CN103927904B - 利用智能手机的行人防碰撞预警系统的预警方法 - Google Patents
利用智能手机的行人防碰撞预警系统的预警方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种利用智能手机的行人防碰撞预警系统的预警方法,包括行人智能手机中的GPS模块获得行人的经度Lon1、纬度Lat1、速度v1、地面航向角度和海拔高度h1信息,并发送至车载终端;车载终端将获得的信息发送至计算与处理单元计算获得车辆的速度v2;定义车辆与行人之间的碰撞相关系数γ,进行碰撞相关性判断和碰撞相关系数计算;进行预警安全等级计算;在报警单元中以声音和图像对驾驶员进行报警提示,同时,将预警安全等级发送给处理模块,在报警模块以声音和图像形式对行人进行报警;本发明通过计算并判断车辆与行人之间的位置关系,进而判断是否有碰撞危险,同时,通过无线通信,同步将碰撞报警信息发送至智能手机,实现给行人以声音和图像形式的预警。
Description
技术领域
本发明涉及交通安全技术领域,尤其是一种利用智能手机的行人防碰撞预警系统的预警方法。
背景技术
随着交通业的飞速发展,道路车辆数量激增,道路交通安全形势日趋严峻。在直角交叉口、急转弯、夜晚以及雨雪天气导致驾驶员视距减小或视线盲区的情况下,由于驾驶员来不及反应而引起的交通事故成为道路交通安全的重点,给驾驶员、乘客及行人的人身安全造成极大威胁。而行人作为重要的道路交通参与者,其行走随意性大、方向多变的特点,给道路交通安全带来很大的隐患,容易引发交通事故。
近年来,针对行人出行安全的防碰撞预警系统,利用车载雷达、机器视觉(CCD、CMOS相机)检测道路上的行人,计算车辆和行人之间的距离和相对运动关系,并预测与行人发生碰撞的可能性。若根据当前状态判断出有相撞的可能性,则输出声音和图像报警信号,提示驾驶员避免发生相撞的危险,达到保护行人安全的目的。但是,上述行人防碰撞预警系统的不足之处在于:一方面,雷达和相机等传感器探测距离有限,存在明显的探测盲区,且夜晚、雨雪天气影响其对行人的检测效果;另一方面,上述行人防碰撞系统仅仅是对驾驶员预警,实际上,随着智能手机的普及和功能的增强,很多行人在行走过程中操作手机,当有车辆的靠近时,同样需要给行人进行同步报警。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在车载终端和行人智能手机上同步进行预警、安全性强、可靠性高、便于使用的利用智能手机的行人防碰撞预警系统的预警方法。
为实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:一种利用智能手机的行人防碰撞预警系统的预警方法,该方法包括下列顺序的步骤:
(1)行人智能手机中的GPS模块获得行人的经度Lon1、纬度Lat1、速度v1、行人地面航向角度和海拔高度h1信息,并通过无线收发模块发送至车载终端;
(2)车载终端中的定位单元将获得的车辆经度Lon2、纬度Lat2、车辆地面航向角度和海拔高度h2信息发送至计算与处理单元,计算与处理单元通过CAN总线获得车辆的速度v2,同时,计算与处理单元通过无线收发单元接收行人的行人经度Lon1、纬度Lat1、速度v1、行人地面航向角度和海拔高度h1信息;
(3)车载终端中的计算与处理单元定义车辆与行人之间的碰撞相关系数γ,结合行人信息、车辆信息以及电子地图模块提供的地图信息进行碰撞相关性判断和碰撞相关系数计算;
(4)在碰撞相关性判断的基础上,进行预警安全等级计算;
(5)在预警安全等级确定后,在报警单元中以声音和图像对驾驶员进行报警提示,同时,通过无线收发单元,将预警安全等级发送给处理模块,在报警模块以声音和图像形式对行人进行报警;
进行碰撞相关性判断时,定义车辆和行人之间的碰撞相关系数γ,若二者之间有碰撞的可能性,则γ取值为1,否则,取值为0;
碰撞相关性判断模块结合行人的经度Lon1、纬度Lat1、速度v1、行人地面航向角度和海拔高度h1信息,车辆的经度Lon2、纬度Lat2、速度v2、车辆地面航向角度和海拔高度h2信息,以及电子地图模块提供的道路属性信息进行碰撞相关性判断和碰撞相关系数计算,具体步骤为:
1)根据车辆自身速度v2,判断速度是否低于安全阈值,若0<v2<20km/h,则γ=0,否则γ=1;
2)根据行人地面航向角度和车辆地面航向角度判断计算行人和车辆行驶方向差若则γ=0,否则γ=1;
3)根据车辆的经度Lon2、纬度Lat2,计算车辆与电子地图模块上道路投影点之间的垂直距离dc,计算车辆道路投影点与电子地图模块提供的道路属性点构成连线的方向根据dc、和车辆地面航向角度将车辆匹配在电子地图模块的特定道路上,再获取道路的属性信息进行碰撞相关性判断,若此时道路的属性为高架、隧道、全封闭道路、立交桥,则γ=0,否则γ=1;
4)根据行人的经度Lon1、纬度Lat1、行人地面航向角度和电子地图模块,同样将行人匹配在电子地图模块的特定道路上,若行人位于道路的辅道中,则γ=0,否则γ=1;
5)根据行人的海拔高度h1、车辆自身的海拔高度h2,计算行人和车辆的高度差△h=|h1-h2|,若△h>2m,则γ=0,否则γ=1;
若通过碰撞相关性判断模块得到的碰撞相关性系数γ=1,则进行安全等级计算,若γ=0,则继续进行碰撞相关性的判断;
实现所述预警方法的系统包括车载终端和行人智能手机,车载终端与行人智能手机之间通过无线通讯模块无线通讯,车载终端内嵌定位单元和报警单元,行人智能手机内嵌GPS模块和报警模块;所述车载终端由定位单元、计算与处理单元、报警单元和无线收发单元组成,定位单元的输出端与计算与处理单元的输入端相连,计算与处理单元的输出端与报警单元的输入端相连,计算与处理单元的输入输出端与无线收发单元的输入输出端相连,计算与处理单元接车辆的CAN总线;所述智能手机由GPS模块、处理模块、无线收发模块和报警模块组成,GPS模块的输出端与处理模块的输入端相连,处理模块的输出端与报警模块的输入端相连,处理模块的输入输出端与无线收发模块的输入输出端相连;所述无线通讯模块采用无线路由器;所述计算与处理单元由运动状态采集与处理模块、碰撞相关性判断模块、安全等级计算模块和电子地图模块组成,运动状态采集与处理模块与定位单元的输出端相连,运动状态采集与处理模块、电子地图模块的输出端均与碰撞相关性判断模块的输入端相连,碰撞相关性判断模块的输出端与安全等级计算模块的输入端相连,安全等级计算模块的输出端与报警单元的输入端相连,无线收发单元的输出端与运动状态采集与处理模块的输入端相连,无线收发单元的输入端与安全等级计算模块的输出端相连,运动状态采集与处理模块接车辆的CAN总线;所述无线收发单元采用WIFI模块;所述无线收发模块采用WIFI模块;
在进行预警安全等级计算时,假设道路上的车辆和行人在平面内运动,建立时空坐标系下的碰撞模型,设初始时刻车辆坐标为(xc,yc,t0),行人的坐标为(xr,yr,t0);
车辆位置随时间变化的轨迹为一条由车辆的运动速度和运动方向决定的、过点(xc,yc,t0)的直线lc:
lc:Acx+Bcy+Cct+Dc=0
Ac、Bc、Cc、Dc是直线lc的固定参数,其值由车辆的运动方向和速度决定;
行人位置随时间变化的轨迹为一条由行人的运动速度和运动方向决定的、过(xr,yr,t0)的直线lr:
lr:Arx+Br1y+Crt+Dr=0
Ar、Br、Cr、Dr是直线lr的固定参数,其值由行人的运动方向和速度决定;
若直线lc和lr相交,则车辆和行人可能发生碰撞,碰撞点为交点的x、y坐标,碰撞时刻为交点的t坐标,若直线lc和lr不相交,则二者不会发生碰撞;
在上述碰撞模型基础上,通过以下步骤实现预警安全等级计算:
1)根据行人和车辆的经度和纬度信息,计算二者在oxy平面坐标系的坐标点(xr,yr)、(xc,yc);
2)根据行人和车辆的速度和地面航向角信息,计算二者在oxy平面坐标系内分别沿x轴和y轴的速度:
3)计算车辆和行人之间的距离:
上式中,dis为车辆和行人在当前经纬度、速度和地面航向角情况下,经过时间t后,二者之间的距离,可在此基础上进行预警安全等级计算;
如果dis=10m,t=5s,则预警安全等级为1级;
如果dis=5m,t=1.5s,则预警安全等级为2级。
由上述技术方案可知,通过无线通信,车载终端实时获取行人手持智能手机的经纬度、速度、地面航向角度和海拔高度信息,并结合车辆定位信息和运动状态,计算并判断车辆与行人之间的位置关系,进而判断是否有碰撞危险,同时,通过无线通信,同步将碰撞报警信息发送至智能手机,实现给行人以声音和图像形式的预警。本发明在智能手机大量普及的情况下,通过智能手机获取行人的经纬度坐标、速度、方向和海拔高度信息,无需特殊设备和额外成本,使用方便;利用电子地图、车辆和行人的运动状态信息进行碰撞相关性判断,能够有效减低其误警率,提高其实用性;当判断车辆和行人之间有碰撞风险时,在车载终端和行人智能手机上同步进行声音和图像形式的预警,进一步提高其安全性;系统在夜晚光线不足、雨雪天气下能可靠使用,适用性强。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图;
图2为图1中车载终端的结构框图;
图3为本发明中预警算法模型的示意图;
图4为本发明的无线通信示意图。
具体实施方式
一种利用智能手机的行人防碰撞预警系统,包括车载终端1和行人智能手机2,车载终端1与行人智能手机2之间通过无线通讯模块4无线通讯,车载终端1内嵌定位单元和报警单元,行人智能手机2内嵌GPS模块和报警模块,所述无线通讯模块4采用无线路由器,如图1、4所示。
如图1所示,所述车载终端1由定位单元、计算与处理单元3、报警单元和无线收发单元组成,定位单元的输出端与计算与处理单元3的输入端相连,计算与处理单元3的输出端与报警单元的输入端相连,计算与处理单元3的输入输出端与无线收发单元的输入输出端相连,计算与处理单元3接车辆的CAN总线。所述智能手机2由GPS模块、处理模块、无线收发模块和报警模块组成,GPS模块的输出端与处理模块的输入端相连,处理模块的输出端与报警模块的输入端相连,处理模块的输入输出端与无线收发模块的输入输出端相连,所述无线收发模块采用WIFI模块。
如图2所示,所述计算与处理单元3由运动状态采集与处理模块、碰撞相关性判断模块、安全等级计算模块和电子地图模块组成,运动状态采集与处理模块与定位单元的输出端相连,运动状态采集与处理模块、电子地图模块的输出端均与碰撞相关性判断模块的输入端相连,碰撞相关性判断模块的输出端与安全等级计算模块的输入端相连,安全等级计算模块的输出端与报警单元的输入端相连,无线收发单元的输出端与运动状态采集与处理模块的输入端相连,无线收发单元的输入端与安全等级计算模块的输出端相连,运动状态采集与处理模块接车辆的CAN总线;所述无线收发单元采用WIFI模块。
如图3所示,在工作时,首先,行人智能手机2中的GPS模块获得行人的经度Lon1、纬度Lat1、速度v1、行人地面航向角度和海拔高度h1信息,并通过无线收发模块发送至车载终端1;其次,车载终端1中的定位单元将获得的车辆经度Lon2、纬度Lat2、车辆地面航向角度和海拔高度h2信息发送至计算与处理单元3,计算与处理单元3通过CAN总线获得车辆的速度v2,同时,计算与处理单元3通过无线收发单元接收行人的行人经度Lon1、纬度Lat1、速度v1、行人地面航向角度和海拔高度h1信息;再次,车载终端1中的计算与处理单元3定义车辆与行人之间的碰撞相关系数γ,结合行人信息、车辆信息以及电子地图模块提供的地图信息进行碰撞相关性判断和碰撞相关系数计算;接着,在碰撞相关性判断的基础上,进行预警安全等级计算;最后,在预警安全等级确定后,在报警单元中以声音和图像对驾驶员进行报警提示,同时,通过无线收发单元,将预警安全等级发送给处理模块,在报警模块以声音和图像形式对行人进行报警。
以下结合图1、2、3、4对本发明作进一步的说明。
行人手持智能手机2采用andriod操作系统平台,通过智能手机2中内嵌的GPS模块,利用andriod操作系统中的LocationManager来获得行人的经度Lon1、纬度Lat1、速度v1、行人地面航向角度和海拔高度h1信息,具体信息的获得是通过调用getLongitude()、getLatitude()、getSpeed()、getBearing()和getAltitude()函数来实现,刷新频率为10Hz。
无线收发模块、无线通信模块和无线收发单元三者构成一个小型局域网,车载终端1设置为服务器端、行人的智能手机2设置为客户端,智能手机2在局域网中查找服务器端的端口号并与之连接,二者之间以UDP进行网络通信,连接成功后,采用socket的网络通信方式完成行人的经度Lon1、纬度Lat1、速度v1、行人地面航向角度和海拔高度h1信息向无线收发单元发送,发送频率为10Hz。
定位单元提供车辆的经度Lon2、纬度Lat2、车辆地面航向角度和海拔高度h2给计算与处理单元3,计算与处理单元3通过CAN总线获取较精确的车辆速度v2,同时接收无线收发单元的行人经度Lon1、纬度Lat1、速度v1、地面航向角度和海拔高度h1信息。
在进行碰撞相关性判断时,定义车辆和行人之间的碰撞相关系数γ,若二者之间有碰撞的可能性,则γ取值为1,否则,取值为0;
碰撞相关性判断模块结合行人的经度Lon1、纬度Lat1、速度v1、行人地面航向角度和海拔高度h1信息,车辆的经度Lon2、纬度Lat2、速度v2、车辆地面航向角度和海拔高度h2信息,以及电子地图模块提供的道路属性信息进行碰撞相关性判断和碰撞相关系数计算,具体步骤为:
1)根据车辆自身速度v2,判断速度是否低于安全阈值,若0<v2<20km/h,则γ=0,否则γ=1;
2)根据行人地面航向角度和车辆地面航向角度判断计算行人和车辆行驶方向差若则γ=0,否则γ=1;
3)根据车辆的经度Lon2、纬度Lat2,计算车辆与电子地图模块上道路投影点之间的垂直距离dc,计算车辆道路投影点与电子地图模块提供的道路属性点构成连线的方向根据dc、和车辆地面航向角度将车辆匹配在电子地图模块的特定道路上,再获取道路的属性信息进行碰撞相关性判断,若此时道路的属性为高架、隧道、全封闭道路、立交桥,则γ=0,否则γ=1;
4)根据行人的经度Lon1、纬度Lat1、行人地面航向角度和电子地图模块,同样将行人匹配在电子地图模块的特定道路上,若行人位于道路的辅道中,则γ=0,否则γ=1;
5)根据行人的海拔高度h1、车辆自身的海拔高度h2,计算行人和车辆的高度差△h=|h1-h2|,若△h>2m,则γ=0,否则γ=1;
若通过碰撞相关性判断模块得到的碰撞相关性系数γ=1,则进行安全等级计算,若γ=0,则继续进行碰撞相关性的判断。
在进行预警安全等级计算时,假设道路上的车辆和行人在平面内运动,建立时空坐标系下的碰撞模型,设初始时刻车辆坐标为(xc,yc,t0),行人的坐标为(xr,yr,t0);
车辆位置随时间变化的轨迹为一条由车辆的运动速度和运动方向决定的、过点(xc,yc,t0)的直线lc:
lc:Acx+Bcy+Cct+Dc=0
Ac、Bc、Cc、Dc是直线lc的固定参数,其值由车辆的运动方向和速度决定;
行人位置随时间变化的轨迹为一条由行人的运动速度和运动方向决定的、过(xr,yr,t0)的直线lr:
lr:Arx+Br1y+Crt+Dr=0
Ar、Br、Cr、Dr是直线lr的固定参数,其值由行人的运动方向和速度决定;
若直线lc和lr相交,则车辆和行人可能发生碰撞,碰撞点为交点的x、y坐标,碰撞时刻为交点的t坐标,若直线lc和lr不相交,则二者不会发生碰撞;
在上述碰撞模型基础上,通过以下步骤实现预警安全等级计算:
1)根据行人和车辆的经度和纬度信息,计算二者在oxy平面坐标系的坐标点(xr,yr)、(xc,yc);
2)根据行人和车辆的速度和地面航向角信息,计算二者在oxy平面坐标系内分别沿x轴和y轴的速度:
3)计算车辆和行人之间的距离:
上式中,dis为车辆和行人在当前经纬度、速度和地面航向角情况下,经过时间t后,二者之间的距离,可在此基础上进行预警安全等级计算;
如果dis=10m,t=5s,则预警安全等级为1级;
如果dis=5m,t=1.5s,则预警安全等级为2级。
综上所述,本发明通过无线通信,车载终端1实时获取行人手持智能手机2的经纬度、速度、地面航向角度和海拔高度信息,并结合车辆定位信息和运动状态,计算并判断车辆与行人之间的位置关系,进而判断是否有碰撞危险,同时,通过无线通信,同步将碰撞报警信息发送至智能手机2,实现给行人以声音和图像形式的预警。
Claims (1)
1.一种利用智能手机的行人防碰撞预警系统的预警方法,该方法包括下列顺序的步骤:
(1)行人智能手机中的GPS模块获得行人的经度Lon1、纬度Lat1、速度v1、行人地面航向角度和海拔高度h1信息,并通过无线收发模块发送至车载终端;
(2)车载终端中的定位单元将获得的车辆经度Lon2、纬度Lat2、车辆地面航向角度和海拔高度h2信息发送至计算与处理单元,计算与处理单元通过CAN总线获得车辆的速度v2,同时,计算与处理单元通过无线收发单元接收行人的行人经度Lon1、纬度Lat1、速度v1、行人地面航向角度和海拔高度h1信息;
(3)车载终端中的计算与处理单元定义车辆与行人之间的碰撞相关系数γ,结合行人信息、车辆信息以及电子地图模块提供的地图信息进行碰撞相关性判断和碰撞相关系数计算;
(4)在碰撞相关性判断的基础上,进行预警安全等级计算;
(5)在预警安全等级确定后,在报警单元中以声音和图像对驾驶员进行报警提示,同时,通过无线收发单元,将预警安全等级发送给处理模块,在报警模块以声音和图像形式对行人进行报警;
进行碰撞相关性判断时,定义车辆和行人之间的碰撞相关系数γ,若二者之间有碰撞的可能性,则γ取值为1,否则,取值为0;
碰撞相关性判断模块结合行人的经度Lon1、纬度Lat1、速度v1、行人地面航向角度和海拔高度h1信息,车辆的经度Lon2、纬度Lat2、速度v2、车辆地面航向角度和海拔高度h2信息,以及电子地图模块提供的道路属性信息进行碰撞相关性判断和碰撞相关系数计算,具体步骤为:
1)根据车辆自身速度v2,判断速度是否低于安全阈值,若0<v2<20km/h,则γ=0,否则γ=1;
2)根据行人地面航向角度和车辆地面航向角度判断计算行人和车辆行驶方向差若则γ=0,否则γ=1;
3)根据车辆的经度Lon2、纬度Lat2,计算车辆与电子地图模块上道路投影点之间的垂直距离dc,计算车辆道路投影点与电子地图模块提供的道路属性点构成连线的方向根据dc、和车辆地面航向角度将车辆匹配在电子地图模块的特定道路上,再获取道路的属性信息进行碰撞相关性判断,若此时道路的属性为高架、隧道、全封闭道路、立交桥,则γ=0,否则γ=1;
4)根据行人的经度Lon1、纬度Lat1、行人地面航向角度和电子地图模块,同样将行人匹配在电子地图模块的特定道路上,若行人位于道路的辅道中,则γ=0,否则γ=1;
5)根据行人的海拔高度h1、车辆自身的海拔高度h2,计算行人和车辆的高度差△h=|h1-h2|,若△h>2m,则γ=0,否则γ=1;
若通过碰撞相关性判断模块得到的碰撞相关性系数γ=1,则进行安全等级计算,若γ=0,则继续进行碰撞相关性的判断;
实现所述预警方法的系统包括车载终端和行人智能手机,车载终端与行人智能手机之间通过无线通讯模块无线通讯,车载终端内嵌定位单元和报警单元,行人智能手机内嵌GPS模块和报警模块;所述车载终端由定位单元、计算与处理单元、报警单元和无线收发单元组成,定位单元的输出端与计算与处理单元的输入端相连,计算与处理单元的输出端与报警单元的输入端相连,计算与处理单元的输入输出端与无线收发单元的输入输出端相连,计算与处理单元接车辆的CAN总线;所述智能手机由GPS模块、处理模块、无线收发模块和报警模块组成,GPS模块的输出端与处理模块的输入端相连,处理模块的输出端与报警模块的输入端相连,处理模块的输入输出端与无线收发模块的输入输出端相连;所述无线通讯模块采用无线路由器;所述计算与处理单元由运动状态采集与处理模块、碰撞相关性判断模块、安全等级计算模块和电子地图模块组成,运动状态采集与处理模块与定位单元的输出端相连,运动状态采集与处理模块、电子地图模块的输出端均与碰撞相关性判断模块的输入端相连,碰撞相关性判断模块的输出端与安全等级计算模块的输入端相连,安全等级计算模块的输出端与报警单元的输入端相连,无线收发单元的输出端与运动状态采集与处理模块的输入端相连,无线收发单元的输入端与安全等级计算模块的输出端相连,运动状态采集与处理模块接车辆的CAN总线;所述无线收发单元采用WIFI模块;所述无线收发模块采用WIFI模块;
在进行预警安全等级计算时,假设道路上的车辆和行人在平面内运动,建立时空坐标系下的碰撞模型,设初始时刻车辆坐标为(xc,yc,t0),行人的坐标为(xr,yr,t0);
车辆位置随时间变化的轨迹为一条由车辆的运动速度和运动方向决定的、过点(xc,yc,t0)的直线lc:
lc:Acx+Bcy+Cct+Dc=0
Ac、Bc、Cc、Dc是直线lc的固定参数,其值由车辆的运动方向和速度决定;
行人位置随时间变化的轨迹为一条由行人的运动速度和运动方向决定的、过(xr,yr,t0)的直线lr:
lr:Arx+Br1y+Crt+Dr=0
Ar、Br、Cr、Dr是直线lr的固定参数,其值由行人的运动方向和速度决定;
若直线lc和lr相交,则车辆和行人可能发生碰撞,碰撞点为交点的x、y坐标,碰撞时刻为交点的t坐标,若直线lc和lr不相交,则二者不会发生碰撞;
在上述碰撞模型基础上,通过以下步骤实现预警安全等级计算:
1)根据行人和车辆的经度和纬度信息,计算二者在oxy平面坐标系的坐标点(xr,yr)、(xc,yc);
2)根据行人和车辆的速度和地面航向角信息,计算二者在oxy平面坐标系内分别沿x轴和y轴的速度:
3)计算车辆和行人之间的距离:
上式中,dis为车辆和行人在当前经纬度、速度和地面航向角情况下,经过时间t后,二者之间的距离,可在此基础上进行预警安全等级计算;
如果dis=10m,t=5s,则预警安全等级为1级;
如果dis=5m,t=1.5s,则预警安全等级为2级。
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