[发明专利]一种基于多层面多维度指标体系的行车风险预测方法

权利要求书

1.一种基于多层面多维度指标体系的行车风险预测方法，其特征在于：

从宏观交通流、中观车群和微观车辆三个层面，结合道路环境、车辆时空分布、车辆运动状态和车辆性能，构建包含区间车流风险指标、周边车群风险指标和相邻车辆风险指标的行车风险指标体系；

从宏观交通流层面，结合道路环境和车辆时空分布，构建区间车流风险指标，所述区间车流风险指标包括区间车道复杂度、区间车流不平稳度和区间交通综合风险；

从中观车群层面，结合车辆时空分布和车辆运动状态，构建周边车群风险指标，所述周边车群风险指标包括周边车群密集度、周边车群运行熵和周边车群综合风险；

从微观车辆层面，结合车辆运动状态和车辆性能，构建基于纵横向避撞减速度和车辆最大制动减速度的相邻车辆风险指标；

以高速公路车辆行驶风险为待评事物，以行车风险指标体系内的各个指标为事物特征，基于高速公路路段车辆历史轨迹数据确定经典域和节域，基于博弈论组合赋权法确定权重，构建基于指标体系的行车风险预测物元可拓模型；

车联网环境下实时采集目标车辆行驶路段的道路环境、车辆的空间分布和运动状态以及车辆性能，实时计算所述行车风险指标体系内的各个指标，并代入所述物元可拓模型，确定目标车辆不同行驶风险等级的综合关联度，得到行车风险预测等级；

所述区间车道复杂度是根据构建区间车道网络图计算得到的；

所述区间车道网络图的构建过程为：以研究区间各路段内的每一条车道为区间车道网络图的一个节点，由行驶方向确定区间车道网络图中的有向边，根据车道节点之间交互过程的复杂程度确定边权，得到区间车道网络图；

所述区间车道复杂度定义为区间车道网络图中所有节点的点权之和与节点个数2倍的比值；

所述节点的点权定义为与它关联的边权之和：其中W’_i为节点c’_i的点权，w′_ij是以节点c’_i为起点、c’_j为终点的有向边的权重，w′_ji是以节点c’_j为起点、c’_i为终点的有向边的权重，N′_i为与节点c’_i有连接的邻点集合；

所述区间车流不平稳度是根据构建区间车流网络图计算得到的；

所述区间车流网络图的构建过程为：以目标车辆前方一定范围的行驶车辆为节点，按照节点间的连边规则和边权确定规则，构建区间车流网络图；

所述连边规则为：当满足如下(1)和(2)中任意一个条件时，车辆节点c_i和c_j具有连边：

(1)c_i和c_j为在同车道内行驶的相邻车辆，即同时满足：

①LL_i＝LL_j

②

(2)c_i和c_j是在两条相邻车道内行驶的、纵向距离不超过150m、具有相向的横向速度或横向加速度邻近车辆，即同时满足：

①|LL_i-LL_j|＝1

②|x_i-x_j|＜150

③(LL_i-LL_j)v_yi＜0或(LL_i-LL_j)a_yi＜0或(LL_i-LL_j)v_yj＞0或(LL_i-LL_j)a_yj＞0；

其中：LL_i、LL_j、LL_k均表示车道号，c_k是任意一个车辆节点，C为目标车辆前方一定范围内所有车辆节点的集合，x_k是节点c_k的质心位置横坐标，x_i、x_j分别是节点c_i和c_j的质心位置横坐标，a_yi、a_yj分别是节点c_i和c_j的横向加速度，v_yi、v_yj分别是节点c_i和c_j的横向速度；

所述边权确定规则具体为：若车辆节点c_i和c_j具有连边，则连接两节点的无向边权定义为两车单位距离内的速度差；

所述区间车流不平稳度为区间车流网络图的平均单位权，即：

其中：I₂为区间车流不平稳度指标；为节点c_i的单位权，并定义为节点c_i的点权W_i与其节点度d_i的比值，K为图中车辆节点的总数；

区间交通综合风险I₃＝I₁×I₂，其中I₁为区间车道复杂度指标，且N′为区间车道网络图中车道节点的个数；

所述周边车群密集度的获取过程为：

以目标车辆与周边车辆的相对纵、横向时间距离X_j为车群分布特征变量，计算周边车群分布密度LTD，并将其作为周边车群密集度指标I₄，即：

其中：j∈{1，2，...，N_j}，N_j为周边车辆数；μ和Λ＝diag(σ_x²，σ_y²)分别为二维高斯分布的均值、方差；(x₀，y₀)^T和(x_j，y_j)^T分别为目标车辆和其周边第j辆车的位置坐标，L₀和L_j分别为目标车辆和其周边第j辆车的长度，U₀和U_j分别为目标车辆和其周边第j辆车的宽度，(v_x0，v_y0)和(v_xj，v_yj)分别为目标车辆和其周边第j辆车的纵、横向速度；

所述周边车群运行熵的获取过程为：

以目标车辆与周边车辆的速度差和加速度差为车辆运行状态的特征变量，结合周边车群分布密度，建立周边车群运行熵指标I₅：

其中v₀、a₀分别为目标车辆的速度、加速度，v_j、a_j分别为其周边第j辆车的速度、加速度，k₁和k₂为权重系数；

周边车群综合风险指标I₆＝I₄×I₅；

相邻车辆风险指标I₇满足如下公式：

其中：RI_xj为目标车辆与其周边第j辆车在纵向上发生碰撞的风险概率，RI_yj为目标车辆与其周边第j辆车在横向上发生碰撞的风险概率，N_j为相邻车辆数；所述碰撞风险概率由车辆避撞减速度和车辆最大制动减速度的比值确定。