一種基于車車通信的高效道路交通防碰撞預警方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于車車通信的十字路口碰撞預警方法，該方法首先根據自車以及鄰車的運動狀態(tài)信息判斷是否需要進行碰撞預警，然后計算自車與鄰車行使路徑未來交匯點的坐標，當交匯點位于自車行駛路徑前方時計算兩車到達交匯點的時間差，最后根據道路交通實際情況與該時間差設定安全系數，即預警的緊急情況等級。該方法提出了一種全新的基于未來交匯點時域特性的預警機制，基于車輛的局部地理位置信息以及車輛本身運動狀態(tài)信息實現動態(tài)安全預警決策，在保證高效可靠的安全預警的同時，使用較小的通信計算開銷，降低了車輛能量消耗，能夠提高車輛在道路上的通行能力，為車聯網的輔助行車安全應用提供了一個可選的簡便方法。
【專利說明】一種基于車車通信的高效道路交通防碰撞預警方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于物聯網產業(yè)化在道路交通安全和智能交通領域的應用，具體涉及一種基于車車通信和車輛地理位置信息交換的十字路口道路交通防碰撞預警方法。
【背景技術】
[0002]物聯網(Internet of Things，1T)是一種物與物相互聯系的網絡，它的基礎是互聯網，是互聯網應用方面的拓展。隨著物聯網技術的不斷創(chuàng)新和產業(yè)化的快速推進，物聯網在道路交通安全和智能交通領域有重要的應用。在道路交通安全和智能交通方面，物聯網主要以車到車無線通信、車到路邊單元以及車到網絡之間的無線通信為基礎，通過及時、可信的通信交換交通安全相關信息實現安全駕駛和舒適駕駛，在此領域物聯網又被稱作車聯網或車載自組織網。利用車載自組網，結合自車的GPS、CAN總線，安全系統(tǒng)可以提前通知駕駛員可能發(fā)生的危險情況，降低事故發(fā)生率。
[0003]交通防碰撞技術是道路行車安全方面的重要支撐技術，也是實現智能交通的基礎研究問題。在文獻[Zeadally, Sherali, et al."Vehicular ad hoc networks (VANETS): status, results, and challenges."Telecommunication Systems50.4(2012):217-241.]中總結了主要的車聯網通信方式，防止車輛碰撞的消息、路由等機制設計，然而這些機制依賴于復雜的消息通信結構、路由機制，網絡當中交換的數據量規(guī)模龐大。目前這方面的研究主要集中在國外，日本最早從20世紀80年代開始這方面研究。近年來，歐美國家也加大了對車載自組網的研究，比較著名的有:CarTalk2000從2001年開始，為期三年，主要是為了開發(fā)一種新的基于車間通信的駕 駛員輔助駕駛系統(tǒng)。C2C-CC(Car2Car CommunicationConsortium)由六家歐洲汽車廠商(BMW、DaimlerChrysIer> Volkswagen等)組成，致力于制訂一個Car2Car系統(tǒng)的通用標準，使不同廠商的汽車能互相通信。CHAUFFEUR2主要研究” Platooning of Vehicles”,前方車輛可以向后方車輛廣播消息。
[0004]大多數防碰撞機制實現復雜，往往會引入較大的通信開銷，造成網絡資源的不必要浪費。考慮到駕駛員視野范圍內的一些道路交通情況，例如車速比較慢的情況下，不需要進行車輛間的安全預警，這樣就省去了不必要的通信，減輕了無線信道的擁塞。而實際應用中，針對駕駛員的視野盲區(qū)，例如交通十字路口，又需要車載應用系統(tǒng)及時根據車-車等通信掌握的信息給駕駛員一個預警提示，甚至在緊急情況下由車輛自動采取一些安全防護措施。而預警機制需要在考慮到上述人為駕駛因素的同時，具有簡單、快速、可靠的特性，以更好的實現人-車-路的協(xié)同。本發(fā)明因此而來。

【發(fā)明內容】

[0005]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種適合十字路口安全特性的輔助駕駛員駕駛防碰撞的方法，在保證對威脅安全駕駛事件檢測可靠性的同時，降低了網絡通信的擁塞，有效提升了駕駛的安全性，簡單高效。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種一種基于車車通信的高效道路交通防碰撞預警方法，用于車聯網當中十字路口輔助車輛駕駛員進行安全駕駛，所述方法包括以下步驟:
[0007](I)獲取自車以及路口鄰近車輛的運動狀態(tài)信息，判斷車速是否低于安全車速判定閾值；
[0008](2)如果自車或者某個鄰居車輛的車速低于步驟(1)中給定的安全車速判定閾值，跳轉步驟(3);否則繼續(xù)執(zhí)行步驟(4)；
[0009](3)安全系數等級高，自車與某一鄰車之間不需要碰撞預警，算法退出執(zhí)行；
[0010](4)計算自車和鄰車行駛路徑的交匯點地理位置坐標；
[0011](5)判定交匯點是否位于自車駕駛員在車輛行駛方向上視野的前方，如果交匯點不位于自車的前方，跳轉步驟(3)執(zhí)行，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟(6)；
[0012](6)計算自車和鄰車到達交匯點的時間差；
[0013](7)根據(6)得到的時間差設定安全系數，當到達某一個安全系數值，設置預警的等級；
[0014](8)結束算法，退出執(zhí)行。
[0015]優(yōu)選地，步驟(1)中，車輛的運動狀態(tài)信息為車速、車輛行駛方向、地理位置，自車和鄰車的車輛運動狀態(tài)信息通過車載無線通信終端進行信息共享。
[0016]優(yōu)選地，在步驟(3)中安全系數的取值范圍為O~9之間的整數，其中O表示最安全，不需要預警警告；9表示最不安全，需要發(fā)出緊急預警警告。`
[0017]優(yōu)選地，步驟(4)中，計算自車和鄰車行駛路徑的交匯點地理位置坐標時，首先需要判斷自車與鄰車是否存在方向相關性，如不存在方向相關性，則不存在碰撞威脅，如存在方向相關性，則判斷鄰車是否處于自車的監(jiān)視區(qū)域內，如處于自車的監(jiān)視區(qū)域內則需要計算自車與鄰車的交匯點地理位置坐標。
[0018]優(yōu)選地，在步驟(4)中，判斷自車與鄰車是否存在方向相關性需要首先計算兩車運動方向之間的夾角，當兩車在十字路口尚未交會，行駛方向角之差在45度~135度以及225度~315度之間，判定兩車之間存在潛在的相撞危險；令α表示自車行駛方向與由南向北穿過自車的經線之間的夾角，令β表示鄰車行駛方向與由南向北穿過鄰車的經線之間的夾角，用Y表示兩車運動方向之間的夾角，則Y的值為:
[0019]y = ( β - α +360) %360 ；
[0020]令IsDirectionRelated表示鄰車相對自車的行駛方向，則:
【權利要求】
1.一種基于車車通信的高效道路交通防碰撞預警方法，用于車聯網當中十字路口輔助車輛駕駛員進行安全駕駛，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)獲取自車以及路口鄰近車輛的運動狀態(tài)信息，判斷車速是否低于安全車速判定閾值； (2)如果自車或者某個鄰居車輛的車速低于步驟(1)中給定的安全車速判定閾值，跳轉步驟(3);否則繼續(xù)執(zhí)行步驟(4)； (3)安全系數等級高，自車與某一鄰車之間不需要碰撞預警，算法退出執(zhí)行； (4)計算自車和鄰車行駛路徑的交匯點地理位置坐標； (5)判定交匯點是否位于自車駕駛員在車輛行駛方向上視野的前方，如果交匯點不位于自車的前方，跳轉步驟(3)執(zhí)行，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟(6 ); (6)計算自車和鄰車到達交匯點的時間差； (7)根據(6)得到的時間差設定安全系數，當到達某一個安全系數值，設置預警的等級； (8)結束算法，退出執(zhí)行。
2.根據權利要求1所述的一種基于車車通信的高效道路交通防碰撞預警方法，其特征在于，步驟(1)中，車輛的運動狀態(tài)信息為車速、車輛行駛方向、地理位置，自車和鄰車的車輛運動狀態(tài)信息通過車載無線通信終端進行信息共享。
3.根據權利要求1所述的一種基于車車通信的高效道路交通防碰撞預警方法，其特征在于，在步驟(3)中安全系數的取值范圍為O~9之間的整數，其中O表示最安全，不需要預警警告；9表示最不安全，需要發(fā)出緊急預警警告。
4.根據權利要求1所述的一種基于車車通信的高效道路交通防碰撞預警方法，其特征在于，步驟(4)中，計算自車和鄰車行駛路徑的交匯點地理位置坐標時，首先需要判斷自車與鄰車是否存在方向相關性，如不存在方向相關性，則不存在碰撞威脅，如存在方向相關性，則判斷鄰車是否處于自車的監(jiān)視區(qū)域內，如處于自車的監(jiān)視區(qū)域內則需要計算自車與鄰車的交匯點地理位置坐標。
5.根據權利要求4所述的一種基于車車通信的高效道路交通防碰撞預警方法，其特征在于，在步驟(4)中，判斷自車與鄰車是否存在方向相關性需要首先計算兩車運動方向之間的夾角，當兩車在十字路口尚未交會，行駛方向角之差在45度~135度以及225度~315度之間，判定兩車之間存在潛在的相撞危險；令α表示自車行駛方向與由南向北穿過自車的經線之間的夾角，令β表示鄰車行駛方向與由南向北穿過鄰車的經線之間的夾角，用Y表示兩車運動方向之間的夾角，則Y的值為:
Y= (β -a +360)%360 ； 令IsDirectionRelated表示鄰車相對自車的行駛方向，則:


6.根據權利要求5所述的一種基于車車通信的高效道路交通防碰撞預警方法，其特征在于，在步驟(4)中，判斷鄰車是否在自車的監(jiān)視區(qū)域內時，首先應計算兩車的坐標差值，其計算公式為:
lat_diff= [x2 X cos ( Θ ) +y2 X sin ( θ ) ] - [X1X cos ( θ ) +Y1X sin ( θ )]
lng_diff= [y2 X cos ( Θ ) -χ2 X sin ( Θ ) ] - Ey1 X cos ( Θ ) -X1X sin ( Θ )] 其中，lat_diff表示兩車橫坐標的差值，lng_diff表示兩車縱坐標的差值，X1和yi分別表示自車的緯度、經度數值，X2和72分別表示鄰車的緯度、經度數值，Θ表示自車行駛方向與與由南向北穿過自車的經線之間的夾角； 接著根據鄰車相對于自車的方位判斷鄰車是否在自車的監(jiān)視區(qū)域內，令IsInRegion表示鄰車相對于自車的方位，則:
7.根據權利要求6所述的一種基于車車通信的高效道路交通防碰撞預警方法，其特征在于，判定交匯點是否位于自車駕駛員在車輛行駛方向上視野的前方的判斷式為:
X X cos a +y X sin α > X1X a +J1X sin α 如果上述判斷式成立，則交匯點在自車的未來行駛路徑前方。
8.根據權利要求7所述的一種基于車車通信的高效道路交通防碰撞預警方法，其特征在于，在步驟(6)中計算自車和鄰車到達交匯點的時間差包括如下步驟: (a)計算自車到交匯點的時間h:
9.根據權利要求8所述的一種基于車車通信的高效道路交通防碰撞預警方法，其特征在于，在步驟(7)設置預警安全等級按下面的方法進行設置: 當At≤3時，緊急報警；當3〈 Δt≤6時，中級報警；當6〈Δt≤9時，初級報警；當Δt>9時，不報警。
10.根據權利要求1所述的一種基于車車通信的高效道路交通防碰撞預警方法，其特征在于，在步驟(1)中，安全車速判定閾值為5km/s。
【文檔編號】G08G1/16GK103514758SQ201310430201
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2013年9月18日
【發(fā)明者】黃劉生, 徐宏力, 陳龍, 趙揚, 謝立嘉 申請人:中國科學技術大學蘇州研究院