CN107993485A - 一种基于车联网的自适应预警方法以及装置 - Google Patents

一种基于车联网的自适应预警方法以及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于车联网的自适应预警方法以及系统，通过移动通信技术以及短距离无线通信技术，车辆的自适应预警方法包括如下步骤：建立第一监控列表，判断可连接的周围目标是否存在达到碰撞预警阈值的重点目标，若有则建立第二监控列表，单独接收并监控所述重点目标的车辆位置以及速度信息；计算预计碰撞时间以及通讯延迟值；根据所述通讯延迟值以及预计碰撞时间的情况确定预警级别，并进行预警。本发明所起到的有益效果包括：1、对信道延迟以及速度差的有机结合，大大提高了预警方法的安全性能。2、根据不同的情况建立一对多通信以及一对一通信两种通信方式，保证了系统资源的有效利用，降低系统负荷。3、同时监控车辆周围的汽车情况。

Description

一种基于车联网的自适应预警方法以及装置
技术领域
本发明涉及汽车智能预警系统，特别涉及一种基于车联网的自适应预警方法以及装置。
背景技术
车联网V2X（Vehicle-To-Everything）技术，是未来智能汽车、自动驾驶、智能交通运输系统的基础和关键技术。它使得车与互联网（V2N）、车与车（V2V）、车与基础设施（V2I）、车与行人（V2P）能够通信。目前在欧美部分地区已经有初步实现，汽车通过移动网络或者近程网络通讯获得云服务、实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息，从而提高驾驶安全性、减少拥堵、提高交通效率、提供车载娱乐信息等。其中，防碰撞安全系统是自动驾驶和智能交通的重要组成部分。前向碰撞预警和交叉路口碰撞告警是防碰撞安全系统中最常见的两个应用场景。
目前，对于前向碰撞预警和交叉路口碰撞告警场景的碰撞判断标准大部分都是以安全距离为阈值进行预警，由于车辆快速行驶的过程中通过无线通讯的方式发送消息，消息的交互频率是一个极为重要的设置参数，WAVE/DSRC的消息频率标准是100ms/次，目前的方案存在以下问题：
（1）行驶中车辆出现异常现象，如抛锚、碰撞后停止，消息频率太低而无法正常预警，导致交通意外的发生；
（2）车辆高速行驶过程中，信道通讯环境较差，出现数据丢包的现象；
（3）多设备连接中，频繁收发数据，会出现信道拥塞的现象。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种基于车联网的自适应预警方法以及装置。
一种基于车联网的自适应预警方法，采用移动通信技术实现车辆与目标的连接，车辆的自适应预警方法包括如下步骤：
S10、建立第一监控列表，与周围可连接的目标建立连接，接收并根据当前接收到的信息判定周围目标是否存在达到碰撞预警阈值的重点目标，若有则进入步骤S20；
S20、建立至少一个第二监控列表，单独接收并监控所述重点目标的车辆位置以及速度信息；
S30、评估车辆以及所述重点目标的速度差以及位置，并计算预计碰撞时间；同时通过信道通讯评估当前网络的通讯延迟值；
S40、根据所述通讯延迟值以及预计碰撞时间的情况确定预警级别，并进行预警。
进一步的，步骤S10包括如下子步骤：
S11、根据车辆周围的目标情况，建立第一监控列表，逐一与车辆距离小于距离阈值的目标建立连接，获取并解析信息，提取第一列表内车辆的速度值以及相对位置；
S12、计算车辆与当前连接目标的速度差，判断速度差是否大于速度差阈值，若是则把目标确定为重点目标，从第一监控列表中移除，同时执行步骤S20。
进一步的，所述步骤S12中重点目标的确定包括如下情况：
A、当车辆与当前连接目标的速度差为正差，且连接目标位于车辆前方时，确定当前连接目标为重点目标；
B、当车辆与当前连接目标的速度差为负差，且连接目标位于车辆后方时，确定当前连接目标为重点目标。
进一步的，所述步骤S20包括如下子步骤：
S21、建立第二监控列表，录入并连接步骤S10中移除的重点目标；
S22、对所述重点目标进行一对一监控，采用高频更新速率实时获取重点目标的速度信息以及位置信息。
进一步的，所述步骤S30包括如下子步骤：
S301、获取重点目标的速度以及车辆自身的速度，并计算速度差；
S302、获取两车之间的相对位置以及距离；
S303、根据相对位置、距离以及速度差的比值算出预计碰撞时间。
进一步的，所述步骤S303中包括如下情况：
A、当车辆与重点目标的速度差为正差，且重点目标位于车辆前方时，预计碰撞时间为相对距离与速度差的比值；
B、当车辆与重点目标的速度差为负差，且重点目标位于车辆后方时，预计碰撞时间为相对距离与速度差绝对值的比值。
进一步的，所述步骤S30包括如下子步骤：
S311、广播UDP消息，并记录发送时间戳；
S312、监听并接收反馈消息，获取接收消息的时间戳；
S313、计算出通讯延迟值。
进一步的，所述步骤S40包括如下子步骤：
S41、计算比例阈值，其中比例阈值为预计碰撞时间与所述通讯延迟值的比值，并根据所述比例阈值划分为多个比例等级，所述等级越高，则比例阈值越低；
S42、根据所述预计碰撞时间划分等多个时间等级，所述时间等级越高，则预计碰撞时间越短；
S43、根据比例等级以及时间等级制定预警等级；
其中，在同一时间等级内，比例阈值越低，预警等级越高，同时在同一比例等级内，时间等级越高则预警等级越高。
优选的，所述目标和/或重点目标为车辆、障碍物以及被穿戴在行人身上的穿戴设备中的至少一种。
另外，本发明还提供一种基于车联网的自适应预警装置，所述预警装置采用了如上所述的基于车联网的自适应预警方法。
本发明的基于车联网的自适应预警方法及系统所起到的有益效果包括：
1、本发明通过对信道延迟以及速度差的有机结合，大大提高了预警方法的安全性能。
2、根据不同的情况建立一对多通信以及一对一通信两种通信方式，保证了系统资源的有效利用，降低系统负荷。
3、同时监控车辆周围的汽车情况，不但能够实现主动碰撞的预警还能实现被动碰撞的预警。
附图说明
图1为本发明实施例1中的基于车联网的自适应预警装置架构原理图。
图2为本发明实施例2中的方法原理图。
图3为本发明实施例2中的预警等级划分示意图。
图4为本发明实施例3中的监控列表归类示意图。
图5为本发明实施例4中的预计碰撞时间方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。
实施例1：
本实施提供一种基于车联网的自适应预警装置，如图1所示，预警装置包括自适应策略管理模块、设备管理器、信道通讯评估模块、碰撞时间计算模块、消息解析模块、消息评论控制模块以及预警处理模块。
其中设备管理器用于建立第一监控列表和第二监控列表。
消息解析模块用于解析目标所接收到的消息。
碰撞时间计算模块用于计算预计碰撞时间。
信道通讯评估模块用于判定通讯质量，通讯模块包括用于短距离无线通讯的SDRC模块以及远距离通信的移动通信模块中的至少一个模块，并通过这两个模块完成对车辆特定范围内的其他目标的连接，通过建立连接后获取目标的位置信息以及速度信息。
自适应策略管理模块则负责从消息解析模块中获取信号来控制设备管理器进行监控列表的分发，同时将预警等级发送给预警处理模块。另外，还可以根据情况的安全危急等级通过消息频率控制模块发送控制消息发送频率。
自适应策略管理模块在预警装置工作过程中，其不但通过通讯模块获取目标的位置信号以及速度信号，而且还会检测与当前连接目标的连接质量，并根据连接质量以及位置、速度信号确定预警等级。
实施例2：
本实施在实施例1的基础上，如图2所示，一种基于车联网的自适应预警方法，通过移动通信技术以及短距离无线通信技术，具体的，车辆的自适应预警方法包括如下步骤：
S10、建立第一监控列表，该第一监控列表用于记录可连接的目标。其中本发明中，目标所指的可以与车辆实现通信连接的其他车辆、路障等在道路上的个体，同时也可以是被穿戴在行人身上的穿戴设备。而车辆在本申请中指的是车辆自身。
而列表内记录的内容可以但不仅是连接目标ID、目标的速度、相对位置等。在默认情况下，有车辆与周围目标的连接关系通常是以消息列队的形式进行逐一连接，再连接后获取目标的位置信息和速度信息，从而更新第一监控列表中的数据，通常采用的连接处理方式是先进先出的处理方式。
在默认情况下，所有目标相对于车辆都对等关系，同时会判定周围目标是否存在达到碰撞预警阈值的重点目标，若有则进入步骤S20。其中本实施例中，碰撞预警值可以是速度差呈正相关的系数，当速度差大于一定程度时，则判定为目标达到碰撞预警值。
S20、由于在默认情况下处理消息是逐个目标一次处理的，处理每个消息都会花费一定时间，在实时性要求不高的应用场景中，可以采用这种处理方式，这样终端处理器负担会比较小，但是对于即将发生碰撞的事故的场景，是需要提前提醒驾驶人员，避免事故的发生。通过车辆与目标的速度差的变化可以预知车辆运动轨迹有可能发生变化，由于在碰撞预警场景中，事故预警属于实时性需求较强的功能，一对多的通讯策略是无法满足场景的实时性要求，所以需要对通讯策略进行调整。此时，本发明采用一对一的通讯策略，即建立第二监控列表，第二监控列表中只记录一个目标，对设备的消息进行实时响应和跟踪。
S30、本步骤对两个参数进行测算，第一个参数是预计碰撞时间T0，即从当前时刻开始算起，按当前条件所计算出来的车辆与重点目标发生所需要的时间，时间越长，则反映碰撞风险越低。数值越小，表明情况越危险，需要提高预警级别，必要时车身控制系统进行紧急刹车处理。第二个参数则是通讯延迟值T1，即车辆与目标完成一个收发周期所需要的时间，时间越长，则反映网络连接越不稳定。广播消息使用UDP的消息传输方式，存在一定的丢包概率，同时，传输延时增大，相同距离收发消息所需要时间增大，交互消息数量就会变少，对预警产生一定的影响。
其中通讯延迟值T1计算方式如下：
S311、移动网络优选可以采用4G网络，通过广播UDP消息，并记录发送时间戳Ts；
S312、监听并接收反馈消息，获取接收消息的时间戳Tr；
S313、计算出通讯延迟值T1，计算公式为：
。
S40、根据通讯延迟值以及预计碰撞时间的情况确定预警级别，并进行预警。具体的，预警级别的划分可以按如下进行：
S41、计算比例阈值N，其中比例阈值N为预计碰撞时间与通讯延迟值的比值，并根据比例阈值划分为多个比例等级，等级越高，则比例阈值越低。其公式如下：
N =
S42、根据预计碰撞时间划分等多个时间等级，时间等级的级别越高，则预计碰撞时间越短。本实施例中，根据汽车制动动力学计算最小安全距离得出，车辆制动过程中驾驶员反应时间是0.8~2s，汽车制动协调时间是0.5s，汽车减速度增长时间是0.2s，所以得出预计碰撞时间T0的最小值应为3s。将预计碰撞时间T0分成四个时间等级，对应的四个时间等级分别是：0s~3s，3s~4s，4s~5s，5s~6 s，其中，0s~3s为最高等级，反映的情况最紧急。
S43、根据比例等级以及时间等级制定预警等级。本步骤中，假设，当前车辆消息发送频率为10HZ，即100ms/次发送消息，理想状态下传输延时为0，预计碰撞时间T0的最小值3s中当前车辆与连接车辆发生了30次信息交互，即比例阈值N=30。如果传输延时为100ms，在3s中当前车辆与连接车辆信息交互数量减少为15次，若网络传输延时增大甚至是出现丢包而导致消息缺失而无法准备播报的问题，比例阈值N会继续降低，可以把预警级别进行自适应调整。具体的将比例阈值分成3个等级，分别是有安全到危急递进的：30以上；15到30；15以下。
其中，调整规则如下，在同一时间等级内，比例阈值越低，预警等级越高，同时在同一比例等级内，时间等级越高则预警等级越高。具体可以参照图3，最终系统根据比例等级以及时间等级的高低，设置成四个预警等级，其中一级预警最低，四级预警最高，情况最危急，系统可以根据预警等级给予响应。
实施例3：
作为实施例2的优化，本实施例与实施例1 的区别在于：如图4所示，本实施例在连接目标的过程中还对目标的位置进行分类，其中分为在车辆前方的目标以及在车辆后方的目标。
S11、根据车辆周围的目标情况，建立第一监控列表，逐一与车辆距离小于距离阈值的目标建立连接，获取并解析信息，提取第一列表内车辆的速度值以及相对位置。
S12、计算车辆与当前连接目标的速度差，根据速度差判断速度差是否大于速度差阈值，其中本实施例中，速度差阈值至少为10km/h。若是则把当前连接的目标确定为重点目标，从第一监控列表中移除，同时执行步骤S20。
其中，在加入了目标的相对位置信息后，重点目标的确定包括如下情况：
A、当车辆与当前连接目标的速度差为正差，且连接目标位于车辆前方时，确定当前连接目标为重点目标，此时需要预警主动碰撞情况，如车辆追尾目标。
B、当车辆与当前连接目标的速度差为负差，且连接目标位于车辆后方时，确定当前连接目标为重点目标，此时需要预警被动碰撞情况，如目标追尾车辆。
步骤S20包括如下子步骤：
S21、建立第二监控列表，录入并连接步骤S10中移除的重点目标。
S22、对重点目标进行一对一监控，采用高频更新速率实时获取重点目标的速度信息以及位置信息。
实施例4：
作为实施例2以及3的补充，本实施例与实施例2或3的区别在于： 如图5所示，本实施例的预计碰撞试时间计算步骤如下：
S301、获取重点目标的速度v1以及车辆自身的速度v2，并计算速度差。
S302、获取车辆与目标之间的相对位置以及距离s。
S303、根据相对位置、距离s以及速度差的比值算出预计碰撞时间T0。
具体的，预计碰撞时间T0可以分如下两种情况进行计算：
A、当车辆与重点目标的速度差v2-v1为正值，且重点目标位于车辆前方时，预计碰撞时间T0为相对距离与速度差的比值，即
。
B、当车辆与重点目标的速度差v2-v1为负差，且重点目标位于车辆后方时，预计碰撞时间T0为相对距离与速度差绝对值的比值，即
。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于车联网的自适应预警方法，采用移动通信技术实现车辆与目标的连接，其特征在于：车辆的自适应预警方法包括如下步骤：
S10、建立第一监控列表，与周围可连接的目标建立连接，接收并根据当前接收到的信息判定周围目标是否存在达到碰撞预警阈值的重点目标，若有则进入步骤S20；
S20、建立至少一个第二监控列表，单独接收并监控所述重点目标的车辆位置以及速度信息；
S30、评估车辆以及所述重点目标的速度差以及位置，并计算预计碰撞时间；同时通过信道通讯评估当前网络的通讯延迟值；
S40、根据所述通讯延迟值以及预计碰撞时间的情况确定预警级别，并进行预警。
2.根据权利要求1所述的基于车联网的自适应预警方法，其特征在于，步骤S10包括如下子步骤：
S11、根据车辆周围的目标情况，建立第一监控列表，逐一与车辆距离小于距离阈值的目标建立连接，获取并解析信息，提取第一列表内车辆的速度值以及相对位置；
S12、计算车辆与当前连接目标的速度差，判断速度差是否大于速度差阈值，若是则把目标确定为重点目标，从第一监控列表中移除，同时执行步骤S20。
3.根据权利要求2所述的基于车联网的自适应预警方法，其特征在于，所述步骤S12中重点目标的确定包括如下情况：
A、当车辆与当前连接目标的速度差为正差，且连接目标位于车辆前方时，确定当前连接目标为重点目标；
B、当车辆与当前连接目标的速度差为负差，且连接目标位于车辆后方时，确定当前连接目标为重点目标。
4.根据权利要求1所述的基于车联网的自适应预警方法，其特征在于，所述步骤S20包括如下子步骤：
S21、建立第二监控列表，录入并连接步骤S10中移除的重点目标；
S22、对所述重点目标进行一对一监控，采用高频更新速率实时获取重点目标的速度信息以及位置信息。
5.根据权利要求1所述的基于车联网的自适应预警方法，其特征在于，所述步骤S30包括如下子步骤：
S301、获取重点目标的速度以及车辆自身的速度，并计算速度差；
S302、获取两车之间的相对位置以及距离；
S303、根据相对位置、距离以及速度差的比值算出预计碰撞时间。
6.根据权利要求5所述的基于车联网的自适应预警方法，其特征在于，所述步骤S303中包括如下情况
A、当车辆与重点目标的速度差为正差，且重点目标位于车辆前方时，预计碰撞时间为相对距离与速度差的比值；
B、当车辆与重点目标的速度差为负差，且重点目标位于车辆后方时，预计碰撞时间为相对距离与速度差绝对值的比值。
7.根据权利要求1所述的基于车联网的自适应预警方法，其特征在于，所述步骤S30包括如下子步骤：
S311、广播UDP消息，并记录发送时间戳；
S312、监听并接收反馈消息，获取接收消息的时间戳；
S313、计算出通讯延迟值。
8.根据权利要求1所述的基于车联网的自适应预警方法，其特征在于，所述步骤S40包括如下子步骤：
S41、计算比例阈值，其中比例阈值为预计碰撞时间与所述通讯延迟值的比值，并根据所述比例阈值划分为多个比例等级，所述等级越高，则比例阈值越低；
S42、根据所述预计碰撞时间划分等多个时间等级，所述时间等级越高，则预计碰撞时间越短；
S43、根据比例等级以及时间等级制定预警等级；
其中，在同一时间等级内，比例阈值越低，预警等级越高，同时在同一比例等级内，时间等级越高则预警等级越高。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的基于车联网的自适应预警方法，其特征在于，所述目标和/或重点目标为车辆、障碍物以及被穿戴在行人身上的穿戴设备中的至少一种。
10.一种基于车联网的自适应预警装置，其特征在于，所述预警装置采用了如权利要求1~9的基于车联网的自适应预警方法。
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