CN103208205A - 一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，通过车载无线通信单元将车辆信息数据发送给网络后台服务器，网络后台服务器根据车辆信息数据获取车辆所在路段危险点信息数据，并将该路段上各危险点信息数据发送给车载无线通信单元，车载中央处理单元将获得的危险点信息和自身车辆信息进行对比判断，调用安全车距模型生成预警参数，控制车载报警单元、车载显示单元以及电控制动系统执行预警响应。本发明的优点为：网络后台服务器端向车载端提供危险点信息，车载端通过实时获取并分析车辆地理位置信息与车辆所在路段上的危险点信息，控制车载报警单元、车载显示单元以及电控制动系统执行预警响应，具备车联网数据通信的可靠性、高效性。

Description

一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法

技术领域

本发明涉及智能交通系统和无线通信技术领域，具体来说，是一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法。

背景技术

近年来，我国交通行业蓬勃发展，居民汽车保有量大幅度上升，随之而来的道路交通问题频繁发生，诸如车辆的追尾碰撞、侧翻等交通事故日益引起政府和社会的普遍重视，车辆行驶安全成为交通科技领域关注的焦点。

无线数据通信、移动计算技术的高速发展，使得网络移动终端扩展应用到车载平台上。基于先进的无线通信技术、车联网技术，车辆之间、车辆与交通管控中心之间可以实现高效的数据传输、信息发布功能。同时，实施车辆联网实时监控措施，可以为采集丰富的车辆地理信息数据提供技术支撑。基于无线通信技术，车辆与网络后台服务器组建无线数据传输网络，使得集成了移动通信设备的车载终端能够通过无线网络向网络后台服务器传回自身状态以及周围环境的信息，并由交通管控中心在网络平台上对多终端、多元化的数据信息进行加工融合、建模分析与计算、共享和安全发布，从而以信息作为导向手段引导车辆在道路路网上高效、安全运行。

危险预警技术是车辆主动安全的关键技术之一，而现有的车辆防碰撞预警系统、车道偏离预警系统、危险盲点检测系统等车辆主动安全预警系统多采用视频图像分析技术、超声波检测技术、雷达检测技术或红外检测技术感知近距离范围内车车、车路危险状态，从而实现车辆自主危险预警与安全控制功能；一旦出现诸如风雪雷雨天气、大型障碍物、密集混合交通流等环境状况对前述检测技术的干扰，车辆便无法获知可靠的危险信息。另一方面，如果车载危险预警系统缺乏与网络信息的交互，车辆无法与远端交通管控中心进行实时数据传输，危险预警功能不能与远程数据通信、车辆定位与导航等功能有机结合，车辆便成为信息孤岛而无法提前感知大范围行驶区域中存在的危险信息及其地理位置信息，这必然减弱了车载自主危险预警功能的可靠性，同时也降低了车辆主动安全控制能力。

发明内容

为了解决现上述问题，本发明提出一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，与传统的车辆主动安全预警技术不同，本发明预警方法通过车联网平台与移动计算技术将广域路网中的危险点信息、道路的路面环境信息、驾驶人的驾驶偏好信息、车辆自身的地理位置信息以及车辆的行驶状态有效地结合起来，构建了一种可以实时获得可靠的危险警示临界距离与刹车临界距离的新型安全行车预警模型；基于该安全行车预警模型，在车载端不仅提供采用语音和文本形式的危险警示方法，还提供一种将危险点实时定位显示、多频率声响警示、多颜色进度条警示以及刹车制动方式相结合的预警方法；本发明一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，在网络后台服务器端提供了一种通过危险驾驶记录表的历史记录数据设置车载端语音和文本警示参数的远程预警方法，该方法有效地将驾驶人的行车历史信息融入当前的安全预警过程中，使安全预警功能更为可靠。具体方式如下：

步骤1：车载端中车载中央处理单元每间隔T1时刻向网络后台服务器发送当前时刻的车辆信息，包括车辆的地理经纬度数据、行驶速度数据、无线通信单元端口号；同时向网络后台服务器端发送当前时刻的日期与时间。

步骤2：网络后台服务器端判断当前时刻车辆所处路段是否存在危险点；

网络后台服务器端根据接收到的车辆信息，通过其中的车辆地理经纬度数据与网络后台服务器端存储的道路信息数据库进行查询、匹配，判断车辆当前时刻所处路段，并根据该路段对应的地理编号查询该路段上是否存在危险点，具体为：

1）若车辆所在路段上存在危险点，则网络后台服务器端从道路信息数据库中获取各个危险点的信息，包括危险点地理经纬度数据与危险点危险级别，并将危险点的信息发送到车载中央处理单元，同时进行步骤3与步骤5；

2）若车辆所处路段上不存在危险点，则返回步骤1，网络后台服务器端等待接收下一时刻车载端发送的车辆信息。

步骤3：网络后台服务器端设置车辆语音警示标识参数以及危险驾驶计数参数；

A、网络后台服务器根据步骤1中得到的车辆当前时刻地理经纬度数据与步骤2中得到的危险点信息中危险点地理经纬度数据，计算车辆与一个或者多个危险点的最小距离值d₀；

B、网络后台服务器端根据步骤1中得到的车辆的车载无线通信单元端口号，查询道路信息数据库中该路段对应的危险驾驶记录表中是否存在该车辆的记录，并将车辆与各危险点间的最小距离值d₀、车辆行驶速度v分别同车辆与所逼近的危险点间最小距离的安全阈值d^*与车辆行驶速度的安全阈值v^*进行比较判断，进而设置车辆语音警示标识参数flag，以及危险驾驶计数参数counter，具体为：

上述车辆与各危险点间最小距离的安全阈值d^*与车辆行驶速度的安全阈值v^*，由网络后台服务器端根据各个危险点对应的危险级别来设定车辆与各个危险点间最短距离与行驶速度的安全阈值d^*和v^*；

a、当所述的危险驾驶记录表中未记录车辆的车载无线通信单元端口号，代表该车辆在当前路段尚未出现过危险行车记录；此时，若d₀≤d^*且v≥v^*，则在危险驾驶记录表中的“端口号”、“记录时间”与“车速”字段对应的数据存储位置分别记录车辆的车载无线通信单元端口号、网络后台服务器端将步骤1中接收到的车辆信息发送日期与时间数据以及车辆行驶速度数据，并在危险驾驶记录表中的“危险驾驶次数”字段对应的数据存储位置记录“1”；同时设置车辆语音警示标识参数flag＝true，危险驾驶计数参数counter=1；

若d₀≤d^*且v＜v^*，则网络后台服务器端不对危险驾驶记录表进行修改，仅将车辆语音警示标识参数flag＝false，危险驾驶计数参数counter=1；

b、当所述的危险驾驶记录表中已存储有车辆的车载无线通信单元端口号，即代表车辆在当前路段曾经出现过危险行车记录；此时，若d₀≤d^*且v≥v^*，则网络后台服务器通过接收到的车辆信息发送日期与时间数据以及车辆行驶速度数据，分别更新危险驾驶记录表中当前车辆车载无线通信单元端口号下的“记录时间”与“车速”字段对应的车辆信息发送日期与时间数据与车速，且将危险驾驶记录表中的“危险驾驶次数”字段对应的数据加1，并设置车辆语音警示标识参数flag＝true，危险驾驶计数参数counter等于车辆在危险驾驶记录表中当前车辆车载无线通信单元端口号下的“危险驾驶次数”字段对应的数据；

若d₀≤d^*且v＜v^*，则网络后台服务器通过接收到的车辆信息发送日期与时间数据以及车辆行驶速度数据分别更新危险驾驶记录表中当前车辆的车载无线通信单元端口号下的“记录时间”与“车速”字段对应的车辆信息发送日期与时间数据与车速，且将“危险驾驶次数”字段对应的数据加1，并设置车辆语音警示标识参数flag＝false，危险驾驶计数参数counter等于车辆在危险驾驶记录表中“危险驾驶次数”字段对应的数据；

c、无论危险驾驶记录表中是否存在当前车辆的记录信息，若d₀＞d^*，则网络后台服务器端不对危险驾驶记录表进行更新操作，仅设置车辆语音警示标识参数flag＝false，危险驾驶计数参数counter=0，不对危险驾驶记录表进行修改。

当网络后台服务器端完成上述车辆语音警示标识参数flag，以及危险驾驶计数参数counter的设置后，进入步骤4。

步骤4：车载端语音及文本警示；

网络后台服务器将设置车辆语音警示标识参数flag、危险驾驶计数参数counter值发送到车载端中车载中央处理单元，车载中央处理单元根据步骤2中接收的危险点信息中的危险点地理经纬度数据与危险级别，在车载端中车载显示单元显示的电子地图上通过标记符标识出危险点，并通过字符标识出危险点的危险级别；同时，车载中央处理单元还根据语音警示标识参数flag和危险驾驶计数参数counter进行相应的语音和文本消息警示操作，具体为：

①、若flag＝true且counter=1，则车载中央处理单元控制车载报警单元循环播放警示语音，并在车载显示单元显示的电子地图上以文本框的形式显示警示文本；

②、若flag＝true且counter＞1，则车载中央处理单元控制车载报警单元控制车载报警单元循环播放警示语音，并在车载显示单元显示的电子地图上以文本框的形式显示警示文本；

③、若flag＝false且counter≥1，则车载中央处理单元控制车载报警单元在车载显示单元显示的电子地图上以文本框的形式显示警示文本。

上述三种情况中，警示语音直至flag＝false且counter=0或者车载报警单元的语音警示功能被关闭时停止；警示文本显示时间为t；当步骤3的执行过程被中止或者结束，则返回步骤1。

步骤5：车载端进行声响预警、颜色进度条预警以及制动控制；

车载中央处理单元根据车辆当前地理经纬度数据以及危险点信息，同样实时计算得到车辆与一个或者多个危险点的最小距离值d₁，并判断d₁与车辆中央处理单元中设定的预警距离阈值d_m进行比较判断，d_m＜d^*：

若d₁＞d_m，则返回步骤5继续进行比较判断；

若d₁≤d_m，则进行下述步骤：

Ⅰ、计算危险警示临界距离d_warning与刹车临界距离d_braking；

车载中央处理单元根据车辆行驶速度v，调用安全车距模型，计算得到危险警示临界距离d_warning、刹车临界距离d_braking；

$d_{\mathrm{warning}}=\left\{\begin{array}{c}[\frac{1}{2}\frac{(v^2-v^{*2})}{\mathrm{\&alpha;}}+v\&times;({\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{system}}+{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{human}})+d_{\mathrm{safe}}]\&times;f\&times;g;v\&GreaterEqual;v^{*}\\ d_1-1;v<v^{*}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$d_{\mathrm{warning}}=\left\{\begin{array}{c}[v\&times;({\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{system}}+{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{human}})]\&times;f\&times;g;v\&GreaterEqual;v^{*}\\ d_1-2;v<v^{*}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，τ_system为车辆制动系统协调时间参数，单位为s；τ_human为驾驶人制动反应时间参数，单位为s；d_safe为距离补偿参数，单位为m；α为制动减速度参数，单位：m/s²；v^*为车速的安全阀值，单位为：m/s；而式（1）与式（2）中的参数f为道路环境参数，参数g为驾驶偏好参数，由车载面板单元根据车辆行驶的道路路面状况、天气状况、驾驶员的驾驶偏好设定；

Ⅱ、计算获取车辆逼近危险点的程度量化参数ω以及显示预警进度条的进度量化值x；

本发明定义无量纲参数ω表征车辆逼近危险点的程度，ω为：

$\mathrm{\&omega;}=\frac{d_1-d_{\mathrm{braking}}}{d_{\mathrm{warning}}-d_{\mathrm{braking}}}---\left(3\right)$

预警进度条的进度量化参数x为：

$x=(1-\frac{d_1}{d_m})\&times;100\%---\left(4\right)$

Ⅲ、根据参数ω控制车载报警单元执行不同的报警动作或控制车载端中电控制动系统执行制动响应，以及根据预警进度条的进度量化参数x控制车载显示单元显示预警进度条，具体为：

ⅰ、当ω＞1时，车载中央处理单元控制车载显示单元的显示界面根据进度量化值x显示A颜色进度条；且车载报警单元不执行声响报警动作；车载中央处理单元继续计算参数d₁，并再次比较判断，具体为：

若当d₁≤d_m，则返回步骤5中子步骤I继续执行；

当出现d₁＞d_m，则车载中央处理单元取消颜色进度条，返回继续执行步骤1；

ⅱ、当0.8＜ω≤1时，车载报警单元中止步骤4的车载端语音及文本警示；同时，车载中央处理单元控制车载显示单元的显示界面根据进度量化值x显示B颜色进度条，且车载报警单元发出60dB、200Hz的报警声响，并通过实时获取的车辆行驶速度进行判断，具体为：

若B颜色进度条出现后的前t1时间段内，车辆行驶速度未降低，即驾驶员未采取减速操作，则车载中央处理单元控制车辆电控制动系统执行自动减速动作，直至出现人为减速操作；

若B颜色进度条出现后的前t1时间段内，车辆行驶速度降低，即驾驶员采取减速操作，则车载报警单元关闭报警声响；

若B颜色进度条出现的同时车辆行驶速度降低，即驾驶员立即采取减速操作，则车载中央处理单元控制车载报警单元关闭报警声响；

ⅲ、当0＜ω≤0.8时，车载中央处理单元控制车载报警单元的显示界面根据进度量化值x显示C颜色进度条，且车载报警单元发出70dB、500Hz的报警声响；且车载中央处理单元通过实时获取的车辆行驶速度进行判断，具体为：

若C颜色进度条出现后的前t2时间段内，车辆行驶速度未降低，则车载中央处理单元控制车辆电控制动系统执行自动减速动作，直至出现人为减速操作为止；

若C颜色进度条出现后的前t2时间段内，车辆行驶速度降低，则车载报警单元关闭报警声响；

若C颜色进度条出现的同时车辆行驶速度降低，即驾驶员立即采取减速操作，则车载中央处理单元控制车载报警单元关闭报警声响；

ⅳ、当ω≤0时，车载中央处理单元控制车载报警单元的显示界面根据进度量化值x显示C颜色进度条，且车载报警单元发出80dB、1000Hz的报警声响；同时车载中央处理单元通过实时获取的车辆行驶速度进行判断，具体为：

若C颜色进度条出现后的前t1时间段内，车辆行驶速度未降低，则车载中央处理单元控制车辆电控制动系统执行自动减速动作，直至出现人为减速操作为止；

若C颜色进度条出现后的前t1时间段内，车辆行驶速度降低，则车载报警单元关闭报警声响；

若C颜色进度条出现时刻驾驶人立即采取减速操作，则车载中央处理单元控制车载报警单元关闭报警声响；

上述步骤ⅱ、ⅲ、ⅳ中，当驾驶人采取人为减速操作后，车载报警单元关闭报警声响，车载中央处理单元继续计算d₁，并继续利用d₁与d_m进行判断，具体为：

当d₁≤d_m时，返回执行步骤5中的子步骤I；

当出现d₁＞d_m，此时车载中央处理单元取消显示颜色进度条，返回继续执行步骤1。

本发明的优点在于：

1、本发明一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，在车载终端建立一种新型的车辆安全行驶预警模型，实现了面向行车安全预警的车载端和网络后台服务器端信息交互过程，建立了有效的危险预警机制，可以有效地辅助驾驶人进行行车决策；

2、本发明一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，可实现当车辆驶入交通事故多发路段或交通事故已发生路段附近区域时，可以为驾驶人提供实时的危险点位置以及安全警示信息；

3、本发明一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，可在驾驶员采取极端措施下，能够对车辆采取强制性的制动措施，有效地避免潜在交通事故的发生，或者避免因已发的交通事故而造成交通拥堵事件甚至是事故连发事件，从而有效地解决交通安全问题。

附图说明

图1为本发明车辆安全行驶预警方法整体流程图；

图2为本发明车辆安全行驶预警方法中车辆语音警示标识参数以及危险驾驶计数参数设置方法流程图；

图3为本发明车辆安全行驶预警方法中车载端语音及文本警示方法流程图；

图4为本发明车辆安全行驶预警方法中车载端进行声响预警、颜色进度条预警以及制动控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明基于车联网的车辆安全行驶预警方法，如图1所示，具体通过下述步骤实现：

步骤1：车载端向网络服务器端发送车辆信息；

车载端中车载中央处理单元通过车载无线通信单元每间隔T1时刻向网络后台服务器发送当前时刻的车辆信息，包括车辆的地理经纬度数据（由GPS通信单元获得）、行驶速度数据（由轮速传感器获得）、无线通信单元端口号，同时向网络后台服务器端发送当前时刻的日期与时间（即车载中央处理单元向网络后台服务器所发送车辆信息时的日期与时间）；上述T1可根据车辆实际应用场景具体设定，例如可设定T1＝100ms。

步骤2：网络后台服务器端判断当前时刻车辆所处路段是否存在危险点；

网络后台服务器端根据接收到的车辆信息，通过其中的车辆地理经纬度数据与网络后台服务器端存储的道路信息数据库进行查询、匹配，判断车辆当前时刻所处路段，并根据该路段对应的地理编号查询该路段上是否存在危险点，具体为：

上述危险点分为两类，包括固定危险点和变动危险点；所述固定危险点包括曲率半径小于R的弯道上的地理点、下坡的纵坡度大于x%且坡长小于L的下坡起始点、上坡的纵坡度大于x'%且坡长小于L'的上坡起始点、穿过居民集居区域的路段的入口点；变动危险点包括路段上存在大雾障碍的地理点、路段上存在冰雪障碍的地理点、路段上存在泥石流或者塌方的地理点、路段上发生交通事故的地理点。所述的危险点信息存储在网络后台服务器的道路信息数据库中。其中R、x、L、x'、L'可根据不同要求进行设定，本发明中设定R=50m，x=5，L=150m；x'=4；L'=120m；

1）若车辆所在路段上存在危险点，则网络后台服务器端从道路信息数据库中获取各个危险点的信息，并发送到车载中央处理单元，同时进行步骤3与步骤5；所述危险点信息包括危险点地理经纬度数据与危险点危险级别；本发明中将危险点划分为“重大危险点”、“普通危险点”、“轻度危险点”。

2）若车辆所处路段上不存在危险点，则返回步骤1，网络后台服务器端等待接收下一时刻车载端发送的车辆信息。

步骤3：网络后台服务器端设置车辆语音警示标识参数以及危险驾驶计数参数；

如图2所示，具体通过下述步骤完成：

A、网络后台服务器根据步骤1中得到的车辆当前时刻地理经纬度数据与步骤2中得到的危险点信息中危险点地理经纬度数据，计算车辆与一个或者多个危险点的最小距离值d₀；

B、网络后台服务器端根据步骤1中得到的车辆的车载无线通信单元端口号，查询道路信息数据库中该路段对应的危险驾驶记录表中是否存在该车辆的记录，并将车辆与各危险点间的最小距离值d₀、车辆行驶速度v分别同车辆与所逼近的危险点间最小距离的安全阈值d^*与车辆行驶速度的安全阈值v^*进行比较判断，进而设置车辆语音警示标识参数flag，以及危险驾驶计数参数counter，具体为：

上述车辆与各危险点间最小距离的安全阈值d^*与车辆行驶速度的安全阈值v^*，由网络后台服务器端根据各个危险点对应的危险级别来设定车辆与各个危险点间最短距离与行驶速度的安全阈值d^*和v^*。例如：车辆逼近的危险点危险级别为“重大危险点”，则可设置d^*=150m，v^*=8m/s；当车辆逼近的危险点危险级别为“普通危险点”，则可设置d^*=150m，v^*=10m/s；当车辆逼近的危险点危险级别为“轻度危险点”则可设置d^*=150m，v^*=15m/s。

a、当所述的危险驾驶记录表中未记录车辆的车载无线通信单元端口号，代表该车辆在当前路段尚未出现过危险行车记录；此时，若d₀≤d^*且v≥v^*，则在危险驾驶记录表中的“端口号”、“记录时间”与“车速”字段对应的数据存储位置分别记录车辆的车载无线通信单元端口号、网络后台服务器端将步骤1中接收到的车辆信息发送日期与时间数据以及车辆行驶速度数据，并在危险驾驶记录表中的“危险驾驶次数”字段对应的数据存储位置记录“1”；同时设置车辆语音警示标识参数flag＝true，危险驾驶计数参数counter=1；

若d₀≤d^*且v＜v^*，则网络后台服务器端不对危险驾驶记录表进行修改，仅将车辆语音警示标识参数flag＝false，危险驾驶计数参数counter=1；

b、当所述的危险驾驶记录表中已存储有车辆的车载无线通信单元端口号，即代表车辆在当前路段曾经出现过危险行车记录；此时，若d₀≤d^*且v≥v^*，则网络后台服务器通过接收到的车辆信息发送日期与时间数据以及车辆行驶速度数据，分别更新危险驾驶记录表中当前车辆车载无线通信单元端口号下的“记录时间”与“车速”字段对应的车辆信息发送日期与时间数据与车速，且将危险驾驶记录表中的“危险驾驶次数”字段对应的数据加1，并设置车辆语音警示标识参数flag＝true，危险驾驶计数参数counter等于车辆在危险驾驶记录表中当前车辆车载无线通信单元端口号下的“危险驾驶次数”字段对应的数据。

若d₀≤d^*且v＜v^*，则网络后台服务器通过接收到的车辆信息发送日期与时间数据以及车辆行驶速度数据分别更新危险驾驶记录表中当前车辆的车载无线通信单元端口号下的“记录时间”与“车速”字段对应的车辆信息发送日期与时间数据与车速，且将“危险驾驶次数”字段对应的数据加1，并设置车辆语音警示标识参数flag＝false，危险驾驶计数参数counter等于车辆在危险驾驶记录表中“危险驾驶次数”字段对应的数据。

c、无论危险驾驶记录表中是否存在当前车辆的记录信息，若d₀＞d^*，则网络后台服务器端不对危险驾驶记录表进行更新操作，仅设置车辆语音警示标识参数flag＝false，危险驾驶计数参数counter=0，不对危险驾驶记录表进行修改。

当网络后台服务器端完成上述车辆语音警示标识参数flag，以及危险驾驶计数参数counter的设置后，进入步骤4；

步骤4：车载端语音及文本警示；

网络后台服务器将设置车辆语音警示标识参数flag、危险驾驶计数参数counter值发送到车载端中车载中央处理单元，车载中央处理单元根据步骤2中接收的危险点信息中的危险点地理经纬度数据与危险级别，在车载端中车载显示单元显示的电子地图上通过标记符（红色圆点）标识出危险点，并通过字符标识出危险点的危险级别；同时，车载中央处理单元还根据语音警示标识参数flag和危险驾驶计数参数counter进行相应的语音和文本消息警示操作，如图3所示，具体为：

①、若flag＝true且counter=1，则车载中央处理单元控制车载报警单元循环播放警示语音警示驾驶员，如“注意安全，请减速驾驶”，并在车载显示单元显示的电子地图上以文本框的形式显示警示文本，如“前方路段有危险点，请您减速驾驶！”；

②、若flag＝true且counter＞1，则车载中央处理单元控制车载报警单元控制车载报警单元循环播放警示语音警示驾驶员，如“注意安全，请减速驾驶”，并在车载显示单元显示的电子地图上以文本框的形式显示“您曾有危险驾驶记录！再次进入前方危险预警区，请您减速驾驶！”；

③、若flag＝false且counter≥1，则车载中央处理单元控制车载报警单元在车载显示单元显示的电子地图上以文本框的形式显示警示文本“前方路段有危险点，请注意安全！”的警示文本消息。

上述三种情况中，警示语音直至flag＝false且counter=0或者车载报警单元的语音警示功能被关闭时停止；警示文本显示时间为t；t可根据要求进行设定，本发明中t为5s。当步骤3的执行过程被中止或者结束，则返回步骤1。

步骤5：车载端进行声响预警、颜色进度条预警以及制动控制；

如图4所示，车载中央处理单元根据GPS通信单元获得的车辆当前地理经纬度数据以及步骤2中获得的危险点信息，同样实时计算得到车辆与一个或者多个危险点的最小距离值d₁，并判断d₁与车辆中央处理单元中设定的预警距离阈值d_m进行比较判断：

由于车载端发送车辆信息数据时刻与车载端接收危险点信息时刻不为同一时刻，具有时间上的延迟，而车辆会继续运动，因此车载中央处理单元从GPS通信单元接收到的当前时刻车辆地理经纬度数据与之前发送给网络后台服务器的车辆地理经纬度数据不相同，从而上述d^*不等于d_m；且由于车辆处于逐渐逼近危险点过程，因此d_m＜d^*；

若d₁＞d_m，则返回步骤5继续进行比较判断；

若d₁≤d_m，则进行下述步骤：

Ⅰ、计算危险警示临界距离d_warning与刹车临界距离d_braking；

车载中央处理单元根据车辆行驶速度v，调用安全车距模型，计算得到危险警示临界距离d_warning（单位：m）、刹车临界距离d_braking（单位：m）；

$d_{\mathrm{warning}}=\left\{\begin{array}{c}[\frac{1}{2}\frac{(v^2-v^{*2})}{\mathrm{\&alpha;}}+v\&times;({\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{system}}+{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{human}})+d_{\mathrm{safe}}]\&times;f\&times;g;v\&GreaterEqual;v^{*}\\ d_1-1;v<v^{*}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$d_{\mathrm{warning}}=\left\{\begin{array}{c}[v\&times;({\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{system}}+{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{human}})]\&times;f\&times;g;v\&GreaterEqual;v^{*}\\ d_1-2;v<v^{*}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，τ_system为车辆制动系统协调时间参数，单位为s；τ_human为驾驶人制动反应时间参数，单位为s；d_safe为距离补偿参数，单位为m；α为制动减速度参数，单位：m/s²；v^*为车速的安全阀值，单位为：m/s。参数α、τ_system、τ_human和d_safe可根据车辆应用场景具体设置，例如：可取v^*＝8m/s，α＝6m/s²，τ_system＝0.2s，τ_human＝1s以及d_safe＝5m。而式（1）与式（2）中的参数f为道路环境参数，参数g为驾驶偏好参数，由车载面板单元根据车辆行驶的道路路面状况、天气状况、驾驶员的驾驶偏好设定；驾驶员可通过车载端中车载面板单元上的理想道路模式按钮、沥青干路面模式按钮、沥青湿路面模式按钮、冰雪路面模式按钮、保守驾驶模式按钮、非保守驾驶模式按钮以及常态驾驶模式按钮分别控制f与g设定数值的切换，具体为：

理想道路模式按钮对应f=1；沥青干路面模式按钮对应f=1.5；沥青湿路面模式按钮对应f=1.7；冰雪路面模式按钮对应f=2；保守驾驶模式按钮对应g=1.2；非保守驾驶模式按钮对应g=0.8；常态驾驶模式按钮对应g=1；且当驾驶人没有对车载面上单元进行任何操作时，f=1.2，g=1。

Ⅱ、计算获取车辆逼近危险点的程度量化参数ω以及显示预警进度条的进度量化值x；

本发明定义无量纲参数ω表征车辆逼近危险点的程度，ω为：

$\mathrm{\&omega;}=\frac{d_1-d_{\mathrm{braking}}}{d_{\mathrm{warning}}-d_{\mathrm{braking}}}---\left(3\right)$

预警进度条的进度量化参数x为：

$x=(1-\frac{d_1}{d_m})\&times;100\%---\left(4\right)$

Ⅲ、根据参数ω控制车载报警单元执行不同的报警动作或控制车载端中电控制动系统执行制动响应，以及根据预警进度条的进度量化参数x控制车载显示单元显示预警进度条，具体为：

ⅰ、当ω＞1时，车载中央处理单元控制车载显示单元的显示界面根据进度量化值x显示A颜色进度条（绿色进度条）；且车载报警单元不执行声响报警动作；车载中央处理单元继续计算参数d₁，并再次比较判断，具体为：

若当d₁≤d_m，则返回步骤5中子步骤I继续执行；

当出现d₁＞d_m，则车载中央处理单元取消颜色进度条，返回继续执行步骤1；

ⅱ、当0.8＜ω≤1时，车载报警单元中止步骤4的车载端语音及文本警示；同时，车载中央处理单元控制车载显示单元的显示界面根据进度量化值x显示B颜色进度条（黄色进度条），且车载报警单元发出60dB、200Hz的报警声响，并通过实时获取的车辆行驶速度进行判断，具体为：

若B颜色进度条出现后的前t1（2s）时间段内，车辆行驶速度未降低，即驾驶员未采取减速操作，则车载中央处理单元控制车辆电控制动系统执行自动减速动作，直至出现人为减速操作；

若B颜色进度条出现后的前t1时间段内，车辆行驶速度降低，即驾驶员采取减速操作，则车载报警单元关闭报警声响；

若B颜色进度条出现的同时车辆行驶速度降低，即驾驶员立即采取减速操作，则车载中央处理单元控制车载报警单元关闭报警声响；

ⅲ、当0＜ω≤0.8时，车载中央处理单元控制车载报警单元的显示界面根据进度量化值x显示C颜色进度条（红色进度条），且车载报警单元发出70dB、500Hz的报警声响；且车载中央处理单元通过实时获取的车辆行驶速度进行判断，具体为：

若C颜色进度条出现后的前t2（1.5s）时间段内，车辆行驶速度未降低，则车载中央处理单元控制车辆电控制动系统执行自动减速动作，直至出现人为减速操作为止；

若C颜色进度条出现后的前t2（1.5s）时间段内，车辆行驶速度降低，则车载报警单元关闭报警声响；

若C颜色进度条出现的同时车辆行驶速度降低，即驾驶员立即采取减速操作，则车载中央处理单元控制车载报警单元关闭报警声响；

ⅳ、当ω≤0时，车载中央处理单元控制车载报警单元的显示界面根据进度量化值x显示C颜色进度条，且车载报警单元发出80dB、1000Hz的报警声响；同时车载中央处理单元通过实时获取的车辆行驶速度进行判断，具体为：

若C颜色进度条出现后的前t1时间段内，车辆行驶速度未降低，则车载中央处理单元控制车辆电控制动系统执行自动减速动作，直至出现人为减速操作为止；

若C颜色进度条出现后的前t1时间段内，车辆行驶速度降低，则车载报警单元关闭报警声响；

若C颜色进度条出现时刻驾驶人立即采取减速操作，则车载中央处理单元控制车载报警单元关闭报警声响；

上述步骤ⅱ、ⅲ、ⅳ中，当驾驶人采取人为减速操作后，车载报警单元关闭报警声响，车载中央处理单元继续计算d₁，并继续利用d₁与d_m进行判断，具体为：

当d₁≤d_m时，返回执行步骤5中子步骤I；

当出现d₁＞d_m，此时车载中央处理单元取消显示颜色进度条，返回继续执行步骤1。

当车辆驶入交通事故多发路段或交通事故已发生路段附近区域时，通过本发明的车辆安全行驶预警装置及其预警方法可以为驾驶人提供实时的危险点位置以及安全警示信息，甚至在驾驶员采取极端措施下，能够对车辆采取强制性的制动措施，有效地避免潜在交通事故的发生，或者避免因已发的交通事故而造成交通拥堵事件甚至是事故连发事件，从而有效地解决交通安全问题。

Claims (8)

1.一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，其特征在于：通过下述步骤实现：

步骤1：车载端中车载中央处理单元每间隔T1时刻向网络后台服务器发送当前时刻的车辆信息，包括车辆的地理经纬度数据、行驶速度数据、无线通信单元端口号；同时向网络后台服务器端发送当前时刻的日期与时间；

步骤2：网络后台服务器端判断当前时刻车辆所处路段是否存在危险点；

网络后台服务器端根据接收到的车辆信息，通过其中的车辆地理经纬度数据与网络后台服务器端存储的道路信息数据库进行查询、匹配，判断车辆当前时刻所处路段，并根据该路段对应的地理编号查询该路段上是否存在危险点，具体为：

1）若车辆所在路段上存在危险点，则网络后台服务器端从道路信息数据库中获取各个危险点的信息，包括危险点地理经纬度数据与危险点危险级别，并将危险点的信息发送到车载中央处理单元，同时进行步骤3与步骤5；

2）若车辆所处路段上不存在危险点，则返回步骤1，网络后台服务器端等待接收下一时刻车载端发送的车辆信息；

步骤3：网络后台服务器端设置车辆语音警示标识参数以及危险驾驶计数参数；

A、网络后台服务器根据步骤1中得到的车辆当前时刻地理经纬度数据与步骤2中得到的危险点信息中危险点地理经纬度数据，计算车辆与一个或者多个危险点的最小距离值d₀；

B、网络后台服务器端根据步骤1中得到的车辆的车载无线通信单元端口号，查询道路信息数据库中该路段对应的危险驾驶记录表中是否存在该车辆的记录，并将车辆与各危险点间的最小距离值d₀、车辆行驶速度v分别同车辆与所逼近的危险点间最小距离的安全阈值d^*与车辆行驶速度的安全阈值v^*进行比较判断，进而设置车辆语音警示标识参数flag，以及危险驾驶计数参数counter，具体为：

上述车辆与各危险点间最小距离的安全阈值d^*与车辆行驶速度的安全阈值v^*，由网络后台服务器端根据各个危险点对应的危险级别来设定车辆与各个危险点间最短距离与行驶速度的安全阈值d^*和v^*；

a、当所述的危险驾驶记录表中未记录车辆的车载无线通信单元端口号，代表该车辆在当前路段尚未出现过危险行车记录；此时，若d₀≤d^*且v≥v^*，则在危险驾驶记录表中的“端口号”、“记录时间”与“车速”字段对应的数据存储位置分别记录车辆的车载无线通信单元端口号、网络后台服务器端将步骤1中接收到的车辆信息发送日期与时间数据以及车辆行驶速度数据，并在危险驾驶记录表中的“危险驾驶次数”字段对应的数据存储位置记录“1”；同时设置车辆语音警示标识参数flag＝true，危险驾驶计数参数counter=1；

若d₀≤d^*且v＜v^*，则网络后台服务器端不对危险驾驶记录表进行修改，仅将车辆语音警示标识参数flag＝false，危险驾驶计数参数counter=1；

b、当所述的危险驾驶记录表中已存储有车辆的车载无线通信单元端口号，即代表车辆在当前路段曾经出现过危险行车记录；此时，若d₀≤d^*且v≥v^*，则网络后台服务器利用接收到的车辆信息发送日期与时间数据以及车辆行驶速度数据，分别更新危险驾驶记录表中当前车辆车载无线通信单元端口号下的“记录时间”与“车速”字段对应的车辆信息发送日期与时间数据与车速，且将危险驾驶记录表中的“危险驾驶次数”字段对应的数据加1，并设置车辆语音警示标识参数flag＝true，危险驾驶计数参数counter等于车辆在危险驾驶记录表中当前车辆车载无线通信单元端口号下的“危险驾驶次数”字段对应的数据；

若d₀≤d^*且v＜v^*，则网络后台服务器利用接收到的车辆信息发送日期与时间数据以及车辆行驶速度数据，分别更新危险驾驶记录表中当前车辆的车载无线通信单元端口号下的“记录时间”与“车速”字段对应的车辆信息发送日期与时间数据与车速，且将“危险驾驶次数”字段对应的数据加1，并设置车辆语音警示标识参数flag＝false，危险驾驶计数参数counter等于车辆在危险驾驶记录表中“危险驾驶次数”字段对应的数据；

c、无论危险驾驶记录表中是否存在当前车辆的记录信息，若d₀＞d^*，则网络后台服务器端不对危险驾驶记录表进行更新操作，仅设置车辆语音警示标识参数flag＝false，危险驾驶计数参数counter=0，不对危险驾驶记录表进行修改；

当网络后台服务器端完成上述车辆语音警示标识参数flag，以及危险驾驶计数参数counter的设置后，进入步骤4；

步骤4：车载端语音及文本警示；

网络后台服务器将设置车辆语音警示标识参数flag、危险驾驶计数参数counter值发送到车载端中车载中央处理单元，车载中央处理单元根据步骤2中接收的危险点信息中的危险点地理经纬度数据与危险级别，在车载端中车载显示单元显示的电子地图上通过标记符标识出危险点，并通过字符标识出危险点的危险级别；同时，车载中央处理单元还根据语音警示标识参数flag和危险驾驶计数参数counter进行相应的语音和文本消息警示操作，具体为：

①、若flag＝true且counter=1，则车载中央处理单元控制车载报警单元循环播放警示语音，并在车载显示单元显示的电子地图上以文本框的形式显示警示文本；

②、若flag＝true且counter＞1，则车载中央处理单元控制车载报警单元控制车载报警单元循环播放警示语音，并在车载显示单元显示的电子地图上以文本框的形式显示警示文本；

③、若flag＝false且counter≥1，则车载中央处理单元控制车载报警单元在车载显示单元显示的电子地图上以文本框的形式显示警示文本；

上述三种情况中，警示语音直至flag＝false且counter=0或者车载报警单元的语音警示功能被关闭时停止；警示文本显示时间为t；当步骤3的执行过程被中止或者结束，则返回步骤1；

步骤5：车载端进行声响预警、颜色进度条预警以及制动控制；

车载中央处理单元根据车辆当前地理经纬度数据以及危险点信息，同样实时计算得到车辆与一个或者多个危险点的最小距离值d₁，并判断d₁与车辆中央处理单元中设定的预警距离阈值d_m进行比较判断，d_m＜d^*：

若d₁＞d_m，则返回步骤5继续进行比较判断；

若d₁≤d_m，则进行下述步骤：

Ⅰ、计算危险警示临界距离d_warning与刹车临界距离d_braking；

车载中央处理单元根据车辆行驶速度v，调用安全车距模型，计算得到危险警示临界距离d_warning、刹车临界距离d_braking；

$d_{\mathrm{warning}}=\left\{\begin{array}{c}[\frac{1}{2}\frac{(v^2-v^{*2})}{\mathrm{\&alpha;}}+v\&times;({\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{system}}+{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{human}})+d_{\mathrm{safe}}]\&times;f\&times;g;v\&GreaterEqual;v^{*}\\ d_1-1;v<v^{*}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$d_{\mathrm{warning}}=\left\{\begin{array}{c}[v\&times;({\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{system}}+{\mathrm{\&tau;}}_{\mathrm{human}})]\&times;f\&times;g;v\&GreaterEqual;v^{*}\\ d_1-2;v<v^{*}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，τ_system为车辆制动系统协调时间参数，单位为s；τ_human为驾驶人制动反应时间参数，单位为s；d_safe为距离补偿参数，单位为m；α为制动减速度参数，单位：m/s²；v^*为车速的安全阀值，单位为：m/s；而式（1）与式（2）中的参数f为道路环境参数，参数g为驾驶偏好参数，由车载面板单元根据车辆行驶的道路路面状况、天气状况、驾驶员的驾驶偏好设定；

Ⅱ、计算获取车辆逼近危险点的程度量化参数ω以及显示预警进度条的进度量化值x；

本发明定义无量纲参数ω表征车辆逼近危险点的程度，ω为：

$\mathrm{\&omega;}=\frac{d_1-d_{\mathrm{braking}}}{d_{\mathrm{warning}}-d_{\mathrm{braking}}}---\left(3\right)$

预警进度条的进度量化参数x为：

$x=(1-\frac{d_1}{d_m})\&times;100\%---\left(4\right)$

Ⅲ、根据参数ω控制车载报警单元执行不同的报警动作或控制车载端中电控制动系统执行制动响应，以及根据预警进度条的进度量化参数x控制车载显示单元显示预警进度条，具体为：

ⅰ、当ω＞1时，车载中央处理单元控制车载显示单元的显示界面根据进度量化值x显示A颜色进度条；且车载报警单元不执行声响报警动作；车载中央处理单元继续计算参数d₁，并再次比较判断，具体为：

若当d₁≤d_m，则返回步骤5中子步骤I继续执行；

当出现d₁＞d_m，则车载中央处理单元取消颜色进度条，返回继续执行步骤1；

ⅱ、当0.8＜ω≤1时，车载报警单元中止步骤4的车载端语音及文本警示；同时，车载中央处理单元控制车载显示单元的显示界面根据进度量化值x显示B颜色进度条，且车载报警单元发出60dB、200Hz的报警声响，并通过实时获取的车辆行驶速度进行判断，具体为：

若B颜色进度条出现后的前t1时间段内，车辆行驶速度未降低，即驾驶员未采取减速操作，则车载中央处理单元控制车辆电控制动系统执行自动减速动作，直至出现人为减速操作；

若B颜色进度条出现后的前t1时间段内，车辆行驶速度降低，即驾驶员采取减速操作，则车载报警单元关闭报警声响；

若B颜色进度条出现的同时车辆行驶速度降低，即驾驶员立即采取减速操作，则车载中央处理单元控制车载报警单元关闭报警声响；

ⅲ、当0＜ω≤0.8时，车载中央处理单元控制车载报警单元的显示界面根据进度量化值x显示C颜色进度条，且车载报警单元发出70dB、500Hz的报警声响；且车载中央处理单元通过实时获取的车辆行驶速度进行判断，具体为：

若C颜色进度条出现后的前t2时间段内，车辆行驶速度未降低，则车载中央处理单元控制车辆电控制动系统执行自动减速动作，直至出现人为减速操作为止；

若C颜色进度条出现后的前t2时间段内，车辆行驶速度降低，则车载报警单元关闭报警声响；

若C颜色进度条出现的同时车辆行驶速度降低，即驾驶员立即采取减速操作，则车载中央处理单元控制车载报警单元关闭报警声响；

ⅳ、当ω≤0时，车载中央处理单元控制车载报警单元的显示界面根据进度量化值x显示C颜色进度条，且车载报警单元发出80dB、1000Hz的报警声响；同时车载中央处理单元通过实时获取的车辆行驶速度进行判断，具体为：

若C颜色进度条出现后的前t1时间段内，车辆行驶速度未降低，则车载中央处理单元控制车辆电控制动系统执行自动减速动作，直至出现人为减速操作为止；

若C颜色进度条出现后的前t1时间段内，车辆行驶速度降低，则车载报警单元关闭报警声响；

若C颜色进度条出现时刻驾驶人立即采取减速操作，则车载中央处理单元控制车载报警单元关闭报警声响；

所述步骤ⅱ、ⅲ、ⅳ中，当驾驶人采取人为减速操作后，车载报警单元关闭报警声响，车载中央处理单元继续计算d₁，并继续利用d₁与d_m进行判断，具体为：

当d₁≤d_m时，返回执行步骤5中的子步骤I；

当出现d₁＞d_m，此时车载中央处理单元取消显示颜色进度条，返回继续执行步骤1。

2.如权利要求1所述一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，其特征在于：所述危险点分为两类，包括固定危险点和变动危险点；其中，固定危险点包括曲率半径小于R的弯道上的地理点、下坡的纵坡度大于x%且坡长小于L的下坡起始点、上坡的纵坡度大于x'%且坡长小于L'的上坡起始点、穿过居民集居区域的路段的入口点；变动危险点包括路段上存在大雾障碍的地理点、路段上存在冰雪障碍的地理点、路段上存在泥石流或者塌方的地理点、路段上发生交通事故的地理点。

3.如权利要求2所述一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，其特征在于：所述R=50m，x=5，L=150m；x'=4；L'=120m。

4.如权利要求2所述一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，其特征在于：所述危险点的危险级别为重大危险点、普通危险点与轻度危险点；且重大危险点对应设置d^*=150m，v^*=8m/s；普通危险点对应设置d^*=150m，v^*=10m/s；轻度危险点对应设置d^*=150m，v^*=15m/s。

5.如权利要求1所述一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，其特征在于：所述T1根据车辆应用场景具体设置，取T1=100ms。

6.如权利要求1所述一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，其特征在于：所述α、τ_system、τ_human和d_safe根据车辆应用场景具体设置，取v^*＝8m/s，α＝6m/s²，τ_system＝0.2s，τ_human＝1s以及d_safe＝5m。

7.如权利要求1所述一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，其特征在于：所述f与g的数值设定与切换，通过车载端中车载面板单元上的理想道路模式按钮、沥青干路面模式按钮、沥青湿路面模式按钮、冰雪路面模式按钮、保守驾驶模式按钮、非保守驾驶模式按钮以及常态驾驶模式按钮控制；其中，理想道路模式按钮对应f=1；沥青干路面模式按钮对应f=1.5；沥青湿路面模式按钮对应f=1.7；冰雪路面模式按钮对应f=2；保守驾驶模式按钮对应g=1.2；非保守驾驶模式按钮对应g=0.8；常态驾驶模式按钮对应g=1；且当驾驶人没有对车载面上单元进行任何操作时，f=1.2，g=1。

8.如权利要求1所述一种基于车联网的车辆安全行驶预警方法，其特征在于：所述t1＞t2；t1为2s，t2为1.5s。

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