本發(fā)明涉及校園門口路段的交通沖突行為識(shí)別，尤其是一種用于校園門口路段的交通沖突行為識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，使得城市內(nèi)機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車的數(shù)量越來越多，交通路段的擁堵和違規(guī)行駛則日趨嚴(yán)重，為了保證路段順暢和減少交通事故，特別是學(xué)校門口路段的交通則是非常重要的，同時(shí)，對(duì)學(xué)校門口路段交通管理也要求越來越高。因?yàn)槊慨?dāng)學(xué)校上學(xué)、放學(xué)期間，在學(xué)校門口接送孩子的家長非常多，隨意停放車輛，導(dǎo)致交通嚴(yán)重?fù)矶?，甚至于交通癱瘓。行人、非機(jī)動(dòng)車、機(jī)動(dòng)車混合在一起，存在較多的交通沖突，這樣增加了較多的安全隱患和交通擁堵。

2、傳統(tǒng)交通沖突定義和理論體系以機(jī)動(dòng)車為主要對(duì)象，而校園門口路段的交通參與者包括較多的行人和非機(jī)動(dòng)車，這種交通沖突與單純的機(jī)動(dòng)車沖突有著很大不同。由于校園門口路段交通沖突與機(jī)動(dòng)車沖突基本準(zhǔn)則一致，因此，校園門口路段交通沖突的定義仍以交通沖突傳統(tǒng)定義為基礎(chǔ)，即“如果行人、自行車和電動(dòng)自行車等校園門口路段交通參與者運(yùn)行方向或速度沒有改變，那么有很高的可能性發(fā)生碰撞”，這是校園門口路段交通沖突定義的先決條件。校園門口路段交通沖突定義的難點(diǎn)在于區(qū)分正常交互和交通沖突，而這僅靠類似機(jī)動(dòng)車交通沖突定義中的單一指標(biāo)或量化指標(biāo)是很難區(qū)分的，需要綜合考慮運(yùn)行狀態(tài)、閃避動(dòng)作、操作空間和交通環(huán)境等多方狀態(tài)。

3、涉及機(jī)動(dòng)車的快速交通沖突的一般鑒別方法包括：基于時(shí)空接近度和基于避險(xiǎn)行為兩大類。

4、(1)基于時(shí)空接近度的交通沖突鑒別；

5、交通參與者在時(shí)間或空間上的接近程度可作為交通沖突判別的重要依據(jù)，常見的時(shí)空接近度沖突度量指標(biāo)為ttc和pet。交通參與者發(fā)生沖突時(shí)，若保持原有運(yùn)動(dòng)路徑和速度不變，會(huì)在某個(gè)時(shí)刻發(fā)生碰撞，那么從沖突開始至碰撞發(fā)生的時(shí)間即為ttc值。沖突過程中，最小ttc(ttcmin)值被視為衡量沖突嚴(yán)重程度的指標(biāo)。原則上，ttcmin值越小則發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)越高，嚴(yán)重程度越高。ttc指標(biāo)被廣泛運(yùn)用于機(jī)動(dòng)車追尾沖突中，對(duì)于在同一車道上行駛的車輛，ttc計(jì)算方法見下式：

6、

7、式中，xj,t是t時(shí)刻交通參與者j位置的坐標(biāo)(m)；xj+1,t是t時(shí)刻交通參與者j+1位置的坐標(biāo)(m)；vj+1,t是t時(shí)刻交通參與者j+1的瞬時(shí)速度(m/s)；vj,t是t時(shí)刻交通參與者j的瞬時(shí)速度(m/s)；lj是j交通參與者的長度，通常在機(jī)動(dòng)車沖突中考慮(m)；

8、pet的定義為交通參與者通過潛在碰撞點(diǎn)的時(shí)間差值。pet指標(biāo)計(jì)算簡單，交通參與者有潛在的沖突點(diǎn)即可計(jì)算pet值。計(jì)算過程不需要速度、距離等指標(biāo)，只需記錄交通參與者分別到達(dá)潛在沖突點(diǎn)的時(shí)間即可。但pet指標(biāo)計(jì)算的前提是交通參與者軌跡必須存在交叉點(diǎn)，因此pet值往往被用于計(jì)算發(fā)生在交叉口等地點(diǎn)，存在相交軌跡的交通沖突中。

9、除此之外，距離事故時(shí)間(time?to?accident，ta)、暴露碰撞時(shí)間(time?exposedttc，tet)、累積危險(xiǎn)碰撞時(shí)間(time?integrated?ttc，tit)、車頭時(shí)距(time?headway，th)、避免碰撞的減速率(deceleration?rate?to?avoid?the?crash，drac)等時(shí)間接近度指標(biāo)，和停車距離比例(proportion?of?stopping?distance，psd)、橫向偏離距離指標(biāo)(lateraldistance?to?departure)等距離接近度指標(biāo)也被應(yīng)用于各類交通沖突的鑒別中。

10、(2)基于避險(xiǎn)行為的沖突鑒別；

11、避險(xiǎn)行為指交通參與者快速閃避沖突以避免碰撞的機(jī)動(dòng)行為。快速的避險(xiǎn)行為可以是繞行、剎車、加速或者任何機(jī)動(dòng)行為的組合?；诒茈U(xiǎn)行為的沖突鑒別方法其優(yōu)勢在于鑒別操作靈活簡單，適用于速度、距離、時(shí)間等量化指標(biāo)不易獲取，但交通參與者狀態(tài)、交通狀態(tài)清晰的情況。其缺點(diǎn)在于預(yù)防性行為和閃避性行為區(qū)分難度較大，且交通參與者均無避險(xiǎn)行為的交通沖突容易被忽略。另外，基于避險(xiǎn)行為的沖突鑒別主要依賴于人工判斷，因此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化判別并不容易。

12、而涉及行人、自行車和非機(jī)動(dòng)車等慢行交通參與者的交通沖突鑒別方法主要包括客觀指標(biāo)沖突鑒別技術(shù)、主觀交通沖突鑒別技術(shù)和主客觀結(jié)合交通沖突鑒別技術(shù)。

13、(1)客觀指標(biāo)沖突鑒別技術(shù)；

14、ttc、pet、ta等時(shí)間接近度指標(biāo)也同樣被應(yīng)用在涉及慢行交通參與者的交通沖突鑒別中。通常情況下，ttc值小于1.5s和pet值小于1s在城市交通中即被認(rèn)為是危險(xiǎn)的，但根據(jù)不同的交通環(huán)境和交通參與者類型往往也存在不同的閾值限定，相比于適合描述高速運(yùn)動(dòng)交通參與者沖突的時(shí)空接近度指標(biāo)，基于閃避行為的沖突指標(biāo)反而更適用于互動(dòng)親密的慢行交通沖突。由于與機(jī)動(dòng)車不同的交通特性，基于閃避行為的慢行沖突指標(biāo)選取也多有不同。慢行交通沖突閃避行為指標(biāo)主要有時(shí)空步態(tài)參數(shù)(步長和步頻)、加速度、加速度變化率和角速度等。

15、(2)主觀交通沖突鑒別技術(shù)；

16、這是由于機(jī)動(dòng)車的駕駛路線明確，駕駛行為規(guī)范，其交通沖突過程可用時(shí)空接近度指標(biāo)、閃避動(dòng)作指標(biāo)等客觀指標(biāo)甚至單一指標(biāo)充分描述。近年來計(jì)算機(jī)視覺、gps等技術(shù)發(fā)展迅速，提取并計(jì)算慢行交通沖突中客觀指標(biāo)也已不是難事。盡管不受技術(shù)問題限制，但客觀指標(biāo)在慢行沖突鑒別中使用依舊并不多。但慢行交通沖突過程中，行人、自行車、電動(dòng)自行車等路徑選擇隨機(jī)性高、行駛穩(wěn)定性差、變速和繞行靈活，客觀指標(biāo)便只能描述慢行交通沖突的部分情況。因此，一些主觀沖突技術(shù)被提了出來，包括英國交通沖突技術(shù)(britishtraffic?conflict?techniques，british?tct)、法國交通沖突技術(shù)(french?tct)、德國交通沖突技術(shù)(german?tct)、奧地利交通沖突技術(shù)(austrian?tct)和捷克交通沖突技術(shù)(czech?tct)等。這些主觀沖突技術(shù)使用一些預(yù)先定義的主觀嚴(yán)重程度等級(jí)鑒別方法來識(shí)別關(guān)鍵事件，這些事件往往與交通參與者的交通互動(dòng)親密程度和不受控的閃避行為有關(guān)。

17、(3)主客觀結(jié)合交通沖突鑒別技術(shù)；

18、客觀指標(biāo)和主觀評(píng)價(jià)相結(jié)合的交通沖突技術(shù)則融合了兩類方法的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合不同的指標(biāo)來更好的鑒別慢行交通沖突。例如加拿大交通沖突技術(shù)(canadian?tct)、荷蘭沖突技術(shù)doctor等。canadian?tct將ttcmin和碰撞風(fēng)險(xiǎn)(risk?of?collision，roc)的主觀成分結(jié)合使用來鑒別沖突。roc分為低、中、高三級(jí)，分為ttcmin<2s，ttcmin<1.6s和ttcmin<1s三級(jí)，將他們相加來估計(jì)最終的沖突嚴(yán)重程度。doctor由荷蘭swov和tno開發(fā)，是一種標(biāo)準(zhǔn)化的人工觀察技術(shù)，具有客觀、明確的觀察單元，由訓(xùn)練有素的觀察員操作使用。目前，doctor已在慢行交通沖突領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。van?der?horst等使用doctor記錄并分析了騎自行車者的沖突行為，利用該方法觀察了孟加拉國嚴(yán)重的慢行交通沖突，從而有效監(jiān)測和評(píng)估了道路安全干預(yù)措施的效果。

19、通過上訴分析可知，目前有效鑒別校園門口路段行人、自行車和電動(dòng)自行車之間交通沖突的技術(shù)并不成熟。在學(xué)校門口上下學(xué)交通里密度較大，兩兩之間的的沖突分析已經(jīng)無法滿足安全需要，在安全域的基礎(chǔ)上，提出沖突密度指標(biāo)對(duì)繞行路徑進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以便于校園門口路段的交通狀況的預(yù)警和疏導(dǎo)。

20、因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員需要一種能夠有效應(yīng)用于學(xué)校門口路段的交通沖突識(shí)別方法，進(jìn)而提高學(xué)生放學(xué)的安全性，同時(shí)降低學(xué)校門口路段在上學(xué)、放學(xué)期間的交通壓力，緩解交通擁堵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，設(shè)計(jì)了一種用于校園門口路段的交通沖突行為識(shí)別方法。

2、實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種用于校園門口路段的交通沖突行為識(shí)別方法，該方法包括如下步驟：

3、步驟一，沖突鑒別，記錄校園門口路段交通沖突中的沖突變量，定義交通沖突特性指標(biāo)用于描述和分析校園門口路段交通沖突特性，然后依據(jù)閃避行為進(jìn)行校園門口路段交通沖突嚴(yán)重程度分級(jí)；

4、步驟二，以沖突鑒別過程為基礎(chǔ)，將huguenin構(gòu)建的駕駛行為認(rèn)知理論模型和校園門口路段交通參與者沖突行為和認(rèn)知的變化相結(jié)合，構(gòu)建適用于校園門口路段的交通行為與認(rèn)知模型，定義沖突行為的關(guān)鍵點(diǎn)并對(duì)沖突階段進(jìn)行劃分，依據(jù)交通行為與認(rèn)知模型和校園門口路段交通沖突繞行行為定義沖突行為的關(guān)鍵點(diǎn)，然后依據(jù)沖突行為的關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)沖突階段進(jìn)行劃分；

5、步驟三，對(duì)沖突行為的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行鑒別，通過分析橫向運(yùn)動(dòng)方向、加減速狀態(tài)以及軌跡坐標(biāo)的極值，來精確識(shí)別沖突行為的關(guān)鍵點(diǎn)，包括起繞點(diǎn)、繞回點(diǎn)、分界點(diǎn)以及起繞和繞回的變化點(diǎn)，并明確沖突行為的變化軌跡；

6、步驟四，定義沖突行為指標(biāo)并對(duì)交通沖突微觀行為進(jìn)行計(jì)算和分析，以軌跡數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，定義沖突行為指標(biāo)，然后依據(jù)定義的沖突行為指標(biāo)對(duì)交通沖突微觀行為進(jìn)行計(jì)算和分析，并確定校園門口路段中多個(gè)交通參與者的沖突密度指標(biāo)，再根據(jù)沖突密度指標(biāo)來判斷是否啟動(dòng)交通預(yù)警和交通疏導(dǎo)程序；

7、需要注意的是，沖突行為指標(biāo)中包括'安全域'，然后依據(jù)定義的沖突行為指標(biāo)對(duì)交通沖突微觀行為進(jìn)行計(jì)算和分析，用以全面描述交通沖突的整個(gè)過程，從而為評(píng)估和預(yù)防潛在的交通事故提供了更為精確和全面的視角。

8、其中，'安全域'是重置了每個(gè)軌跡的坐標(biāo)系，將軌跡起繞點(diǎn)設(shè)置為坐標(biāo)原點(diǎn)，將虛擬軌跡方向設(shè)置為y軸，實(shí)際沖突軌跡曲線是繞行者在坐標(biāo)系中的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡，原始軌跡是繞行者自起繞點(diǎn)至繞回點(diǎn)y軸負(fù)方向的理想化直線距離，實(shí)際沖突軌跡曲線與理想原始軌跡直線圍成的區(qū)域稱為安全域。

9、所述步驟二中校園門口路段交通參與者的認(rèn)知變化是指校園門口路段交通參與者基于對(duì)交通狀況和目標(biāo)的認(rèn)知改變，產(chǎn)生不同的態(tài)度、信息處理過程和生理心理的自然反應(yīng)，校園門口路段交通參與者沖突行為的變化是指校園門口路段交通參與者基于態(tài)度和信息處理過程采取的操作并考慮自然反應(yīng)的影響后形成的最終的交通行為。

10、所述步驟三中定義的沖突行為的關(guān)鍵點(diǎn)具體為：

11、①起繞點(diǎn)，交通參與者開始進(jìn)行繞行行為的點(diǎn)，在沖突開始的交通狀態(tài)下，動(dòng)作表現(xiàn)為由正常行駛開始繞行；

12、②起繞變化點(diǎn)，交通參與者認(rèn)為開始繞行的階段完成程度發(fā)生變化的點(diǎn)；

13、③橫向最遠(yuǎn)點(diǎn)，交通參與者在繞行過程中橫向達(dá)到最遠(yuǎn)距離的點(diǎn)，動(dòng)作表現(xiàn)為橫向繞行方向左右的變化；

14、④繞回變化點(diǎn)，交通參與者認(rèn)為結(jié)束繞行的階段完成程度發(fā)生變化的點(diǎn)；

15、⑤繞回點(diǎn)，交通參與者結(jié)束繞行動(dòng)作的點(diǎn)，在沖突即將結(jié)束的交通狀態(tài)下，動(dòng)作表現(xiàn)為由繞行恢復(fù)為正常行駛。

16、所述步驟三中劃分的沖突階段包括：

17、①繞行前階段，沖突開始的點(diǎn)至起繞點(diǎn)；

18、②起繞階段，起繞點(diǎn)至橫向最遠(yuǎn)點(diǎn)；

19、③繞回階段，橫向最遠(yuǎn)點(diǎn)至繞回點(diǎn)；

20、④繞行后階段，繞回點(diǎn)至沖突結(jié)束的點(diǎn)。

21、所述步驟四中沖突行為的關(guān)鍵點(diǎn)的鑒別方法包括：起繞點(diǎn)和繞回點(diǎn)鑒別方法、分界點(diǎn)鑒別方法和起繞和繞回變化點(diǎn)鑒別方法。

22、所述步驟四中定義的沖突行為指標(biāo)包括：橫向決策距離dlateral_decisio、n縱向決策距離dlong_decision、橫向起繞機(jī)動(dòng)距離dlateral_away、縱向起繞機(jī)動(dòng)距離dlong_away、橫向繞回機(jī)動(dòng)距離dlateral_back、縱向繞回機(jī)動(dòng)距離dlong_back、橫向安全距離dlateral_safet、y縱向安全距離dlong_safety、橫向起繞變化比值rlateral_away、縱向起繞變化比值rlong_away、橫向繞回變化比值rlateral_back、縱向繞回變化比值rlong_back以及安全域ssafetyzone。

23、所述步驟五中對(duì)交通沖突微觀行為進(jìn)行計(jì)算的過程包括：

24、橫向決策距離dlateral_decision和縱向決策距離dlong_decision計(jì)算方法見式(1)和(2)：

25、dlateral_decision＝|xstart_swerve-xstart_another|?????(1)

26、dlong_decision＝|ystart_swerve-ystart_another|?????(2)

27、式中，xstart_swerve是繞行交通參與者起繞點(diǎn)x坐標(biāo)(m)；xstart_another是繞行交通參與者在起繞點(diǎn)時(shí)，另一交通參與者x坐標(biāo)(m)；ystart_swerve是繞行交通參與者起繞點(diǎn)y坐標(biāo)(m)；ystart_another是繞行沖突者參與在起繞點(diǎn)時(shí)，另一交通參與者y坐標(biāo)(m)；

28、橫向起繞機(jī)動(dòng)距離dlateral_away和縱向起繞機(jī)動(dòng)距離dlong_away計(jì)算公式見式(3)和(4)，橫向繞回機(jī)動(dòng)距離dlateral_back和縱向繞回機(jī)動(dòng)距離dlong_back計(jì)算方法見式(5)和(6)：

29、dlateral_away＝|xfarthest_swerve-xstart_swerve|????(3)

30、dlong_away＝|yfarthest_swerve-ystart_swerve|????(4)

31、dlateral_back＝|xend_swerve-xfarthest_swerve|????(5)

32、dlong_back＝|yend_swerve-yfarthest_swerve|????(6)

33、式中，xfarthest_swerve是繞行交通參與者分界點(diǎn)x坐標(biāo)(m)；yfarthest_swerve是繞行交通參與者分界點(diǎn)y坐標(biāo)(m)；xend_swerve是繞行交通參與者繞回點(diǎn)x坐標(biāo)(m)；yend_swerve是繞行交通參與者繞回點(diǎn)y坐標(biāo)(m)，

34、橫向安全距離dlateral_safety和縱向安全距離dlong_safety計(jì)算方法見式(7)和(8)：

35、dlateral_safety＝|xfarthest_swerve-xfarthest_another|????(7)

36、dlong_safety＝|yfarthest_swerve-yfarthest_another|????(8)

37、式中，xfarthest_another是繞行交通參與者在分界點(diǎn)時(shí)，另一交通參與者x坐標(biāo)(m)；yfarthest_another是繞行交通參與者在分界點(diǎn)時(shí)，另一交通參與者y坐標(biāo)(m)；

38、橫向起繞變化比值rlateral_away和縱向起繞變化比值rlong_away計(jì)算方法如式(9)和(10)，橫向繞回變化比值rlateral_back和縱向繞回變化比值rlong_back計(jì)算方法如式(11)和(12)：

39、

40、式中，xchange_away是繞行交通參與者起繞變化點(diǎn)x坐標(biāo)(m)；ychange_away是繞行交通參與者起繞變化點(diǎn)y坐標(biāo)(m)；xchange_back是繞行交通參與者繞回變化點(diǎn)x坐標(biāo)(m)；ychange_back是繞行交通參與者繞回變化點(diǎn)y坐標(biāo)(m)，

41、安全域ssafetyzone的計(jì)算方法如式(13)：

42、

43、所述步驟四中沖突密度指標(biāo)是按照區(qū)域內(nèi)的非機(jī)動(dòng)車和行人人數(shù)與非機(jī)動(dòng)車和單個(gè)行人所占平均面積的乘積與安全域面積的比值，如下式所示：

44、

45、式中，ni是各個(gè)類型個(gè)體數(shù)量；sl是各個(gè)類型個(gè)體平均面積；ρconfilict是沖突密度指標(biāo)；ssafetyzone是安全域；

46、其中，ρconfilct是一個(gè)實(shí)時(shí)變化的指標(biāo)，它取決于在選取邊界范圍內(nèi)的最近的繞行對(duì)象，當(dāng)其的值在安全范圍內(nèi)時(shí)可以作為安全路徑的選擇，越大代表沖突可能性大，不安全，此時(shí)應(yīng)該啟動(dòng)交通安全預(yù)警并提醒工作人員實(shí)施交通疏導(dǎo)，其值越小代表沖突可能性小，越安全。無需發(fā)出交通安全預(yù)警，也不需要進(jìn)行交通疏導(dǎo)。

47、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有如下優(yōu)勢：

48、1、本發(fā)明申請(qǐng)基于交通沖突微觀行為識(shí)別方法，利用沖突密度指標(biāo)對(duì)校園門口路段的交通情況進(jìn)行識(shí)別，并根據(jù)識(shí)別情況實(shí)現(xiàn)交通沖突的自動(dòng)預(yù)警功能，提示工作人員對(duì)校園門口路段的交通沖突和擁堵進(jìn)行疏導(dǎo)；

49、2、本發(fā)明申請(qǐng)利用沖突行為指標(biāo)對(duì)交通沖突微觀行為進(jìn)行計(jì)算和分析，并劃定或者識(shí)別"安全域"，從而全面描述交通沖突的整個(gè)作用過程，從而為交通安全管理提供了一個(gè)更為深入和連續(xù)的視角，規(guī)避了現(xiàn)有交通沖突評(píng)估方法中依據(jù)關(guān)鍵瞬間的橫向位置、瞬時(shí)速度和舒適區(qū)邊界等安全替代指標(biāo)無法全面捕捉?jīng)_突的連續(xù)性和動(dòng)態(tài)變化的問題。