一种基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法包括以下步骤：(1)选择交通冲突频繁的道路口收集行人车辆的位置坐标和运动参数，计算{TTC；TAdv；DST}数据，利用K?均值聚类方法，以点到聚类中心的欧氏距离之和作为测度，对TTC、TAdv和DST参数进行聚类分析，得到聚类中心。根据聚类中心的参数值划分安全、一般危险和危险的交通冲突；(2)对基于TDTC的瞬时冲突安全变量的计算方法和冲突过程安全性的判断方法进行修正，将多参数修正结果作为修正因子M加入到冲突过程安全函数f1中，得到修正的冲突过程安全函数f2；(3)计算修正的冲突过程安全因子SPF2，得到冲突安全级别。
【专利说明】
一种基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法
技术领域
[0001] 本发明涉及道路交通安全的技术领域，特别是涉及基于多参数的交通冲突安全性 分析的修正方法。
【背景技术】
[0002] 由于交通参数的客观性、实时性和完善性，以及行人检测技术的成熟，行人与车辆 冲突的识别与评价主要是通过对行人车辆的交通运动参数进行建模与分析而计算得到的。 最主要的交通参数包括：TTC (碰撞时间，Time to Co 11 i S i on )、I3ET (后侵占时间，Po St Encroachment Time)、GT(时间间隙，Gap Time)、TAdv(时间优势，Time Advantage)等。可以 选择其中一个或多个作为评价因素对交通冲突进行建模与分析。
[0003] 基于此，研究和设计具有更强的冲突安全刻画能力的交通参数和相应的分析方 法，提高安全性评价的准确度，更是对完善道路交通安全保障、减少人们生命财产损失具有 重要意义。
[0004] 在众多分析方法中，性能比较出色的是基于TDTC(冲突时间差，Time Difference to Collision)的冲突安全性评价方法。TDTC的定义为:在t时刻，预计行人车辆保持当前运 动方向和速率不变，从当前位置起，行人到达轨迹交点（潜在冲突点）与车辆到达轨迹交点 所用时间之差就是t时刻的TDTC参数。其优点是能够在一个完整的冲突过程中表征每一个 时刻冲突双方的瞵时危隐件"计笪方法加下 ；
[0005]
[0006] 其中：
[0007] (l)Dvx(t)表示t时刻车辆位置到潜在冲突点的距离；
[0008] (2)Dpx(t)表示t时刻行人位置到潜在冲突点的距离；
[0009] (3)Vv(t)表示t时刻车辆的速率；
[0010] (4)Vp(t)表示t时亥Ij行人的速率。
[0011] TDTC越接近0,冲突双方到达冲突地点的时间差越小，二者瞬时越危险。
[0012]下面介绍基于TDTC的冲突安全性评价过程：
[0013] 1.定义瞬时冲突安全变量X。
[0014]
[0015]当TDTC处于危险区间时，X=I，表示行人车辆冲突在该时刻是瞬时危险的。否则，X =0,该时刻是瞬时安全的。
[0016] 2.在一个冲突过程中，行人和车辆双方均会做出避让行为，这就导致瞬时冲突安 全变量X无法说明整个冲突过程的安全性。因此，为了对整个冲突过程进行分析并识别危险 冲突，引入冲突过程安全因子(SPF,Safety Performance Factor)进行冲突过程分析。以 0.4秒为时间间隔，对冲突结束(发生碰撞或者双方安全)时刻之前的3到4个时刻进行分析， 即我们通过对连续四个时刻的瞬时冲突安全变量的分析来确定整个冲突过程的安全性。定 义冲突过程安全函数fu
[0017]
[0018] 其中，Xi为i时刻的瞬时冲突安全变量；EiXi为连续4个时刻的瞬时冲突安全变量 之和;Σ?Π!+ 2 Xi用来衡量瞬时危险冲突(Xi= 1)连续出现三次的次数。
[0019] 沖孪忖耜安仝田子SPFj$照下式计算。
[0020]
[0021] SPF1等于1、2、3就分别表示了安全的冲突过程、一般危险的冲突过程和危险的冲 突过程。
[0022]这个方法的局限是TDTC参数不能很好地表征车辆行人的速度对冲突安全性的影 响。TDTC仅仅考虑到冲突双方到达冲突地点的时间差，而没有考虑到冲突双方真正到达冲 突点还需耗费的时间，即留给冲突双方的反应和避让时间，而这是一个影响冲突结果的重 要因素。因此，这种计算方法会给冲突安全性分析带来误差。
[0023]因此希望有一种基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法可以克服或至少 减轻现有技术的上述缺陷。
【发明内容】
[0024] 本发明的目的在于提供一种基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法来克 服现有技术中存在的上述问题。
[0025] 为实现上述目的，本发明提供一种基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法 包括以下步骤：
[0026] (1)选择交通冲突频繁的道路口收集行人车辆的位置坐标和运动参数，计算{TTC; TAdv;DST}数据，利用K-均值聚类方法，以点到聚类中心的欧氏距离之和作为测度，对TTC、 TAdv和DST参数进行聚类分析，得到聚类中心。根据聚类中心的参数值划分安全、一般危险 和危险的交通冲突；
[0027] (2)对基于TDTC的瞬时冲突安全变量的计算方法和冲突过程安全性的判断方法进 行修正，将多参数修正结果作为修正因子M加入到冲突过程安全函数中，得到修正的冲突 过程安全函数f2;
[0028] (3)计算修正的冲突过程安全因子SPF2,得到冲突安全级别。
[0029] 优选地，所述步骤（1)中的TTC表示碰撞双方到达碰撞点所需的时间，所述碰撞双 方到达碰撞点所需的时间为冲突发生时留给冲突双方的避让时间，所述TTC越大，所述冲突 双方的避让时间越长，冲突越安全，等同于车辆速度较小时的情况;所述TTC越小，所述冲突 双方的避让时间越短，冲突越危险，等同于车辆速度较大时的情况。
[0030] 优选地，所述步骤（1)中的TAdv用于衡量在冲突双方不会发生碰撞的情况下，TTC 近似计算给安全性分析带来的误差，所述TAdv越大，近似的TTC误差越大，所述TAdv越小，越 可能相撞，近似的TTC误差越小，对TAdv和TTC进行综合分析，能够提高估计避让时间的准确 性。
[0031]优选地，所述步骤（1)中的DST用于减少TTC近似计算中的误差，所述DST只与车辆 的行为有关，所述DST表示车辆在冲突过程中的避让能力，所述DST越小，说明车辆为了在冲 突地点达到安全速度所需的最小加速度越小，避撞越容易，冲突越安全;所述DST越大，车辆 为了在冲突地点达到安全速度所需最小加速度越大，冲突是危险的。
[0032]优选地，所述步骤（1)中的DST表示车辆的避让能力来影响冲突安全性，所述步骤 (1)中的TTC表示冲突双方的避让时间来影响冲突安全性，结合所述步骤（1)中的DST和TTC 实现所述避让能力和避让时间二者的结合。
[0033] 优选地，所述步骤(2)中修正因子M为：
[0034]
[0035] 其中Mi表示在i时刻的多参数修正因子，m(i)表示在i时刻(TTC，TAdv，DST)的三维 空间坐标
分别是危险、一般危险、安全的冲突下(TTC，TAdv，DST)点群中心的三维空间坐标，需要通过 收集冲突数据进行聚类分析计算得到。
[0036] 优选地，所述步骤(2)中的冲突过程安全函数f2:
[0037]
[0038] 其中，Xi为i时刻的瞬时冲突安全变量；EiXi为连续4个时刻的瞬时冲突安全变量 之和;Σ? Π?+2 Xi用来衡量瞬时危险冲突(Xi = 1)连续出现三次的次数。
[0039] 优选地，所述步骤(3)中的修正的冲突过程安全因子SPF2按照下式计算：
[0040]
[0041]因此，SPF2等于1、2、3就分别表示了安全的冲突过程、一般危险的冲突过程和危险 的冲关过程。
[0042] 本发明提出一种于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法，本发明的于多参数 的交通冲突安全性分析的修正方法利用多个其他交通参数对瞬时冲突安全变量的计算方 法和冲突过程安全性的判断方法进行修正，提高基于TDTC的冲突安全性评价的准确程度。
【附图说明】
[0043] 图1是行人车辆相对运动类型Α。
[0044] 图2是行人车辆相对运动类型B。
[0045] 图3是行人车辆相对运动类型C。
[0046] 图4是行人车辆相对运动类型D。
[0047] 图5是行人车辆相对运动类型A的冲突分析实验。
[0048] 图6是行人车辆相对运动类型B的冲突分析实验。
[0049] 图7是行人车辆相对运动类型C的冲突分析实验。
[0050] 图 8是 TTC-TAdV-DST聚类结果。
【具体实施方式】
[0051] 为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中 的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类 似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明 一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用 于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人 员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下 面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0052]在本发明一宽泛实施例中：基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法包括以 下步骤：
[0053] (1)选择交通冲突频繁的道路口收集行人车辆的位置坐标和运动参数，计算{TTC; TAdv;DST}数据，利用K-均值聚类方法，以点到聚类中心的欧氏距离之和作为测度，对TTC、 TAdv和DST参数进行聚类分析，得到聚类中心。根据聚类中心的参数值划分安全、一般危险 和危险的交通冲突；
[0054] (2)对基于TDTC的瞬时冲突安全变量的计算方法和冲突过程安全性的判断方法进 行修正，将多参数修正结果作为修正因子M加入到冲突过程安全函数A中，得到修正的冲突 过程安全函数f2;
[0055] (3)计算修正的冲突过程安全因子SPF2,得到冲突安全级别。
[0056] 如图1-4所示，按照行人速度是否与车辆速度平行、行人是否处于车辆运行前方轨 迹区域内和行人运行轨迹是否与车辆运行轨迹相交的三个原则，将行人车辆的相对运动关 系分为A、B、C、D四大基本类。
[0057]如图5-7所示，对附图1-3中行人车辆存在冲突的A、B、C三类情形下正确分析冲突 的准确性，由于能够完备地考虑冲突双方避让机会对冲突安全性的影响，准确率较原始的 TDTC分析方法有显著提高。
[0058]实施例1:基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法包括以下步骤：
[0059] 1.首先，在交通冲突频繁的道路口收集一个月内3000条{TTC; TAdv; DST}数据。利 用K-均值聚类方法，以点到聚类中心的欧氏距离之和作为测度，对TTC、TAdv和DST参数进行 聚类分析，得到聚类分析的结果如附图8所示，其中：
[0060] ⑴三角形点群:TTC和TAdv较小，DST较大，表明车辆和行人不仅有很大可能在冲突 点相撞，而且留给二者反应进行避让的时间很短，车辆为了避撞要施加较大的加速度，这样 的冲突是十分危险的。该点群的中心是m 10二（1.73,1.03,1.04);
[0061] ⑵方形点群:TTC较大，TAdv和DST很小，表明车辆和行人虽然有较大可能相撞，但 是留给二者反应进行避让的时间较长，而且车辆为了避撞只需施加少许加速度。这样的冲 突在二者积极避让的情况下是安全的，但也有可能因为消极的避让行为转换成1)情况，因 此判定冲突为一般危险。该点群的中心是= (5.34,1.01,0.49);
[0062]⑶圆形点群:TTC、TAdv较大，DST很小，表明车辆和行人不仅相撞可能性低，距离冲 突点的时间还很长，二者有相当充裕的时间进行避让，车辆为了避撞只需施加少许加速度。 这种冲突是安全的。该点群的中心是m 3〇 = 2.将M因子补充到冲突过程安全函数心中，得到多参数修正的冲突过程安全函数 f2：
[0064]
[0065] 其中，XiMi为多参数修正后的i时刻瞬时冲突安全变量；EiXiM i为连续4个时刻的瞬 时冲突安全变量之和
用来衡量瞬时危险冲突(XiMi = 1)连续出现三次的次 数。
[0066] 3.多参数修正的冲突过程安全因子SPF2按照下式计算。
[0067]
[0068] 因此，SPF2等于1、2、3就分别表示了安全的冲突过程、一般危险的冲突过程和危险 的冲关过程。
[0069] 最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。
【主权项】
1. 一种基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 选择交通冲突频繁的道路口收集行人车辆的位置坐标和运动参数，计算{TTC; TAdv;DST}数据，利用K-均值聚类方法，以点到聚类中心的欧氏距离之和作为测度，对TTC、 TAdv和DST参数进行聚类分析，得到聚类中心。根据聚类中心的参数值划分安全、一般危险 和危险的交通冲突； (2) 对基于TDTC的瞬时冲突安全变量的计算方法和冲突过程安全性的判断方法进行修 正，将多参数修正结果作为修正因子Μ加入到冲突过程安全函数^中，得到修正的冲突过程 安全函数f 2; (3) 计算修正的冲突过程安全因子SPF2,得到冲突安全级别。2. 如权利要求1所述的基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步骤（1)中的TTC表示碰撞双方到达碰撞点所需的时间，所述碰撞双方到达碰撞点所需的 时间为冲突发生时留给冲突双方的避让时间，所述TTC越大，所述冲突双方的避让时间越 长，冲突越安全，等同于车辆速度较小时的情况;所述TTC越小，所述冲突双方的避让时间越 短，冲突越危险，等同于车辆速度较大时的情况。3. 如权利要求2所述的基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步骤（1)中的TAdv用于衡量在冲突双方不会发生碰撞的情况下，TTC近似计算给安全性分 析带来的误差，所述TAdv越大，近似的TTC误差越大，所述TAdv越小，越可能相撞，近似的TTC 误差越小，对TAdv和TTC进行综合分析，能够提高估计避让时间的准确性。4. 如权利要求3所述的基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步骤（1)中的DST用于减少TTC近似计算中的误差，所述DST只与车辆的行为有关，所述DST 表示车辆在冲突过程中的避让能力，所述DST越小，说明车辆为了在冲突地点达到安全速度 所需的最小加速度越小，避撞越容易，冲突越安全;所述DST越大，车辆为了在冲突地点达到 安全速度所需最小加速度越大，冲突是危险的。5. 如权利要求4所述的基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步骤(1)中的DST表示车辆的避让能力来影响冲突安全性，所述步骤(1)中的TTC表示冲突 双方的避让时间来影响冲突安全性，结合所述步骤（1)中的DST和TTC实现所述避让能力和 避让时间二者的结合。6. 如权利要求1所述的基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步骤(2)中修正因子Μ为：其中Mi表示在i时刻的多参数修正因子，m (i)表示在i时刻(TTC，TAd ν，DST)的三维空间 坐标，面i = {卜-ffij01|2} H|m - ffii0丨丨2, i, j = 1，面!。焉〇,m3〇分 别是危险、一般危险、安全的冲突下(TTC，TAdv，DST)点群中心的三维空间坐标，需要通过收 集冲突数据进行聚类分析计算得到。7. 如权利要求1所述的基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步骤(2)中的冲突过程安全函数f2:其中，Xi为i时刻的瞬时冲突安全变量；EiXi为连续4个时刻的瞬时冲突安全变量之和； 用来衡量瞬时危险冲突(&=1)连续出现三次的次数。8.如权利要求1所述的基于多参数的交通冲突安全性分析的修正方法，其特征在于:所 述步骤(3)中的修正的冲突过程安全因子SPF2按照下式计算：因此，SPF2等于1、2、3就分别表示了安全的冲突过程、一般危险的冲突过程和危险的冲 突过程。
【文档编号】G06Q50/26GK106056975SQ201610619469
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月29日
【发明人】胡坚明, 裴欣, 岳阳, 张毅, 郑利民
【申请人】清华大学