一种施工作业区车辆撞入事件预警方法及系统

本发明涉及交通大数据应用技术领域，尤其是涉及一种施工作业区车辆撞入事件预警方法及系统。

背景技术：

毫米波雷达作为一种交通数据采集手段在交通领域获得了快速的发展，被逐渐应用到车辆防撞探测、交通信息采集、无人驾驶环境感知等诸多方面，目前在车载障碍物探测与道路交通信息采集方面应用已较为普及，但在车辆高风险行为预警方面应用相对较少。由于雷达探测器具有安装方便、不受天气影响、不破坏路面、复杂环境下抗干扰能力强、后期维护便捷等优势，在施工区道路数据采集和车辆异常行为预警方面显示出很好的应用潜力，近年来逐渐为研究人员所重视。毫米波雷达采集的交通数据是基于移动目标产生的一系列轨迹记录，通过对轨迹数据的分析可以实时监控车辆的运行状态，辅以异常驾驶行为识别算法可以实现异常驾驶行为识别。

传统的道路施工区防护措施主要采用在施工区上游设置警示信息牌、警示灯和道路围护设施的方法为主，仅能够对通行车辆进行预警，无法满足对施工区作业人员主动预警的需求，难以做到对车辆异常行为的监控，并实时预警施工作业人员注意车辆撞入施工区风险。

目前已经有的施工作业区道路车辆撞入预警系统主要存在两方面问题，其一是数据采集方式主要采用视频监控的方法，而视频监控的方法受图像处理算法的影响识别精度低且受环境因素影响较大；其二是有些采用雷达的预警系统功能单一，一般仅针对违法停车或超速等最基本的异常行为进行预警，但实际上施工区由于占用车道，上游极易发生违法变道行为，针对多种异常驾驶行为的预警系统亟需被开发。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种施工作业区车辆撞入事件预警方法及系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种施工作业区车辆撞入事件预警方法，该方法包括如下步骤：

s1：获取施工作业区附近车辆的毫米波雷达反射数据；所述毫米波雷达反射数据包括车辆经纬度、车辆实时运行速度、车辆实时加速度、反射时间、纵向加速度和纵向减速度。

s2：利用车辆的毫米波雷达反射数据获取车辆实时运行状态数据；具体包括：

利用车辆经纬度数据表示车辆的位置状态；

利用车辆实时运行速度、车辆实时加速度表示车辆的运行状态；

利用时间信息记录数据的时间戳。

s3：基于车辆的实时运行状态数据判断车辆是否出现车辆异常驾驶行为。所述车辆异常驾驶行为包括车辆撞入施工区、违法停车、急加/减速、超速、蛇形变道和危险变道。

s4：对步骤s3判断的车辆异常驾驶行为向施工区的警报装置发送预警信号。

步骤s3中，基于车辆的实时运行状态数据判断是否出现车辆撞入施工区的具体内容为：

在路面平面范围内建立三维坐标系，对于道路上行的车辆，在其轨迹经过的坐标点处加1，对于道路下行的车辆，在其轨迹经过的坐标点处减1；累计一段时间，在z坐标轴上计算道路平面范围内的正值和负值的区域，正值区域代表道路上行行车范围，负值区域代表道路下行行车范围，若判断有车辆出现在没有数据累积的区域，则判断出现了车辆撞入施工区行为。

基于车辆的实时运行状态数据判断车辆是否违法停车的具体内容为：

对毫米波雷达反射数据中连续帧中的车辆经纬度数据判断是否无变化，且车辆实时速度和实时加速度数据是否均无变化，若均保持不变，则判定该车辆发生违法停车。

基于车辆的实时运行状态数据判断车辆是否存在急加/减速的具体内容为：

判断车辆的纵向加速度和纵向减速度的绝对值是否超过高风险阈值，若超过，则判定车辆存在急加/减速的异常行为。

基于车辆的实时运行状态数据判断车辆是否存在蛇形变道的具体内容为：

对车辆经纬度数据进行分析，根据车辆进入施工作业区的初始帧的轨迹点连续运动方向判断车辆运行走向，实时计算车辆经纬度数据与走向的距离，即横向偏移值，当横向偏移值大于车道宽度时，判定车辆发生了一次变道，此时以该帧的经纬度坐标作为车辆运行走向的新起点，若在毫米波雷达探测范围内判定发生了至少两次变道，则判断车辆存在蛇形变道异常行为。

本发明还公开一种施工作业区车辆撞入事件预警系统，该系统包括：

车辆雷达反射数据获取模块，获取施工区附近车道上车辆的雷达反射数据，获取的车辆雷达反射数据包括车辆经纬度、车辆实时运行速度、车辆实时加速度和反射时间；

异常行为识别模块，根据车辆实时运行状态数据，识别施工区附近是否出现车辆异常驾驶行为；

预警模块，预警模块设定在施工区对根据预警信号内容警报灯发出不同颜色警报；

信号传输模块，将车辆毫米波雷达反射数据获取模块采集的毫米波雷达反射数据发送至异常行为识别模块进行判断，并将异常行为识别模块识别的车辆异常驾驶行为结果发送至预警模块。

进一步地，所述预警模块包括报警灯、蜂鸣器、可穿戴语音播报设备、施工区警铃中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明依据获取的毫米波雷达反射数据中车辆经纬度、实时速度、实时加速度、时间等，构成车辆状态变量，实时表示车辆当前状态，同时识别车辆异常驾驶事件，并对施工作业区工作人员预警，实现了施工作业区道路的日常监控与作业区作业人员的主动防护，通过有效利用毫米波雷达的数据，可显著提高作业人员的作业安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的施工作业区车辆撞入事件预警方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的毫米波雷达单元的设备布设示意图；

图3为本发明实施例提供的施工区域识别算法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

本发明涉及一种施工作业区车辆撞入事件预警方法，该方法可适用于对施工区附近异常驾驶行为预警的情况，也可以由配套数据采集、处理和预警装置来执行，预警装置可以由软件和硬件方式实现，该装置可以集成在便于制造和设计的硬件设备中。如图1所示，方法具体包括如下步骤：

步骤1、获取车辆的毫米波雷达反射数据以及车辆的轨迹数据。

利用交通道路上安装的毫米波雷达单元，感知施工区附近交通道路上移动的车辆，获取的车辆的毫米波雷达反射数据包括车辆经纬度、车辆实时运行速度、车辆实时加速度、时间、纵向加速度和纵向减速度等。通过获取时间，得到该帧数据的时间戳。通过获取的时间来定义帧，每个时间对应一个时间戳，也就是一帧。

步骤2、利用毫米波雷达反射数据构成车辆状态变量，作为车辆实时运行状态数据。包括：

利用车辆经纬度数据表示车辆的位置状态；

利用车辆实时运行速度、车辆实时加速度表示车辆的运行状态；

利用时间信息记录数据的时间戳。

步骤3、对车辆的实时运行状态数据进行分析，判断车辆是否出现异常驾驶行为。异常驾驶行为包括：车辆撞入施工区、车辆违法停车、急加/减速、超速、蛇形变道和危险变道。

其中，本发明依据车辆实时状态判断车辆是否撞入施工区，如图3所示，具体地：在路面平面范围内建立三维坐标系，对于道路上行的车辆，在其轨迹经过的坐标点处加1；对于道路下行的车辆，在其轨迹经过的坐标点处减1。经过一段时间的累计，可以在z坐标轴上计算出道路平面范围内得正值和负值的区域，分别代表了道路上行和下行的行车范围。若发现突然有车辆出现在没有数据累积的区域，则判断出现了车辆对施工区的侵入行为。

对于车辆发生违法停车事件的判断方法为：对车辆连续时间序列的状态进行判断，包括毫米波雷达反射数据中连续帧中的车辆经纬度数据是否无变化且实时速度和实时加速度数据是否均无变化，即车辆位置状态和运行状态在连续时间戳下是否保持不变，若均保持不变，则判定该车辆发生违法停车事件。

对于车辆是否存在急加/减速的判断方法为：对车辆的实时状态进行判断，若车辆的纵向加速度和纵向减速度的绝对值超过高风险阈值，则判定车辆存在急加/减速的异常行为。此高风险阈值根据当前车道的车辆加速度规范要求设定。根据施工区所在道路不同，可选的，例如车辆的纵向加速度大于0.35g，车辆的纵向减速度大于0.45g，则判定车辆存在急加/减速的异常行为。

对于车辆是否存在超速的判断方法为：对车辆的实时运行状态进行判断，若车辆的运行速度超过了路段限速，则判定车辆存在超速的异常行为。

对于车辆是否存在蛇形变道的判断方法为：对车辆经纬度数据进行分析，根据车辆进入施工作业区的初始帧的轨迹点连续运动方向判断车辆运行走向，实时计算车辆经纬度数据与走向的距离，即横向偏移值，当横向偏移值大于车道宽度时，认为发生了一次变道，此时以该帧的经纬度坐标作为车辆运行走向的新起点，如果在雷达探测范围发生了不少于两次变道，则认为车辆存在蛇形变道异常行为。

对于车辆是否存在违法变道(危险变道)的判断方法为：对车辆的实时状态进行判断，若车辆的横向加速度超过高风险阈值，则判定车辆存在危险变道异常行为。此高风险阈值根据当前车道的车辆加速度规范要求设定。根据施工区所在道路不同，可选的，例如车辆的横向加速度大于2.7m/s²，则判定车辆存在危险变道的异常行为。

步骤4、根据步骤3识别的不同车辆异常行为向警报装置发送不同的预警信号至施工区的工作人员。

步骤5、警报装置中的警报器对不同车辆异常行为发出不同显示方式的警报信号。例如，发出不同颜色的光对不同异常行为进行预警；或/和通过蜂鸣器发出蜂鸣警报，或/和通过可穿戴接受终端(如对讲机等语音播报设备或具备显示屏幕的终端设备等)和施工区警铃向作业人员发出警报信号。

图2为实施例中毫米波雷达的检测范围示意图，毫米波雷达通过安装在一定高度的杆件上的同时适当倾斜，实现对一定距离范围内车辆位置的探测和感知。毫米波的检测范围包括在施工区域在内。在本实施例中，毫米波雷达感知单元的感知范围为250m。

本实施例另一方面还提供一种施工作业区车辆撞入事件预警系统，该系统包括：

车辆毫米波雷达反射数据获取模块，用于获取施工区附近车道上车辆的毫米波雷达反射数据，获取的车辆毫米波雷达反射数据包括车辆经纬度、车辆实时运行速度、车辆实时加速度和反射时间。

异常行为识别模块，用于根据车辆实时运行状态数据，识别施工区附近是否出现车辆异常驾驶行为。在硬件结构上，异常行为识别模块可依据毫米波雷达反射数据上传至前端处理器实现。

预警模块，预警模块设定在施工区，用于对根据预警信号内容警报灯发出不同颜色警报；作为优选方案，预警模块可采用报警灯、蜂鸣器、可穿戴语音播报设备中的一种或多种来进行警报提醒。

信号传输模块，用于将车辆毫米波雷达反射数据获取模块采集的毫米波雷达反射数据发送至异常行为识别模块进行判断，并将异常行为识别模块识别的车辆异常驾驶行为结果发送至预警模块。

本发明依据获取的毫米波雷达反射数据中车辆经纬度、实时速度、实时加速度、时间等，构成车辆状态变量，实时表示车辆当前状态，同时识别车辆异常驾驶事件，并对施工作业区工作人员预警，实现了施工作业区道路的日常监控与作业区作业人员的主动防护，通过有效利用毫米波雷达的数据，可显著提高作业人员的作业安全性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。