CN115620517B - 基于行人轨迹的交叉口人行横道宽度的动态确定方法及应用 - Google Patents

基于行人轨迹的交叉口人行横道宽度的动态确定方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于行人轨迹的交叉口人行横道宽度的动态确定方法及应用，该方法包括：1、根据过街方向建立不同坐标系，获取行人过街轨迹坐标点；2、获取每个时间间隔内不同过街方向的行人平均轨迹；3、构建每个周期内每个坐标系下的人行横道宽度模型表达式；4、比较同一位置处根据不同人行横道宽度模型得到的宽度，得出最终人行横道宽度值。本发明能根据行人过街轨迹，动态调整人行横道区域，改变原先传统的人行横道形状，构造了更符合行人过街的空间需求与安全需求的人行横道区域，从而能降低行人违章过街可能性、提高交叉口运行效率、提升交叉口安全性。

Description

基于行人轨迹的交叉口人行横道宽度的动态确定方法及应用
技术领域
本发明属于智慧交通技术领域，具体是一种基于行人轨迹的交叉口人行横道宽度的动态确定方法及其应用。
背景技术
随着智慧交通的发展，城市交通正处于传统交通向交通智能化发展的过程中。城市交叉口是行人事故的高发地点，与其他道路使用者相比，行人遭遇交通事故的风险更大。
目前国内外对人行横道宽度设计，多依托于国家规范规定的宽度限制，研究较为缺少，主要集中于行人流量等角度，给出人行横道宽度参考值，但大多为静态人行横道宽度，人行横道未能跟随周边环境发展而变化，从而导致人行横道不满足行人过街需求或者空间资源浪费。
发明内容
本发明为克服现有技术存在的不足之处，提供一种基于行人轨迹动态确定交叉口人行横道宽度方法及应用，以期能实时根据人行横道处的行人轨迹来规划人行横道不同位置处的宽度，节约交叉口空间资源，从而能提高交通流运行的安全性和交通流运行效率。
本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
本发明一种基于行人轨迹的交叉口人行横道宽度的动态确定方法的特点在于，包括以下步骤：
步骤1、令第T个周期的时长为ΔT，将第T个周期分为k个时间间隔，且每个时间间隔的时长为令任意一个时间间隔的序号为t；
以交叉口处的人行横道区域的某一顶点为原点，以所述原点所在侧的过街方向为x轴方向，以垂直过街方向为y轴方向，建立第一平面坐标系；测量所述人行横道区域沿x轴方向的长度l，并沿过街方向平均分割成p个区域；
步骤2、利用交叉口智能信号机获取第T个周期内的人行横道区域中从所述原点所在侧过街的行人轨迹数据；
利用四点标定法标定所述第一平面坐标系中的四个点(0,0)、(0,l)、(b,l)、(b,0)，b为任意宽度；
步骤3、初始化，令t＝1；
步骤4、根据第T个周期内的行人轨迹数据确定第t个时间间隔内的第s个区域中第i个行人在所述第一平面坐标系中的位置坐标从而得到第t个时间间隔内的人行横道区域中所有行人的位置坐标集合/> 表示第T个周期内第t个时间间隔内第s个区域中行人的数量；
步骤5、根据式(1)计算第t个时间间隔内的第s个区域中的个行人在所述第一平面坐标系中的x轴坐标均值/>从而得到第t个时间间隔内的人行横道区域中所有行人的x轴坐标均值/>
步骤6、根据式(2)计算第t个时间间隔内的第s个区域中的个行人在所述第一平面坐标系中的y轴坐标均值/>从而得到第t个时间间隔内的人行横道区域中所有行人的y轴坐标均值/>
步骤7、从中选取最大值/>并根据所述最大值/>得到对应的y轴坐标均值/>max∈[1,p]；
步骤8、根据式(3)获取第t个时间间隔内的人行横道区域中行人的过街时间
步骤8.1、根据式(4)计算第t个时间间隔内的人行横道区域的宽度最大值的系数
式(4)中，分别为过街时间/>的两个权重系数，/>分别为/>的两个权重系数，/>为权重系数，/>为第t个时间间隔内的常数项；
步骤8.2、根据式(5)所示，计算所述人行横道宽度变化程度指数
式(5)中，分别为过街时间/>的另两个权重系数，/>分别为/>的另两个权重系数，/>为另一个权重系数，/>为第t个时间间隔内的另一个常数项；
步骤8.3、根据式(6)所示，计算行人轨迹转折点的x轴坐标值
式(6)中，为过街时间/>的第五个权重系数，/>为/>的第五个权重系数，/>为第t个时间间隔内的第三个常数项；
步骤9、判断t＜k是否成立，若成立，则将t+1赋值给t后，返回步骤4顺序执行，从而得到第T个周期内k个时间间隔的系数指数/>行人轨迹转折点的x轴坐标值/>否则，执行步骤9.1；
步骤9.1、根据式(7)所示，计算第T个周期内所述人行横道宽度最大值的决定值
步骤9.2、根据式(8)所示，计算第T个周期内行人在所述人行横道的分散程度
步骤9.3、根据式(9)所示，计算第T个周期内行人轨迹转折点对应的x轴坐标值
步骤9.4、以所述第一平面坐标系中的原点的对角点为新原点，以所述新原点所在侧的过街方向为x轴方向，以垂直过街方向为y轴方向，建立第二平面坐标系；
按照步骤2-步骤9.3的过程得到第T个周期内行人在所述第二平面坐标系中人行横道区域的宽度最大值的决定值所述人行横道的分散程度/>行人轨迹转折点对应的x轴坐标值/>
步骤9.5、根据式(10)计算第T个周期内在第一平面坐标系中人行横道区域的宽度值
式(10)中，xa为人行横道区域的长度范围中的任意一点在第一平面坐标系内的对应的x轴坐标值；
步骤9.6、根据式(11)所示，计算xa在另一坐标系中的对应的x轴坐标位置xa′：
x′a＝l-xa (11)
步骤9.7、根据式(12)所示，计算第T个周期内在第二平面坐标系中所述人行横道宽度值
步骤9.8、判断式(13)是否成立，若成立，则令的值赋值给人行横道区域的最终宽度值/>否则，令/>的值赋值给/>
步骤9、判断公式(14)是否成立，若成立，则令Hmax的值赋值给否则，执行步骤10；
式(14)中，Hmax为所述人行横道区域的宽度极限最大值；
步骤10、判断公式(15)是否成立，若成立，则令Hmin的值赋值给否则，执行步骤11；
式(15)中，Hmin为所述人行横道区域的宽度极限最小值；
步骤11、所述交叉口智能信号机利用智能路面投影设备将所述人行横道区域的最终宽度值投影至路面上；
步骤12、将T+1赋值给T后，返回步骤1。
本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述动态确定方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述动态确定方法的步骤。
与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：
1、本发明在交叉口存在行人过街环境下，提供了一种基于行人轨迹的交叉口人行横道宽度的动态确定方法，可以根据行人过街轨迹改变不同位置处人行横道宽度，通过调整周期时长，控制人行横道变化速度，一方面避免了当过街行人较少时，设置较宽人行横道容易造成对交叉口空间资源的浪费；另一方面避免了当过街行人较多时，行人行走至无人行横道线区域的概率增加，造成的车辆与行人冲突的增多。
2、本发明克服了现有人行横道宽度设置方法中未考虑过街行人的实际空间需求问题，构造了一种随着行人过街位置和时间变化的人行横道模型，通过不规则的人行横道形状，契合行人的行走规律。通过合理配置交叉口空间资源，满足行人过街需求，有助于提高交叉口运行的安全性，同时通过降低车辆与行人由于频繁冲突造成的延误，有助于提高道路的通行能力。
3、本发明将人行横道的动态宽度信息通过投影传递给车辆以及过街行人，可以让道路上行驶的车辆和行人更加直观及时地接收到人行横道的动态宽度，避免了信息传递不及时、不准确而造成的车辆与行人之间的冲突，提高了交叉口运行的安全性和运行效率。
附图说明
图1为本发明的总体流程图；
图2为本发明的决策方法流程图；
图3为本发明的以交叉口人行横道某一顶点为原点构建的第一平面坐标系；
图4为本发明的以所述第一平面坐标系中的原点的对角点为新原点的第二平面坐标系；
图5为本发明实施例中的以交叉口人行横道西南角为原点构建的第一平面坐标系的行人轨迹图；
图6为本发明实施例中的交叉口人行横道宽度变化示意图；
图7为本发明实施例中的交叉口人行横道宽度变化示意图。
具体实施方式
本实施例中，如图1、图2所示，一种基于行人轨迹的交叉口人行横道宽度的动态确定方法，是基于行人较其他道路使用者，具有更高的自由性，因此研究行人过街轨迹，不仅可以优化人行横道设置宽度，提高行人过街舒适性，而且可以合理规划交叉口资源，提高运行效率。具体的说，该方法包括以下步骤：
步骤1、令第T个周期的时长为ΔT，将第T个周期分为k个时间间隔，且每个时间间隔的时长为令任意一个时间间隔的序号为t；
如图3所示，以交叉口处的人行横道区域的某一顶点为原点，以原点所在侧的过街方向为x轴方向，以垂直过街方向为y轴方向，建立第一平面坐标系；测量人行横道区域沿x轴方向的长度l，并沿过街方向平均分割成p个区域；
步骤2、利用交叉口智能信号机获取第T个周期内的人行横道区域中从原点所在侧过街的行人轨迹数据，行人轨迹整体呈现出具有转折点的曲线；
利用四点标定法标定第一平面坐标系中的四个点(0,0)、(0,l)、(b,l)、(b,0)，b为任意宽度；
步骤3、初始化，令t＝1；
步骤4、根据第T个周期内的行人轨迹数据确定第t个时间间隔内的第s个区域中第i个行人在第一平面坐标系中的位置坐标从而得到第t个时间间隔内的人行横道区域中所有行人的位置坐标集合/> 表示第T个周期内第t个时间间隔内第s个区域中行人的数量；
步骤5、根据式(1)计算第t个时间间隔内的第s个区域中的个行人在第一平面坐标系中的x轴坐标均值/>从而得到第t个时间间隔内的人行横道区域中所有行人的x轴坐标均值/>
步骤6、根据式(2)计算第t个时间间隔内的第s个区域中的个行人在第一平面坐标系中的y轴坐标均值/>从而得到第t个时间间隔内的人行横道区域中所有行人的y轴坐标均值/>
步骤7、从中选取最大值/>并根据最大值/>得到对应的y轴坐标均值/>max∈[1,p]；
步骤8、根据式(3)获取第t个时间间隔内的人行横道区域中行人的过街时间
步骤8.1、根据式(4)计算第t个时间间隔内的人行横道区域的宽度最大值的系数根据实际行人轨迹数据，人行横道宽度值与行人过街位置和过街时间相关，并非线性变化，因此采用线性和二次曲线结合的表达式，表述人行横道宽度最大值的系数/>自变量包含/>
式(4)中，分别为过街时间/>的两个权重系数，/>分别为/>的两个权重系数，/>为权重系数，/>为第t个时间间隔内的常数项；
步骤8.2、根据式(5)所示，计算人行横道宽度变化程度指数根据实际行人轨迹数据，人行横道宽度变化程度与行人过街位置和过街时间相关，并非线性变化，因此采用线性和二次曲线结合的表达式，表述人行横道宽度变化程度指数/>自变量包含
式(5)中，分别为过街时间/>的另两个权重系数，/>分别为/>的另两个权重系数，/>为另一个权重系数，/>为第t个时间间隔内的另一个常数项；
步骤8.3、根据式(6)所示，计算行人轨迹转折点的x轴坐标值根据实际行人轨迹数据，行人轨迹转折点与行人过街位置和过街时间相关，在一定范围内会出现逐步增加的规律，因此采用线性的表达式，表述行人轨迹转折点的x轴坐标值/>自变量包含
式(6)中，为过街时间/>的第五个权重系数，/>为/>的第五个权重系数，为第t个时间间隔内的第三个常数项；
步骤9、判断t＜k是否成立，若成立，则将t+1赋值给t后，返回步骤4顺序执行，从而得到第T个周期内k个时间间隔的系数指数/>行人轨迹转折点的x轴坐标值/>否则，执行步骤9.1；
步骤9.1、根据式(7)所示，计算第T个周期内人行横道宽度最大值的决定值
步骤9.2、根据式(8)所示，计算第T个周期内行人在人行横道的分散程度
步骤9.3、根据式(9)所示，计算第T个周期内行人轨迹转折点对应的x轴坐标值
步骤9.4、如图4所示，以第一平面坐标系中的原点的对角点为新原点，以新原点所在侧的过街方向为x轴方向，以垂直过街方向为y轴方向，建立第二平面坐标系；
按照步骤2-步骤9.3的过程得到第T个周期内行人在第二平面坐标系中人行横道区域的宽度最大值的决定值人行横道的分散程度/>行人轨迹转折点对应的x轴坐标值/>
步骤9.5、根据式(10)计算在第一平面坐标系中人行横道区域的宽度值
式(10)中，xa为人行横道区域的长度范围中的任意一点在第一平面坐标系内的对应的x轴坐标值；
步骤9.6、根据式(11)所示，计算xa在另一坐标系中的对应的x轴坐标位置xa′；
x′a＝l-xa (11)
步骤9.7、根据式(12)所示，计算第二平面坐标系中人行横道宽度值
步骤9.8、判断式(13)是否成立，若成立，则令的值赋值给人行横道区域的最终宽度值/>否则，令/>的值赋值给/>
步骤9、判断公式(14)是否成立，若成立，则令Hmax的值赋值给否则，执行步骤10；
式(14)中，Hmax为人行横道区域的宽度极限最大值；
步骤10、判断公式(15)是否成立，若成立，则令Hmin的值赋值给否则，执行步骤11；
式(15)中，Hmin为人行横道区域的宽度极限最小值；
步骤11、交叉口智能信号机利用智能路面投影设备将人行横道区域的最终宽度值投影至路面上；
步骤12、将T+1赋值给T后，返回步骤1。
本实施例中，一种电子设备，包括存储器以及处理器，该存储器用于存储支持处理器执行上述方法的程序，该处理器被配置为用于执行该存储器中存储的程序。
本实施例中，一种计算机可读存储介质，是在计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法的步骤。
本实施例中，一种基于行人轨迹的交叉口人行横道宽度优化方法所使用的交叉口智能信号机的控制装置包括：
获取模块，用于获取街道长度以及行人轨迹坐标；
确定模块，用于根据行人轨迹坐标，确定人行横道宽度变化；
传输模块，用于向智能路面投影设备传输人行横道宽度值。
与智能信号机联动控制的智能路面投影设备包括：
获取模块，用于获取智能信号机传输的人行横道宽度值；
投影模块，用于将获取的人行横道宽度投影在地面上。
实施例：
以安徽省合肥市寿春路与阜阳路交叉口的人行横道为例，构建第一平面坐标系与第二平面坐标系，采用四点标定的方法，选取的四个点的坐标为A(0,0)、B(0,28)、C(10,0)以及D(10,28)，以一个周期时长30s为例，每一个时间间隔5s，可以输出每个编号行人的纵坐标x坐标和横坐标y坐标，通过整理得到全部的行人轨迹数据，由于行人的运动是连续的，为了了解行人在不同时间间隔下的位置情况，将人行横道分割成28个宽度为1m的区域，以一个周期为例，分别计算一个周期内30s每一个时间间隔5s内每一个区域内行人的平均坐标值/>得到该人行横道上，周期30s内以5s划分的时间段内的行人轨迹，如图5所示，以第一平面坐标系的行人轨迹为例，行人过街时y轴方向的平均值在人行横道中央2.5m上下波动，整体呈现出先上升后下降的趋势。
第一平面坐标系下的行人轨迹拟合结果如表1所示，第二平面坐标系下的行人轨迹拟合结果如表2所示，拟合模型中的R2均在0.89以上，说明模型拟合程度良好；
表1第一平面坐标系行人轨迹拟合结果
表2第二平面坐标系行人轨迹拟合结果
计算第一平面坐标系周期内人行横道宽度最大值的决定值
计算第一平面坐标系周期内人行横道宽度变化程度指数
计算第一平面坐标系周期内行人轨迹转折点对应的x轴坐标值
计算第二平面坐标系周期内人行横道宽度最大值的决定值
计算第二平面坐标系周期内人行横道宽度变化程度指数
计算第二平面坐标系周期内行人轨迹转折点对应的x轴坐标值
最终得到第一平面坐标系的人行横道宽度值模型
最终得到第二平面坐标系的人行横道宽度值模型
其中x′a＝l-xa；
接下来比较两个方向得出的人行横道宽度，在同一位置处，选取较大的值代表该位置的人行横道宽度值根据国标规范，本交叉口人行横道宽度最大值Hmax＝5m，最小值Hmin＝1.5m，最终得到的人行横道宽度值/>应处于此范围内。通过交叉口智能信号机利用智能路面投影设备，将所获人行横道宽度值/>投影至路面上，用于提示交叉路口内行人行走在人行横道处；
目前对交叉口人行横道的研究包括人行横道存在时长与颜色改变以增加人行横道警示度等，但是其宽度都是相同的，人行横道区域多呈现出一个规则的矩形，而根据我们对行人轨迹的研究可以发现，实际的行人过街路径并不是垂直于道路方向，而是随着时间和位置不断发生变化的，以曲线形式分布在人行横道处，部分行人会偏离人行横道区域。基于此现象，根据行人行走轨迹来调整人行横道的宽度和范围，可以更加满足行人过街的空间需求，提升交叉口的安全性，调整后人行横道宽度可能增加如图6所示，满足行人过街需求；也可能减少如图7所示，以节省交叉口面积，提高资源利用率。

Claims (3)

1.一种基于行人轨迹的交叉口人行横道宽度的动态确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、令第T个周期的时长为ΔT，将第T个周期分为k个时间间隔，且每个时间间隔的时长为令任意一个时间间隔的序号为t；
以交叉口处的人行横道区域的某一顶点为原点，以所述原点所在侧的过街方向为x轴方向，以垂直过街方向为y轴方向，建立第一平面坐标系；测量所述人行横道区域沿x轴方向的长度l，并沿过街方向平均分割成p个区域；
步骤2、利用交叉口智能信号机获取第T个周期内的人行横道区域中从所述原点所在侧过街的行人轨迹数据；
利用四点标定法标定所述第一平面坐标系中的四个点(0,0)、(0,l)、(b,l)、(b,0)，b为任意宽度；
步骤3、初始化，令t＝1；
步骤4、根据第T个周期内的行人轨迹数据确定第t个时间间隔内的第s个区域中第i个行人在所述第一平面坐标系中的位置坐标从而得到第t个时间间隔内的人行横道区域中所有行人的位置坐标集合/> 表示第T个周期内第t个时间间隔内第s个区域中行人的数量；
步骤5、根据式(1)计算第t个时间间隔内的第s个区域中的个行人在所述第一平面坐标系中的x轴坐标均值/>从而得到第t个时间间隔内的人行横道区域中所有行人的x轴坐标均值/>
步骤6、根据式(2)计算第t个时间间隔内的第s个区域中的个行人在所述第一平面坐标系中的y轴坐标均值/>从而得到第t个时间间隔内的人行横道区域中所有行人的y轴坐标均值/>
步骤7、从中选取最大值/>并根据所述最大值/>得到对应的y轴坐标均值/>max∈[1,p]；
步骤8、根据式(3)获取第t个时间间隔内的人行横道区域中行人的过街时间
步骤8.1、根据式(4)计算第t个时间间隔内的人行横道区域的宽度最大值的系数
式(4)中，分别为过街时间/>的两个权重系数，/>分别为/>的两个权重系数，/>为权重系数，/>为第t个时间间隔内的常数项；
步骤8.2、根据式(5)所示，计算所述人行横道宽度变化程度指数
式(5)中，分别为过街时间/>的另两个权重系数，/>分别为/>的另两个权重系数，/>为另一个权重系数，/>为第t个时间间隔内的另一个常数项；
步骤8.3、根据式(6)所示，计算行人轨迹转折点的x轴坐标值
式(6)中，为过街时间/>的第五个权重系数，/>为/>的第五个权重系数，/>为第t个时间间隔内的第三个常数项；
步骤9、判断t＜k是否成立，若成立，则将t+1赋值给t后，返回步骤4顺序执行，从而得到第T个周期内k个时间间隔的系数指数/>行人轨迹转折点的x轴坐标值/>否则，执行步骤9.1；
步骤9.1、根据式(7)所示，计算第T个周期内所述人行横道宽度最大值的决定值
步骤9.2、根据式(8)所示，计算第T个周期内行人在所述人行横道的分散程度
步骤9.3、根据式(9)所示，计算第T个周期内行人轨迹转折点对应的x轴坐标值
步骤9.4、以所述第一平面坐标系中的原点的对角点为新原点，以所述新原点所在侧的过街方向为x轴方向，以垂直过街方向为y轴方向，建立第二平面坐标系；
按照步骤2-步骤9.3的过程得到第T个周期内行人在所述第二平面坐标系中人行横道区域的宽度最大值的决定值所述人行横道的分散程度/>行人轨迹转折点对应的x轴坐标值/>
步骤9.5、根据式(10)计算第T个周期内在第一平面坐标系中人行横道区域的宽度值
式(10)中，xa为人行横道区域的长度范围中的任意一点在第一平面坐标系内的对应的x轴坐标值；
步骤9.6、根据式(11)所示，计算xa在另一坐标系中的对应的x轴坐标位置xa′：
x′a＝l-xa (11)
步骤9.7、根据式(12)所示，计算第T个周期内在第二平面坐标系中所述人行横道宽度值
步骤9.8、判断式(13)是否成立，若成立，则令的值赋值给人行横道区域的最终宽度值/>否则，令/>的值赋值给/>
步骤9、判断公式(14)是否成立，若成立，则令Hmax的值赋值给否则，执行步骤10；
式(14)中，Hmax为所述人行横道区域的宽度极限最大值；
步骤10、判断公式(15)是否成立，若成立，则令Hmin的值赋值给否则，执行步骤11；
式(15)中，Hmin为所述人行横道区域的宽度极限最小值；
步骤11、所述交叉口智能信号机利用智能路面投影设备将所述人行横道区域的最终宽度值投影至路面上；
步骤12、将T+1赋值给T后，返回步骤1。
2.一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特征在于，所述存储器用于存储支持处理器执行权利要求1所述方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
3.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1所述方法的步骤。
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