一种基于激光雷达的出入口匝道实时风险预警系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于激光雷达的出入口匝道实时风险预警系统及方法，该系统包括依次连接的数据采集模块、数据分析模块和风险预警模块，数据采集模块包括依次连接的激光雷达和轨迹处理单元，激光雷达安装于出入口匝道位置，用于检测匝道上车辆与目标车道上车辆的点云数据；轨迹处理单元根据激光雷达检测的点云数据，以分析得到匝道上车辆以及目标车道上车辆的轨迹数据；数据分析模块用于根据历史轨迹数据，构建风险等级分类指标；以及根据实时轨迹数据和风险等级分类指标，分析得到当前风险等级；风险预警模块用于发布当前风险预警信息以及判断是否需进行交通调度。与现有技术相比，本发明专利技术能够实时、准确地进行出入口匝道风险预警。警。警。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光雷达的出入口匝道实时风险预警系统及方法


[0001]本专利技术涉及交通安全风险监测
，尤其是涉及一种基于激光雷达的出入口匝道实时风险预警系统及方法。

技术介绍

[0002]高速公路匝道是路网中的重要的节点，承担着车流的集散的任务，发挥着关键纽带的作用，高速公路的出入口匝道处的车流往往车速变化较大，车流状态不稳定，在既有匝道处，交通事故难以得到有效的控制。针对这一问题，现有的出入口匝道风险预警往往是基于线圈采集断面流量等数据以进行分析，但这种方法存在着数据缺失的问题，由于缺失车辆的实际位置关系、车辆运行状态的信息，也就难以准确判断车辆之间可能存在的交互风险。
[0003]目前也有一些通过其他传感器如摄影机采集目标车道上的车辆信息(如前车与后车的距离，速度等)，从而确定风险等级。尽管能够采集获取大量的数据进行分析，但是这些方法往往受制于所分析的匝道口的特殊性，一方明难以解决不同的出入口匝道的问题，并且处理效率不高；另一方面也不能有效地分析其它数据，如目标车道的其他车辆的数据，以及驾驶车辆的连续数据等。
[0004]近年来，从视频或雷达中提取轨迹数据的技术逐渐成熟，并在部分研究领域得到了运用，如交叉口车辆的驾驶行为，评估交叉口的安全性等。轨迹数据提供了车辆的详细定位和速度信息，可以更好的帮助解释驾驶行为，是客观分析这类问题的关键条件。部分研究通过轨迹数据对匝道口安全状况进行分析评估，然而还是存在一些不足；轨迹数据的获取往往通过视频或雷达，视频是基于二维图像分析，由于倾角和地图匹配问题难于对远端的车辆轨迹准确捕捉，以及受光线明暗程度、能见度影响较大，难以做到24小时全天候，而对于毫米波雷达，其由于检测过程中的杂音干扰，对匝道出入口这类复杂的交通流场景，难以实现准确的检测。由于这些检测技术的局限性，以往的工作所采集的轨迹数据往往需要经过后处理进行线下分析，难以做到实时的风险预测预警，从而导致了相关的应急处置效率滞后。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于激光雷达的出入口匝道实时风险预警系统及方法，以提高出入口匝道风险预警的实时性。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于激光雷达的出入口匝道实时风险预警系统，包括依次连接的数据采集模块、数据分析模块和风险预警模块，所述数据采集模块包括依次连接的激光雷达和轨迹处理单元，所述激光雷达安装于出入口匝道位置，用于检测匝道上车辆与目标车道上车辆的点云数据；
[0007]所述轨迹处理单元根据激光雷达检测的点云数据，以分析得到匝道上车辆以及目标车道上车辆的轨迹数据；
[0008]所述数据分析模块用于根据历史轨迹数据，构建风险等级分类指标；以及根据实时轨迹数据和风险等级分类指标，分析得到当前风险等级；
[0009]所述风险预警模块用于发布当前风险预警信息以及判断是否需进行交通调度。
[0010]进一步地，所述风险预警模块分别与匝道上车辆的车载移动设备以及后台交通控制中心通信连接。
[0011]进一步地，所述数据分析模块包括用于存储历史轨迹数据的数据池。
[0012]进一步地，所述轨迹处理单元具体为边缘计算盒。
[0013]一种基于激光雷达的出入口匝道实时风险预警方法，包括以下步骤：
[0014]S1、数据采集模块采集匝道上车辆与目标车道上车辆之间的历史点云数据，并分析得到匝道上车辆以及目标车道上车辆的历史轨迹数据；
[0015]S2、数据采集模块将匝道上车辆以及目标车道上车辆的历史轨迹数据输出给数据分析模块，数据分析模块根据历史轨迹数据，依次分析得到冲突点以及冲突点的TTC(Time
‑
To
‑
Collision，碰撞时间)值，通过对冲突点的TTC值进行聚类，构建得到风险等级分类指标；
[0016]S3、数据采集模块采集当前匝道上车辆与目标车道上车辆的实时点云数据，并分析得到匝道上车辆以及目标车道上车辆的实时轨迹数据；
[0017]S4、数据采集模块将匝道上车辆以及目标车道上车辆的实时轨迹数据输出给数据分析模块，数据分析模块根据实时轨迹数据，依次分析得到实时冲突点以及实时冲突点的TTC值，结合风险等级分类指标，确定出实时风险等级，并将实时风险等级信息输出给风险预警模块；
[0018]S5、风险预警模块根据实时风险等级信息，发布对应的预警信息给当前交通参与者，并判断当前是否需进行交通调度，若判断为是，则输出调度请求信息给后台交通控制中心，若判断为否，则不输出调度请求信息给后台交通控制中心。
[0019]进一步地，所述轨迹数据包括车辆的ID、车辆速度、车辆加速度以及车辆位置坐标。
[0020]进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0021]S21、数据采集模块将匝道上车辆以及目标车道上车辆的历史轨迹数据输出给数据分析模块；
[0022]S22、数据分析模块根据历史轨迹数据，得到匝道上车辆与目标车道上车辆之间轨迹的不同交点，即得到多个冲突点；
[0023]S23、数据分析模块分析得到多个冲突点对应的TTC值，若冲突点的TTC值满足预设的条件，则判定该冲突点将会发生冲突事件，否则判定该冲突点不会发生冲突事件、忽略该冲突点；
[0024]S24、统计得到单位时间内的冲突事件密度，采用深度学习算法，对冲突事件密度进行聚类分级，构建得到风险等级分类指标。
[0025]进一步地，所述步骤S23中判定是否发生冲突事件的具体过程为：
[0026]S231、若在冲突点的预设距离范围以内，TTC值小于或等于时间阈值，则判定该冲突点将会发生冲突事件，否则执行步骤S232；
[0027]S232、若TTC值在单位时间内的变化量大于或等于变化阈值，则判定该冲突点将会
发生冲突事件，否则判定该冲突点不会发生冲突事件、忽略该冲突点。
[0028]进一步地，所述风险等级分类指标包括低风险类别及对应的冲突事件密度数据范围、中低风险类别及对应的冲突事件密度数据范围、中风险类别及对应的冲突事件密度数据范围、中高风险类别及对应的冲突事件密度数据范围、高风险类别及对应的冲突事件密度数据范围。
[0029]进一步地，所述步骤S4具体包括以下步骤：
[0030]S41、数据采集模块将匝道上车辆以及目标车道上车辆的实时轨迹数据输出给数据分析模块；
[0031]S42、数据分析模块根据实时轨迹数据，得到当前匝道上车辆与目标车道上车辆之间轨迹的不同交点，即得到多个实时冲突点；
[0032]S43、数据分析模块分析得到多个实时冲突点对应的TTC值，若实时冲突点的TTC值满足预设的条件，则判定该实时冲突点将会发生冲突事件，否则判定该实时冲突点不会发生冲突事件、忽略该冲突点；
[0033]S44、统计得到单位时间内的实时冲突事件密度，结合风险等级分类指标，判断实时冲突事件密度所属的冲突事件密度范围，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达的出入口匝道实时风险预警系统，其特征在于，包括依次连接的数据采集模块(1)、数据分析模块(2)和风险预警模块(3)，所述数据采集模块(1)包括依次连接的激光雷达(101)和轨迹处理单元(102)，所述激光雷达(101)安装于出入口匝道位置，用于检测匝道上车辆与目标车道上车辆的点云数据；所述轨迹处理单元(102)根据激光雷达(101)检测的点云数据，以分析得到匝道上车辆以及目标车道上车辆的轨迹数据；所述数据分析模块(2)用于根据历史轨迹数据，构建风险等级分类指标；以及根据实时轨迹数据和风险等级分类指标，分析得到当前风险等级；所述风险预警模块(3)用于发布当前风险预警信息以及判断是否需进行交通调度。2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的出入口匝道实时风险预警系统，其特征在于，所述风险预警模块(3)分别与匝道上车辆的车载移动设备(4)以及后台交通控制中心(5)通信连接。3.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达的出入口匝道实时风险预警系统，其特征在于，所述数据分析模块(2)包括用于存储历史轨迹数据的数据池(201)。4.一种应用权利要求2所述出入口匝道实时风险预警系统的出入口匝道实时风险预警方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、数据采集模块采集匝道上车辆与目标车道上车辆之间的历史点云数据，并分析得到匝道上车辆以及目标车道上车辆的历史轨迹数据；S2、数据采集模块将匝道上车辆以及目标车道上车辆的历史轨迹数据输出给数据分析模块，数据分析模块根据历史轨迹数据，依次分析得到冲突点以及冲突点的TTC值，通过对冲突点的TTC值进行聚类，构建得到风险等级分类指标；S3、数据采集模块采集当前匝道上车辆与目标车道上车辆的实时点云数据，并分析得到匝道上车辆以及目标车道上车辆的实时轨迹数据；S4、数据采集模块将匝道上车辆以及目标车道上车辆的实时轨迹数据输出给数据分析模块，数据分析模块根据实时轨迹数据，依次分析得到实时冲突点以及实时冲突点的TTC值，结合风险等级分类指标，确定出实时风险等级，并将实时风险等级信息输出给风险预警模块；S5、风险预警模块根据实时风险等级信息，发布对应的预警信息给当前交通参与者，并判断当前是否需进行交通调度，若判断为是，则输出调度请求信息给后台交通控制中心，若判断为否，则不输出调度请求信息给后台交通控制中心。5.根据权利要求4所述的一种出入口匝道实时风险预警方法，其特征在于，所述轨迹数据包括车辆的ID、车辆速度、车辆加速度以及车辆位置坐标。6.根据权利要求4所述的一种出入口匝道实时风险预...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅挺，黎成民，王俊骅，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：