CN109741634B - 笔直路段内事故现场警戒区域防撞入预警方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种笔直路段内事故现场警戒区域防撞入预警方法及装置，涉及道路事故现场预警技术领域，本发明通过在事故现场通过区域警戒雷达布设警戒区域，通过雷达数据对驶向警戒区域的车辆进行轨迹预测，根据预测数据进行防撞入预警的判断，有效避免了传统现场布控需要借助大量布控设备的弊端，实现了非接触式预警，有效降低了布控难度和布控成本，提高了预警效率，可有效降低二次事故的发生概率。

Description

笔直路段内事故现场警戒区域防撞入预警方法及装置

技术领域

本发明涉及道路预警技术领域，尤其涉及一种高速道路事故现场预警领域。

背景技术

随着社会的发展，汽车持有量不断增加，高等级公路上发生的碰撞事故时有发生，交警在处理事故现场时，都需要布置事故现场防撞警示设备。传统的事故现场警示设备都基于接触式的警示设备，要保证交警有足够的应急反应时间，必须在较远距离进行多点布控才能满足要求，其存在如下不足：

1、布控设备数目多，布控及撤控都比较麻烦。

2、都属于接触式设备，车辆碰撞后，容易损坏。

高等级公路上大部分由笔直路段和弯曲路段构成，而车辆行驶过程中在笔直路段的车速一般较快，在弯曲路段因存在转弯过程，驾驶人员多数会提高注意力并降低行驶速度以避免发生事故，因此，高等级公路行驶事故多发在笔直路段，因此，如何降低高等级公路笔直路段内事故现场布控难度是急需解决的技术问题。

发明内容

本发明提出一种笔直路段内事故现场警戒区域防撞入预警方法，以解决现有技术中高等级公路笔直路段布控困难的技术问题。

本发明提供一种笔直路段内事故现场警戒区域防撞入预警方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、设定警戒区域范围

根据事故现场情况，选取距事故单位最近的路段边缘为处置边界，根据需要在路段内设置与处置边界平行的警戒边界，路段另一边界与警戒边界之间的区域为车辆通行区域；

步骤2、在处置边界与警戒边界之间的区域内放置区域警戒雷达，区域警戒雷达的探测方向与警戒区域非警戒状态时车流流向相反，区域警戒雷达与警戒边界的垂直距离为R_h；

步骤3、计算区域警戒雷达探测中线与警戒边界之间的夹角θ_real，计算步骤包括：

步骤3.1、开启区域警戒雷达，采集处于其探测范围内运动目标的目标信息s(v,r,θ)，其中ν为目标的速度，r为目标与雷达之间的距离，θ为目标位置与雷达中线的夹角；

步骤3.2、雷达数据输出周期为T，则同一个运动目标在nT时刻对应的目标信息为s(v_nT,r_nT,θ_nT)，n为雷达数据输出周期序号；

步骤3.3、计算nT时刻区域警戒雷达探测中线与警戒边界之间的夹角θ_nT'

其中：

当区域警戒雷达探测中线偏向警戒边界时：

|r_(n+1)T×COS(θ_(n+1)T+θ_nT')-r_nT×COS(θ_T+θ_nT')|＝v_(n+1)×T (1)

当区域警戒雷达探测中线偏向处置边界时：

|r_(n+1)T×COS(θ_(n+1)T-θ_nT')-r_nT×COS(θ_T-θ_nT')|＝v_(n+1)×T (2)

利用公式(1)或公式(2)计算每个运动目标的θ_nT'

步骤3.4、分别计算θ_T'、θ_2T'、θ_3T'、、、、θ_nT'，对所得结果进行均值处理获得由单个运动目标获取的区域警戒雷达探测中线与警戒边界夹角θ_s

步骤3.5、重复步骤3，获取由多个运动目标获取的区域警戒雷达探测中线与警戒边界夹角θ_s1、θ_s2、θ_s3、、、、θ_sm，并对计算结果进行平滑均值处理获得区域警戒雷达探测中线与警戒边界夹角θ_real，其中m为运动目标序号；

步骤4、对每个运动目标进行轨迹预测

步骤4.1、进行轨迹预测训练

t₁时刻区域警戒雷达输出的运动目标的目标信息为s_t1(v_t1,r_t1,θ_t1)：

根据θ_real预测t₂时刻区域警戒雷达输出的运动目标信息为s_t2(v_t2,r_t2,θ_t2)，且t2＞t1

其中：s_t2(v_t2,r_t2,θ_t2)具体由下述步骤计算：

利用公式(3)或(4)计算r_t2和θ_t2

探测中线偏向警戒边界时：

探测中线偏向处置边界时：

且v_t2＝v_t1,得出s_t2(v_t2,r_t2,θ_t2)

t₂时刻区域警戒雷达实际输出的运动目标信息为s_t′₂(v_t2′,r_t2′,θ_t2′)

若同时满足

则输出的运动目标预测目标信息为s_t′₂(v_t2′,r_t2′,θ_t2′)，反之则输出的运动目标预测目标信息为s_t2(v_t2,r_t2,θ_t2)，其中v_max为|t₂-t₁|时间间隔内速度变化最大值，r_max为|t₂-t₁|时间间隔内距离变化最大值，θ_max为|t₂-t₁|时间间隔内角度变化最大值；

步骤4.2、重复进行步骤4.1对运动目标进行目标信息预测后，输出运动目标预测的目标信息s_预(v_预,r_预,θ_预)

步骤5、判断运动目标是否需要进行防撞入预警

若R_预＞R_h，则不需要进行防撞入预警，否则进行防撞入预警

其中：

当区域警戒雷达探测中线偏向警戒边界时：

R_预＝r_预*sin(θ_real+θ_预) (6)

当区域警戒雷达探测中线偏向处置边界时：

R_预＝r_预*sin(θ_预-θ_real) (7)。

进一步，步骤4.1之前还包括：

判断区域警戒雷达输出的目标信息中目标的速度是否为零，若为零则直接剔除该运动目标，不进行轨迹预测；

判断区域警戒雷达输出的运动目标连续的输出数据中目标位置与雷达中线的夹角是否为逐渐减小，若是则判断该运动目标为驶离目标，并剔除该运动目标，不进行轨迹预测。

进一步，将步骤5替换为下述步骤：

步骤5.1、判断是否为边界目标

若：|R_预-R_h|＜ΔR，则对应的运动目标为边界目标，否则为非边界目标

对于非边界目标，若

边界目标进行步骤5.2，其中ΔR为雷达测距精度

步骤5.2、对边界目标的目标信息进行多周期连续预测，当其满足R_预＜R_h时，则直接进行防撞入预警。

进一步，在步骤5之前还进行下述步骤：

将区域警戒雷达正前方距离h₁处设置为转向边界，h₂为横向警戒边界，且h₁＞h₂

其中：

当区域警戒雷达探测中线偏向警戒边界时：

R′_预＝r_预*COS(θ_real+θ_预) (8)

当区域警戒雷达探测中线偏向处置边界时：

R′_预＝r_预*COS(θ_预-θ_real) (9)。

进一步，所述区域警戒雷达上还设置有激光装置，且所述激光装置产生的光束路线与所述区域警戒雷达的探测中线路线重合。

进一步，在步骤3.3中还包括根据激光装置产生的光束判断区域警戒雷达探测中线偏向处置边界或警戒边界。

进一步，所述n≥20,所述m≥20。

进一步，在步骤4中当存在多次预测输出的运动目标信息与实际输出的运动目标信息不一致时，则对所有实际输出的运动目标信息进行平滑处理。

进一步，所述防撞入预警具体为声光警报装置。

本发明还提供一种笔直路段内事故现场警戒区域防撞入预警装置，该装置的运行方法为一种笔直路段内事故现场警戒区域防撞入预警方法。

本发明具有以下优点：

1、本发明提供了一种非接触式的事故现场防撞入预警装置，有效地降低了高等级公路事故现场的布控难度；

2、采用本发明提供的方法，可有效降低高等级公路事故现场的布控成本；

3、本发明提供的方法实现了对驶向事故现场的车辆的轨迹预测，并准确判断是否驶入警戒区域，可有效避免二次事故的发生；

4、采用本发明提供的方法，不用车辆碰到设备就能够满足防撞入布控要求，不仅布控简单，而检测效率高，误报率地。

附图说明

图1为区域警戒雷达探测中线偏向警戒边界车辆驶入时防撞入预警示意图；

图2为区域警戒雷达探测中线偏向处置边界车辆驶入时防撞入预警示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种笔直路段内事故现场警戒区域防撞入预警方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、设定警戒区域范围

根据事故现场情况，选取距事故单位最近的路段边缘为处置边界，根据需要在路段内设置与处置边界平行的警戒边界，路段另一边界与警戒边界之间的区域为车辆通行区域；

步骤2、在处置边界与警戒边界之间的区域内放置区域警戒雷达，区域警戒雷达的探测方向与警戒区域非警戒状态时车流流向相反，区域警戒雷达与警戒边界的垂直距离为R_h；

步骤3、计算区域警戒雷达探测中线与警戒边界之间的夹角θ_real，计算步骤包括：

步骤3.1、开启区域警戒雷达，采集处于其探测范围内运动目标的目标信息s(v,r,θ)，其中ν为目标的速度，r为目标与雷达之间的距离，θ为目标位置与雷达中线的夹角；

步骤3.2、雷达数据输出周期为T，则同一个运动目标在nT时刻对应的目标信息为s(v_nT,r_nT,θ_nT)，n为雷达数据输出周期序号；

步骤3.3、计算nT时刻区域警戒雷达探测中线与警戒边界之间的夹角θ_nT'

其中：

当区域警戒雷达探测中线偏向警戒边界时：

|r_(n+1)T×COS(θ_(n+1)T+θ_nT')-r_nT×COS(θ_T+θ_nT')|＝v_(n+1)×T (1)

当区域警戒雷达探测中线偏向处置边界时：

|r_(n+1)T×COS(θ_(n+1)T-θ_nT')-r_nT×COS(θ_T-θ_nT')|＝v_(n+1)×T (2)

利用公式(1)或公式(2)计算每个运动目标的θ_nT'

步骤3.4、分别计算θ_T'、θ_2T'、θ_3T'、、、、θ_nT'，对所得结果进行均值处理获得由单个运动目标获取的区域警戒雷达探测中线与警戒边界夹角θ_s

步骤3.5、重复步骤3，获取由多个运动目标获取的区域警戒雷达探测中线与警戒边界夹角θ_s1、θ_s2、θ_s3、、、、θ_sm，并对计算结果进行平滑均值处理获得区域警戒雷达探测中线与警戒边界夹角θ_real，其中m为运动目标序号；

步骤4、对每个运动目标进行轨迹预测

步骤4.1、进行轨迹预测训练

t₁时刻区域警戒雷达输出的运动目标的目标信息为s_t1(v_t1,r_t1,θ_t1)：

根据θ_real预测t₂时刻区域警戒雷达输出的运动目标信息为s_t2(v_t2,r_t2,θ_t2)，且t2＞t1

其中：s_t2(v_t2,r_t2,θ_t2)具体由下述步骤计算：

利用公式(3)或(4)计算r_t2和θ_t2

探测中线偏向警戒边界时：

探测中线偏向处置边界时：

且v_t2＝v_t1,得出s_t2(v_t2,r_t2,θ_t2)

t₂时刻区域警戒雷达实际输出的运动目标信息为s′_t2(v_t2′,r_t2′,θ_t2′)

若同时满足

则输出的运动目标预测目标信息为s′_t2(v_t2′,r_t2′,θ_t2′)，反之则输出的运动目标预测目标信息为s_t2(v_t2,r_t2,θ_t2)，其中v_max为|t₂-t₁|时间间隔内速度变化最大值，r_max为|t₂-t₁|时间间隔内距离变化最大值，θ_max为|t₂-t₁|时间间隔内角度变化最大值；

步骤4.2、重复进行步骤4.1对运动目标进行目标信息预测后，输出运动目标预测的目标信息s_预(v_预,r_预,θ_预)

步骤5、判断运动目标是否需要进行防撞入预警

若R_预＞R_h，则不需要进行防撞入预警，否则进行防撞入预警

其中：

当区域警戒雷达探测中线偏向警戒边界时：

R_预＝r_预*sin(θ_real+θ_预) (6)

当区域警戒雷达探测中线偏向处置边界时：

R_预＝r_预*sin(θ_预-θ_real) (7)。

优选的，为了便于直观的判断区域警戒雷达的探测中线的位置，在本实施例中，所述区域警戒雷达上还设置有激光装置，且所述激光装置产生的光束路线与所述区域警戒雷达的探测中线路线重合，这样区域警戒雷达摆放完成后，开启激光装置，使其光束与警戒边界基本平行，然后进行后序步骤。

通过上述设置，有助于降低区域警戒雷达的摆放难度，降低了事故现场警戒区域布控难度。

优选的，在本实施例中，在步骤3.3中还包括根据激光装置产生的光束判断区域警戒雷达探测中线偏向处置边界或警戒边界。

优选的，为了使得数据尽可能精确并降低设备的运行难度，在本实施中，所述n≥20，且本实施例中选用n＝20。

优选的，为了使得数据尽可能精确并降低设备的运行难度，在本实施例中，所述m≥20，且在本实施例中选用m＝20。

优选的，为了降低误差，当在步骤4中存在多次预测输出的运动目标信息与实际输出的运动目标信息不一致时，则对所有实际输出的运动目标信息进行平滑处理，避免偶尔实测值跟预测值有偏差，导致目标跟踪异常。

且初始目标需要经过多个跟踪周期，才能对跟踪后的目标信息进行防撞入检测，以避免噪声对检测效果的干扰。

优选的，为了避免重复对非运动目标和驶离警戒区域目标进行轨道预测，在本实施例中，步骤4.1之前还包括：

判断区域警戒雷达输出的目标信息中目标的速度是否为零，若为零则直接剔除该运动目标，不进行轨迹预测；

判断区域警戒雷达输出的运动目标连续的输出数据中目标位置与雷达中线的夹角是否为逐渐减小，若是则判断该运动目标为驶离目标，并剔除该运动目标，不进行轨迹预测。

通过上述设置，有助于降低设备的运行难度，提高了设备的运行效率，避免了监控资源浪费。

优选的，因区域警戒雷达存在测距精度，而测距精度可能会导致产生防撞入预警误报，因此，在本实施例中，还可以将步骤5替换为下述步骤：

步骤5.1、判断是否为边界目标

若：|R_预-R_h|＜ΔR，则对应的运动目标为边界目标，否则为非边界目标

对于非边界目标，若

边界目标进行步骤5.2，其中ΔR为雷达测距精度

步骤5.2、对边界目标的目标信息进行多周期连续预测，当其满足R_预＜R_h时，则直接进行防撞入预警。

通过上述设置，避免了因部分车辆在预警边界上压线行驶导致的撞入预警的误报现象，提高了防撞入预警的准确率。

优选的，在本实施例中，所述防撞入预警具体为声光警报装置。

通过上述设置，当需要对部分车辆进行防撞入预警时，可通过开启对应的声光报警装置对车辆内的驾驶人员进行声光警告，可有效避免二次事故的发生。

本发明还提供一种笔直路段内事故现场警戒区域防撞入预警装置，该装置的运行方法为一种笔直路段内事故现场警戒区域防撞入预警方法。

优选的，为了进一步提高警戒区域的安全性同时避免占用较大的事故处置场地，在步骤5之前还进行下述步骤：

将区域警戒雷达正前方距离为h₁处设置为转向边界，h₂处为横向警戒边界，且h₁＞h₂

其中：

当区域警戒雷达探测中线偏向警戒边界时：

R′_预＝r_预*COS(θ_real+θ_预) (8)

当区域警戒雷达探测中线偏向处置边界时：

R′_预＝r_预*COS(θ_预-θ_real) (9)

通过转向预警可有效的避免与警戒区域处于同一车道的车辆驶向警戒区域，通过h₁和h₂的设置，为车辆提供了提前转向的预警，有助于避免二次事故的发生，即当车辆处于h₁和h₂之间时受到转向预警，能够及时变道，进入通行区域，避免了直接驶入警戒区域的弊端，为车辆驾驶人员提供了转向变道时间。

为了便于确定警戒边界，在本实施例中警戒边界选为车道分界线，这样从直观上便能确认警戒边界位置，有助于方法实施。

通过上述设置，有助于避免设置较大的警戒区域，同时，便于提醒驶向警戒区域的车辆及时调整车速和车道，进一步避免了二次事故发生。

Claims (10)

1.一种笔直路段内事故现场警戒区域防撞入预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、设定警戒区域范围

根据事故现场情况，选取距事故单位最近的路段边缘为处置边界，根据需要在路段内设置与处置边界平行的警戒边界，路段另一边界与警戒边界之间的区域为车辆通行区域；

步骤2、在处置边界与警戒边界之间的区域内放置区域警戒雷达，区域警戒雷达的探测方向与警戒区域非警戒状态时车流流向相反，区域警戒雷达与警戒边界的垂直距离为R_h；

步骤3、计算区域警戒雷达探测中线与警戒边界之间的夹角θ_real，计算步骤包括：

步骤3.1、开启区域警戒雷达，采集处于其探测范围内运动目标的目标信息s(v,r,θ)，其中ν为目标的速度，r为目标与雷达之间的距离，θ为目标位置与雷达中线的夹角；

步骤3.2、雷达数据输出周期为T，则同一个运动目标在nT时刻对应的目标信息为s(v_nT,r_nT,θ_nT)，n为雷达数据输出周期序号；

步骤3.3、计算nT时刻区域警戒雷达探测中线与警戒边界之间的夹角θ_nT'

其中：

当区域警戒雷达探测中线偏向警戒边界时：

|r_(n+1)T×COS(θ_(n+1)T+θ_nT')-r_nT×COS(θ_T+θ_nT')|＝v_(n+1)×T (1)

当区域警戒雷达探测中线偏向处置边界时：

|r_(n+1)T×COS(θ_(n+1)T-θ_nT')-r_nT×COS(θ_T-θ_nT')|＝v_(n+1)×T (2)

利用公式(1)或公式(2)计算每个运动目标的θ_nT'

步骤3.4、分别计算θ_T'、θ_2T'、θ_3T'、、、、θ_nT'，对所得结果进行均值处理获得由单个运动目标获取的区域警戒雷达探测中线与警戒边界夹角θ_s

步骤3.5、重复步骤3，获取由多个运动目标获取的区域警戒雷达探测中线与警戒边界夹角θ_s1、θ_s2、θ_s3、、、、θ_sm，并对计算结果进行平滑均值处理获得区域警戒雷达探测中线与警戒边界夹角θ_real，其中m为运动目标序号；

步骤4、对每个运动目标进行轨迹预测

步骤4.1、进行轨迹预测训练

t₁时刻区域警戒雷达输出的运动目标的目标信息为s_t1(v_t1,r_t1,θ_t1)：

根据θ_real预测t₂时刻区域警戒雷达输出的运动目标信息为s_t2(v_t2,r_t2,θ_t2)，且t2＞t1

其中：s_t2(v_t2,r_t2,θ_t2)具体由下述步骤计算：

利用公式(3)或(4)计算r_t2和θ_t2

探测中线偏向警戒边界时：

探测中线偏向处置边界时：

且令v_t2＝v_t1,得出s_t2(v_t2,r_t2,θ_t2)

t₂时刻区域警戒雷达实际输出的运动目标信息为s′_t2(v_t2′,r_t2′,θ_t2′)

若同时满足

则输出的运动目标预测目标信息为s′_t2(v_t2′,r_t2′,θ_t2′)，反之则输出的运动目标预测目标信息为s_t2(v_t2,r_t2,θ_t2)，其中v_max为|t₂-t₁|时间间隔内速度变化最大值，r_max为|t₂-t₁|时间间隔内距离变化最大值，θ_max为|t₂-t₁|时间间隔内角度变化最大值；

步骤4.2、重复进行步骤4.1对运动目标进行目标信息预测后，输出运动目标预测的目标信息s_预(v_预,r_预,θ_预)

步骤5、判断运动目标是否需要进行防撞入预警

若R_预＞R_h，则不需要进行防撞入预警，否则进行防撞入预警

其中：

当区域警戒雷达探测中线偏向警戒边界时：

R_预＝r_预*sin(θ_real+θ_预) (6)

当区域警戒雷达探测中线偏向处置边界时：

R_预＝r_预*sin(θ_预-θ_real) (7)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4.1之前还包括：

判断区域警戒雷达输出的目标信息中目标的速度是否为零，若为零则直接剔除该运动目标，不进行轨迹预测；

判断区域警戒雷达输出的运动目标连续的输出数据中目标位置与雷达中线的夹角是否为逐渐减小，若是则判断该运动目标为驶离目标，并剔除该运动目标，不进行轨迹预测。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将步骤5替换为下述步骤：

步骤5.1、判断是否为边界目标

若：|R_预-R_h|＜ΔR，则对应的运动目标为边界目标，否则为非边界目标

对于非边界目标，若

边界目标进行步骤5.2，其中ΔR为雷达测距精度

步骤5.2、对边界目标的目标信息进行多周期连续预测，当其满足R_预＜R_h时，则直接进行防撞入预警。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤5之前还进行下述步骤：

将区域警戒雷达正前方距离h₁处设置为转向边界，h₂为横向警戒边界，且h₁＞h₂

若

其中：

当区域警戒雷达探测中线偏向警戒边界时：

R′_预＝r_预*COS(θ_real+θ_预) (8)

当区域警戒雷达探测中线偏向处置边界时：

R′_预＝r_预*COS(θ_预-θ_real) (9)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述区域警戒雷达上还设置有激光装置，且所述激光装置产生的光束路线与所述区域警戒雷达的探测中线路线重合。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤3.3中还包括根据激光装置产生的光束判断区域警戒雷达探测中线偏向处置边界或警戒边界。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述n≥20,所述m≥20。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤4中当存在多次预测输出的运动目标信息与实际输出的运动目标信息不一致时，则对所有实际输出的运动目标信息进行平滑处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述防撞入预警具体为声光警报装置。

10.一种笔直路段内事故现场警戒区域防撞入预警装置，其特征在于，该装置的运行方法为权利要求1-9任一所述的方法。

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