[发明专利]基于航拍视频车辆轨迹的驾驶员换道行为分析方法

说明书

本发明公开了一种基于航拍视频车辆轨迹的驾驶员换道行为分析方法，利用图像跟踪技术，对无人机高空航拍所采集到的车辆运动视频数据进行提取和处理，进而通过数据拟合、坐标系的映射和转换，获得相应的运动轨迹图、沿车道方向的位移时空图和垂直于车道方向的车道偏离波动图。本发明提出的车辆轨迹处理和转化方法的能高效、便捷、准确的处理提取出的视频中的车辆轨迹，对基于轨迹分析的相关交通现象与驾驶员特性的研究与存在重要意义。

技术领域

本发明涉及交通现象研究分析和计算机先进技术应用领域，针对快速道路由于车辆频繁变道行为引起的拥堵排队和交通事故等常发现象，基于航拍视频的图像跟踪提取技术，提出一种处理车辆轨迹数据以利用该数据进行交通现象与驾驶员换道行为研究的方法。

背景技术

随着城市交通拥堵问题日益突出，有不少学者注意到车辆的车道变换行为对交通运行带来的影响，并将其和交通拥堵联系起来。当交通量较少时，车道变换能使得高速车辆与低速车辆分离行驶，驾驶员通过车道变换能获得期望的空间与速度，并且能提高道路利用率，增加通行能力；当交通量较大时，可变道的条件较差，个别驾驶员强制性的变换车道易引起局部（附近几辆车）的跟驰状态发生震荡，进而甚至引起整个车队的交通拥挤或堵塞，极大影响交通流的运行状态。

在交通流理论研究领域，基于轨迹做分析的方法类型已较为丰富，但对轨迹采集与提取的方式，较为参差与落后。现普遍采用美国的NGSIM的轨迹数据作为研究基础，但众所周知，各国各地区的驾驶员特性与交通环境不同，基于此所做的研究结果难免在实际应用上存在出入。因此，亟待找到一种高效、符合实际状况和精准度高的轨迹提取和分析方法以解决上述问题。在国内，与传统的采用北斗/GPS双模定位方式对车辆进行位置定位以及车载摄像头进行运动跟拍录像不同，本发明利用了航拍视频提取的车辆轨迹与上述方法相比，具有一些典型的、更优越的特征：①航拍拍摄空间范围更广，可覆盖区域面积更大，可提取数百米的车辆轨迹；②俯拍视角更为清晰和稳定，不受如车辆间的遮挡等干扰；③车辆运动轨迹数据精度更高；④相比于基于GPS数据采集的轨迹，航拍视频更能反映出实际交通状况，利于观察交通拥堵的演变过程，基于此采集的轨迹更有研究价值。

在发明方法中，通过利用航拍与计算机图像跟踪技术，进而提取车辆轨迹以探索换道过程中换道前后的规律和特征，从车头时距和车头间距进行分析，对实际工程建设与交通管理、车辆换道研究和智慧交通运输系统等具有一定指导意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有轨迹获取技术及分析方法中存在的不足，本发明提供一种基于航拍视频车辆轨迹的驾驶员换道行为分析方法，解决了因现有采集方法对车辆轨迹的提取和处理分析存在局限与难点，简化了轨迹数据处理分析过程，提高了交通流相关现象的研究效率，提供了基于分析车辆轨迹的一种研究交通现象和驾驶员驾驶特性变化特征的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于航拍视频车辆轨迹的驾驶员换道行为分析方法，其特征在于：包括车辆轨迹跟踪提取阶段和轨迹数据处理与分析阶段，具体包含以下步骤：

（1）利用无人机对需要研究的路段或匝道出入口进行高空航拍录像；

（2）将无人机航拍录像拷贝到电脑，通过轨迹跟踪提取技术对视频中的车辆进行轨迹数据提取；

（3）采用数据拟合与可视化软件对原始数据直接进行拟合获得车辆实际运动轨迹图（X-Y图）；

（4）再利用坐标系转换与映射法对原始轨迹数据进行修正与处理，涉及的计算模型及步骤如下：

步骤一：