CN106023627A - 基于车路协同和4g网络的主动安全预警装置及方法 - Google Patents

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戴凡
戴一凡
李敏
荣根熙
王晓辉
赵峰
成波
李克强
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    • G08C17/02Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本发明公开了一种基于车路协同和4G网络的主动安全预警装置,包括:路侧信号整合处理模块,接收交通信号灯模块信息并整合路侧4G模块接收的信息,并进行处理;路侧4G模块,接收路侧信号整合处理模块的信息,与内部存储的路口中心位置的GPS经纬度坐标信息向外广播;车载4G模块,与路侧4G模块通信;车载GPS模块,用于测定车辆的位置信息,并将发送给车载控制器模块;车载控制器模块,用于控制车载4G模块和HMI模块的显示信息,计算当前车辆到达路口的时间以及与被检测目标车辆分别到达路口的时间差,并判断是否达到报警阈值,若达到相应的报警阈值,则闯红灯报警和/或碰撞报警。成本低廉、结构简单,对车辆碰撞进行快速预警。

Description

基于车路协同和4G网络的主动安全预警装置及方法
技术领域
本发明涉及智能交通和道路交通安全技术领域,具体地涉及一种基于车路协同和4G网络的主动安全预警装置及方法,尤其适用于灯交叉路口进行闯红灯报警和交叉路口盲区预警。
背景技术
随着我国城镇化率的不断提高,目前有视线遮挡且有交通信号灯的交叉路口路况越来越多。虽然在路口有信号灯的情况下,行车安全性显著提高,但是由于某些驾驶员存在闯黄灯等危险驾驶行为,或者前方大货车遮挡视线等情况时有发生,仍然给行车安全造成很大隐患。并且,将道路和车辆作为分立系统考虑的传统交通管理方式,已经难以满足人们对道路交通安全水平的要求。
传统的主动安全技术主要基于自主式车辆传感器来实现,不仅受限于行车状况、道路条件、天气和环境因素,同时无法满足传感器盲区和异常道路环境的安全预警要求。基于DSRC(Dedicated Short Range Communications,专用短程通信)的车车、车路通信技术可满足上述需求,但是路侧和车载设备的改造安置需要大量基础投入,成本高昂,短期内难以普及。
中国专利文献CN 102431556公开了一种基于车路协同的驾驶员一体化预警装置,包括设置在车辆上的自车状态感知模块、车外环境感知模块、主控模块、车载无线通信模块和人机交互模块,所述自车状态感知模块、车外环境感知模块的输出信号输入主控模块,主控模块通过无线通信模块与周围车辆以及道路上的设备通信,主控模块通过人机交互模块发出预警。通过车车通信方式获取周围车辆驾驶意图,从而对潜在危险进行识别、预警。该装置非常复杂,通过各种传感器采集信息,然后进行分析车辆的驾驶意图。该装置成本高昂,应用前景不佳。
基于4G(The 4th Generation Mobile Communication Technology,第四代移动通信技术)的车路协同技术以其低成本、高覆盖率、较好实时性等优点已经成为目前国际智能交通领域的较热门技术,包括美国、日本、欧洲在内的主要发达国家和地区都在积极研究该技术的相关应用,有序推进相关立法工作。车路协同是指应用传感探测、无线通信、信号处理等技术,使车辆端和道路端能够共享车辆状态、路侧设备状态、道路交通条件等信息,以达到有效提升道路交通安全、道路通行效率的目的。
目前,随着通信技术的研究和发展,4G技术以其低成本、高覆盖率、较好实时性的特点已成为非常热门的车路协同通信技术。本发明由此而来。
发明内容
针对上述技术方案存在的缺陷,本发明的目的是提出了一种基于车路协同和4G网络的主动安全预警装置和方法,成本低廉、结构简单,可以对车辆进行闯红灯报警和交叉路口盲区预警,使驾驶员及时预判交通信号灯状况和盲区路况,有效避免车辆违章和碰撞事故的发生。
本发明的技术方案是:
一种基于车路协同和4G网络的主动安全预警装置,其特征在于,包括车载设备和路侧设备;所述路侧设备包括:
一路侧信号整合处理模块,用于接收交通信号灯模块信息并整合路侧4G模块接收的信息,经过解析和去除冗余后,将信息传输给路侧4G模块;
一路侧4G模块,与路侧信号整合处理模块连接,用于接收路侧信号整合处理模块的信息,并连同其内部存储的路口中心位置的GPS经纬度坐标信息通过4G方式向外广播;
所述车载设备包括:
一车载4G模块,由车载控制器模块控制与路侧4G模块进行通信;
一车载GPS模块,用于测定当前车辆的位置信息,并将所述位置信息发送给车载控制器模块;
一车载控制器模块,用于控制车载4G模块和HMI模块的显示信息,计算当前车辆到达路口的时间以及与被检测目标车辆分别到达路口的时间差,并判断是否达到报警阈值,若达到相应的报警阈值,则闯红灯报警和/或碰撞报警;
一HMI模块,用于显示车辆当前的运行状态和安全预警信息。
优选的,所述车载设备还包括车载信号整合处理模块,用于接收车载GPS模块信息并整合车载4G模块接收的广播信息,经过解析和去除冗余后,将车辆行驶状态信息通过车载4G模块对外广播。
本发明还公开了一种基于车路协同和4G网络的主动安全预警方法,其特征在于,包括以下步骤:
S01:根据当前车辆的经纬度坐标和路侧4G模块的经纬度坐标计算车辆与路侧4G模块的距离,作为当前车辆到路口的距离;
S02:根据车辆到路口的距离判断是否大于预警临界距离D,若小于D,执行步骤S03;
S03:实时判断检测区域内有无其他车辆正在向路口行进,若检测到其他车辆向路口行进,则执行步骤S04;
S04:获取交通信号灯模块的信息,计算当前车辆以当前速度匀速行驶到路口的时间t1,将t1与信号灯相位信息比较,若t1小于信号灯相位信息,则判断车辆无闯红灯风险,HMI模块显示当前交通信号灯相位信息和相位剩余时间;反之,判断车辆有闯红灯风险,则HMI模块显示闯红灯报警提示信息;
S04:获取所有被检测目标车辆的速度和到路口的距离,计算被检测目标车辆以当前速度匀速行驶到达路口的时间,并选取其中的最小值tp
S05:计算出当前车辆与被检测目标车辆分别到达路口的时间差的绝对值|T|=|tp-t1|,判断|T|是否大于预警临界时间T,若小于T进行碰撞报警。
优选的,实时检测获取当前车辆的位置信息,若在一定时间内,当前车辆的位置信息变化小于设定值,则控制进入低功耗模式。
与现有技术相比,本发明的优点是:
在有交通信号灯的交叉路口在安装本发明主动安全预警装置后,可以高效地与安装4G接收控制装置的沿途车辆进行车路通信,又可以将交通信号灯相位信息实时传广播给沿途车辆,及时将驾驶员视线之外的车况、路况、信号灯状况发送给所需车辆。经过车载控制器对基于4G的广播信息的解析处理,指示车载HMI设备发出危险报警,可让驾驶员有效提前预知视线外的危险状况,及时采取合理规避措施,有效提升道路交通安全。同时,现有的4G通信网络可满足预警需求,不需额外大量投入以建设路侧设备,在满足功能的基础上可有效减少项目成本。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
图1是本发明基于车路协同和4G网络的主动安全预警装置的结构框图;
图2是本发明主动安全预警装置的路侧DSRC模块安装位置示意图;
图3是本发明主动安全预警方法的流程图。
图中,1.演示车辆,11.HMI模块,12.车载4G模块,13.车载控制器模块,14.车载GPS模块,2.路侧设备,21.路侧4G模块,22.路侧信号整合处理模块,23.交通信号灯模块,3.路口范围内的行驶车辆,31.车载4G模块,32.车载信号整合处理模块33.车载GPS模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面结合具体实施方式并参照附图,对本发明进一步详细说明。应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例:
本发明为一种带闯红灯报警功能的交叉路口主动安全预警装置及算法,该装置需要演示车辆1、路侧设备2和路口范围内的行驶车辆3三部分配合以实现其功能。其中,演示车辆1车载装置由车载控制器模块13、车载4G模块12、车载GPS模块14和HMI(HumanMachine Interface,人机界面)模块11组成,路侧设备2由路侧4G模块21、路侧信号整合处理模块22和交通信号灯模块23组成,路口范围内行驶车辆3车载装置由车载信号整合处理模块32、车载4G模块31和车载GPS模块33组成。各模块的数据流连接方式如图1所示。其中,路侧设备路口安装位置如图2所示,相关参数L1、L2、L3根据如下要求确定:
1、L1为路口宽度;
2、L2为路口东西向宽度的一半;
3、L3为路口南北向宽度的一半。
本发明基于车路协同的无信号灯交叉路口主动安全预警装置及算法的具体配置及实施方式包括以下内容:
该装置中,车载控制器模块13的主控芯片采用Freescale ARM Cortex-A9系列芯片,其与HMI模块11采用Wifi方式进行通信;HMI模块11采用基于Android系统,支持Wifi,分辨率至少为720P的平板电脑;车载GPS模块14采用高精度差分GPS设备,其与车载控制器模块13采用RS232串口传输数据;车载4G模块12和路侧4G模块21均采用支持4G网络通信的设备,其与其他模块采用串行接口进行数据传输;路侧信息整合处理模块22由基于Freescale控制芯片并支持串口通信方式的开发板组成;交通信号灯模块23由三种颜色并能指挥四个方向的移动式交通信号灯组成,其与路侧4G模块21通过串行接口传输数据。
当前演示车辆由南向北行驶,此时仅东西向行驶车辆可触发碰撞预警,具体方向如图2中所示。
预警方法如图3所示:
1、车载控制器模块实时读取车载GPS模块检测到的车辆速度、经纬度、航向角等信息,车载控制器模块同时也读取路侧设备广播的其自身的经纬度信息,根据车辆的经纬度坐标和路侧设备的经纬度坐标计算出车辆与路侧设备的距离,此即为车辆到路口的距离。
2、得到和车辆到路口距离之后,判断此距离是否大于预警临界距离D,如大于D则返回步骤1继续侦测车速和距离信息;如小于D则启动预警程序并执行步骤3。
3、车载控制器模块从车载4G模块读取由路侧4G模块广播过来的路侧信息并进行实时解析,判断路口范围内有无其他车辆正在向路口行进。如检测到其他车辆向路口行进,则执行步骤5。
4、车载控制器模块从车载4G模块读取由路侧4G模块广播过来的交通信号灯信号并进行实时解析,同时计算出该车辆以目前速度匀速行驶到达路口的时间t1,将t1与信号灯相位信息比较以判断车辆有无闯红灯风险。如有闯红灯风险,则HMI模块显示闯红灯报警提示信息;如无闯红灯风险,则HMI模块显示当前交通信号灯相位信息和相位剩余时间。在HMI模块显示相关信息的同时,返回步骤3,继续检测所监测方向上有无其他车辆正在通行。
5、车载控制器模块解析路侧信息,分别获取向路口行进的若干车辆的速度和到路口的距离。同时分别计算出这些车辆以目前速度匀速行驶到达路口的时间,选碰撞取其中最小值tp
6、车载控制器模块根据公式|T|=|tp-t1|,计算出当前行驶车辆与目标车辆分别到达路口的时间差的绝对值。判断|T|是否大于预警临界时间T,如大于T则返回步骤1继续侦测车速和距离信息;如小于T则执行步骤7,进行碰撞报警。
7、车载控制器模块将报警信息通过无线网络技术传输给HMI模块,HMI模块通过其内部的预设程序显示与报警信息对应的报警界面以提醒驾驶员小心驾驶。
8、车辆控制器模块实时检测获取的当前车辆GPS经纬度信息,如果在某特定的较长时间内,GPS经纬度信息变化很小,则认为车辆已经停车,程序暂停运行;如果车辆未停止运行,则返回步骤1重复运行上述步骤。
本发明的碰撞报警可以有不同的预警等级,根据预警等级的不同可以发送不同的预警提示。
当0≤|T|<T2且0≤t<t1或者0≤|T|<T1且t1≤t<t2,预警等级为碰撞红色预警,提示驾驶员“注意谨慎驾驶,务必减速慢行”;
当T2≤|T|<T3且0≤t<t1或者0≤|T|<T1且t2≤t或者T1≤|T|<T2且t1≤t<t2,预警等级为碰撞橙色预警,提示驾驶员“注意谨慎驾驶,务必减速慢行”;
当T3≤|T|或者T2≤|T|<T3且t1≤t或者T1≤|T|<T2且t2≤t,预警等级为碰撞黄色预警,提示驾驶员“注意谨慎驾驶”;
其中,T1、T2、T3为当前车辆与被监测车辆到达路口时间差的设定阈值,且T1<T2<T3;t1、t2为当前车辆到达路口时间的设定阈值,且t1<t2
应当理解的是,本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理,而不构成对本发明的限制。因此,在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。此外,本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (4)

1. 一种基于车路协同和4G网络的主动安全预警装置,其特征在于,包括车载设备和路侧设备;所述路侧设备包括:
一路侧信号整合处理模块,用于接收交通信号灯模块信息并整合路侧4G模块接收的信息,经过解析和去除冗余后,将信息传输给路侧4G模块;
一路侧4G模块,与路侧信号整合处理模块连接,用于接收路侧信号整合处理模块的信息,并连同其内部存储的路口中心位置的GPS经纬度坐标信息通过4G方式向外广播;
所述车载设备包括:
一车载4G模块,由车载控制器模块控制与路侧4G模块进行通信;
一车载GPS模块,用于测定当前车辆的位置信息,并将所述位置信息发送给车载控制器模块;
一车载控制器模块,用于控制车载4G模块和HMI模块的显示信息,计算当前车辆到达路口的时间以及与被检测目标车辆分别到达路口的时间差,并判断是否达到报警阈值,若达到相应的报警阈值,则闯红灯报警和/或碰撞报警;
一HMI模块,用于显示车辆当前的运行状态和安全预警信息。
2.根据权利要求1所述的基于车路协同和4G网络的主动安全预警装置,其特征在于,所述车载设备还包括车载信号整合处理模块,用于接收车载GPS模块信息并整合车载4G模块接收的广播信息,经过解析和去除冗余后,将车辆行驶状态信息通过车载4G模块对外广播。
3.一种基于车路协同和4G网络的主动安全预警方法,其特征在于,包括以下步骤:
S01:根据当前车辆的经纬度坐标和路侧4G模块的经纬度坐标计算车辆与路侧4G模块的距离,作为当前车辆到路口的距离;
S02:根据车辆到路口的距离判断是否大于预警临界距离D,若小于D,执行步骤S03;
S03:实时判断检测区域内有无其他车辆正在向路口行进,若检测到其他车辆向路口行进,则执行步骤S04;
S04:获取交通信号灯模块的信息,计算当前车辆以当前速度匀速行驶到路口的时间t1,将t1与信号灯相位信息比较,若t1小于信号灯相位信息,则判断车辆无闯红灯风险,HMI模块显示当前交通信号灯相位信息和相位剩余时间;反之,判断车辆有闯红灯风险,则HMI模块显示闯红灯报警提示信息;
S04:获取所有被检测目标车辆的速度和到路口的距离,计算被检测目标车辆以当前速度匀速行驶到达路口的时间,并选取其中的最小值tp
S05:计算出当前车辆与被检测目标车辆分别到达路口的时间差的绝对值|T|=|tp-t1|,判断|T|是否大于预警临界时间T,若小于T进行碰撞报警。
4.根据权利要求3所述的基于车路协同和4G网络的主动安全预警方法,其特征在于,实时检测获取当前车辆的位置信息,若在一定时间内,当前车辆的位置信息变化小于设定值,则控制进入低功耗模式。
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