CN105427668A - 一种确定驾驶人换道行为特性参数的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种获取驾驶人换道行为特性参数的方法和系统，方法包括以下步骤：获取GPS定位装置实时采集的试验车经纬度坐标；获取激光测距模组采集的激光测距模组接收中心与目标车的距离；根据经纬度坐标获取试验车行驶轨迹；根据经纬度坐标和距离获取车间距；根据车间距获取目标车行驶轨迹；根据试验车行驶轨迹和目标车行驶轨迹获取驾驶人换道行为特性参数。系统包括激光测距模组、GPS定位装置以及数据处理终端。本发明解决了目前驾驶人换道行为特性参数采集中精度不高、设备复杂、试验成本较高等问题。

Description

一种确定驾驶人换道行为特性参数的方法和系统

技术领域

本发明涉及交通管理与控制技术领域，特别涉及一种获取驾驶人换道行为特性参数的方法和系统。

背景技术

目前，城市道路驾驶人换道行为特性参数的获取主要有三种方法。

第一种方法是高点录相法，该方法通过在高位架设若干视频录像机(相机)记录车流运动行驶状况，是目前采集换道行为特性参数的主要方法，其缺点是受录像机架设位置的限制而难以大规模推广到大部分道路路段或交叉口，且拍摄路段的长度较短，难以获取特定车辆长时间的行驶轨迹数据。

第二种方法是模拟驾驶法，该方法通过使受试驾驶员“驾驶”室内驾驶模拟舱以获取相关驾驶行为特性数据。该方法的缺点在于模拟场景与真实道路交通环境存在一定差异，受试驾驶人的心理、生理感受与实际情况有所不同，导致采集得到的驾驶行为数据与真实道路交通条件下的驾驶行为特性存在偏差。

第三种方法是试验车法，通过在车辆上安装各类电子、激光和微波测量仪器采集驾驶人相关驾驶行为数据。车载测量仪器能够获取受试驾驶人在特定试验场地或真实道路交通环境下长时间段的行驶轨迹数据以及其与周围车辆的交互特性数据。

综合上述三种换道行为特性参数获取方法发现，试验车法对于获取真实道路交通环境下特定驾驶人驾驶过程中较长时间段内车辆行驶轨迹的方法相比其他方法更符合实际，但车载设备昂贵，试验成本较高且精度较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种获取驾驶人换道行为特性参数的方法和系统，本发明的方法和系统在保证试验成本较低的前提下获得更高精度的驾驶人换道行为特性参数。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种获取驾驶人换道行为特性参数的方法，包括以下步骤：

获取GPS定位装置采集的试验车的经纬度坐标；

获取激光测距模组采集的所述激光测距模组接收中心与目标车的距离；所述目标车包括与所述试验车同车道行驶且在所述试验车正前方的前车，与所述试验车同车道行驶且在所述试验车正后方的后车，与所述试验车相邻车道行驶且在所述试验车斜前方的离所述试验车最近的斜前车以及与所述试验车相邻车道行驶且在所述试验车斜后方的离所述试验车最近的斜后车；

根据所述经纬度坐标确定试验车行驶轨迹；

根据所述经纬度坐标和所述距离确定车间距；所述车间距包括所述试验车车头与所述前车车尾间的距离，所述试验车车尾与所述后车车头间的距离，所述试验车车头所在平面与所述斜前车车尾所在平面间的距离，以及所述试验车车尾所在平面与所述斜后车车头所在平面间的距离。

根据所述车间距确定所述目标车行驶轨迹；

根据所述试验车行驶轨迹和所述目标车行驶轨迹确定驾驶人换道行为特性参数。

上述方法还包括利用局部加权拟合法处理所述目标车行驶轨迹得到拟合目标车行驶轨迹，所述局部加权拟合法的权重函数为Tricube核函数，所述Tricube核函数的计算公式为w(t₀,t)＝[1-u(t₀,t)ⁿ]ⁿ，其中w(t₀,t)为中点是t₀时t的权重，u(t₀,t)为t到t₀的规格化距离，d为t₀到窗口外最近一点的距离，n为多项式次数

所述多项式次数n≥3，所述窗口时间长度为1.1s且含有11个数据采集点。

还包括去除所述拟合目标车行驶轨迹中的无效数据，所述无效数据包括所述目标车倒车轨迹数据、加速度小于-8.5m/s²和加速度大于6.0m/s²的轨迹数据。

所述车间距的计算公式为：Vd_i＝Rd_i×cos(θ_i)，式中，Vd_i为所述试验车与所述目标车之间的距离；Rd_i为所述激光测距模组接收通道测量得到的所述激光测距模组接收中心与所述目标车之间的距离；θ_i为所述激光测距模组接收通道与试验车行驶方向所夹的锐角。

一种确定驾驶人换道行为特性参数的系统，包括激光测距模组、GPS定位装置以及数据处理终端，所述激光测距模组包括一设置于试验车前引擎盖上的第一激光测距装置和一设置于所述试验车后备箱盖上的第二激光测距装置，所述第一激光测距装置用于采集第一激光测距装置接收中心与前车的距离和第一激光测距装置接收中心与斜前车的距离，所述第二激光测距装置用于采集第二激光测距装置接收中心与后车的距离和第二激光测距装置接收中心与斜后车的距离；所述GPS定位装置设于所述试验车内中间位置，所述GPS定位装置用于采集所述试验车的经纬度坐标；所述激光测距模组与所述GPS定位装置分别与所述数据处理终端相连接，所述数据处理终端用于：

获取所述经纬度坐标；获取所述激光测距模组采集的激光测距模组接收中心与目标车的距离；

根据所述经纬度坐标确定试验车行驶轨迹；

根据所述经纬度坐标和所述距离确定车间距；

根据所述车间距确定所述目标车行驶轨迹；

根据所述试验车行驶轨迹和所述目标车行驶轨迹确定驾驶人换道行为特性参数。

上述系统还包括设于所述试验车上的行车记录仪，所述行车记录仪与所述数据处理终端相连接，所述行车记录仪用于记录试验道路情况和驾驶人的操作行为。

所述数据处理终端设定的采样频率为10Hz。

所述数据处理终端为笔记本电脑。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的试验方法和系统采用笔记本电脑作为数据采集终端，通过电脑实时动态显示采集的试验数据并保存试验数据；试验采集的数据包括试验车的经纬度坐标和激光测距模组接收中心与目标车辆之间的距离，并且利用GPS定位装置和激光测距模组采集的数据都具有较高的精度；根据经纬度坐标数据可以得到试验车连续、平滑的行驶轨迹；再将试验车行驶轨迹与激光测距模组接收中心与目标车之间的距离的实时数据结合，可以计算出试验车与目标车的车间距，从而推算出驾驶人换道行为特性参数。本发明针对受试驾驶人是否执行换道采取不同的推算方法估计换道特性数据，一种是：若驾驶人执行换道，假设换道期间目标车道斜前车和斜后车均以恒定加速度行驶，则根据试验车完全换入目标车道后测得斜前车与斜后车的行驶速度和加速度即可反推开始换道时刻的驾驶人换道行为特性参数。另一种是：若驾驶人未执行换道，选取一定长度时间窗口(一般小于15秒)，该时间窗口应包含最近一次测量得到的斜前车和斜后车的行驶速度和加速度数据，假设时间窗口范围内斜前车和斜后车均以恒定加速度行驶，即可估算得到当前时刻的驾驶人换道行为特性参数。本发明使用简单的设备就可以采集到驾驶人在真实道路交通环境下的换道行为特性参数，而且在整个实验过程中驾驶人不会受外界因素的影响，实验也是在真实路况上进行，保证了试验条件的客观性，这样采集到的数据精度较高，也就提高了获取的驾驶人换道行为特性参数的准确度，解决了目前驾驶人换道行为特性参数采集中精度不高、设备复杂、试验成本较高等问题。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明提供的确定驾驶人换道行为特性参数的方法的整体流程图；

图2是图1中步骤104的具体流程图；

图3是本发明提供的确定驾驶人换道行为特性参数的系统的结构示意图；

图4是本发明的系统中斜前车和斜后车离试验车较近的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供的一种确定驾驶人换道行为特性参数的方法，包括以下步骤：

101：获取GPS定位装置采集的试验车的经纬度坐标；

102：获取激光测距模组采集的激光测距模组接收中心与目标车的距离；目标车包括与试验车同车道行驶且在试验车正前方的前车，与试验车同车道行驶且在试验车正后方的后车，与试验车相邻车道行驶且在试验车斜前方的离试验车最近的斜前车以及与试验车相邻车道行驶且在试验车斜后方的离试验车最近的斜后车；

103：根据经纬度坐标确定试验车行驶轨迹；

104：根据经纬度坐标和距离确定车间距；车间距包括试验车车头与前车车尾间的距离，试验车车尾与后车车头间的距离，试验车车头所在平面与斜前车车尾所在平面间的距离，以及试验车车尾所在平面与斜后车车头所在平面间的距离；

105：根据车间距确定目标车行驶轨迹；

106：根据试验车行驶轨迹和目标车行驶轨迹确定驾驶人换道行为特性参数。

以上步骤101和102并不是严格的顺序步骤，可以互换。步骤103和104也可以互换顺序。换序后仍然能够用于确定驾驶人换道行为特性参数的确定。也都在本发明保护的范围之内。

本实施例采用GPS定位装置和激光测距模组采集数据，通过数据处理终端处理采集的数据，最终得到驾驶人换道行为特性参数。本试验用到的设备较少，结构也很简单，因此减小了试验的复杂度，而且采用的数据采集装置精度较高，也就提高了确定驾驶人换道行为特性参数的精度。

在本实施例中，通过数据采集终端(即电脑)获取由GPS定位装置采集的试验车经纬度坐标和由激光测距模组采集的激光测距模组接收中心与目标车的距离，数据采集终端对获取的经纬度坐标经行处理得到试验车行驶轨迹，数据采集终端对激光测距模组接收中心与目标车间的距离处理计算得到车间距，由于激光测距模组采集的激光测距模组接收中心与目标车有的是最近距离，如试验车前的激光测距模组接收中心与前车的距离是最近距离，但是采集到的试验车前的激光测距模组接收中心与斜前车或斜后车的距离是斜线距离，如图3所示，Rd_i就是斜线距离，为了得到最近距离，也就是车间距，按以下计算公式计算：

Vd_i＝Rd_i×cos(θ_i)，

式中，Vd_i为试验车与目标车之间的距离(即车间距)；Rd_i为激光测距模组接收通道测量得到的激光测距模组接收中心与目标车之间的距离；θ_i为激光测距模组接收通道与试验车行驶方向所夹的锐角。

上述车间距的计算方法是在激光测距模组接收中心与试验车车头或车尾位于同一水平面上的计算方法。当激光测距模组接收中心距离试验车车头或车尾有一定距离时，有效车间距是上述公式计算得到的车间距与激光测距模组接收中心距离试验车车头或车尾间距离的差值。

经过数据处理终端得到的有效车间距才是驾驶人换道行为所依据的距离参数，也是最有效的距离，只有当此车间距满足驾驶人换道要求，驾驶人才会做出换道操作，也就会有相应的驾驶人换道行为特性参数的变化，因此，车间距的准确度也是影响获取驾驶人换道行为特性参数的精确度的因素之一。为获取较高精度的试验车与周边其他车辆之间的车间距数据，本发明设置激光测距模组的采集频率为10Hz，即距离测量的时间间隔为0.1秒/次。

采集的试验数据包括试验车经纬度坐标和试验车与目标车的距离。GPS定位装置具有较高精度并且在试验过程中信号良好，极少出现信号中断而丢失定位的情况，从而保证定位数据的准确性和连续性。而激光测距模组测量得到的数据存在以下几个方面的问题：第一，若激光测距模组接收的光谱照射范围无法覆盖斜前车车尾或斜后车车头位置(如图4所示)，表明目标车辆与试验车距离过近，超出激光测距模组照射范围，此时根据反射光谱测量得到的距离数据是无效的。第二，当试验车与前车或后车跟驰距离较近时，激光光束可能被前车或后车遮挡无法照射至斜前车或斜后车。针对上述两点问题，如图2所示，步骤105可以包括以下步骤：1051：利用局部加权拟合法处理目标车行驶轨迹得到拟合目标车行驶轨迹，局部加权拟合法的权重函数为Tricube核函数，Tricube核函数的计算公式为：

w(t₀,t)＝[1-u(t₀,t)ⁿ]ⁿ，

$u(t_0,t)=\frac{\left|t-t_0\right|}{d},$

其中w(t₀,t)为中点是t₀时t的权重，u(t₀,t)为t到t₀的规格化距离，d为t₀到窗口外最近一点的距离，n为多项式次数。

为了保证从行驶轨迹数据求导确定速度和加速度数据时不会退化为常数，多项式次数至少为3次，但是多项式次数较高时会增加计算的复杂度，并且高次多项式需要更大的数据窗口进行拟合，所以本实施方式选取多项式次数为6次，时间窗口长度为1.1秒，即包含了11个行驶轨迹的数据点。

正常情况下车辆行驶轨迹为非严格单调递增函数，因此需要剔除车辆倒退行驶的数据。因为试验车的动力性能限制与实际的试验场景情况，所以应剔除加速度大于6.0m/s2以及减速度小于-8.5m/s2的行驶轨迹数据。因此，应用局部加权平均方法拟合得到的车辆行驶轨迹需要进一步筛选。过程如下：

1052：去除拟合目标车行驶轨迹中的无效数据，无效数据包括目标车倒车轨迹数据、加速度小于-8.5m/s²和加速度大于6.0m/s²的轨迹数据。

对于前车或后车遮挡激光束照射斜前车或斜后车的问题，本实施方式针对受试驾驶人是否执行换道采取不同的推算方法估计换道特性参数。一种是：若驾驶人执行换道，假设换道期间目标车道斜前车或斜后车以恒定加速度行驶，则根据试验车完全换入目标车道后测得斜前车和斜后车的行驶速度和加速度即能够反推开始换道时刻的驾驶人换道行为特性参数。另一种是：若驾驶人未执行换道，选取一定长度时间窗口(一般小于15秒)，该时间窗口应包含最近一次测量得到的斜前车和斜后车的行驶速度和加速度数据，假设时间窗口范围内斜前车和斜后车以恒定加速度行驶，即可估算得到当前时刻的驾驶人换道行为特性参数。

由上述试验方法得到的驾驶人换道行为特性参数是在经过多次数据处理和筛选得到的，因此，该方法获得的驾驶人换道行为特性参数精度较高。

为了使试验数据更具更符合实际，在进行本试验前，选取了26名非专业驾驶人和25名专业驾驶人作为受试驾驶人。专业驾驶人为驾龄大于7年、累计行程大于10万公里且近两年累计行程大于4万公里的驾驶人；非专业驾驶人为驾龄小于5年或累计行程小于6万公里且近两年内累计行程小于3万公里的驾驶人。并且选取的试验路段为真实的城市主干路和快速路；试验时段包括了交通量的高峰时段与平峰时段；试验环境选取白天、良好天气(无大风大雨)的条件，为试验的进行提供更为真的得客观环境，使受试驾驶人收到的影响足够小，进一步保证试验的精确性。

为了进行上述实验能够获得精度更高的驾驶人换道行为特性参数，如图3所示，本发明还提供了一种确定驾驶人换道行为特性参数的系统，包括激光测距模组、GPS定位装置3以及数据处理终端4，激光测距模组包括一设置于试验车5前引擎盖上的第一激光测距装置1和一设置于试验车后备箱盖上的第二激光测距装置2，第一激光测距装置1用于采集第一激光测距装置接收中心与前车6的距离和第一激光测距装置接收中心与斜前车8的距离，第二激光测距2装置用于采集第一激光测距装置接收中心与后车7的距离和第一激光测距装置接收中心与斜后车9的距离；GPS定位装置3设于试验车5内中间位置，GPS定位装置3用于采集试验车5的经纬度坐标；激光测距模组与GPS定位装置3分别与数据处理终端4相连接，数据处理终端4的处理过程包括如下步骤：

获取经纬度坐标；

获取激光测距模组采集的激光测距模组接收中心与目标车的距离；目标车包括与试验车5同车道行驶且在试验车5正前方的前车6，与试验车5同车道行驶且在试验车5正后方的后车7，与试验车5相邻车道行驶且在试验车5斜前方的离试验车5最近的斜前车8以及与试验车5相邻车道行驶且在试验车5斜后方的离试验车5最近的斜后车9；

根据经纬度坐标确定试验车5行驶轨迹；

根据经纬度坐标和激光测距模组接收中心与目标车的距离确定车间距；

根据车间距确定目标车行驶轨迹；

根据试验车行驶轨迹和目标车行驶轨迹确定驾驶人换道行为特性参数。

本实施例采用GPS定位装置和激光测距模组采集数据，并采用了2台激光测距装置分别采集距离，通过数据处理终端处理采集的数据，最终得到驾驶人换道行为特性参数。本试验用到的设备较少，结构也很简单，因此减小了试验的复杂度，而且采用的数据采集装置精度较高，也就提高了确定驾驶人换道行为特性参数的精度。

本系统还可以包括设于试验车上的行车记录仪10，行车记录仪10与数据处理终端4相连接，行车记录仪10用于记录试验道路情况和驾驶人的操作行为，协助判断驾驶人所采取的换道操作行为，也为后期数据处理提供对照。

为了进一步提高数据采集的精度，数据处理终端设定的采样频率为10Hz。

本实施方式中的数据处理终端4可以为笔记本电脑。

在本实施方式中第一激光测距装置1的安装位置距离车头位置0.6米，第二激光测距装置2的安装位置距离车尾位置0.2米，在数据处理时需要将此安装距离考虑到车间距的计算中，以进一步提高数据采集及获取的精度，为高精度获取驾驶人换道行为特性参数提高保障。

上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本发明的描述，符合本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种确定驾驶人换道行为特性参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取GPS定位装置实时采集的试验车的经纬度坐标；

获取激光测距模组采集的激光测距模组接收中心与目标车的距离；所述目标车包括与所述试验车同车道行驶且在所述试验车正前方的前车，与所述试验车同车道行驶且在所述试验车正后方的后车，与所述试验车相邻车道行驶且在所述试验车斜前方的离所述试验车最近的斜前车以及与所述试验车相邻车道行驶且在所述试验车斜后方的离所述试验车最近的斜后车；

根据所述经纬度坐标确定试验车行驶轨迹；

根据所述经纬度坐标和所述距离确定车间距；所述车间距包括所述试验车车头与所述前车车尾间的距离，所述试验车车尾与所述后车车头间的距离，所述试验车车头所在平面与所述斜前车车尾所在平面间的距离，以及所述试验车车尾所在平面与所述斜后车车头所在平面间的距离；

根据所述车间距确定所述目标车行驶轨迹；

根据所述试验车行驶轨迹和所述目标车行驶轨迹确定驾驶人换道行为特性参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括利用局部加权拟合法处理所述目标车行驶轨迹得到拟合目标车行驶轨迹，所述局部加权拟合法的权重函数为Tricube核函数，所述Tricube核函数的计算公式为w(t₀,t)＝[1-u(t₀,t)ⁿ]ⁿ，其中w(t₀,t)为中点是t₀时t的权重，u(t₀,t)为t到t₀的规格化距离，d为t₀到窗口外最近一点的距离，n为多项式次数。

3.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多项式次数n≥3，所述窗口时间长度为1.1s且含有11个数据采集点。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，还包括去除所述拟合目标车行驶轨迹中的无效数据，所述无效数据包括所述目标车倒车轨迹数据、加速度小于-8.5m/s²和加速度大于6.0m/s²的轨迹数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车间距的计算公式为：Vd_i＝Rd_i×cos(θ_i)，式中，Vd_i为所述试验车与所述目标车之间的距离；Rd_i为所述激光测距模组接收通道测量得到的所述激光测距模组接收中心与所述目标车之间的距离；θ_i为所述激光测距模组接收通道与试验车行驶方向所夹的锐角。

6.一种确定驾驶人换道行为特性参数的系统，其特征在于，所述系统包括激光测距模组、GPS定位装置以及数据处理终端，所述激光测距模组包括一设置于试验车前引擎盖上的第一激光测距装置和一设置于所述试验车后备箱盖上的第二激光测距装置，所述第一激光测距装置用于采集第一激光测距装置接收中心与前车的距离和第一激光测距装置接收中心与斜前车的距离，所述第二激光测距装置用于采集第二激光测距装置接收中心与后车的距离和第二激光测距装置接收中心与斜后车的距离；所述GPS定位装置设于所述试验车内中间位置，所述GPS定位装置用于实时采集所述试验车的经纬度坐标；所述激光测距模组与所述GPS定位装置分别与所述数据处理终端相连接，所述数据处理终端用于：

获取所述经纬度坐标；

获取所述激光测距模组采集的激光测距模组接收中心与目标车的距离；

根据所述经纬度坐标确定试验车行驶轨迹；

根据所述经纬度坐标和所述距离确定车间距；

根据所述车间距确定所述目标车行驶轨迹；

根据所述试验车行驶轨迹和所述目标车行驶轨迹确定驾驶人换道行为特性参数。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括设于所述试验车上的行车记录仪，所述行车记录仪与所述数据处理终端相连接，所述行车记录仪用于记录试验道路情况和驾驶人的操作行为。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数据处理终端设定的采样频率为10Hz。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数据处理终端为笔记本电脑。