基于驾驶表征行为的在线驾驶风格识别及道路验证

【字体: 时间:2025年05月29日 来源:Engineering Applications of Artificial Intelligence 7.5

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  为解决现有驾驶风格识别(DSR)方法在特征选择可靠性及动态描述精度上的不足,研究人员开展基于表征行为的 DSR 方法研究。通过引入驾驶风格区分度(DSD)和遗传算法特征选择(GA-FS),构建识别模型并计算驾驶风格指数(DSI)。道路测试验证方法可行,为 DSR 提供新方案。

  
在智能交通领域,驾驶风格识别(Driving Style Recognition, DSR)如同一位 “隐形考官”,默默分析着驾驶员的行为密码。它不仅关乎交通安全 —— 激进驾驶风格可能是交通事故的潜在隐患,还与车辆能耗紧密相连,不同驾驶习惯会导致燃油消耗出现显著差异,同时也是实现个性化自动驾驶的关键一环。然而,当前 DSR 领域面临两大挑战:一是传统聚类算法在特征选择上依赖主观经验,若输入特征与驾驶风格无关联,将导致识别结果不可靠;二是多数方法仅能输出驾驶风格类别,难以对驾驶风格的动态变化进行精准量化描述,就像只能给驾驶员贴标签,却无法实时记录他们在旅途中的风格 “变奏曲”。

为打破这些瓶颈,国内研究团队围绕驾驶风格的在线精准识别展开攻关。研究团队致力于开发一种能够实时捕捉驾驶行为动态特征、兼具可靠性与量化能力的 DSR 方法,相关成果发表在《Engineering Applications of Artificial Intelligence》。

研究人员采用的关键技术方法包括:

  1. 数据采集与处理:收集自然驾驶数据,通过驾驶行为单元(Driving Behavior Unit, DBU)识别器与拼接器,提取跟车、加速、减速三类驾驶行为数据片段(Driving Behavior Data Fragments, DBDFs)。
  2. 特征选择优化:引入基于遗传算法的特征选择(Genetic-Algorithm-Based Feature Selection, GA-FS)方法,筛选与驾驶风格最相关的特征,提升聚类算法的可靠性。
  3. 表征行为搜索:提出驾驶风格区分度(Driving Style Distinction, DSD)指标,辅助 k-means 算法搜索驾驶风格表征行为(Driving Style Representing Behaviors, DSRBs)。
  4. 实时识别与量化:通过监督学习构建 DSRB 识别模型,并计算驾驶风格指数(Driving Style Index, DSI),实现驾驶风格的在线量化描述。

研究结果


1. 驾驶行为数据片段提取


研究设计了包含 DBU 识别器与 DBU 拼接器的新型提取方法。DBU 识别器基于车辆传感器数据,精准识别跟车、加速、减速等独立驾驶行为单元;DBU 拼接器则将这些单元按时间序列拼接为完整的 DBDFs,为后续分析提供结构化数据基础。

2. 驾驶风格表征行为搜索


通过 DSD 指标与 GA-FS 方法的结合,k-means 算法能够有效从三类 DBDFs 中筛选出对驾驶风格区分最具代表性的行为模式。GA-FS 通过模拟生物进化过程,在特征空间中搜索最优特征组合,显著提升了聚类结果与驾驶风格的关联性,避免了传统主观特征选择的局限性。

3. 驾驶风格在线识别与量化


利用筛选出的特征和 DSRBs,研究人员构建了监督学习模型(如分类算法),实现对实时驾驶行为的 DSRB 识别。在此基础上,通过定义 DSI 计算公式(综合各类 DSRB 的出现频率与强度),将驾驶风格转化为可实时更新的量化指标。例如,激进驾驶风格对应的 DSI 可能在加速、减速行为的高强度特征上表现突出,而保守风格则在跟车距离保持等特征上得分较高。

4. 道路测试验证


通过实车道路测试,研究团队验证了 RB-DSR 方法的可行性。测试结果表明,该方法能够准确区分不同驾驶风格(如激进、正常、保守),DSI 指标对驾驶风格的动态变化响应灵敏,例如在驾驶员从城市道路切换至高速道路时,DSI 能实时反映出加速与跟车行为的模式变化。与传统方法相比,RB-DSR 在特征选择的客观性和量化描述的精度上均表现更优。

研究结论与意义


本研究提出的基于表征行为的在线驾驶风格识别方法(RB-DSR),通过 DSD、GA-FS 与 DSI 等创新设计,系统性解决了传统 DSR 方法在特征选择可靠性与动态描述能力上的不足。其核心价值体现在:

  • 方法创新:将遗传算法与聚类分析结合,为驾驶行为特征选择提供了数据驱动的客观范式,减少了人为经验偏差的影响。
  • 应用突破:DSI 的提出使驾驶风格从模糊的类别标签转化为可量化的动态指标,为智能车辆的实时个性化控制(如自适应巡航、能量管理系统)提供了关键参数支持。
  • 实践验证:道路测试证实了方法的工程可行性,为其在智能交通系统、车联网及自动驾驶领域的落地应用奠定了基础,有望在提升交通安全、优化能源利用效率等方面发挥重要作用。

该研究不仅丰富了驾驶风格识别的技术体系,更通过跨学科融合,为智能车辆领域的 “人 - 车 - 路” 协同控制提供了新的思路与工具,展现了数据驱动方法在交通行为分析中的巨大潜力。

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