CN108896063A - 一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法，该方法由车辆上安装的高精度陀螺仪感知车辆行驶过程中产生的俯仰角，基于行驶过程中俯仰角变化情况判断道路是否存在凹陷、凸起等，并对识别到有颠簸的道路位置进行标记，上传至路边单元，由路边单元对即将经过该路段的车辆广播道路状态信息，提醒后续车辆注意安全。相比于现有技术，本发明基于车辆实时的行驶信息，能够实时高效的对后续车辆做出提示，可提升驾车体验，且实用性好，易于推广。

Description

一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法

技术领域

本发明涉及车联网中的智能交通技术领域，尤其是涉及一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法。

背景技术

车联网通过多种无线通信技术，实现所有车辆的状态信息(包括属性信息和静、动态信息等)与道路交通环境信息(包括道路基础设施信息、交通路况、服务信息等)的信息共享，以及车与车、车与路、车与人之间的信息交互。利用信息交互，驾驶员可被提前通知可能发生的危险情况，能够有效降低事故发生率。

车路协同技术是道路行车安全方面的重要支撑技术，也是实现智能交通的基础研究问题。目前，世界各国正在积极进行车路协同系统方面的研究与实验，并将其作为改善道路交通安全和效率的重要手段。在国外，欧洲汽车公司早已将车联网技术应用于车队的智能化管理。美国的IVHS，日本的VICS等系统也都通过车辆与道路之间建立有效的信息通信，从而实现智能交通的管理和信息服务。这些信息服务虽然侧重点各有不同，但都是以车路协同技术为基础。

路面不平不仅会影响驾车用户的乘车体验，还会增加道路的风险系数，尤其在高速公路上，细小的路面障碍可能会造成影响巨大的交通事故。所以识别道路状态并广播给后向车辆，能有效帮助后来车辆避免颠簸，降低事故发生率。目前的道路状态识别方法可以达到基本的识别及提醒功能，但缺乏实用性，且安全性还有待提高；此外，鲜有考虑到用户驾车体验的良好方法，无法有效地适用于不同的场景。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法，该方法包括以下步骤：

S1：结合车内的陀螺仪与GPS模块获取车辆自身信息及行驶俯仰角；

S2：根据行驶俯仰角对道路状态是否为道路颠簸进行判断，若判断道路出现颠簸，则执行步骤S3，否则，返回步骤S1；

S3：道路状态判断为颠簸后，结合GPS模块获取的车辆位置信息，对发生颠簸的地点进行坐标标记；

S4：将带有坐标信息的道路状态信息发送至路边单元；

S5：路边单元根据采集到的周边车辆行驶方向角与广播消息中的方向角之差，判断车辆行驶方向是否在该条道路上，若在该条道路上，则转至步骤S7，否则，忽略该车辆；

S6：路边单元根据采集到的周边车辆经纬度与广播消息中的经纬度关系，判断周边车辆是否即将经过颠簸点，若是，则将该车辆存入转发列表中，否则，忽略该车辆；

S7：路边单元对道路状态及方向角信息进行编码，并将编码后的数据以报文的格式进行广播。

优选地，所述的车辆自身信息包括车辆行驶方向角和车辆经纬度。

优选地，所述的步骤S2中，道路状态包括道路凸起、道路凹陷和道路平整，道路颠簸的判断依据为：

道路凸起：一定时间内行驶俯仰角是否由正变为负；

道路凹陷：一定时间内行驶俯仰角是否由负变为正。

优选地，所述的步骤S5中，车辆行驶方向角与广播消息中的方向角之差α的表达式为：

α＝α1-α2

式中，α1和α2分别为车辆行驶的方向角与广播消息中的方向角。

优选地，方向角之差的取值范围在-45°～45°内。

优选地，假设行驶车辆的节点经纬度为(Lng1，Lat1)，广播消息中的经纬度为(Lng2，Lat2)，则判断自身车辆是否即将通过颠簸点的依据为：

当0°<α1<90°或270°＜α1＜360°，且Lat2-Lat1<0时，表示行驶车辆即将通过该颠簸点；

当90°<α1<270°，且Lat2-Lat1>0时，表示行驶车辆已经驶过该颠簸点。

优选地，所述的步骤S7中，报文的内容包括道路凸起/凹陷、路面颠簸位置及方向角。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明将陀螺仪安置与车辆重心处，实时感知车辆行驶模式，通过对车辆行驶俯仰角进行判断来感知道路处于平整、凹陷或凸起状态，进而辅助车辆规避风险，提高驾驶舒适度；

2)本发明通过车辆的运动方向和经纬度判断车辆之后是否会通过该颠簸点，并可实现选择性的广播用来提醒后方车辆，在降低了因道路不平整带来危险的同时，实现了高效的消息转发，且占用较小的无线信道带宽，实用性强，可适用于不同场景；

3)本发明通过车辆与路面凹凸不平点之间运动方向、位置关系进行预判，使得路边单元选择性的发送消息，实时且高效地对驾驶员给出提示信息，进而辅助驾驶员规避因道路凹凸不平带来的驾驶风险，提高了行车安全，为智能交通应用提供了一种使用有效方法，具有高度的产业化价值，能够为车载信息服务提供应用。

附图说明

图1为本发明实施例中的场景图；

图2为一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明提供了一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法，该方法基于陀螺仪能精确输出车辆行驶过程中的瞬时俯仰角，通过车辆根据俯仰角变化情况判断道路处于凹凸或平整状态，进而对其余驾驶员做出相应的提示，本发明方法为一种基于车路、实时、动态的判断道路状态并进行提示的方法。

为证明本发明方法的有效性，本实施例针对实际行车场景进行了实验。场景图如图2所示，A点为凹凸不平路面，B区为路面不平地点的后方车辆，C区为路面不平地点的前方车辆，D区为逆向车道车辆。每个区域内的每辆车都装有车载终端系统，可以实现与路边单元的通信。车载GPS系统以固定频率(如1Hz，与GPS型号有关)更新GPS数据。通过无线通信技术(如DSRC、D2D)以0.5s为周期上传数据信息到路边单元。路边单元(Roadside Unit，RSU)根据其处理子单元和广播子单元，对处理后的具有一定格式的数据进行广播，广播频率以固定频率(如10Hz)自动执行。路边单元根据采集到其他车辆的方向角和经纬度信息，决定是否向该车辆发送消息。本发明方法的具体流程图如图2所示，包括以下步骤：

1)车辆通过CAN BUS、GPS模块和陀螺仪模块采集车辆自身信息和行驶俯仰角θ，车辆自身信息包括：车辆方向角信息、车辆行驶经纬度及车辆经纬度坐标。

2)车辆根据自身行驶俯仰角在单位时间内的变化情况，判断道路状态，所述道路状态包括：凸起、凹陷、平整。判断依据如下：

凸起：一定时间内行驶俯仰角θ是否由正变为负；

凹陷：一定时间内行驶俯仰角θ是否由负变为正；

在本实施例中，一定时间设定为1s。

3)在本实施例中，车辆在A点检测到俯仰角由正变为负，对该地点进行经纬度标记，判定为路面凸起。

4)检测到颠簸的车辆将带有位置信息的路面颠簸状态通过无线通信技术发送至路边单元。

5)路边单元采集B、C、D区域行驶车辆的方向角，得到行驶车辆与广播消息中方向角之差，判断车辆行驶车道是否与路面不平点为同一向车道，如果一致，则转到步骤7)，否则，不向该车辆发送广播消息。

优选的，假设B、C、D区域内行驶车辆的方向角为α1，广播消息中方向角为α2，方向角之差α＝α1-α2。所述方法步骤6)中判断车辆行驶车道是否与凹凸不平路段为同一向车道的依据是：方向角之差α在区间(-45°，45°)中。

在本实施例中，B、C区域内的行驶车辆与广播消息中的方向角之差在区间(-45°，45°)中，故需进行步骤7)。而D区域内的行驶车辆与广播消息中的方向角之差在区间(-45°，45°)外，故不向该区域内车辆发送消息。

6)路边单元采集B、C、D区域行驶车辆的经纬度，获取行驶车辆与广播消息中经纬度关系，判断行驶是否已经过路面颠簸点。如果即将通过则广播路面状态信息，否则不向该车辆发送消息。

优选的，假设B、C、D区域内行驶车辆的经纬度为(Lng1，Lat1)，广播消息中经纬度为(Lng2，Lat2)。所述方法步骤7)中判断行驶车辆是否已经经过路面凹凸不平点的依据是：

当0°<α1<90°或270°<α1<360°，且当Lat2-Lat1<0表示行驶车辆即将通过该颠簸点；当90°<α1<270°，且Lat2-Lat1>0时表示行驶车辆已驶过该颠簸点。本实施例中，B区域内行驶车辆满足即将通过路面凹凸不平点的判决条件，故将接收到路边单元发送的广播消息，而C区域内行驶车辆满足已经通过路面凹凸不平点的判决条件，故接收不到广播消息。

7)路边单元将编码后的交通信息，以报文的格式进行广播，格式为<道路凸起/凹陷，路面颠簸位置，方向角>。

本发明提供了一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法，该方法基于陀螺仪能精确输出车辆行驶过程中的瞬时行驶俯仰角，根据俯仰角变化情况的判断道路处于凹凸或平整状态，进而对其余驾驶员做出相应的提示。该方法提出了一种基于车路、实时、动态的判断道路状态并进行提示的方法。通过车辆与路面凹凸不平点之间运动方向、位置关系进行预判，使得路边单元选择性的发送消息，实现实时且高效地对驾驶员给出提示信息，进而辅助驾驶员规避因道路凹凸不平带来的驾驶风险，提高行车安全，为智能交通应用提供了一种有效方法，具有高度的产业化价值，可进一步为TELEMATICS提供应用服务。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：结合车内的陀螺仪与GPS模块获取车辆自身信息及行驶俯仰角；

S2：根据行驶俯仰角对道路状态是否为道路颠簸进行判断，若判断道路出现颠簸，则执行步骤S3，否则，返回步骤S1；

S3：道路状态判断为颠簸后，结合GPS模块获取的车辆位置信息，对发生颠簸的地点进行坐标标记；

S4：将带有坐标信息的道路状态信息发送至路边单元；

S5：路边单元根据采集到的周边车辆行驶方向角与广播消息中的方向角之差，判断车辆行驶方向是否在该条道路上，若在该条道路上，则转至步骤S7，否则，忽略该车辆；

S6：路边单元根据采集到的周边车辆经纬度与广播消息中的经纬度关系，判断周边车辆是否即将经过颠簸点，若是，则将该车辆存入转发列表中，否则，忽略该车辆；

S7：路边单元对道路状态及方向角信息进行编码，并将编码后的数据以报文的格式进行广播。

2.根据权利要求1所述的一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法，其特征在于，所述的车辆自身信息包括车辆行驶方向角和车辆经纬度。

3.根据权利要求1所述的一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法，其特征在于，所述的步骤S2中，道路状态包括道路凸起、道路凹陷和道路平整，道路颠簸的判断依据为：

道路凸起：一定时间内行驶俯仰角是否由正变为负；

道路凹陷：一定时间内行驶俯仰角是否由负变为正。

4.根据权利要求3所述的一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法，其特征在于，所述的步骤S5中，车辆行驶方向角与广播消息中的方向角之差α的表达式为：

α＝α1-α2

式中，α1和α2分别为车辆行驶的方向角与广播消息中的方向角。

5.根据权利要求4所述的一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法，其特征在于，方向角之差的取值范围在-45°～45°内。

6.根据权利要求4所述的一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法，其特征在于，假设行驶车辆的节点经纬度为(Lng1，Lat1)，广播消息中的经纬度为(Lng2，Lat2)，则判断自身车辆是否即将通过颠簸点的依据为：

当0°<α1<90°或270°＜α1＜360°，且Lat2-Lat1<0时，表示行驶车辆即将通过该颠簸点；

当90°<α1<270°，且Lat2-Lat1>0时，表示行驶车辆已经驶过该颠簸点。

7.根据权利要求3所述的一种基于车路协同的陀螺仪道路状态识别及提示方法，其特征在于，所述的步骤S7中，报文内容包括道路凸起/凹陷、路面颠簸位置及方向角。