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基于BKPE安全场模型的复杂天气状态下的行车风险识别方法

李诚信 柳本民 廖晨非 王鹏飞 胡佳欣 刘鹏乾 涂辉招

李诚信, 柳本民, 廖晨非, 王鹏飞, 胡佳欣, 刘鹏乾, 涂辉招. 基于BKPE安全场模型的复杂天气状态下的行车风险识别方法[J]. 交通信息与安全, 2025, 43(2): 177-186. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.02.018
引用本文: 李诚信, 柳本民, 廖晨非, 王鹏飞, 胡佳欣, 刘鹏乾, 涂辉招. 基于BKPE安全场模型的复杂天气状态下的行车风险识别方法[J]. 交通信息与安全, 2025, 43(2): 177-186. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.02.018
LI Chengxin, LIU Benmin, LIAO Chenfei, WANG Pengfei, HU Jiaxin, LIU Pengqian, TU Huizhao. A Method for Traffic Risk Identification Under Complex Weather Conditions Based on the BKPE Security Field Model[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2025, 43(2): 177-186. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.02.018
Citation: LI Chengxin, LIU Benmin, LIAO Chenfei, WANG Pengfei, HU Jiaxin, LIU Pengqian, TU Huizhao. A Method for Traffic Risk Identification Under Complex Weather Conditions Based on the BKPE Security Field Model[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2025, 43(2): 177-186. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.02.018

基于BKPE安全场模型的复杂天气状态下的行车风险识别方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2025.02.018
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2019YFE0108300

云南公路资产管理项目 HAMP-CS-05

详细信息
    作者简介:

    李诚信(2000—),硕士研究生. 研究方向:智能交通安全、多智能体与缺陷检测. E-mail: 15319792170@163.com

    通讯作者:

    柳本民(1968—),博士,副教授. 研究方向:道路安全与环境. E-mail: liubenming@tongji.edu.cn

  • 中图分类号: U492.8

A Method for Traffic Risk Identification Under Complex Weather Conditions Based on the BKPE Security Field Model

  • 摘要: 目前的行车安全场理论基于“人-车-路”三维构建势能函数,但忽略了复杂的天气因素对行车风险的复合影响,将道路状况(“路”)与天气情况(“环”)所产生的影响简单地归于一类。这低估了天气环境对行车风险的影响程度,并存在对极端天气的风险解算不够敏感的问题,使得方法的实际应用受到较大局限。因此基于行车安全场(driving safety field,DSF)理论,引入了新的环境场函数,实现“人-车-路-环”的风险因素全覆盖,分别构建行为场(behavior field)、动能场(kinetic energy field)、势能场(potential energy field)和环境场(environment field),以此提出针对恶劣天气下的行车安全场BKPE模型。基于中国道路交通安全数据集对原有行车安全场相关参数进行重新标定。同时分析天气因素对行车安全影响的指数变化特征,构建环境了影响因子,并提出环境场函数。在构建包含环境场的行车安全场模型的基础上,基于Car-100数据集,对具体实例计算其人工势能函数,进行微观分析。通过2个典型事件进行多类型风险的量化分析,同时与原有行车安全场模型进行比较分析,说明原有行车安全场模型对于天气环境形成的风险存在低估。随后基于Bootstrap抽样,6次采样计算所得人工势能函数对实际交通事件的描述平均准确率达到91.7%。最终,基于BKPE模型,提出相应的行车风险控制对策。

     

  • 图  1  基于场论的人-车-路-环要素的行车风险表示

    Figure  1.  Driving risk representation of human-car-road-ring elements based on field theory

    图  2  Car-100数据集项目的压缩视频图像

    Figure  2.  Compressed video image from the Car-100 dataset project

    图  3  事件1主车SSPE

    Figure  3.  The SSPE of the main vehicle in Event 1

    图  4  事件2主车SSPE

    Figure  4.  The SSPE of the main vehicle in Event 2

    图  5  事件1主车修改前后的SSPE的对比图

    Figure  5.  Comparison diagram of the SSPE before and after the modification of the main vehicle in Event 1

    图  6  事件2主车修改前后的SSPE的对比图

    Figure  6.  Comparison diagram of the SSPE before and after the modification of the main vehicle in Event 2

    图  7  Bootstrap抽样图示

    Figure  7.  Bootstrap resampling illustration

    表  1  参数表

    Table  1.   Parameter table

    参数符号 物理意义 参数类型
    Ti 物体类型 离散型
    mi 物体质量 连续型
    vi 物体速度 连续型
    δi 能见度 离散型
    μi 路面附着系数 连续型
    τi 道路线形 离散型
    DdRp 身心状态 离散型
    DDRc 认知水平 离散型
    DDRs 驾驶技能 离散型
    DDRv 违法行为 离散型
    w 天气类型 离散型
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    表  2  2016年中国道路交通事故数据(道路等级)

    Table  2.   Chinese road traffic accident data in 2016 (road grade)

    道路等级 平均车速/(km/h) 事故死亡人数/人
    高速公路 100 5 947
    一级公路 70 5 467
    二级公路 50 13 807
    三级公路 35 7 857
    四级公路 30 5 956
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    表  3  5种道路物体的单位事故损失与标定值

    Table  3.   Unit accident loss and calibration value of 5 kinds of road objects

    编号i 物体类别Ti 单位事故损失/元 ψ(Ti)
    1 汽车 5 630 1.000
    2 货车 8 124 1.443
    3 摩托车 1 887 0.335
    4 非机动车辆 1 769 0.314
    5 行人 6 393 1.136
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    表  4  4种能见度的事故死亡人数和标定值

    Table  4.   Accident deaths and calibration values for 4 types of visibility

    编号i 能见度条件δi/m 事故死亡人数/人 ψ(δi)
    1 < 50 8 992 0.351
    2 > 50~100 15 860 0.620
    3 > 100~200 12 646 0.494
    4 > 200 25 595 1.000
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    表  5  7种道路线形的事故死亡人数和标定值

    Table  5.   Accident deaths and calibration values for 7 road lines

    道路线形τi 死亡人数/人
    急弯 444
    陡坡 134
    连续下坡 191
    一般弯坡 4 227
    急弯陡坡 618
    一般坡急弯 383
    一般弯陡坡 311
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    表  6  2016年中国道路安全交通事故数据(路面状态)

    Table  6.   Road safety traffic accident data in 2016 (pavement state)

    编号i 路面通行条件 路面附着系数μi 死亡人数/人
    1 干燥 0.90 52 497
    2 潮湿 0.60 8 708
    3 积水 0.50 746
    4 漫水 0.55 41
    5 冰雪 0.30 794
    6 泥泞 0.20 78
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    表  7  不同年龄段驾驶人的事故风险标定值

    Table  7.   Accident risk calibration values for drivers of different ages

    编号i 驾驶人年龄DDRp/岁 ψ(DDRp)
    1 > 16~20 0.199
    2 > 20~25 0.612
    3 > 25~30 1.000
    4 > 30~35 0.917
    5 > 35~40 0.861
    6 > 40 ~45 0.919
    7 > 45 ~50 0.761
    8 > 50~55 0.462
    9 > 55~60 0.241
    10 > 60~65 0.156
    11 > 65 0.186
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    表  8  不同职业驾驶人的风险标定值

    Table  8.   Risk calibration values for different occupational drivers

    行业类型 死亡人数/人 Ψ(DDRc)
    公务员 283 0.015 9
    公安民警 68 0.003 8
    职员 3 899 0.218 5
    工人 5 750 0.322 3
    农民 17 841 1.000 0
    自主经营者 8 661 0.485 5
    军人 17 0.001 0
    武警 22 0.001 2
    教师 233 0.013 1
    大(专)学生 89 0.005 0
    中(专)学生 254 0.0142
    小学生 50 0.002 8
    学龄前儿童 17 0.001 0
    港澳台胞 22 0.001 2
    华侨 2 0.000 1
    外国人 37 0.002 1
    外来务工者 3 151 0.176 6
    不在业人员 993 0.055 7
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    表  9  不同驾龄驾驶人的事故风险标定值

    Table  9.   Accident risk calibration value of drivers with different driving ages

    编号i 驾驶人驾龄DDRs/年 Ψ(DDRs)
    1 < 1 0.408
    2 > 1~2 0.224
    3 > 2~3 0.229
    4 > 3~4 0.258
    5 > 4~5 0.264
    6 > 5~10 1.000
    7 > 10 ~15 0.691
    8 > 15~20 0.364
    9 > 20 0.273
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    表  10  交通违法行为的标定值

    Table  10.   The calibration value of traffic violations

    编号i 交通违法行为DDRv Ψ(DDRv)
    1 超速行驶 0.506
    2 酒后驾驶 0.383
    3 逆行 0.348
    4 疲劳驾驶 0.087
    5 违法变更车道 0.089
    6 违法超车 0.179
    7 违法倒车 0.099
    8 违法掉头 0.040
    9 违法会车 0.242
    10 违法牵引 0.004
    11 违法抢行 0.093
    12 违法上道路行驶 0.289
    13 违法停车 0.041
    14 违法占道行驶 0.184
    15 违法装载 0.120
    16 违法装载超限及危险品运输 0.026
    17 违反交通信号 0.222
    18 未按规定让行 1.000
    19 无证驾驶 0.755
    20 不按规定使用灯光 0.017
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    表  11  天气类型参数标定结果

    Table  11.   Results of the weather type parameter calibration

    天气类型 标定结果
    晴天 0.158
    阴天 0.143
    雨天 0.248
    雪天 0.282
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    表  11  Bootstrap采样计算结果

    Table  11.   Bootstrap sampling of the calculation results

    采样集编号 准确率/%
    1 100
    2 80
    3 100
    4 90
    5 90
    6 90
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  • 收稿日期:  2024-07-09

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