CN110782703A - 一种基于lte-v通信的前向碰撞预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于LTE‑V通信的前向碰撞预警方法，运用车辆基本消息集(BSM)制定出符合中国汽车工程学会标准中前向碰撞预警应用场景的算法。依据通信范围远小于地球尺寸时可以忽略地球曲面的影响建立坐标系，实现大地坐标经纬度向平面坐标的转化。既满足精度的要求，又可避免传统高斯‑吕克格投影法参考椭球的选取及其计算的复杂度。进而设计车辆是否处于同一车道以及对车辆前后位置关系判断的算法，更加符合实际驾驶场景。确定安全车距的车辆动力学模型中，考虑到中国交通运输部对需要安装前向碰撞预警系统车辆车长的规定，对安全车距模型中加入对最小距离的考虑与分析。结合与车辆间实际距离的比较，可减少前向碰撞的次数和严重程度，提高驾驶安全性。

Description

一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法

技术领域

本发明属于交通安全领域，具体涉及一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法。

背景技术

据中国公安部权威发布，截至2018年中国机动车保有量达3.22亿，庞大的车辆数目给中国道路交通安全带来了极大的挑战，据the General Estimates System and theFatality Analysis Reporting System报道，前向碰撞是最常见的交通事故并且导致大量交通伤害和财产损失。超过90％的前向碰撞事故是由驾驶员分心或跟车过近引起的，因此有效可行的检测和预警系统会显著减少前向碰撞的次数和严重程度，大大提高驾驶安全性。

雷达和激光雷达系统应用在前向碰撞系统有较高的精度，但是成本相对较高而且在恶劣天气如下雨有雾等情况下受影响较大。20世纪80年代，人们开始意识到基于无线通信的车辆间的协作安全。基于LTE-V等无线通信技术实现车辆间信息共享，可以不受恶劣天气或光照影响，确保系统的适应性并且可以覆盖更广的范围。目前大部分论文中前向碰撞预警系统及方法更加注重于运用理论及仿真对安全车距模型以及评价指标等的改进，而很少针对实际经纬度等数据进行算法设计。据中国交通运输部《JT/T 1094-2016》标准规定，2018年，4月1日起，新生产的9m以上营运客车需要安装前向碰撞预警系统(forwardcollision warning system,FCWS)。因此，研究符合国标的基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法具有非常实际的意义。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法，本发明能够有效的检测和预警、显著减少前向碰撞的次数和严重程度，大大提高驾驶安全性。

为实现上述标准中应用场景中的要求，本发明运用如下的技术方案：

一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法，包括如下步骤：

S1，获取BSM消息中的数据信息；

S2，利用S1获取的数据信息建立坐标系，实现经纬度信息向平面直角坐标转化，从而得到转化后的数据信息；

S3，利用转化后数据信息判断车辆所处车道；

若两车位于同一车道，再利用转化后的数据信息判断车辆间的前后位置关系；

若远车位于主车前方，再利用转化后的数据信息计算远车与主车实际相对距离以及利用转化后的数据信息确立安全车距；

比较远车与主车实际相对距离与所述安全车距，并确定预警与否；

当实际相对距离<安全距离时，发出预警；当实际相对距离≥安全距离时，不发出预警。

S1中，获取BSM消息中的数据信息包括主车和远车的车辆经度、纬度、速度、加速度、航向角以及车辆长度和车辆宽度，根据所数据信息的据类型和分辨率，将数据信息处理为对应数值的double型。

S2中，将处理后的数据信息中的经度和纬度建立如下坐标系的方式转化为平面直角坐标；

在地球表面建立如下坐标系：

以主车几何中心为坐标原点，以正北方向为Y轴正方向，与Y轴垂直的正东方向为X轴正半轴建立直角坐标系，根据建立的坐标系按照经度纬度转化为平面坐标的公式实现坐标转化，根据建立的坐标系，主车位置坐标始终为(0，0)，远车的任一位置坐标用(x，y)表示，其中，平面坐标的公式如下：

其中，Longitude_HV为主车经度，Longitude_RV为远车经度，Latitude_HV为主车纬度，Latitude_RV为远车纬度，R为地球半径。

S3中，利用转化后数据信息判断车辆所处车道的过程如下过程：

利用转化后数据信息判断两车是否同向行驶，当判断两车同向行驶时，再利用转化后数据信息判断两车所处车道。

判断两车是否同向行驶时，利用前后两车的航向角以及下式判断：

|heading1-heading2|≤10°

其中，heading1为远车的航向角，heading2为主车的航向角。

利用转化后数据信息判断两车所处车道的过程包括：利用航向角将道路划分不同类型，对不同类型的道路通过拟合车辆行驶的历史数据信息获得车辆轨迹方程，利用车辆轨迹方程预测车辆轨迹，根据不同的车辆轨迹判断车辆所处的车道。

首先利用航向角将道路划分为纵向、横向和斜向，对应道路的不同类型分别建立轨迹方程；

当航向角为0或180°时，归为纵向车道；当航向角为90°或270°时，归为横向车道；其余情形为不同方向的斜向车道，不同道路类型划分及轨迹方程如下式：

其中，X为纵向道路轨迹方程的数学符号，Y为横、斜向道路轨迹方程的数学符号，k为直线斜率，b为将主车坐标以及k值带入方程之后确定的值；

完成不同道路类型划分和方程建立后，运用车辆转化后的数据信息确定轨迹方程中的k和b的值；

k和b的确定过程包括：保留一段时间的BSM消息值，采用最小二乘法进行拟合，通过最小化误差的平方和来寻找最佳匹配函数，得到k和b的值；

利用任意时刻的斜向道路方程y_i＝k×x_i+b得到预测的车辆轨迹，根据预测的车辆轨迹判断车辆所处的车道；利用预测的车辆轨迹判断车辆是否位于同一车道的条件，如下式：

当满足上述条件时，判断两车处于同一车道，否则两车不在同一车道。

车辆间的前后位置关系判断过程包括：

当主车与远车的相对方向角与主车行驶方向的夹角θ_diff为锐角时，则远车位于主车前方；其中，主车与远车的相对方向角θ通过转化后的坐标计算得出，具体计算如下式：

主车的行驶方向利用航向角的值得出，θ_diff＝heading_HV-θ；

当θ_diff<90°时，远车位于本车前方，当θ_diff≥90°时，远车位于本车后方。

远车与主车实际相对距离S根据处理后的经度和纬度求得：

其中，cosθ_{rv_hv}＝cos(Latitude_HV)cos(Latitude_RV)cos(Longitude_RV-Longitude_HV)+sin(Latitude_HV)sin(Latitude_RV)，θ_{rv_hv}为远车与主车所在点对应地球上的球心角，R为地球半径，Longitude_HV为主车经度，Longitude_RV为远车经度，Latitude_HV为主车纬度，Latitude_RV为远车纬度。

或者利用利用转化后的数据信息和下式计算远车与主车实际相对距离S：

其中，Δθ_latitude表示两点的纬度差，Δθ_longitude表示两点的经度差。S_x表示两车在x方向上的距离，S_y表示两车在y方向上的距离。

安全车距的确定过程包括确定远车静止情形下车辆的安全车距、确定远车匀速情形下车辆的安全车距和确定远车减速情形下车辆的安全车距，根据远车静止情形下车辆的安全车距、远车匀速情形下车辆的安全车距和远车减速情形下车辆的安全车距建立安全车距模型公式；

其中：

远车静止情形下车辆的安全车距X_safe＝X_related+X_min，其中，X_related＝X_later-X_front，X_later为远车静止时，主车开始制动到速度为0过程的位移；X_related为远车静止时，主车开始制动到速度为0时远车和主车之间的相对位移；X_min为车辆静止时仍需保持的最小安全车距；V_later为主车速度；a_s为主车的纵向加速度V_later；T为驾驶员反应时间；t₁为制动协调时间；t₂为减速度增长时间；X_front为远车位移；

远车匀速情形下车辆的安全车距X_safe＝X_related+X_min，其中，X_related＝X_later-X_front；

X_later为主车制动至与远车同速时主车的位移；X_front为远车位移；X_related为主车制动至与远车同速时两车间的相对位移；X_min为车辆静止时仍需保持最小安全车距；V_later为主车速度；a_s为主车的纵向加速度V_later；T为驾驶员反应时间；t₁为制动协调时间；t₂为减速度增长时间；

远车减速情形下车辆的安全车距X_safe，此时分为两种情形，分别为远车在主车减速至0之前停止，和远车在主车减速至0之后停止；两种情况所考虑的建立安全车距的时刻不同，前者需要考虑主车减速至0时刻，而后者考虑主车减速至与远车同速时刻；分别对应前述远车静止、远车匀慢速情形安全车距建立的模型。

将远车静止情形、远车匀速情形和远车减速情形合并，建立安全车距模型为：

本发明具有如下有益效果：

本发明基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法通过LTE-V通信技术，运用车辆基本消息集(BSM)制定出符合中国汽车工程学会标准中前向碰撞预警应用场景的方法。从实际数据的采集及分析处理角度，制定了判断实际场景中车辆是否位于同一车道和他车是否位于自车前方等方法。此外，本方法坐标系的建立根据LTE-V通信距离大约为500-1000m，实现大地坐标系经纬度向平面坐标系的转化。既满足精度的要求，又可避免传统高斯-吕克格投影法参考椭球的选取及其计算的复杂度。结合与车辆间实际距离的比较，可以减少前向碰撞的次数和严重程度，提高驾驶安全性。

附图说明

图1是本发明基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法的流程图；

图2是本发明平面直角坐标系建立示意图；

图3是本发明实施例中车辆位置关系示意图；

图4是本发明实施例中利用经纬度求车辆距离示意图；

图5是本发明实施例中安全车距时序分析图。

具体实施办法

以下结合实施例与附图对本发明做进一步的详细说明：

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种根据中国汽车工程学会制定的《车用通信系统应用层及应用数据交互标准》中前向碰撞预警应用场景的定义及要求，通过车辆间通信技术LTE-V实现自车及周围车辆信息的获取与广播。使用应用层最广泛的消息集——车辆基本安全消息(Basic SafetyMessage，BSM)实现应用场景中的要求的前向碰撞预警方法获取BSM消息中的数据信息，利用所述的数据信息建立坐标系实现经纬度信息向平面直角坐标转化从而得到转化后的数据信息；利用转化后数据信息判断车辆所处车道；若两车位于同一车道，再利用转化后的数据信息判断车辆间的前后位置关系；若远车位于主车前方，再利用转化后的数据信息计算实际相对距离以及利用转化后的数据信息确立安全车距；比较实际距离与所述安全车距并确定预警与否的过程。

为了便于对本发明的理解，下面对文中几个术语进行解释。主车(host vehicle)即在前向碰撞过程中的自车亦是后车，远车(remote vehicle)即在前向碰撞过程中的他车亦是前车。，本发明描述中为了表述更加便于理解，灵活使用上述术语。如前后位置关系判断时称作自车、他车而非后车、前车。

具体的，图1是本发明实施例基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法的整体流程图，每一步具体实施过程如下。

步骤一、数据信息选取与处理

从发送和接收的BSM消息中选取用于前向碰撞预警算法的主车和远车的车辆经度、纬度、速度、加速度、航向角，车辆长度和车辆宽度数据信息。根据J2735基本安全消息标准对所选取数据的数据类型和分辨率，为了实现算法设计以及精度要求，将所选取的数据信息处理为对应数值的double型，从而得到处理后的数据信息。

步骤二、坐标系建立及坐标转化

由于上述处理后的数据信息中的经度、纬度，仍不便于直接进行应用场景算法的设计，按照传统的测绘学方法，需要首先运用高斯-吕克格投影法实现所述的处理后的经纬度与平面直角坐标的转化。但是，平面坐标转化需要考虑参考系选取标准的问题。据黎珍惜等在基于经纬度快速计算两点间距离及测量误差一文中的论证，当通信距离远小于地球尺寸时，可以忽略地球曲面的影响。将所述的处理后数据信息中的经度、纬度通过建立如下坐标系的方式转化为平面直角坐标。具体包括，当通信距离远小于地球尺寸时，可以忽略地球曲面的影响。考虑到本发明中运用的LTE-V技术通信距离大约为500-1000m，远小于地球尺寸，可以忽略地球曲面的影响。本发明采用一种新的坐标系建立算法，既可以实现所述的处理后的经纬度与平面直角坐标的转化，又可以避免上述问题。再利用处理后的数据信息建立坐标系，进行实现经纬度信息向平面直角坐标转化以获得转化后的数据信息的步骤。在地球表面建立如下坐标系：

以主车几何中心为坐标原点，以正北方向为Y轴正方向，与其垂直的正东方向为X轴正半轴建立直角坐标系。根据建立的坐标系按照经度纬度转化为平面坐标的公式(1)实现坐标转化。根据建立的坐标系，主车位置坐标始终为(0，0)，远车的任一位置坐标用(x，y)表示。

其中，Longitude_HV为主车经度，Longitude_RV为远车经度，Latitude_HV为主车纬度，Latitude_RV为远车纬度，R为地球半径。通过所述转化过程，得到将经度、纬度转化为平面直角坐标的转化后的数据信息。

步骤三、车辆所处车道判断

目前，高精度的卫星定位系统、组合导航技术等可以达到对车道级别定位的需求，但是考虑到当远车辆配备的民用GPS精度以及本发明条件，设计了如下算法以利用前述的转化后的数据信息实现车道的判断。具体包括首先对车辆是否同向行驶的判断进而再进行车辆所处车道的判断。基于主车、远车的航向角判断两车是否同向行驶；若是，再利用转化后的数据信息拟合历史数据获得车辆的行驶轨迹方程，进而预测当远车辆的行驶轨迹，进而进行判断车辆是否位于同一车道的步骤。

1.利用前述的转化后的数据信息判断两车是否同向行驶，据J2735标准规定，航向角(heading)为以正北方向为0°，顺时针旋转360°内一个值。将前后两车的航向角建立公式(2)所示的判断条件，

|heading1-heading2|≤10° 公式(2)

其中，heading1为远车的航向角，heading2为主车的航向角。若满足公式(2)，此时两车同向行驶，继续利用转化后的数据信息判断车辆所处的车道，否则结束预警系统。

2.利用转化后的数据信息判断车辆所处的车道，判断过程包括利用航向角将道路划分不同类型，进而对不同类型的道路通过拟合车辆行驶的历史数据信息获得车辆轨迹方程，进而利用轨迹方程预测车辆轨迹，最后根据不同的车辆轨迹判断车辆所处的车道。

首先利用航向角将道路划分为纵向、横向、斜向，对应道路的不同类型分别建立轨迹方程。当航向角为0或180°时，归为纵向车道；当航向角为90°或270°时，归为横向车道；其余情形为不同方向的斜向车道。具体的不同道路类型划分及方程建立方式如公式(3)所示，

其中，X为纵向道路轨迹方程的数学符号，Y为横、斜向道路轨迹方程的数学符号，k为直线斜率，b为将主车坐标以及k值带入方程之后确定的值。

完成所述不同道路类型划分和方程建立后，需要运用车辆转化后的数据信息确定上述轨迹方程中的k、b的值。本实施例的方案是保留一段时间的BSM消息值，采用最小二乘法进行拟合，通过最小化误差的平方和来寻找最佳匹配函数。

假定坐标转化得到的历史轨迹点的坐标为(x_i,y_i)，由于BSM消息的发送时间间隔是100ms，所以选取5s的BSM消息进行存储，即历史轨迹点选取50个，那么任意时刻的斜向道路方程可以表示为y_i＝k×x_i+b。最小二乘法建立的误差表达式如公式(4)所示，

分别对k、b求偏导得出：

那么令其一阶偏导为零，得出k、b的值为，

其中，

通过上述过程可以得到预测的车辆轨迹，进而判断车辆所处的车道。利用预测的车辆轨迹判断车辆是否位于同一车道的条件，如公式(7)所示，

其中，据中国汽车工程学会标准，中国车道宽度为2.75-3.5m，取车道宽度为3m作为依据。当满足所述是否位于同一车道的判断条件时，可以确定两车当前是否处于同一车道。若两车在同一车道，进而进行车辆前后位置关系的判断，否则结束预警系统。

步骤四、车辆前后位置关系判断

经过上述过程的判断，筛选出与主车在同一车道的远车，为了实现前向碰撞预警，需要利用所述转化后的数据将同一车道中位于主车前方的车辆进一步筛选出来。当主车与远车的相对方向角与主车行驶方向的夹角θ_diff为锐角时，认为远车位于主车前方。其中，主车与远车的相对方向角θ由转化后的坐标计算得出，示意图见附图3，具体计算如公式(8)所示，

主车的行驶方向从航向角heading值中读出，由此θ_diff＝heading_HV-θ。当θ_diff<90°时，远车位于本车前方，当θ_diff≥90°时，远车位于本车后方。

步骤五、车辆间实际距离计算

1.根据处理后的数据信息含有的经度、纬度信息，结合测绘学的方法分析，可以直接利用经度、纬度实现车辆间距离的计算，结合图4，对求解方法说明如下，

首先，

的计算公式为

其中∠AOB为

对应的球心角；

根据图中所标，可以建立的几何关系式有，

结合弧长公式，上述几何关系又可以转化为

结合勾股定理AB²＝AE²+BE²，推出球心角θ_{rv_hv}的余弦值，如公式(11)所示，

那么，由弧长公式可得主车和远车之间的距离S为：

其中，R为地球半径。

2.由于前述过程，本发明建立了以自车为原点的坐标系，并实现了车辆经纬度信息的坐标转化，所以，亦可以采用公式(13)的计算方法得出车辆间的实际距离。

其中，Δθ_latitude表示两点的纬度差，Δθ_longitude表示两点的经度差。S_x表示两车在x方向上的距离，S_y表示两车在y方向上的距离。

步骤六、确定车辆间视距及非视距安全距离

利用转化后的数据信息，建立汽车动力学模型，确定视距与非视距下两车在不同状态下的安全车距。首先确定安全车距模型的时序设计，其次考虑在视距与非视距情况下远车静止、匀(慢)速、减速三种不同情形下的安全车距。

安全车距模型时序分析，根据中国汽车工程学会前向碰撞预警设计的标准，将驾驶员从开始反应到刹车系统开始起作用并以理想的加速度进行制动这一过程划分为三个阶段。具体来说，分别为驾驶员反应阶段、制动协调阶段、减速度增长阶段。如图5所示，一般情况下，驾驶员反应时间T在0.8-2s之间，制动协调时间t₁为0.5s，减速度增长时间t₂为0.2s，以上统称为延时时间。为便于计算，利用车辆0.1s内匀速运动的位移等于减速度均匀增长0.2s时间内的位移，建立安全车距公式。

利用转化后的数据信息，确定远(前)车静止情形下车辆的安全车距X_safe，远车静止，主(后)车开始制动到速度为0过程的位移为X_later，此时两车间的相对位移记作X_related。据中国汽车工程学会标准以及相关文献，车辆静止时仍需保持最小安全车距X_min，一般取值为3m，但考虑到中国交通运输部在实施安装FCW的规定中对车长进行了限制，所以将X_min定义为前主车长的一半，即

远(前)车静止时，安全车距如公式(14)所示，

其中，V_later为主车速度，a_s为主车的纵向加速度。

利用转化后的数据信息，确定远(前)车匀(慢)速情形下车辆的安全车距X_safe，主车制动至与远车同速时主车的位移为X_later，远车位移为X_front，此时两车间的相对位移为X_related。车辆静止时仍需保持最小安全车距X_min。远(前)车匀(慢)速时，安全车距公式如(15)，

利用转化后的数据信息，确定远(前)车减速情形下车辆的安全车距X_safe。此时分为两种情形，分别为远车在主车减速至0之前停止，和远车在主车减速至0之后停止。两种情况所考虑的建立安全车距的时刻不同，前者需要考虑主车减速至0时刻，而后者考虑主车减速至与远车同速时刻。分别对应前述远车静止、远车匀慢速情形安全车距建立的模型。

利用转化后的数据信息，将上述情景合并，建立安全车距模型公式为(16)，

经过上述过程，可以确定车辆是否位于同一车道、远车是否位于主车前方、车辆的实际相对距离以及考虑驾驶员反应时间、制动协调时间、减速度增长时间的远车静止、匀慢速、减速情形下的安全车距。

具体的，根据安全车距和实际距离，确定是否发车预警。通过上述车辆实际距离计算可以获得当前两车的实际距离；经过上述安全车距确立过程，可以确定车辆是否位于同一车道、远车是否位于主车前方、车辆的实际相对距离以及考虑驾驶员反应时间、制动协调时间、减速度增长时间的远车静止、匀慢速、减速情形下的安全车距。判断方式如式(17)所示，

本发明基于LTE-V通信技术，运用车辆基本消息集(BSM)制定出符合中国汽车工程学会标准中前向碰撞预警应用场景的算法。依据通信范围远小于地球尺寸时可以忽略地球曲面的影响建立坐标系，实现大地坐标经纬度向平面坐标的转化。既满足精度的要求，又可避免传统高斯-吕克格投影法参考椭球的选取及其计算的复杂度。进而设计车辆是否处于同一车道以及对车辆前后位置关系判断的算法，更加符合实际驾驶场景。确定安全车距的车辆动力学模型中，考虑到中国交通运输部对车长的规定，对安全车距模型中加入对最小距离的考虑与分析。据T.Wilson等在Light vehicle forward-looking，rear-endcollision system performance guidelines一文中指出超过90％的前向碰撞事故是由驾驶员分心或跟车过近引起的，因此有效可行的检测和预警系统会显着减少前向碰撞的次数和严重程度，从而提高驾驶安全性。

Claims (10)

1.一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，获取BSM消息中的数据信息；

S2，利用S1获取的数据信息建立坐标系，实现经纬度信息向平面直角坐标转化，从而得到转化后的数据信息；

S3，利用转化后数据信息判断车辆所处车道；

若两车位于同一车道，再利用转化后的数据信息判断车辆间的前后位置关系；

若远车位于主车前方，再利用转化后的数据信息计算远车与主车实际相对距离以及利用转化后的数据信息确立安全车距；

比较远车与主车实际相对距离与所述安全车距，并确定预警与否；

当实际相对距离<安全距离时，发出预警；当实际相对距离≥安全距离时，不发出预警。

2.根据权利要求1所述的一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法，其特征在于，S1中，获取BSM消息中的数据信息包括主车和远车的车辆经度、纬度、速度、加速度、航向角以及车辆长度和车辆宽度，根据所数据信息的据类型和分辨率，将数据信息处理为对应数值的double型。

3.根据权利要求2所述的一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法，其特征在于，S2中，将处理后的数据信息中的经度和纬度建立如下坐标系的方式转化为平面直角坐标；

在地球表面建立如下坐标系：

以主车几何中心为坐标原点，以正北方向为Y轴正方向，与Y轴垂直的正东方向为X轴正半轴建立直角坐标系，根据建立的坐标系按照经度纬度转化为平面坐标的公式实现坐标转化，根据建立的坐标系，主车位置坐标始终为(0，0)，远车的任一位置坐标用(x，y)表示，其中，平面坐标的公式如下：

其中，Longitude_HV为主车经度，Longitude_RV为远车经度，Latitude_HV为主车纬度，Latitude_RV为远车纬度，R为地球半径。

4.根据权利要求2所述的一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法，其特征在于，S3中，利用转化后数据信息判断车辆所处车道的过程如下过程：

利用转化后数据信息判断两车是否同向行驶，当判断两车同向行驶时，再利用转化后数据信息判断两车所处车道。

5.根据权利要求4所述的一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法，其特征在于，判断两车是否同向行驶时，利用前后两车的航向角以及下式判断：

|heading1-heading2|≤10°

其中，heading1为远车的航向角，heading2为主车的航向角。

6.根据权利要求4所述的一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法，其特征在于，利用转化后数据信息判断两车所处车道的过程包括：利用航向角将道路划分不同类型，对不同类型的道路通过拟合车辆行驶的历史数据信息获得车辆轨迹方程，利用车辆轨迹方程预测车辆轨迹，根据不同的车辆轨迹判断车辆所处的车道。

7.根据权利要求6所述的一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法，其特征在于：

首先利用航向角将道路划分为纵向、横向和斜向，对应道路的不同类型分别建立轨迹方程；

当航向角为0或180°时，归为纵向车道；当航向角为90°或270°时，归为横向车道；其余情形为不同方向的斜向车道，不同道路类型划分及轨迹方程如下式：

其中，X为纵向道路轨迹方程的数学符号，Y为横、斜向道路轨迹方程的数学符号，k为直线斜率，b为将主车坐标以及k值带入方程之后确定的值；

完成不同道路类型划分和方程建立后，运用车辆转化后的数据信息确定轨迹方程中的k和b的值；

k和b的确定过程包括：保留一段时间的BSM消息值，采用最小二乘法进行拟合，通过最小化误差的平方和来寻找最佳匹配函数，得到k和b的值；

利用任意时刻的斜向道路方程y_i＝k×x_i+b得到预测的车辆轨迹，根据预测的车辆轨迹判断车辆所处的车道；利用预测的车辆轨迹判断车辆是否位于同一车道的条件，如下式：

当满足上述条件时，判断两车处于同一车道，否则两车不在同一车道。

8.根据权利要求2所述的一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法，其特征在于，车辆间的前后位置关系判断过程包括：

当主车与远车的相对方向角与主车行驶方向的夹角θ_diff为锐角时，则远车位于主车前方；其中，主车与远车的相对方向角θ通过转化后的坐标计算得出，具体计算如下式：

主车的行驶方向利用航向角的值得出，θ_diff＝heading_HV-θ；

当θ_diff<90°时，远车位于本车前方，当θ_diff≥90°时，远车位于本车后方。

9.根据权利要求2所述的一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法，其特征在于，远车与主车实际相对距离S根据处理后的经度和纬度求得：

其中，cosθ_{rv_hv}＝cos(Latitude_HV)cos(Latitude_RV)cos(Longitude_RV-Longitude_HV)+sin(Latitude_HV)sin(Latitude_RV)，θ_{rv_hv}为远车与主车所在点对应地球上的球心角，R为地球半径，Longitude_HV为主车经度，Longitude_RV为远车经度，Latitude_HV为主车纬度，Latitude_RV为远车纬度；

或者利用利用转化后的数据信息和下式计算远车与主车实际相对距离S：

其中，Δθ_latitude表示两点的纬度差，Δθ_longitude表示两点的经度差；S_x表示两车在x方向上的距离，S_y表示两车在y方向上的距离。

10.根据权利要求2所述的一种基于LTE-V通信的前向碰撞预警方法，其特征在于，安全车距的确定过程包括确定远车静止情形下车辆的安全车距、确定远车匀速情形下车辆的安全车距和确定远车减速情形下车辆的安全车距，根据远车静止情形下车辆的安全车距、远车匀速情形下车辆的安全车距和远车减速情形下车辆的安全车距建立安全车距模型公式；

其中：

远车静止情形下车辆的安全车距X_safe＝X_related+X_min，其中，X_related＝X_later-X_front，

X_later为远车静止时，主车开始制动到速度为0过程的位移；X_related为远车静止时，主车开始制动到速度为0时远车和主车之间的相对位移；X_min为车辆静止时仍需保持的最小安全车距；V_later为主车速度；a_s为主车的纵向加速度V_later；T为驾驶员反应时间；t₁为制动协调时间；t₂为减速度增长时间；X_front为远车位移；

远车匀速情形下车辆的安全车距X_safe＝X_related+X_min，其中，X_related＝X_later-X_front；

X_later为主车制动至与远车同速时主车的位移；X_front为远车位移；X_related为主车制动至与远车同速时两车间的相对位移；X_min为车辆静止时仍需保持最小安全车距；V_later为主车速度；a_s为主车的纵向加速度V_later；T为驾驶员反应时间；t₁为制动协调时间；t₂为减速度增长时间；

远车减速情形下车辆的安全车距X_safe，此时分为两种情形，分别为远车在主车减速至0之前停止，和远车在主车减速至0之后停止；两种情况所考虑的建立安全车距的时刻不同，前者需要考虑主车减速至0时刻，而后者考虑主车减速至与远车同速时刻；分别对应前述远车静止、远车匀慢速情形安全车距建立的模型；

将远车静止情形、远车匀速情形和远车减速情形合并，建立安全车距模型为：

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