TCITSA-基于車輛軌跡數(shù)據(jù)的機動車駕駛行為評價標準

基于車輛軌跡數(shù)據(jù)的機動車駕駛行為評價標準范圍本標準規(guī)定了基于車輛軌跡數(shù)據(jù)進行機動車駕駛行為評價的數(shù)據(jù)采集與清洗、評價指標體系構建、行為安全評價、算法效度檢驗等內(nèi)容。本標準適用于所有自然駕駛環(huán)境下通過全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem,GPS)或其他車載定位設備采集車輛軌跡數(shù)據(jù)對駕駛員駕駛行為進行安全性評價的過程。規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T19391-2003 全球定位系統(tǒng)(GPS)術語及定義GB/T16820-2009 地圖學術語GB20263-2006 導航電子地圖安全處理技術基本要求GA/T960-2011 公路交通安全態(tài)勢評估規(guī)范CJJ37-2012 城市道路工程設計規(guī)范JTGD20-2017 公路路線設計規(guī)范術語和定義自然駕駛naturalisticdriving駕駛員獨立地按照其日常的駕駛行為與駕駛習慣，無特別監(jiān)督的情況下在道路上駕駛車輛的過程。車輛軌跡數(shù)據(jù)vehicletrajectorydata由于車輛運行而產(chǎn)生的動態(tài)位置數(shù)據(jù)和行車數(shù)據(jù)的集合，通常包括時間戳、車輛編號、經(jīng)度、緯度、方向角、速度、縱向加速度等字段。典型的車輛軌跡包括秒級GPS定位數(shù)據(jù)、車輛車載診斷系統(tǒng)(OnBoardDiagnostics,OBD)數(shù)據(jù)等。時間戳timestamp軌跡數(shù)據(jù)的采集時間。時間戳應符合GB/T19391-2003《全球定位系統(tǒng)(GPS)術語及定義》中規(guī)定的GPS時間標準。經(jīng)度longitude符合GB20263-2006中空間位置技術處理要求的車輛位置經(jīng)度數(shù)據(jù)。緯度latitude符合GB20263-2006中空間位置技術處理要求的車輛位置緯度數(shù)據(jù)。方向角directionangle以一特定方向起始按順時針所量得某方向線的水平角。地圖投影中，一般以某一主方向為起始方向。[GB/T16820-2009，定義3.6]角速度angularvelocity方向角對時間的變化率，單位為或。速度speed車輛的瞬時速度，單位為km/h。車速差vehiclespeeddifference某一路段單位時間內(nèi)通過某一斷面所有車輛中的第85%位車速值與平均車速值的差值。[GA/T960-2011，定義2.3]加速度acceleration車輛速度對時間的變化率，以為單位。橫向速度lateralspeed與汽車行駛方向垂直的方向的速度。推薦選取相對汽車行駛方向的左向為正值，右向為負值。橫向加速度lateralacceleration車輛橫向速度對時間的變化率，以為單位。時間窗timewindow用于連續(xù)駕駛行為分析評價的最小時間單元。該時間窗應能夠滿足駕駛員調(diào)整車輛狀態(tài)的需求，以反映駕駛員的駕駛習慣。高頻軌跡數(shù)據(jù)high-frequencytrajectorydata采集頻率不低于1Hz的車輛軌跡數(shù)據(jù)。低頻軌跡數(shù)據(jù)low-frequencytrajectorydata采集頻率低于1Hz的車輛軌跡數(shù)據(jù)。安全等級safetylevel依據(jù)駕駛行為評價結果，對駕駛員駕駛行為安全性的分級，宜分為3-5級。一般規(guī)定評價對象自然駕駛條件下駕駛員、路段或區(qū)域的駕駛行為安全性。數(shù)據(jù)類別由于數(shù)據(jù)采集設備性能差異，所獲取的車輛軌跡數(shù)據(jù)頻率、精度、維度存在差異，在進行駕駛行為評價時應區(qū)別對待。本標準分別針對高頻數(shù)據(jù)和低頻數(shù)據(jù)定義評價方法。評價過程基于車輛軌跡數(shù)據(jù)的駕駛行為評價主要包括數(shù)據(jù)采集與清洗、評價指標體系構建、行為安全評價、算法效度檢驗四個部分。評價應用范圍高頻軌跡數(shù)據(jù)通過計算6.1節(jié)給出的指標及識別7.1.1節(jié)中定義的危險駕駛行為，高頻軌跡數(shù)據(jù)可應用于駕駛員個體行為安全性評價，以及集計性的中宏觀駕駛行為安全性評價，主要應用范圍包括：個體危險駕駛行為提醒：基于車載終端、專業(yè)軟件、導航應用API、可穿戴設備等硬件監(jiān)測駕駛行為并針對超速、急加速、急減速、急變道、急轉彎、疲勞駕駛等危險駕駛行為（7.1.1節(jié)）提供短臨提醒。個體行程行為安全性評價：基于駕駛員某段行程數(shù)據(jù)，使用6.1節(jié)中指標、7.1.1節(jié)中危險駕駛行為頻數(shù)或其他相關指標評估該行程的駕駛安全性水平。集計安全性評價：基于多名駕駛員的車輛軌跡數(shù)據(jù)，使用6.1節(jié)中指標、7.1.1節(jié)中危險駕駛行為頻數(shù)或其他相關指標開展路口、路段、路網(wǎng)層級的安全性評價或面向特定人群的駕駛行為安全性評價。低頻軌跡數(shù)據(jù)對于低頻軌跡數(shù)據(jù)，通常僅可使用6.2節(jié)給出的指標（速度、連續(xù)行駛時間等）及識別7.2.1節(jié)中定義的危險駕駛行為（超速、疲勞駕駛等）進行駕駛員個體駕駛行為安全性評價及集計性的中宏觀駕駛行為安全性評價，主要應用范圍包括：個體危險駕駛行為提醒：基于車載終端、專業(yè)軟件、導航應用API、可穿戴設備等硬件監(jiān)測駕駛行為并針對超速、疲勞駕駛等危險駕駛行為（7.2.1節(jié)）提供短臨提醒。個體行程行為安全性評價：基于駕駛員某段行程數(shù)據(jù)，使用6.2節(jié)中指標及7.2.1節(jié)中危險駕駛行為頻數(shù)評估該行程的駕駛安全性水平。集計安全性評價：基于多名駕駛員的車輛軌跡數(shù)據(jù)，使用6.2節(jié)中指標及7.2.1節(jié)中危險駕駛行為頻數(shù)開展路口、路段、路網(wǎng)層級的安全性評價或面向特定人群的駕駛行為安全性評價。數(shù)據(jù)采集與清洗車輛軌跡數(shù)據(jù)采集利用行車導航定位設備、車載OBD設備等連續(xù)采集駕駛員自然駕駛狀態(tài)下的車輛軌跡數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集設備應固定安裝或放置，避免或盡量減少對駕駛員產(chǎn)生物理或心理干擾，保證駕駛員處于正常、日常的駕駛狀態(tài)。數(shù)據(jù)質量異常數(shù)據(jù)比例在數(shù)據(jù)連續(xù)記錄情況下，所獲取的數(shù)據(jù)中異常（缺失、錯誤等）數(shù)據(jù)比例不超過數(shù)據(jù)總量的5%。時間戳數(shù)據(jù)的精度時間戳數(shù)據(jù)至少應包含有數(shù)據(jù)記錄的年、月、日、時、分、秒信息。經(jīng)度和緯度數(shù)據(jù)的精度車輛位置經(jīng)度和緯度數(shù)據(jù)的精度至少應達到10-6。方向角數(shù)據(jù)的精度方向角數(shù)據(jù)的精度至少應達到1度。數(shù)據(jù)清洗與異常數(shù)據(jù)處理異常數(shù)據(jù)識別應避免將危險行為識別為異常數(shù)據(jù)而排除，因此異常數(shù)據(jù)判別閾值應適當較大。充分考慮駕駛過程中可能出現(xiàn)的各類駕駛情況，本標準推薦將符合以下情況的數(shù)據(jù)識別為異常數(shù)據(jù)：速度大于200km/h速度小于0km/h加速度絕對值大于12m/s2橫向加速度絕對值大于12m/s2角速度絕對值大于90°/s定位經(jīng)緯度明顯偏離道路異常、缺失數(shù)據(jù)插值對于高頻軌跡數(shù)據(jù)，若連續(xù)異常、缺失的數(shù)據(jù)時長不大于2s，可以考慮使用以下插值方法對數(shù)據(jù)進行修補。加權均值插值使用異常、缺失數(shù)據(jù)前后的有效數(shù)據(jù)的加權均值進行修補，如式（1）所示： ?????????????????????????（1）式中：——異常、缺失的數(shù)據(jù)；、——異常、缺失的數(shù)據(jù)前后有效數(shù)據(jù)；、——權重系數(shù)，可根據(jù)應用場景或經(jīng)驗確定，推薦均取1。擬合插值對于坐標、速度、縱向加速度、橫向加速度、方向角等數(shù)據(jù)，可以依據(jù)異常、缺失數(shù)據(jù)前后數(shù)據(jù)變化趨勢，利用擬合方法對數(shù)據(jù)進行插值。圖1及式（2）—（4）給出了一種計算方法：圖SEQ圖\*ARABIC1擬合插值 ??????????????????????????????????（2） ????????????????????????????????????（3） ???????????????????????????????????（4）式中：——異常、缺失的數(shù)據(jù)；、、——異常、缺失的數(shù)據(jù)前的三階有效數(shù)據(jù)；、——異常、缺失的數(shù)據(jù)之前的兩個相鄰有效數(shù)據(jù)之差；、——權重系數(shù)，可根據(jù)應用場景或經(jīng)驗確定，在圖示的情況下，推薦取1/3，取2/3。在實際使用過程中，有效數(shù)據(jù)使用范圍可以拓展至更高階數(shù)；也可以利用類似原理，使用異常、缺失數(shù)據(jù)之后的有效數(shù)據(jù)進行插值。加速度插值考慮速度和縱向加速度之間的物理關聯(lián)，異常、缺失的速度數(shù)據(jù)可以使用前一有效速度數(shù)據(jù)和縱向加速度計算。在這種情況下，可假設加速度在異常、缺失的數(shù)據(jù)處保持恒定，如式（5）所示： ????????????????????????????????????????（5）式中：——異常、缺失的速度數(shù)據(jù)；——異常、缺失的數(shù)據(jù)前一有效速度數(shù)據(jù)；——異常、缺失的數(shù)據(jù)前一有效縱向加速度數(shù)據(jù)；——采樣間隔。評價指標體系構建高頻軌跡數(shù)據(jù)綜合國內(nèi)外常用的駕駛行為安全性評價指標，可用于高頻軌跡數(shù)據(jù)的評價指標體系如表1所示：表SEQ表\*ARABIC1高頻軌跡數(shù)據(jù)指標體系指標名稱符號定義計算公式速度車輛的瞬時速度，單位為km/h--速度均值車輛連續(xù)行駛過程中分析時段內(nèi)的車速平均值車速標準差車輛連續(xù)行駛過程中分析時段內(nèi)的車速標準差加速度車輛速度對時間的變化率，單位為m/s2--表1高頻軌跡數(shù)據(jù)指標體系（續(xù)）正加速度平均值車輛連續(xù)行駛過程中分析時段內(nèi)的正加速度平均值正加速度標準差車輛連續(xù)行駛過程中分析時段內(nèi)的正加速度標準差負加速度平均值車輛連續(xù)行駛過程中分析時段內(nèi)的負加速度平均值負加速度標準差車輛連續(xù)行駛過程中分析時段內(nèi)的負加速度標準差橫向速度與汽車行駛方向垂直的方向的速度--橫向速度均值車輛連續(xù)行駛過程中分析時段內(nèi)的橫向速度平均值橫向速度標準差車輛連續(xù)行駛過程中分析時段內(nèi)的橫向速度標準差橫向加速度車輛橫向速度對時間的變化率，單位為m/s2--橫向加速度均值車輛連續(xù)行駛過程中分析時段內(nèi)的橫向加速度平均值橫向加速度標準差車輛連續(xù)行駛過程中分析時段內(nèi)的橫向加速度標準差角速度車輛行駛方向角對時間的變化率，單位為--角速度均值車輛連續(xù)行駛過程中分析時段內(nèi)的角速度的平均值角速度標準差車輛連續(xù)行駛過程中分析時段內(nèi)的角速度的標準差連續(xù)行駛時間車輛連續(xù)行駛的時間--表1高頻軌跡數(shù)據(jù)指標體系（續(xù)）速度加速度絕對值某時刻速度與加速度乘積的絕對值，單位分別為km/h，m/s2--縱向急動度縱向加速度對時間的變化率橫向急動度橫向加速度對時間的變化率限速值基于車輛軌跡數(shù)據(jù)的GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)定位獲取的車輛所在路段的限速值。--路段車速差某一路段單位時間內(nèi)通過某一斷面所有車輛中的第85%位車速值與平均車速值的差值。--駕駛不平穩(wěn)度車輛連續(xù)行駛過程中分析時段內(nèi)相鄰記錄間速度差值的絕對值平均數(shù)低頻軌跡數(shù)據(jù)原則上只采用速度和連續(xù)行駛時間進行超速和疲勞駕駛行為的識別，評價指標如表2所示：表SEQ表\*ARABIC2低頻軌跡數(shù)據(jù)指標體系指標名稱符號定義速度車輛運行速度，單位為km/h連續(xù)行駛時間車輛連續(xù)行駛的時間行為安全評價高頻數(shù)據(jù)危險駕駛行為評價基于閾值的危險駕駛行為評價基于閾值的危險駕駛行為評價主要考慮短時間內(nèi)的行為指標變化，并結合實際交通環(huán)境進行分類。a)超速依據(jù)路段限速及當前車輛速度，分為安全、較安全、較危險和危險四類。限速值引自CJJ37-2012及JTGD20-2017。用于劃分不同安全等級的參考速度閾值如表3所示。貨車的參考閾值應在表格數(shù)據(jù)基礎上乘以0.5~0.7的系數(shù)。表SEQ表\*ARABIC3超速行為不同安全等級分類閾值單位為km/h道路限速較危險危險120(120,132](132,)100(100,110](110,)80(80,88](88,)60(60,66](66,)40(40,45](45,)30(30,35](35,)20(20,25](25,)b)急加速基于當前行駛速度，根據(jù)瞬時加速度將加速行為分為安全、較安全、較危險和危險四類。速度區(qū)間劃分參考CJJ37-2012及JTGD20-2017中對于道路限速的相關規(guī)定。在連續(xù)加速時，還應該使用根據(jù)時間窗（推薦采用3s）內(nèi)的平均加速度將加速行為分為安全和危險兩類。用于劃分不同安全等級的參考加速度閾值如表4所示。貨車的參考閾值應在表格數(shù)據(jù)基礎上乘以0.5~0.7的系數(shù)。表SEQ表\*ARABIC4急加速行為不同安全等級分類閾值單位為m/s2速度區(qū)間km/h瞬時加速度平均加速度安全較安全較危險危險安全危險(100,120](0,1.4](1.4,2.2](2.2,2.8](2.8,)(0,1.9](1.9,)(80,100](0,1.7](1.7,2.7](2.7,3.3](3.3,)(0,2.3](2.3,)(60,80](0,1.9](1.9,3.1](3.1,3.9](3.9,)(0,2.7](2.7,)(40,60](0,2.1](2.1,3.3](3.3,4.2](4.2,)(0,2.9](2.9,)(30,40](0,2.2](2.2,3.6](3.6,4.4](4.4,)(0,3.1](3.1,)(20,30](0,2.5](2.5,4.0](4.0,5.0](5.0,)(0,3.5](3.5,)≤20(0,2.5](2.5,4.0](4.0,5.0](5.0,)(0,3.5](3.5,)c)急減速基于當前行駛速度，根據(jù)瞬時加速度將減速行為分為安全、較安全、較危險和危險四類。速度區(qū)間劃分參考CJJ37-2012及JTGD20-2017中對于道路限速的相關規(guī)定。在連續(xù)減速時，還應該使用根據(jù)時間窗（推薦采用3s）內(nèi)的平均加速度將減速行為分為安全和危險兩類。用于劃分不同安全等級的參考加速度閾值如表5所示。貨車的參考閾值應在表格數(shù)據(jù)基礎上乘以0.5~0.7的系數(shù)。表SEQ表\*ARABIC5急減速行為不同安全等級分類閾值單位為m/s2速度區(qū)間km/h瞬時加速度平均加速度安全較安全較危險危險安全危險(100,120][-0.9,0)[-1.7,-0.9)[-2.3,-1.7)(,-2.3)[-1.4,0)(,-1.4)(80,100][-1.2,0)[-2.2,-1.2)[-2.8,-2.2)(,-2.8)[-1.8,0)(,-1.8)(60,80][-1.4,0)[-2.6,-1.4)[-3.4,-2.6)(,-3.4)[-2.2,0)(,-2.2)(40,60][-1.6,0)[-2.8,-1.6)[-3.7,-2.8)(,-3.7)[-2.4,0)(,-2.4)(30,40][-1.7,0)[-3.1,-1.7)[-3.9,-3.1)(,-3.9)[-2.6,0)(,-2.6)(20,30][-2.0,0)[-3.5,-2.0)[-4.5,-3.5)(,-4.5)[-3.0,0)(,-3.0)≤20[-2.0,0)[-3.5,-2.0)[-4.5,-3.5)(,-4.5)[-3.0,0)(,-3.0)d)急變道在車輛變換車道過程中，基于當前行駛速度，根據(jù)瞬時角速度將換道行為分為安全、較安全、較危險和危險四類。速度區(qū)間劃分參考CJJ37-2012及JTGD20-2017中對于道路限速的相關規(guī)定。用于劃分不同安全等級的參考角速度（絕對值）閾值如表6所示。貨車的安全閾值應在表格數(shù)據(jù)基礎上乘以0.5~0.7的系數(shù)。表SEQ表\*ARABIC6急變道行為不同安全等級分類閾值單位為速度區(qū)間km/h安全較安全較危險危險(100,120](0,4](4,7](7,9](9,)(80,100](0,4](4,7](7,9](9,)(60,80](0,5](5,8](8,10](10,)(40,60](0,6](6,9](9,12](12,)(30,40](0,6](6,9](9,12](12,)(20,30](0,7](7,12](12,15](15,)≤20(0,7](7,12](12,15](15,)e)急轉彎在車輛轉彎過程中，基于當前行駛速度，根據(jù)瞬時角速度將換道行為分為安全、較安全、較危險和危險四類。速度區(qū)間劃分參考CJJ37-2012及JTGD20-2017中對于道路限速的相關規(guī)定。用于劃分不同安全等級的參考角速度（絕對值）閾值如表7所示。貨車的安全閾值應在表格數(shù)據(jù)基礎上乘以0.5~0.7的系數(shù)。表SEQ表\*ARABIC7急轉彎行為不同安全等級分類閾值單位為速度區(qū)間km/h安全較安全較危險危險(100,120](0,6](6,9](9,12](12,)(80,100](0,7](7,12](12,15](15,)表7急轉彎行為不同安全等級分類閾值（續(xù)）單位為(60,80](0,10](10,16](16,20](20,)(40,60](0,11](11,17](17,22](22,)(30,40](0,12](12,20](20,25](25,)(20,30](0,15](15,24](24,30](30,)≤20(0,15](15,24](24,30](30,)f)疲勞駕駛每天駕駛超過8小時，或者連續(xù)駕車4小時沒有停車休息超過20分鐘的駕駛行為認定為疲勞駕駛。g)駕駛不平穩(wěn)在車里行駛過程中，根據(jù)車輛速度計算駕駛不平穩(wěn)度指標，將駕駛行為分為安全、較安全、較危險和危險四類。用于劃分不同安全等級的參考駕駛不平穩(wěn)度（絕對值）閾值如表8所示。推薦用于計算駕駛不平穩(wěn)度指標的時間窗長度為20s，以采樣頻率為1Hz進行比較。貨車的安全閾值應在表格數(shù)據(jù)基礎上乘以0.5~0.7的系數(shù)。表SEQ表\*ARABIC8駕駛不平穩(wěn)行為不同安全等級分類閾值單位為km/h安全較安全較危險危險(0,3](3,4](4,6](6,)基于機器學習方法危險駕駛行為評價利用7.1.1.1節(jié)閾值識別個體典型危險駕駛行為具有較好的應用性。實際評價過程中在復雜的道路交通環(huán)境下，僅基于閾值進行危險駕駛行為識別存在局限性，可結合機器學習算法通過挖掘隱性規(guī)律進行危險駕駛行為識別。標準給出應用機器學習算法進行危險駕駛行為評價的一般流程和要求。a）算法流程應用機器學習進行駕駛行為評價的技術路線如圖2所示：圖SEQ圖\*ARABIC2基于機器方法的駕駛行為評價技術路線圖b）算法的一般要求依據(jù)分析目標，參照6.1中的指標體系構建模型數(shù)據(jù)集，如數(shù)據(jù)條件允許或存在分析需要，可增加其他合適的指標。依照原始數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)特性采用無監(jiān)督、半監(jiān)督或監(jiān)督類機器學習算法進行建模。算法應充分考慮數(shù)據(jù)的共線性問題，算法的性能應至少能夠保證正確識別7.1.1.1節(jié)中“危險”等級的駕駛行為。應用于駕駛行為實時提醒產(chǎn)品的機器學習評價算法應充分考慮數(shù)據(jù)集樣本量、時空地域特性及駕駛員特征等因素。個體行程行為安全性評價個體行程行為安全性評價為基于某一駕駛員一段時間內(nèi)的車輛軌跡數(shù)據(jù)進行的駕駛行為安全性評價。本標準給出了一般性的評價指標選取原則和評價流程。評價指標體可選擇6.1節(jié)中指標、7.1.1節(jié)中危險駕駛行為頻數(shù)或其他相關指標（如超速、急加速、急減速、急轉彎、急換道事件占比等）。利用數(shù)理統(tǒng)計、機器學習或其他算法計算獲得駕駛員行程行為安全性。算法結果應該以百分制/十分制等形式給出，并根據(jù)需要將駕駛員駕駛行為安全性水平分為3-5類。評價的一般流程如圖3所示。圖SEQ圖\*ARABIC3個體行程行為安全評價技術路線圖集計安全性評價基于多名駕駛員的車輛軌跡數(shù)據(jù)，開展路口、路段、路網(wǎng)層級的安全性評價或面向特定人群的駕駛行為安全性評價。本標準給出了一般的評價指標選取和評價流程。評價指標體可選擇6.1節(jié)中指標、7.1.1節(jié)中危險駕駛行為頻數(shù)或其他相關指標（如超速、急加速、急減速、急轉彎、急換道事件占比等）。利用數(shù)理統(tǒng)計、機器學習或其他算法獲得不同道路區(qū)域的駕駛行為