CN105070051B - 基于交通场面雷达的快速路交织区潜在交通冲突分析方法 - Google Patents

Abstract

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分析方法。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。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，通过对两个运动目标的位置以及行驶轨迹来判别潜在冲突，提前预警，采取主动避让措施，避免交通事故的发生，以为快速路交通安全管理提供支撑。

Description

基于交通场面雷达的快速路交织区潜在交通冲突分析方法

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分析方法。

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。如果能够通过检测设备实时获取潜在交通冲突的预言信息，则可以进行提前预警和采取主动避让措施等人为操作，从而提升快速路的交通安全性，并避免交通惨剧的发生。

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分析方法，其能够实现交织区道路交通安全管理和事故预防功能，对避免交通事故的发生和为提升快速路交通安全管理性均可起到有利影响。

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分析方法，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，判断其方向角是否相等，如相等，返回步骤3)；如不相等，进入步骤5)；

5)、判定该两运动目标间存在潜在交通冲突；

所述步骤3)中，S_x和S_y的计算步骤如下：

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|；

所述步骤4)中，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A目标和B目标的运动轨迹的斜率k₁,k₂；

A’(x’₁,y’₁),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：

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。

2、根据权利要求1所述的基于交通场面雷达的快速路交织区潜在交通冲突分析方法，其特征在于：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＝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。

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。本发明能够实现交织区道路交通安全管理和事故预防功能，对避免交通事故的发生和为提升快速路交通安全管理性均可起到有利影响。

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。

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，还需要计算出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θ_i≠θ_j，也就是两个运动目标轨迹相交，即存在潜在交通冲突。

两个运动目标的方向角的具体计算步骤如下：

a)、计算A目标和B目标的运动轨迹的斜率k₁,k₂；

A’(x’₁,y’₁),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：

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冲突：

若θ₁≠θ₂，即存在潜在交通冲突。

实施例：

已知获取的目标车辆A的坐标(2.44,1.19)；目标车辆B的坐标(2.40,1.11)；

则建立坐标系图，计算获得A和B两个点的坐标系相对距离为：

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

通过预算的阈值计算公式为：

S_xmin＝S_ymin＝vt_min＝11m/s*2.5s＝27.5m

对比获得S_x<27.5m且S_y<27.5m，则进入下一步骤：计算这两个运动目标的轨迹函数并判断轨迹是否相交。

由于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)、(2.36，1.11)，则

A目标和B目标的运动轨迹的方向角θ₁、θ₂分别是0度和0度，则两个轨迹平行，不存在相交，即不存在冲突。

同理，若中控中心计算上述数据得出θ₁≠θ₂，存在潜在交通冲突，即可进行相应预警操作。

Claims (2)

1.一种基于交通场面雷达的快速路交织区潜在交通冲突分析方法，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，判断其方向角是否相等，如相等，返回步骤3)；如不相等，进入步骤5)；

5)、判定该两运动目标间存在潜在交通冲突；

所述步骤3)中，S_x和S_y的计算步骤如下：

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|；

所述步骤4)中，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A目标和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：

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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。

2.根据权利要求1所述的基于交通场面雷达的快速路交织区潜在交通冲突分析方法，其特征在于：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＝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。