CN113470217B - 一种基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统 - Google Patents

一种基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，包括轨迹提取与生成模块、数据提取模块、数据分析模块，轨迹提取与生成模块和数据提取模块均与数据分析模块通信连接；数据提取模块提取并记录车辆的实时行车状态数据，数据分析模块分析所提取车辆的实时行驶状态数据，并对车辆的实时行驶给出安全度评价值；轨迹提取与生成模块用于提取单目摄像机录制视频中车辆的行驶轨迹，根据数据分析模块给出的安全度评价值，生成车辆在道路上的可视行驶轨迹。本发明用以分析车辆在行驶过程中各个时间点行车轨迹的安全度，并实时生成车辆在道路上的可视行驶轨迹，从而进一步评估驾驶员的驾驶适宜性，提高驾驶安全系数，减少交通事故发生率。

Description

一种基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统
技术领域：
本发明属于交通领域，具体涉及一种基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，用于实时分析驾驶危险度，提高驾驶安全系数。
背景技术：
职业驾驶员参与交通程度高，时间长，事故比例是一般驾驶员的三倍，且后果更加严重。当前大多数职业驾驶员各项能力素质不达标是导致交通事故高发的主要原因，且事故倾向性高的驾驶员事故占比较高。因此，须对职业驾驶员进行适宜性检测和筛选，并采取针对性的提升措施，以减少交通事故的发生。
传统基于卫星定位的轨迹数据分析存在无法表征具体驾驶行为、车辆变道状况等信息的局限性，而使用无人机录制的方式则难以摄录车辆的完整行驶轨迹，无法对整个行车过程做出分析。
综上述，需要设计一种可以分析车辆在行驶过程中各个时间点行车轨迹的安全度的系统，从而进一步评估驾驶员的驾驶适宜性，提高驾驶安全系数，减少交通事故发生率。
发明内容：
为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，用以分析车辆在行驶过程中各个时间点行车轨迹的安全度，并实时生成车辆在道路上的可视行驶轨迹，从而进一步评估驾驶员的驾驶适宜性，提高驾驶安全系数，减少交通事故发生率。
本发明的技术方案如下：
一种基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，包括轨迹提取与生成模块、数据提取模块、数据分析模块，所述轨迹提取与生成模块和数据提取模块均与所述数据分析模块通信连接；
所述轨迹提取与生成模块用于提取单目摄像机录制视频中车辆的行驶轨迹，
所述数据提取模块用于提取并记录车辆的实时行车状态数据，包括行车速度、横向加速度、纵向加速度、碰撞时间、当前平均变道次数、连续变道状态、车速稳定性；
所述数据分析模块用于分析所提取车辆的实时行驶状态数据，并对车辆的实时行驶给出安全度评价值；
所述轨迹提取与生成模块根据数据分析模块给出的安全度评价值，生成车辆在道路上的可视行驶轨迹。
所述的基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，所述的单目摄像机为行车记录仪，安装于车辆上朝向行驶方向。
所述的基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，所述的数据分析模块使用Topsis算法计算出车辆的实时行车安全度。
所述的基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，所述的数据提取模块从行车轨迹中分别提取车辆的实时行车状态，连续记录或记录时间间隔为0.5～5秒。
所述的基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，所述的轨迹提取与生成模块中包括轨迹提取模块和轨迹生成模块；其中，轨迹提取模块将实时行车状态数据传递给数据分析模块；
数据分析模块将安全度评价值传递给生成轨迹生成模块，轨迹生成模块生成车辆在道路上的可视行驶轨迹。
所述的基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，还包括显示模块，显示模块与轨迹提取与生成模块连接，所述的显示模块上呈现具有标识颜色的可视行驶轨迹，颜色由绿到黄再到红，其中越接近绿色表明车辆行驶状态越安全，越接近红色表明车辆行驶状态越危险。
所述的基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，所述显示模块为车载系统显示屏或上位机显示屏，上位机与车载系统无线通讯连接。
本发明的优点是：
1、本发明与传统的车辆行驶轨迹提取方式相比，可以表征具体驾驶行为、车辆变道状况等信息；
2、本发明还能够在驾驶过程中实时提取车辆的完整行驶轨迹，能对提取的车辆轨迹信息进行分析，定量评价驾驶员在行车过程中的行车安全度；
3、本发明通过挖掘车辆轨迹数据建立驾驶行为谱，分析驾驶过程中的实时行驶安全度，评估驾驶员的驾驶适宜性，在职业驾驶员筛选与培训领域具有广泛的应用价值。
附图说明：
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式：
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清楚、完整地描述。
一种基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，在单目摄像机录制的视频中提取车辆行驶轨迹、车辆行驶信息并进行行车安全分析的系统，车辆轨迹提取与分析系统包括：轨迹提取与生成模块、数据提取模块、数据分析模块，所述轨迹提取与生成模块和所述数据提取模块均与所述数据分析模块通信连接；
数据提取模块用于提取并记录车辆的实时行车速度Vi(t)、横向加速度alat(t)、纵向加速度aver(t)、碰撞时间
Figure BDA0003161333900000031
(xp、xp分别为前车车尾和后车车头的位置，且xp＞xf；vp-vf分别为前车和后车的速度。)、当前平均变道次数
Figure BDA0003161333900000032
(x为当前总变道次数，t0为当前总行驶时间)、连续变道状态
Figure BDA0003161333900000033
车速稳定性
Figure BDA0003161333900000034
(std(·)为标准差，mean(·)为平均值)；
数据分析模块用于分析所提取的车辆行驶状态数据，并对车辆的实时行驶给出安全度评价值；
轨迹提取与生成模块用于提取行车记录仪所录制视频中车辆的行驶轨迹，并根据数据分析模块给出的安全度评价值，生成车辆在道路上的可视行驶轨迹，轨迹颜色由绿到黄再到红，其中越接近绿色表明车辆行驶状态越安全，越接近红色表明车辆行驶状态越危险。
系统还包括显示模块，显示模块为车载系统显示屏或上位机显示屏，其中车载显示屏用于驾驶员实时观察生成车辆在道路上的可视行驶轨迹；上位机显示屏车载系统无线通信连接，显示模块用于显示驾驶员实时驾驶状态，同时可以根据上位机的指令显示解析结果，并提醒或警示驾驶员。
一种基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统的应用过程，包括以下步骤：步骤1、在车辆安装上行车记录仪，并让驾驶员驾驶车辆行驶一段路程；
步骤2、将行车记录仪所录制的车辆行驶视频导入系统；
步骤3、轨迹提取与生成模块根据行车记录仪所录制的视频提取出车辆的行驶轨迹；
步骤4、数据提取模块从行车轨迹中分别提取车辆的实时行车状态，可以间隔记录，如0.2秒、0.5秒、1秒、大于1秒等间隔根据需要进行记录一次，包括行车速度V(t)、横向加速度alat(t)、纵向加速度aver(t)、碰撞时间TTC(t)、平均变道次数n(t)、连续变道状态m(t)、车速稳定性σ(t)，并将数据传递给数据分析模块计算车辆的实时行车安全度Ci；
步骤5、指标同向化，将行车速度Vi、横向加速度alat、纵向加速度aver、碰撞时间TTCi、当前平均每小时变道次数n、连续变道状态m、车速稳定性σ七项指标属性同向化。其中
Figure BDA0003161333900000041
(m为当前道路最高限速，M＝1.5m，)，
Figure BDA0003161333900000042
(负值代表向左，正值代表向右)，
Figure BDA0003161333900000043
(其中负值代表减速，正值代表加速。)，
Figure BDA0003161333900000044
Figure BDA0003161333900000051
σ′＝1/σ；
步骤6、设车辆共行驶n秒，利用通向化后的原始数据构造：
Figure BDA0003161333900000052
(其中xi1…xi7,分别为V′i、i′lat、a′ver、TTC′i、n′、m′、σ′)；
步骤7、使用熵权法对各指标进行定权，先对原始数据矩阵X进行归一化处理，
Figure BDA0003161333900000053
步骤8、计算各指标熵值
Figure BDA0003161333900000054
其中
Figure BDA0003161333900000055
n为样本数量；
步骤9、计算各指标的权系数
Figure BDA0003161333900000056
步骤10、用原始数据矩阵X构造加权规范矩阵，每一列元素都初一当前列向量的范数，
Figure BDA0003161333900000057
得到标准矩阵
Figure BDA0003161333900000058
步骤11、计算各评价指标与最安全状态、最危险状态的接近程度，
Figure BDA0003161333900000059
其中：
Figure BDA00031613339000000510
Figure BDA00031613339000000511
；
步骤12、计算各时间点车辆行驶状态与最安全状态的贴近程度
Figure BDA0003161333900000061
(Ci越接近1表示此时车辆行驶状态越安全)，并将数据传递给轨迹提取与生成模块；
步骤13、轨迹提取与生成模块根据数据分析模块计算的车辆的实时行车安全度C′i在地图上生成车辆的可视化行驶轨迹，轨迹颜色由绿到黄再到红，其中越接近绿色表明车辆行驶状态越安全，越接近红色表明车辆行驶状态越危险。
此外，本系统中还包括报警系统，对可视化车辆行驶轨迹进行实时监测，如处于非安全状态时(Ci<0.6时)，会发出警告提示。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，包括轨迹提取与生成模块、数据提取模块、数据分析模块，所述轨迹提取与生成模块和数据提取模块均与所述数据分析模块通信连接；
所述轨迹提取与生成模块用于提取单目摄像机录制视频中车辆的行驶轨迹，
所述数据提取模块用于提取并记录车辆的实时行车状态数据，包括行车速度Vi(t)、横向加速度alat(t)、纵向加速度aver(t)、碰撞时间TTC(t)、当前平均变道次数n(t)、连续变道状态m(t)、车速稳定性σ(t)；
其中：
Figure FDA0003876224220000011
xp、xf分别为前车车尾和后车车头的位置，且xp>xf；vp、vf分别为前车和后车的速度；
Figure FDA0003876224220000012
为当前总变道次数，t0为当前总行驶时间
Figure FDA0003876224220000013
Figure FDA0003876224220000014
std(·)为标准差，mean(·)为平均值，
所述数据分析模块用于分析所提取车辆的实时行驶状态数据，并对车辆的实时行驶给出安全度评价值；
所述轨迹提取与生成模块根据数据分析模块给出的安全度评价值，生成车辆在道路上的可视行驶轨迹；
获得所车辆的实时行驶给出安全度评价值的具体步骤为：
(1)指标同向化，将行车速度、横向加速度、纵向加速度、碰撞时间、当前平均每小时变道次数、连续变道状态、车速稳定性七项指标属性同向化；
其中，
Figure FDA0003876224220000015
m为当前道路最高限速，M＝1.5m；
Figure FDA0003876224220000021
负值代表向左，正值代表向右；
Figure FDA0003876224220000022
其中负值代表减速，正值代表加速；
Figure FDA0003876224220000023
Figure FDA0003876224220000024
Figure FDA0003876224220000025
σ′＝1/σ；
(2)、设车辆共行驶n秒，利用通向化后的原始数据构造：
Figure FDA0003876224220000026
其中，xi1…xi7分别为V′i、a′lat、a′ver、TTC′i、n′、m′、σ′；
(3)、使用熵权法对各指标进行定权，先对原始数据矩阵X进行归一化处理，
Figure FDA0003876224220000027
(4)、计算各指标熵值
Figure FDA0003876224220000028
其中
Figure FDA0003876224220000029
n为样本数量；
(5)、计算各指标的权系数
Figure FDA0003876224220000031
(6)、用原始数据矩阵X构造加权规范矩阵，每一列元素都初一当前列向量的范数，
Figure FDA0003876224220000032
得到标准矩阵
Figure FDA0003876224220000033
(7)、计算各评价指标与最安全状态、最危险状态的接近程度，
Figure FDA0003876224220000034
其中：
Figure FDA0003876224220000035
Figure FDA0003876224220000036
(8)、计算各时间点车辆行驶状态与最安全状态的贴近程度：
Figure FDA0003876224220000037
其中，Ci越接近1表示此时车辆行驶状态越安全，并将数据传递给轨迹提取与生成模块。
2.根据权利要求1所述的基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，所述的单目摄像机为行车记录仪，安装于车辆上朝向行驶方向。
3.根据权利要求1所述的基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，所述的数据分析模块使用Topsis算法计算出车辆的实时行车安全度。
4.根据权利要求1所述的基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，所述的数据提取模块从行车轨迹中分别提取车辆的实时行车状态，连续记录或记录时间间隔为0.5～5秒。
5.根据权利要求1所述的基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，所述的轨迹提取与生成模块中包括轨迹提取模块和轨迹生成模块；其中，轨迹提取模块将实时行车状态数据传递给数据分析模块；
数据分析模块将安全度评价值传递给生成轨迹生成模块，轨迹生成模块生成车辆在道路上的可视行驶轨迹。
6.根据权利要求1所述的基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，还包括显示模块，显示模块与轨迹提取与生成模块连接，所述的显示模块上呈现具有标识颜色的可视行驶轨迹，颜色由绿到黄再到红，其中越接近绿色表明车辆行驶状态越安全，越接近红色表明车辆行驶状态越危险。
7.根据权利要求6所述的基于单目摄像机的车辆轨迹提取与分析系统，其特征在于，所述显示模块为车载系统显示屏或上位机显示屏，上位机与车载系统无线通讯连接。
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