CN111131617A - 一种基于智能手机的驾驶行为分析与反馈方法 - Google Patents

一种基于智能手机的驾驶行为分析与反馈方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于智能手机的驾驶行为分析与反馈方法,包括:通过跟踪智能手机内置的加速度传感器、陀螺仪以及GPS定位系统获取车辆三轴加速度、角速度以及GPS定位数据,设置特定阈值。转换智能手机坐标系为车辆坐标系并分析车辆数据得出移动平均值,通过比较阈值确定驾驶人急加速、急减速、急转弯和危险变道危险驾驶行为;反馈评分至APP并警告驾驶人,定期上传至交管部门。本分析与反馈方法由于采用手机终端传感器和GPS进行驾驶行为分析,可解决现有技术分析驾驶行为时过程繁琐、成本较高、精确性较低等问题。

Description

一种基于智能手机的驾驶行为分析与反馈方法
技术领域
本发明属于汽车安全领域,具体涉及一种基于智能手机的驾驶行为分析与反馈方法。
背景技术
机动车保有量的增加导致了城市道路交通呈现出逐年饱和的趋势,诸如急刹车、急转弯、突然变道等不文明驾驶行为,对车辆行驶的安全性和流畅度会造成极大影响,近几年,由于制动和加速性能更为良好的电动汽车比重的增加,不文明驾驶行为将造成更大影响。
现有的行车记录仪只能获取车辆行驶过程中的影像资料,无法主动分析各种驾驶行为;在车辆上加装额外的数据采集装置来进行驾驶行为分析,由于车型不同和用户意愿的影响而难以实现;通过获取车辆的GPS实时数据进行分析,并且GPS数据噪点的存在而难以实现。
在目前已有的一些研究中,驾驶行为的分析都是通过在车辆上安装传感器记录驾驶行为数据,结合GPS定位对驾驶行为进行评价,硬件成本是发展驾驶行为分析技术的阻碍,而且用GPS来检测小距离位置变化,精度不足。
故提出一种利用手机解决上述技术问题的方法成为目前本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷,本发明的目的在于提供一种基于智能手机的驾驶行为分析和正向反馈的方法,本发明的驾驶行为分析方法是基于手机的自带硬件和数据处理特性,对离散数据进行处理,是对现有研究的完善和创新。能够便捷的辅助驾驶,促进规范驾驶及道路交通安全。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种基于智能手机的驾驶行为分析与反馈方法,包括:
通过智能手机获取车辆三轴加速度、角速度以及GPS定位数据;
转换智能手机坐标系为车辆坐标系并分析车辆数据得出移动平均值,通过比较阈值确定驾驶人急加速、急减速、急转弯和危险变道危险驾驶行为;
反馈评分至APP并警告驾驶人,定期上传至交管部门。
对于上述技术方案,本发明还有进一步优选的方案:
优选的,所述GPS定位数据包括:
速度值、转向角度值、里程、定位时间值和经纬度。
优选的,所述三轴加速度和角速度数据包括:XYZ各轴的轴向加速度值和Z轴轴向角速度值。
进一步地,包括以下步骤:
通过跟踪车辆行驶的三轴加速度、角速度和GPS数据,当Y轴轴向加速度值在短时间内达到峰值,并且Y轴加速度在一定时间间隔t1的移动平均值AY+大于阈值A,认为车辆起步急促或从低速急剧加速,记录为急加速;
当Y轴反向加速度值在短时间内达到峰值,并且Y轴加速度在一定时间间隔t2的移动平均值AY-小于阈值-B,认为车辆进行紧急制动,记录为急减速。
进一步地,包括以下步骤:
通过跟踪采集车辆行驶的三轴加速度、角速度和GPS定位数据,当X轴加速度在短时间间隔内急剧增大再减小,X轴加速度在一定时间间隔t3的移动平均值的绝对值AX大于阈值C,并且Z轴轴向角速度在t3的移动平均值的绝对值WZ小于阈值E,认为车辆进行危险变道。
优选的,车辆行驶中向左或向右的危险变道行为记录为危险变道;
将车辆危险变道划分为初始变道过程和车辆变道后行驶的过程。
进一步地,包括以下步骤:
通过跟踪采集车辆行驶的三轴加速度、角速度和GPS定位数据,当X轴轴向加速度迅速增加,X轴加速度在一定时间间隔t4的移动平均值的绝对值AX大于阈值D,并且Z轴轴向角速度在t4的移动平均值的绝对值WZ大于阈值E,认为车辆转弯过快、转弯角度较小,记录为急转弯。
优选的,车辆急加速和急减速时,计算移动平均值AY+和AY-的固定时间区间t1和t2取1.6s;
车辆危险变道时,计算移动平均值AX和WZ的固定时间区间t3取3.2s;
车辆急转弯时,计算移动平均值AX和WZ的固定时间区间t4取6s。
进一步地,还包括:
依据追踪数据对驾驶行为进行评价,并得到分值热力图;
热力图和驾驶行为定期反馈至交管部门数据库。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下有益效果:
相较于现有的驾驶行为技术,本发明利用了常见的智能手机对驾驶行为进行分析,通过跟踪智能手机内置的加速度传感器、陀螺仪以及GPS定位系统获取终端XYZ三轴数据以及相应位置信息,换算为车辆的XYZ三轴各方向的加速度数据并及进行数据处理,设置特定阈值。通过分析三轴加速度传感器中各轴的数据曲线,对车辆轨迹进行动态评价,确定驾驶人急加速、急减速、危险变道、以及车辆转弯过快角度过小等危险驾驶行为,依据算法形成评分机制。同时通过APP反馈给驾驶人并对危险行为给予警告,驾驶行为数据定期上传至交管部门从而进行针对性管理。本分析与反馈方法由于采用手机终端传感器和GPS进行驾驶行为分析,可解决现有技术分析驾驶行为时过程繁琐、成本较高、精确性较低等问题。
该方法简便,功能性设备高度一体化,既提高了技术的可用空间,又降低了使用技术的成本,适用性高。本发明可接受性高,车辆驾驶员配合起来较为容易,可以获得大量的驾驶行为数据,对路网的道路交通运行状况进行一定程度的刻画,利于交通管理部门进行管理。
本发明有及时的反馈机制,可以对驾驶员进行实时的驾驶辅助和驾驶行为监管,有助于促使驾驶员形成良好的驾驶习惯,提高交通安全性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明的不当限定,在附图中:
图1是本发明分析驾驶行为流程图;
图2是本发明数据采集-处理-反馈机制说明图;
图3是驾驶行为分析算法流程图;
图4是加速度和角速度离散数值点移动平均值算法;
图5是车辆急加速时Y轴加速度离散数据点图;
图6是车辆急减速时Y轴加速度离散数据点图;
图7是车辆危险变道时X轴加速度离散数据点图;
图8是车辆急转弯时X轴加速度离散数据点图;
图9是发生危险驾驶行为位置点热力图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明,在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
如图1所示,本发明的基于智能手机的驾驶行为分析与反馈方法,包括:
11,获取车辆三轴加速度、角速度以及GPS定位数据。
其中,数据信息通过智能手机内置的加速度传感器、陀螺仪以及GPS定位系统获取终端XYZ三轴角速度、XYZ三轴加速度、速度位置时间数据以及相应位置信息,见图2所示。
GPS定位数据包括:速度值、转向角度值、里程、定位时间值和经纬度。三轴加速度和角速度数据包括:XYZ各轴的轴向加速度值和Z轴轴向角速度值。
12,转换智能手机坐标系为车辆坐标系并分析车辆数据得出移动平均值,通过比较阈值确定驾驶人急加速、急减速、急转弯和危险变道危险驾驶行为,见图3所示。
通过跟踪车辆行驶的三轴加速度、角速度和GPS数据,当Y轴轴向加速度值在短时间内达到峰值,并且Y轴加速度在一定时间间隔t1的移动平均值AY+大于阈值A,认为车辆起步急促或从低速急剧加速,记录为急加速。
当Y轴反向加速度值在短时间内达到峰值,并且Y轴加速度在一定时间间隔t2的移动平均值AY-小于阈值-B,认为车辆进行紧急制动,记录为急减速。
车辆急加速和急减速时,计算移动平均值AY+和AY-的固定时间区间t1和t2取1.6s。
通过跟踪采集车辆行驶的三轴加速度、角速度和GPS定位数据,当X轴加速度在短时间间隔内急剧增大再减小,X轴加速度在一定时间间隔t3的移动平均值的绝对值AX大于阈值C,并且Z轴轴向角速度在t3的移动平均值的绝对值WZ小于阈值E,认为车辆进行危险变道。车辆行驶中向左或向右的危险变道行为记录为危险变道;将车辆危险变道划分为初始变道过程和车辆变道后行驶的过程。
车辆危险变道时,计算移动平均值AX和WZ的固定时间区间t3取3.2s。
通过跟踪采集车辆行驶的三轴加速度、角速度和GPS定位数据,当X轴轴向加速度迅速增加,X轴加速度在一定时间间隔t4的移动平均值的绝对值AX大于阈值D,并且Z轴轴向角速度在t4的移动平均值的绝对值WZ大于阈值E,认为车辆转弯过快、转弯角度较小,记录为急转弯。
车辆急转弯时,计算移动平均值AX和WZ的固定时间区间t4取6s。
其中,包括坐标系转换、XYZ三轴加速度与角速度计算、驾驶行为判定、驾驶行为评价和信息发送。
13,反馈评分至APP并警告驾驶人,定期上传至交管部门。
进一步,依据追踪数据对驾驶行为进行评价,并得到分值热力图;热力图和驾驶行为定期反馈至交管部门数据库。
其中,信息反馈给交管部门和驾驶员,交管部门信息包括驾驶行为数据库和交通情况数据库;驾驶员信息包括驾驶行为评价。
以下结合实例与附图对本发明的技术方案进行进一步的说明。
将手机固定在车辆上之后,由于手机固定的位置和仰角会造成三轴加速度的偏差,所以需要提前对三轴坐标系进行校准,而在进行数据处理时,需要将手机标准坐标系通过欧拉角旋转矩阵转换为汽车坐标系,转换过程如下:
当汽车处于静止或匀速运动状态时,θ=cos-1(az),
Figure BDA0002343166500000071
这里面的ax、ay和az是手机记录的自身三轴加速度。
当汽车制动,从静止或稳定状态加速时,假设牵引力使加速度传感器读数从(ax,ay,az)变为(a'x,a'y,a'z)时,
Figure BDA0002343166500000072
Figure BDA0002343166500000073
按照上面的公式则可求出旋转矩阵R,实现从手机坐标系到汽车坐标系的转换,那么得到汽车坐标系的三轴加速度为:
(aX,aY,aZ)T=R(ax,ay,az)T
通过测试实车按照平时驾驶陋习进行多次实车数据采集,采集数据的频率为50Hz,并通过手机终端的算法对采集的结果进行分析。
在目前已有的一些研究中,都是通过在车辆安装加速度传感器记录离线三轴加速度,但是安装繁琐、数据离线;在数据处理时,现有研究根据描绘三轴加速度信号曲线与坐标轴围成的面积来确定阈值,但是计算区域的积分面积编程复杂;在区分变道和急转弯时,现有研究通过GPS检测车头的角度差,但考虑到目前的GPS在位置变化较小时定位精度不高,利用GPS检测车头的角度差误差较大。
与现有研究相比,本发明的驾驶行为分析方法是基于手机加速度传感器进行三轴加速度和角速度的记录,充分利用手机的便携性和可操作性。
A1=(a1+a2+…+an)/n
A2=(a2+a3+…+an+1)/n
Figure BDA0002343166500000081
Am=(am+am+1+…+am+n-1)/n
在数据处理时,改变现有复杂的面积积分,而通过手机内置传感器记录的离散点数据值进行移动平均值的计算,求移动平均值的步长根据其所涉及到的驾驶行为进行确定,简化了编程难度,见图4所示。利用GPS检测车头的角度差误差较大,为了更精确的区别急转弯和变道,可以利用手机记录的角速度在一定时间间隔的移动平均值来区分变道和急转弯,不仅数据准确,而且精度较高。
车辆正常行驶时,X轴和Y轴的加速度在零附近波动,Z轴加速度在g(g=9.8m/s2)附近波动。
通过路测采集多次车辆行驶的三轴加速度、角速度和GPS定位数据,分析后得出在车辆起步急促或从低速突然急剧地加速时,如图5所示,Y轴加速度在很短的时间段内达到了峰值,危险加速时,Y轴加速度在一定时间间隔t1的移动平均值AY+大于阈值A,记录为急加速。同样地,危险刹车时,如图6所示,Y轴加速度在一定时间间隔t2的移动平均值AY-小于阈值-B,记录为急减速。计算A和B时,时间间隔取同一个值。
车辆变道时,X轴加速度先会有一个上升,然后紧跟着会有一个降低,Z方向的角速度变化较小,利用X轴的加速度和Z方向的角速度检测司机的变道行为。危险变道时,X轴加速度在短时间间隔内急剧增大再减小,X轴加速度在一定时间间隔t3的移动平均值的绝对值AX大于阈值C,见图7所示。危险向右变道和危险向左变道记录为危险变道。危险变道分为两段,一段是变道过程,另一段是变道之后一段时间的行驶过程。
车辆转弯过快、转弯角度较小时,X轴加速度会迅速增加,Z方向的角速度较大,当X轴加速度在一定时间间隔t4的移动平均值的绝对值AX大于阈值D以及Z方向的角速度在t4的移动平均值的绝对值WZ大于阈值E时,记录为急转弯,见图8所示。
在本实施方式下,移动平均的时间间隔取表1中的值较为合理,由于车辆状况和道路条件的影响,在其它的实施方式中,阈值可以在表1基础上,上下浮动10%。具体情况如下所示:
表1不同驾驶行为下阈值范围
Figure BDA0002343166500000091
统计分析,车辆X轴移动平均加速度AX基本属于[0.05g,0.4g],Y轴移动平均加速度AY属于[0.1g,0.6g]。把每个移动平均值作为一个离散点,参考阈值范围,得到评分机制如下:
表2驾驶员驾驶行为的评分
Figure BDA0002343166500000092
Figure BDA0002343166500000101
根据表2的评分机制,结合GPS定位数据得到驾驶员出行轨迹上若干个离散点的评分值,可以在路网图上绘制评分值的热力图,如图9所示。得分越高则驾驶者的驾驶行为越安全,热力图上颜色越浅,得分越低则驾驶者的驾驶行为越激进,热力图上颜色越深,驾驶行为是否激进与交通运行状况有关,则热力图可以在一定程度上反映交通运行状况,热力图和驾驶行为的得分情况反馈至交管部门数据库,同时手机端的评分和矫正建议可供驾驶员参考并进行驾驶行为改进。
本发明并不局限于上述实施例,在本发明公开的技术方案的基础上,本领域的技术人员根据所公开的技术内容,不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形,这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于智能手机的驾驶行为分析与反馈方法,其特征在于,包括:
通过智能手机获取车辆三轴加速度、角速度以及GPS定位数据;
转换智能手机坐标系为车辆坐标系并分析车辆数据得出移动平均值,通过比较阈值确定驾驶人急加速、急减速、急转弯和危险变道危险驾驶行为;
反馈评分至APP并警告驾驶人,定期上传至交管部门。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述GPS定位数据包括:
速度值、转向角度值、里程、定位时间值和经纬度。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述三轴加速度和角速度数据包括:XYZ各轴的轴向加速度值和Z轴轴向角速度值。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,包括以下步骤:
通过跟踪车辆行驶的三轴加速度、角速度和GPS数据,当Y轴轴向加速度值在短时间内达到峰值,并且Y轴加速度在一定时间间隔t1的移动平均值AY+大于阈值A,认为车辆起步急促或从低速急剧加速,记录为急加速;
当Y轴反向加速度值在短时间内达到峰值,并且Y轴加速度在一定时间间隔t2的移动平均值AY-小于阈值-B,认为车辆进行紧急制动,记录为急减速。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,包括以下步骤:
通过跟踪采集车辆行驶的三轴加速度、角速度和GPS定位数据,当X轴加速度在短时间间隔内急剧增大再减小,X轴加速度在一定时间间隔t3的移动平均值的绝对值AX大于阈值C,并且Z轴轴向角速度在t3的移动平均值的绝对值WZ小于阈值E,认为车辆进行危险变道。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:
车辆行驶中向左或向右的危险变道行为记录为危险变道;
将车辆危险变道划分为初始变道过程和车辆变道后行驶的过程。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,包括以下步骤:
通过跟踪采集车辆行驶的三轴加速度、角速度和GPS定位数据,当X轴轴向加速度迅速增加,X轴加速度在一定时间间隔t4的移动平均值的绝对值AX大于阈值D,并且Z轴轴向角速度在t4的移动平均值的绝对值WZ大于阈值E,认为车辆转弯过快、转弯角度较小,记录为急转弯。
8.根据权利要求4、5、6、7所述的方法,其特征在于:
车辆急加速和急减速时,计算移动平均值AY+和AY-的固定时间区间t1和t2取1.6s;
车辆危险变道时,计算移动平均值AX和WZ的固定时间区间t3取3.2s;
车辆急转弯时,计算移动平均值AX和WZ的固定时间区间t4取6s。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,还包括:
依据追踪数据对驾驶行为进行评价,并得到分值热力图;
热力图和驾驶行为定期反馈至交管部门数据库。
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