CN114781791A - 一种基于全息感知数据的高速服务区风险识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于全息感知数据的高速服务区风险识别方法,包括以下步骤:获取待识别的高速服务区的感知设备所采集的全息感知数据;将高速服务区划分为多个功能区域,并将每个功能区域划分为多个栅格,确定风险识别与预警的时段长度;获取各功能区域的各栅格的行人风险指数并确定行人风险评价阈值;获取各功能区域的各栅格的当前车辆风险指数并确定当前车辆风险评价阈值;获取各功能区域的各栅格的预测车辆风险指数并确认预测车辆风险评价阈值;判断不同是否存在栅格的风险指数大于对应的评价阈值,若是,判断该栅格存在风险。与现有技术相比,本发明具有能够对不同区域的风险大小进行量化分析,全面、有效识别、预警服务区不同等级的风险。
Description
技术领域
本发明涉及风险识别领域,尤其是涉及一种基于全息感知数据的高速服务区风险识别方法。
背景技术
高速公路服务区又称高速公路服务站,高速公路服务区是高速公路重要的配套设施,是为高速公路司乘人员提供餐饮、休息、购物、娱乐、停车、加油、车辆维修等服务的场所。在高速公路服务区,客货车辆、危险运输车辆与行人交织,加油站、充电站等大型设备也存在易燃易爆的隐患,多类复杂因素耦合下,高速服务区存在着复杂的交通安全隐患。对高速服务区的实时风险和潜在风险进行在线的识别、预警能够有效提升服务区的运行效率,降低安全隐患,服务于高速公路智慧运营管理。
现有技术中,多通过在部分服务区关键点布设简单的视频摄像头进行人工监控进行管理。单点感知往往会面临感知范围不够、由于自身视角原因感知视野易受遮挡、以及数据交互可信判断等诸多问题,这些问题已成为制约单点感知能力与精度的瓶颈。此外,由人工通过视觉对场景内的风险水平进行实时判断,不仅耗时耗力且效率极低,无法对全场景、多目标的危险程度进行及时识别与预警,也无法对于未来一段时间的风险进行有效的估计以提前应对。
全息感知数据,通常通过泛在感知设备获取,如视频摄像机与毫米波雷达,可定制化安装于高速服务区的各个点位并可以以“上帝视角”的方式获取全场景感知视野下的感知数据,通过强大算力的边缘计算单元和5G通信技术,将实时获取的高速服务区海量、实时的全息感知数据传输至服务区数据管理云平台,供其分析、决策,实现风险快速识别和及时预警,为高速服务区的管理提供了坚实的数据基础。
目前鲜有对高速服务区的风险识别与预警的研究,高速服务区的各区域功能特性不一,存在不同程度的人-人、人-车、车-车交互风险,并且碰撞后可能产生严重安全事故与经济损失。
发明内容
本发明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全息感知数据的高速服务区风险识别方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种基于全息感知数据的高速服务区风险识别方法,包括以下步骤:
S1:获取待识别的高速服务区的感知设备所采集的全息感知数据;
S2:将高速服务区划分为多个功能区域,并将每个功能区域划分为多个栅格,确定风险识别与预警的时段长度;
S3:根据全息感知数据获取各功能区域的各栅格的行人风险指数并确定行人风险评价阈值;
S4:根据全息感知数据获取各功能区域的各栅格的当前车辆风险指数并确定当前车辆风险评价阈值;
S5:根据全息感知数据获取各功能区域的各栅格的预测车辆风险指数并确认预测车辆风险评价阈值;
S6:判断不同功能区域是否存在栅格的风险指数大于对应的评价阈值,若是,判断该栅格存在风险。
优选地,所述的步骤S2具体包括
S21:将高速服务区根据服务功能划分为N个功能区域{Z1,Z2,...Zn},Zn为第n个功能区域;
S22:将各功能区域划分为多个尺寸为Xm*Xm正方形的栅格;
S23:确定风险识别与预警更新的时段长度tn。
优选地,所述的步骤S3具体包括:
S31:根据采集的全息感知数据,利用时间戳和目标类型筛选出前tn秒中目标类型为行人的数据行;
S32:计算对各功能区域的各栅格的行人密度大小D并获取相应的行人风险指数Rhh:
其中,Np为栅格内感知所得行人数量,X为栅格边长;
S33:确定行人风险评价阈值矩阵。
优选地,所述的行人风险评价阈值矩阵为:
优选地,所述的步骤S4具体包括:
S41:计算各功能区域的各栅格的当前人车风险指数:
其中,(xi,yi)为行人i的坐标,vi为行人i的速度,(xj,yj)为车辆j的中心点坐标,vj为车辆j的速度,αi为行人i速度与人车中心点连线方向的夹角,αj为车辆j速度与人车中心点连线方向的夹角,aj为车辆j宽度,bj为车辆j长度,tij为行人i与车辆j的碰撞时间,dij为行人i与车辆j车身的距离,Δdj为车辆j中心点到车身的距离;
S42:计算各功能区域的各栅格的当前车车风险指数:
其中,(xh,yh)为车辆h的中心点坐标,vh为车辆h的速度,(xj,yj)为车辆j的中心点坐标,vj为车辆j的速度,αh为车辆i速度与两车中心点连线方向的夹角,αj为车辆j速度与两车中心点连线方向的夹角,ah为车辆h宽度,bh为车辆h长度,aj为车辆j宽度,bj为车辆j长度,thj为车辆h与车辆j的碰撞时间,dhj为车辆h与车辆j车身之间的距离,Δdh为车辆h中心点到车身的距离,Δdj为车辆j中心点到车身的距离;
S43:确定当前人车风险评价阈值矩阵及当前车车风险评价阈值矩阵。
优选地,所述的当前人车风险评价阈值矩阵为:
所述的当前车车风险评价阈值矩阵为:
优选地,所述的步骤S5具体包括:
S51:预测下一阶段行人、车辆的坐标(x',y')与速度v':
S52:计算下一阶段预测人车风险指标R'hv
其中,(x′i,y′i)为行人i下一时段预测的中心点坐标,v′i为行人i下一时段预测的速度,(x'j,y'j)为车辆j下一时段预测的中心点坐标,v'j为车辆j下一时段预测的速度,αi为行人i速度与两车中心点连线方向的夹角,αj为车辆j速度与两车中心点连线方向的夹角,aj为车辆j宽度,bj为车辆j长度,t′ij为下一时段行人i与车辆j的碰撞时间预测值,d′ij为下一阶段行人i与车辆j车身的距离预测值,Δdj为车辆j中心点到车身的距离;
S53:计算下一阶段预测的预测车车风险指标R′vv:
其中,(x'h,y'h)为车辆h下一时段预测的中心点坐标,v'h为车辆h下一时段预测的速度,(x'j,y'j)为车辆j下一时段预测的中心点坐标,v'j为车辆j下一时段预测的速度,αh为车辆h速度与两车中心点连线方向的夹角,αj为车辆j速度与两车中心点连线方向的夹角,ah为车辆h宽度,bh为车辆h长度,aj为车辆j宽度,bj为车辆j长度,t'hj为下一时段车辆h与车辆j的碰撞时间预测值,d'hj为下一阶段车辆h与车辆j车身之间的距离预测值,Δdh为车辆h中心点到车身的距离,Δdj为车辆j中心点到车身的距离;
S54:确定预测人车风险评价阈值矩阵及预测车车风险评价阈值矩阵。
优选地,所述的预测人车风险评价阈值矩阵为:
优选地,所述的感知设备能获取待识别的高速服务区内所有对象的全息感知数据,所述的全息感知数据具有全场景感知视野,能够获取服务区内所有动静态参与对象的实时信息;所采集的数据的字段包含但不限于时间戳、目标ID、目标类型、目标速度、目标坐标、目标长度、目标宽度。
优选地,所述的感知设备为毫米波雷达或高清摄像头或激光雷达。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
(1)本发明基于全息感知数据,能够有效对高速服务区进行区域划分,并对不同区域内存在的行人风险、人车风险、车车风险进行及时的分析获取,通过设置不同的风险指数阈值,有效实现高速服务区的量化风险识别,实现全息感知与有效识别,全面保障高速服务区的安全水平;
(2)本发明实现对高速服务区风险的定量识别和预测,基于高速服务区参与对象运动特征设计并计算区域内的各项风险指标、风险预测指标,能够对高速服务区的风险进行有效识别,提高识别准确性和识别效率,进一步提高高速服务区的安全水平。
附图说明
图1为本发明的流程图;
图2为本发明的待识别高速服务区的功能区域划分示意图;
图3为本发明的行人风险指数分布示意图;
图4为人车风险指数计算说明;
图5为车车风险指数计算说明。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意,以下的实施方式的说明只是实质上的例示,本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定,且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例
一种基于全息感知数据的高速服务区风险识别方法,如图1所示,包括以下步骤:
S1:获取待识别的高速服务区的感知设备所采集的全息感知数据。
感知设备能获取待识别的高速服务区内所有对象的全息感知数据,全息感知数据具有全场景感知视野,能够获取服务区内所有动静态参与对象的实时信息;所采集的数据的字段包含但不限于时间戳、目标ID、目标类型、目标速度、目标坐标、目标长度、目标宽度。
感知设备为如毫米波雷达、高清摄像头、激光雷达的泛在感知设备,实现对服务区内所有对象的目标检测。泛在感知设备布设于服务区内各个区域,使用授时服务器对所有泛在感知设备进行统一授时,完成时间同步。
S2:将高速服务区划分为多个功能区域,并将每个功能区域划分为多个栅格,确定风险识别与预警的时段长度。
步骤S2具体包括
S21:如图2所示,将高速服务区根据服务功能划分为N个功能区域{Z1,Z2,...Zn},Zn为第n个功能区域,功能区域包括加油区、小客车区等;
S22:将各功能区域划分为多个尺寸为Xm*Xm正方形的栅格;
S23:确定风险识别与预警更新的时段长度tn,后续风险识别结果均以该时段长度进行更新及预测。
S3:考虑人员密度过高时易发***事故,可利用栅格内行人密度大小D判别区域内行人风险指数,根据全息感知数据获取各功能区域的各栅格的行人风险指数并确定行人风险评价阈值。
步骤S3具体包括:
S31:根据采集的全息感知数据,利用时间戳和目标类型筛选出前tn秒中目标类型为行人的数据行;
S32:如图3所示为行人密度示意图,对区域内各栅格,计算落在相应栅格区域内行人数量,计算相应行人密度的大小D得到相应行人风险指数Rhh:
其中,Np为栅格内感知所得行人数量,X为栅格边长;
S33:确定行人风险评价阈值矩阵:
其中,表示第n个功能区域的行人风险指数阈值。各功能区域的行人风险评价阈值为根据其功能区域预设的行人风险评价阈值,行人风险评价阈值的确定方法可以通过历史高风险行人密度确定,也可通过前10百分位的行人密度阈值确定,也可以根据城市对于人群密度的规范确定。
S4:为对区域内潜在的人车、车车碰撞事故进行监控,可通过计算行人与车辆、车辆与车辆之间的碰撞时间对区域内风险水平进行评估,根据全息感知数据获取各功能区域的各栅格的当前车辆风险指数并确定当前车辆风险评价阈值。
步骤S4具体包括:
S41:如图4所示,根据所采集全息感知数据,利用时间戳、目标类型筛选出各区域栅格中前tn秒中类型为行人及车辆的数据行。利用各车辆与行人的位置坐标、车辆尺寸及速度大小,可求解各车辆与行人之间的碰撞时间。其中,行人尺寸大小可忽略不计,计算各功能区域的各栅格的当前人车风险指数:
在此基础上,利用各栅格内人车碰撞时间可对各栅格内人车交互风险指数Rhv进行评估,
其中,(xi,yi)为行人i的坐标,vi为行人i的速度,(xj,yj)为车辆j的中心点坐标,vj为车辆j的速度,αi为行人i速度与人车中心点连线方向的夹角,αj为车辆j速度与人车中心点连线方向的夹角,aj为车辆j宽度,bj为车辆j长度,tij为行人i与车辆j的碰撞时间,dij为行人i与车辆j车身的距离,Δdj为车辆j中心点到车身的距离;
S42:如图5所示,根据所采集全息感知数据,利用时间戳、目标类型筛选出各区域栅格中前tn秒中类型为车辆的数据行。利用各车辆的位置坐标、车辆尺寸及速度大小,可求解各车辆之间的碰撞时间,相应车辆h与车辆j之间的碰撞时间tij
在此基础上,利用各栅格内车车碰撞时间可对各栅格内车车交互风险指数Rvv进行评估,
其中,(xh,yh)为车辆h的中心点坐标,vh为车辆h的速度,(xj,yj)为车辆j的中心点坐标,vj为车辆j的速度,αh为车辆i速度与两车中心点连线方向的夹角,αj为车辆j速度与两车中心点连线方向的夹角,ah为车辆h宽度,bh为车辆h长度,aj为车辆j宽度,bj为车辆j长度,thj为车辆h与车辆j的碰撞时间,dhj为车辆h与车辆j车身之间的距离,Δdh为车辆h中心点到车身的距离,Δdj为车辆j中心点到车身的距离;
S43:确定当前人车风险评价阈值矩阵及当前车车风险评价阈值矩阵。
当前人车风险评价阈值矩阵为:
当前车车风险评价阈值矩阵为:
当前人车风险评价阈值及当前车车风险评价阈值均为预设的阈值,其确定方法可以通过区域性质及安全要求确定,这两个阈值都小于等于5s。
S5:为提高对区域内潜在事故的响应速度,可进一步通过预测行人与车辆的运动轨迹,从而计算并判别下一时段区域内安全风险水平。根据全息感知数据获取各功能区域的各栅格的预测车辆风险指数并确认预测车辆风险评价阈值。
步骤S5具体包括:
S51:根据所采集全息感知数据,可利用各区域栅格中时间戳、目标类型、目标ID等字段,筛选出各行人或车辆前p个时段的坐标与速度感知结果。由此,可将短时段内车辆运动视为匀加速直线运动并利用最小二乘算法拟合运动学方程,进而预测下一时段相应行人与车辆的坐标与速度。对于车辆或行人,预测下一阶段行人、车辆的坐标(x',y')与速度v':
S52:进一步地,利用各区域栅格内行人及车辆预测坐标及预测速度,可计算下一时段的人车碰撞时间及车车碰撞时间,然后计算下一阶段预测人车风险指标R'hv
其中,(x′i,y′i)为行人i下一时段预测的中心点坐标,v′i为行人i下一时段预测的速度,(x'j,y'j)为车辆j下一时段预测的中心点坐标,v'j为车辆j下一时段预测的速度,αi为行人i速度与两车中心点连线方向的夹角,αj为车辆j速度与两车中心点连线方向的夹角,aj为车辆j宽度,bj为车辆j长度,t′ij为下一时段行人i与车辆j的碰撞时间预测值,d′ij为下一阶段行人i与车辆j车身的距离预测值,Δdj为车辆j中心点到车身的距离;
S53:计算下一阶段预测的预测车车风险指标R′vv:
其中,(x'h,y'h)为车辆h下一时段预测的中心点坐标,v'h为车辆h下一时段预测的速度,(x'j,y'j)为车辆j下一时段预测的中心点坐标,v'j为车辆j下一时段预测的速度,αh为车辆h速度与两车中心点连线方向的夹角,αj为车辆j速度与两车中心点连线方向的夹角,ah为车辆h宽度,bh为车辆h长度,aj为车辆j宽度,bj为车辆j长度,t'hj为下一时段车辆h与车辆j的碰撞时间预测值,d'hj为下一阶段车辆h与车辆j车身之间的距离预测值,Δdh为车辆h中心点到车身的距离,Δdj为车辆j中心点到车身的距离;
S54:确定预测人车风险评价阈值矩阵及预测车车风险评价阈值矩阵。
预测人车风险评价阈值矩阵为:
预测人车风险指数阈值、预测车车风险指数阈值的确定方法该风险阈值的确定方法可以通过区域性质及安全要求确定,小于等于5s,可略高于当前时段人车风险评价阈值及车车风险评价阈值。
S6:判断不同功能区域是否存在栅格的风险指数大于对应的评价阈值,若是,判断该栅格存在风险。
步骤S6具体为,当某一功能区域存在栅格行人风险指标Rhh大于相应阈值,判断该功能区域的栅格存在风险,管理人员应对人员进行疏散以避免出现事故;当某一功能区域存在栅格人车风险指标Rhv或车车风险指标Rvv大于相应阈值,判断该功能区域的栅格存在风险,管理人员应进行干预以避免出现事故;当某一区域存在栅格预测人车风险指标R'hv或预测车车风险指标R′vv大于相应阈值,判断该功能区域的栅格存在风险,管理人员应进行干预以降低区域安全风险。
本发明还提供管理模块,能够显示不同区域内各栅格指标计算结果,为管理人员进行交通风险管理提供指导。
上述实施方式仅为例举,不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施,且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。
Claims (10)
1.一种基于全息感知数据的高速服务区风险识别方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:获取待识别的高速服务区的感知设备所采集的全息感知数据;
S2:将高速服务区划分为多个功能区域,并将每个功能区域划分为多个栅格,确定风险识别与预警的时段长度;
S3:根据全息感知数据获取各功能区域的各栅格的行人风险指数并确定行人风险评价阈值;
S4:根据全息感知数据获取各功能区域的各栅格的当前车辆风险指数并确定当前车辆风险评价阈值;
S5:根据全息感知数据获取各功能区域的各栅格的预测车辆风险指数并确认预测车辆风险评价阈值;
S6:判断不同功能区域是否存在栅格的风险指数大于对应的评价阈值,若是,判断该栅格存在风险。
2.根据权利要求1所述的一种基于全息感知数据的高速服务区风险识别方法,其特征在于,所述的步骤S2具体包括:
S21:将高速服务区根据服务功能划分为N个功能区域{Z1,Z2,...Zn},Zn为第n个功能区域;
S22:将各功能区域划分为多个尺寸为X m*X m正方形的栅格;
S23:确定风险识别与预警更新的时段长度tn。
5.根据权利要求1所述的一种基于全息感知数据的高速服务区风险识别方法,其特征在于,所述的步骤S4具体包括:
S41:计算各功能区域的各栅格的当前人车风险指数:
其中,(xi,yi)为行人i的坐标,vi为行人i的速度,(xj,yj)为车辆j的中心点坐标,vj为车辆j的速度,αi为行人i速度与人车中心点连线方向的夹角,αj为车辆j速度与人车中心点连线方向的夹角,aj为车辆j宽度,bj为车辆j长度,tij为行人i与车辆j的碰撞时间,dij为行人i与车辆j车身的距离,Δdj为车辆j中心点到车身的距离;
S42:计算各功能区域的各栅格的当前车车风险指数:
其中,(xh,yh)为车辆h的中心点坐标,vh为车辆h的速度,(xj,yj)为车辆j的中心点坐标,vj为车辆j的速度,αh为车辆i速度与两车中心点连线方向的夹角,αj为车辆j速度与两车中心点连线方向的夹角,ah为车辆h宽度,bh为车辆h长度,aj为车辆j宽度,bj为车辆j长度,thj为车辆h与车辆j的碰撞时间,dhj为车辆h与车辆j车身之间的距离,Δdh为车辆h中心点到车身的距离,Δdj为车辆j中心点到车身的距离;
S43:确定当前人车风险评价阈值矩阵及当前车车风险评价阈值矩阵。
7.根据权利要求1所述的一种基于全息感知数据的高速服务区风险识别方法,其特征在于,所述的步骤S5具体包括:
S51:预测下一阶段行人、车辆的坐标(x',y')与速度v':
S52:计算下一阶段预测人车风险指标R'hv
其中,(x'i,y'i)为行人i下一时段预测的中心点坐标,v'i为行人i下一时段预测的速度,(x'j,y'j)为车辆j下一时段预测的中心点坐标,v'j为车辆j下一时段预测的速度,αi为行人i速度与两车中心点连线方向的夹角,αj为车辆j速度与两车中心点连线方向的夹角,aj为车辆j宽度,bj为车辆j长度,t'ij为下一时段行人i与车辆j的碰撞时间预测值,di'j为下一阶段行人i与车辆j车身的距离预测值,Δdj为车辆j中心点到车身的距离;
S53:计算下一阶段预测的预测车车风险指标R'vv:
其中,(x'h,y'h)为车辆h下一时段预测的中心点坐标,v'h为车辆h下一时段预测的速度,(x'j,y'j)为车辆j下一时段预测的中心点坐标,v'j为车辆j下一时段预测的速度,αh为车辆h速度与两车中心点连线方向的夹角,αj为车辆j速度与两车中心点连线方向的夹角,ah为车辆h宽度,bh为车辆h长度,aj为车辆j宽度,bj为车辆j长度,t'hj为下一时段车辆h与车辆j的碰撞时间预测值,d'hj为下一阶段车辆h与车辆j车身之间的距离预测值,Δdh为车辆h中心点到车身的距离,Δdj为车辆j中心点到车身的距离;
S54:确定预测人车风险评价阈值矩阵及预测车车风险评价阈值矩阵。
9.根据权利要求1所述的一种基于全息感知数据的高速服务区风险识别方法,其特征在于,所述的感知设备能获取待识别的高速服务区内所有对象的全息感知数据,所述的全息感知数据具有全场景感知视野,能够获取服务区内所有动静态参与对象的实时信息;所采集的数据的字段包含但不限于时间戳、目标ID、目标类型、目标速度、目标坐标、目标长度、目标宽度。
10.根据权利要求9所述的一种基于全息感知数据的高速服务区风险识别方法,其特征在于,所述的感知设备为毫米波雷达或高清摄像头或激光雷达。
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CN202210236418.7A CN114781791B (zh) | 2022-03-11 | 2022-03-11 | 一种基于全息感知数据的高速服务区风险识别方法 |
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- 2022-03-11 CN CN202210236418.7A patent/CN114781791B/zh active Active
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Also Published As
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