基于时间误差的轨迹碰撞检测方法及装置

本技术涉及数据处理领域，具体涉及一种基于时间误差的轨迹碰撞检测方法及装置。

背景技术：

1、在航空航天、自动驾驶、智能交通及无人机集群控制等高科技领域，空间轨迹碰撞预警技术扮演着至关重要的角色，它直接关系到运动体的安全与运行效率。传统上，碰撞预警系统主要依赖于基于固定时间步长的轨迹预测方法，通过历史轨迹数据来拟合运动模型。然而，这种方法的一个显著缺陷在于其对时间误差的处理不足。在实际场景中，由于卫星时钟漂移、多传感器数据融合延迟以及gps信号延迟等因素的存在，时间误差难以避免。现有技术往往假设所有轨迹的时间戳严格同步，或仅进行简单的时间插值处理，这导致预测位置与真实位置之间可能产生显著偏差，从而引发误报或漏报。

2、此外，现有技术通常采用固定的探测距离阈值来判断碰撞风险。这种“一刀切”的做法未充分考虑运动体的速度和方向差异，另一方面，在计算效率方面，现有技术的计算复杂度高达o(n2)，难以满足实时性要求较高的应用场景。

3、综上所述，现有空间轨迹碰撞预警技术在时间误差处理、探测距离设定、计算效率以及适用性等方面存在明显不足。因此，亟需研发一种能够顾及时间误差和运动状态的空间轨迹碰撞检测方法，能够提高实时轨迹检测的准确性和效率。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本技术提供一种基于时间误差的轨迹碰撞检测方法及装置，能够提高实时轨迹检测的准确性和效率。

2、为了解决上述问题中的至少一个，本技术提供以下技术方案：

3、第一方面，本技术提供一种基于时间误差的轨迹碰撞检测方法，包括：

4、获取运动物体的空间轨迹，将所述空间轨迹分割为短时段，对各所述短时段内的空间轨迹进行局部运动趋势提取，确定对应的运动向量，将所述运动向量和预设时间误差输入设定探测距离模型，确定所述探测距离模型输出的探测距离阈值，其中，所述运动向量包括速度大小、速度方向以及加速度信息；

5、根据所述探测距离阈值确定空间网格的网格大小，并基于所述网格大小对目标三维空间进行空间分割，确定对应的动态体素网格空间，将所述动态体素网格空间与所述空间轨迹及其运动向量关联，在所述动态体素网格空间内进行轨迹筛选，确定同一网格空间内的轨迹对，将所述轨迹对的空间轨迹和运动向量输入预设轨迹预测模型，根据卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，确定对应的多个预测轨迹点；

6、基于飞行器物理尺寸、轨迹夹角、相对速度以及系统响应时间构建碰撞区域模型，获取与所述轨迹对对应的环境数据，将所述环境数据和所述轨迹对的运动向量输入所述碰撞区域模型，确定对应的轨迹附加范围，根据所述轨迹附加范围对所述预测轨迹点进行扩展，确定扩展后的预测轨迹区域，根据所述预测轨迹区域间的重叠程度进行轨迹碰撞检测和预警。

7、进一步地，所述对各所述短时段内的空间轨迹进行局部运动趋势提取，确定对应的运动向量，包括：

8、对每个短时段内的空间轨迹数据，采用向量场模型拟合位置-时间序列确定对应的瞬时速度向量和瞬时加速度向量；

9、将所述瞬时速度向量和所述瞬时加速度向量与所述向量场模型中的方向向量结合，确定对应的运动向量。

10、进一步地，所述将所述运动向量和预设时间误差输入设定探测距离模型之前，包括：

11、根据速度大小、时间误差、初始距离补偿量以及初始安全系数构建初始模型，其中，所述初始安全系数基于运动体类型预设，所述初始距离补偿量基于时间误差范围设定；

12、对所述初始模型定义损失函数，根据历史轨迹数据训练集对所述初始模型进行模型训练，调整所述初始距离补偿量和所述初始安全系数，确定对应的探测距离模型。

13、进一步地，所述根据所述探测距离阈值确定空间网格的网格大小，并基于所述网格大小对目标三维空间进行空间分割，确定对应的动态体素网格空间，包括：

14、基于当前运动体的速度大小，确定对应的动态调整系数，将所述动态调整系数和所述探测距离阈值相乘，确定对应的空间网格的边长；

15、基于当前运动体的速度方向和所述空间网格的边长对目标三维空间进行加密网格划分，确定对应的动态体素网格空间。

16、进一步地，所述将所述轨迹对的空间轨迹和运动向量输入预设轨迹预测模型，根据卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，确定对应的多个预测轨迹点，包括：

17、将所述轨迹对的空间轨迹和运动向量输入预设轨迹预测模型，通过卡尔曼滤波算法的时间更新步骤预测下一时刻的轨迹状态向量，确定对应的预测轨迹点；

18、结合传感器观测数据对所述预测轨迹点进行预测状态修正，确定对应的未来时间窗内多个离散时刻的预测轨迹点。

19、进一步地，所述基于飞行器物理尺寸、轨迹夹角、相对速度以及系统响应时间构建碰撞区域模型，包括：

20、根据飞行器物理尺寸确定碰撞区域的初始半径，根据两条轨迹的速度向量夹角调整碰撞区域的扩展权重，确定对应的扩展权重系数，结合相对速度和系统响应时间对所述初始半径进行扩展，确定对应的扩展碰撞范围；

21、根据所述初始半径、所述扩展权重系数以及所述扩展碰撞范围构建碰撞区域模型。

22、进一步地，所述获取与所述轨迹对对应的环境数据，将所述环境数据和所述轨迹对的运动向量输入所述碰撞区域模型，确定对应的轨迹附加范围，包括：

23、通过传感器采集目标三维空间内的环境数据，将所述环境数据与所述轨迹对的运动向量关联，输入所述碰撞区域模型；

24、所述碰撞区域模型基于所述环境数据中的飞行器物理尺寸确定对应的初始附加范围，基于所述环境数据中的系统响应时间调整扩展碰撞范围，基于所述运动向量确定对应的扩展权重系数，根据所述扩展碰撞范围和所述扩展权重系数对所述初始附加范围进行扩展，确定对应的轨迹附加范围。

25、第二方面，本技术提供一种基于时间误差的轨迹碰撞检测装置，包括：

26、探测阈值确定模块，用于获取运动物体的空间轨迹，将所述空间轨迹分割为短时段，对各所述短时段内的空间轨迹进行局部运动趋势提取，确定对应的运动向量，将所述运动向量和预设时间误差输入设定探测距离模型，确定所述探测距离模型输出的探测距离阈值，其中，所述运动向量包括速度大小、速度方向以及加速度信息；

27、轨迹预测模块，用于根据所述探测距离阈值确定空间网格的网格大小，并基于所述网格大小对目标三维空间进行空间分割，确定对应的动态体素网格空间，将所述动态体素网格空间与所述空间轨迹及其运动向量关联，在所述动态体素网格空间内进行轨迹筛选，确定同一网格空间内的轨迹对，将所述轨迹对的空间轨迹和运动向量输入预设轨迹预测模型，根据卡尔曼滤波算法进行轨迹预测，确定对应的多个预测轨迹点；

28、轨迹拓展模块，用于基于飞行器物理尺寸、轨迹夹角、相对速度以及系统响应时间构建碰撞区域模型，获取与所述轨迹对对应的环境数据，将所述环境数据和所述轨迹对的运动向量输入所述碰撞区域模型，确定对应的轨迹附加范围，根据所述轨迹附加范围对所述预测轨迹点进行扩展，确定扩展后的预测轨迹区域，根据所述预测轨迹区域间的重叠程度进行轨迹碰撞检测和预警。

29、第三方面，本技术提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的基于时间误差的轨迹碰撞检测方法的步骤。

30、第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的基于时间误差的轨迹碰撞检测方法的步骤。

31、第五方面，本技术提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现所述的基于时间误差的轨迹碰撞检测方法的步骤。

32、由上述技术方案可知，本技术提供一种基于时间误差的轨迹碰撞检测方法及装置，通过构建向量场对空间轨迹进行分段的局部运动趋势提取，将提取得到的运动向量和预设时间误差输入设定探测距离模型，得到探测距离阈值，基于该探测距离阈值对目标三维空间进行网格划分，并将划分后的网格空间与空间轨迹及其运动向量关联，在网格空间内进行轨迹筛选，得到统一网格内的轨迹对，并进行轨迹预测，构建碰撞区域模型，基于飞行器物理尺寸和多种环境参数对经过预测后的轨迹点进行碰撞范围扩展，并基于扩展后的预测轨迹区域进行轨迹碰撞检测和预警，由此能够提高实时轨迹检测的准确性和效率。