一种基于车车通信的高效道路交通防碰撞预警方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于车车通信的十字路口碰撞预警方法，该方法首先根据自车以及邻车的运动状态信息判断是否需要进行碰撞预警，然后计算自车与邻车行使路径未来交汇点的坐标，当交汇点位于自车行驶路径前方时计算两车到达交汇点的时间差，最后根据道路交通实际情况与该时间差设定安全系数，即预警的紧急情况等级。该方法提出了一种全新的基于未来交汇点时域特性的预警机制，基于车辆的局部地理位置信息以及车辆本身运动状态信息实现动态安全预警决策，在保证高效可靠的安全预警的同时，使用较小的通信计算开销，降低了车辆能量消耗，能够提高车辆在道路上的通行能力，为车联网的辅助行车安全应用提供了一个可选的简便方法。
【专利说明】一种基于车车通信的高效道路交通防碰撞预警方法【技术领域】
[0001]本发明属于物联网产业化在道路交通安全和智能交通领域的应用，具体涉及一种基于车车通信和车辆地理位置信息交换的十字路口道路交通防碰撞预警方法。
【背景技术】
[0002]物联网(Internet of Things，1T)是一种物与物相互联系的网络，它的基础是互联网，是互联网应用方面的拓展。随着物联网技术的不断创新和产业化的快速推进，物联网在道路交通安全和智能交通领域有重要的应用。在道路交通安全和智能交通方面，物联网主要以车到车无线通信、车到路边单元以及车到网络之间的无线通信为基础，通过及时、可信的通信交换交通安全相关信息实现安全驾驶和舒适驾驶，在此领域物联网又被称作车联网或车载自组织网。利用车载自组网，结合自车的GPS、CAN总线，安全系统可以提前通知驾驶员可能发生的危险情况，降低事故发生率。
[0003]交通防碰撞技术是道路行车安全方面的重要支撑技术，也是实现智能交通的基础研究问题。在文献[Zeadally, Sherali, et al."Vehicular ad hoc networks (VANETS): status, results, and challenges."Telecommunication Systems50.4(2012):217-241.]中总结了主要的车联网通信方式，防止车辆碰撞的消息、路由等机制设计，然而这些机制依赖于复杂的消息通信结构、路由机制，网络当中交换的数据量规模庞大。目前这方面的研究主要集中在国外，日本最早从20世纪80年代开始这方面研究。近年来，欧美国家也加大了对车载自组网的研究，比较著名的有:CarTalk2000从2001年开始，为期三年，主要是为了开发一种新的基于车间通信的驾 驶员辅助驾驶系统。C2C-CC(Car2Car CommunicationConsortium)由六家欧洲汽车厂商(BMW、DaimlerChrysIer> Volkswagen等)组成，致力于制订一个Car2Car系统的通用标准，使不同厂商的汽车能互相通信。CHAUFFEUR2主要研究” Platooning of Vehicles”,前方车辆可以向后方车辆广播消息。
[0004]大多数防碰撞机制实现复杂，往往会引入较大的通信开销，造成网络资源的不必要浪费。考虑到驾驶员视野范围内的一些道路交通情况，例如车速比较慢的情况下，不需要进行车辆间的安全预警，这样就省去了不必要的通信，减轻了无线信道的拥塞。而实际应用中，针对驾驶员的视野盲区，例如交通十字路口，又需要车载应用系统及时根据车-车等通信掌握的信息给驾驶员一个预警提示，甚至在紧急情况下由车辆自动采取一些安全防护措施。而预警机制需要在考虑到上述人为驾驶因素的同时，具有简单、快速、可靠的特性，以更好的实现人-车-路的协同。本发明因此而来。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适合十字路口安全特性的辅助驾驶员驾驶防碰撞的方法，在保证对威胁安全驾驶事件检测可靠性的同时，降低了网络通信的拥塞，有效提升了驾驶的安全性，简单高效。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种一种基于车车通信的高效道路交通防碰撞预警方法，用于车联网当中十字路口辅助车辆驾驶员进行安全驾驶，所述方法包括以下步骤:
[0007](I)获取自车以及路口邻近车辆的运动状态信息，判断车速是否低于安全车速判定阈值；
[0008](2)如果自车或者某个邻居车辆的车速低于步骤(1)中给定的安全车速判定阈值，跳转步骤(3);否则继续执行步骤(4)；
[0009](3)安全系数等级高，自车与某一邻车之间不需要碰撞预警，算法退出执行；
[0010](4)计算自车和邻车行驶路径的交汇点地理位置坐标；
[0011](5)判定交汇点是否位于自车驾驶员在车辆行驶方向上视野的前方，如果交汇点不位于自车的前方，跳转步骤(3)执行，否则继续执行步骤(6)；
[0012](6)计算自车和邻车到达交汇点的时间差；
[0013](7)根据(6)得到的时间差设定安全系数，当到达某一个安全系数值，设置预警的等级；
[0014](8)结束算法，退出执行。
[0015]优选地，步骤(1)中，车辆的运动状态信息为车速、车辆行驶方向、地理位置，自车和邻车的车辆运动状态信息通过车载无线通信终端进行信息共享。
[0016]优选地，在步骤(3)中安全系数的取值范围为O~9之间的整数，其中O表示最安全，不需要预警警告；9表示最不安全，需要发出紧急预警警告。`
[0017]优选地，步骤(4)中，计算自车和邻车行驶路径的交汇点地理位置坐标时，首先需要判断自车与邻车是否存在方向相关性，如不存在方向相关性，则不存在碰撞威胁，如存在方向相关性，则判断邻车是否处于自车的监视区域内，如处于自车的监视区域内则需要计算自车与邻车的交汇点地理位置坐标。
[0018]优选地，在步骤(4)中，判断自车与邻车是否存在方向相关性需要首先计算两车运动方向之间的夹角，当两车在十字路口尚未交会，行驶方向角之差在45度~135度以及225度~315度之间，判定两车之间存在潜在的相撞危险；令α表示自车行驶方向与由南向北穿过自车的经线之间的夹角，令β表示邻车行驶方向与由南向北穿过邻车的经线之间的夹角，用Y表示两车运动方向之间的夹角，则Y的值为:
[0019]y = ( β - α +360) %360 ；
[0020]令IsDirectionRelated表示邻车相对自车的行驶方向，则:
【权利要求】
1.一种基于车车通信的高效道路交通防碰撞预警方法，用于车联网当中十字路口辅助车辆驾驶员进行安全驾驶，其特征在于，所述方法包括以下步骤: (1)获取自车以及路口邻近车辆的运动状态信息，判断车速是否低于安全车速判定阈值； (2)如果自车或者某个邻居车辆的车速低于步骤(1)中给定的安全车速判定阈值，跳转步骤(3);否则继续执行步骤(4)； (3)安全系数等级高，自车与某一邻车之间不需要碰撞预警，算法退出执行； (4)计算自车和邻车行驶路径的交汇点地理位置坐标； (5)判定交汇点是否位于自车驾驶员在车辆行驶方向上视野的前方，如果交汇点不位于自车的前方，跳转步骤(3)执行，否则继续执行步骤(6 ); (6)计算自车和邻车到达交汇点的时间差； (7)根据(6)得到的时间差设定安全系数，当到达某一个安全系数值，设置预警的等级； (8)结束算法，退出执行。
2.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的高效道路交通防碰撞预警方法，其特征在于，步骤(1)中，车辆的运动状态信息为车速、车辆行驶方向、地理位置，自车和邻车的车辆运动状态信息通过车载无线通信终端进行信息共享。
3.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的高效道路交通防碰撞预警方法，其特征在于，在步骤(3)中安全系数的取值范围为O~9之间的整数，其中O表示最安全，不需要预警警告；9表示最不安全，需要发出紧急预警警告。
4.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的高效道路交通防碰撞预警方法，其特征在于，步骤(4)中，计算自车和邻车行驶路径的交汇点地理位置坐标时，首先需要判断自车与邻车是否存在方向相关性，如不存在方向相关性，则不存在碰撞威胁，如存在方向相关性，则判断邻车是否处于自车的监视区域内，如处于自车的监视区域内则需要计算自车与邻车的交汇点地理位置坐标。
5.根据权利要求4所述的一种基于车车通信的高效道路交通防碰撞预警方法，其特征在于，在步骤(4)中，判断自车与邻车是否存在方向相关性需要首先计算两车运动方向之间的夹角，当两车在十字路口尚未交会，行驶方向角之差在45度~135度以及225度~315度之间，判定两车之间存在潜在的相撞危险；令α表示自车行驶方向与由南向北穿过自车的经线之间的夹角，令β表示邻车行驶方向与由南向北穿过邻车的经线之间的夹角，用Y表示两车运动方向之间的夹角，则Y的值为:
Y= (β -a +360)%360 ； 令IsDirectionRelated表示邻车相对自车的行驶方向，则:
6.根据权利要求5所述的一种基于车车通信的高效道路交通防碰撞预警方法，其特征在于，在步骤(4)中，判断邻车是否在自车的监视区域内时，首先应计算两车的坐标差值，其计算公式为:
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表示两车横坐标的差值，lng_diff表示两车纵坐标的差值，X1和yi分别表示自车的纬度、经度数值，X2和72分别表示邻车的纬度、经度数值，Θ表示自车行驶方向与与由南向北穿过自车的经线之间的夹角； 接着根据邻车相对于自车的方位判断邻车是否在自车的监视区域内，令IsInRegion表示邻车相对于自车的方位，则:
7.根据权利要求6所述的一种基于车车通信的高效道路交通防碰撞预警方法，其特征在于，判定交汇点是否位于自车驾驶员在车辆行驶方向上视野的前方的判断式为:
X X cos a +y X sin α > X1X a +J1X sin α 如果上述判断式成立，则交汇点在自车的未来行驶路径前方。
8.根据权利要求7所述的一种基于车车通信的高效道路交通防碰撞预警方法，其特征在于，在步骤(6)中计算自车和邻车到达交汇点的时间差包括如下步骤: (a)计算自车到交汇点的时间h:
9.根据权利要求8所述的一种基于车车通信的高效道路交通防碰撞预警方法，其特征在于，在步骤(7)设置预警安全等级按下面的方法进行设置: 当At≤3时，紧急报警；当3〈 Δt≤6时，中级报警；当6〈Δt≤9时，初级报警；当Δt>9时，不报警。
10.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的高效道路交通防碰撞预警方法，其特征在于，在步骤(1)中，安全车速判定阈值为5km/s。
【文档编号】G08G1/16GK103514758SQ201310430201
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】黄刘生, 徐宏力, 陈龙, 赵扬, 谢立嘉 申请人:中国科学技术大学苏州研究院