本发明公开了一种高速公路出口匝道区域安全评价方法，根据采集到的交通冲突数据对于交通冲突的类型进行分析，使用驾驶模拟器建立高速公路匝道区域的交通冲突场景，采集到驾驶者的反应时间和紧急制动减速度数据，并进一步建立驾驶者在不同场景下的反应时间和紧急制动减速度概率密度分布；针对每一个仿真冲突，可以根据其具体场景推演出相应事故发生概率；对于一个特定的换道冲突，可以根据实际发生时的状况进行场景归类，再用相应场景的事故概率计算方法求得其事故概率；将冲突的事故概率进行累计，可以获得观测时段内的事故预测数，或通过转换，获得特定时间内的事故预测数。
1.一种高速公路出口匝道区域安全评价方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：采集高速公路匝道区域相关的交通冲突数据；
S2：根据采集到的交通冲突数据对交通冲突的类型进行分析，获得交通冲突场景，所述交通冲突场景包括：场景一：变道车辆与后车的交汇冲突：变道车辆为驶离高速，产生换道行为与相邻车道的后方车辆产生交汇冲突点；
场景二：变道车辆完成变道后与后车的追尾冲突：变道车辆变道驶离高速，后车及时发现采取减速措施，变道车辆完成换道，由于后车速度仍高于变道车辆，存在发生追尾事故隐患；
场景三：变道车辆与前车的交汇冲突：变道车辆变道驶出高速，与前方车辆存在潜在交汇冲突点；
S3：使用驾驶模拟器建立高速公路匝道区域的交通冲突场景，采集驾驶模拟器数据，包括驾驶者的反应时间和紧急制动减速度数据；
S4：根据采集的驾驶模拟器数据，建立驾驶者在不同交通冲突场景下的反应时间和紧急制动减速度概率密度分布；
S5：针对每一个交通冲突场景，进行事故概率推演：针对场景一的事故概率推演包括以下步骤：
S511：考虑后车驾驶者的反应时间，若反应时间大于碰撞时间TTC，则后车不会减速，事故将在交汇点发生，此类情况发生概率为：其中RT为驾驶者的反应时间，TTC为碰撞时间，μrt和σrt是反应时间分布的参数，erf()为误差函数；
S512：若后车驾驶者的反应时间小于TTC,则认为后车在t＝RT开始减速；
其中，l1为变道车辆的车长，V1为变道车辆的车速，θ为冲突角度；
在变道车辆换道过程中，后车不能与变道车辆相撞条件：其中：l2为后车车长，V2为后车车速，D1为变道车辆行驶总距离，D2为后车行驶总距离，D’为变道车辆和后车初始距离；
其中，w1和w2分别是变道车辆和后车的车宽，x为后车的司机反应时间；
S514：比较后车的最小必减速度和测得的紧急刹车减速度，得到事故发生的条件概率：其中，MABR为后车最小必减速度，RBR为紧急刹车减速度，μMABR为驾驶模拟实验得到的所有车辆最大紧急刹车减速度均值，LMABR，UMABR分别为驾驶模拟实验得到的紧急刹车速度的上限和下限，σMABR为驾驶模拟实验中车辆紧急刹车速度的标准差，Φ()为概率密度函数，μrt，σrt分别为驾驶模拟实验得到的所有驾驶者反应时间均值和方差；
S515：对于场景一，事故发生的概率为：针对场景二的事故概率推演包括以下步骤：
S521：为了避免追尾冲突，后车必须在减速降到与变道车辆相同速度之前，保持和变道车辆之间的距离大于0：其中，D1'为场景二下变道车辆的行驶距离；D′2为场景二下后车的行驶距离；
S523：计算场景二下的追尾事故发生概率：针对场景三的事故概率推演包括以下步骤：
S531：考虑前车的反应时间，如果反应时间大于碰撞时间TTC，事故将在交汇点发生，此类情况发生概率为：S532：如果前车在碰撞之前做出反应，则计算前车占据冲突区域的时间：变道车辆总共可以避让的时间为TTC+t/2，变道车辆需要减速确保前车离开该区域前不能到达该区域：得到前车的最小必减速度：
S533：如果V2-a*(TTC+t'-x)＜0，则需要前车完全停下计算此种情况下的前车的最小必须减速度：
S6：对于一个特定的换道冲突，根据实际发生时的状况确定其场景归类，再按照步骤S5中相应场景的事故概率推演求得其事故概率；
S7：将冲突的事故概率进行累计，获得观测时段内的事故预测数，或通过转换，获得特定时间内的事故预测数。
2.根据权利要求1所述的一种高速公路出口匝道区域安全评价方法，其特征在于：所述步骤S1中采用无人机采集交通冲突数据，该交通冲突数据包括碰撞时间TTC、车辆速度和冲突角度。
一种高速公路出口匝道区域安全评价方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高速公路出口匝道区域安全评价方法，属于智能交通技术领域。
背景技术
[0002] 出口匝道作为高速公路交通事故的易发地点，其交通安全形势日益严峻。国外统计资料表明，高速公路的交通事故有近40％发生在匝道上，其中发生在出口匝道上的事故约是进口的2倍。因此，如何准确对出口匝道进行交通安全评价并提出相应的改善措施，提高出口匝道乃至整个高速公路交通安全性，已经成为工程技术领域关注的热点。
[0003] 目前国外对高速公路出口匝道的相关研究已较为深入，研究的重点集中在出口匝道部分设计参数的优化、通行效率分析、出口匝道类型对交通安全的影响研究等方面，与国外相比，国内对出口匝道的研究主要还集中在交通流运行特征和通行能力分析上，对交通安全的相关研究很少。
[0004] 目前高速公路匝道安全评价方法主要有事故数据分析法，交通冲突法，模拟仿真法。由于我国事故数据的收集、整理工作起步较晚，特别是大量新建成通车的高速公路，更是缺乏事故资料的记录，使得事故数据分析方法在出口匝道安全评价中很难应用。交通冲突法是非事故交通安全评价的重要手段，在我国也得到了较多应用，但就高速公路出口匝道的安全评价而言，存在冲突观测设备布设困难、冲突数据不易采集的弊端。现有标定方法还有如下主要缺点：设定阈值选取交通冲突，过于主观；未从概率的角度对于换道冲突进行定义，忽略了从冲突到事故过程的随机性；对于换道冲突的多场景认识不足，从而不能有效地评估冲突。
发明内容
[0005] 本发明为克服现有技术中存在的技术缺陷，提出一种基于换道冲突多场景事故推演的高速公路出口匝道区域安全评价方法，从概率的角度对于换道冲突进行了定义，考虑到从冲突到事故过程中的随机性，对于匝道区域换道冲突多场景进行分析，针对不同场景，综合考虑驾驶者和车辆因素对事故概率进行推演，最后将冲突的事故概率进行累计，获得观测时段内的事故预测数。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种高速公路出口匝道区域安全评价方法，包括以下步骤：
[0007] S1：采集高速公路匝道区域相关的交通冲突数据；
[0008] S2：根据采集到的交通冲突数据对交通冲突的类型进行分析，获得交通冲突场景；
[0009] S3：使用驾驶模拟器建立高速公路匝道区域的交通冲突场景，采集驾驶模拟器数据，包括驾驶者的反应时间和紧急制动减速度数据；
[0010] S4：根据采集的驾驶模拟器数据，建立驾驶者在不同交通冲突场景下的反应时间和紧急制动减速度概率密度分布；
[0011] S5：针对每一个交通冲突场景，进行事故概率推演；
[0012] S6：对于一个特定的换道冲突，根据实际发生时的状况确定其场景归类，再按照步骤S5中相应场景的事故概率计算方法求得其事故概率；
[0013] S7：将冲突的事故概率进行累计，获得观测时段内的事故预测数，或通过转换，获得特定时间内的事故预测数。
[0014] 进一步的，步骤S1中采用无人机采集交通冲突数据。
[0015] 进一步的，步骤S2中交通冲突场景包括：
[0016] 场景一：变道车辆与后车的交汇冲突：变道车辆为驶离高速，产生换道行为与相邻车道的后方车辆产生交汇冲突点；
[0017] 场景二：变道车辆完成变道后与后车的追尾冲突：变道车辆变道驶离高速，后车及时发现采取减速措施，变道车辆完成换道，由于后车速度仍高于变道车辆，存在发生追尾事故隐患；
[0018] 场景三：变道车辆与前车的交汇冲突：变道车辆变道驶出高速，与前方车辆存在潜在交汇冲突点。
[0019] 进一步的，步骤S51针对场景一的事故概率推演包括以下步骤：
[0020] S511：考虑后车驾驶者的反应时间，若反应时间大于碰撞时间TTC，则后车不会减速，事故将在交汇点发生，此类情况发生概率为：
[0021]
[0022] 其中RT为驾驶者的反应时间，TTC为碰撞时间，μrt和σrt是反应时间分布的参数，erf()为误差函数；
[0023] S512：若后车驾驶者的反应时间小于TTC,则认为后车在t＝RT开始减速；
[0024] S513：计算后车的最小必减速度：
[0025] 计算变道车辆的换道总时间：
[0026]
[0027] 其中，l1为变道车辆的车长，V1为变道车辆的车速，θ为冲突角度；
[0028] 在变道车辆换道过程中，后车不能与变道车辆相撞条件：
[0029]
[0030] 其中：l2为后车车长，V2为后车车速，D1为变道车辆的行驶总距离，D2为后车的行驶总距离，D’为变道车辆和后车的初始距离；；
[0031] 计算后车的最小必减速度：
[0032]
[0033] 其中，w1和w2分别是变道车辆和后车的车宽，x为后车司机反应时间；
[0034] S514：比较后车的最小必减速度和测得的紧急刹车减速度，得到事故发生的条件概率：
[0035]
[0036] 其中，MABR为后车最小必减速度，RBR为紧急刹车减速度，μMABR为驾驶模拟实验得到的所有车辆最大紧急刹车减速度均值，LMABR，UMABR分别为驾驶模拟实验得到的紧急刹车速度的上限和下限，σMABR为驾驶模拟实验中车辆紧急刹车速度的标准差，Φ()为概率密度函数，μrt，σrt分别为驾驶模拟实验得到的所有驾驶者反应时间均值和方差。
[0037] S515：对于场景一，事故发生的概率为：
[0038]
[0039] 进一步的，步骤S51针对场景二的事故概率推演包括以下步骤：
[0040] S521：为了避免追尾冲突，后车必须在减速降到与变道车辆相同速度之前，保持和变道车辆之间的距离大于0：
[0041]
[0042] S522：计算后车的最小必减速度：
[0043]
[0044] S523：计算场景二下的追尾事故发生概率：
[0045]
[0046] 进一步的，步骤S51针对场景三的事故概率推演包括以下步骤：
[0047] S531：考虑前车的反应时间，如果反应时间大于碰撞时间TTC，事故将在交汇点发生，此类情况发生概率为：
[0048]
[0049] S532：如果前车在碰撞之前做出反应，则计算前车占据冲突区域的时间：
[0050]
[0051] 变道车辆总共可以避让的时间为TTC+t/2，变道车辆需要减速确保前车离开该区域前不能到达该区域：
[0052]
[0053] 得到前车的最小必减速度：
[0054]
[0055] S533：如果V2-a*(TTC+t-x)＜0，则需要前车完全停下
[0056]
[0057] 计算此种情况下的前车的最小必须减速度：
[0058]
[0059] S534:计算事故发生的条件概率：
[0060]
[0061] S535:场景三的总事故概率为：
[0062]
[0063] 有益效果：本发明与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0064] 1.通过无人机摄像取代布设冲突观测设备获取交通冲突数据，数据获取更加简单高效，并且节省人力财力；
[0065] 2.通过采集到的交通冲突数据对于交通冲突的类型进行分析，提出针对换道冲突的多场景化分析；
[0066] 3.对于换道冲突综合考虑驾驶者和车辆的差异性，计算冲突的事故概率；
[0067] 4.使用驾驶模拟实验方法获得人和车的概率密度分布，提供了各种可能的场景和选项，极大地增加了分析的灵活性，简单且高效。
附图说明
[0068] 图1为本发明的三种交通冲突场景示意图；
[0069] 图2为本发明的流程图。
具体实施方式
[0070] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0071] 本实施例主要解决的技术问题是：
[0072] 1.根据采集到的交通冲突数据对于交通冲突的类型进行分析，获得三种主要场景：变道车辆与后车的交汇冲突、变道车辆完成变道后与后车的追尾冲突、变道车辆与前车的交汇冲突；
[0073] 2.使用驾驶模拟器建立高速公路匝道区域的交通冲突场景，可以采集到驾驶者的反应时间和紧急制动减速度数据，并进一步建立驾驶者在不同场景下的反应时间和紧急制动减速度概率密度分布；
[0074] 3.针对每一个仿真冲突，可以根据其具体场景推演出相应事故发生概率；
[0075] 4.对于一个特定的换道冲突，可以根据实际发生时的状况进行场景归类，再用相应场景的事故概率计算方法求得其事故概率；
[0076] 将冲突的事故概率进行累计，可以获得观测时段内的事故预测数，或通过转换，获得特定时间内的事故预测数。
[0077] 高速公路匝道区域主要的冲突来自于换道或由换道引起的冲突，因此一般是采集匝道区域的换道交通冲突，然后使用交通冲突理论方法TCT，一般选取某个阈值，例如碰撞时间TTC＝1.5s,将小于该阈值的“严重冲突”提取出来，作为安全评判的标准。
[0078] 参见图2所示的一种基于换道冲突多场景事故推演的高速公路出口匝道区域安全评价方法，包括以下步骤：
[0079] S1：通过无人机摄像采集高速公路匝道区域相关的交通冲突数据，包括碰撞时间TTC(time to collision)，车辆速度和冲突角度；
[0080] S2：根据采集到的交通冲突数据对于交通冲突的类型进行分析，获得主要的三种交通冲突场景，包括：变道车辆与后车的交汇冲突场景、变道车辆完成变道后与后车的追尾冲突场景和变道车辆与前车的交汇冲突场景；
[0081] S3：使用驾驶模拟器建立高速公路匝道区域的交通冲突场景，采集驾驶模拟器数据，包括驾驶者的反应时间和紧急制动减速度数据；
[0082] S4：根据采集的驾驶模拟器数据，建立驾驶者在不同场景下的反应时间和紧急制动减速度概率密度分布；
[0083] S5：针对每一个仿真冲突，根据其具体场景进行事故概率推演；
[0084] S6：对于一个特定的换道冲突，根据实际发生时的状况确定其场景归类，再用相应场景的事故概率计算方法求得其事故概率；
[0085] S7：将冲突的事故概率进行累计，获得观测时段内的事故预测数，或通过转换，获得特定时间内的事故预测数。
[0086] 步骤S5针对每一个仿真冲突，根据其具体场景进行事故概率推演包括以下内容：
[0087] S51：构建场景一：变道车辆与后车的交汇冲突，车辆为驶离高速，产生换道行为与相邻车道的后方车辆产生交汇冲突点；
[0088] S52：构建场景二：变道车辆完成变道后与后车的追尾冲突，变道车辆变道驶离高速，后车及时发现采取减速措施，变道车辆完成换道；但此时后车的速度仍然高于变道车辆，仍有可能发生追尾事故；
[0089] S53：构建场景三：变道车辆与前车的交汇冲突，变道车辆变道驶出高速，但与前方车辆存在潜在交汇冲突点，此时变道车辆需做出反应避免事故发生其中，步骤S51构建场景一包括以下步骤：
[0090] S511：首先考虑后车的反应时间，如果反应时间大于碰撞时间TTC，则后车不会减速，事故将在交汇点发生，此类情况发生概率为：
[0091]
[0092] 其中RT为驾驶者的反应时间，TTC为碰撞时间，μrt和σrt是反应时间分布(即对数正态分布)的参数。
[0093] S512：如果后车的反应时间小于碰撞时间TTC，则认为后车在t＝RT时开始采用减速；
[0094] S513：计算后车的最小必减速度；
[0095] 计算变道车辆换道的总时间：
[0096]
[0097] 在变道车辆换道过程中，后车不能与变道车辆相撞：
[0098]
[0099] 计算后车的最小必减速度：
[0100]
[0101] 其中，TTC为碰撞时间，l1和l2分别是变道车辆和后车的车长，w1和w2分别是变道车辆和后车的车宽，V1和V2分别是变道车辆和后车的车速，x是后车司机反应时间，θ是冲突角度。
[0102] S514：比较后车的最小必须减速度和测得的紧急刹车减速度，得到事故发生的条件概率：
[0103]
[0104] S515：对于场景一，事故发生的概率为：
[0105]
[0106] 步骤S52构建场景二包括以下步骤：
[0107] S521：为了避免追尾冲突，后车必须在减速降到与变道车辆相同速度之前，保持和后车之间的距离大于0，因此有
[0108]
[0109] S522：计算后车的最小必减速度：
[0110]
[0111] 其中，TTC为碰撞时间，l1和l2分别是变道车辆和后车的车长，w1和w2分别是变道车辆和后车的车宽，V1和V2分别是变道车辆和后车的车速，x是后车司机反应时间，θ是冲突角度。
[0112] S523：计算场景二下的追尾事故发生概率：
[0113]
[0114] 2.步骤S53构建场景三包括以下步骤：
[0115] S531：考虑前车的反应时间，如果反应时间大于TTC，事故将在交汇点发生，此类情况发生概率为：
[0116]
[0117] S532：如果前车在TTC之前做出反应，则计算前车占据冲突区域的时间：
[0118]
[0119] 变道车辆总共可以避让的时间为TTC+t/2，变道车辆需要减速确保前车离开该区域前不能到达该区域：
[0120]
[0121] 得到变道车辆的最小必减速度：
[0122]
[0123] 其中，TTC为碰撞时间，V2是变道车辆的车速，t是前车占据冲突区域的时间，x是司机反应时间。
[0124] S533：如果V2-a*(TTC+t'-x)＜0，则需要变道车辆完全停下
[0125]
[0126] 计算此种情况下的变大车辆的最小必减速度：
[0127]
[0128] 其中，TTC为碰撞时间，V2是变道车辆的车速，x是司机反应时间。
[0129] S534：计算事故发生的条件概率：
[0130]
[0131] S535:场景三的总事故概率为：
[0132]
