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基于改进云组合赋权的智能网联驾驶场景安全性评价方法

庞劭荣 张诗波 罗龙浩 骆勇 李敏

庞劭荣, 张诗波, 罗龙浩, 骆勇, 李敏. 基于改进云组合赋权的智能网联驾驶场景安全性评价方法[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(5): 35-42. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.05.004
引用本文: 庞劭荣, 张诗波, 罗龙浩, 骆勇, 李敏. 基于改进云组合赋权的智能网联驾驶场景安全性评价方法[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(5): 35-42. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.05.004
PANG Shaorong, ZHANG Shibo, LUO Longhao, LUO Yong, LI Min. A Method for Evaluating Safety of Driving Scenes with Intelligent Connected Vehicles Based on an Improved Cloud Combination Weighting[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(5): 35-42. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.05.004
Citation: PANG Shaorong, ZHANG Shibo, LUO Longhao, LUO Yong, LI Min. A Method for Evaluating Safety of Driving Scenes with Intelligent Connected Vehicles Based on an Improved Cloud Combination Weighting[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(5): 35-42. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.05.004

基于改进云组合赋权的智能网联驾驶场景安全性评价方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.05.004
基金项目: 

国家自然科学基金项目 52102384

四川省科技厅重点研发项目 2022YFG0132

西华大学校重点项目 Z211005

四川省现代道路行车安全保障工程技术研究中心科研项目 2021-ZD-03

详细信息
    通讯作者:

    庞劭荣(1997—),硕士研究生. 研究方向:交通安全. E-mail:pangsrbox@163.com

    张诗波(1981—),博士,副教授. 研究方向:交通安全. E-mail:zhshbox@163.com

  • 中图分类号: U492.8+4

A Method for Evaluating Safety of Driving Scenes with Intelligent Connected Vehicles Based on an Improved Cloud Combination Weighting

  • 摘要: 准确可靠的驾驶场景安全性评价是智能网联车辆推广应用的基础,但智能网联驾驶场景复杂多变,以固定数值为指标权重的评价方法无法充分考虑因此带来的模糊性和随机性。为此,研究了基于改进云组合赋权的智能网联驾驶场景安全性评价方法。建立了包含静态环境层、动态行为层、智能要素层的智能网联驾驶场景要素库,制定场景设计方案;按照功能场景、逻辑场景、具体场景的顺序进行场景解构,提取相关要素,设计形成场景;引入云模型概念,结合博弈论思想改进云组合赋权;基于云模型运算法则构建综合云,表征各场景安全性,构建理想云评价模型;提出相对相似度指标作为评价结果,量化分析场景安全性并排序。依据场景设计方案进行仿真试验,对比层次分析法、优序图法、熵值法、变异系数法、博弈组合赋权及原云组合赋权等赋权评价方法,其评价结果与仿真结果在99%置信水平下显著相关,二者的皮尔逊相关系数为0.649,较上述其他评价方法分别提高了5.5%、7.8%、19.7%、13.7%、8.1%、0.8%;同时,该方法事故识别准确率为78.13%,高于Baumann等所用方法的44.29%和Xia等所用方法的57.2%。研究结果表明:基于改进云组合赋权的场景安全性综合评价方法能够兼顾主、客观赋权的优点,可以改善当前固定数值权重造成评价结果不够真实的缺陷,提高智能网联驾驶场景安全性评价的准确性。

     

  • 图  1  场景构建流程

    Figure  1.  Construction process of scenarios

    图  2  基于改进云组合赋权的驾驶场景评价模型结构

    Figure  2.  Structure of safety evaluation model of driving scenarios based on improved cloud combination weighting

    图  3  高速公路分流区仿真实验场景

    Figure  3.  Simulation experiment scenario of diverging area of expressway

    图  4  理想云

    Figure  4.  Ideal synthesis normal cloud

    表  1  智能网联驾驶场景要素库

    Table  1.   Driving scenarios element dataset of intelligent connected vehicles

    要素 要素组成
    静态环境层 道路状况 路段、车道、路面附着系数
    天气 晴、阴、雨、雪、雾
    时间 白天、黑夜、工作日、周末
    交通设施 信号灯、交通标志标线、其他设施
    障碍物 视野障碍、行车障碍
    动态行为层 交通参与者 智能车、机动车、非机动车、行人、动物
    车辆运动特征 速度、加速度、行驶方向
    驾驶任务 跟驰、变道、超车
    智能要素层 相关智能算法 各类智能驾驶算法
    传感器参数 精度、探测范围、鲁棒性
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    表  2  待评价场景具体参数

    Table  2.   Specific parameters of the scenario to be evaluated expressway

    指标项 具体水平设置
    主车初速度v1/(km/h) 60、70、80、90、100、105、110、120
    目标车辆初速度v2/(km/h) 30、40、50、60
    减速带限速v1/(km/h) 50、60、70、120
    路面附着系数f 0.6、0.65、0.7、0.75
    V2X通信距离d/m 50、150
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    表  3  正交试验方案表

    Table  3.   Planning table for the orthogonal test

    编号 v1/(km/h) v2/(km/h) vl/(km/h) f d/m 碰撞与否 碰撞及TTC最小时车速/(km/h)
    1 60 30 50 0.6 50 31
    2 60 40 60 0.65 150 3
    3 60 50 70 0.7 50 17
    4 60 60 120 0.75 150 21
    5 70 30 60 0.7 50 17
    6 70 40 70 0.75 150 14
    7 70 50 120 0.6 50 18
    8 70 60 50 0.65 150 0
    9 80 30 70 0.6 50 37
    10 80 40 120 0.65 150 2
    11 80 50 50 0.7 50 16
    12 80 60 60 0.75 150 31
    13 90 30 120 0.7 50 45
    14 90 40 50 0.75 150 28
    15 90 50 60 0.6 50 18
    16 90 60 70 0.65 150 20
    17 100 30 50 0.6 50 43
    18 100 40 60 0.65 150 22
    19 100 50 70 0.7 50 23
    20 100 60 120 0.75 150 24
    21 105 30 60 0.7 50 42
    22 105 40 70 0.75 150 21
    23 105 50 120 0.6 50 40
    24 105 60 50 0.65 150 10
    25 110 30 70 0.6 50 53
    26 110 40 120 0.65 150 23
    27 110 50 50 0.7 50 24
    28 110 60 60 0.75 150 22
    29 120 30 120 0.7 50 60
    30 120 40 50 0.75 150 22
    31 120 50 60 0.6 50 28
    32 120 60 70 0.65 150 18
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    表  4  各赋权方法所得权重

    Table  4.   Weight of each weighting method

    方法/权重 目标车辆初速度 主车初速度 减速带限速 路面附着系数 V2X通信距离
    AHP 0.245 0.195 0.182 0.204 0.174
    优序图法 0.360 0.200 0.120 0.280 0.040
    熵值法 0.108 0.165 0.257 0.165 0.305
    变异系数法 0.145 0.179 0.258 0.178 0.240
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    表  5  各评价方法评价结果排序

    Table  5.   Ranking of evaluation results of each evaluation method

    编号 AHP法 优序图法 熵值法 变异系数法 博弈组合赋权 云组合赋权 本文方法
    1 21 18 23 22 21 21 22
    2 7 9 9 10 7 14 14
    3 11 4 16 16 13 9 12
    4 3 1 10 7 3 7 5
    5 17 12 21 19 18 19 19
    6 4 3 6 5 5 8 7
    7 25 20 29 28 25 26 26
    8 2 5 3 2 2 3 3
    9 26 26 27 27 27 27 27
    10 20 19 18 20 20 22 20
    11 14 8 15 15 14 10 13
    12 1 2 1 1 1 2 1
    13 29 25 30 30 29 29 29
    14 6 6 4 4 6 4 4
    15 22 23 22 21 22 20 21
    16 8 11 8 9 9 6 8
    17 28 28 26 26 28 28 28
    18 16 21 13 14 16 17 16
    19 19 15 19 18 19 18 18
    20 10 10 14 13 12 12 10
    21 23 24 24 24 23 23 23
    22 12 13 11 11 11 13 11
    23 30 30 31 31 31 30 30
    24 9 14 5 6 8 5 6
    25 31 31 28 29 30 31 31
    26 24 27 20 23 24 25 24
    27 18 17 17 17 17 16 17
    28 5 7 2 3 4 1 2
    29 32 32 32 32 32 32 32
    30 13 16 7 8 10 11 9
    31 27 29 25 25 26 24 25
    32 15 22 12 12 15 15 15
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    表  6  相对相似度与碰撞速度相关性分析结果

    Table  6.   Correlation analysis results of relative similarity and collision velocity

    参数名称 指标名称 相对相似度 碰撞速度
    相对相似度 皮尔逊相关系数 1 0.649
    Sig.(双尾) 0
    个案数 32 32
    碰撞速度 皮尔逊相关系数 0.649 1
    Sig.(双尾) 0
    个案数 32 32
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    表  7  相关研究简介及结果

    Table  7.   Brief introduction and results of relevant research

    研究简介 研究结果
    Baumann等[7]基于TTC和车头时距评价场景的安全性,以筛选典型场景,加速测试进程 事故场景的识别率为44.29%
    Zhang等[10]基于TTC和车头时距构建目标优化函数,评价场景安全性,寻找测试场景的安全边界 通过试验数据证明所得安全边界可以有效区分安全场景与事故场景,但无定量分析
    Xia等[6]基于AHP法确定各要素重要度,以此定义场景安全性 事故场景的识别准确率为57.2%
    王荣等[11]采用熵权法结合引力模型对自动驾驶测试场景进行了综合评价通过对比评价结果和现实道路环境,定性分析验证了方法的有效性,但无定量分析
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  • 收稿日期:  2022-06-13
  • 网络出版日期:  2024-01-18

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