[发明专利]一种基于风险场理论的交叉口安全评价方法

说明书

本发明公开了一种基于风险场理论的交叉口安全评价方法，技术方案是在获取交叉口平面环境信息与待评估周期内交叉口车辆运行状态数据的情况下，基于风险场理论构建车辆运行环境风险场、用车辆承受的风险表征交叉口内部各个位置的风险，用于交叉口安全评价。本发明所提出的交叉口安全评价方法能够根据微观的车辆运动状态数据以交叉口平面为对象量化交叉口风险，对不同类型的冲突实现统一的评价方法，特别是能够实现对轨迹没有交叉的冲突的风险量化，能够为交叉口安全运行管理及交叉口安全提升提供理论依据。

技术领域

本发明属于交通安全领域，涉及风险场理论及交叉口安全评价领域，量化车辆承受的风险，并且对应到交叉口平面上，从而进行交叉口安全评价，提供了一种基于风险场理论的交叉口安全评价方法。

背景技术

道路交通安全一直是交通领域研究的热点，交叉口作为城市道路的重要组成部分，城市交叉口交通流组成复杂，不同流向的交通流相互影响，因此交叉口安全问题尤为突出，交叉口是制约城市道路通行效率与安全水平提升的瓶颈。根据交叉口车辆运行状态对交叉口安全运营水平进行有效合理的评价，是提升交叉口安全运营水平、减少交叉口事故数量的前提和基础，因此交叉口安全评价研究具有十分重要的现实意义。

目前国内外针对交叉口安全评价行了大量的研究。最初多通过对交叉口的渠化设计、设施条件、历史事故数据等的分析，进行交叉口安全评价，例如美国国家公路与运输协会出版的《道路安全手册，HSM》但是此类方法的评价结果是宏观且是静态的。弓林峰提出了适用于机器自动识别的交通冲突的定义，利用最长公共子序列算法进行典型轨迹模式的提取，提出综合利用碰撞时间和车辆速度的“动态阙值法”判断两条预期轨迹是否为碰撞轨迹，根据两车轨迹的类型完成对潜在冲突的判断和识别，建立了评价交叉口的安全水平的自动分析模型。该方法仅能评价车辆运动轨迹存在交叉的情况，忽略了并行、合流等运动轨迹没有交叉的情况。郭延永,研发了基于计算机视频识别的交通冲突自动提取技术,构建了适合不同交通安全评价需求的宏观交通冲突模型,提出信号交叉又口非机动车和行人冲突评价指标与方法,形成基于交通冲突的信号交又口机-机、机-非机、机-人安全评价方法。该方法以车辆自身为主体进行安全评价，令所有车辆间的冲突严重程度等于两两相互作用的交通冲突的严重程度的总和与实际情况存在一定偏差，并且不同的碰撞类型需要采用不同的模型，无法统一实现对交叉口安全评价。

日趋完备的交叉口视频监控系统、卡口系统，及无人机、雷达等高精度信息采集技术在交通领域的大规模运用，使得得到完备的交叉口轨迹数据成为现实，因此我们可以从更加微观的角度进行交叉口安全分析，提出新的交叉口安全评价方法。为了克服传统的方法无法对不同冲突类型实现统一评价这一弊端，一些学者将场论运用到道路安全评价中。郑义分析了车辆的运动状态与碰撞冲突，建立了基于安全裕度的车辆冲突检测模型并且利用行车安全场的通用模型分析各交通要素对行车风险大小的影响。该方法采用了行车安全场的理论较为全面的考虑了各种交通要素对行车风险的影响，但仅以车辆为研究对象运用到无信号交叉口的协同优化控制中；Freddy等人基于人工势场理论提出了高速公路车辆承受风险量化方法，并利用自然驾驶数据在切入和紧急制动场景中进行验证，该方法通过考虑未来环境交通状态的不确定性和预期碰撞后果的大小，为评估单个车辆的驾驶安全提供了更好的基础；Linheng等人提出了一种基于安全势场模型的风险感知和预警策略，以降低CAVs环境下的驾驶风险。建立了动态安全势场模型来描述车辆行驶风险的空间分布。该安全势场模型能综合考虑各类交通信息对驾驶风险的影响，但该方法主要应用在评估车辆在跟驰换道过程中的风险较适用于路段安全评价。可以发现已经有学者尝试将风险场理论应用在道路安全评价领域中并且得到了有效合理的结果，证明了将风险场理论运用于道路安全评价是可行的，但现有的研究多集中在路段场景。

现有研究存在以下不足:(1)多以车辆自身为主体进行交叉口碰撞风险评估，只能够实现单车的碰撞预警，未实现整个交叉口的安全评价；(2)针对不同类型的冲突需要采用不同的评价方法未实现统一的评价，且忽略了轨迹没有交叉场景下的风险量化；(3)风险场理论在道路安全评价中的应用多在路段场景下，未应用于交叉口场景中。

发明内容