CN104537852A - 一种基于车路协同的道路突发事故提示方法 - Google Patents

一种基于车路协同的道路突发事故提示方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，包括以下步骤：步骤S1：车辆周期将车辆信息上传至路边单元系统，路边单元系统对车辆信息进行处理，若发生突发事故，则生成固定格式的广播消息，再向邻近突发事故区域的行驶车辆进行广播；步骤S2：接收广播消息的行驶车辆查看自身的广播消息列表，若不存在此广播消息，则通过广播消息对自身与突发事故区域的车辆的运动方向、位置关系以及距离信息进行判断，决定下一步选择性转发或丢弃该广播消息。与现有技术相比，本发明能够实时高效地对后续车辆做出提示，传播范围广，高效性强，且实用性好，易于推广。

Description

一种基于车路协同的道路突发事故提示方法
技术领域
本发明涉及一种车联网中的智能交通技术，尤其是涉及一种基于车路协同的道路突发事故提示方法。
背景技术
在道路交通安全和智能交通方面，以车到车无线通信、车到路侧单元以及车到网络之间的无线通信为基础，通过所有车辆的状态信息(包括属性信息和静、动态信息等)与道路交通环境信息(包括道路基础设施信息、交通路况、服务信息等)的信息共享，及时、可信地进行数据交换实现安全驾驶和舒适驾驶的功能。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。
车路协同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。目前，世界各国正在积极进行车路协同系统方面的研究与实验，并将其作为改善道路交通安全和效率的重要手段。在国外，欧洲汽车公司早已将车联网技术应用于车队的智能化管理。美国的IVHS，日本的VICS等系统也都通过车辆与道路之间建立有效的信息通信，从而实现智能交通的管理和信息服务。这些信息服务虽然侧重点各有不同，但都是以车路协同技术为基础。
城市街道和高速公路比较容易发生突发事故，因此需要大量的人力和物力去协调才能保证交通安全。目前，大部分道路突发事故的提醒仅为事故告警牌提示，或由交警现场指挥，容易造成大面积、长时间的交通拥塞，以及在未知前方突发事故的情况下后续车辆继续驶入事故道路，造成更严重的拥堵。所以突发事故提示技术是解决道路拥塞、控制交通流的一个重要的研究课题。
中国专利CN 101615345公开了一种危险路段与事故多发路段提示的方法，在车辆中安装车载设备；车载设备获取实时GPS数据，将获取的GPS数据域车载设备中的数据库中的数据进行比对；当车辆行驶到危险路段与事故多发路段附近时，车载设备及时提示车辆驾驶员，避免事故发生。该专利车载设备中的危险路段与事故多发路段数据库是静态的，不能针对道路突发事故的情况进行提前预警。
大多数的突发事故提示系统实现较复杂，往往引入了较大的通信开销，造成网络资源利用率不高，且大多借助传感器，地感线圈等设备，成本高。因此，本发明提出一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，通过对突发事件车辆节点和目标行驶车辆节点之间的运动方向、位置关系、以及两节点之间的距离信息进行判断，决定是否进行转发消息，以便拥塞路段的后续车辆能尽早改道，从而减少交通拥堵，提高行车效率。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术在智能交通流预测的准确性，信息传播的实时性及信息传播距离的受限性等方面存在的不足，而提供一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，基于车辆实时的运动信息，能够实时高效地对后续车辆做出提示，传播范围广，高效性强，且实用性好，易于推广。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，包括以下步骤：
步骤S1：车辆周期将车辆信息上传至路边单元系统，路边单元系统对车辆信息进行处理，若发生突发事故，则生成固定格式的广播消息，再向邻近突发事故区域的行驶车辆进行广播；
步骤S2：接收广播消息的行驶车辆查看自身的广播消息列表，若不存在此广播消息，则通过广播消息对自身与突发事故区域的车辆的运动方向、位置关系以及距离信息进行判断，决定下一步选择性转发或丢弃该广播消息。
所述步骤S1具体为：
101：车辆通过CAN口总线和GPS模块，获取自身的车辆信息，并上传至离自身最近的路边单元系统；
102：路边单元系统处理接收到的车辆信息，根据道路交通状况判断阈值，获得道路交通状况；
103：判断道路交通状况是否拥塞，若是，则该车辆所在区域发生突发事故，执行步骤104，若否，则跳转步骤102；
104：路边单元系统将编码后的广播消息以固定格式向邻近突发事故区域的行驶车辆进行广播。
所述车辆信息包括车辆速度、车辆方向角、单位时间内刹车次数、车辆位置的地面航向角和经纬度。
所述道路交通状况判断阈值包括道路限制速度和刹车次数阈值。
所述广播消息以报文的格式进行发送，内容包括突发事故区域的道路交通状况、车辆方向角、车辆位置的地面航向角和经纬度。
所述步骤S2具体为：
201：行驶车辆接收广播消息，判断自身的广播消息序列表中是否已存在该广播消息的记录，若是，则丢弃该广播消息，若否，则该行驶车辆更新广播消息序列表，提示道路突发事故，执行步骤202；
202：根据广播消息中的车辆方向角，得到自身与突发事故区域的车辆的航向角之差α，判断自身行驶方向与突发事故区域的车辆的行驶方向是否一致，若是，则转到步骤203，若否，则丢弃该广播消息；
203：根据广播消息中的车辆方向角和车辆位置，得到自身与突发事故区域的车辆的位置关系，判断是否处于突发事故区域的后方，若是，则执行步骤204，若否，则丢弃该广播消息；
204：根据广播消息中的车辆位置，获取自身与突发事故区域的车辆的相对距离D，判断相对距离D是否在设定的距离阈值Y的范围之内，若是，则执行步骤205，若否，丢弃该广播消息；
205：向邻近自身的行驶车辆转发该广播消息，循环步骤201。
所述航向角之差α为α1-α2，α1表示经纬度为(Lng1,Lat1)的行驶车辆的地面航向角，α2表示经纬度为(Lng2,Lat2)的突发事故区域的车辆的地面航向角。
所述行驶方向一致的判断依据为行驶车辆与突发事故区域的车辆的航向角之差α在区间(-45°,45°)中。
所述处于突发事故区域后方的判断依据是：当0°＜α1＜90°或270°＜α1＜360°，且Lat2-Lat1＜0时，或当90°＜α1＜270°，且Lat2-Lat1＞0时，表示行驶车辆位于突发事故区域的后方。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)通过对突发事件周边车辆节点和目标行驶车辆节点之间的运动方向、位置关系、以及两个节点之间的距离信息进行预判，从而进行选择性的广播或转发消息，实现同向车道的拥塞转发，逆向车道不转发的目的，因此该方法可用于车联网当中辅助驾驶员驾驶，基于车与车共享运动状态信息和位置信息，基于车与路共享交通消息，致力于解决突发事故消息的广播及转发问题。
2)根据车辆节点间实时的位置信息来选择性的转发消息，使得消息仅传递给需要的节点，从而增强了消息传递的高效性。
3)该方法更加高效的将道路信息传到阈值范围内的每辆车辆，且可以通过多跳广播的方式，使传输距离更远。
4)采用根据突发事故车辆与目标行驶车辆之间的距离值跟所设阈值进行比较，控制消息的生存跳数，从而控制实时传播范围。
5)广播消息的转发能够实时高效地对后续车辆做出提示，以便拥塞路段的后续车辆能尽早改道，从而减少交通拥堵，提高了交通通行效率，并且由于车车、车路共享信息量并不高，占用无线信道带宽小，实用性强，适用于不同场景。
附图说明
图1为本发明实施例中交通场景示意图；
图2为本发明实施例中车载终端系统结构示意图；
图3为本发明实施例中路边单元系统结构示意图；
图4为本发明方法流程图。
图中：1、车载终端系统，2、路边单元系统，11、CAN口总线，12、GPS模块，13、无线通信模块，14、第一通信子模块，15、第二通信子模块，21、数据采集模块，22、数据处理模块，23、数据广播模块。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实例中所采用的实施条件可以根据不同厂家的具体条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
本实施例应用的交通场景如图1所示，A区为突发事故区域，B区为突发事故后方车辆，C区为突发事故前方车辆，D、F区为突发事故逆向车道车辆，E区为远离突发事故，且在突发事故后方能及时换道的车辆。每个区域每辆车都装有车载终端系统1，包括CAN口总线11、GPS模块12和无线通信模块13，无线通信模块13包括第一通信子模块14和第二通信子模块15，如图2所示，既可以与路边单元系统2通信(第一通信子模块14实现)，也可以与相连的车辆节点通信(第二通信子模块15实现)。车辆的车载终端系统1以固定的频率(5HZ)从CAN口总线11获取车辆的速度，和单位时间内踩刹车的次数，同时GPS模块12以固定频率(如1Hz，与GPS型号有关)更新GPS数据。通过无线通信技术(如DSRC)以0.5s为周期上传车辆信息到路边单元系统2。如图3所示，路边单元系统2包括数据采集模块21、数据处理模块22和数据广播模块23，处理后的广播消息具有一定格式，广播频率以固定频率(如10Hz)自动执行。周边车辆接到广播消息，根据判决条件，决定是否转发。该基于车路协同的道路突发事故提示方法包括以下步骤：
步骤S1：车辆周期将车辆信息上传至路边单元系统2，路边单元系统2对车辆信息进行处理，若发生突发事故，则生成固定格式的广播消息，再向邻近突发事故区域的行驶车辆进行广播；
步骤S2：接收广播消息的行驶车辆查看自身的广播消息列表，若不存在此广播消息，则通过广播消息对自身与突发事故区域的车辆的运动方向、位置关系以及距离信息进行判断，决定下一步选择性转发或丢弃该广播消息。
具体流程如图4所示，步骤S1具体为：
101：突发事故区域的车辆通过CAN口总线11和GPS模块12，获取自身的车辆信息，并周期上传至离自身最近的路边单元系统2。其中，车辆信息包括车辆速度、车辆方向角、单位时间内刹车次数、车辆位置的地面航向角和经纬度。
102：路边单元系统2处理接收到的车辆信息，如图1所示，路边单元系统2对突发事故A区内的车辆上传的车辆信息进行整合，包括：车辆速度、地面航向角、经纬度，单位时间内刹车次数(以分为单位)等，根据道路交通状况判断阈值，获得道路交通状况，道路交通状况包括：畅通，轻度拥塞，中度拥塞，重度拥塞。
道路交通状况判断阈值包括道路限制速度V1和刹车次数阈值N1，具体如下：
1、畅通状况：路边单元系统2通信覆盖范围内的车辆平均速度是否大于(V1-Vd1)km/h，每分钟内的刹车次数是否小于N1。
2、轻度拥塞状况：路边单元系统2通信范围内的车辆平均时速是否在(V1-Vd1)km/h与(V1-Vd2)km/h之间，每分钟内的刹车次数是否在N1～(N1+5)之间。
3、中度拥塞状况：路边单元系统2通信范围内的车辆平均时速是否在(V1-Vd2)km/h与(V1-Vd3)km/h之间，每分钟内的刹车次数是否在(N1+5)～(N1+15)之间。
4、重度拥塞状况：路边单元系统2通信范围内的车辆平均时速是否在(V1-Vd3)km/h与0之间，每分钟内的刹车次数是否大于(N1+15)。
其中，V1＞Vd3＞Vd2＞Vd1，在本实施例中，假设道路限制速度V1为60km/h，N1设定阈值为5，Vd1＝20km/h，Vd2＝40km/h，Vd3＝50km/h。
103：判断道路交通状况是否拥塞，即为轻度拥塞、中度拥塞或重度拥塞，若是，则该车辆所在区域发生突发事故，执行步骤104，若否，则跳转步骤102。此实施例中，大量车辆涌入A区，A区车辆上传的车辆信息经路边单元系统2分析判定为拥塞，则判定A区为突发事故区域。
104：路边单元系统2将编码后的广播消息以固定格式向邻近突发事故区域的行驶车辆进行广播。其中，广播消息以报文的格式进行发送，格式为《突发事故道路交通状况，突发事故车辆方向角，突发事故车辆位置》，内容包括突发事故区域的道路交通状况、车辆方向角和车辆位置的地面航向角和经纬度。
步骤S2具体为：
201：A、B、C、D区的行驶车辆接收广播消息，判断自身的广播消息序列表中是否已存在该广播消息的记录，若是，则丢弃该广播消息，若否，则该行驶车辆更新广播消息序列表，提示道路突发事故，执行步骤202。
优选的，该实施例中，A区中车辆的广播消息列表中已存在路边单元系统2广播的消息，故A区中的行驶车辆忽略此消息，B、C、D区中车辆的广播消息列表中不存在路边单元系统2的广播消息，则更新本车的广播消息列表。
202：B、C、D区的行驶车辆根据广播消息中的车辆方向角，得到自身与突发事故区域的车辆的航向角之差α，判断自身行驶方向与突发事故区域的车辆的行驶方向是否一致，若是，则转到步骤203，若否，则丢弃该广播消息。其中，航向角之差α为α1-α2，α1为经纬度为(Lng1,Lat1)的行驶车辆的地面航向角，α2为经纬度为(Lng2,Lat2)的突发事故区域的车辆的地面航向角。行驶方向一致的判断依据为行驶车辆与突发事故区域的车辆的航向角之差α在区间(-45°,45°)中。
在实施例中，由于D区中行驶车辆与突发事故区域的车辆的地面航向角之差不在区间(-45°,45°)内，所以D区中行驶的车辆接收到路边单元系统2的广播消息后，则忽略，不转发，而B区和C区中行驶车辆与突发事故区域的车辆的地面航向角之差在区间(-45°,45°)内，故需进行步骤203的判断。
203：B、C区的根据广播消息中的车辆方向角和车辆位置，得到自身与突发事故区域的车辆的位置关系，判断是否处于突发事故区域的后方，若是，则执行步骤204，若否，则丢弃该广播消息。其中，处于突发事故区域后方的判断依据是：当0°＜α1＜90°或270°＜α1＜360°，且Lat2-Lat1＜0时或当90°＜α1＜270°，且Lat2-Lat1＞0时，表示行驶车辆位于突发事故区域的后方。
在实施例中，由于C区中行驶的车辆不满足处于突发事故车辆后方的判决条件，故接收到路边单元系统2的广播消息后，忽略，不转发。而B区中行驶的车辆满足处于突发事故车辆后方的条件，故需进行步骤204的判断。
204：B区的行驶车辆根据广播消息中的车辆位置，获取自身与突发事故区域的车辆的相对距离D，判断相对距离D是否在设定的距离阈值Y(本实施例的Y为1000m)的范围之内，若是，则执行步骤205，若否，丢弃该广播消息。
根据三角推导，本车离拥塞源的相对距离D(实际是车载GPS之间的距离)的计算公式如下：
D＝R·arccos(C)·π/180
C＝sin(Mlat_1·π/180)·sin(Mlat_2·π/180)·cos((Mlon_1-Mlon_2)·π/180)
+cos(Mlat_1·π/180)·cos(Mlat_2·π/180)
式中，(Mlon_1,Mlat_1)和(Mlon_2,Mlat_2)分别由(Lng1,Lat1)和(Lng2,Lat2)按照零度经线的基准变换得到，R为地球半径，算法中R取值为6371004m，D的单位也是m；相对距离D与设定的距离阈值Y比较，当D大于Y时，表示行驶车辆远离突发事故区域。其中，按照零度经线的基准，东经取经度的正值(Longitude)，西经取经度的负值(-Longitude)，北纬取90-纬度值(90-Latitude)，南纬取90+纬度值(90+Latitude)。本实施例中B区的行驶车辆与突发事故区域的车辆的相对距离D小于距离阈值Y，则执行步骤205。
205：B区的行驶车辆向邻近自身的行驶车辆转发该广播消息，循环步骤201。
在实施例中，由于在B区中行驶车辆节点距离突发事故区域的车辆节点的距离小于Y，故B区中行驶的车辆收到路边单元系统2消息后，向邻近节点转发(此邻近车辆节点为A区、E区、F区)，后续车辆节点重复步骤201、202、203、204的判决条件，进行判决。
本发明提供了一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，该方法基于局部地理范围内的车辆与路边单元系统2共享交通信息，以及车车之间共享交换运动状态信息和位置信息，通过算法分析处理，判定道路状况，从而对驾驶员作出相应的提示。该方法基于车车、车路之间的通信提出了一种全新的实时、动态地预测道路状况并进行提示的方法。通过对突发事件车辆节点和目标行驶车辆节点之间的运动方向、位置关系、以及两个节点之间的距离信息进行预判，从而进行选择性的转发消息，实现实时地、高效地对驾驶员给出提示信息，从而很大程度上减少人力物力，提高行车效率，为车联网的智能交通应用提供了一个实用有效地方法。本发明具有高度的产业化价值，可为TELEMATICS提供一种应用服务。
上述实施例仅用于说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或调整。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想的条件下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：车辆周期将车辆信息上传至路边单元系统，路边单元系统对车辆信息进行处理，若发生突发事故，则生成固定格式的广播消息，再向邻近突发事故区域的行驶车辆进行广播；
步骤S2：接收广播消息的行驶车辆查看自身的广播消息列表，若不存在此广播消息，则通过广播消息对自身与突发事故区域的车辆的运动方向、位置关系以及距离信息进行判断，决定下一步选择性转发或丢弃该广播消息。
2.根据权利要求1所述的一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
101：车辆通过CAN口总线和GPS模块，获取自身的车辆信息，并上传至离自身最近的路边单元系统；
102：路边单元系统处理接收到的车辆信息，根据道路交通状况判断阈值，获得道路交通状况；
103：判断道路交通状况是否拥塞，若是，则该车辆所在区域发生突发事故，执行步骤104，若否，则跳转步骤102；
104：路边单元系统将编码后的广播消息以固定格式向邻近突发事故区域的行驶车辆进行广播。
3.根据权利要求2所述的一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，其特征在于，所述车辆信息包括车辆速度、车辆方向角、单位时间内刹车次数、车辆位置的地面航向角和经纬度。
4.根据权利要求2所述的一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，其特征在于，所述道路交通状况判断阈值包括道路限制速度和刹车次数阈值。
5.根据权利要求3所述的一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，其特征在于，所述广播消息以报文的格式进行发送，内容包括突发事故区域的道路交通状况、车辆方向角、车辆位置的地面航向角和经纬度。
6.根据权利要求3所述的一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
201：行驶车辆接收广播消息，判断自身的广播消息序列表中是否已存在该广播消息的记录，若是，则丢弃该广播消息，若否，则该行驶车辆更新广播消息序列表，提示道路突发事故，执行步骤202；
202：根据广播消息中的车辆方向角，得到自身与突发事故区域的车辆的航向角之差α，判断自身行驶方向与突发事故区域的车辆的行驶方向是否一致，若是，则转到步骤203，若否，则丢弃该广播消息；
203：根据广播消息中的车辆方向角和车辆位置，得到自身与突发事故区域的车辆的位置关系，判断是否处于突发事故区域的后方，若是，则执行步骤204，若否，则丢弃该广播消息；
204：根据广播消息中的车辆位置，获取自身与突发事故区域的车辆的相对距离D，判断相对距离D是否在设定的距离阈值Y的范围之内，若是，则执行步骤205，若否，丢弃该广播消息；
205：向邻近自身的行驶车辆转发该广播消息，循环步骤201。
7.根据权利要求6所述的一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，其特征在于，所述航向角之差α为α1-α2，α1表示经纬度为(Lng1,Lat1)的行驶车辆的地面航向角，α2表示经纬度为(Lng2,Lat2)的突发事故区域的车辆的地面航向角。
8.根据权利要求6所述的一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，其特征在于，所述行驶方向一致的判断依据为行驶车辆与突发事故区域的车辆的航向角之差α在区间(-45°,45°)中。
9.根据权利要求7所述的一种基于车路协同的道路突发事故提示方法，其特征在于，所述处于突发事故区域后方的判断依据是：当0°＜α1＜90°或270°＜α1＜360°，且Lat2-Lat1＜0时，或当90°＜α1＜270°，且Lat2-Lat1＞0时，表示行驶车辆位于突发事故区域的后方。
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