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基于车辆轨迹的信号交叉口机非冲突判别

交通运输系统工程与信息 2021年第1期21卷 69-74页

作者：龙科军张燕邹志云谷健郝威长沙理工大学智能道路与车路协同湖南省重点实验室长沙410114 长沙理工大学交通运输工程学院长沙410114 华中科技大学土木工程与力学学院武汉430074

选取长沙市中心区4个典型信号交叉口,利用视频轨迹追踪软件,提取右转机动车与直行非机动车的冲突交通流轨迹数据。以减速、换道等避险行为与可能发生碰撞(距离碰撞点时间小于2 s)为依据,采集机非冲突样本;选择距离碰撞最大时间(MTTC)和... 详细信息

选取长沙市中心区4个典型信号交叉口,利用视频轨迹追踪软件,提取右转机动车与直行非机动车的冲突交通流轨迹数据。以减速、换道等避险行为与可能发生碰撞(距离碰撞点时间小于2 s)为依据,采集机非冲突样本;选择距离碰撞最大时间(MTTC)和冲突时间差(TDTC)作为评价指标,提出一种基于交通流运行轨迹的改进型TTC(Time to Collision)法的机非冲突判别方法。选择某实例交叉口,分别采用TTC法、改进型TTC法和后侵入时间(PET)法,评估得到右转机动车与直行非机动车的冲突数,分别为7,24,22次。结果表明,传统的TTC法低估了交叉口的机非冲突水平,改进型TTC法的判别准确率提高了2.14倍,证明了方法的可行性。

关键词：交通工程冲突时间差距离碰撞最大时间机非冲突车辆轨迹

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车辆轨迹数据清洗与质量评估的研究与应用

车辆轨迹数据清洗与质量评估的研究与应用

作者：刘虹内蒙古大学

学位级别：硕士

大数据与移动通信领域的发展促进了智慧交通的进步,越来越多的学者加入了对轨迹数据挖掘的研究工作中。移动硬件设施的升级为轨迹数据挖掘工作提供了大量的时空轨迹数据,但对于这些数据的质量分析往往被忽略,匆忙投入到具体实验研究中,... 详细信息

大数据与移动通信领域的发展促进了智慧交通的进步,越来越多的学者加入了对轨迹数据挖掘的研究工作中。移动硬件设施的升级为轨迹数据挖掘工作提供了大量的时空轨迹数据,但对于这些数据的质量分析往往被忽略,匆忙投入到具体实验研究中,带来的结果往往是不可靠的。数据需要经过科学的分析与评估,针对性的数据清洗,将数据完好的假象进行剥离,才会使后续的研究更有意义。本文分析了轨迹数据质量存在的问题,主要分为三类,即重复数据、噪音数据及缺失数据问题。针对每种问题建立特定的模型与算法进行数据清洗或修复,解决目前车辆轨迹数据集的质量问题,并建立一套车辆轨迹数据集通用的质量评估模型(Vehicle trajectory Data Evaluation Model,简称VDEM)。本文的主要研究工作如下:(1)针对现有的近邻排序算法(SNM)对重复数据检测效率低的问题,提出了基于SNMW的重复数据清洗模型,即将重复数据划分等级,结合提取的时空轨迹特征与数据等级动态调整窗口大小,通过加权相似性度量,解决SNM算法中窗口大小固定不变的缺点,提高了重复数据检测效率。(2)针对目前车辆轨迹数据集噪音清洗方面研究的欠缺,提出了基于双滤波联合算法(Kalman filter-Savitzky-Golay,简称K-S-G)的噪音数据清洗模型。融合光谱图像学中卡尔曼滤波算法和Savitzky-Golay平滑滤波算法,对原始车辆轨迹进行拟合,拟合后的轨迹可以将潜藏在数据集中难以发现的轨迹噪音毛刺点筛除出去,通过对比实验验证了K-S-G算法的拟合效果最佳。(3)针对在路网未知情况下车辆轨迹缺失数据的补全难题,提出了基于S-G平滑滤波算法的道路插值数据补全模型。该模型将Savitzky-Golay平滑滤波算法拟合出的车辆轨迹模拟成道路,结合运动学规律建立数学模型后再做数据调整,提高了数据的补全精度。(4)为了全面评估车辆轨迹数据的准确性、完整性等指标,形成有效的轨迹数据质量评估体系,建立了一套车辆轨迹数据集通用的质量评估模型VDEM,针对不同轨迹数据规则设定评估指标,将清洗前后的数据分别进行评估,验证了数据清洗模型的有效性。

关键词：车辆轨迹重复数据噪音数据数据补全质量评估

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车辆轨迹异常检测应用研究

车辆轨迹异常检测应用研究

作者：李红岩长春工业大学

学位级别：硕士

近年来,车辆运动轨迹异常检测作为反映交通状况的重要指标之一,也是出行者较为关注的交通信息。提前预测车辆未来异常行为信息不仅可以让出行者更加快捷地选择合理的行驶方案,避开拥堵路段和危险,减少燃油、时间损耗;还可以为管理者提... 详细信息

近年来,车辆运动轨迹异常检测作为反映交通状况的重要指标之一,也是出行者较为关注的交通信息。提前预测车辆未来异常行为信息不仅可以让出行者更加快捷地选择合理的行驶方案,避开拥堵路段和危险,减少燃油、时间损耗;还可以为管理者提供合理的决策依据,便于交通控制与管理。本文针对车辆轨迹异常检测问题,结合轨迹聚类分析方法,进行了研究与探讨。本文主要研究内容如下:(1)基于多特征参数修正的谱聚类流程,结合谱聚类和修正参数,给出了一种车辆轨迹谱聚类的可行性方案。首先对不同车辆运动速度情况下的轨迹相似度度量方法应用问题进行了解析和探讨;其次结合车辆异常行为识别流程图,在完成谱聚类的前提下完成了二维空间内的车辆轨迹坐标位置的异常检测识别;然后针对所提算法给出具体的实验方法,并对算法有效性进行了验证。(2)针对车辆运行轨迹中的异常轨迹检测问题,设计了一种基于DBSCAN算法的车辆异常轨迹检测算法。首先就轨迹预处理过程和密度聚类算法进行了说明;其次对所采用的相似性度量方法--Hausdorff距离计算方法进行了阐述;然后就轨迹聚类分析流程进行了分析描述,并对所提基于DBSCAN算法的车辆异常轨迹检测算法进行了详细描述;最后,在实际轨迹集合上,就轨迹聚类准确性和异常轨迹检测两方面进行了仿真实验和分析,并对实验结果进行了解析说明。

关键词：车辆轨迹聚类分析异常轨迹检测谱聚类 DBSCAN算法

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基于EKF-GRU的车辆轨迹预测

中国安全科学学报 2024年第6期34卷 164-172页

作者：张传莹徐国艳陈志发周彬陈立伟洪玮北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191 贵州开源爆破工程有限公司贵州贵阳551400

为提升行车安全,实现自动驾驶车辆正确的决策规划,提出基于扩展卡尔曼滤波(EKF)-门控循环单元(GRU)的车辆轨迹预测方法,结合学习方法与物理模型,在提升预测精度的同时,提高轨迹预测的合理性。首先,基于GRU构建预测网络,通过提取车辆的... 详细信息

为提升行车安全,实现自动驾驶车辆正确的决策规划,提出基于扩展卡尔曼滤波(EKF)-门控循环单元(GRU)的车辆轨迹预测方法,结合学习方法与物理模型,在提升预测精度的同时,提高轨迹预测的合理性。首先,基于GRU构建预测网络,通过提取车辆的历史轨迹特征预测车辆的纵向加速度及横摆角速度;其次,基于车辆非线性运动学构建EKF状态估计器,结合观测值生成车辆未来有限时域的行驶轨迹;最后,在高速公路多车轨迹数据集NGSIM I-80和US-101上进行轨迹预测方法验证。结果表明:采用传统的物理模型生成预测轨迹,其最终距离误差(FDE)、均方根误差(RMSE)、平均距离误差(ADE)值分别为6.48、7.69和3.03 m。相比之下,利用EKF-GRU生成的预测轨迹表现出更高的准确性,对应的数值分别为5.45、6.67和2.56 m,分别提升15.90%、13.26%和15.51%。

关键词：扩展卡尔曼滤波(EKF) 门控循环单元(GRU) 车辆轨迹轨迹预测 NGSIM数据集神经网络

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针对复杂道路网络的车辆轨迹地图匹配算法

测绘科学 2018年第8期43卷 110-115页

作者：张校慧孙凯职保平许涛黄河水利职业技术学院河南开封475004 上海城建职业学院上海201415 河南大学计算机与信息工程学院河南开封475001

针对高度城市化地区存在的复杂道路网络环境下,如何高效地进行车辆轨迹数据的地图匹配问题,该文提出了一种针对复杂道路网络的车辆轨迹数据地图匹配算法。该算法以车辆轨迹序列为匹配对象,通过环形轨迹的识别把车辆轨迹序列划分为无环... 详细信息

针对高度城市化地区存在的复杂道路网络环境下,如何高效地进行车辆轨迹数据的地图匹配问题,该文提出了一种针对复杂道路网络的车辆轨迹数据地图匹配算法。该算法以车辆轨迹序列为匹配对象,通过环形轨迹的识别把车辆轨迹序列划分为无环路轨迹段,并用道路拓扑关系来计算轨迹序列的最优匹配路线,实现在复杂道路网络中的车辆轨迹数据地图匹配。为了验证本算法的性能,以上海市道路网络为实验区,以约1.3万辆出租车在2015年4月的轨迹数据为数据源,进行实证研究。实验结果显示,该文提出的地图匹配算法在复杂的道路网络中有较高的匹配成功率和匹配效率。

关键词：车辆轨迹地图匹配复杂道路网络道路拓扑

用于城区交叉口闯红灯预测的车辆轨迹特征参数分析

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公路交通科技 2011年第5期28卷 108-112页

作者：王岚君张瓅玶王希勤清华大学电子工程系北京100084 加州大学伯克利分校美国94804

通过对比闯红灯预测算法的性能,选择出用于区分车辆走、停行为的车辆轨迹特征参数。为实现对交叉口车辆闯红灯行为预测,根据闯红灯车辆为在红灯亮起后通过停止线的车辆这一定义,提出闯红灯预测算法的两个主要功能:估计车辆到达停止线的... 详细信息

通过对比闯红灯预测算法的性能,选择出用于区分车辆走、停行为的车辆轨迹特征参数。为实现对交叉口车辆闯红灯行为预测,根据闯红灯车辆为在红灯亮起后通过停止线的车辆这一定义,提出闯红灯预测算法的两个主要功能:估计车辆到达停止线的时刻;预测车辆到达停止线后的走、停行为。研究结果表明:在速度、加速度、行驶时间和车头时距4个物理量中,车辆的速度对闯红灯行为的预测性能最好;若用速度分别与其他3个物理量联合对车辆走、停行为进行区分,性能有所提高,但并不显著;速度-车头时距组合比以往常用的速度-加速度组合进行闯红灯行为预测的性能更好。

关键词：交通工程闯红灯预测统计判决车辆轨迹交叉口

利用车辆轨迹数据提取道路网络的几何特征与精度分析

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地球信息科学学报 2012年第2期14卷 165-170页

作者：蒋益娟李响李小杰孙靖华东师范大学地理信息科学重点实验室上海200062

电子地图数据是各种智能交通系统的基础数据,对方便人们交通出行、解决城市交通拥堵问题具有重要的意义。其中,道路网络数据又是电子地图的重要组成部分。传统的道路网络数据更新方法往往需要耗费大量人力物力,因此,从其他数据源中如遥... 详细信息

电子地图数据是各种智能交通系统的基础数据,对方便人们交通出行、解决城市交通拥堵问题具有重要的意义。其中,道路网络数据又是电子地图的重要组成部分。传统的道路网络数据更新方法往往需要耗费大量人力物力,因此,从其他数据源中如遥感影像数据、LIDAR数据等提取道路网络的相关研究,已成为国内外的研究重点。车载定位设备的广泛应用使车辆轨迹数据的大量获取成为可能,轨迹数据是对车辆行驶路径的完整记录,同时也是道路网络几何特征的直接反映。当轨迹数据量足够大时,则可利用其构建路网,用于更新或修正现有地图上的路网空间信息。针对车辆轨迹数据的特点和道路网络的特性,本文提出一种细化的道路网络几何特征提取方法。车辆轨迹数据是矢量数据,将其转换为栅格数据后,就可采用图像细化的方法处理。图像细化可以在保持原图像拓扑结构不变的情况下,快速地提取出图像的中心像元,并且有效去除冗余信息。本文以上海陆家嘴的车辆轨迹数据为例进行了实验,结果表明,利用车辆轨迹数据构建路网不仅可行,而且简单、高效,取得了良好的效果。

关键词：车辆轨迹栅格化细化道路网络

基于广播通信信道的轻量级车辆轨迹安全验证方案

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网络与信息安全学报 2023年第5期9卷 71-81页

作者：宁志强汪媛媛张驰魏凌波俞能海 HAO Yue 中国科学技术大学网络空间安全学院安徽合肥230001 San Francisco State University Department of Computer ScienceHoughtonSan FranciscoCA 94132

在智慧交通系统中,智能汽车需要实时广播车辆轨迹消息来协调驾驶决策,保证行车安全。然而,攻击者可以通过修改消息的发送时间戳或操纵信号发射的载波频率伪造车辆轨迹。针对该问题,提出了一种轻量级车辆轨迹验证方案。无须任何特殊硬件... 详细信息

在智慧交通系统中,智能汽车需要实时广播车辆轨迹消息来协调驾驶决策,保证行车安全。然而,攻击者可以通过修改消息的发送时间戳或操纵信号发射的载波频率伪造车辆轨迹。针对该问题,提出了一种轻量级车辆轨迹验证方案。无须任何特殊硬件支持,基于同一广播通信信道完成对车辆轨迹的安全验证;无须时间同步,每个验证点计算消息接收时间与发送时间戳的时间间隔,通过联立两两验证点的时间间隔所形成的空间位置约束方程,达到了抗时间戳伪造攻击的防御效果;每个验证点计算消息到达频率和预定发射频率的多普勒频移,通过联立两两验证点的频移所形成的速度矢量约束方程,实现了抗载波频率操纵攻击的安全目的。通过形式化分析,表明增加验证点的数目可以提高车辆轨迹验证的准确率。最后,真实环境中的实验结果表明,当验证点数量设定为3个时,方案展现出了最佳的性能。与现有方案相比,在分别验证真实车辆轨迹和虚假车辆轨迹时,方案具有更高的正确率,更低的错误拒绝率和错误接受率。

关键词：时间戳多普勒效应车辆轨迹安全验证

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基于模型预测控制的车辆轨迹跟踪稳定性研究

重庆理工大学学报（自然科学） 2020年第8期34卷 1-8页

作者：宋晓华邵毅明屈治华束海波重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 重庆交通大学交通运输学院重庆400074

因车辆的实际行驶环境非常复杂,导致车辆轨迹跟踪算法的稳定性问题成为智能驾驶技术发展的重点和难点之一。然而,目前基于模型预测控制的车辆轨迹跟踪算法在车辆轨迹预测求解过程中,二次规划方程变量上下限设置不当可能会产生预测轨迹... 详细信息

因车辆的实际行驶环境非常复杂,导致车辆轨迹跟踪算法的稳定性问题成为智能驾驶技术发展的重点和难点之一。然而,目前基于模型预测控制的车辆轨迹跟踪算法在车辆轨迹预测求解过程中,二次规划方程变量上下限设置不当可能会产生预测轨迹偏离期望轨迹的问题。针对这一问题,基于车辆的2自由度动力学模型,建立了运动学的空间状态方程,提出了基于车辆2自由度动力学模型的车辆轨迹预测改进算法,采用MPC控制算法,建立以控制增量和状态增量为变量的优化控制目标,并根据文献中的车辆机械特性极限和车辆纵横向综合能力实验数据对模型添加适当的控制增量约束和状态增量约束,通过滚动优化和反馈校正实现轨迹跟踪,解决了车辆轨迹预测求解过程中二次规划方程变量上下限设置不当导致的车辆预测轨迹偏离期望轨迹的问题。研究结果表明:基于车辆横向动力学模型的车辆轨迹预测改进方法可以更加准确地预测车辆轨迹,并能更加稳定地跟踪期望轨迹。

关键词：模型预测控制车辆轨迹轨迹跟踪算法稳定性