一种基于时空接近度的交通冲突预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于道路交通安全预测技术领域，具体涉及一种基于时空接近度的交通冲 突预测方法。
【背景技术】
[0002] 道路运输适应范围广、机动灵活且可以实现门到门的运输，道路运输在综合运输 中发挥着巨大的作用，道路交通运量在全部的交通运量中占据相当高的比例。近些年高速 公路里程迅速增长，极大的促进国民经济和社会的发展，但与此同时也带来了很多负面影 响，其中最主要的就是交通事故。高速公路交通事故的增加，对人类的生命和财产都构成极 大的威胁，事故频发是现在高速公路建设与维护过程中困扰道路管理者和使用者的主要问 题之一，深入开展高速公路交通安全的研究，寻求有效的交通事故预测方法和实施可行的 管理措施是当前道路建设与运营的重点研究内容之一。
[0003] 道路交通事故是道路交通过程中突发的偶然事件，带有明显的随机性，同时又具 有一定的统计分布特征。研究和掌握道路交通事故的发生、发展、分布规律与特征，探究道 路交通事故与人、车、路环境及管理之间的相互关系，弄清楚道路交通事故的生成规律，进 行道路交通事故预测并提出行之有效的预防措施是道路交通安全研究的一项重要内容。
[0004] 道路交通事故预测是对交通事故未来的情况进行估计和推测，它是通过对道路交 通事故的过去和现在状态的系统讨论，并考虑相关因素的变化，对道路交通事故未来状态 进行描述的过程。至今为止，国内外对道路交通事故预测方法进行了多方面的研究，也提出 了一些较为实用的事故预测方法，其中包括专家调查法、专家预测法、统计回归模型法、经 验模型法、移动平均法、灰色预测法、时间序列法、生成数列回归分析法。
[0005] 以上道路交通事故预测方法对于道路交通系统的非线性、随机性以及不确定性问 题，都表现出明显不足。主要表现为以专家经验为主的定性预测方法多采用专家主观经验， 预测精度不高；以交通事故统计为基础的定量预测方法受模型自身缺陷以及事故数据的制 约，往往导致预测结果可信度不足或者根本无法展开相关研究。因此，使用一种不需要基于 事故数据的方式来描述或者预测可能发生的交通事故，利用能够有大量信息的替代事故数 据的方法进行道路交通安全研究意义重大。
[0006] 交通冲突技术有着与交通事故极为相似的发生过程和影响因素，而且交通冲突数 据量大、调查范围小、时间短，以其大样本生成、快速、定量研究评价交通安全现状与改善效 果的特点而异于传统事故统计评价理论，现已发展为一种较为成熟的理论。利用交通冲突 对高速公路安全状况进行分析与评价，为潜在事故发生路段提供安全保障措施。
[0007] 交通冲突是指在可观测的条件下，两个或两个以上道路使用者在空间和时间上相 互接近，以至于如果任何一方不改变其运行轨迹，将会发生碰撞的交通事件。交通冲突按照 其发生地点的不同可分为路段交通冲突和交叉口交通冲突，路段冲突又可分为正向冲突、 追尾冲突、横穿冲突和撞固定物冲突。
[0008] 交通冲突与交通事故有着相似的产生机理。交通事故的发生属于强随机事件，是 多种因素共同作用的结果，其成因极其复杂，一般认为人是最大的影响因素。交通冲突也是 由于多种复杂的因素造成的，在运行的车辆中，当驾驶员发现前方有不利影响后一般采取 变道或者减速避让措施避免交通事故的发生，一般认为冲突越严重越有可能成为交通事 故。
[0009] 目前应用较为广泛的交通冲突评价指标有车头时距TH、碰撞时间TTC、后侵入时间 PET和避免碰撞减速度DRAC。以上指标均基于时空接近度原理，主要用来表征事故发生的可 能性程度。
[0010] 冲突衡量指标采用目前应用最为广泛的碰撞时间TTC，其以时空接近度为基本原 理，可表示冲突的严重程度，其含义是在时间和空间上相互接近的两个及以上道路使用者， 若任何一方不米取避险措施将在未来的，某一时刻撞上的一段可测时间。
[0011] 交通冲突能在一定程度上表示潜在事故发生的可能性，故用交通冲突进行道路交 通安全的研究具有可行性及优势。因此，选择一种合适的方法对交通冲突进行研究，并提出 有效的预测措施是必要的。
【发明内容】
[0012] 本发明针对现有道路交通事故预测方法的局限性，为了避免基于统计交通事故数 据的预测方法基础数据不足的问题，进而提出一种基于时空接近度的交通冲突预测方法。
[0013] -种基于时空接近度的交通冲突预测方法包括以下步骤：
[0014] 步骤一、基于时空接近度，以速度差和跟车间距为冲突严重程度二维评价指标；
[0015] 步骤二、根据跟车间距和速度差二维评价指标，确定冲突严重程度；
[0016]步骤二一、根据二维评价指标采集目标道路施工区路段的数据；
[0017]采集目标道路施工区路段的数据，得出施工区段冲突的数量、构成冲突的车辆之 间速度差分布以及跟车间距分布，得出跟车间距和速度差的累计频率分布曲线，确定冲突 严重程度的阈值，其中，跟车间距累计频率在分布曲线10%处的跟车间距为29m，跟车间距 累计频率在分布曲线20%处的跟车间距为46m，以29m和46m作为跟车间距阈值;速度差累计 频率在分布曲线80 %处的速度差为22km/h，速度差累计频率在分布曲线90 %处的速度差为 31.5km/h，以22km/h和31.5km/h作为速度差阈值；
[0018] 步骤二二、根据冲突严重程度的阈值，将冲突的严重程度分为严重冲突、一般冲突 和潜在冲突;跟车间距累计频率在[0 %，10 % ]和速度差累计频率在(90 %，100 % ]时的冲突 为严重冲突，跟车间距累计频率在（10%-20%]和速度差累计频率在(80%，90%]时的冲突 为一般冲突，跟车间距累计频率在(20 % -100 % ]和速度差累计频率在[0 %，80 % ]时的冲突 为潜在冲突；
[0019] 步骤三、根据二维冲突评价指标及确定的实测施工区的数据，运用VISSIM仿真软 件构建冲突仿真模型，对施工路段交通流运行情况进行仿真；
[0020] 步骤四、根据仿真结果，得到基于时空接近度的交通冲突预测方法；
[0021] 步骤四一、施工路段基于时空接近度的交通冲突的预测；
[0022] 步骤四二、个体车辆基于时空接近度的交通冲突的预测。
[0023] 本发明有益效果：
[0024] 1、本发明基于时空接近度，提出一种改进的交通冲突严重程度评价指标，交通冲 突严重程度评价指标以速度差和跟车间距作为评价冲突的二维指标，改进后的二维评价指 标相比于未改进的一维指标，有显著的可测性及实用性，具有可实施性。
[0025] 2、本发明建立了一种全新的判断交通冲突严重程度的评价指标体系，并根据实际 的道路数据确定了二维指标的阈值。
[0026] 3、本发明利用二维评价指标，结合VISSIM仿真平台构建施工区交通冲突仿真，对 施工作业区的交通流现状进行模拟，验证了冲突阈值的可行性。
[0027] 4、本发明通过设置不同的速度控制规则，分析在不同限速梯度和不同服务水平 下，路段的交通冲突率，提出了道路施工区路段的交通冲突预测方案，为提高道路施工区安 全服务水平，减少潜在事故提供解决方案，研究成果可为高速公路或城市道路的交通管控 提供新思路。
[0028] 5、本发明将二维评价指标应用于车辆的防追尾冲突中，提出基于视频识别和超声 波传感器的防追尾预警系统，为进一步开发车辆预警系统提供了理论支撑，提供了新产品 开发的思路。
[0029] 6、本发明提出以行车记录仪为载体的追尾预警系统，利用MATLAB软件实时提取视 频帧画面，实现对特征区域的识别，进而判断出与前车的冲突严重程度，对驾驶者进行实时 的预警，具有成本低、可视化的优点。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明基于时空接近度的交通冲突预测方法的流程示意框图；
[0031] 图2是本发明基于时空接近度的交通冲突预测方法整体示意图；
[0032] 图3是本发明速度差和跟车间距的累计频率分布图；其中，图3a是速度差累计频率 分布图，图3b是跟车间距的累计频率分布图；
[0033]图4是本发明二维评价指标的阈值图；
[0034]图5是本发明施工路段不同速度控制规则示意图；
[0035]图6是本发明不同限速梯度下路段冲突率图；
[0036] 图7是本发明不同服务水平下路段冲突率图；
[0037] 图8是本发明基于行车记录仪视频识别预警系统的特征区域识别图；<