基于大數(shù)據(jù)分析的公交車異常行為識別

譚運 陶衛(wèi)星 周行

摘 要：隨著社會的發(fā)展，公交車的安全運營成為社會關注的焦點。如何降低交通安全隱患構建智慧交通系統(tǒng)，是當前亟待解決的問題。本文利用車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的識別技術，提出了基于層次分析法的行車安全評價模型。通過實時的對駕駛車輛進行追蹤和評價，實現(xiàn)對駕駛員駕駛狀態(tài)的行為分析，從而及時對具有不良駕駛行為的車輛進行安全預警，保障公交車出行的安全。

關鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng);層次分析法;行車安全評價模型;行為分析

0 引言

隨著經(jīng)濟和工業(yè)的發(fā)展以及人們對綠色、環(huán)保、低碳生活的需求，公交車成為了廣大市民綠色出行最主要的交通工具。近年來，由于公交司機駕駛途中被乘客干擾、司機駕駛疲勞、駕駛行為不規(guī)范等問題直接造成了多起重大交通事故。如何有效的管理公交車輛的運營，從源頭上減少事故的發(fā)生是當前亟待解決的問題。

當前國內(nèi)很多研究使用神經(jīng)網(wǎng)絡模型對駕駛行為進行分析和預測，但是由于神經(jīng)網(wǎng)絡模型本身比較復雜，運行速度較慢，在工作效率上比較落后。為了提高工作效率，本研究借助車聯(lián)網(wǎng)在信息網(wǎng)絡上采集車輛的行車數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行去噪，然后利用層次分析法構建一個行車安全評價模型。在該評價模型中，本文考慮了多種駕駛行為對行車安全的綜合影響，通過設計駕駛行為識別算法對數(shù)據(jù)進行分析，從而對駕駛員駕駛行為進行評價。

1 駕駛行為數(shù)據(jù)的采集與處理

本研究借助車聯(lián)網(wǎng)的識別技術，實現(xiàn)在信息網(wǎng)絡上實時收集車輛的屬性信息和靜、動態(tài)信息，采集的數(shù)據(jù)主要包括車輛的車牌號碼、經(jīng)緯度信息、ACC狀態(tài)（熄火/點火狀態(tài)）、GPS速度。

在本研究中，主要通過清除速度異常值實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的清洗。本研究所認為的速度異常值指的是：（1）速度明顯不符合實際情況的，比如，當車輛屬于熄火狀態(tài)時，速度值不為0的數(shù)據(jù)，或者根據(jù)運輸行業(yè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，速度超過了200km/h的視為速度異常值;（2）通過經(jīng)緯度計算出的速度值與GPS記錄的速度值相差比較大的數(shù)據(jù)，在本研究中，認為兩者相差值超過10km/h的速度視為速度異常值。在這里，給出了速度異常值的判斷計算公式：

其中，表示通過經(jīng)緯度求出的兩點之間的距離，、分別表示、兩點的經(jīng)緯度坐標;表示地球半徑;表示通過經(jīng)緯度求出來的車速。

2 駕駛行為識別算法

2.1 符號說明

符號 定義 GPS速度（） 前一時刻的GPS速度（） 后一時刻的GPS速度（） 最高車速限值（） 加速度（） 加速度限速（） 車連續(xù)運行時長（） 車累積休息時長（）

2.2 行車安全評價指標的確定

參考文獻《基于車輛運行監(jiān)控系統(tǒng)的駕駛行為安全與節(jié)能評價方法研究》，本研究提出以下駕駛行為行車安全指標，詳見表1。

本研究中將緊急制動、熄火行駛作為減速操作駕駛行為的評價指標，將超速行駛、急加速行駛、車速穩(wěn)定性作為車速控制的評價指標，將疲勞駕駛作為駕駛員狀態(tài)的評價指標。為了后面便于描述，用分別表示減速操作、車速控制、駕駛員狀態(tài)三種駕駛行為，用分別表示緊急制動、熄火行駛、超速行駛、急加速行駛、車速穩(wěn)定性、疲勞駕駛6種評價指標。

2.3 行車安全評價指標識別算法

（1）緊急制動識別算法：

a.觸發(fā)條件：當車的GPS速度出現(xiàn)減速情況時開始識別，即：。

b.評價方法：在滿足觸發(fā)條件的基礎上，計算加速度：

判斷加速度a的絕對值是否大于加速度限值a1：若，則不存在緊急制動情況;若，且減速時間發(fā)生在3秒內(nèi)，則認為該駕駛行為屬于緊急制動情況，記錄該不良駕駛行為的次數(shù)和總時長。在本研究中，我們將加速度限速為

c.終止條件：當速度重新保持不變時，即=0時，終止。

（2）熄火行駛識別算法：

a.觸發(fā)條件：當車的GPS速度出現(xiàn)減速情況時開始識別，即。

b.評價方法：在滿足觸發(fā)條件的基礎上，判斷的狀態(tài)：若，即車屬于熄火狀態(tài)，則該駕駛行為屬于熄火行駛，應記錄該不良駕駛行為的次數(shù)和總時長;若，即車屬于點火狀態(tài)，則該駕駛行為不屬于熄火行駛。

c.終止條件：當速度重新保持不變時，即時，終止。

（3）超速行駛識別算法：

a.觸發(fā)條件：當車的GPS速度不為0時開始識別，即。

b.評價方法：在滿足觸發(fā)條件的基礎上，判斷車速是否大于最高車速限值：若，即車速超過最高車速限值，若超速時間維持大于3秒，則認為該駕駛行為屬于超速行駛，記錄超速行駛的次數(shù)和總時長;若，則該行為不屬于超速行為。

c.終止條件：當車的行駛速度為0時，終止。

（4）急加速行駛評價模型：

a.觸發(fā)條件：當車的行駛速度出現(xiàn)速度增加的情況時開始識別，即。

b.評價方法：在滿足觸發(fā)條件的基礎下，計算加速度：

判斷加速度a是否大于最大加速度限值：若，即加速度大于最大加速度限值，若速度變化在3秒內(nèi)發(fā)生，認為該行駛行為屬于急加速行駛，應記錄急加速行駛的次數(shù)和總時長;若，則該行駛行為不屬于急加速行駛。在本研究中，加速度限速為.

c.終止條件：當車的行駛速度重新穩(wěn)定時，即時，終止。

（5）車速穩(wěn)定性識別算法：

車速穩(wěn)定性是指車行駛過程中速度的穩(wěn)定程度，在行駛過程中，如果車速波動過大，造成增加了車輛行駛的不安全。在本文中我們使用車的行駛速度的標準差來表示了車速的離散程度，即：標準差越大，離散度越大，車速變化頻繁。計算車速的標準差公式如下：

其中，表示車在這一段行駛過程中的平均速度，表示一共記錄了多少條速度數(shù)據(jù)，表示車速的標準方差。

（6）疲勞駕駛識別算法：

a.觸發(fā)條件：當車的GPS速度不為0時開始識別，即。

b.評價方法：在滿足觸發(fā)條件的基礎上，計算速度連續(xù)不為0的時長，若該時長大于4小時，則認為該駕駛行為屬于疲勞駕駛。若連續(xù)駕駛時長在4小時內(nèi)，則認為該行為不屬于疲勞駕駛。

c.終止條件：當車的行駛速度再次為0時，且連續(xù)為0的時長大于8小時，終止。

3 基于AHP的行車安全評價模型

本研究中，我們先用層次分析法求出駕駛員行為對行車安全的權重比例，再制定駕駛員駕駛行為得分標準，通過駕駛行為評價指標識別算法求出駕駛員減速操作、車速控制以及駕駛員狀態(tài)三個駕駛行為的得分，用三個駕駛行為的得分別乘以三個駕駛行為對行車安全的權重，從而得到一個判斷駕駛行為的總得分，用總得分去評價一個駕駛員的行車安全。駕駛員駕駛行為得分標準，如表2所示：

3.1 建立層次結構模型

本研究中，將行車安全作為層次結構中的目標層，行車安全的六個評價指標作為層次結構中的準則層，駕駛員的三種駕駛行為作為方案層。得到層次結構圖如圖1所示：

3.2 構造判斷矩陣

參照1～9標度法構造如下判斷矩陣：

其中，矩陣A表示行車安全的6個評價指標對行車安全的相關重要性的比較，矩陣（）分別表示減速操作、車速控制、駕駛員狀態(tài)三種駕駛行為對第個行車安全評價指標的相關重要性的比較。利用MATLAB對判斷矩陣進行一致性檢驗，并同時通過MATLAB求出層次單排序的結果，結果如下：

當駕駛員駕駛行為安全得分低于75時，對駕駛員進行提示，當駕駛員駕駛行為低于60分時，對駕駛員進行預警。

4 結語

本研究基于車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的識別技術，利用層次分析法構建一個行車安全評價模型。通過這個模型可以得到駕駛員當前駕駛行為的安全性得分，并反饋給系統(tǒng)，評估行為是否安全，然后通過車載系統(tǒng)及時進行反饋提醒駕駛員進行調(diào)整車輛狀態(tài)，最終保證駕駛安全。該模型針對車輛的運行狀態(tài)，分析預警駕駛行為，可以大大提高行車安全性。

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