交通冲突判别的车辆运动模式分析方法

发布时间：2020-01-21 08:26

【摘要】：综合运用交通冲突理论与视频图像处理技术,建立了一种基于车辆运动模式的交通冲突判别方法.根据安全金字塔原理与车辆运动模式,提出全面可量化的交通冲突严重性判别指标——碰撞可能性指标及其计算公式.针对轨迹样本的时空转移特点,确定各模式类隐马尔可夫模型结构,建立了基于隐马尔可夫模型的车辆运动模式学习与预测算法.最后,建立了完整的视频分析系统并在实际交通场景中进行了测试,结果验证了本文方法的可行性与适用性.
【图文】：

道路安全,金字塔

致轨迹空间信息失真，或者在模型设计上存在缺陷，导致其灵活性和适应性一般．针对上述问题，本文对如何利用视频采集到的丰富的微观交通信息更加客观地进行交通冲突判别这一问题进行了深入研究，引入客观适用的碰撞可能性指标，通过隐马尔可夫模型(HMM)构建车辆运动模式，利用其对前者进行计算并进而实现对冲突的判别．1碰撞可能性指标确定1．1碰撞可能性指标提出许多研究人员认为［1，10］:当车辆间相遇并存在相互影响时，所有该类事件根据其严重性进行回归排列后将呈金字塔型，形成所谓的“安全金字塔”，如图1所示．安全金字塔中各组成部分的不同高度代表了相应事件的冲突严重程度．碰撞位于该金字塔的顶部，代表了最严重的安全等级;与其紧邻的相互作用与碰撞类似，但最终并没有导致真正的碰撞发生，习惯上称为准碰撞，属于严重冲突;往下依次被称为非严重冲突、可能冲突等．事件在金字塔中离碰撞越远，其发生的频率越高，但严重性越低，事件转变为碰撞的可能性越小．由于安全金字塔将所有事件按严重性统一连续排列，因此在其基础上可以通过设置合理判断值实现冲突判别．相关研究也证实了在安全金字塔中确实存在某一严重性阈值，在此之下的事件均为车辆间的正常通过，，而之上的部分则与事故间存在紧密联系［11］．可见，构建安全金字塔是开展冲突识别工作的基础和前提．图1道路安全金字塔Fig．1Ｒoadsafetypyramid为构建安全金字塔，许多学者提出了各种各样的冲突严重性判别指标，但在实际工作中，受限于信息采集手段，上述指标的获得往往需依靠类似前述的“运动状态不变假设”来实现．实际上，车辆在固定场景内的运动并非是完全随机的，总是遵循着与其行驶意图相对应的特定运动模式，依然满足一定的分布规律，

车辆,判断函数,可能性,运动轨迹

?交通冲突判别的车辆运动模式分析方法可能性计算方法提供了技术基础．1．2碰撞可能性指标计算方法在建立起车辆的运动行为模式后，就可以获得车辆未来任意时刻最有可能通过的运动轨迹，进而计算出各时刻冲突实体间的空间距离，对车辆是否会发生碰撞进行确定性判断，并在此基础上计算碰撞可能性．结合区域跟踪算法的结果，为了方便描述冲突车辆的运动轨迹和预测位置，这里忽略车辆本身的实际大小和形状，采用质点对其进行表征，车辆的预测轨迹可采用一系列连续等时间间隔点表示．根据上述思路，建立的碰撞判断模型如图2所示．图2碰撞判断模型Fig．2Collisionjudgmentmodel在预测时长分别为m与n的情况下，假设A、B两车的预测轨迹为HA和HB(见图2)，分别表示为HA=h1，A，h2，A，…，hm，{}A(1)HB=h1，B，h2，B，…，hn，{}B(2)在t时刻，预测轨迹点坐标ht，A=(xt，A，yt，A)，1≤t≤mht，B=(xt，B，yt，B)，1≤t≤n鉴于碰撞与否的二元性，车辆A和B间的碰撞判断函数:PHA，H()B=1，当发生碰撞时0，{当未发生碰撞时(3)在两车的运动预测过程中，首先设置合理的临界安全距离阈值d，则t时刻判断函数P的计算模型如下:若t≤min(m，n)，计算两车间的距离dt，AB=ht，B－ht，A=yt，B－yt，()A2+xt，B－xt，()A[]212(4)当dt，AB≤d时，两车在t时刻的碰撞函数PHA，H()B=1(5)tTTC=t(6)当dt，AB＞d，PHA(，H)B=0．若t＞min(m，n)，PHA，H()B=0(7)遍历所有时刻t，根据上述计算模型就可以实现对冲突过程是否会发生碰撞的确定性预测．事实上，车?

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