CN108860064B - 车联网环境下前挡视线调节主动服务系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开车辆行车服务技术领域中的一种车联网环境下前挡视线调节主动服务系统及方法，由智能车载设备和后台服务中心通过5G通信模块相互传递信息组成，智能车载设备由信息采集设备、车辆操作系统和车载计算机组成，车辆操作系统包括除雾器、喷水器和雨刮器；后台服务中心包括服务器组、数据库、第二数据存储单元和特征提取分析学习中心；服务器组能接受车载计算机传输的数据和查询请求，在数据库中进行检索，将数据结果输出到车载计算机；采用自动识别和主动推送的方式，通过打开除雾器提前预防水雾的产生，能自主调节雨刮器的速度，主动判别前挡风玻璃的异物并打开喷水器或雨刮器，提高了驾驶人的行车安全性与舒适性。

Description

车联网环境下前挡视线调节主动服务系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆行车服务技术领域，具体涉及能调节前挡风玻璃视线的主动服务系统。

背景技术

车辆在行驶途中，因内外温差过大导致前挡风玻璃产生水雾，驾驶人需要手动打开除雾系统；在驾驶途中前挡风玻璃上产生异物时，驾驶员需要手动打开喷水或雨刮器装置以及调整雨刮器档位，这给驾驶人在行驶过程中造成了不便，致使驾驶人在驾车过程中分心从而导致交通事故。

目前，在车联网环境下通过传感器等设备对环境实时监控，并自动调节雨刮器速度的服务技术已应用。例如：中国专利申请号为201220480475.1、名称为《自动雨刷控制系统》的文献中公开的系统利用了LED光电传感判断玻璃清洁程度从而控制雨刷，但是由于前挡风玻璃的曲面特性和光的传播特性，极易产生偏差。中国专利申请号为201320706193.3、名称为《一种汽车雨刷自动控制器》的文献中公开的控制器利用新的电路结构避免了手动切换雨刷器转换开关带来的安全隐患，但无法做到主动感知和自主生成服务。中国专利申请号为201521028299.8、名称为《一种自动调节速度的雨刮器控制系统》的文献中公开的系统通过装在窗玻璃的雨量传感器监控雨量，自动打开调节雨速，但是仅仅考虑单个场景下的雨刮器工作，不能进行主动服务。

发明内容

本发明针对现有前挡风玻璃视线调节存在的问题，提出一种车联网环境下前挡视线调节主动服务系统及其方法，能主动感知和自主生成服务，保持前挡风玻璃清晰，为驾驶员提供清晰的视线，且能实现车联网环境下的数据共享。

为达到上述目的，本发明车联网环境下前挡视线调节主动服务系统采用的技术方案是：由智能车载设备和后台服务中心通过5G通信模块相互传递信息组成，智能车载设备由信息采集设备、车辆操作系统和车载计算机组成，信息采集设备输出端连接车载计算机输入端，车载计算机输出端分别连接车辆操作系统和信息采集设备，车辆操作系统的输出端连接车载计算机；信息采集设备包括车内摄像头、车外摄像头、车内温度传感器、车外温度传感器；车辆操作系统包括除雾器、喷水器和雨刮器；后台服务中心包括服务器组、数据库、第二数据存储单元、特征提取分析学习中心，服务器组和数据库双向连接，数据库和特征提取分析学习中心之间通过第二数据存储单元双向连接；数据库由驾驶人数据库、车辆前挡风玻璃图片数据库、实时天气数据库、云端数据库组成；服务器组能接受车载计算机传输的数据和查询请求，在数据库中进行检索，将数据结果输出到车载计算机。

进一步地，车载计算机由ECU、第一数据存储单元和5G通信模块一组成，5G通信模块一分别与后台服务中心和第一数据存储单元双向连接，第一数据存储单元和ECU之间双向连接，ECU的输出端分别连接车辆操作系统和信息采集设备，车辆操作系统输出端连接第一数据存储单元的输入端。

进一步地，车辆前挡风玻璃图片数据库包括无异物时车内摄像头拍摄的车辆前挡风玻璃图片、异物为水时的车辆前挡风玻璃图片以及异物为沙石树叶时的车辆前挡风玻璃图片；云端数据库包括各地温度情况、各种雨量短视频、各种类型驾驶人普遍行为习惯。

所述的车联网环境下前挡视线调节主动服务系统的主动服务方法是包含有以下步骤：

A、车载计算机控制车内温度传感器和车外温度传感器打开采集车内温度T₁和车外温度T₂并输出到服务器组，服务器组将温度数据信息转化成1×3的矩阵[T₁,T₂,i]，与驾驶人数据库中的温度数据进行比对后控制除雾器工作；

B、车载计算机打开车内摄像头拍摄，拍摄的照片经车载计算机输出到服务器组，服务器组照片和车辆前挡风玻璃图片数据库中储蓄的图片数据库进行比对，并判断前挡风玻璃是否有异物；

C、如果有异物，则判断是雨水还是沙石落叶，并将判断结果发送到车载计算机；如果异物是雨水，车载计算机控制打开车外摄像头，车外摄像头将采集的短视频经车载计算机传输到服务器组，服务器根据收到的短视频在车辆前挡风玻璃图片中进行匹配查询后控制喷水器和雨刮器工作。

进一步地，步骤A中，若比对时与驾驶人数据库中的温度数据相同，则采取驾驶人数据库中的相同除雾操作，反之，若温度数据不相同，车载计算机以0.1Hz的频率采集温度，若6℃≤|T₁-T₂|≤10℃，车载计算机将采集频率调整到0.5Hz；若10℃＜|T₁-T₂|≤20℃，车载计算机通过打开除雾器；若|T₁-T₂|＞20℃，车载计算机打开除雾器并发出警告。

进一步地，步骤C中，匹配查询后如果没有相对应的短视频的雨水情况，则服务器计算出雨刮器频率f＝αX+βS+λV，α，β，λ为系数，X为雨水密度，S为雨水的大小，V为雨水降落的相对速度，并将频率f数据传输给车载计算机，车载计算机根据频率f数据控制雨刮器的速度。

进一步地，步骤C中，如果异物是沙石落叶，车载计算机判断车辆是否静止，若是，则车载计算机打开喷水器和雨刮器清除异物，若否，则提醒驾驶员靠边停车。

进一步地，当手动调节除雾器或雨刮器时，手动调节信息通过存储在车载计算机中，车载计算机将此时对应的雨水情况、雨刮器频率以及操作信息发送到服务器组，存储在驾驶人数据库中。

进一步地，数据库将服务器组存入数据库中的数据结果以及行为习惯通过第二数据存储单元输出到特征提取分析学习中心中分析学习，提取出同一路段内驾驶人的相异操作以及同一路段内驾驶人的行为习惯，并将提取出信息存储在云端数据库中。

本发明采用上述技术方案后的优点在于：

1、本发明采用自动识别和主动推送的方式，车载计算机控制的除雾器可以在前挡风玻璃水雾产生前通过打开除雾器提前预防水雾的产生；车载计算机在识别到需要打开雨刮器或者喷水器时，可以自动打开或关闭雨刮器或喷水器，并且能自主调节雨刮器的速度，能够主动判别前挡风玻璃的异物并打开喷水器或雨刮器以及自主调节雨刮器的速度，无需驾驶人进行操作，减少了驾驶人在驾驶过程中的不便，提高了驾驶人的行车安全性与舒适性，为驾驶员提供主动安全的行车服务。

2、本发明充分利用车辆所处的车联网环境，利用车载计算机和服务器组之间信息传递的快速与准确，通过服务器组中相应算法精确计算，主动实时高效地传输数据结果，实现车联网环境下的数据共享，提高车辆使用的智能性。

3、本发明对每个注册过的驾驶人都有相对应的驾驶人数据库，驾驶人只需登陆系统，车载计算机可以访问驾驶人的驾驶人数据库来对车辆相关系统进行操控；当驾驶人数据库中没有符合数据时，计算机通过访问后台服务中心数据库，获得与当前情境下相似的数据信息并反馈给车载计算机。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述；

图1为本发明所述车联网环境下前挡视线调节主动服务系统的结构框图；

图2为图1所述主动服务系统的工作方法流程图。

具体实施方式

如图1，本发明所述车联网环境下前挡视线调节主动服务系统由智能车载设备和后台服务中心组成，智能车载设备和后台服务中心之间通过5G通信模块进行数据信息相互传递。

其中，智能车载设备安装在车辆上，由信息采集设备、车辆操作系统和车载计算机组成。信息采集设备的输出端连接着车载计算机的输入端，车载计算机的输出端分别连接着车辆操作系统和信息采集设备，车辆操作系统的输出端连接车载计算机。

信息采集设备包括车内摄像头、车外摄像头、车内温度传感器、车外温度传感器。车内摄像头布置在车辆后视镜下方，可以自由旋转拍摄。车外摄像头布置在车顶左侧，车外摄像头只有在需要进一步判断雨量大小的时候才会开启。车内温度传感器装在前挡风玻璃内侧左上角，用于采集车内温度T₁(单位：℃)。车外温度传感器装在车顶左方，用于采集车外温度T₂(单位：℃)。

车辆操作系统包括除雾器、喷水器和雨刮器。车载计算机控制车辆操作系统工作。

车载计算机由ECU、第一数据存储单元和5G通信模块一组成，5G通信模块一与第一数据存储单元双向连接，5G通信模块一与后台服务中心之间双向连接进行数据传递。信息采集设备的输出端连接5G通信模块一，5G通信模块一与第一数据存储单元之间双向连接，第一数据存储单元和ECU之间双向连接，ECU的输出端分别连接着车辆操作系统和信息采集设备。车辆操作系统的输出端连接第一数据存储单元的输入端，车辆操作系统能将驾驶员的更改操作信息存储在第一数据存储单元中。

车载计算机通过其ECU控制信息采集设备以及车辆操作系统，车辆启动后车载计算机通过其ECU控制车内摄像头的打开，对车内进行拍摄，将拍摄的照片再输入到车载计算机的ECU中，由ECU将接受的照片拼接成全图，并定义文件名为RT*.jpg，将全图在照片第一数据存储单元中保存，其中*为照片编号。

后台服务中心由服务器组、数据库、第二数据存储单元、特征提取分析学习中心和5G通信模块二组成。其中，5G通信模块二与车载计算机中的5G通信模块一双向连接。服务器组和5G通信模块二双向连接，服务器组和数据库双向连接，数据库和特征提取分析学习中心之间通过第二数据存储单元双向连接。

服务器组由多个服务器组成，服务器组通过5G通信模块二接受车载计算机传输来的数据和查询请求，并能在数据库中进行检索，通过5G通信模块二将数据结果实时输出到车载计算机。

数据库由驾驶人数据库、车辆前挡风玻璃图片数据库、实时天气数据库、云端数据库组成。其中，驾驶人数据库是驾驶人独有的专属数据库，驾驶人只需要上车前进行身份认证，车载计算机通过服务器组传送的数据就可以获取驾驶人行驶数据信息，包括车内外温度数据信息和相应的控制车辆操作系统的信息等。车辆前挡风玻璃图片数据库主要包括无异物时车内摄像头拍摄的车辆前挡风玻璃图片、异物为水时车内摄像头拍摄的车辆前挡风玻璃图片以及异物为沙石树叶时车内摄像头拍摄的车辆前挡风玻璃图片。实时天气数据库包含了全国各地的实时天气状况，主要记录温度以及雨量情况。云端数据库包括各地温度情况、各种雨量短视频、各种类型驾驶人普遍行为习惯等；云端数据库是一个集合了各地温度情况、各种雨量短视频以及各种类型驾驶人普遍行为习惯的数据库；除此之外，云端数据库将短视频中的雨水情况(雨的密度、雨的大小和雨的速度)进行分类并以相对应的等级表达出来，输出到服务器组，与车载计算机发来的原图进行比对。

数据库能将服务器组存入数据库中的数据结果以及行为习惯通过第二数据存储单元输出到特征提取分析学习中心。特征提取分析学习中心对服务器组存入数据库中的数据结果以及行为习惯进行分析学习，提取出同一路段内驾驶人与系统主动推送的服务的相异操作以及同一路段内驾驶人的行为习惯，并将提取出的行为习惯信息通过第二数据存储单元存储在云端数据库中。

车载计算机能将其保存的文件名为RT*.jpg的全图照片通过5G通信模块输出到后台服务中心的服务器组中，服务器组中的数据信息又能通过5G通信模块输出到车载计算机中，车载计算机对输入的数据信息进行判断并运行相应的车辆操作系统和信息采集设备。若驾驶人主动取消除雾操作，则车辆操作系统通过第一数据存储单元将操作信息输入到车载计算机，车载计算机将当时的车内外温度以及除雾器的操作通过5G通信模块输出到服务器组，服务器组将数据信息转化成1×3的矩阵，以[T₁,T₂,i]形式存储在驾驶人数据库中，其中T₁为车内温度为，T₂为车外温度，i可取1或0，1表示除雾器打开，0表示除雾器关闭。若驾驶人主动取消打开雨刮器和喷水器，则将当时车载计算机控制的车内摄像头所拍摄的图片，名称为RT*.jpg重新定义为IP*.jpg，并通过5G通信模块输出到服务器组，最后存入驾驶人数据库中。除此之外，车载计算机能将驾驶人的行为习惯和驾驶人主动取消服务推送的操作以及当时的情况通过第一数据存储单元记录下来并通过5G通信模块实时输出到服务器组，最后存入驾驶人数据库中。

图1所示的主动服务系统工作时，告别了以往的手动模式，在主动服务方面得到了全面的提升，可以实时对行车环境下驾驶线路途中的天气状况、室内外温差和前挡风玻璃进行信息的采集和识别，可以将数据信息在车辆与后台服务中心之间进行实时交流传递。温度传感器通过对车内外的温度的监控以及实时的气温情况等条件综合考虑是否打开除雾，车载车内摄像头将对前挡风玻璃进行实时的连续拍摄，通过车载计算机拼接并上传到数据库中与初始的图片进行比对，数据库将比对结果反馈到车载计算机，车载计算机进行判断并对车辆操作系统进行控制。再参见图2，具体步骤如下，

步骤1：主动服务开始初始化，用户登录成功，车载计算机通过5G通信模块将查询请求输出到服务器组，服务器组在驾驶人数据库中进行搜索并将搜索所得的数据信息通过5G通信模块输出到车载计算机；若用户没有登录成功或初始登录，车载计算机通过5G通信模块将驾驶员信息输出到服务器组，服务器组从云端数据库中获取与驾驶人情况相似的驾驶人行为习惯，并将其数据信息通过5G通信模块输出到车载计算机，计算机将数据信息作为初始数据应用在当前驾驶人上。

步骤2：车载计算机通过其ECU打开车内温度传感器和车外温度传感器同时采集车内温度T₁以及车外温度T₂，车载计算机将此时的车内温度T₁和车外温度T₂通过5G通信模块输出到服务器组，服务器组将温度数据信息转化成1×3的矩阵[T₁,T₂,i]，与驾驶人数据库中的温度数据进行比对以控制除雾器。

若有同样的车内温度和车外温度，即对应矩阵中前两列T₁和T₂相同，则采取驾驶人数据库中的相同除雾操作，即i＝0或1，反之，若没有相同的车内温度和车外温度，车载计算机通过除雾算法判断是否打开除雾器，除雾算法如下：

Step1:车载计算机以0.1Hz的频率采集车内温度T₁，车外温度T₂；

Step2：若6℃≤|T₁-T₂|≤10℃，车载计算机进入预警阶段，实时监测车内外温差，同时将采集频率调整到0.5Hz；

Step3：若10℃＜|T₁-T₂|≤20℃，车载计算机通过ECU主动打开除雾器；

Step4：若|T₁-T₂|＞20℃，车载计算机通过ECU主动打开除雾器，并发出警告警示车主。

若此时驾驶人手动调节除雾器的开关，车辆操作系统将记录手动调节除雾器的开关信息(车外温度、车内温度、驾驶人操作)通过第一数据存储单元实时发送到车载计算机中，车载计算机通过5G通信模块将记录调节除雾器开关信息发送到服务器组，服务器组将此信息转化成1×3的矩阵，以[T₁,T₂,i]形式存储在驾驶人数据库中。

步骤3：车载计算机通过其ECU打开车内摄像头进行拍摄，车内摄像头将拍摄的照片发送到车载计算机，然后由车载计算机拼接成全图，并定义文件名为RT*.jpg，其中*为照片编号；车载计算机将全图照片通过5G通信模块输出到后台服务中心的服务器组，服务器组将文件名为RT*.jpg全图照片和车辆前挡风玻璃图片数据库中储蓄的图片数据库进行比对，并判断前挡风玻璃是否有异物，如果有异物并实时判断是雨水还是沙石落叶，将比对结果和判断结果发送到服务器组，服务器组通过5G通信模块将比对结果和判断结果发送到车载计算机。

如果为雨水，则车载计算机通过其ECU打开车外摄像头，车外摄像头将连续采集0.5秒的短视频并实时输出到车载计算机，车载计算机通过5G通信模块传输到服务器组，服务器根据收到的短视频在车辆前挡风玻璃图片数据库中进行匹配查询。若有相对应的视频的雨水情况，则将数据中保存的雨刮器频率数据通过5G通信模块输出到车载计算机，车载计算机控制雨刮器工作；若没有相对应的短视频的雨水情况，则按函数表达式(1)计算出雨刮器频率f：

f＝αX+βS+λV (1)

输入自变量X,S,V通过函数表达式(1)得到所需的因变量f，即雨刮器频率f(单位：Hz)，其中α，β，λ为函数表达式f的系数，可以通过数据库中的已知数据进行函数拟合得出，地区不同对应函数拟合得出的α，β，λ值也不同。X为雨水密度(单位：个/m²)，S为雨水的大小(单位：mm²)，V为雨水降落的相对速度(单位：km/h)。

其中，雨水密度X的计算方法是：在所拍摄的照片中，反复5次随机截取图片中0.05m×0.05m大小的截图，计算出单位面积内的雨滴个数x_i(i＝1,2,3,4,5)。例如计算5次，求出平均值

则

雨水大小S的计算方法是：在所拍摄的照片中，反复5次随机截取图片中0.05m×0.05m大小的截图，计算出单位面积中每格雨滴的直径d_i(单位：mm,i＝1,2,3……n),计算出单位面积内雨滴的平均直径

计算出5次求出平均值

雨滴近似于圆，根据面积公式计算出

雨水降落的相对速度V计算方法是：雨水降落的相对速度主要由行驶车速V₁和行驶方向风速V₂决定，行车车速与对应的风速如下表1所示，

表1汽车行驶速度V₁的对应风速等级以及风速V₁′

根据行驶速度V₁对应的风速V₁′与行驶方向风速V₂，可通过公式(2)得到。

V＝V₁′+V₂ (2)

服务器组将对应的雨刮器频率f数据通过5G通信模块传输给车载计算机，车载计算机通过其ECU打开雨刮器，并根据频率f数据控制雨刮器速度。

当驾驶人手动调节雨刮器速度，车辆操作系统将驾驶人的操作情况通过第一数据存储单元存储在车载计算机中，车载计算机将记录此时的雨水情况以及雨刮器频率，并通过5G通信模块将对应的雨水情况、雨刮器频率以及驾驶人操作情况发送到服务器组中，服务器组将数据信息转化成1×5的矩阵，以[X,S,V,f,j]的形式存储在驾驶人数据库中，其中X为雨水密度(单位：个/m²)，S为雨水的大小(单位：mm²)，V为雨水降落的相对速度(单位：km/h)，f为计算得出的雨刮器频率(单位：Hz)，j可取1或0，1表示车辆打开雨刮器，0表示车辆关闭雨刮器。

如果异物是沙石落叶，当汽车静止时，车载计算机通过其ECU主动打开喷水器以及雨刮器，清除异物，若异物没有清除干净，则重复操作，直至清除干净为止。具体是：

Step1：车载计算机判断车辆是否车辆静止；

Step2：如若车辆未静止，提醒驾驶员靠边停车，避免行驶过程中突然喷水造成驾驶员惊吓；

Step3：如若车辆静止，车载计算机控制喷水器，然后控制雨刮器以1Hz的频率来回摆动；

Step4：若异物清除，车载计算机提示驾驶员可以继续行驶；

Step5：若异物未清除，车载计算机重复上述Step3，直至异物清除。

Claims (4)

1.一种车联网环境下前挡视线调节主动服务方法，采用车联网环境下前挡视线调节主动服务系统，该主动服务系统由智能车载设备和后台服务中心通过5G通信模块相互传递信息组成，智能车载设备由信息采集设备、车辆操作系统和车载计算机组成，信息采集设备输出端连接车载计算机输入端，车载计算机输出端分别连接车辆操作系统和信息采集设备，车辆操作系统的输出端连接车载计算机；信息采集设备包括车内摄像头、车外摄像头、车内温度传感器、车外温度传感器；车辆操作系统包括除雾器、喷水器和雨刮器；后台服务中心包括服务器组、数据库、第二数据存储单元、特征提取分析学习中心，服务器组和数据库双向连接，数据库和特征提取分析学习中心之间通过第二数据存储单元双向连接；数据库由驾驶人数据库、车辆前挡风玻璃图片数据库、实时天气数据库、云端数据库组成；服务器组能接受车载计算机传输的数据和查询请求，在数据库中进行检索，将数据结果输出到车载计算机；车载计算机由ECU、第一数据存储单元和5G通信模块一组成，5G通信模块一分别与后台服务中心和第一数据存储单元双向连接，第一数据存储单元和ECU之间双向连接，ECU的输出端分别连接车辆操作系统和信息采集设备，车辆操作系统输出端连接第一数据存储单元的输入端；车辆前挡风玻璃图片数据库包括无异物时车内摄像头拍摄的车辆前挡风玻璃图片、异物为水时的车辆前挡风玻璃图片以及异物为沙石树叶时的车辆前挡风玻璃图片；云端数据库包括各地温度情况、各种雨量短视频、各种类型驾驶人普遍行为习惯，其特征是包含有以下步骤：

A、车载计算机控制车内温度传感器和车外温度传感器打开采集车内温度T₁和车外温度T₂并输出到服务器组，服务器组将温度数据信息转化成1×3的矩阵[T₁,T₂,i]，与驾驶人数据库中的温度数据进行比对后控制除雾器工作；若比对时与驾驶人数据库中的温度数据相同，则采取驾驶人数据库中的相同除雾操作，反之，若温度数据不相同，车载计算机以0.1Hz的频率采集温度，若6℃≤|T₁-T₂|≤10℃，车载计算机将采集频率调整到0.5Hz；若10℃＜|T₁-T₂|≤20℃，车载计算机通过打开除雾器；若|T₁-T₂|＞20℃，车载计算机打开除雾器并发出警告；

B、车载计算机打开车内摄像头拍摄，拍摄的照片经车载计算机输出到服务器组，服务器组照片和车辆前挡风玻璃图片数据库中储蓄的图片数据库进行比对，并判断前挡风玻璃是否有异物；

C、如果有异物，则判断是雨水还是沙石落叶，并将判断结果发送到车载计算机；如果异物是雨水，车载计算机控制打开车外摄像头，车外摄像头将采集的短视频经车载计算机传输到服务器组，服务器根据收到的短视频在车辆前挡风玻璃图片中进行匹配查询后控制喷水器和雨刮器工作；匹配查询后如果没有相对应的短视频的雨水情况，则服务器计算出雨刮器频率f＝αX+βS+λV，α，β，λ为系数，X为雨水密度，S为雨水的大小，V为雨水降落的相对速度，并将频率f数据传输给车载计算机，车载计算机根据频率f数据控制雨刮器的速度。

2.根据权利要求1所述的主动服务方法，其特征是：步骤C中，如果异物是沙石落叶，车载计算机判断车辆是否静止，若是，则车载计算机打开喷水器和雨刮器清除异物，若否，则提醒驾驶员靠边停车。

3.根据权利要求1所述的主动服务方法，其特征是：当手动调节除雾器或雨刮器时，手动调节信息通过存储在车载计算机中，车载计算机将此时对应的雨水情况、雨刮器频率以及操作信息发送到服务器组，存储在驾驶人数据库中。

4.根据权利要求1所述的主动服务方法，其特征是：数据库能将服务器组存入数据库中的数据结果以及行为习惯通过第二数据存储单元输出到特征提取分析学习中心中分析学习，提取出同一路段内驾驶人的相异操作以及同一路段内驾驶人的行为习惯，并将提取出信息存储在云端数据库中。

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