织区潜在交通冲突类型判析方法。

背景技术

潜在交通冲突是在可观测条件下，两个或两个以上交通元素运动轨 迹在同一时间、空间上相互接近或者交叉，如果至少其中一方采取避让 措施，如转换方向、突然停车等，则危险解除；否则的话，就会发生碰 撞，从而引发交通事故。在现实的交通环境中，潜在交通冲突的研究是 道路交通安全管理的重要环节。线性因果关系表明，交通事故和交通冲 突间存在着良好的线性关系。通过两运动目标运动轨迹的冲突角，可以 很好的判断出当前所监测的两行驶车辆间的冲突类型，从而能够实现其 在线甄选性和警示优先性。然而，由于目前观测方式大都依靠人工观测 或视频拍摄观测，手段落后而无法进行适时计算，进行在线警示以实现 事故风险规避就更不可能实现了。退一步说，姑且不论目前是否存在一 套可靠的冲突角计算方式，即使存在该类计算方式及设备，仅依靠路边 摄像头的全目标的海量数据获取，以进行庞大的适时流量的无目的海量 计算，并马上提供出判断结果显然更不现实。如何能够实现对于车辆的 在线甄选功能，以挑选和过滤出具备潜在交通冲突的车辆单位，并同步 实现其冲突类型的准确判断目的，最终一方面为提前预警和采取主动避 让措施等人为操作提供保证，以提升快速路的交通安全性；另一方面更 能为来不及警告而已发生交通事故的责任认定提供精准的判断依据，为 本领域近年来所亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效快捷的基于交通场面雷达的快速路 交织区潜在交通冲突类型判析方法，其能够在实现快速路交织区潜在交 通冲突对象的在线甄别的同时，亦可实现对于交通冲突类型的在线计算 及判断目的，从而不仅可实现未发生交通事故的预防效果，也能为已发 生交通事故的责任认定提供精准的判断依据。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于交通场面雷达的快速路交织区潜在交通冲突类型判析方 法，其特征在于包括以下步骤：

1)、在快速路交织区布设交通场面雷达，设置好设备安装的高度、 角度并校准；

2)、获取交通场面雷达的实时数据；实时数据包括时间戳参数以 及运动目标数据信息参数；于路面所处平面处建立坐标系，设立坐标原 点，以平行车道方向为X轴，以垂直车道方向为Y轴，该运动目标数据 信息参数至少包括：目标ID、目标与X轴间距y、目标与Y轴间距x；

3)、计算检测区域内不同目标ID的两两运动目标之间x轴的坐标 相对差S_x和y轴的坐标相对差S_y；设定两运动目标之间的危险距离阈值 S_xmin和S_ymin，判断S_x和S_y任一个低于上述最低距离阈值，则进入步骤4)； 如无，则继续该步骤；

4)、根据该两运动目标间在当前时间戳所处坐标位置和下一时间 戳所处坐标位置，通过正切函数计算获得该两运动目标运动轨迹的方向 角θ₁和θ₂，计算步骤如下：

a)、计算ID为A目标和ID为B目标的运动轨迹的斜率k₁,k₂；

令两个运动目标的坐标分别为：A(x₁,y₁),B(x₂,y₂),则

A’(x’₁,y₁’),B’(x’₂,y’₂)是A目标和B目标于相对当前时间戳的下一个时 间戳的位置坐标，则：

$k_1=\frac{{y_1}^{,}-y_1}{{x_1}^{,}-x_1},k_2=\frac{{y_2}^{,}-y_2}{{x_2}^{,}-x_2}$

b)、计算A目标和B目标的运动轨迹的方向角θ₁、θ₂：

θ₁＝arctank₁

θ₂＝arctank₂

由θ₁、θ₂，判断两个运动目标是否存在潜在交通冲突：若θ₁≠θ₂，即 存在潜在交通冲突，进入步骤5)；如θ₁＝θ₂，则继续返回步骤3)；

5)、以如下计算公式计算该两运动目标运动轨迹的冲突角θ：

θ＝arctan|(k₂-k₁)/(1+k₁k₂)|

其中，冲突角θ∈[0°，180°]；以所获得的上述冲突角，获知该快速路交 织区两运动目标潜在交通冲突类型。

所述步骤3)中，S_x和S_y的计算步骤如下：

S_x＝|x₁-x₂|，S_y＝|y₁-y₂|。

所述步骤3)中，两运动目标之间的危险距离阈值S_xmin和S_ymin计算公 式为：

S_xmin＝S_ymin＝vt_min

其中：

v为车辆在快速路交织区的正常行驶速度；

t_min为成年驾驶人的正常最小反应时间。

本发明的主要优点在于：本发明利用交通场面雷达响应时间快、检 测运动目标精度高、能够准确多目标跟踪的特点，依靠运算规则，通过 对两个运动目标的位置以及行驶轨迹来快速判别潜在交通冲突，从而起 到提前预警和视情况采取主动避让措施的功能，最终避免交通事故的发 生，并为快速路交通安全管理提供支撑。通过上述潜在交通冲突对象甄 别过程，其潜在交通冲突对象得到极大减少，并随之纳入冲突类型判断 步骤。通过其对于上述对象的冲突角计算，即可获得该两对象的具体交 通冲突类型。一方面，对于未发生交通事故，可通过该具体交通冲突类 型来进行优先性选择，从而优先警示更危险的横穿冲突和正向冲突，以 达到优先保护潜在高危冲突的目的。另一方面，对于来不及警示而已经 发生的交通冲突，通过数据溯源，也能为该事故的后期责任判断提供精 准依据，一举多得。

综上，本发明能够在实现快速路交织区潜在交通冲突对象的在线甄 别的同时，亦可实现对于交通冲突类型的在线计算及判断目的，从而不 仅可实现未发生交通事故的预防效果，也能为已发生交通事故的责任认 定提供精准的判断依据。

附图说明

图1为本发明的方法流程简图。

具体实施方式

为便于理解，此处结合图1对本发明的具体实施过程作以下进一步 描述：

基于交通场面雷达的快速路交织区潜在交通冲突类型分析方法，该 方法大体包括下列步骤：

1)、在快速路交织区布设交通场面雷达，并设置好设备安装的高 度和角度，并校准；

2)、获取交通场面雷达的实时数据；

3)、计算检测区域内运动目标两两之间的坐标系相对距离以及运 动轨迹的方向角；

4)、依据上述参数，判别运动目标是否存在潜在交通冲突；

5)、存在潜在交通冲突，则获取其冲突角，以便于判断该两运动 目标间所存在的潜在交通冲突类型。

在上述中，在快速路交织区布设交通场面雷达，需要设置好设备安 装的高度和角度，并校准，以保证交通场面雷达检测的精度。

在获取交通场面雷达的实时数据时，数据采集数量级是毫秒级。实 时数据包括时间戳参数和运动目标数据信息参数，其中，运动目标数据 信息参数至少应当包括：目标ID、X方向上的距离、Y方向上的距离。

计算检测区域内运动目标两两之间的坐标系相对距离是指两个运 动目标的x方向的坐标相对差和y方向的坐标相对差，分别记作S_x和S_y， 其包括以下步骤：

令两个运动目标的坐标分别为：A(x₁,y₁),B(x₂,y₂)，则A和B两个点 的坐标系相对距离为：S_x＝|x₁-x₂|，S_y＝|y₁-y₂|。

此外的，还需要设定车辆的危险间距阈值，也即一个潜在交通冲突 的在空间上的规则，也就是给S_x和S_y设定一个最低阈值，从而方便通过 阈值法进行现场甄别。由于是快速路交织区，在此仅考虑车车冲突。根 据车辆在快速路交织区的正常行驶速度、通常成年驾驶人的反应时间， 在此设定其阈值计算公式为：

S_xmin＝S_ymin＝vt_min＝11m/s*2.5s＝27.5m

其中：

v为车辆在快速路交织区的正常行驶速度；

t_min为成年驾驶人的正常最小反应时间。

当默认其最低阈值为27.5m时，当S_x<27.5m或S_y<27.5m，则需进一 步计算这两个运动目标的轨迹函数并计算轨迹是否相交，判别其两个运 动目标是否存在潜在交通冲突。

判别运动目标存在潜在交通冲突是指通过两个运动目标的轨迹函 数并计算轨迹是否相交。按照数学平行线的原理，两条直线不相交就是 平行，故若两个运动目标的方向角不相等，即如图1所示的“N”(θ_i≠θ_j) 时，也就是两个运动目标轨迹相交，即存在潜在交通冲突。若两个运动 目标的方向角相等，即如图1所示的“Y”(θ_i＝θ_j)时，即不存在潜在 交通冲突，无需进行后续判断。

之后进行的两个运动目标的方向角的具体计算步骤如下：

a)、计算ID为A目标和ID为B目标的运动轨迹的斜率k₁,k₂；

A’(x’₁,y₁’),B’(x’₂,y’₂)是A目标和B目标于相对当前时间戳的下一个时 间戳的位置坐标，则：

$k_1=\frac{{y_1}^{,}-y_1}{{x_1}^{,}-x_1},k_2=\frac{{y_2}^{,}-y_2}{{x_2}^{,}-x_2}$

b)、计算A目标和B目标的运动轨迹的方向角θ₁、θ₂：

θ₁＝arctank₁

θ₂＝arctank₂

c)、判断两个运动目标是否存在潜在交通冲突：

若θ₁≠θ₂，即存在潜在交通冲突。

两存在潜在交通冲突的运动目标间的冲突角θ，(θ∈[0°，180°])，计算 公式如下：

θ＝arctan|(k₂-k₁)/(1+k₁k₂)|

在获得上述冲突角后，即可依据城市道路交通冲突的分类及判别标准， 以该冲突角对快速路交织区两运动目标潜在交通冲突类型进行判断，常 规判断方式如下：

a)、正向冲突

冲突角θ∈[135°，180°]时，潜在交通冲突类型为正向冲突。其具体表现 为两运动目标以相反的方向相互逼近，发生两运动目标头与头之间的冲 突碰撞。

b)、追尾冲突

冲突角θ∈[0°,45°)时，潜在交通冲突类型为追尾冲突。其具体表现为 两运动目标以相同的方向相互逼近，发生运动目标头与运动目标尾之间 的冲突碰撞。

c)、横穿冲突

冲突角θ∈[45°,135°)时，潜在交通冲突类型为横穿冲突。其具体表现 为两运动目标以交错的方式相互逼近，发生运动目标头与运动目标中部 之间的冲突碰撞。

根据上述判断标准获得当前两两目标的潜在交通冲突类型后，以此 逐一安排优先警示对象。

实施例：

获得目标A的坐标(2.44,1.19)；目标车辆B的坐标(2.40,1.11)， 计算如下：

1)、依前述，A和B两个点的坐标系相对距离为：

S_x＝|2.44-2.40|＝0.04m，S_y＝|1.19-1.11|＝0.08m。

2)、由S_xmin＝S_ymin＝vt_min＝11m/s*2.5s＝27.5m，可知：

S_x<27.5m且S_y<27.5m，可进一步计算这两个运动目标的轨迹函数并 判断轨迹是否相交。

3)、获得A目标和B目标于相对当前时间戳的下一个时间戳的位 置坐标是(2.41,1.19)、(2.36，1.20)，则：

$k_1=\frac{1.19-1.19}{2.41-2.44}=0$

$k_2=\frac{1.20-1.11}{2.36-2.40}=-2.25$

得到A目标和B目标的运动轨迹的方向角分别是0度和66.03°。

4)、由于上述两个方向角不等，因此判断A目标和B目标的运动 轨迹相交，即存在潜在交通冲突，进入冲突角计算步骤。

5)、计算两存在交通冲突的运动目标间的冲突角θ，(θ∈[0°，180°])

计算如下：

θ＝arctan|(-2.25-0)/(1+2.25×0)|＝arctan2.25＝66.03°

在获得上述冲突角后，依据城市道路交通冲突的分类及判别标准，冲 突角θ∈[45°,135°)时，该潜在交通冲突类型为横穿冲突，可考虑优先警示。