一种绿灯闪烁信号时行人过街行为分析方法技术

本发明专利技术公开了一种绿灯闪烁信号时行人过街行为分析方法，包括步骤为：第一建立行人在接收到绿灯闪烁信号后的过街行为选择框架，确定行人在后续过街过程中的期望运动速度；第二基于社会力模型，考虑行人过街所有内外环境要素展开行人行为建模；第三利用视频处理软件获取基础数据，对模型参数进行标定；第四构建行人仿真系统，利用自定义算法仿真行人运动过程，记录位于人行横道不同位置行人的受力、位置、速度数据，得到影响行人在绿灯闪烁信号后过街行为的影响因素排序和相应的轨迹及速度分布。本发明专利技术不仅可以仿真行人运动过程，提取行人轨迹与速度分布，而且能够对影响行人过街行为的环境因素进行排序。

【技术实现步骤摘要】
一种绿灯闪烁信号时行人过街行为分析方法
本专利技术涉及行人行为分析领域，特别是一种绿灯闪烁信号时行人过街行为分析方法。
技术介绍
行人步行交通是城市交通的重要组成部分。相比在商场、交通枢纽内部等设施中的行人运动，城市道路环境中，在信号控制交叉口过街行人更易受到外部攻击。特别地，在绿灯闪烁行人信号下的过街运动。原因在于：第一，我国《道路交通安全法》中缺乏对绿灯闪烁信号时长设置的量化规定。在大多数信号控制交叉口，绿灯闪烁信号一般设置为6s，忽略了交叉口尺寸与行人流量等实际重要信息；第二，行人交通安全意识薄弱。对于绿灯闪烁信号时的通行优先权问题，过街行人与机动车驾驶人存在分歧。因此，如何保障行人在绿灯闪烁时过街的安全，是一个值得深入研究的课题。而研究的出发点在于分析行人运动的内在机理，具体认识行人在绿灯闪烁信号时的过街行为。目前对于行人在绿灯闪烁信号时过街行为分析的主要方法有两种，一种是视频监控行人的过街运动过程，获取行人在绿灯闪烁信号时的走停选择行为，然后对选择继续过街的行人进行追踪，获取行人速度，轨迹等信息。(参见：M.Iryo-Asano，WKM.Alhajyaseen,H.Nakamura.Analysisandmodelingofpedestriancrossingbehaviorduringthepedestrianflashinggreeninterval[J].IEEETransactionsonIntelligentTransportationSystems,2015,16(2):958-969.)但这种方法普适性不高，只能对特定交叉口的行人行为进行分析，且非常依赖于视频处理技术精度。另一种是通过建立行人运动模型来研究行人行为。在长达几个世纪的行人行为研究后，微观建模方法成为分析行人运动行为最有利的工具。但此种方法受限于建模者对行人与环境交互作用的理解程度与模型算法规则的计算复杂度，且微观仿真模型能否对描述宏观行人流状态是使模型能否令人信服的另一问题。现有的倍受认可的行人运动模型以元胞自动机与社会力模型为主流，但模型应用未涉及对行人过街行为分析。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种绿灯闪烁信号时行人过街行为分析方法，本专利技术基于社会力模型，结合信号交叉口行人、信号、转弯机动车等环境要素，提出一种行人在绿灯闪烁信号时过街运动模型，然后利用简单的视频处理技术，获取模型参数。最后通过Matlab建立微观仿真平台，通过对人行横道进行区段划分，可以实现对位于不同区段内行人在绿灯闪烁信号后的过街运动仿真，识别对行人行为作用的高影响力因子，获取不同区段内行人的轨迹、速度等数据。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本专利技术提出的一种绿灯闪烁信号时行人过街行为分析方法，包括以下步骤：步骤1，建立行人在接收到绿灯闪烁(PedestrianFlashingGreen,PFG)信号后的过街行为选择框架，确定行人在后续过街过程中的期望运动速度；步骤2，考虑行人过街所有内外环境要素，包括自身期望运动速度、人行横道边界、周围行人与右转弯机动车影响，基于社会力模型，对行人在PFG信号后的运动展开行为建模。步骤3，利用视频处理软件获取基础数据，对模型参数进行标定。步骤4，构建行人仿真系统，通过划分人行横道区段，利用自定义算法仿真行人在PFG信号后的运动过程，记录位于人行横道不同位置的行人在每个时间步内的受力、位置、速度数据，从而得到影响行人在PFG信号后过街行为的影响因素排序和相应的轨迹及速度分布。进一步地，步骤1中所述的行人在接收到PFG信号后的过街行为选择框架如图1所示，能确定行人在后续过街过程中的期望运动速度，包括以下步骤：1)估计行人期望穿越时间其中，Pd表示行人i在过街前确定的人行横道期望离开位置；Pi表示行人i在PFG信号起动时的当前位置；vi(0)表示行人i在PFG信号起动时的当前速度。cos<vi(0),Pd-Pi>表示速度矢量vi(0)与位移矢量Pd-Pi的夹角余弦；2)比较行人期望穿越时间与PFG信号时长tPFG。若结果为说明行人i能在PFG信号内完成穿越，此时认为PFG信号对行人i的影响很小，可以忽略。行人i以当前速度继续过街。反之，若结果为则转步骤3)；3)计算期望运动速度其中，Δv＝Normal(μv,σv)，表示行人i的速度大小变化量，由正态分布函数产生的随机数，μv为速度大小均值参数，σv为速度大小标准差参数；ψ＝Normal(μψ,σψ)，表示行人i的速度矢量角度变化量，由正态分布函数产生的随机数，μψ为角度均值参数，σψ为角度标准差参数；表示一个逆时针旋转矩阵，功能是将速度矢量逆时针旋转ψ角度。进一步地，步骤2中所述的对行人过街所有内外环境要素，包括自身期望运动速度、人行横道边界、周围行人以及右转弯车辆影响，基于社会力模型，对行人在PFG信号后的运动展开建模，包括以下步骤：1)针对行人自身期望运动速度的影响，建立模型如图2所示，行人的实时运动速度vi在松弛时间τ内向期望运动速度调整，由牛顿运动定律计算自身驱动力Fs：2)针对人行横道边界的影响，建立模型如图3所示，当行人位于人行横道范围内，认为边界对行人产生向内的排斥；对于位于人行横道外的行人，认为边界对行人产生向内的吸引，两种作用力都表示人行横道对过街行人的约束作用：其中，diB＝||Pi-PB||表示行人i当前位置Pi与最近的边界位置点PB之间的距离；表示排斥力强度参数，表示排斥力作用范围参数，nBi表示排斥力的正规化方向向量；表示吸引力强度参数，表示吸引力作用范围参数，niB表示吸引力的正规化方向向量；表示人行横道边界作用力FB与diB呈现指数递减关系；3)针对周围行人的影响，建立模型如图4所示，主体行人i受到距离其最近的行人j的排斥：其中，表示由行人j产生的椭圆形力场的短半轴长度的一半，Pj表示行人j的当前位置，vj表示行人j的当前运动速度，Δt表示一个迭代时间；表示排斥力Fij与bij呈现指数递减关系；Aj表示排斥力强度参数，Bj表示排斥力作用范围参数，nij表示排斥力的正规化方向向量。4)针对右转弯车辆的影响，建立模型如图5所示，过街行人i受到交叉口不受信号控制的右转弯机动车的排斥：其中，表示由右转弯机动车产生的椭圆形力场的短半轴长度的一半，Pv表示机动车车头位置，vv表示机动车速，l表示车身长度；表示排斥力Fij与bij呈现指数递减关系；Av表示排斥力强度参数，Bv表示排斥力作用范围参数，nvi表示排斥力的正规化方向向量。5)计算主体行人i在运动过程中的合力：F(t)＝FS+FB+FP+FV6)计算主体行人i下一时刻的速度：vi(t+Δt)＝vi(t)+F(t)·Δt+εi(t)其中，εi(t)表示行人运动过程中的误差项，用于模型参数标定。进一步地，步骤3中所述的利用视频处理软件获取基础数据，对模型参数进行标定，包括以下步骤：1)获取某交叉口人行横道处PFG信号时行人过街视频；2)利用视频处理技术标定可测量参数，包括有：PFG时刻行人运动速度vi(0)，速度大小变化量Δv的正态分布参数μv、σv，速度矢量角度变化量ψ的正态分布参数μψ,σψ，松弛时间τ，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绿灯闪烁信号时行人过街行为分析方法，其特征在于，包括：步骤1，建立行人在接收到绿灯闪烁，即Pedestrian Flashing Green,PFG信号后的过街行为选择框架，确定行人在后续过街过程中的期望运动速度；步骤2，考虑行人过街内外环境要素，包括自身期望运动速度、人行横道边界、周围行人与右转弯机动车影响，基于社会力模型，对行人在所述PFG信号后的运动展开行为建模；步骤3，利用视频处理软件获取基础数据，对模型参数进行标定；步骤4，构建行人仿真系统，通过划分人行横道区段，利用自定义算法仿真行人在PFG信号后的运动过程，记录位于人行横道不同位置的行人在每个时间步内的受力、位置、速度数据，从而得到影响行人在PFG信号后过街行为的影响因素排序和相应的轨迹及速度分布。

【技术特征摘要】
1.一种绿灯闪烁信号时行人过街行为分析方法，其特征在于，包括：步骤1，建立行人在接收到绿灯闪烁，即PedestrianFlashingGreen,PFG信号后的过街行为选择框架，确定行人在后续过街过程中的期望运动速度；步骤2，考虑行人过街内外环境要素，包括自身期望运动速度、人行横道边界、周围行人与右转弯机动车影响，基于社会力模型，对行人在所述PFG信号后的运动展开行为建模；步骤3，利用视频处理软件获取基础数据，对模型参数进行标定；步骤4，构建行人仿真系统，通过划分人行横道区段，利用自定义算法仿真行人在PFG信号后的运动过程，记录位于人行横道不同位置的行人在每个时间步内的受力、位置、速度数据，从而得到影响行人在PFG信号后过街行为的影响因素排序和相应的轨迹及速度分布。2.根据权利要求1所述的一种绿灯闪烁信号时行人过街行为分析方法，其特征在于，步骤1中所述的建立行人在接收到PFG信号后的过街行为选择框架，包括以下步骤：步骤1，估计行人期望穿越时间；步骤2，比较行人期望穿越时间与绿灯闪烁信号时长；步骤3，确定行人在后续过街过程中的期望运动速度。3.根据权利要求1所述的一种绿灯闪烁信号时行人过街行为分析方法，其特征在于，步骤2中所述考虑行人过街所有内外环境要素，基于社会力模型，对行人在PFG信号后的运...

【专利技术属性】
技术研发人员：周竹萍，周泱，彭云龙，蔡逸飞，张蔚，黄锐，李磊，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32