一种高速公路事件预警系统及综合感知方法

专利主权项内容

1.一种高速公路事件综合感知方法，其特征在于，采用高速公路事件预警系统，该预警系统包括数据采集单元，包括位于高速公路相应路段的毫米波雷达，用于实时采集行驶车辆特征信息；数据处理及事件检测单元，对数据采集单元所采集到的行驶车辆特征信息进行处理，判断前方车辆有无存在违停、低速异常行为及是否发生交通事故，同时判定当前行驶危险程度；预警提示单元，将数据处理及事件检测单元所判定的当前行驶危险程度信息传递给综合感知预警提示平台和用户移动端，协助路段后车驾驶员进行安全驾驶行为；所述综合感知预警提示平台用于实时、动态地展示各监控区域的情况；主要功能有：系统概况、预警提示等级、异常事件统计量信息，以协助驾驶员实时掌握前方路段信息；所述数据处理及事件检测单元包括事件判别子模块，事件判别子模块能够根据毫米波雷达所采集的行驶车辆特征信息进行低速行为识别、逆行行为识别、急变速行为识别、停车行为识别以及频繁变道、违停行为识别；所述数据处理及事件检测单元还包括分级预警模型构建子模块，分级预警模型构建子模块将事件判别子模块所检测到的事件进行预警分级；将预警级别分为一级、二级和三级，依次用红色、黄色和绿色对驾驶员进行预警提示，对应的危险水平分别为危险、较为危险、安全；该方法包括以下步骤：(1)在高速公路相应路段布置毫米波雷达，用于实时采集行驶车辆特征信息；(2)对所采集到的行驶车辆特征信息进行噪声剔除，然后进行行为识别，判断前方车辆有无发生异常事件；(3)按照异常事件发生的情形进行预警分级，对驾驶员进行预警提示；所述行为识别步骤如下：a、针对低速行为识别，采用毫米波雷达获取车辆行进过程中的绝对速度，判断高速公路车辆低速行驶阈值为60km/h，预取时间阈值为3s，累计低速时长超过3s则判断为一次低速行为；b、针对逆行行为识别，根据毫米波雷达获取的车辆行进过程中的绝对速度，同一目标轨迹中若实时速度相对车道方向为负值则判断车辆存在逆行行为；c、针对急变速行为，采用指数平滑的方法，将历史数据的权数按照离预测期由近到远的距离按指数规律递减，并且总权数之和为1，利用加权平均法得到车辆加速度，根据急加速、急减速的加速度阈值识别急变速行为；指数平滑公式如下：ST(t)＝εT(t)+(1-ε)ST(t-1)；iii式中：ε是平滑系数，取值范围为0.01-0.03；T(t)是指第i个毫米波雷达在t时刻的实时数据；ST(t)是指第i个毫米波雷达在t时刻的指数平滑数据；iid、针对频繁变道、违停及占用应急车道行为识别，设计定位数据清洗算法，进行坐标转化，实现对车辆的车道级高精度定位，利用车道级高精度定位信息，判断在途车辆有无频繁变道或违停情况，进而对驾驶员的频繁变道行为进行识别，具体实现步骤如下：步骤一：对毫米波雷达及高速公路相应路段应急车道区域、禁止停车区域数据进行匹配，在同一直角坐标系进行统一，得出其坐标数据集：Q＝{x≤xa≤x，y≤y≤y}；121a2Q代表数据集，X，X，y，y代表应急车道区域、禁止停车区域阈值；1212步骤二：对毫米波雷达及其所采集到的车辆数据进行匹配，在同一直角坐标系进行统一，得出在途车辆当前行驶坐标数据(x，y)；ii步骤三：判断车辆当前行驶状态；若检测到在途车辆坐标与当前路段禁行区域或应急车道高速公路坐标一致则表明该车辆行驶至相应区域；e、针对停车行为识别，若毫米波雷达检测到车辆速度为0km/h或检测车辆参数消失，此时说明雷达覆盖路段车辆存在停车行为；若雷达采集数据特征目标相较于前一时刻有所减少，则判定前方路段存在车辆停车行为；f、针对换道行为，用毫米波雷达所采集到的坐标1s内横向距离差值界定当前向车辆换道倾向，并对后车进行实时提示；针对高速公路匝道合流区的预警步骤如下：步骤一：利用安装在路侧的毫米波雷达采集检测区域内主路最外侧车道上的车辆行驶特征参数；第一雷达、第二雷达、第三雷达距各潜在冲突点的水平距离为X、X、X；车辆A在第一雷达前方时，其距第一雷达的距离为x，速度为v，加速度为a，在第一雷达后方时，其距第三雷达的水平距离为x；车辆B在第二雷达前方时，距离第二雷达的距离为x，速度为v，加速度为a，在第二雷达后方时，其与第三雷达之间的距离为x；车辆A到达各潜在冲突点的时间为T，车辆B到达各潜在冲突点的时间为T；1i2i3i1AA3A2BB3BAiBi步骤二：计算T；Ai主路车辆由于合流区交通状态的影响，在进入合流区的过程中类似为匀减速运动；假设主路车辆A在t时间后的速度为u，由积分得到在T时间内车辆A行驶过的距离S为：AtAiA其中S＝x，得到车辆A到达各个潜在冲突点的时间：AA步骤三：计算T；Bi匝道车辆行驶状态复杂，为了达到最低限速，匝道车辆B由匝道进入合流区时通常要经过一段时间的加速行驶状态；假设匝道车辆B在t时间后的速度为v，由积分得到在T时间内车辆B行驶过的距离S为：BtBiB在匝道车辆行驶过程中，会附加一定的安全距离d，因此得到车辆B到达各个潜在冲突点的距离为：x＝S+d，式中：d＝vΔt，因此得到：车辆B到达各个潜在冲突点的时间为：0BiB00B步骤四：计算时间参数Q；t设定时间参数为Q，由公式Q＝T-T，计算出匝道车辆在加速区各路段行驶时前方所有潜在冲突点的Q值，并随着车辆的行驶状态实时更新；ttAiBit步骤五：利用匝道交通冲突阈值指标，计算实时的Q值并对匝道车辆进行分级预警提示；t针对高速公路多车道行驶区的预警步骤如下：设高速公路车道数为N，道路上行驶车辆的平均速度为V，平均长度设为L，在t时间内，通过某监测点的车辆为n辆，路段长度为b，车辆总长度为b，空间占有率：由b＝NVt，b＝nL得：/>1212设毫米波雷达i在t时间间隔内检测的占有率OCC(i，t)，则相邻两观测点的表达式为：由于观测数据的时间间隔为固定值且车道数目相同，则其表达式改写为：当某路段车道数目固定，且观测数据时间间隔为固定值时，在不发生交通事故的路段上，相邻监测点的基本不变；因此，判定条件修改为：其中K, K, K为新的阈值，OCCDF为上下游检测器占有率的绝对差值、OCCRDF为上下游检测器的检测占有率差值与上游占有率之比、DOCCTD为上下游检测器的检测占有率差值与下游占有率之比，当同时满足以上三个条件时，判断有交通事故发生。1'2'3'