一种基于非完全弹性碰撞理论的交通单元安全评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非完全弹性碰撞理论的交通单元安全评价方法，包括：1、选取合适的直线冲突危险性指标，构建非直线冲突危险性指标；2、根据非完全弹性碰撞理论，建立直线冲突下一维碰撞模型、非直线冲突下二维碰撞模型，并基于以上模型构建冲突严重性指标扩展；3、计算上述指标在不同参数下识别交通单元的冲突危险性与严重性，采集同地点的事故率与事故严重度；4、选取指标的最佳参数，并评价交通单元安全水平。本发明专利技术能精准描述车辆到达冲突点之前与之后的危险性，并能准确表征碰撞回弹阶段车辆形变的恢复对冲突严重性评价结果的影响，提高冲突危险性指标、冲突严重性指标的评价精度，从而提升交通单元安全评价的准确性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非完全弹性碰撞理论的交通单元安全评价方法


[0001]本专利技术涉及一种基于非完全弹性碰撞理论的交通单元安全评价方法，属于基于交通冲突的道路交通安全评价领域。

技术介绍

[0002]当今，道路交通安全已成为全球关注的重点问题。由于道路交通事故对人类生命及财产安全的危害较大，准确而高效地评价交通单元(路段或交叉口)的安全水平，从而提出有针对性的道路安全改善措施，已成为预防道路交通事故的有效手段，对减少事故发生频次以及减轻事故发生的严重后果具有重要意义。
[0003]预测交通单元的事故频次、严重度是交通单元安全评价的重要方法，但传统事故频次和严重度的预测方法依赖于历史事故数据，存在数据采集时间长、数据整理难度大、模型适应性较差等问题。近年来，基于交通冲突进行道路安全评价为上述问题的解决提供了新的思路。交通冲突是指两个或多个道路使用者在一定的时间和空间上彼此接近到一定程度，此时若不改变运动状态，就有发生碰撞的危险。它的本质是一种既有可能因避让失效转化为交通事故、也可能因为避险有效而避免交通事故的准交通事故。由于交通冲突的发生过程及机理与事故本身极为相似，且交通冲突技术具有样本数量大、数据易采集、模型可适应车辆和道路安全性能的变化等优势，因此，研究交通事故的“替代事件”—交通冲突，并采用交通冲突指标来反映冲突的危险性与严重性，对发展交通单元安全评价技术具有重要意义。
[0004]值得注意的是，虽然以往研究在交通冲突危险性指标、交通冲突严重性指标的构建方面已取得了一些成果，然而，传统指标的物理意义、计算精度仍存在显著不足。以往交通冲突危险性指标仅适用于至少一车未到达冲突点时或两车均到达冲突点后的情况，无法准确评价交通冲突过程中车辆的接近程度。以往冲突严重性指标基于完全非弹性碰撞理论进行构建，它们均假设车辆的预期碰撞为完全非弹性碰撞，即两车在预期碰撞后形变不会恢复，由形变产生的弹性势能全部转化成内能，即热量。然而，现实中的车辆碰撞为非完全弹性碰撞，即碰撞回弹阶段部分形变有所恢复，弹性势能一部分转化成内能，另一部分转化成动能。综上所述，传统交通冲突危险性指标无法综合评价两车在到达冲突点之前、之后的危险性；传统基于完全非弹性碰撞理论构建的交通冲突严重性指标忽略了碰撞回弹阶段动能的恢复对评价结果的影响，降低了指标的评价精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服上述现有技术所存在的问题，提出一种基于非完全弹性碰撞理论的交通单元安全评价方法，以期能精准描述车辆到达冲突点之前与之后的交通冲突危险性，并准确表征碰撞回弹阶段车辆形变的恢复对交通冲突严重性评价结果的影响，以增强交通冲突危险性指标与交通冲突严重性指标的评价能力，从而提升交通单元安全评价的准确性，进而为道路安全改善对策的制定提供可靠的科学依据。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术一种基于非完全弹性碰撞理论的交通单元安全评价方法的特点在于，所述交通单元安全评价方法包括如下步骤：
[0008](1)以某一路段或交叉口作为交通单元，针对所述交通单元中的直线交通冲突，在时间接近性指标中筛选应对冲突点位置移动性的直线交通冲突危险性指标，即TTC；
[0009]针对所述交通单元中的非直线交通冲突，构建应对冲突的不确定性、综合反映冲突点到达前后车辆接近性的非直线交通冲突危险性指标，即T2&PET联合指标；
[0010](2)综合运用非弹性碰撞理论，考虑汽车的制动特性，建立直线交通冲突下一维非完全弹性碰撞模型、非直线交通冲突下六自由度二维非完全弹性碰撞模型，从而构建反映预期碰撞前、后塑性变形能的交通冲突严重性指标，即扩展ΔE；
[0011](3)采集交通单元的冲突数据与历史事故数据，计算指标在不同参数下识别交通单元的冲突危险性与严重性，及同地点的实际事故率与实际事故严重度；
[0012](4)采用皮尔逊、斯皮尔曼相关性分析，比较冲突危险性与实际事故率的相关程度、冲突严重性与实际事故严重度的相关程度，确定危险性指标TTC的最佳阈值和严重性指标的最佳参数，从而最终确定交通单元的冲突危险性与严重性。
[0013]本专利技术所述的一种基于非完全弹性碰撞理论的交通单元安全评价方法的特点也在于：
[0014]利用式(1)
‑
式(3)得到步骤(1)中所述直线交通冲突的危险性指标TTC：
[0015][0016][0017][0018]式(1)中，TTC
追尾
表示追尾冲突下至少一车未到达冲突点时两车在时间上的接近程度，l
12
为前车车尾与后车车头的空间距离，v1、v2分别表示当前时刻的两车速度；
[0019]式(2)中，TTC
正向
表示正向冲突下至少一车未到达冲突点时两车在时间上的接近程度，l1′2为两车车头的空间距离；
[0020]式(3)中，y
直线
表示两车交互行为是否是交通冲突，TTC
*
表示接近程度TTC的阈值。
[0021]利用式(4)
‑
式(6)构建步骤(1)中所述非直线交通冲突的T2&PET联合指标：
[0022][0023]PET＝t
10
‑
t
20
(5)
[0024][0025]式(4)中，T2表示非直线交通冲突下，至少一车未到达冲突点时两车在时间上的接
近程度，d1、d2分别表示第1辆车车头、第2辆车车头与冲突点的距离；
[0026]式(5)中，PET表示非直线交通冲突下，两车均已到达冲突点后两车在时间上的接近程度，t
10
表示第1辆车车尾离开冲突点的时刻，t
20
表示第2辆车车头到达冲突点的时刻；
[0027]式(6)中，y
非直线
表示两车交互行为是否是交通冲突；T
2*
表示接近程度T2的阈值，PET*表示接近程度PET的阈值。
[0028]利用式(7)
‑
式(9)建立步骤(2)中所述直线交通冲突下的一维非完全弹性碰撞模型：
[0029]m1v
10
+m2v
20
＝m1v
11
+m2v
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0030][0031][0032]式(7)中，m1、m2分别表示第1辆车、第2辆车的质量，v
10
、v
20
分别表示预期碰撞前第1辆车、第2辆车的车速，v
11
、v
21
分别表示预期碰撞后的1车、2车的车速；
[0033]式(8)与(9)中，e为非完全弹性碰撞中的恢复系数，并有：
[0034][0035]式(10)中，k1、k2、C1为拟合常数，v
e
为相对有效碰撞速度。
[0036]利用式(11本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非完全弹性碰撞理论的交通单元安全评价方法，其特征在于，所述交通单元安全评价方法包括如下步骤：(1)以某一路段或交叉口作为交通单元，针对所述交通单元中的直线交通冲突，在时间接近性指标中筛选应对冲突点位置移动性的直线交通冲突危险性指标，即TTC；针对所述交通单元中的非直线交通冲突，构建应对冲突的不确定性、综合反映冲突点到达前后车辆接近性的非直线交通冲突危险性指标，即T2&PET联合指标；(2)综合运用非弹性碰撞理论，考虑汽车的制动特性，建立直线交通冲突下一维非完全弹性碰撞模型、非直线交通冲突下六自由度二维非完全弹性碰撞模型，从而构建反映预期碰撞前、后塑性变形能的交通冲突严重性指标，即扩展ΔE；(3)采集交通单元的冲突数据与历史事故数据，计算指标在不同参数下识别交通单元的冲突危险性与严重性，及同地点的实际事故率与实际事故严重度；(4)采用皮尔逊、斯皮尔曼相关性分析，比较冲突危险性与实际事故率的相关程度、冲突严重性与实际事故严重度的相关程度，确定危险性指标TTC的最佳阈值和严重性指标的最佳参数，从而最终确定交通单元的冲突危险性与严重性。2.根据权利要求1所述的一种基于非完全弹性碰撞理论的交通单元安全评价方法，其特征在于：利用式(1)
‑
式(3)得到步骤(1)中所述直线交通冲突的危险性指标TTC：式(3)得到步骤(1)中所述直线交通冲突的危险性指标TTC：式(3)得到步骤(1)中所述直线交通冲突的危险性指标TTC：式(1)中，TTC
追尾
表示追尾冲突下至少一车未到达冲突点时两车在时间上的接近程度，l
12
为前车车尾与后车车头的空间距离，v1、v2分别表示当前时刻的两车速度；式(2)中，TTC
正向
表示正向冲突下至少一车未到达冲突点时两车在时间上的接近程度，l
′
12
为两车车头的空间距离；式(3)中，y
直线
表示两车交互行为是否是交通冲突，TTC
*
表示接近程度TTC的阈值。3.根据权利要求1所述的一种基于非完全弹性碰撞理论的交通单元安全评价方法，其特征在于：利用式(4)
‑
式(6)构建步骤(1)中所述非直线交通冲突的T2&PET联合指标：PET＝t
10
‑
t
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式(4)中，T2表示非直线交通冲突下，至少一车未到达冲突点时两车在时间上的接近程
度，d1、d2分别表示第1辆车车头、第2辆车车头与冲突点的距离；式(5)中，PET表示非直线交通冲突下，两车均已到达冲突点后两车在时间上的接近程度，t
10
表示第1辆车车尾离开冲突点的时刻，t
20
表示第2辆车车头到达冲突点的时刻；式(6)中，y
非直线
表示两车交互行为是否是交通冲突；T
2*
表示接近程度T2的阈值，PET*表示接近程度PET的阈值。4.根据权利要求1所述的一种基于非完全弹性碰撞理论的交通单元安全评价方法，其特征在于：利用式(7)
‑
式(9)建立步骤(2)中所述直线交通冲突下的一维非完全弹性碰撞模型：m1v
10
+m2v
20
＝m1v
11
+m2v
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)(7)式(7)中，m1、m2分别表示第1辆车、第2辆车的质量，v
10
、v
20
分别表示预期碰撞前第1辆车、第2辆车的车速，v
11
、v
21
分别表示预期碰撞后的1车、2车的车速；式(8)与(9)中，e为非完全弹性碰撞中的恢复系数，并有：式(10)中，k1、k2、C1为拟合常数，v
e
为相对有效碰撞速度。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈一锴，卞钰洁，陶正彬，段睿，代高乐，翁逸凡，黄铭枫，王金傲，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：