CN107215335B - 基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统及预警方法 - Google Patents

基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统及预警方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统及预警方法，所述系统包括：当前车，前车，反馈预警器；其中，反馈预警器安装于当前车上，采集当前车和前车数据作为输入信号，结合预设的风险指标，生成预警信号，对当前车驾驶员进行预警。本发明的反馈预警系统及预警方法，基础数据容易获得，可以处理多种情况下的风险问题，适用范围广，使得驾驶者能够根据自身驾驶状态判断风险，从而调整行为，提高驾驶的安全性和舒适性，减少道路的交通安全隐患，提高道路系统的可靠性与运行效率，同时，不依赖于车辆微观交通流模型的具体参数，易于硬件实现，费用低，应用范围广。

Description

基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统及预警方法
技术领域
本发明属于城市交通与安全驾驶技术领域，具体涉及一种基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统及预警方法。
背景技术
机动车出行作为城市交通的一种主要方式发挥着越来越重要的作用。随着机动车数量持续增加，交通与安全问题也日益突出。交通安全问题不但威胁人们的生命安全，同时也造成了巨大的经济损失。因此，亟需对交通安全问题进行研究，以提高道路交通系统的可靠性与效率，从而使交通拥堵得到缓解，并保证驾驶的高效性与安全性。交通安全问题的研究主要包括两个方面的因素，即宏观交通状态和微观驾驶状态。
在宏观交通方面，主要分析宏观交通变量，如交通流量、平均速度和占有率等与事故率之间的影响。目前研究发现，当以交通流量为核心影响因素时，交通流量与事故率呈线性增加的关系，之后又发现了一种U型函数相关关系。之后，学者们考虑到不同交通流状态对驾驶行为的影响，分别深入研究了拥堵流和自由流状态下的安全风险规律。结果表明，自由流下单车和多车事故中交通流量与事故率都呈U型曲线关系；在拥堵流下，事故率会出现突然的增长。另外，以平均速度和占有率为核心影响因素的研究中发现，绝对速度对事故率有显著影响，并且绝对速度越高事故程度越严重。进一步，一些学者利用道路不同位置的平均速度和占有率，构建了事故预测的量化模型，如logistic回归模型、事故风险预测模型、多元线性模型等。
在微观驾驶方面，现有技术中的研究主要针对个体车辆的速度、加速度和车间距等与事故率之间的相关关系。微观驾驶分析侧重于驾驶员个体的研究，主要以各种跟驰模型和换道模型为基础来进行。其中，跟驰模型可以刻画个体车辆速度、位置和加速度等信息的动态演化过程，基于此，研究人员可以分析这些微观个体变量的变化对安全驾驶行为的影响；而换道模型主要刻画车辆的换道行为，通常会考虑相邻车道、相邻车辆之间的间距和相对速度等因素对换道的影响。
在驾驶过程中，交通事故往往是和微观个体行为紧密相连的。微观驾驶行为的不当不仅会引发交通事故，甚至是连环事故。如：2015年1月，沪蓉高速上，一辆小轿车因为超速与前方一辆大货车追尾，轿车司机当场死亡；2014年12月粤赣高速发生一宗6车连环追尾相撞的特大交通事故，事故共造成12人死亡、3人不同程度受伤，起因是一辆大货车车速过快以及刹车失灵导致侧翻；2006年8月，在郑州机场高速上，一辆皮卡车追尾撞上了一辆吉普车，吉普车上的司机及一名乘客遇难，事故起因是车速过快导致皮卡电路短路点燃油箱，类似的事故不胜枚举。
由此可见，产生此类交通事故多是因为后车驾驶员对当前交通状态判断错误，采取了不恰当的驾驶行为。现有技术中，由于实际车辆微观驾驶过程的数据获取非常困难，尽管基于微观驾驶过程能够更深入分析车辆的交通安全风险，然而相关研究多从宏观交通状态角度分析交通安全问题，而对微观驾驶状态的行为分析较少。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统及预警方法，以克服现有微观驾驶状态下微观个体对当前交通潜在风险的判断不足，减少道路的交通安全隐患，提高道路系统的可靠性与运行效率
根据本发明的一个方面，提供了一种基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统，所述系统包括：当前车，前车，反馈预警器；其中，
所述当前车为微观驾驶的交通安全风险反馈预警车辆；
所述前车为当前车的前一车辆；
所述反馈预警器安装于当前车上，采集当前车和前车数据作为输入信号，结合预设的风险指标，生成预警信号，对当前车驾驶员进行预警。
上述方案中，所述反馈预警器包括：信号采集器，第一变送器，A/D板，积分器，控制器，比例放大器，D/A板，第二变送器；其中，
所述信号采集器用于采集前车与当前车的速度与间距数据；
所述第一变送器用于将所述速度与间距数据转换成标准的第一模拟信号；
所述A/D板用于将模拟信号变成数字信号，并发送给积分器；
所述积分器用于对所述数字信号实现积分，并将积分过的数字信号发送给控制器；
所述控制器用于对所述数字信号实现预警控制律，并将控制律的数字信号发送给比例放大器；
所述比例放大器用于对所述数字信号进行比例放大，并发送给D/A板；
所述D/A板用于将所述数字信号转换为第二模拟信号；
所述第二变送器用于将所述第二模拟信号作为安全风险反馈预警信号输出。
上述方案中，所述积分器的运算公式为：
Δvi(t-τ)＝vi(t-τ)-vi-1(t-τ) (3)
其中，Δvi(t-τ)为t-τ时刻车辆i与其前车i-1的速度差，vi(t-τ)为t-τ时刻车辆i的速度，vi-1(t-τ)为t-τ时刻前车i-1的速度，di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1的间距。
上述方案中，所述控制器的运算公式为：
ri(t)＝C6hi(t) (5)
其中，ri(t)为t时刻车辆i的安全风险反馈预警信号，C6为反馈预警系数，为一个可调节系数，hi(t)为t时刻车辆i的安全风险指标。
上述方案中，所述车辆i的安全风险指标hi(t)为：
1/TTC；其中，TTC为碰撞时间，且
其中，vi(t)和vi-1(t)为t时刻车辆i及其前车i-1的速度；
相应的，控制器的预警控制律为：当1/TTC≤0时，不预警；当1/TTC大于预设阈值时，发送预警信号；
或，
1/TH，其中，TH为车头时距，且
其中，li-1表示车辆i-1的车长，vi(t)为t时刻车辆i的速度，di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1之间的距离；
相应的，控制器的预警控制律为，当1/TH＝0时，不预警；当1/TH大于预设阈值时，发送预警信号；
或，
SM，其中，SM为安全间距，且
其中，g为重力加速度，vi(t)和vi-1(t)为t时刻车辆i及其前车i-1的速度di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1之间的距离；
相应的，控制器的预警控制律为，当SM＝1时，不预警；当SM大于预设阈值时，发送预警信号。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警方法，所述方法包括：
采集当前车和前车数据作为输入信号，结合预设的风险指标，生成预警信号，对当前车驾驶员进行预警。
上述方案中，所述生成预警信号，包括如下步骤：
信号采集器采集前车与当前车的速度与间距数据；
第一变送器将所述速度与间距数据转换成标准的第一模拟信号；
A/D板将模拟信号变成数字信号，并发送给积分器；
积分器对所述数字信号实现积分，并将积分过的数字信号发送给控制器；
控制器对所述数字信号实现预警控制律，并将控制律的数字信号发送给比例放大器；
比例放大器对所述数字信号进行比例放大，并发送给D/A板；
D/A板将所述数字信号转换为第二模拟信号；
第二变送器将所述第二模拟信号作为安全风险反馈预警信号输出。
上述方案中，所述积分器的运算公式为：
Δvi(t-τ)＝vi(t-τ)-vi-1(t-τ) (3)
其中，Δvi(t-τ)为t-τ时刻车辆i与其前车i-1的速度差，vi(t-τ)为t-τ时刻车辆i的速度，vi-1(t-τ)为t-τ时刻前车i-1的速度，di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1的间距。
上述方案中，所述控制器的运算公式为：
ri(t)＝C6hi(t) (5)
其中，ri(t)为t时刻车辆i的安全风险反馈预警信号，C6为反馈预警系数，为一个可调节系数，hi(t)为t时刻车辆i的安全风险指标。
上述方案中，所述车辆i的安全风险指标hi(t)为：
1/TTC；其中，TTC为碰撞时间，且
其中，vi(t)和vi-1(t)为t时刻车辆i及其前车i-1的速度；
相应的，控制器的预警控制律为：当1/TTC≤0时，不预警；当1/TTC大于预设阈值时，发送预警信号；
或，
1/TH，其中，TH为车头时距，且
其中，li-1表示车辆i-1的车长，vi(t)为t时刻车辆i的速度，di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1之间的距离；
相应的，控制器的预警控制律为，当1/TH＝0时，不预警；当1/TH大于预设阈值时，发送预警信号；
或，
SM，其中，SM为安全间距，且
其中，g为重力加速度，vi(t)和vi-1(t)为t时刻车辆i及其前车i-1的速度di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1之间的距离；
相应的，控制器的预警控制律为，当SM＝1时，不预警；当SM大于预设阈值时，发送预警信号。
由以上实施例的技术方案可以看出，本发明实施例一种基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警方法及预警系统，具有如下有益效果：
1)引入的风险反馈控制律需要的数据容易获得；
2)可以处理多种情况下的风险问题，适用范围广；
3)本项发明技术的控制效果优于现有技术的控制效果，且更易于实现；使得驾驶者能够根据自身驾驶状态判断风险，从而调整行为；
4)本项发明的技术不依赖于车辆微观交通流模型的具体参数，且其动态性能优于现有技术；
5)原理简单，易于硬件实现，费用低，应用范围广。
附图说明
图1是本发明第一实施例的基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统的车辆反馈预警系统；
图2为本发明第一实施例的基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统的反馈预警机制原理示意图；
图3为本发明第一实施例的基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统的反馈预警过程实现示意图；
图4是本发明第一实施例以1/TTC为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的车头间距对比图；
图5是本发明第一实施例以1/TTC为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的车速对比图；
图6是本发明第一实施例以1/TTC为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的风险指标1/TTC对比图；
图7是本发明第一实施例以1/TH为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的车头间距对比图；
图8是本发明第一实施例以1/TH为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的车速对比图；
图9是本发明第一实施例以1/TH为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的风险指标1/TTC对比图；
图10是本发明第一实施例以SM为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的车头间距对比图；
图11是本发明第一实施例以SM为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的车速对比图；
图12是本发明第一实施例以SM为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的风险指标1/TTC对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明针对现有技术中多从宏观交通状态上进行交通安全风险分析而对驾驶员的交通状态反馈较少且不是很准确的问题，提出了微观风险分析及预警系统和预警方法，从微观个体角度出发减少车辆出行过程中的潜在风险，提高道路系统的运行可靠性，所述预警方法实现简单、成本低。采用本发明的风险分析及预警系统和方法，可以实时的根据驾驶员自身状态为驾驶员的微观驾驶行为提供指导，提高驾驶的安全性和舒适性，减少道路的交通安全隐患，提高道路系统的可靠性与运行效率。
针对微观驾驶状态的事故预测的量化模型，有Helly模型、速度优化模型、智能驾驶模型等微观交通流模型。其中，这里的Helly模型是一种线性跟驰模型，它反映了当前车加速度与车辆的状态即：车速、间距、相对车速、加速度等之间的线性关系。该模型能够很好地描述驾驶员的实际驾驶行为，且为线性模型，因此得到了广泛的应用。
本发明在原有Helly模型的基础上，引入微观驾驶状态的风险指标，包括：1/TTC、1/TH、SM，构建改进的Helly模型，从而实现基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警。其中，TTC为碰撞时间，TH为车头时距，SM为安全间距。
下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。
第一实施例
本实施例基于Helly模型对微观驾驶模型进行改进，其改进的Helly模型由安全风险反馈预警机制和车辆反馈预警系统组成。
其中，车辆反馈预警系统的模型描述为：
ai(t)＝C1Δvi(t-τ)+C2di(t-τ)-C3-C4vi(t-τ)-C5ai(t-τ) (1)
其中，i为车辆序号，ai(t)为t时刻车辆i的加速度，τ为车辆的反应延迟时间，ai(t-τ)为t-τ时刻车辆i的加速度，Δvi(t)为t时刻车辆i与其前车i-1的速度差，Δvi(t-τ)为t-τ时刻车辆i与其前车i-1的速度差，di(t-τ)为t-τ时刻车辆i与其前车i-1的间距，vi(t-τ)为t-τ时刻车辆i的速度，vi(t)为t时刻车辆i的速度，C1,C2,C3,C4,C5分别为模型的第一参数至第五参数。
在此基础上，对速度进行积分运算，过程为：
Δvi(t-τ)＝vi(t-τ)-vi-1(t-τ) (3)
其中，Δvi(t-τ)为t-τ时刻车辆i与其前车i-1的速度差，vi(t-τ)为t-τ时刻车辆i的速度，vi-1(t-τ)为t-τ时刻前车i-1的速度，di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1的间距。
对车辆实行安全风险反馈预警，其反馈预警机制由如下公式实现：
ri(t)＝C6hi(t) (5)
其中，ri(t)为t时刻车辆i的安全风险反馈预警信号，C6为反馈预警系数，为一个可调节系数，hi(t)为t时刻车辆i的安全风险指标，(单位：米/秒)。hi(t)可采用如下几种安全风险指标：
碰撞时间TTC：当后车速度大于前车，前后车速度不变，直至相撞所需要的时间。
其中，vi(t)和vi-1(t)为t时刻车辆i及其前车i-1的速度。TTC在前后车速度非常接近或是前后车速度相等时接近无穷大，就不能有效表示风险水平。因此，通常使用1/TTC来代替TTC。其具体的反馈预警机制为，当vi(t)≤vi-1(t)时，1/TTC小于或等于0，表示无风险；vi(t)＞vi-1(t)时，1/TTC大于0，表示有风险，并且1/TTC越大风险越大。
车头时距TH：前后车先后通过同一个截面的时间差，
其中，li-1表示车辆i-1的车长，vi(t)为t时刻车辆i的速度，di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1之间的距离。其具体的反馈预警机制为，当vi(t)＝0时，TH为无穷大；为避免此种情况，通常使用1/TH来代替TH，其值为0时表示没有风险，而随者1/TH的增加，风险程度不断提高。
安全间距SM：车辆在车辆减速过程保证安全的最小距离。
其中，g为重力加速度，vi(t)和vi-1(t)为t时刻车辆i及其前车i-1的速度di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1之间的距离。其具体的反馈预警机制为，当SM越接近于1时，则风险越小。
该安全风险反馈预警机制的引入，使车辆驾驶者在行驶过程中对潜在安全风险及时做出反应，以避免驾驶安全风险的出现，提高了驾驶的安全性和舒适性。
图1为本实施例的基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统的车辆反馈预警系统。如图1所示，图中道路上N个车辆构成了一个车辆反馈预警系统，每个跟驰车辆的安全风险预警只与其前车有关；该反馈预警系统又可分解为N个车辆反馈预警子系统，每个预警子系统只包括当前车辆和其前车。
图2为本实施例的基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统的反馈预警机制原理示意图。如图2所示，车辆i的输入信号是其前车的速度vi-1(t-τ)，输出信号是其速度vi(t)，馈送信号是当前车前一时刻的速度vi(t-τ)和间距di(t-τ)。反馈预警通过一个积分环节、控制器和一个比例环节实现了公式(3)，其输入数据就是前车的速度vi-1(t-τ)、当前车的速度vi(t-τ)和间距di(t-τ)等。根据输入数据结合风险指标参数，给出当前车行驶的潜在的安全风险预警，从而使得司机可以根据所述潜在的安全风险预警调节自身的驾驶状态，降低风险水平。
图3为本实施例的基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统的反馈预警过程实现示意图。如图3所示，反馈预警器的输入信号通过第一变送器转换成标准的第一模拟信号，A/D板实现从模拟信号变成数字信号，通过积分器对所述数字信号实现积分，通过控制器和比例放大器对所述数字信号实现除法和比例放大运算，再将数字信号通过一个D/A板转换为第二模拟信号，通过第二变送器将所述第二模拟信号输出给所述预警车辆，即为安全风险反馈预警信号。
图4是本实施例以1/TTC为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的车头间距对比图；图5是以1/TTC为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的车速对比图；图6是以1/TTC为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的风险指标1/TTC对比图。如图4至图6所示，图中实线为实测数据，虚线为本实施例以1/TTC为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据。首先设置初始参数C1,C2,C3,C4,C5，应用关键性技术设置安全风险反馈预警机制指标，并利用速度传感器、间距传感器或ITS等提供的速度信号、间距信号等计算反馈的安全风险预警信号，输出其信号并存储当前车辆的速度，转向下一周期。
图7是以1/TH为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的车头间距对比图；图8是以1/TH为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的车速对比图；图9是以1/TH为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的风险指标1/TTC对比图。如图7至图9所示，实线为实测交通数据，虚线为本交通安全风险反馈控制系统的交通数据。首先设置初始参数C1,C2,C3,C4,C5，设置安全风险反馈控制律，并利用速度传感器、间距传感器或ITS等提供的速度信号、间距信号等计算反馈的安全风险控制信号，输出其信号并存储当前车辆的速度，转向下一周期。
图10是以SM为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的车头间距对比图；图11是以SM为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的车速对比图；图12是以SM为交通安全风险指标的反馈预警系统行驶数据与实测数据的风险指标1/TTC对比图。如图10至图12所示，实线为实测交通数据，虚线为本交通安全风险反馈控制系统的交通数据。首先设置初始参数C1,C2,C3,C4,C5，应用关键性技术设置安全风险反馈控制律，并利用速度传感器、间距传感器或ITS等提供的速度信号、间距信号等计算反馈的安全风险控制信号，输出其信号并存储当前车辆的速度，转向下一周期。
将本实施例的交通安全风险指标的反馈预警系统应用于加利福尼亚的爱莫利维尔I-80号公路北行方向的实际道路。模拟该道路中车辆在引入安全风险反馈预警律之后的变化，重点研究该安全风险反馈预警技术对道路上交通状况的影响。从爱莫利维尔I-80号公路视频图像中提取了2015年4月13日下午5:15～5:30交通数据，数据包括车辆ID、车道号、时间、前后车速度、加速度、车长和车头间距等，每隔0.1s记录一次数据。道路的交通处于拥堵状态，车辆频繁进行加减速，具有较高的潜在交通安全风险。以车辆的速度、间距和安全风险指标来衡量道路的交通状况。
实验模拟的结果显示：在安全风险反馈预警作用下，车辆车头间距明显增大，车速基本保持不变。在模拟过程中，通过统计风险指标系数发现：风险指标系数1/TTC明显减小，其均值和波动性均大幅度减小。数据显示加入安全风险反馈预警后，交通安全风险指标系数平均降低了百分之十。
第二实施例
本实施例提供了一种基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，采集当前车和前车数据作为输入信号。以道路上N个车辆构成的一个车辆反馈预警系统为例，每个跟驰车辆的安全风险预警只与其前车有关，因此，这里仅采集当前车和前车数据即可。相应的，所述车辆反馈预警系统可分解为N个车辆反馈预警子系统，每个预警子系统只包括当前车辆和其前车。
步骤S2，结合预设的风险指标，生成预警信号。
步骤S3，对当前车驾驶员进行预警。
其中，步骤S2中所述生成预警信号，包括如下步骤：
信号采集器采集前车与当前车的速度与间距数据；
步骤S201，第一变送器将所述速度与间距数据转换成标准的第一模拟信号；
步骤S202，A/D板将模拟信号变成数字信号，并发送给积分器；
步骤S203，积分器对所述数字信号实现积分，并将积分过的数字信号发送给控制器；
步骤S204，控制器对所述数字信号实现预警控制律，并将控制律的数字信号发送给比例放大器；
步骤S205，比例放大器对所述数字信号进行比例放大，并发送给D/A板；
步骤S206，D/A板将所述数字信号转换为第二模拟信号；
步骤S207，第二变送器将所述第二模拟信号作为安全风险反馈预警信号输出。
步骤S203中，所述积分器的运算公式为：
Δvi(t-τ)＝vi(t-τ)-vi-1(t-τ) (3)
其中，Δvi(t-τ)为t-τ时刻车辆i与其前车i-1的速度差，vi(t-τ)为t-τ时刻车辆i的速度，vi-1(t-τ)为t-τ时刻前车i-1的速度，di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1的间距。
步骤S204，所述控制器的运算公式为：
ri(t)＝C6hi(t) (5)
其中，ri(t)为t时刻车辆i的安全风险反馈预警信号，C6为反馈预警系数，为一个可调节系数，hi(t)为t时刻车辆i的安全风险指标。
这里的所述车辆i的安全风险指标hi(t)为：
1/TTC；其中，TTC为碰撞时间，且
其中，vi(t)和vi-1(t)为t时刻车辆i及其前车i-1的速度；
相应的，控制器的预警控制律为：当1/TTC≤0时，不预警；当1/TTC大于预设阈值时，发送预警信号；
或，
1/TH，其中，TH为车头时距，且
其中，li-1表示车辆i-1的车长，vi(t)为t时刻车辆i的速度，di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1之间的距离；
相应的，控制器的预警控制律为，当1/TH＝0时，不预警；当1/TH大于预设阈值时，发送预警信号；
或，
SM，其中，SM为安全间距，且
其中，g为重力加速度，vi(t)和vi-1(t)为t时刻车辆i及其前车i-1的速度di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1之间的距离；
相应的，控制器的预警控制律为，当SM＝1时，不预警；当SM大于预设阈值时，发送预警信号。
将本实施例的交通安全风险指标的反馈预警方法应用于加利福尼亚的爱莫利维尔I-80号公路北行方向的实际道路。模拟该道路中车辆在引入安全风险反馈预警律之后的变化，重点研究该安全风险反馈预警技术对道路上交通状况的影响。从爱莫利维尔I-80号公路视频图像中提取了2015年4月13日下午5:15～5:30交通数据，数据包括车辆ID、车道号、时间、前后车速度、加速度、车长和车头间距等，每隔0.1s记录一次数据。道路的交通处于拥堵状态，车辆频繁进行加减速，具有较高的潜在交通安全风险。以车辆的速度、间距和安全风险指标来衡量道路的交通状况。
实验模拟的结果显示：在安全风险反馈预警作用下，车辆车头间距明显增大，车速基本保持不变。在模拟过程中，通过统计风险指标系数发现：风险指标系数1/TTC明显减小，其均值和波动性均大幅度减小。数据显示加入安全风险反馈预警后，交通安全风险指标系数平均降低了百分之十。
由此可见，本实施例的基于微观驾驶的交通安全风险指标反馈预警方法，引入的风险反馈控制律需要的数据容易获得，可以处理多种情况下的风险问题，适用范围广，控制效果优于现有技术的控制效果，且更易于实现，使得驾驶者能够根据自身驾驶状态判断风险，从而调整行为，同时，本发明的预警方法不依赖于车辆微观交通流模型的具体参数，且其动态性能优于现有技术，原理简单，易于硬件实现，费用低，应用范围广。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警系统，其特征在于，所述系统包括：当前车，前车和反馈预警器；其中，
所述当前车为微观驾驶的交通安全风险反馈预警车辆；
所述前车为当前车的前一车辆；
所述反馈预警器安装于当前车上，采集当前车和前车数据作为输入信号，结合预设的风险指标，生成预警信号，对当前车驾驶员进行预警；所述反馈预警器包括：信号采集器，第一变送器，A/D板，积分器，控制器，比例放大器，D/A板，第二变送器；其中，
所述信号采集器用于采集前车与当前车的速度与间距数据；
所述第一变送器用于将所述速度与间距数据转换成标准的第一模拟信号；
所述A/D板用于将模拟信号变成数字信号，并发送给积分器；
所述积分器用于对所述数字信号实现积分，并将积分过的数字信号发送给控制器；
所述控制器用于对所述数字信号实现预警控制律，并将控制律的数字信号发送给比例放大器；
所述比例放大器用于对所述数字信号进行比例放大，并发送给D/A板；
所述D/A板用于将所述数字信号转换为第二模拟信号；
所述第二变送器用于将所述第二模拟信号作为安全风险反馈预警信号输出。
2.根据权利要求1所述的交通安全风险反馈预警系统，其特征在于，所述积分器的运算公式为：
Δvi(t-τ)＝vi(t-τ)-vi-1(t-τ) (3)
其中，Δvi(t-τ)为t-τ时刻车辆i与其前车i-1的速度差，vi(t-τ)为t-τ时刻车辆i的速度，vi-1(t-τ)为t-τ时刻前车i-1的速度，di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1的间距。
3.根据权利要求2所述的交通安全风险反馈预警系统，其特征在于，所述控制器的运算公式为：
ri(t)＝C6hi(t) (5)
其中，ri(t)为t时刻车辆i的安全风险反馈预警信号，C6为反馈预警系数，为一个可调节系数，hi(t)为t时刻车辆i的安全风险指标。
4.根据权利要求3所述的交通安全风险反馈预警系统，其特征在于，所述车辆i的安全风险指标hi(t)为：
1/TTC；其中，TTC为碰撞时间，且
其中，vi(t)和vi-1(t)为t时刻车辆i及其前车i-1的速度；
相应的，控制器的预警控制律为：当1/TTC小于或等于预设阈值时，不预警；当1/TTC大于预设阈值时，发送预警信号；
或，
1/TH，其中，TH为车头时距，且
其中，li-1表示车辆i-1的车长，vi(t)为t时刻车辆i的速度，di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1之间的距离；
相应的，控制器的预警控制律为，当1/TH小于或等于预设阈值时，不预警；当1/TH大于预设阈值时，发送预警信号；
或，
SM，其中，SM为安全间距，且
其中，g为重力加速度，vi(t)和vi-1(t)为t时刻车辆i及其前车i-1的速度di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1之间的距离；
相应的，控制器的预警控制律为，当SM小于或等于预设阈值时，不预警；当SM大于预设阈值时，发送预警信号。
5.一种基于微观驾驶的交通安全风险反馈预警方法，其特征在于，所述方法包括：
采集当前车和前车数据作为输入信号，结合预设的风险指标，生成预警信号，对当前车驾驶员进行预警；
所述生成预警信号，包括如下步骤：
信号采集器采集前车与当前车的速度与间距数据；
第一变送器将所述速度与间距数据转换成标准的第一模拟信号；
A/D板将模拟信号变成数字信号，并发送给积分器；
积分器对所述数字信号实现积分，并将积分过的数字信号发送给控制器；
控制器对所述数字信号实现预警控制律，并将控制律的数字信号发送给比例放大器；
比例放大器对所述数字信号进行比例放大，并发送给D/A板；
D/A板将所述数字信号转换为第二模拟信号；
第二变送器将所述第二模拟信号作为安全风险反馈预警信号输出。
6.根据权利要求5所述的交通安全风险反馈预警方法，其特征在于，所述积分器的运算公式为：
Δvi(t-τ)＝vi(t-τ)-vi-1(t-τ) (3)
其中，Δvi(t-τ)为t-τ时刻车辆i与其前车i-1的速度差，vi(t-τ)为t-τ时刻车辆i的速度，vi-1(t-τ)为t-τ时刻前车i-1的速度，di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1的间距。
7.根据权利要求6所述的交通安全风险反馈预警方法，其特征在于，所述控制器的运算公式为：
ri(t)＝C6hi(t) (5)
其中，ri(t)为t时刻车辆i的安全风险反馈预警信号，C6为反馈预警系数，为一个可调节系数，hi(t)为t时刻车辆i的安全风险指标。
8.根据权利要求7所述的交通安全风险反馈预警方法，其特征在于，所述车辆i的安全风险指标hi(t)为：
1/TTC；其中，TTC为碰撞时间，且
其中，vi(t)和vi-1(t)为t时刻车辆i及其前车i-1的速度；
相应的，控制器的预警控制律为：当1/TTC小于或等于预设阈值时，不预警；当1/TTC大于预设阈值时，发送预警信号；
或，
1/TH，其中，TH为车头时距，且
其中，li-1表示车辆i-1的车长，vi(t)为t时刻车辆i的速度，di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1之间的距离；
相应的，控制器的预警控制律为，当1/TH小于或等于预设阈值时，不预警；当1/TH大于预设阈值时，发送预警信号；
或，
SM，其中，SM为安全间距，且
其中，g为重力加速度，vi(t)和vi-1(t)为t时刻车辆i及其前车i-1的速度di(t)为t时刻车辆i与其前车i-1之间的距离；
相应的，控制器的预警控制律为，当SM小于或等于预设阈值时，不预警；当SM大于预设阈值时，发送预警信号。
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