[发明专利]一种基于无监督技术的换道过程提取及换道特性分析方法

权利要求书

1.一种基于无监督技术的换道过程提取及换道特性分析方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).确定换道范围，在自然驾驶数据集NGSIM中，通过向车辆的车道变换时刻前后扩展时间段的方式，确定出换道行为的初始范围，直至获取足够样本数量的换道行为的初始范围数据；

b).提取换道过程，采用k-means聚类方法，得到包括换道前的直行阶段、换道过程阶段、换道后的直行阶段的精准车辆轨迹数据；

c).确定换道模式表征指标，由于换道过程样本数据的换道持续时间差异较大，选取换道持续时间作为换道模式划分的表征指标；

d).获取换道模式，首先确定出换道模式的数量k，然后采用k-means聚类方法对换道过程样本的换道持续时间进行聚类，得到k类换道持续时间不同的换道过程；

e).换道特性分析，对步骤d)中所获取的k类不同换道模式进行换道特性分析，得到k类不同换道模式下车辆的横向偏移量、横向车速、纵向车速与时间的拟合曲线方程；

f).换道特性应用，将步骤e)中得到的k类不同换道模式作为换道备选模式，在车辆的自动驾驶或辅助驾驶过程中，根据驾驶员的选择或者根据对驾驶员以往驾驶数据的分析，选择出换道模式，并利用所选择的换道模式下横向偏移量、横向车速、纵向车速与时间的拟合曲线方程控制车辆完成换道行为。

2.根据权利要求1所述的基于无监督技术的换道过程提取及换道特性分析方法，其特征在于，步骤a)所述的确定换道范围通过以下步骤来实现：

a-1).单位转换，将自然驾驶数据集NGSIM中涉及到单位为英尺的参数转化为m；

a-2).寻找换道时刻T0，依据一辆车所处的车道编号Lane Identification是否变化，找到车辆发生换道行为时刻T0及车辆编号，直至确定出足够样本数量的换道行为；

a-3).确定换道初始范围，对每个换道行为，基于车辆所处车道编号发生改变的时刻T0，往前往后各截取10s的数据段作为换道行为的初始范围，记换道行为的初始时刻为T1、结束时刻为T2，T1-T2之间的数据即为初始范围数据；

a-4).删除高速出入口处换道数据，对于获取的换道行为的所有样本数据，删除T1时刻Lane Identification5的换道行为数据；

a-5).筛选左换道样本，依据换道车辆所处车道编号Lane Identification的改变量，筛选出Lane Identification(T2)－Lane Identification(T1)＝﹣1的换道样本。

3.根据权利要求1或2所述的基于无监督技术的换道过程提取及换道特性分析方法，其特征在于，步骤b)所述的提取换道过程通过以下步骤来实现：

b-1).确定聚类个数，由于在步骤a)中所确定的换道行的初始范围内，可能包括换道前的直行阶段、换道过程阶段、换道后的直行阶段，因此将聚类个数m确定为3；

b-2).初始化聚类中心，随机选取m个样本点[xi,yi]分别作为换道前的直行阶段、换道过程阶段、换道后的直行阶段的初始聚类中心，i＝1,2,3；

b-3).给聚类中心分配样本，计算每个轨迹点与各个聚类中心之间的欧式距离，并把每个轨迹点分配给距离它最近的聚类中心；

b-4).调整聚类中心，对某个聚类中心周围的轨迹点，重新计算聚类簇中轨迹点的平均值，将此平均值作为新的聚类中心；

b-5).停止移动聚类中心，重复b-3)-b-4)步，直到聚类中心不再移动为止，即可获得前换道行为的直行阶段、换道过程阶段、换道后的直行阶段内的片段数据；

通过执行步骤b-1)至步骤b-5)，直至所有换道过程的三个阶段提取完毕。