CN106932806B - 一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警方法及系统 - Google Patents

一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警方法及系统，方法包括：在车辆进入山区后，通过北斗定位获取车辆的位置和速度信息；通过坐标转换将经纬度换算至高斯平面坐标系，计算两车水平距离；在两车距离相近时进行碰撞风险状态预估，根据报警规则发出报警信号。本发明利用北斗卫星实时测得车辆位置速度等信息，解算出车辆在弯道的运行状态，对弯道车辆相撞风险状态进行预估，实现了车辆在山区弯道的有效报警。

Description

一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警方法及系统
技术领域
本发明属于北斗卫星的定位应用系统领域，具体涉及一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警方法及系统。
背景技术
随着汽车产业的蓬勃发展和人们生活水平的提高，私家车的拥有量不断增加，但是交通事故也在逐年增加。其中，山区中发生交通事故的比例虽然较小，但造成的人员伤亡情况最严重。我国山地和丘陵占陆地总面积70％，山区公路建设不断增加，山地地势险峻且弯道急，车辆在山地发生车祸的概率比较大，而山区交通事故的特点就是人员伤亡大，报警较晚，易引发次生灾害。
现阶段的车载防撞报警系统普遍适用于城市道路，未能有效应用于山地道路。车辆在山地弯道行驶过程中，由于弯道特殊的地形遮挡了驾驶员的视线，使驾驶员无法准确地判断出前方是否有车辆驶来，增加了车辆在弯道发生事故的可能性。目前最为广泛的预防措施是在弯道处安放凸面镜，以此增加驾驶员视线范围，但同时会影响其注意力，且作用效果有限，因此需要一种新型措施对此进行改进。另一方面，由于信号不好，报警不及时，车辆隐匿等，在事故发生后使救援工作难以及时展开。
目前中国自主研发的北斗卫星导航系统已广泛应用于各民用领域，如何利用北斗卫星导航的实时高精度定位和短报文通信功能，提出一种适用于山区车辆的防撞预警系统是本发明的主要研究课题。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术的不足，结合山区道路实际环境，提出了一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警方法及系统，本发明利用北斗卫星实时测得车辆位置速度等信息，解算出车辆在弯道的运行状态，对弯道车辆相撞风险状态进行预估，实现车辆在山区弯道的有效报警。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警方法，包括如下步骤：
(1)在车辆进入山区后，通过北斗定位获取车辆的位置和速度信息；
(2)通过坐标转换将经纬度换算至高斯平面坐标系，计算两车水平距离；
(3)在初次判断出两车水平距离小于设定阈值并且高度小于设定阈值时，进行碰撞风险状态预估，在满足设定的报警规则时，发出报警信号。
作为优选，上述方法还包括：在车辆发生事故时，通过北斗短报文向山区车辆管控中心发送事故具体位置及求救信号。
作为优选，步骤(3)中进行碰撞风险状态预估的方法包括：
利用两车零散的位置坐标，实时拟合出当前两车行驶的道路模拟曲线；
当两车中至少有一辆车的道路模拟曲线的曲率半径小于设定值时，进行碰撞风险状态预估，预估函数其中n为危险事件的数量，G为危险事件的权重，P为危险事件发生的概率。
作为优选，通过驾驶人弯道会车距离d，会车时距dTHW，碰撞时间tTTC这3个参数来描述危险事件，预估函数R＝P1G1+P2G2+P3G3；
式中：
其中，dw，为设定的阈值。
作为优选，在得到碰撞风险状态预估函数值后，根据如下报警规则发送报警信号：
作为优选，为避免两车相撞需保持的安全距离dw的计算方法为：
其中，τ为驾驶人制动反应时间，d0为停车距离，v和vf分别为制动反应时间段内两车的行驶速度，a和af分别为制动后两车减速度，取值a＝af＝μg，μ为道路附着系数，g为当地重力加速度。
作为优选，步骤(3)中进行碰撞风险状态预估的方法还包括：
当两车均未在弯道行驶时，若两车的水平距离小于设定的距离阈值，则发出报警信号。
一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警系统，包括：山区车辆管控中心和若干车载车辆报警系统，车载车辆报警系统包括：
北斗定位模块，用于在车辆进入山区后进行位置定位；
车载报警模块，用于根据两辆车的位置和速度信息实时进行碰撞风险状态预估，在满足设定的报警规则时，发出报警信号；
北斗短报文通信模块，用于与山区车辆管控中心进行数据通信；
车辆加速度检测模块，用于检测车辆加速度，当大于设定阈值时，发出事故发生信号；
以及，事故救援模块，用于在检测到车辆发生事故时，通过北斗短报文通信模块向山区车辆管控中心发送事故具体位置及求救信号；
山区车辆管控中心，用于从北斗地面监测站实时获取来往车辆位置和速度信息，在两车位于同一水平高度且水平距离接近时分别向这两车发送对方车辆的位置和速度信息。
一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警系统，包括：山区车辆管控中心和若干车载车辆报警系统，车载车辆报警系统包括：
北斗定位模块，用于在车辆进入山区后进行位置定位；
车载报警模块，用于接收山区车辆管控中心发出报警信号；
北斗短报文通信模块，用于与山区车辆管控中心进行数据通信；
车辆加速度检测模块，用于检测车辆加速度，当大于设定阈值时，发出事故发生信号；
以及，事故救援模块，用于在检测到车辆发生事故时，通过北斗短报文通信模块向山区车辆管控中心发送事故具体位置及求救信号；
山区车辆管控中心，用于从北斗地面监测站实时获取来往车辆位置和速度信息，根据两辆车的位置和速度信息实时进行碰撞风险状态预估，在满足设定的报警规则时，分别向所涉及的两辆车发出报警信号。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)利用北斗卫星定位系统，通过定位机动车实时位置，对山区即将相遇的车辆进行有效预警，大大降低了由山区弯道遮挡驾驶员的视线而造成事故的概率。
2)山区通信信号覆盖较弱，地形复杂，通信设备无法及时有效的对外发送救援、报警信号，易错过最佳救援时间，引发次生灾害。本系统利用北斗短报文功能，在车辆发生事故时及时向车辆管控中心发送事故位置和求救信号，缩短救援时间，降低事故伤亡。
附图说明
图1是本发明车辆定位信息传送示意图。
图2是本发明车辆管控中心与山区车辆信息传递示意图。
图3是本发明防撞报警方法流程图。
图4是两车相遇示意图。
图5是车辆模拟及算法仿真图。
图6是车载报警系统构成图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明实施例公开的一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警方法，主要包括：在车辆进入山区后，通过北斗定位获取车辆的位置和速度信息；通过坐标转换将经纬度换算至高斯平面坐标系，计算两车水平距离；在两车相距较近时，进行碰撞风险状态预估，在满足设定的报警规则时发出报警信号。在车辆发生事故时，通过北斗短报文向山区车辆管控中心发送事故具体位置及求救信号，由管控中心协调当地有关部门实施救援。
如图1、2所示，本发明实施例公开的一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警系统，包括山区车辆管控中心和若干车载车辆报警系统，其中车载车辆报警系统包括：北斗定位模块，用于在车辆进入山区后进行位置定位；车载报警模块，用于根据两辆车的位置和速度信息实时进行碰撞风险状态预估，在满足设定的报警规则时发出报警信号；北斗短报文通信模块，用于与山区车辆管控中心进行数据通信。还包括事故救援模块，用于在检测到车辆发生事故时，通过北斗短报文通信模块向山区车辆管控中心发送事故具体位置及求救信号；可通过车辆加速度检测模块检测车辆加速度，当大于设定阈值时可认为发生事故。其中山区车辆管控中心，用于从北斗地面监测站实时获取来往车辆位置和速度信息，在两车位于同一水平高度且水平距离接近时分别向这两车发送对方车辆的位置和速度信息。在另一个实施例中，也可以由山区车辆管控中心根据两辆车的位置和速度信息实时进行碰撞风险状态预估，在满足设定的报警规则时，分别向所涉及的两辆车发出报警信号。车载报警模块用来接收山区车辆管控中心发出报警信号，并向报警执行机构发送报警信号。
在图1中，车辆安装有车载车辆报警系统，车载车辆报警系统包含北斗定位、处理器、显示机构、报警执行机构等模块，具有信号接收、应答、定位、数据处理等功能。当车辆进入山区后，车载车辆报警系统开始工作，北斗卫星对车辆实时定位，从而北斗地面监测站可获得车辆实时位置、速度信息，并传送给山区车辆管控中心。
在图2中，山区车辆管控中心有该山区区域所有车辆实时位置、速度信息，经坐标转换，可将经纬度信息转化为二维高斯平面点坐标，通过比较两车北斗高度信息及平面坐标距离，当初步判断出两车相距较近时，认为两车位于同一道路行驶并可能相遇，此时车辆管控中心利用GSM移动通信技术或3G、4G移动通信技术或WIFI无线通信技术，将车辆位置、速度信息互相发送到对方车辆。本发明主要处理会车场景，之后在拟合两车行驶道路曲线时，若检测到两车沿道路同一方向行驶，即出现跟车情况时则忽略这种情况，否则车载报警模块接收到车辆管控中心实时传来的数据后开始进行碰撞风险状态预估计算。
图3是弯道报警算法流程图。该模块由两车实时位置、速度信息，利用北斗获取的经纬度信息，经坐标转换得到在高斯平面上两车零散的位置坐标，计算两车二维平面坐标距离以及比较两车北斗高度信息。当两车同时小于设定阈值(如距离小于70m，高度差小于9.5m,在实际使用过程中可以根据不同地形合理设定)时,可判定两车即将相遇，除此之外继续采集信息不执行之后程序。利用二维位置坐标实时拟合出当前两车行驶的道路模拟曲线。计算两车当前行驶时道路的曲率半径，当曲率半径小于某个值(此值可根据山地具体弯道情况测定)时认为该车处于弯道行驶状况。当两车中至少有一辆车位于弯道时，认为车辆处于弯道危险行驶状态，需要报警，此时开始碰撞风险状态预估函数计算。为了预估此时两车之间的道路曲线距离，利用曲线积分计算拟合后两车之间的曲线距离s。若两车均未处于弯道，但处于同一道路(如直角弯)，为防止两车距离过于接近，因此在小于限定最小车距(如20m)时直接发送报警信息。
图4是两车相遇示意图，弯道报警算法如下：
①安全会车距离计算
两车相遇示意图如图所示，在t0时刻准备制动，从准备制动到启动制动这一段时间τ称为驾驶人制动反应时间，在这段时间自车和对向来车分别以速度v和vf匀速行驶,t1时刻两车开始减速，自车减速度为a，对向来车减速度为af，t2时刻两车均停止，停车距离为d0，则在t0时刻，为避免与对向来车碰撞，需保持的安全距离dw为
两车减速度:
a＝af＝μg
式中:μ为道路附着系数，结合山地实际情况，取道路附着系数μ＝0.8，g为当地重力加速度，取值为9.8m/s2，停车距离d0取2m。驾驶人制动反应时间τ取值为0.8s。
②弯道驾驶人特性参数阈值的确定
为了表征驾驶员的行为特性，定义会车时距dTHW和碰撞时间tTTC，其中dTHW＝d/v(v为自车速度)，tTTC＝d/vr(vr为两车相对速度)，d为自车与对向来车距离，取阈值
③弯道车辆碰撞风险状态预估函数R
弯道车辆风险状态预估函数其中n为危险事件的数量；G为危险事件的权重；P为危险事件发生的概率。通过驾驶人弯道会车距离d，dTHW，tTTC这3个参数来描述危险事件，因此取n＝3，故R＝P1G1+P2G2+P3G3。
式中：
取G1＝G2＝G3＝1/3。经加权融合后得到各测量值的最优化测量结果，即弯道车辆碰撞风险状态预估函数值R。在实现对弯道碰撞风险状态的预估后,制定如下报警规则
最后由车载报警模块根据报警规则发送报警信号给报警执行模块，警示驾驶员小心驾驶。
当车载加速度传感器检测到加速度值大于35g时(g为重力加速度)可判定车辆发生事故，此时利用车载车辆报警系统中的北斗短报文通信模块自动向车辆管控中心发送事故具体位置及求救信号，由管控中心协调当地有关部门实施救援，并向事故周围范围内汽车发送事故预警信号，必要时提醒驾驶员绕道行驶，避免造成交通堵塞。该系统还可用于山区天气情况较差、发生自然灾害时车辆预警及救援，能够有效减少事故发生率，保障驾驶员生命财产安全。
图5是车辆模拟及算法仿真图。设定山区弯道以及两车行驶速度、位置等函数，通过程序延时，以0.1s为周期对车辆速度位置信息进行采集，模拟北斗卫星的信息采集功能，之后利用拟合算法及车辆预警算法得到弯道车辆碰撞风险预估函数值R。仿真中以黄色代表轻度报警，红色代表重度报警。
图6是车载车辆报警系统硬件结构示意图。首先利用北斗定位模块获取车辆位置与速度信息并将相应信息发送到信息显示装置，利用处理器即时对信息进行分析与解算，当处于弯道的车辆即将相遇时，将报警信息发送到报警执行机构与输出显示装置，当车载加速度传感器检测到加速度值大于设定阈值(如35g)时，可判定事故发生，此时利用北斗短报文通信模块自动向车辆管控中心发送事故具体位置及求救信号，车辆管控中心向事故周围范围内汽车发送事故预警信号，必要时提醒驾驶员绕道行驶，避免造成交通堵塞。

Claims (7)

1.一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在车辆进入山区后，通过北斗定位获取车辆的位置和速度信息；
(2)通过坐标转换将经纬度换算至高斯平面坐标系，计算两车水平距离；
(3)在初次判断出两车水平距离小于设定阈值并且高度小于设定阈值时，进行碰撞风险状态预估，在满足设定的报警规则时，发出报警信号；
所述步骤(3)中进行碰撞风险状态预估的方法包括：
利用两车高斯平面上零散的位置坐标，实时拟合出当前两车行驶的道路模拟曲线；
当两车中至少有一辆车的道路模拟曲线的曲率半径小于设定值时，并且两车相向行驶时，进行碰撞风险状态预估，通过驾驶人弯道会车距离d，会车时距dTHW，碰撞时间tTTC这3个参数来描述危险事件，预估函数R＝P1G1+P2G2+P3G3；
式中：
其中，dw，为设定的阈值。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警方法，其特征在于，还包括：
在车辆发生事故时，通过北斗短报文向山区车辆管控中心发送事故具体位置及求救信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警方法，其特征在于，在得到碰撞风险状态预估函数值后，根据如下报警规则发送报警信号：
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警方法，其特征在于，为避免两车相撞需保持的安全距离dw的计算方法为：
其中，τ为驾驶人制动反应时间，d0为停车距离，v和vf分别为制动反应时间段内两车的行驶速度，a和af分别为制动后两车减速度，取值a＝af＝μg，μ为道路附着系数，g为当地重力加速度。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警方法，其特征在于，所述步骤(3)中进行碰撞风险状态预估的方法还包括：
当两车均未在弯道行驶时，若两车的水平距离小于设定的距离阈值，则发出报警信号。
6.根据权利要求1-5任一项所述的防撞报警方法实现的一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警系统，其特征在于，包括：山区车辆管控中心和若干车载车辆报警系统，所述车载车辆报警系统包括：
北斗定位模块，用于在车辆进入山区后进行位置定位；
车载报警模块，用于根据两辆车的位置和速度信息实时进行碰撞风险状态预估，在满足设定的报警规则时，发出报警信号；
北斗短报文通信模块，用于与山区车辆管控中心进行数据通信；
车辆加速度检测模块，用于检测车辆加速度，当大于设定阈值时，发出事故发生信号；
以及，事故救援模块，用于在检测到车辆发生事故时，通过北斗短报文通信模块向山区车辆管控中心发送事故具体位置及求救信号；
所述山区车辆管控中心，用于从北斗地面监测站实时获取来往车辆位置和速度信息，在两车位于同一水平高度且水平距离接近时分别向这两车发送对方车辆的位置和速度信息。
7.根据权利要求1-5任一项所述的防撞报警方法实现的一种基于北斗卫星的山区弯道车辆防撞报警系统，其特征在于，包括：山区车辆管控中心和若干车载车辆报警系统，所述车载车辆报警系统包括：
北斗定位模块，用于在车辆进入山区后进行位置定位；
车载报警模块，用于接收山区车辆管控中心发出报警信号；
北斗短报文通信模块，用于与山区车辆管控中心进行数据通信；
车辆加速度检测模块，用于检测车辆加速度，当大于设定阈值时，发出事故发生信号；
以及，事故救援模块，用于在检测到车辆发生事故时，通过北斗短报文通信模块向山区车辆管控中心发送事故具体位置及求救信号；
所述山区车辆管控中心，用于从北斗地面监测站实时获取来往车辆位置和速度信息，根据两辆车的位置和速度信息实时进行碰撞风险状态预估，在满足设定的报警规则时，分别向所涉及的两辆车发出报警信号。
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