專利名稱：基于二維激光掃描儀的路口交通沖突檢測及安全評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種路口交通沖突檢測和安全評(píng)價(jià)的方法。利用多臺(tái)二維激光掃描儀 進(jìn)行路口運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)參數(shù)的采集與融合，通過各個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算交通參與單元之間的交 通沖突參數(shù)及沖突嚴(yán)重程度，在對交叉路口嚴(yán)重沖突統(tǒng)計(jì)和交通量統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建基 于交通沖突的交叉口安全狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)對交叉口安全狀態(tài)的評(píng)價(jià)與監(jiān)控。本發(fā)明具 有成本低，準(zhǔn)確，快速的特點(diǎn)，為進(jìn)行路口交通沖突的研究帶來了便捷，有利于對路口交通 管制實(shí)施有效改進(jìn)，確保交通安全。
背景技術(shù)：
我國交通沖突技術(shù)及安全評(píng)價(jià)的相關(guān)研究我國于1987年才引入交通沖突技術(shù)，經(jīng)過20年的研究取得了一些研究成果1994 年，張?zhí)K將瑞典海頓(C.Hyden)博士的專著《交通沖突技術(shù)》翻譯成中文，國內(nèi)第一次比較 全面系統(tǒng)地接觸到了交通沖突技術(shù)；1997年，劉小明、段海林等結(jié)合我國平面交叉口混合 交通特性，對基于交通沖突技術(shù)的安全評(píng)價(jià)方法的標(biāo)準(zhǔn)化程序進(jìn)行了研究，并建立了以交 通沖突為基礎(chǔ)的交叉口交通沖突概率分布模型；1998年，張?zhí)K在其博士論文的基礎(chǔ)上發(fā)表 了《中國交通沖突技術(shù)》一書，為建立符合我國交通特性的交通沖突技術(shù)做了進(jìn)一步的探 討；2000年，周偉、羅石貴等應(yīng)用交通沖突技術(shù)對路段交通事故多發(fā)點(diǎn)的鑒別進(jìn)行了探討， 并采用鄭州黃河公路大橋的沖突觀測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了方法的有效性，豐富了現(xiàn)有的交通沖突技 術(shù)理論；2005年，王學(xué)明、聶磊等應(yīng)用TCT(交通沖突技術(shù))對自行車交通安全狀況進(jìn)行了 分析和安全評(píng)價(jià)；成衛(wèi)對城市道路交通事故與交通沖突的理論關(guān)系模型展開了詳細(xì)的研 究，并結(jié)合聚類分析等數(shù)學(xué)方法對實(shí)際交叉口的安全狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為平交口安全評(píng)價(jià) 提供了一種新的研究途徑?？傮w來說，我國對交通沖突技術(shù)的研究與應(yīng)用仍處于起步階段。社會(huì)對整個(gè)道路 安全近年才重視起來，對TCT更是缺少研究的環(huán)境和平臺(tái)，研究成果也僅停留在理論上，實(shí) 際應(yīng)用較少，研究模式也基本參照發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，與我國實(shí)際交通特點(diǎn)結(jié)合得不夠，可操 作性不強(qiáng)。因此有必要研究開發(fā)適合中國交通特性的混合交通條件下的可操作性強(qiáng)的交通 沖突檢測技術(shù)。國內(nèi)外交通沖突檢測技術(shù)的現(xiàn)狀交通沖突自動(dòng)檢測方面，1977年，英國道路交通研究所開始研究交通沖突自動(dòng)記 錄系統(tǒng)，但由于系統(tǒng)過于復(fù)雜而失?。?984年，在瑞典的馬爾默市進(jìn)行了 TCT的國際型校正 工作中，荷蘭理工學(xué)院首次運(yùn)用了自動(dòng)記錄系統(tǒng)測評(píng)交通沖突；1987年，瑞典與荷蘭進(jìn)行 了利用沖突成像技術(shù)研究記錄沖突的形成過程。近幾年，加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)Tarek Sayed和Nialas Saunier等一直致力 于交通沖突的自動(dòng)檢測系統(tǒng)研究，嘗試開發(fā)了一種基于視頻的交叉口交通安全自動(dòng)分析系 統(tǒng)，不過尚處于試驗(yàn)階段，離實(shí)際應(yīng)用還有一段距離。該系統(tǒng)首先采用基于特征的車輛跟蹤 算法實(shí)現(xiàn)對交叉口范圍內(nèi)的車輛跟蹤，然后以采集到的車輛運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合隱馬爾可夫模型(HMM)實(shí)現(xiàn)對相關(guān)行車軌跡的自動(dòng)搜索，識(shí)別出發(fā)生沖突的軌跡簇，以達(dá)到 交通沖突自動(dòng)檢測的目的。交通沖突檢測在國內(nèi)研究相對較少。譚鐵牛等提出了一種基于三維模型車輛跟蹤 的交通事故概率預(yù)測方法，該方法首先采用基于三維模型的車輛跟蹤獲得車輛運(yùn)動(dòng)軌跡樣 本數(shù)據(jù)，然后采用模糊自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，以樣本數(shù)據(jù)為訓(xùn)練對象，學(xué)習(xí)車輛運(yùn)動(dòng)模式和 規(guī)律。經(jīng)過訓(xùn)練后的系統(tǒng)對現(xiàn)有車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡加以匹配和預(yù)測，并計(jì)算出交通事故發(fā)生 的概率。但國內(nèi)尚未見到基于激光掃描儀的交通沖突檢測相關(guān)研究。檢索現(xiàn)有技術(shù)，已有一些專利申請?zhí)峁┝艘恍┙鉀Q方法。如專利申請?zhí)?200810171317. 6，專利名稱《基于多激光掃描儀的數(shù)據(jù)融合方法及系統(tǒng)》；專利申請?zhí)?200810170194. 4，專利名稱《基于多激光掃描儀的移動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法及系統(tǒng)》，專利申請?zhí)?200910091650. 0，專利名稱《一種采用激光掃描的行人前進(jìn)方向判斷方法》。這些技術(shù)只是 進(jìn)行了數(shù)據(jù)的融合、移動(dòng)目標(biāo)的跟蹤和方向判別，未涉及到交通沖突的自動(dòng)檢測和安全評(píng) 價(jià)，技術(shù)的實(shí)用性有欠缺。因此研究一種高效的、實(shí)用性和準(zhǔn)確性強(qiáng)的交通沖突檢測和安全 評(píng)價(jià)方法具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，提出一種基于二維激光掃描儀的路口 交通沖突檢測和安全評(píng)價(jià)的方法。本發(fā)明通過下述技術(shù)實(shí)現(xiàn)1.利用二維激光數(shù)據(jù)的融合方法，確定路口運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；通過等間隔時(shí) 刻運(yùn)動(dòng)物體的坐標(biāo)和灰色預(yù)測模型對物體的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行預(yù)測，從而確定沖突點(diǎn)和沖突距 離；在對交叉路口沖突統(tǒng)計(jì)和交通量統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用灰色聚類分析對交叉口的安全狀 態(tài)做出評(píng)價(jià)。設(shè)運(yùn)動(dòng)物體的橫坐標(biāo)為x(°)的原始數(shù)據(jù)序列 用 1-AG0 (Accumulating Generation Operator)生成一階累力口生成序列 其中 利用微分方程和導(dǎo)數(shù)的定義，可以求得 其中 + 為運(yùn)動(dòng)物體橫坐標(biāo)的第(k+1)個(gè)預(yù)測值；;^〗)作+ 1)，義(1)(幻分別為運(yùn)動(dòng) 物體第(k+1)個(gè)和第k個(gè)一階累加預(yù)測值；同樣可以求得運(yùn)動(dòng)物體縱坐標(biāo)的預(yù)測值。根據(jù)上述方法，利用激光融合數(shù)據(jù)得知運(yùn)動(dòng)物體的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，結(jié)合灰色預(yù) 測模型即可求得物體的橫縱坐標(biāo)預(yù)測值，進(jìn)而預(yù)測出物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。2.實(shí)現(xiàn)步驟(1)利用多臺(tái)二維激光掃描儀組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，從不同位置、角度對交叉口通行狀 況進(jìn)行水平掃描；(2)根據(jù)所獲取的激光數(shù)據(jù)特性，將數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，完成運(yùn)動(dòng)物體的檢測與跟蹤；(3)利用運(yùn)動(dòng)物體檢測結(jié)果，確定道路交通量和運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括位置、 速度、方向、類型；(4)結(jié)合已有的運(yùn)動(dòng)物體坐標(biāo)和灰色預(yù)測模型，確定交叉口交通沖突相關(guān)參數(shù)，包 括沖突點(diǎn)的位置和沖突距離；(5)根據(jù)路口交通流量和沖突參數(shù)，利用灰色聚類模型，確定沖突嚴(yán)重程度，進(jìn)行 交叉路口安全評(píng)價(jià)。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)通過對多臺(tái)二維激光掃描儀數(shù)據(jù)的采集和融合，可以快速、 準(zhǔn)確的確定運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；利用已知參數(shù)和數(shù)學(xué)模型對交通沖突和沖突點(diǎn)進(jìn)行判 定，同時(shí)獲知沖突距離，避免了目前主要用的人工觀測法帶來的較大誤差，也提高了效率； 結(jié)合灰色聚類分析對路口安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，具有更強(qiáng)的說服性?；诩す鈷呙鑳x的路口交通 沖突檢測及安全評(píng)價(jià)的方法具有成本低，準(zhǔn)確，快速的特點(diǎn)，為進(jìn)行路口交通沖突的研究帶 來了便捷，有利于道路相關(guān)部門對路口交通管制實(shí)施有效改進(jìn)，確保交通安全。


圖1激光掃描儀布置2建立實(shí)際現(xiàn)場坐標(biāo)系圖3移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡示意4交通沖突檢測示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本方面的實(shí)施例做詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本方面技術(shù)方案為前 提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下 述的實(shí)施例。(1)在交叉路口(無隔離帶)各個(gè)轉(zhuǎn)角處分別放一臺(tái)激光掃描儀(圖1，其中1，2， 3,4分別代表1，2，3，4號(hào)掃描儀放置位置)。根據(jù)現(xiàn)場標(biāo)線狀態(tài)設(shè)定坐標(biāo)系，測量各臺(tái)掃描 儀的位置和角度，為便于測量，把現(xiàn)場測量坐標(biāo)系的x軸和y軸定位在相互兩個(gè)垂直的邊緣 上；將攝像機(jī)置于路側(cè)位置較高的建筑物或路燈上，以便將路口的交通情況拍攝完整，為基 于掃描儀的沖突檢測提供參考(圖2)。(2)根據(jù)所獲取的激光數(shù)據(jù)特性，利用已有技術(shù)將多臺(tái)掃描儀獲取的激光數(shù)據(jù)進(jìn) 行聚類、融合，完成運(yùn)動(dòng)物體的檢測(圖3)。(3)根據(jù)所檢測的運(yùn)動(dòng)物體在每幀掃描數(shù)據(jù)中的變化，確定其位置、速度、方向角和運(yùn)動(dòng)物體類型；實(shí)時(shí)記錄進(jìn)入交叉口的運(yùn)動(dòng)物體數(shù)量，完成交通量的統(tǒng)計(jì)；同時(shí)結(jié)合運(yùn) 動(dòng)物體類型，結(jié)合以下?lián)Q算值表1，計(jì)算當(dāng)量交通量；表1混合當(dāng)量交通量換算值 (4)結(jié)合已有的運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算相同時(shí)間間隔上來自不同方向的運(yùn)動(dòng)單元 之間的距離，若上述運(yùn)動(dòng)單元間的距離不斷減小直至開始小于或等于兩物體的最小制動(dòng)距 離之和Lmin，記錄出現(xiàn)該情況的時(shí)刻t ；利用灰色預(yù)測模型，以t時(shí)刻前運(yùn)動(dòng)物體的位置坐標(biāo) 為已知量預(yù)測物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，如果兩物體預(yù)測的運(yùn)動(dòng)軌跡存在交叉，則交叉點(diǎn)即為沖突 點(diǎn)，并對交通沖突數(shù)進(jìn)行記錄；沖突距離為存在沖突點(diǎn)的兩運(yùn)動(dòng)物體實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡上的最 小距離(圖4，其中0為沖突點(diǎn))。(5)利用交通沖突參數(shù)，結(jié)合當(dāng)量交通量和灰色聚類評(píng)價(jià)模型，完成沖突嚴(yán)重程度 判定和路口安全評(píng)價(jià)。進(jìn)行灰色聚類評(píng)價(jià)時(shí)，運(yùn)用SPSS軟件，以路口沖突數(shù)/交通量、沖突 距離作為輸入?yún)?shù)，完成同一路口不同時(shí)段或者不同路口同一時(shí)段的安全狀況評(píng)價(jià)。
權(quán)利要求
一種基于二維激光掃描儀的路口交通沖突檢測及安全評(píng)價(jià)的方法，其特征在于包括如下步驟(1)利用多臺(tái)二維激光掃描儀組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，從不同位置、角度對交叉口通行狀況進(jìn)行水平掃描；(2)根據(jù)所獲取的激光數(shù)據(jù)特性，將數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，完成運(yùn)動(dòng)物體的檢測與跟蹤；(3)利用運(yùn)動(dòng)物體檢測結(jié)果，確定道路交通量和運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括位置、速度、方向、類型；(4)結(jié)合上述參數(shù)，確定交叉口交通沖突相關(guān)參數(shù)，包括沖突點(diǎn)的位置，沖突距離；(5)根據(jù)路口交通流量和沖突參數(shù)，確定沖突嚴(yán)重程度，進(jìn)行交叉路口安全評(píng)價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維激光掃描儀的路口交通沖突檢測及安全評(píng)價(jià)方法， 其特征在于，所述的步驟(1)，具體是指在交叉路口(無隔離帶)各個(gè)轉(zhuǎn)角處分別布置一 臺(tái)激光掃描儀。根據(jù)現(xiàn)場標(biāo)線狀態(tài)設(shè)定坐標(biāo)系，測量各臺(tái)掃描儀的位置和角度。為便于測 量，把現(xiàn)場測量坐標(biāo)系的χ軸和1軸定位在兩個(gè)相互垂直的邊緣上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維激光掃描儀的路口交通沖突檢測及安全評(píng)價(jià)方法， 其特征在于，所述的步驟(2)，具體是指利用現(xiàn)有技術(shù)，對多臺(tái)掃描儀獲取的激光點(diǎn)進(jìn)行 聚類，完成路口運(yùn)動(dòng)物體的檢測和跟蹤。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維激光掃描儀的路口交通沖突檢測及安全評(píng)價(jià)方法， 其特征在于，所述的步驟(3)，具體是指根據(jù)所檢測的運(yùn)動(dòng)物體在每幀掃描數(shù)據(jù)中的變 化，確定其位置、速度、方向角和運(yùn)動(dòng)物體類型；實(shí)時(shí)記錄進(jìn)入交叉口的運(yùn)動(dòng)物體數(shù)量，完成 交通量的統(tǒng)計(jì)；同時(shí)結(jié)合運(yùn)動(dòng)物體類型，計(jì)算當(dāng)量交通量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維激光掃描儀的路口交通沖突檢測及安全評(píng)價(jià)方法， 其特征在于，所述的步驟(4)，具體實(shí)現(xiàn)如下結(jié)合已有的運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)參數(shù)和灰色預(yù)測模 型，完成對沖突點(diǎn)的標(biāo)定，確定交通沖突參與單元之間發(fā)生交通沖突的沖突距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二維激光掃描儀的路口交通沖突檢測及安全評(píng)價(jià)方法， 其特征在于，所述的步驟(5)，具體實(shí)現(xiàn)如下利用交通沖突參數(shù)，結(jié)合當(dāng)量交通量和灰色 聚類評(píng)價(jià)模型，完成沖突嚴(yán)重程度判定和路口安全評(píng)價(jià)。
全文摘要
一種基于二維激光掃描儀的路口交通沖突檢測及安全評(píng)價(jià)的方法，其顯著特征是，利用多臺(tái)二維激光掃描儀進(jìn)行路口運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)參數(shù)的采集與融合，通過各個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算交通參與單元之間發(fā)生交通沖突的沖突參數(shù)及其嚴(yán)重程度，在對交叉路口嚴(yán)重沖突統(tǒng)計(jì)和交通量統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于交通沖突的交叉口安全狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)對交叉口安全狀態(tài)的評(píng)價(jià)與監(jiān)控。基于激光掃描儀的路口交通沖突檢測及安全評(píng)價(jià)的方法具有成本低，準(zhǔn)確，快速的特點(diǎn)，為進(jìn)行路口交通沖突的研究帶來了便捷，有利于對路口交通管制實(shí)施有效改進(jìn)，確保交通安全。
文檔編號(hào)G08G1/04GK101853575SQ20101019537
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者余貴珍, 劉淼淼, 王云鵬, 田大新, 魯光泉 申請人:北京航空航天大學(xué)