基于高速公路雷达数据的车辆换道行为识别方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于高速公路雷达数据的车辆换道行为识别方法及系统，属于车辆换道识别技术领域，解决了现有技术中基于雷达数据的车辆换道识别方法可靠性较低且识别精度差的问题。方法包括：获取高速公路的雷达数据，基于雷达数据生成车辆初始轨迹；将车辆初始轨迹进行清洗后，基于改进的弗雷歇距离轨迹匹配算法进行匹配，得到车辆轨迹；将车辆轨迹进行异常去除和平滑后，提取特征数据，并为特征数据添加类别标签，得到样本数据，其中，类别标签包括换道或非换道；基于样本数据对支持向量机模型进行训练，得到最优的支持向量机模型；将待识别的车辆初始轨迹特征数据输入最优的支持向量机模型，得到车辆换道行为的识别结果。得到车辆换道行为的识别结果。得到车辆换道行为的识别结果。

【技术实现步骤摘要】
基于高速公路雷达数据的车辆换道行为识别方法及系统


[0001]本专利技术涉及车辆换道识别
，尤其涉及一种基于高速公路雷达数据的车辆换道行为识别方法及系统。

技术介绍

[0002]高速公路由于其行驶速度高，一旦发生交通事故所带来的损失和致死率远高于普通道路，在高速公路中车辆换道是典型的行为模式，与行车安全紧密相连。对高速公路中的车辆的换道行为进行识别，有助于完善车辆预警系统的技术体系，提升我国交通信息化和精细化管理水平，为保障道路交通安全、提高交通服务水平提供辅助性支持。
[0003]目前，随着智能交通的发展，雷达检测器凭借其精确、成本低等特点被广泛的布设于高速公路中，已经逐渐成为重要的检测手段和方法之一，在速度检测、换道辅助、无人驾驶以及多传感器数据融合等应用中起着重要作用。但是雷达数据异常值较多，得到的轨迹不连续，使得目前基于雷达数据的车辆换道识别方法，由于缺少对雷达数据的前期处理，不能充分利用雷达数据，造成识别得到的车辆换道行为误差较大，可靠性较低且识别精度差。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种基于高速公路雷达数据的车辆换道行为识别方法及系统，用以解决现有基于雷达数据的车辆换道识别方法可靠性较低且识别精度差的问题。
[0005]一方面，本专利技术实施例提供了一种基于高速公路雷达数据的车辆换道行为识别方法，包括以下步骤：
[0006]获取高速公路的雷达数据，基于所述雷达数据生成车辆初始轨迹；
[0007]将所述车辆初始轨迹进行清洗后，基于改进的弗雷歇距离轨迹匹配算法进行匹配，得到车辆轨迹；
[0008]将所述车辆轨迹进行异常去除和平滑后，提取特征数据，并为所述特征数据添加类别标签，得到样本数据，其中，所述类别标签包括换道或非换道；
[0009]基于所述样本数据对支持向量机模型进行训练，得到最优的支持向量机模型；
[0010]将待识别的车辆初始轨迹特征数据输入最优的支持向量机模型，得到车辆换道行为的识别结果。
[0011]进一步地，所述雷达数据包括采集时间、目标ID、车辆横向位置、车辆纵向位置、横向瞬时速度和纵向瞬时速度。
[0012]进一步地，基于所述雷达数据通过以下步骤生成车辆初始轨迹：
[0013]根据采集时间依次遍历雷达数据：
[0014]将雷达数据中未被添加至轨迹序列的第一条数据初始化为第j＝1条轨迹序列的第一个轨迹点，依次在雷达数据中找到该轨迹序列中的下一轨迹点：若存在与该轨迹序列中第一个轨迹点的目标ID相同且未被添加至轨迹序列的数据，则根据下式对该条数据进行
判定：
[0015][0016]其中，x
z
和y
z
分别表示该轨迹序列中最后一个轨迹点的车辆横向位置和车辆纵向位置，x
un
和y
un
分别表示雷达数据中与该轨迹序列中第一个轨迹点的目标ID相同且未被添加至轨迹序列的数据的车辆横向位置和纵向位置；
[0017]若满足，则将该条数据添加至该轨迹序列，否则该条轨迹结束，且j＝j+1。
[0018]进一步地，通过动力约束对所述车辆初始轨迹进行清洗，具体为：
[0019]将车辆初始轨迹中的每一条轨迹序列进行动力约束：
[0020]通过下式计算轨迹序列中相邻轨迹点的速度v
k
：
[0021][0022]式中，x
k
和y
k
分别表示该轨迹序列第k个轨迹点的车辆横向位置和车辆纵向位置；x
k+1
和y
k+1
分别表示该轨迹序列第k+1个轨迹点的车辆横向位置和车辆纵向位置；t
k
和t
k+1
分别表示该轨迹序列第k个和第k+1个轨迹点的采集时间；
[0023]根据轨迹序列中相邻轨迹点的速度计算相邻速度的加速度a
k
：
[0024][0025]若该轨迹序列中所有轨迹点均满足v
k
＜v0且a
k
＜a0，则车辆初始轨迹保留该轨迹序列，否则删除该轨迹序列；其中，v0和a0分别为速度阈值和加速度阈值；
[0026]进一步地，基于改进的弗雷歇距离轨迹匹配算法进行匹配，得到车辆轨迹，具体为：
[0027]选取车辆初始轨迹中轨迹点数量大于或等于长度阈值的轨迹序列为车辆初始长轨迹，否则为车辆初始短轨迹；
[0028]计算车辆初始短轨迹中每一轨迹序列与车辆初始长轨迹中每一轨迹的弗雷歇距离；
[0029]若弗雷歇距离小于设定的相似阈值，则将两轨迹序列中对应的数据进行平均，更新轨迹序列。
[0030]进一步地，通过下式计算车辆初始短轨迹中轨迹序列A与车辆初始长轨迹中轨迹序列B的弗雷歇距离F(A，B)：
[0031]F(A,B)＝inf{max{|d(α(t),β(t))|}+kσ(d)}；
[0032]式中，d(α(t),β(t))＝y
At
‑
y
Bt
+ΔT(v
At
‑
v
Bt
)；
[0033]其中，d(α(t),β(t))表示轨迹序列A和轨迹序列B在t时刻的轨迹点α(t)和β(t)间的距离，y
At
和y
Bt
分别表示轨迹序列A和轨迹序列B在t时刻的车辆纵向位置，v
At
和v
Bt
分别表示轨迹序列A和轨迹序列B在t时刻的纵向瞬时速度，ΔT表示雷达数据的采集时间间隔，k表示离散权重系数，σ(d)表示轨迹序列A和轨迹序列B在所有时刻的距离的标准差，inf{}表示函数值的最大下界。
[0034]进一步地，将所述车辆轨迹进行异常去除和平滑，具体为：
[0035]若车辆轨迹中的轨迹序列的轨迹点数量大于或等于长度阈值，则车辆初始轨迹保留该轨迹序列，否则删除该轨迹序列；
[0036]基于Savitzky
‑
Golay滤波器将异常去除后的车辆轨迹进行轨迹平滑处理。
[0037]进一步地，通过以下方式提取特征数据：
[0038]将车辆轨迹中轨迹序列中横向瞬时速度大于换道阈值的第一个和最后一个轨迹点分别作为该轨迹序列中换道区间的开始轨迹点和结束轨迹点，得到该轨迹序列的换道区间；
[0039]基于轨迹序列的换道区间提取如下特征：
[0040]偏移角度angle：
[0041][0042]平均换道横向速度v
xca
：
[0043]若t
e
‑
t
s
不为0,则否则v
xca
＝0；
[0044]平均换道纵向速度v
yca
：
[0045]若t
e
‑
t
s
不为0,则否则v
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高速公路雷达数据的车辆换道行为识别方法，其特征在于，包括以下步骤：获取高速公路的雷达数据，基于所述雷达数据生成车辆初始轨迹；将所述车辆初始轨迹进行清洗后，基于改进的弗雷歇距离轨迹匹配算法进行匹配，得到车辆轨迹；将所述车辆轨迹进行异常去除和平滑后，提取特征数据，并为所述特征数据添加类别标签，得到样本数据，其中，所述类别标签包括换道或非换道；基于所述样本数据对支持向量机模型进行训练，得到最优的支持向量机模型；将待识别的车辆初始轨迹特征数据输入最优的支持向量机模型，得到车辆换道行为的识别结果。2.根据权利要求1所述的基于高速公路雷达数据的车辆换道行为识别方法，其特征在于，所述雷达数据包括采集时间、目标ID、车辆横向位置、车辆纵向位置、横向瞬时速度和纵向瞬时速度。3.根据权利要求1所述的基于高速公路雷达数据的车辆换道行为识别方法，其特征在于，基于所述雷达数据通过以下步骤生成车辆初始轨迹：根据采集时间依次遍历雷达数据：将雷达数据中未被添加至轨迹序列的第一条数据初始化为第j＝1条轨迹序列的第一个轨迹点，依次在雷达数据中找到该轨迹序列中的下一轨迹点：若存在与该轨迹序列中第一个轨迹点的目标ID相同且未被添加至轨迹序列的数据，则根据下式对该条数据进行判定：其中，x
z
和y
z
分别表示该轨迹序列中最后一个轨迹点的车辆横向位置和车辆纵向位置，x
un
和y
un
分别表示雷达数据中与该轨迹序列中第一个轨迹点的目标ID相同且未被添加至轨迹序列的数据的车辆横向位置和纵向位置；若满足，则将该条数据添加至该轨迹序列，否则该条轨迹结束，且j＝j+1。4.根据权利要求1所述的基于高速公路雷达数据的车辆换道行为识别方法，其特征在于，通过动力约束对所述车辆初始轨迹进行清洗，具体为：将车辆初始轨迹中的每一条轨迹序列进行动力约束：通过下式计算轨迹序列中相邻轨迹点的速度v
k
：式中，x
k
和y
k
分别表示该轨迹序列第k个轨迹点的车辆横向位置和车辆纵向位置；x
k+1
和y
k+1
分别表示该轨迹序列第k+1个轨迹点的车辆横向位置和车辆纵向位置；t
k
和t
k+1
分别表示该轨迹序列第k个和第k+1个轨迹点的采集时间；根据轨迹序列中相邻轨迹点的速度计算相邻速度的加速度a
k
：
若该轨迹序列中所有轨迹点均满足v
k
＜v0且a
k
＜a0，则车辆初始轨迹保留该轨迹序列，否则删除该轨迹序列；其中，v0和a0分别为速度阈值和加速度阈值。5.根据权利要求2所述的基于高速公路雷达数据的车辆换道行为识别方法，其特征在于，基于改进的弗雷歇距离轨迹匹配算法进行匹配，得到车辆轨迹，具体为：选取车辆初始轨迹中轨迹点数量大于或等于长度阈值的轨迹序列为车辆初始长轨迹，否则为车辆初始短轨迹；计算车辆初始短轨迹中每一轨迹序列与车辆初始长轨迹中每一轨迹的弗雷歇距离；若弗雷歇距离小于设定的相似阈值，则将两轨迹序列中对应的数据进行平均，更新轨迹序列。6.根据权利要求5所述的基于高速公路雷达数据的车辆换道行为识别方法，其特征在于，通过下式计算车辆初始短轨迹中轨迹序列A与车辆初始长轨迹中轨迹序列B的弗雷歇距离F(A，B)：F(A,B)＝inf{max{|d(α(t),β(t))|}+kσ(d)}；式中，d(α(t),β(t))＝y
At
‑
y
Bt

【专利技术属性】
技术研发人员：雷伟，赵建东，李春杰，闫涛，焦彦利，韩明敏，田子立，吕璇，侯晓青，张龙，朱丹，王亚州，刘耀武，孙闻鹏，牛兆霞，王京力，吕佳泽，丁鹏飞，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：