一种基于二元多项式拟合的公路匝道测速误差补偿方法与流程

1.本发明属于道路交通检测技术领域，涉及一种基于二元多项式拟合的公路匝道测速误差补偿方法。


背景技术：

2.匝道是公路交通的瓶颈部位，匝道交通事故的发生往往以危化品车、加载货车、大型客车等重点车辆为主，散落的大量货物使得施救速度较慢，常需封道从而严重影响交通，易引发次生事故，更进一步造成人员伤亡和财产损失。公路匝道作为交通安全重点隐患之一，是交管部门进行交通事故预防的日常重要事务和做好交通安全管理的重要抓手之一。因此，有效开展匝道控速，找到相关的交通事故预防点，切实降低交通事故发生概率，势在必行。
3.匝道车辆测速是匝道控速系统的核心问题。然而，市场上现有的雷达测速仪只能够对直行平坦道路上行驶车辆速度进行准确测量，无法对具有不同坡度、曲率影响的匝道车辆进行有效测速。因此，如何基于现有的雷达测速仪，对匝道车辆速度测量进行自适应误差补偿和测量值修正，以实现不同坡度、曲率匝道车辆准确测速，是当前道路交通检测技术中一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供了一种基于二元多项式拟合的公路匝道测速误差补偿方法，通过数据拟合和标定的方式，对匝道道路环境特征进行捕捉，实现雷达测速仪匝道车辆速度测量的自适应误差补偿和测量值修正，从而克服现有雷达测速仪无法对匝道车辆有效测速的技术缺陷。
5.本发明的技术方案为一种基于二元多项式拟合的公路匝道测速误差补偿方法，通过设置高精度路侧毫米波雷达对匝道测速点上的雷达测速仪进行标定，建立匝道测速拟合模型，输出误差补偿后的雷达测速仪匝道车速测量修正值，包括以下步骤：
6.步骤1，部署被测匝道测速标定环境：
7.将毫米波雷达固定在一个所要标定的匝道测速点上，以获取在匝道上行驶车辆的车速测量值及其距匝道测速点的距离；
8.将非接触式速度计安装在测试车辆上，以获取当前时刻下测试车辆的标准车速；并采用gps和北斗双星授时；
9.步骤2，将毫米波雷达的系统时间与测试车辆上gps和北斗双星授时的标准时间进行配准；
10.步骤3，执行被测匝道测速标定试验：
11.测试车辆分别以不同的车速行驶通过被测匝道，采集同一时刻下测试车辆的标准车速和毫米波雷达所测得的车速测量值和距离；
12.步骤4，制作被测匝道测速标定数据样本集s：
13.定义同一时刻下毫米波雷达所测得的车速测量值为x，距离为y，测试车辆的标准车速为z；
14.定义(x
i,
yi,zi)为一组采集样本，制作测速标定数据样本集s＝{(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),
…
(xn,yn,zn)}，其中i＝1,2,3,
…
n，n为采集样本的个数；
15.步骤5，构造训练样本集s0和测试样本集s1：
16.将被测匝道测速标定数据样本集s中的采集样本随机分配到训练样本集s0和测试样本集s1中；
17.步骤6，建立匝道测速拟合模型，并将训练样本集s0输入到匝道测速拟合模型中进行数据拟合和标定；所述的匝道测速拟合模型由拟合多项式和误差函数两部分构成；
18.步骤7，将测试样本集s1代入到标定后的拟合多项式中进行测试，计算拟合多项式输出的平均误差e；设定误差阈值h，当e》h时，说明拟合效果不理想，则返回步骤4，否则进入步骤8；
19.步骤8，获取标定后的拟合多项式；
20.步骤9，将需要修正的雷达测速仪匝道车速测量值和抓拍设置距离输入到获取的拟合多项式中进行计算，输出误差补偿后的标准车速。
21.本发明的有益效果是：
22.本发明提供了一种基于二元多项式拟合的公路匝道测速误差补偿方法，通过数据拟合和标定的方式，对匝道道路环境特征进行捕捉，实现了雷达测速仪匝道车辆速度测量的自适应误差补偿和测量值修正，避免了复杂的数学建模。本发明方法简单，实用性强，灵活度高，不受匝道坡道、曲率等物理因素影响，可广泛运用于实际工程应用中。
附图说明
23.图1是本发明的流程图。
24.图2是本发明的匝道测速标定环境部署示意图。
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明作进一步描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
26.参照图1～图2，本实施例的技术方案为一种基于二元多项式拟合的公路匝道测速误差补偿方法，实现流程如图1所示：
27.首先，部署被测匝道测速标定环境，并进行时间配准。
28.其次，执行被测匝道测速标定试验，采集同一时刻下测试车辆的标准车速和雷达测速仪所测得的车速测量值和距离，并制作被测匝道测速标定数据样本集，包括构造训练样本集和测试样本集。
29.然后，建立匝道测速拟合模型，将所构造的训练样本集输入到匝道测速拟合模型中进行数据拟合和标定，并利用测试样本集对标定后匝道测速拟合模型的拟合效果进行测试。
30.最后获取标定后的匝道测速拟合模型中的二元多项式，将需要进行修正的雷达测速仪匝道车速测量值和抓拍设置距离输入到获取的二元多项式中进行计算，输出误差补偿
后的标准车速。
31.本实施例的具体技术方案如下：
32.步骤1，部署被测匝道测速标定环境：
33.如图2所示，匝道测速标定环境部署包括高精度路侧毫米波雷达部署和测试车辆部署两部分。
34.首先将毫米波雷达固定在一个所标定的匝道测速点上，以获取在匝道上行驶车辆的车速测量值及其距匝道测速点的距离；然后将非接触式速度计安装在测试车辆上，并采用gps和北斗双星授时，外接大屏放置在测试车辆前挡风玻璃处，以获取当前时刻下测试车辆的标准车速。
35.步骤2，将毫米波雷达设备系统时间与测试车辆gps和北斗双星授时的标准时间进行配准。
36.步骤3，执行被测匝道测速标定试验：
37.测试车辆分别以不同的车速行驶通过被测匝道，采集同一时刻下测试车辆的标准车速和毫米波雷达所测得的车速测量值和距离。
38.步骤4，制作被测匝道测速标定数据样本集s：
39.对采集数据进行预处理，剔除重复和异常数据。定义同一时刻下毫米波雷达所测得的车速测量值为x，距离为y，测试车辆的标准车速为z。
40.定义(x
i,
yi,zi)(i＝1,2,3,
…
n)为一组采集样本，制作测速标定数据样本集s＝{(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),
…
(xn,yn,zn)}，其中n为采集样本的个数。
41.步骤5，构造训练样本集s0和测试样本集s1：
42.将被测匝道测速标定数据样本集s中的采集样本随机分配到训练样本集s0和测试样本集s1中，满足训练样本集s0与测试样本集s1的采集样本个数比为7:3。
43.步骤6，建立匝道测速拟合模型，并将训练样本集s0输入到匝道测速拟合模型中进行数据拟合和标定：
44.匝道测速拟合模型主要由拟合多项式和误差函数两部分构成，所构建二元多项式如下：
[0045][0046]
其中为拟合的测试车辆标准车速，a0、a1、a2、a3、a4和a5为二元多项式的待标定系数。
[0047]
选取多项式输出残差平方和作为误差函数如下：
[0048][0049]
其中ε为多项式输出残差平方和，m为训练样本集s0的采集样本个数。
[0050]
以残差平方和ε最小为目标函数，采用最小二乘法对训练样本集中的采集样本数据进行多项式拟合，求解得到拟合后的多项式系数，完成二元多项式的标定。
[0051]
步骤7，将测试样本集s1代入到标定后的二元多项式中进行测试，计算多项式输出的平均误差e如下：
[0052][0053]
其中k为将测试样本集s1的采集样本个数。
[0054]
设定误差阈值h，当e》h时，说明多项式拟合效果不理想，则返回步骤4，否则进入步骤8。
[0055]
步骤8，获取标定后的二元多项式。
[0056]
步骤9，将需要修正的雷达测速仪匝道车速测量值和抓拍设置距离输入到获取的二元多项式中进行计算，输出误差补偿后的标准车速。
[0057]
以上所述仅是本说明书实施例的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本说明书实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本说明书实施例的保护范围。

技术特征：
1.一种基于二元多项式拟合的公路匝道测速误差补偿方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1，部署被测匝道测速标定环境：将毫米波雷达固定在一个所要标定的匝道测速点上，以获取在匝道上行驶车辆的车速测量值及其距匝道测速点的距离；将非接触式速度计安装在测试车辆上，以获取当前时刻下测试车辆的标准车速；并采用gps和北斗双星授时；步骤2，将毫米波雷达的系统时间与测试车辆上gps和北斗双星授时的标准时间进行配准；步骤3，执行被测匝道测速标定试验：测试车辆分别以不同的车速行驶通过被测匝道，采集同一时刻下测试车辆的标准车速和毫米波雷达所测得的车速测量值和距离；步骤4，制作被测匝道测速标定数据样本集s：定义同一时刻下毫米波雷达所测得的车速测量值为x，距离为y，测试车辆的标准车速为z；定义(x
i,
y
i
,z
i
)为一组采集样本，制作测速标定数据样本集s＝{(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),
…
(x
n
,y
n
,z
n
)}，其中i＝1,2,3,
…
n，n为采集样本的个数；步骤5，构造训练样本集s0和测试样本集s1：将被测匝道测速标定数据样本集s中的采集样本随机分配到训练样本集s0和测试样本集s1中；步骤6，建立匝道测速拟合模型，并将训练样本集s0输入到匝道测速拟合模型中进行数据拟合和标定；所述的匝道测速拟合模型由拟合多项式和误差函数两部分构成；步骤7，将测试样本集s1代入到标定后的拟合多项式中进行测试，计算拟合多项式输出的平均误差e；设定误差阈值h，当e>h时，说明拟合效果不理想，则返回步骤4，否则进入步骤8；步骤8，获取标定后的拟合多项式；步骤9，将需要修正的雷达测速仪匝道车速测量值和抓拍设置距离输入到获取的拟合多项式中进行计算，输出误差补偿后的标准车速。2.根据权利要求1所述的一种基于二元多项式拟合的公路匝道测速误差补偿方法，其特征在于：在制作被测匝道测速标定数据样本集s前还包括对采集数据进行预处理，剔除重复和异常数据。3.根据权利要求2所述的一种基于二元多项式拟合的公路匝道测速误差补偿方法，其特征在于：所述的训练样本集s0与测试样本集s1的采集样本个数比为7:3。4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种基于二元多项式拟合的公路匝道测速误差补偿方法，其特征在于：所述的拟合多项式为二元多项式，其中多项式的输入为雷达测速仪所测得的车速测量值x和距离y，输出为测试车辆的标准车速z。5.根据权利要求4所述的一种基于二元多项式拟合的公路匝道测速误差补偿方法，其特征在于：选取多项式输出残差平方和作为误差函数，采用最小二乘法对训练样本集中的采集样本数据进行多项式拟合，求解得到拟合后的多项式系数，完成二元多项式的标定。

技术总结
本发明公开了一种基于二元多项式拟合的公路匝道测速误差补偿方法。本发明首先，部署被测匝道测速标定环境，并进行时间配准。其次，采集同一时刻下测试车辆的标准车速和雷达测速仪所测得的车速测量值和距离，并制作被测匝道测速标定数据样本集。然后，建立匝道测速拟合模型，将训练样本集输入到匝道测速拟合模型中进行数据拟合和标定。最后获取标定后的二元多项式，将需要进行修正的雷达测速仪匝道车速测量值和抓拍设置距离输入到获取的二元多项式中进行计算，输出误差补偿后的标准车速。本发明通过数据拟合和标定的方式，对匝道道路环境特征进行捕捉，实现了雷达测速仪匝道车辆速度测量的自适应误差补偿和测量值修正，避免了复杂的数学建模。复杂的数学建模。复杂的数学建模。


技术研发人员：赵晨馨 张昕 王凯 沈晓敏 石东豪 王孖豪 程中州 刘毛毛 方舟
受保护的技术使用者：浙江省计量科学研究院
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/7/25