基于改进三次Hermite插值的车辆时空轨迹重构研究

车辆时空轨迹是车辆的位置和时间的记录序列,对分析车辆异常状态,交通事故重现等具有重要的意义.路侧单元和车载设备因环境、传感器性能等因素的影响,造成车辆轨迹不完整和异常偏离,因此轨迹重构具有一定的理论价值和实际意义.轨迹重构主要方法是轨迹插值,插值的精度直接影响轨迹的准确率.对三次Hermite插值进行改进,使用三次多项式求导计算斜率代替使用斜率推算方法.实验表明,改进的轨迹重构算法不仅继承了三次Hermite插值的优点,且插值精度比分段直线插值、三次样条插值和三次Hermite插值更高.     

基于数据场理论的公路自然区划指标分析方法研究

为了提高公路自然区划的准确性与实用性,基于数据场理论,结合公路工程建设的实际需求,进行公路自然区划指标分析方法研究。在分析数据场基本原理的基础上,提出基于数据场理论的公路区划指标空间插值算法,详细论述了利用场强变差函数确定各样本数据权重的方法;将区划指标空间插值算法与地理基础数据和空间数据处理平台相结合,同时考虑公路工程建设需求,提出了基于数据场理论的公路区划单要素指标分析方法。利用单要素指标分析方法、反距离权重法和地统计的插值方法对施工不利日数(CLPDavg)值进行预测,对3种方法预测结果进行交叉验证。结果表明,利用基于数据场理论的单要素指标分析方法得到的公路自然区划指标分布图具有更高的精度,更符合实际。     

基于多参数自适应优化的智能车轨迹跟踪

为了在不同工况中，同时兼顾轨迹跟踪算法的跟踪精度，计算速度与车辆稳定性，提出基于不同车速和路面附着系数的参数自适应MPC算法。在线性时变MPC的基础上增加车辆稳定性控制，并基于路面附着系数设计2种控制策略：在高附着系数路面，针对不同车速优化预测时域与控制时域；在低附着系数路面，开启车辆稳定性控制并基于改进粒子群算法优化权重参数。2种策略在保证跟踪精度与车辆稳定性的基础上提高计算速度。设计基于前馈神经网络的路面识别算法从而为多参数自适应轨迹跟踪算法识别所在道路的路面附着系数，利用CarSim-Simulink平台进行联合仿真。研究结果表明：路面识别算法的平均绝对百分比误差为12.77%,足够满足多参数自适应轨迹跟踪算法的需求；相较于传统线性时变MPC跟踪算法，低速工况下参数自适应轨迹跟踪算法在高附着系数和低附着系数的路面上，横向平均绝对误差分别降低了20.7%和24.6%;高速工况下横向平均绝对误差分别降低了66.2%和50.7%;综合所有试验，算法的计算时间减少了40.2%;在保障车辆稳定性的同时降低算法的计算时间。研究成果针对不同车速与附着系数对轨迹跟踪算法参数进行优化，利用自适应预...     

基于变权重系数的分布式驱动无人车轨迹跟踪

为了提高分布式无人车轨迹跟踪的精度，提出了基于自主与差动协调转向控制的轨迹跟踪方法。首先，在车辆三自由度模型基础上，基于模型预测控制（MPC）实时计算前轮转角以控制车辆进行自主转向轨迹跟踪。在此过程中，为了提高自主转向下车辆的轨迹跟踪精度与行驶的稳定性，考虑多种因素，利用经验公式及神经网络控制对MPC的预瞄步数和预瞄步长进行多参数调整，实现预瞄时间的自适应控制。其次，在恒转矩需求的情况下，以轨迹偏差为PID控制器的输入及左右轮毂电机转矩为输出进行差动转向控制，实现了差动转向下的轨迹跟踪控制。然后，通过设置权重系数的方法将自主与差动转向相结合。考虑到车辆横纵向动力学因素，采用模糊控制及经验公式对权重系数进行了调整，从而在提高车辆转向灵活性与轨迹跟踪效果的同时保证车辆行驶的稳定性。CarSim与Simulink联合仿真以及实车试验结果表明：与自主转向轨迹跟踪相比，采用变权重系数的协调控制可以在不同的工况下提高车辆的转向灵活性与轨迹跟踪的精度，轨迹跟踪偏差的均方根值改善率达到了11%。所提出的协调转向控制方法可为分布式驱动车辆转向灵活性的提高及轨迹跟踪精度的改善提供一种新的思路。     

基于时空特性的GPS轨迹数据压缩算法

车辆GPS数据中蕴含的车辆轨迹信息具有重要的理论和应用价值.为减少轨迹数据存储空间,提高数据分析及传送速度,提出了一种基于时空特性的轨迹数据压缩算法,根据GPS数据点的时空三维特征,计算轨迹特征点判断的距离标准,更准确的提取轨迹信息.算例分析结果表明,基于时空特性的GPS轨迹数据压缩算法大幅度减少轨迹压缩误差,提高压缩效率.      

高速公路相机自动标定及道路坐标系构建

为解决高速公路场景下利用视频监控系统正确描述车辆相对于道路的空间位置问题，通过引入Frenet坐标系概念，提出一种基于相机自动标定的道路坐标系模型。在相机自动标定阶段，利用线分段拟合方法从曲线车辆轨迹中提取平行于直线路段的轨迹点，并通过级联霍夫变换精确估计道路方向的消失点。然后,根据多车辆三维模型约束，对相机参数进行迭代优化。基于标定结果，将车辆轨迹映射到世界坐标系平面上，并用3次样条插值进行拟合。根据大量运动车辆在道路平面内形成的轨迹域分布特征，综合边界约束估计道路中心点。最后，结合道路中心线在各点处的法线向量与车道宽度信息确定平移量，并利用点平移运动拟合车道线，实现道路坐标系的自动建立。使用真实高速公路视频数据，在多种道路条件下进行试验。研究结果表明:在标定阶段，构建方法对不同高速公路场景的最大标定误差不超过11.55%;与最新的方法相比，直线道路平均标定误差分别降低6.68%和3.58%，弯曲道路平均标定误差分别降低7.43%和2.61%;在道路坐标系构建阶段，构建方法的平均投影距离为0.077 m，接近最新方法的0.069 5 m；而其平均精度为0.916，显著优于最新方法的0.663；所提道路坐标系能够自适应道路形态的变化，有效解决了从监控视频中描述车辆与道路之间相对位置关系的问题。     

基于车辆位置与速度特征的驾驶行为模式分类方法

精细车辆轨迹中包含连续的时间戳、位置，以及速度等信息。通过对车辆轨迹数据进行量化表达与挖掘分析，可以实现对车辆行为模式的分类。现有研究大多关注对位置的聚类，很少对车速、加速度等特征进行研究分析，而车速等是反映驾驶行为模式的重要特征。为了将轨迹多维信息纳入分析框架，研究了基于位置与速度特征的车辆轨迹行为模式分类方法。为克服现有行为模式分类方法的维度单一性，运用豪斯多夫轨迹距离算法计算出位置和速度特征的综合距离矩阵，针对豪斯多夫距离算法鲁棒性差的缺点，采用单向豪斯多夫距离90%分位值对算法进行了改进，降低噪声影响。同时，引入了车辆位置和速度来进一步提高分类的准确性，运用多次分层聚类算法依次对位置与速度轨迹图进行分类，得到车辆位置和速度上的行为模式。以HighD数据集为样本，提取了三车道上的行车轨迹，验证了基于速度与位置特征的车辆行为模式分类方法。结果表明:①本方法可以得到位置和速度的综合行为模式，聚类平均准确率达到94.8%，优于DBTCAN准确率89.3%和t-Cluster准确率86.4%；②基于换道模式轨迹偏移率曲线的分析，得到了4种互异的典型车辆换道模式。该方法可利用多维轨迹数据对行车模式进行分类及行为辨识，在车辆轨迹分类与不良行为辨识方面具有应用潜力。      

基于hp自适应伪谱法的智能汽车紧急变道轨迹规划与优化

为了提高智能汽车紧急变道轨迹规划的实时性和适应性，将紧急变道过程分为初始阶段和跟踪阶段，初始阶段的轨迹由优秀驾驶人紧急变道模型产生，跟踪阶段的轨迹采用Sigmoid函数规划出紧急避让路径。首先通过聚类分析处理优秀驾驶人转向操作的实车试验数据，拟合得出紧急变道过程中的方向盘转角随时间的关系（即驾驶人紧急变道模型），作为智能汽车在紧急变道初始阶段不同速度下车辆控制的输入量。然后通过建立与求解约束方程，满足避撞约束、侧向位移约束以及最大侧向加速度约束，得出Sigmoid函数表达式，作为智能汽车在紧急变道过程跟踪阶段的参考路径。最后利用hp自适应伪谱法加入切换点的物理量约束，逼近全局正交多项式的状态量和控制量，自动调整和处理2个阶段的切换点位置和衔接问题，以最小变道距离为目标对跟踪阶段的变道轨迹进行优化。运用PreScan与MATLAB对4种不同工况下的紧急变道轨迹规划进行联合仿真。结果表明：提出的轨迹规划与优化方法在满足各项约束的情况下成功避开障碍物，同时缩短了需要优化的轨迹，优化时间都小于0.9 s，并且与基于多项式函数轨迹规划方法相比，该方法能够以距障碍物较远的距离避开障碍物，在不同的车辆速度、道路曲率和障碍物宽度的复杂工况下具有更好的适应性。     

基于浮动车定位数据的高速公路区间平均速度估计

通过对浮动车定位数据情况的分析,可知大部分速度估计算法仅适用于采样时间间隔不大于行程时间的情况,为在相同浮动车比例以及采样时间间隔的条件下,提高数据利用率,以提高速度估计结果的路网覆盖率,提出两种速度估计算法:车辆跟踪法、速度-距离积分法,并给出路段区间平均速度自适应估计模型.使用真实交通流OD 数据进行仿真,结果表明...     

空间插值算法在沥青路面气候分区中的应用研究——以温度参数为例

温度是沥青路面气候分区的重要指标之一,其插值结果的精度对沥青路面气候分区影响极大。论文分别基于3种一般插值法及3种基于数字高程模型(DEM)的趋势面模拟+残差内插法对辽宁省14 a累年最热、冷月平均温度进行插值研究,对插值结果的空间分布、精度及其对沥青路面气候分区影响进行了详细的分析比较。研究结果表明:3种基于DEM的趋势面模拟+残值内插法均能反映温度随海拔高度等地形特征的变化趋势,而一般插值法则不能,且前者的精度约高于后者1倍,其中基于DEM的趋势面模拟+残值内插法中反距离插值法的精度最高,一般插值法中薄板样条法的精度最低;插值算法的精度越高,通过插值得到的温度数据与实际温度分布数据越接近,分区结果越准确。     

基于大规模浮动车数据的城市道路网复杂度分析

针对现有浮动车技术应用研究中缺乏道路网络复杂度的定量分析,引入置信点的概念,提出了一种基于大规模浮动车数据的城市路网复杂度分析方法.利用该方法统计了路网中各路段的置信点分布情况和置信点的平均匹配距离,建立了城市路网复杂度模型.结合浮动车数据的预处理,提出了城市路网复杂度的分析流程.以广州市为例,分析了广州市全局路网和4类典型城市道路代表路段的复杂度.对于地图匹配算法实证研究中的指定路径,具体分析了其各组成路段的复杂度及其主要影响因素.     

基于蚁群优化算法与出租车GPS数据的公众出行路径优化

以出租车GPS采集的浮动车数据为依据,研究出租车驾驶员路径选择的认知及类蚂蚁的行为特征。根据城市道路功能等级与出租车的通行频率等信息素,建立出租车驾驶员路径选择信息素等级路网,并以此作为路网初始信息素,综合考虑路径通行时间、通行距离、路径信息素等级等多个因素,提出了基于蚁群优化算法的公众出行路径规划优化算法。以武汉市路网和浮动车为试验数据,将模型规划的道路与浮动车数据库中的轨迹进行了比较。结果表明:基于蚁群优化算法与出租车GPS数据的公众出行路径同出租车驾驶员选择的出行路径相似度很高,能为公众出行提供出租车驾驶员选择的行车路径。     

道路营运车辆卫星定位运营商绩效考评改进算法研究

为合理考评道路运输车辆卫星定位系统运营商的绩效,达到提高道路交通安全保障的目的,提出一种融合权重算法的属性识别改进方法.首先介绍了运输车辆卫星定位系统运营商的技术考评指标内容;其次提出了融合权重算法的属性识别改进算法;最后以厦门市的运输车辆卫星定位系统运营商考评指标数据为例进行算法性能分析实验.实验结果表明:在不同的权重计算下,以置信度为准则评级结果略有不同,而在评分标准准则下,运营商考评得分随时间的变化趋势一致,且采用层次分析法确定权重不需要大量的先验数据,权重大小具备现实意义,能较好地与属性识别法相融合.     

改进RRT算法在复杂环境下智能车路径规划中的应用

采用快速搜索随机树（RRT）算法进行路径规划时，在存在大量随机障碍物的复杂环境下，规划出的路径曲折且算法无法快速收敛，不能满足智能车路径规划的要求。为了实现智能车路径规划，提出一种基于RRT的运动规划算法——同心圆RRT算法。该算法在RRT算法的基础上结合智能车行驶时自身运动学约束，引入同心圆采样策略和邻近点选择方法。同心圆采样策略以目标点为同心圆的圆心，利用同心圆系数m控制同心圆的疏密程度，在同心圆上生成随机点以便确定下一路径点。邻近点选择方法考虑车辆运动学约束及目标点距离因素，在满足车辆运动学约束的前提下，计算邻近系数，将最小邻近系数对应的随机树节点作为邻近点；针对得到的规划路径，进一步提出基于车辆运动学约束下的路径简化方法，对得到的路径进行简化并使用3次B样条曲线对路径平滑处理，生成一条平滑且可执行的路径。研究结果表明：m=0.5~1.5时，提出的算法规划出路径所需时间最少；车辆姿态与下一路径点的夹角约束值越大，规划出路径所需时间越少，在夹角为35°时趋于稳定；在相同的环境中，提出的算法所规划的路径质量相比于RRT算法、目标偏向RRT算法及改进RRT^*算法有显著提高，规划出路径所需时间及路径长度相比于RRT算法分别降低了43.1%和18.7%，相比于目标偏向RRT算法分别降低了7.3%和15.5%，相比于改进RRT^*算法分别降低了29.6%和7%；智能小车的实车测试试验验证了该算法的有效性和实用性。     

磁粉离合器自适应权重粒子群优化模糊控制的研究

针对传统的模糊控制精度不高、自适应能力有限等问题,为了对车辆起步时磁粉离合器接合过程进行模糊控制,提出一种应用自适应权重粒子群优化算法来优化模糊控制器量化因子的方法。优化的量化因子将根据环境和负载的状况,实时跟踪模糊控制器参数的变化,从而提高了模糊控制器的鲁棒性和控制精度。仿真结果表明,与传统的模糊控制相比,采用自适应权重粒子群优化的模糊控制算法在降低发动机转速超调量的同时,减小了车辆起步的最大冲击度和离合器接合过程中的滑摩功。     

基于抽样轨迹数据和改进最小二乘模型的信控路网路径流量估计方法

路径流量是精细化交通规划和管控的基础,对识别路网的关键通道、路径、流向和节点具有重要作用.为了解决现有路径流量估计方法在模型假设和方法适用性上存在的局限性,提出一种以抽样车辆轨迹数据作为唯一输入数据源的信号控制路网路径流量估计方法.该方法对基于经典广义最小二乘法的OD估计模型进行改进拓展,以路网路径流量和交叉口流向流量...     

基于相空间重构与LSSVM的交通流量预测

针对仅利用欧氏距离不能准确反映相空间中相点间的相似性大小,提出一种改进预测模型,该模型同时考虑相点间的欧氏距离和相似性来选取邻近点。在对交通流量时间序列进行相空间重构后,运用最小二乘支持向量机分别对不同方法得到的邻近点进行训练,并对未来时段的交通流量进行了多步预测。实际案例的预测结果表明,改进方法比一般方法具有更好的适应能力和预测精度。     

检测数据缺失条件下的交通流估计方法研究

城市路网中部分交通量检测器失效会导致路段的交通流观测数据缺失,从而影响路段实时交通拥堵状况的辨识和分析.基于路网交通流数据的时空分布特性和道路交通流特征,研究了一种改进重构算法,对缺失的交通量数据进行估计.构建了交通量时空数据的三维张量模型;综合考虑道路交通流分布与环境特性,提出了基于T ucker重构模型的目标优化函数,进而求解得到检测器失效路段的交通量估计值;对改进重构算法、T ucker重构算法和时空插值算法在不同交通量数据缺失情况下的估计效果进行了比较.实验结果表明,在6条路段组成的实验路网中,早高峰交叉口进口道实时观测交通量随机缺失50% 或其中3条道路完全缺失的情况下,估计结果的平均绝对误差(MA E)分别为13.9614和14.2763,均方根误差(RMSE)分别为18.7648和18.7070.相较于Tucker重构算法,MA E分别下降了32.29% 和44.26%,RMSE分别下降了31.73% 和48.57%.      

阶段约束下Gauss配点离散化平行车位自动泊车轨迹规划

针对平行车位自动泊车高精度轨迹规划，提出一种联立多阶段划分和非均匀Gauss配点参数化的轨迹优化算法。首先，结合车辆泊车动力学方程和约束条件建立了平行自动泊车数学模型；然后，根据泊车过程，提出将泊车过程划分为泊车起动、接近车位、进入车位、姿态调整、泊车落位5个阶段，并建立各阶段对应的不等式约束条件；进一步，在伪谱法算法框架下，结合阶段约束给出了多阶段局部高斯配点策略，以此实现分阶段独立配点离散，从而提高泊车轨迹规划的精准度和适应性；最后，在通用小型汽车模型上在长短车位上进行仿真测试，验证提出方法的正确性和适应性。结果显示，相较于分段区域Gauss伪谱法，改进方法在获得平滑泊车轨迹的同时泊车时间平均减少2.976 s，时间性能提升21.7%，表明了所提算法的有效性。     

基于OGS-DTW算法的交通事件自动检测方法

为提高交通事件检测方法的综合性能,使用动态背景更新和改进的运动估计,将动态图像序列转化为车辆标号场,实现对车辆的跟踪;构造轨迹建模和编码,提取车辆的运动轨迹,并建立自组织神经网络进行行为模式学习;最后,使用OGS-DTW算法对轨迹数据进行预处理,并对距离函数进行求解,从而实现待测事件序列的轨迹与典型轨迹数据模式的匹配。分别以U形转、违章左拐和违章变道3种事件为对象进行了多组对比,检测成功率均在80%以上。试验还进行3种检测方法指标的对比,在平均耗时方面,一般的DTW算法、改进的DTW算法及基于OGS改进的DTW算法分别是126.5、62.5、69.8 s;而它们的事件检测成功率分别是84.6%、68.8%和88.3%。结果表明:基于OGS-DTW算法的交通事件检测方法稳定且可靠,在显著降低计算量的同时,仍然保证了较高的匹配准确性,成功率高、实时性好。