CN101727758A - 一种基于短程无线通信的车辆危险警告信息传递方法 - Google Patents

Abstract

一种基于短程无线通信的车辆危险警告信息传递方法，包括以下步骤：1)确定当前车辆在高斯平面直角坐标系中的坐标值；2)建立异常行驶车辆局部平面直角坐标系；3)当异常行驶车辆广播式发布危险警告信息后，在已建立的异常行驶车辆局部平面直角坐标系中，如果当前车辆与异常行驶车辆的纵坐标的差值

且同时满足当前车辆与异常行驶车辆的航向角的差值θ⁰-θⁱ＜90⁰，确定该车辆为异常行驶车辆的跟随车辆后，通过声光等方式提醒驾驶员及时采取避撞措施。本发明能够有效避免信息泛洪、实现车辆选择性接收危险警告信息。

Description

一种基于短程无线通信的车辆危险警告信息传递方法

技术领域

本发明涉及一种车与车之间的短程无线通信方法。

背景技术

近年来，高速公路交通事故居高不下，其中追尾碰撞事故占75％以上。研发高性能的车辆主动避撞系统成为提高车辆在高速行驶过程中的主动安全性能，降低追尾碰撞事故发生率的迫切需要。

车辆行驶过程中对前方异常行驶车辆的快速检测是车辆主动避撞系统高效实现的基础。目前，国内外科研单位一直致力于研究采用短程无线通信技术来解决检测前方异常行驶车辆时间延迟过大问题。然而，车辆通过短程无线通信技术发布危险警告信息时，存在因车辆传递危险警告信息的链效应而引发的信息泛洪问题。同时，现有的避撞系统接收危险警告信息之后无法确定异常行驶车辆与自己的位置关系，使得与异常行驶车辆不在相同行驶轨迹的车辆采取不必要的避撞措施，从而导致该路段通行效率的下降。

发明内容

为了克服已有车辆通过短程无线通信技术发布危险警告信息时的信息泛洪、无法确定当前车辆与异常行驶车辆之间的位置关系、降低通行效率的不足，本发明提供一种能够有效避免信息泛洪、确定当前车辆与异常行驶车辆之间的位置关系、提高通行效率的基于短程无线通信的车辆危险警告信息传递方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于短程无线通信的车辆危险警告信息传递方法，包括以下步骤：

1)、确定当前车辆在高斯平面直角坐标系中的坐标值：大地坐标系(B，L)转化为高斯平面直角坐标系(X，Y)，建立以中央子午线与赤道交点的投影为原点S，中央子午线的投影为纵坐标x轴，赤道的投影为横坐标y轴的高斯平面直角坐标系[S；η₁，η₂]，把车辆经纬度地理坐标直接映射到高斯平面直角坐标系；

2)、建立异常行驶车辆局部平面直角坐标系：当前车辆从危险警告信息中解析出异常行驶车辆的GPS位置信息，建立局部平面直角坐标系[O；η′₁，η′₂]，以异常行驶车辆在坐标系[S；η₁，η₂]中的坐标值为原点O，车辆行驶速度方向为纵坐标，把当前车辆的GPS位置信息转换至异常行驶车辆的局部平面直角坐标系：坐标系数学转换规则如下：

$\left[\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{vehicle}}\\ y_{\mathrm{vehicle}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x-x_0\\ y-y_0\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，(x₀，y₀)＝F(B₀，L₀)为异常行驶车辆在坐标系[S；η₁，η₂]中的坐标值，(x，y)＝F(B，L)为当前车辆在坐标系[S；η₁，η₂]中的坐标值，(x_vehicle，y_vehicle)为当前车辆在坐标系[O；η′₁，η′₂]中的坐标值，θ为车辆航向角；

3)、当异常行驶车辆广播式发布危险警告信息后，在道路几何约束条件下判断车辆与异常行驶车辆的相对位置关系，满足当前车辆为异常行驶车辆的跟随车辆的两个条件为：

①在已建立的异常行驶车辆局部平面直角坐标系中，如果当前车辆与异常行驶车辆的纵坐标的差值 $x_{\mathrm{vehicle}}^i-x_{\mathrm{vehicle}}^0\≤0;$

②如果当前车辆与异常行驶车辆的航向角的差值θ⁰-θⁱ＜90°；确定当前车辆为异常行驶车辆的跟随车辆后，提醒驾驶员及时采取避撞措施。

进一步，在所述步骤3)中，选择与异常行驶车辆空间直线距离最大并处于无线射频覆盖范围的跟随车辆作为危险警告信息中继传递车辆，式2为坐标系[O；η′₁，η′₂]中的空间直线距离计算公式：

$D_i={[{(x_{\mathrm{vehicle}}^i-x_{\mathrm{vehicle}}^0)}^2+{(y_{\mathrm{vehicle}}^i-y_{\mathrm{vehicle}}^0)}^2]}^{1/2}---\left(2\right)$

中继传递车辆是指首先转发危险警告信息的跟随车辆，根据车辆与异常行驶车辆的空间直线距离值设定转发危险警告信息等待时间T_i，为满足空间直线距离最大的跟随车辆优先成为中继传递车辆，根据高速公路交通流特点，设定 $T_i=\sqrt{\frac{r_{\mathrm{radio}}}{D_i}},$ 其中r_radio为短程无线通信有效传播距离，则T_i值最小的车辆成为中继传递车辆；等待时间T_i结束之前，其他跟随车辆接收到的转发信息与已接收的危险警告信息事件相同时，该中继传递车辆取消等待转发任务。

本发明的技术构思为：设计了一种改进的基于短程无线通信的车辆危险警告信息传递方法，在局部路段建立车辆位置信息参考坐标系的基础上确定异常行驶车辆与周围车辆的相对位置关系，实现方向性传播危险警告信息。同时，选择离异常行驶车辆空间直线距离最大，并处于无线射频覆盖范围的跟随车辆作为中继传递车辆。

本发明的有益效果：1、确定车辆与异常行驶车辆相对位置关系的前提下，实现选择性接收危险警告信息；2、同时，解决了在交通环境中采用短程无线通信技术发布危险警告信息时存在的信息泛洪问题，保证有限的信道资源满足危险警告信息低时间延迟率传播；3、提高了通行效率。

附图说明

图1是典型高速公路交通环境的示意图。

图2是危险警告信息中继传递车辆选择示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种基于短程无线通信的车辆危险警告信息传递方法，包括以下步骤：

1)、确定当前车辆在高斯平面直角坐标系中的坐标值：大地坐标系(B，L)转化为高斯平面直角坐标系(X，Y)，建立以中央子午线与赤道交点的投影为原点S，中央子午线的投影为纵坐标x轴，赤道的投影为横坐标y轴的高斯平面直角坐标系[S；η₁，η₂]，把车辆经纬度地理坐标直接映射到高斯平面直角坐标系；

2)、建立异常行驶车辆局部平面直角坐标系：当前车辆从危险警告信息中解析出异常行驶车辆的GPS位置信息，建立局部平面直角坐标系[O；η′₁，η′₂]，以异常行驶车辆在坐标系[S；η₁，η₂]中的坐标值为原点O，车辆行驶速度方向为纵坐标，把当前车辆的GPS位置信息转换至异常行驶车辆的局部平面直角坐标系：坐标系数学转换规则如下：

$\left[\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{vehicle}}\\ y_{\mathrm{vehicle}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x-x_0\\ y-y_0\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，(x₀，y₀)＝F(B₀，L₀)为异常行驶车辆在坐标系[S；η₁，η₂]中的坐标值，(x，y)＝F(B，L)为当前车辆在坐标系[S；η₁，η₂]中的坐标值，(x_vehicle，y_vehicle)为当前车辆在坐标系[O；η′₁，η′₂]中的坐标值，θ为车辆航向角；

3)、当异常行驶车辆广播式发布危险警告信息后，在道路几何约束条件下判断车辆与异常行驶车辆的相对位置关系，满足当前车辆为异常行驶车辆的跟随车辆的两个条件为：

①在已建立的异常行驶车辆局部平面直角坐标系中，如果当前车辆与异常行驶车辆的纵坐标的差值 $x_{\mathrm{vehicle}}^i-x_{\mathrm{vehicle}}^0\≤0;$

②如果当前车辆与异常行驶车辆的航向角的差值θ⁰-θⁱ＜90°；

确定该车辆为异常行驶车辆的跟随车辆后，通过声光等方式提醒驾驶员及时采取避撞措施。

进一步，在所述步骤3)中，选择与异常行驶车辆空间直线距离最大并处于无线射频覆盖范围的跟随车辆作为危险警告信息中继传递车辆，式2为坐标系[O；η′₁，η′₂]中的空间直线距离计算公式：

$D_i={[{(x_{\mathrm{vehicle}}^i-x_{\mathrm{vehicle}}^0)}^2+{(y_{\mathrm{vehicle}}^i-y_{\mathrm{vehicle}}^0)}^2]}^{1/2}---\left(2\right)$

中继传递车辆是指首先转发危险警告信息的跟随车辆，根据车辆与异常行驶车辆的空间直线距离值设定转发危险警告信息等待时间T_i，为满足空间直线距离最大的跟随车辆优先成为中继传递车辆，根据高速公路交通流特点，设定 $T_i=\sqrt{\frac{r_{\mathrm{radio}}}{D_i}},$ 其中r_radio为短程无线通信有效传播距离，则T_i值最小的车辆成为中继传递车辆；等待时间T_i结束之前，其他跟随车辆接收到的转发信息与已接收的危险警告信息事件相同时，该中继传递车辆取消等待转发任务。

本实施例中，道路几何约束条件下确定车辆与异常行驶车辆的位置关系：短程无线通信的广播特性决定危险警告信息的发布不具备方向性，当车辆因机械故障、车辆变更车道而成为异常行驶车辆时，其车载单元(Onboard Unit，简称OBU)以一定的频度向周围发布危险警告信息，该信息主要包括三部分内容：车辆GPS位置信息、车辆航向角以及意外事件编号。处于异常行驶车辆无线射频覆盖范围的其他行驶车辆都将接收到该信息，但并非所有车辆都需要采取制动减速等避撞措施。

在道路交通环境中，异常行驶车辆发布的危险警告信息只对跟随车辆有效，不影响其他车辆的行驶状态。如图1所示，车辆1为异常行驶车辆，车辆2为车辆1的前方行驶车辆，车辆3为车辆1的跟随行驶车辆，车辆4为同路段反向行驶车辆，车辆2、车辆3以及车辆4都为正常行驶车辆并且都处于车辆1的无线射频覆盖范围。显然，当车辆1发生机械故障紧急停车时，具有相同行驶轨迹的跟随车辆2接收到危险警告信息后必须采取相应的避撞措施，而车辆3、车辆4的行驶状态则不受车辆1的影响。因此，车辆是否采取避撞措施的关键是确定车辆是否为异常行驶车辆的跟随行驶车辆。

本发明提出了在道路几何约束条件下确定车辆与异常行驶车辆的位置关系，车辆从获取得到的危险警告信息中提取异常行驶车辆航向角等行驶状态特征信息，分析与异常行驶车辆的相对位置关系，所得结果作为是否采取避撞措施的决策。

该方法主要包括以下几个步骤：

1)确定车辆在高斯平面直角坐标系中的坐标值：车辆之间的相对距离值因车辆位置信息从大地坐标系向高斯平面直角坐标系投影所带来的误差为微米级，为了简化后续的分析计算，我们把大地坐标系(B，L)转化为高斯平面直角坐标系(X，Y)，投影函数设为常数1。建立了以中央子午线与赤道交点的投影为原点S，中央子午线的投影为纵坐标x轴，赤道的投影为横坐标y轴的高斯平面直角坐标系[S；η₁，η₂]，把车辆经纬度地理坐标直接映射到高斯平面直角坐标系。

2)建立异常行驶车辆局部平面直角坐标系：车辆从危险警告信息中解析出异常行驶车辆GPS位置信息之后，建立局部平面直角坐标系[O；η′₁，η′₂]，以异常行驶车辆在坐标系[S；η₁，η₂]中的坐标值为原点O，车辆行驶速度方向为纵坐标，把车辆的GPS位置信息转换至异常行驶车辆的局部平面直角坐标系。

坐标系数学转换规则如下：

$\left[\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{vehicle}}\\ y_{\mathrm{vehicle}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x-x_0\\ y-y_0\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中(x₀，y₀)＝F(B₀，L₀)为异常行驶车辆在坐标系[S；η₁，η₂]中的坐标值，(x，y)＝F(B，L)为车辆在坐标系[S；η₁，η₂]中的坐标值，(x_vehicle，y_vehicle)为车辆在坐标系[O；η′₁，η′₂]中的坐标值，θ为车辆航向角。

3)在道路几何约束条件下判断车辆与异常行驶车辆的相对位置关系：确定车辆为异常行驶车辆的跟随车辆需要满足以下两个要求：①在已建立的异常行驶车辆局部平面直角坐标系中，车辆与异常行驶车辆的纵坐标的差值 $x_{\mathrm{vehicle}}^i-x_{\mathrm{vehicle}}^0\≤0,$ 排除车辆为前方行驶车辆。②车辆与异常行驶车辆的航向角的差值θ⁰-θⁱ＜90°，排除车辆为同路段反向行驶车辆。

2.危险警告信息中继传递车辆的选择

短程无线通信射频覆盖范围有限，为实现把危险警告信息分发给处于射频覆盖范围之外而又存在追尾碰撞危险的跟随车辆，同时，为了避免车辆传递危险警告信息的链效应引发信息泛洪，本发明提出了危险警告信息的中继传递车辆选择方法。

如图2所示，车辆1为异常行驶车辆，车辆2为车辆1的前方行驶车辆，车辆3、车辆4和车辆5为车辆1的跟随车辆，并处于车辆1的无线射频覆盖范围，车辆6处于车辆1的无线射频覆盖范围之外，并且存在与前方车辆发生追尾碰撞的可能。为扩大危险警告信息的传递范围，让后续的跟随车辆及时接收前方的异常交通状况信息，兼顾局部路段无线信道的传输质量，本发明提出危险警告信息的单路由传递。

我们选择与异常行驶车辆空间直线距离最大并处于无线射频覆盖范围的跟随车辆作为危险警告信息中继传递车辆，式2为坐标系[O；η′₁，η′₂]中的空间直线距离计算公式。

$D_i={[{(x_{\mathrm{vehicle}}^i-x_{\mathrm{vehicle}}^0)}^2+{(y_{\mathrm{vehicle}}^i-y_{\mathrm{vehicle}}^0)}^2]}^{1/2}---\left(2\right)$

中继传递车辆是指首先转发危险警告信息的跟随车辆，根据车辆与异常行驶车辆的空间直线距离值设定转发危险警告信息等待时间T_i，为满足空间直线距离最大的跟随车辆优先成为中继传递车辆，根据高速公路交通流特点，设定 $T_i=\sqrt{\frac{r_{\mathrm{radio}}}{D_i}},$ 其中r_radio为短程无线通信有效传播距离，则T_i值最小的车辆成为中继传递车辆。等待时间T_i结束之前，其他跟随车辆接收到的转发信息与已接收的危险警告信息事件号相同时，该车辆取消等待转发任务，避免因重复转发信息而影响无线信道信息传输效率。

Claims (2)

1.一种基于短程无线通信的车辆危险警告信息传递方法，其特征在于：所述车辆危险警告信息传递方法包括以下步骤：

1)、确定当前车辆在高斯平面直角坐标系中的坐标值：大地坐标系(B，L)转化为高斯平面直角坐标系(X，Y)，建立以中央子午线与赤道交点的投影为原点S，中央子午线的投影为纵坐标x轴，赤道的投影为横坐标y轴的高斯平面直角坐标系[S；η₁，η₂]，把车辆经纬度地理坐标直接映射到高斯平面直角坐标系；

2)、建立异常行驶车辆局部平面直角坐标系：当前车辆从危险警告信息中解析出异常行驶车辆的GPS位置信息，建立局部平面直角坐标系[O；η′₁，η′₂]，以异常行驶车辆在坐标系[S；η₁，η₂]中的坐标值为原点O，车辆行驶速度方向为纵坐标，把当前车辆的GPS位置信息转换至异常行驶车辆的局部平面直角坐标系：坐标系数学转换规则如下：

$\left[\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{vehicle}}\\ y_{\mathrm{vehicle}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x-x_0\\ y-y_0\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，(x₀，y₀)＝F(B₀，L₀)为异常行驶车辆在坐标系[S；η₁，η₂]中的坐标值，(x，y)＝F(B，L)为当前车辆在坐标系[S；η₁，η₂]中的坐标值，(x_vehicle，y_vehicle)为当前车辆在坐标系[O；η′₁，η′₂]中的坐标值，θ为车辆航向角；

3)、当异常行驶车辆广播式发布危险警告信息后，在道路几何约束条件下判断车辆与异常行驶车辆的相对位置关系，满足当前车辆为异常行驶车辆的跟随车辆的两个条件为：

①在已建立的异常行驶车辆局部平面直角坐标系中，如果当前车辆的纵坐标x_vehicle ⁱ与异常行驶车辆的纵坐标x_vehicle ⁰的差值 $x_{\mathrm{vehicle}}^i-x_{\mathrm{vehicle}}^0\≤0;$

②如果当前车辆与异常行驶车辆的航向角的差值θ°-θⁱ＜90°；

确定当前车辆为异常行驶车辆的跟随车辆后，提醒驾驶员及时采取避撞措施。

2.如权利要求1所述的一种基于短程无线通信的车辆危险警告信息传递方法，其特征在于：在所述步骤3)中，选择与异常行驶车辆空间直线距离最大并处于无线射频覆盖范围的跟随车辆作为危险警告信息中继传递车辆，式2为坐标系[O；η′₁，η′₂]中的空间直线距离计算公式：

$D_i={[{(x_{\mathrm{vehicle}}^i-x_{\mathrm{vehicle}}^0)}^2+{(y_{\mathrm{vehicle}}^i-y_{\mathrm{vehicle}}^0)}^2]}^{1/2}---\left(2\right)$

中继传递车辆是指首先转发危险警告信息的跟随车辆，根据车辆与异常行驶车辆的空间直线距离值设定转发危险警告信息等待时间T_i，为满足空间直线距离最大的跟随车辆优先成为中继传递车辆，根据高速公路交通流特点，设定 $T_i=\sqrt{\frac{r_{\mathrm{radio}}}{D_i}},$ 其中r_radio为短程无线通信有效传播距离，则T_i值最小的车辆成为中继传递车辆；等待时间Ti结束之前，其他跟随车辆接收到的转发信息与已接收的危险警告信息事件相同时，该中继传递车辆取消等待转发任务。

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