CN105513425A - 一种车辆碰撞风险算法及事故预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆碰撞风险算法及事故预警方法，包括车载单元OBU、路侧单元RSU、交通信息中心TIC以及信息通信模块ICU。车载单元OBU获取车辆速度、加速度、方向盘转角等参数，结合道路交通系统获取车辆的航向角及两车的实时距离，车载单元OBU通过DSRC通信技术将参数传递给所属的RSU，RSU通过光纤/5G技术将区域内车辆参数传递给TIC进行风险计算，并把结果通过RSU推送给车载单元OBU实施预警。本发明可实现对交通事故进行预防和精确控制，进而能有效避免交通堵塞及事故频发。

Description

一种车辆碰撞风险算法及事故预警方法

技术领域

本发明属于道路交通安全领域，涉及一种车辆碰撞风险算法及事故预警方法。

背景技术

随着我国基础建设的日趋完善，一个四通八达的国家交通运输网络基本形成，但是一个有目共睹的事实是与日俱增的道路交通系统的复杂性和拥挤度，特别是车辆增长的速度已经远远超过道路和其它交通设施的增长速度，交通堵塞及事故频发等问题愈来愈严重。

随着交通安全管理水平的提升和车辆主动安全技术的发展，交通安全环境得到了很大改善，尤其是高速公路交通环境，据统计，自2003年以来，全国高速公路交通事故数量呈逐步下降趋势，累计下降幅度达到70％。然而，近几年下降趋势渐趋于饱和，且高速公路重大交通安全事故伤亡人数与财产损失一直维持在高位。现有技术方案和预防手段在高速公路交通事故率进一步降低方面的贡献已经达到极限，特别是重、特大交通事故伤亡、经济损失的降低方面一直未能取得令人满意的效果。

随着车辆对周边行车、环境信息感知、融合和共享方面技术日益成熟，以及车载通信技术的日益发展，对交通事故进行预防和精确控制的可实现性越来越趋于现实。因此，建立有效的道路交通事故预警系统具有重大现实意义。

发明内容

本发明需要解决的问题是发明一种算法简单实用、安全可靠、响应快速的车辆碰撞风险算法及事故预警方法。

为了实现上述发明功能，本发明的技术方案为：

一种车辆碰撞风险算法及事故预警方法，包括以下步骤：

步骤1，车载单元OBU通过读取安装在变速器输出轴上的速度传感器信息获取自车的速度v，通过调用车身稳定系统ESP的加速度信息获取自车的加速度a，通过读取安装在方向盘下方转向管柱内的转角传感器信息获取车辆当前的转角f，通过与道路地图匹配获取车辆的实时航向角q，通过GPS/北斗导航实时测算两车间的距离d；

步骤2，所述路侧单元RSU设有各自的所辖区域，通过道路及其所辖区域的车辆通信获取所属区域范围内的车载单元OBU发送的参数，将上述参数传输给交通信息中心TIC；

步骤3，交通信息中心TIC通过与路侧单元RSU通信获取路侧单元RSU所辖区域车辆的参数后，计算整条路网的车辆碰撞风险，进行信息发布，推送给路侧单元RSU所辖车辆事故预警信息，车载单元OBU并对来自路侧单元RSU的预警信息进行自车预警，使其减速、换道、等待或者更换路径。

进一步，所述的车载单元OBU由存储模块、DSRC通信模块、预警模块组成，主要用于获取、存储自车的运动参数并对自车事故风险通过语音提示向驾驶员提供预警；

所述的路侧单元RSU由存储模块和DSRC通信模块、5G/光纤通信模块组成，主要对区域内的车辆参数传输及事故风险预警信息的推送；

所述的交通信息中心TIC由存储模块、信息处理模块以及5G/光纤通信模块组成，负责对整条路(路网)进行交通事故风险监测；

所述的信息通信单元ICU为DSRC通信模块，5G/光纤通信模块，实现交通信息中心TIC与路侧单元RSU以及路侧单元RSU与车载单元OBU的通信。

进一步，通过DSRC技术实现车辆和路侧单元RSU通信，通过光纤/5G技术实现信息通信单元TIC与路侧单元RSU之间的通信。

进一步，所述预警信息分为三种情况：

当车辆自身发生自身故障或者不安全驾驶行为时，自车根据检测到的信息实时车内预警及周围车辆预警；

当车辆发生交通事故且道路仍可通行时，实行小区域内预警，提醒车辆减速慢行；

当发生交通事故且道路不可通行时，实行大区域预警，即告知车辆绕行或者提前下高速。

进一步，所述交通信息中心TIC具体执行以下步骤：

步骤3.1，交通信息中心TIC计算路侧单元RSU所辖通信区域内车道上任意两车T_i、T_j之间的碰撞概率p＝f(T_i，T_j)；并设定：绝对安全距离(Sa)：前车突然停止时，即速度瞬时为零，保证后车停下且不与之碰撞的间距；相对安全距离(Sr)：前车遇到危险情况减速，后车随之减速，保证后车不与之碰撞的间距；因此，车辆碰撞风险为：

其中，number(S_r＜dist＜S_a)表示二维平面上车间距离dist落于绝对安全距离Sa和相对安全距离Sr的次数，number为总次数。

步骤3.2，采用蒙特卡洛模拟的方法对上述p进行求解：

$p_{i,j}=f(T_i,T_j)=\left\{\begin{array}{cc}0& dist>S_a\\ CL& S_r\&le;dist\&le;S_a\\ 1& dist<S_r\end{array}\right.$ 其中：CL为一拟合函数；

步骤3.3，对于k(k＞2)辆车参与的事故，即连环交通事故，当前实时道路交通事件R＝{r₁，r₂，…，r_n}，车辆行驶状态是人、车、路和环境共同作用的结果，车辆运行参数与影响因素存在函数关系：[v，a，θ，d]＝f(R)，则t时刻区域内两车的碰撞发生概率c_i，j表示车辆i和j相撞，则p_i，j表示状态c_i，j存在的概率。根据P_t建立区域车辆状态空间C＝[c_1，2，c_1，3，…c_i，j]，则t时刻连环交通事故发生的概率：

$P_{chain}=\underset{i=1,j=1}{\overset{n}{\&Pi;}}{P}_{c_{i,j}};$

步骤3.4：对事故风险进行分级并预警：对于有k车参与的交通事故将风险分为五级，分别为{‘5级，80～100％，红色’、‘4级，60～80％，橙色’、‘3级，40％～60％，黄色’、‘2级，20～40％，蓝色’、‘1级，0～20％，绿色’}。

本发明的有益效果为：

1)本发明系统大大改善数据的传输延迟性和保密性问题：搭建的基于DSRC、5G和光纤通信的信息通信单元通信延迟理论上在50ms左右，通过DSRC技术实现车辆和路侧单元RSU通信，通过光纤/5G技术实现信息通信单元TIC与路侧单元RSU之间的通信，应用于交通拥塞和交通事故预防方面更加趋于现实。

2)RSU通过光纤/5G技术将区域内车辆参数传递给TIC进行风险计算，并把结果通过RSU推送给车载单元OBU实施预警，本发明可实现对交通事故进行预防和精确控制，进而能有效避免交通堵塞及事故频发。

3)本发明风险算法较为简单，实用，对两车碰撞风险采用曲线拟合，并对事故风险进行分级并预警，不需要每次都要重复的计算，且对多车风险计算数据量较小，本方法相较于其他已有算法计算占时较小，响应快速且准确度高。

4)本发明不仅对两车碰撞事故，而且能对多车连环事故进行有效预警，预警根据情况分为车内预警、限于RSU所辖区域小范围预警以及整条路(路网)大范围预警。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的信息流程图；

图3为本发明两车碰撞概率的Mentr-Carlo计算流程图；

图4风险分级示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本发明的结构原理作进一步的详细描述。

如图1所示，一种车辆碰撞风险算法及事故预警系统包括：包括车载单元OBU、路侧单元RSU、交通信息中心TIC以及信息通信单元ICU。所述的车载单元OBU由存储模块、DSRC通信模块、预警模块组成，主要用于获取、存储自车的运动参数并对自车事故风险进行预警；所述的RSU由存储模块和DSRC、5G/光纤通信模块组成，主要对区域内的车辆参数传输及事故风险预警信息的推送；所述的TIC由存储模块、信息处理模块以及5G/光纤通信模块组成，负责对整条路(路网)进行交通事故风险监测；所述的ICU即DSRC通信模块，5G/光纤通信模块，实现TIC与RSU以及RSU与车载单元OBU的通信，系统的信息交互如图2所示。

上述预警模块可以通过语音提示向驾驶员提供预警；所述信息处理模块采用单片机，输入信息为车辆行驶参数，包括车辆速度、加速度、航向角、车距，计算两车事故概率及连环交通事故发生概率进行风险量化，输出风险等级。

本发明所述的车载单元OBU通过读取安装在变速器输出轴上的速度传感器信息获取自车的速度v、通过调用车身稳定系统ESP的加速度信息获取自车的加速度a，通过读取安装在方向盘下方转向管柱内的转角传感器信息获取车辆当前的转角f，通过与道路地图匹配获取车辆的实时航向角q，通过GPS/北斗导航实时测算两车间的距离d，并对来自路侧单元RSU的预警信息进行自车预警，使其减速、换道、等待或者更换路径。

本发明所述的路侧单元RSU有各自的所辖区域，如图1所示RSU1、RSU2分别对应区域Area1、Are2，通过C2R(车路通信)获取所属区域范围内的车载单元OBU发送的参数，将上述参数传输给交通信息中心TIC，并推送来自交通信息中心TIC的事故预警信息到车载单元OBU上。

本发明所述的交通信息中心TIC通过与路侧单元RSU通信获取路侧单元RSU所辖区域车辆的参数，计算整条路(路网)的车辆碰撞风险，进行信息发布，推送给RSU所辖车辆事故预警信息。

本发明所述信息通信单元ICU通过DSRC技术实现C2R通信，通过DSRC技术实现车辆和路侧单元RSU通信，通过光纤/5G技术实现信息通信单元TIC与路侧单元RSU之间的通信。

本发明所述的预警分为三种情况：

i)当车辆自身发生自身故障或者不安全驾驶行为时，自车根据检测到的信息实时车内预警及周围车辆预警。

ii)当车辆发生交通事故且仍可通行时，实行小区域内预警，提醒车辆减速慢行。

iii)当发生交通事故且道路不可通行时，实行大区域预警，即告知车辆绕行或者提前下高速。

本发明所述的交通信息中心TIC计算整条路(路网)的车辆碰撞风险并预警，如图3所示，包括以下步骤：

步骤1：计算路侧单元RSU所辖通信区域内车道上任意两车T_i、T_j之间的碰撞概率p＝f(T_i，T_j)。

绝对安全距离(Sa)：前车突然停止时，即速度瞬时为零，保证后车停下且不与之碰撞的间距，计算公式为 $Sa=v_{0l}^{\mathrm{\&theta;}}_l\&CenterDot;(tr+\frac{ti}{2})-\frac{{(v_{0l}^{\mathrm{\&theta;}}_l)}^2}{2a_{t1}^{\mathrm{\&theta;}}_l}+s_0.$

相对安全距离(Sr)：前车遇到危险情况减速，后车随之减速，保证后车不与之碰撞的间距，计算公式为：

$Sr=v_{0l}^{\mathrm{\&theta;}}_l\&CenterDot;(t_r+\frac{ti}{2})-\frac{{(v_{0l}^{\mathrm{\&theta;}}_l-v_l^{\mathrm{\&theta;}}_l)}^2}{2a_{fl}^{\mathrm{\&theta;}}_l}-\frac{v_{0f}^{\mathrm{\&theta;}}_f{t}_{if}}{2}+\frac{{(v_{0f}^{\mathrm{\&theta;}}_f-v_f^{\mathrm{\&theta;}}_f)}^2}{2a_{tf}^{\mathrm{\&theta;}}_f}+S_0,$ 其中，v_f ^∧θ_t＝v_f ^∧θ_f；v_of、v_ol前、后车速度；θ_f、θ_t前、后车方向角；a_tf、a_tl前后车加速度；t_r反应时间，t_i制动器的协调时间，S₀两车发生碰撞的临界距离。

因此，车辆碰撞风险为：其中，number(S_r＜dist＜S_a)表示二维平面上车间距离dist落于绝对安全距离Sa和相对安全距离Sr的次数，number为总次数，对p的求解可以采用蒙特卡洛模拟的方法，并对模拟结果进行曲线拟合。

即：

$p_{i,j}=f(T_i,T_j)=\left\{\begin{array}{cc}0& dist>S_a\\ CL& S_r\&le;dist\&le;S_a\\ 1& dist<S_r\end{array}\right.,$ 其中：CL为一拟合函数；

步骤2：对于k(k＞2)辆车参与的事故，即连环交通事故，当前实时道路交通事件R＝{r₁，r₂，…，r_n}，车辆行驶状态是人、车、路和环境共同作用的结果，车辆运行参数与影响因素存在函数关系：[v，a，θ，d]＝f(R)，则t时刻区域内两车的碰撞发生概率c_i，j表示车辆i和j相撞，则p_i，j表示状态c_i，j存在的概率。根据P_t建立区域车辆状态空间C＝[c_1，2c_1，3，…c_i，j]，则t时刻连环交通事故发生的概率：

$P_{chain}=\underset{i=1,j=1}{\overset{n}{\&Pi;}}{P}_{c_{i,j}}$

步骤3：对事故风险进行分级并预警

对于有k车参与的交通事故将风险分为五级，分别为{‘5级，80～100％，红色’、‘4级，60～80％，橙色’、‘3级，40％～60％，黄色’、‘2级，20～40％，蓝色’、‘1级，0～20％，绿色’}，如图4所示。

为了验证本方法的可实施性，本发明搭建PreScan和SIMULINK的仿真平台对单车道上的4车进行风险仿真，其中驾驶员与制动器反应时间tr：tr＝tr1+tr2＝unifrnd(0.8，1.0)+unifrnd(0.015，0.03)、制动器协调时间取ti：ti＝unifrnd(0.1，0.2)。取四车运动中短暂的刹车场景(3.5s)进行示例分析，并假定1、2、3、4车分别以初速度26m.s^-1、24m.s^-1、22m.s^-1和20m.s^-1，减速度7m.s^-2、5m.s^-2、3m.s^-2、2m.s^-2运行，初始瞬时间距为22.71m、38.67m和36.26m，碰撞概率仿真结果如表1所示。

其运动参数如表1，1-2表示1车与2车相撞：

表1碰撞概率仿真结果表

本发明专利一种车辆碰撞风险算法较为简单，实用性强。对两车碰撞风险采用曲线拟合，不需要每次都要重复的计算，且对多车风险计算数据量较小，因此综合来看，本方法计算占时较小。

综上，本发明的一种车辆碰撞风险算法及事故预警系统，包括车载单元OBU、路侧单元RSU、交通信息中心TIC以及信息通信模块ICU。车载单元OBU获取车辆速度、加速度、方向盘转角等参数，结合道路交通系统获取车辆的航向角及两车的实时距离，车载单元OBU通过DSRC通信技术将参数传递给所属的RSU，RSU通过光纤/5G技术将区域内车辆参数传递给TIC进行风险计算，并把结果通过RSU推送给车载单元OBU实施预警。本发明可实现对交通事故进行预防和精确控制，进而能有效避免交通堵塞及事故频发。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种车辆碰撞风险算法及事故预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，车载单元OBU通过读取安装在变速器输出轴上的速度传感器信息获取自车的速度v，通过调用车身稳定系统ESP的加速度信息获取自车的加速度a，通过读取安装在方向盘下方转向管柱内的转角传感器信息获取车辆当前的转角f，通过与道路地图匹配获取车辆的实时航向角q，通过GPS/北斗导航实时测算两车间的距离d；

步骤2，所述路侧单元RSU设有各自的所辖区域，通过道路及其所辖区域的车辆通信获取所属区域范围内的车载单元OBU发送的参数，将上述参数传输给交通信息中心TIC；

步骤3，交通信息中心TIC通过与路侧单元RSU通信获取路侧单元RSU所辖区域车辆的参数后，计算整条路网的车辆碰撞风险，进行信息发布，推送给路侧单元RSU所辖车辆事故预警信息，车载单元OBU并对来自路侧单元RSU的预警信息进行自车预警，使其减速、换道、等待或者更换路径。

2.根据权利要求1所述的一种车辆碰撞风险算法及事故预警方法，其特征在于，

所述的车载单元OBU由存储模块、DSRC通信模块、预警模块组成，主要用于获取、存储自车的运动参数并对自车事故风险通过语音提示向驾驶员提供预警；

所述的路侧单元RSU由存储模块和DSRC通信模块、5G/光纤通信模块组成，主要对区域内的车辆参数传输及事故风险预警信息的推送；

所述的交通信息中心TIC由存储模块、信息处理模块以及5G/光纤通信模块组成，负责对整条路(路网)进行交通事故风险监测；

所述的信息通信单元ICU为DSRC通信模块，5G/光纤通信模块，实现交通信息中心TIC与路侧单元RSU以及路侧单元RSU与车载单元OBU的通信。

3.根据权利要求2所述的一种车辆碰撞风险算法及事故预警方法，其特征在于，通过DSRC技术实现车辆和路侧单元RSU通信，通过光纤/5G技术实现信息通信单元TIC与路侧单元RSU之间的通信。

4.根据权利要求1所述的一种车辆碰撞风险算法及事故预警方法，其特征在于，所述预警信息分为三种情况：

当车辆自身发生自身故障或者不安全驾驶行为时，自车根据检测到的信息实时车内预警及周围车辆预警；

当车辆发生交通事故且道路仍可通行时，实行小区域内预警，提醒车辆减速慢行；

当发生交通事故且道路不可通行时，实行大区域预警，即告知车辆绕行或者提前下高速。

5.根据权利要求1所述的一种车辆碰撞风险算法及事故预警方法，其特征在于，所述交通信息中心TIC具体执行以下步骤：

步骤3.1，交通信息中心TIC计算路侧单元RSU所辖通信区域内车道上任意两车T_i、T_j之间的碰撞概率p＝f(T_i，T_j)；并设定：绝对安全距离(Sa)：前车突然停止时，即速度瞬时为零，保证后车停下且不与之碰撞的间距；相对安全距离(Sr)：前车遇到危险情况减速，后车随之减速，保证后车不与之碰撞的间距；因此，车辆碰撞风险为：

其中，number(S_r＜dist＜S_a)表示二维平面上车间距离dist落于绝对安全距离Sa和相对安全距离Sr的次数，number为总次数。

步骤3.2，采用蒙特卡洛模拟的方法对上述p进行求解：

$p_{i,j}=f(T_i,T_j)=\left\{\begin{array}{cc}0& dist>S_a\\ CL& S_r\&le;dist\&le;S_a\\ 1& dist<S_r\end{array}\right.$ 其中：CL为一拟合函数；

步骤3.3，对于k(k＞2)辆车参与的事故，即连环交通事故，当前实时道路交通事件R＝{r₁，r₂，…，r_n}，车辆行驶状态是人、车、路和环境共同作用的结果，车辆运行参数与影响因素存在函数关系：[v，a，θ，d]＝f(R)，则t时刻区域内两车的碰撞发生概率c_i，j表示车辆i和j相撞，则p_i，j表示状态c_i，j存在的概率。根据P_t建立区域车辆状态空间C＝[c_1，2，c_1，3，…c_i，j]，则t时刻连环交通事故发生的概率： $P_{chain}=\underset{i=1,j=1}{\overset{n}{\&Pi;}}{P}_{c_{i,j}};$

步骤3.4：对事故风险进行分级并预警：对于有k车参与的交通事故将风险分为五级，分别为{‘5级，80～100％，红色’、‘4级，60～80％，橙色’、‘3级，40％～60％，黄色’、‘2级，20～40％，蓝色’、‘1级，0～20％，绿色’}。