CN110979339B - 一种基于v2v的前方道路形态重建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于V2V的前方道路形态重建方法，包括通过V2V模块实时获取主车四周的目标车辆的行驶信息并保存；根据保存的目标车辆的历史行驶信息，形成目标车辆的航迹，并计算航迹的曲率、航向以及与主车的相对偏移量；根据目标车辆的航迹的曲率、航向、与主车的相对偏移量以及主车和目标车辆的行驶信息判断主车前方一定距离范围内的道路形态，并根据主道路形态建立道路形态地图。本发明通过V2V模块实时获取主车四周的目标车辆的行驶信息，以确定目标车辆的航迹，从而确定主车前方的道路形态，并根据道路形态建立的道路形态地图，为主车的驾驶提供一定的指导作用，解决了连续弯路难以判断前向车辆、计算跟车距离和碰撞时间的问题，保证了行驶安全。

Description

一种基于V2V的前方道路形态重建方法
技术领域
本发明涉及道路安全技术领域，特别是涉及一种基于V2V的前方道路形态重建方法。
背景技术
目前许多智能驾驶辅助系统没有地图匹配和道路识别，导致碰撞预警等功能容易误报和漏报。如基于V2X技术的车辆预警系统，如果没有地图匹配和道路识别，使其无法识别前方道路形态，从而对车辆行驶状态估计偏差较大；而道路形态未知，导致无法针对复杂路段做出及时的判断，在多目标多场景的预警过程中产生较多的误报。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的不足，提供一种基于V2V的前方道路形态重建方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于V2V的前方道路形态重建方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过V2V模块实时获取主车四周的目标车辆的行驶信息并保存；
根据保存的目标车辆的历史行驶信息，形成目标车辆的航迹，并计算航迹的曲率、航向以及与主车的相对偏移量；
根据目标车辆的航迹的曲率、航向、与主车的相对偏移量以及主车和目标车辆的行驶信息判断主车前方一定距离范围内的道路形态；
根据主车前方一定距离范围内的道路形态建立一定区域内的道路形态地图。
进一步的，作为优选技术方案，判断主车前方一定距离范围内的道路形态具体包括：计算道路曲率半径，当道路曲率半径大于第一预设阈值时，则判断道路形态为直行道路，否则，判断道路形态为弯曲道路；
当目标车辆的航向角与主车的航向角之差在90°与第二预设阈值之和或之差范围内，或目标车辆的航向角与主车的航向角之差在-90°与第二预设阈值之和或之差范围内时，则判断主车前方一定距离范围内的道路存在交叉路口；
获取目标车辆的高度，根据所述高度计算目标车辆所行驶道路的坡度，当所述坡度大于第三预设阈值时，则判断道路形态为斜坡；
当目标车辆的横摆角速度在第四预设阈值和第五预设阈值之间变化时，则判断道路形态为直行道路，否则，判断道路形态为转弯；并根据车速判断道路形态是否为高速的下匝道。
进一步的，作为优选技术方案，所述道路曲率半径为目标车辆的航迹的曲率的倒数；所述第一预设阈值为2000m；所述第二预设阈值的设置范围为10°～30°；所述第三预设阈值设置范围为1.5°～5°。
进一步的，作为优选技术方案，判断道路为斜坡具体包括：
当目标车辆的高度在一段时间内持续增加，计算的目标车辆所行驶道路的坡度大于第三预设阈值时，则判断道路形态为上坡；
当目标车辆的高度在一段时间内持续下降，计算的目标车辆所行驶道路的坡度大于第三预设阈值时，则判断道路形态为下坡。
进一步的，作为优选技术方案，判断道路为斜坡具体包括：
根据获取的目标车辆的高度，确定目标车辆的高度在一段时间内的变化曲线，当目标车辆的高度变化曲线的斜率大于第三预设阈值时，则判断道路形态为上坡；
目标车辆的高度变化曲线的斜率小于负的第三预设阈值时，则判断道路形态为下坡。
进一步的，作为优选技术方案，判断道路形态为转弯具体包括：目标车辆的横摆角速度小于第四预设阈值，且逐渐减小时，则认为目标车辆进入左转弯，在左转弯的弯道上行驶，判断道路形态为左转弯；
目标车辆的横摆角速度大于第五预设阈值，且逐渐增大时，则认为目标车辆进入右转弯，在右转弯的弯道上行驶，判断道路形态为右转弯。
进一步的，作为优选技术方案，所述第四预设阈值设置范围为-1～-5°/s，所述第五预设阈值设置为1～5°/s。
进一步的，作为优选技术方案，所述曲率通过目标车辆的横摆角速度与车速计算；所述航向为目标车辆的航向角；
所述目标车辆与主车的相对偏移量通过主车与目标车辆的位置信息计算。
进一步的，作为优选技术方案，所述计算目标车辆与主车的相对偏移量具体包括：
以主车为坐标原点建立的相对坐标系；
获取目标车辆在相对坐标系下的坐标；
根据目标车辆的坐标计算目标车辆与主车的相对位置，即为目标车辆与主车的相对偏移量。
进一步的，作为优选技术方案，还包括：
计算主车与多个目标车辆的横向距离，并根据多个横向距离估计当前道路的宽度和车道数量；计算弯曲道路的长度和曲率，所述曲率通过目标车辆的横摆角速度与车速计算；
所述弯曲道路的长度通过距离主车最近的目标车辆的历史行驶信息积分计算。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过V2V模块实时获取主车四周的目标车辆的行驶信息，以确定目标车辆的航迹，从而确定主车前方的道路形态，并根据道路形态建立的道路形态地图，为主车的驾驶提供一定的指导作用，解决了连续弯路难以判断前向车辆、计算跟车距离和碰撞时间的问题，保证了行驶安全。
附图说明
图1为本发明方法步骤流程图。
图2为本发明以主车为坐标原点建立的相对坐标系示意图。
图3为本发明道路形态示意图。
图4为本发明道路形态示意图。
图5为本发明道路形态示意图。
图6为本发明道路形态示意图。
图7为本发明道路形态示意图。
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
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
一种基于V2V的前方道路形态重建方法，如图1所示，包括如下步骤：
S10.通过V2V模块实时获取主车四周的目标车辆的行驶信息并保存。
所采集的目标车辆的行驶信息包括当前时刻目标车辆位置坐标、车速、加速度、航向角、横摆角速度、数据采集时间等。所采集的范围为V2V模块的通讯范围内。
S20.根据保存的目标车辆的历史行驶信息，形成目标车辆的航迹，并计算航迹的曲率、航向以及与主车的相对偏移量。
本步骤具体包括：
获取保存的目标车辆的历史行驶信息，对其异常数据进行处理后，形成航迹。
计算航迹的曲率、航向以及与主车的相对偏移量。具体为：
曲率通过目标车辆的横摆角速度与车速计算。
例如，曲率为横摆角速度与车速之比。
航向为目标车辆的航向角。
目标车辆与主车的相对偏移量通过主车与目标车辆的位置信息计算。
例如，如图2所示：
以主车为坐标原点建立的相对坐标系；
获取目标车辆在相对坐标系下的坐标；
根据目标车辆的坐标计算目标车辆与主车的相对位置，即为目标车辆与主车的相对偏移量。
具体通过以下公式计算：
Figure GDA0002892299530000041
Figure GDA0002892299530000042
Figure GDA0002892299530000043
Figure GDA0002892299530000044
Figure GDA0002892299530000045
Figure GDA0002892299530000046
Figure GDA0002892299530000047
Figure GDA0002892299530000048
Figure GDA0002892299530000049
其中，
Figure GDA0002892299530000051
表示主车的行驶状态，
Figure GDA0002892299530000052
表示目标车辆的行驶状态，v1表示主车的车速，
Figure GDA0002892299530000053
表示主车的航向角，v2表示目标车辆的车速，
Figure GDA0002892299530000054
表示目标车辆的航向角，x、y表示目标车辆相对于主车的位置分量，vx、vy表示目标车辆相对于主车的速度分量，L12表示目标车辆相与主车之间的直线距离，
Figure GDA0002892299530000055
表示目标车辆相对于主车的方向角，vL表示(vx，vy)在L12方向上的分量，R1表示主车的车辆长度的一半，R2表示目标车辆的车辆长度的一半，TTC表示主车与目标车辆的碰撞时间。
S30.根据目标车辆的航迹的曲率、航向、与主车的相对偏移量以及主车和目标车辆的行驶信息判断主车前方一定距离范围内的道路形态。其中，一定距离范围具体为V2V模块的通讯范围。
判断主车前方一定距离范围内的道路形态具体包括：
S301.计算道路曲率半径，当道路曲率半径大于第一预设阈值时，则判断道路形态为直行道路，否则，判断道路形态为弯曲道路。其中，第一预设阈值设置为2000m，
如图3-4所示，具体为：
计算道路曲率半径，道路曲率半径为目标车辆的航迹的曲率的倒数；
当道路曲率半径大于第一预设阈值时，则判断道路形态为直行道路，否则，判断道路形态为弯曲道路。
计算当前路段的车道数量和道路宽度；
具体为：通过上述步骤中建立的相对坐标系计算主车与多个目标车辆的横向距离，并根据多个横向距离估计当前道路的宽度和车道数量。
当道路形态为弯曲道路时，还可计算弯曲道路的长度和曲率；其中，曲率通过目标车辆的横摆角速度与车速计算，弯曲道路的长度通过距离主车最近的目标车辆的历史行驶信息积分计算，即得到前方弯曲道路最短长度。
S302.当目标车辆的航向角与主车的航向角之差在90°与第二预设阈值之和或之差范围内，或目标车辆的航向角与主车的航向角之差在-90°与第二预设阈值之和或之差范围内时，则判断主车前方一定距离范围内的道路存在交叉路口。
如图5-6所示，具体为：
目标车辆的航向角与主车的航向角之差＜90°±第二预设阈值，或目标车辆的航向角与主车的航向角之差＜-90°±第二预设阈值，则判断主车前方一定距离范围内的道路存在交叉路口。其中，第二预设阈值的设置范围为10°～30°，优选的，第二预设阈值的设置为20°。
在本步骤中，还包括判断是否为上下高架，具体包括：
获取目标车辆的高度，根据高度计算目标车辆所行驶道路的坡度，当坡度大于第三预设阈值时，则判断道路形态为斜坡，即上下高架。
判断道路为斜坡具体包括：
当目标车辆的高度在一段时间内持续增加，计算的目标车辆所行驶道路的坡度大于第三预设阈值时，则判断道路形态为上坡。
当目标车辆的高度在一段时间内持续下降，计算的目标车辆所行驶道路的坡度大于第三预设阈值时，则判断道路形态为下坡。
其中，坡度通过目标车辆的行驶距离和高度变化计算。
判断道路为斜坡还可通过以下方式：
根据获取的目标车辆的高度，确定目标车辆的高度在一段时间内的变化曲线，当目标车辆的高度变化曲线的斜率大于第三预设阈值时，则判断道路形态为上坡；
目标车辆的高度变化曲线的斜率小于负的第三预设阈值时，则判断道路形态为下坡。
在上述步骤中，第三预设阈值设置范围为1.5°～5°，优选的，第三预设阈值设置为1°、2°、3°或4°。
S303.当目标车辆的横摆角速度在第四预设阈值和第五预设阈值之间变化时，则判断道路形态为直行道路，否则，判断道路形态为转弯；并根据车速判断道路形态是否为高速的下匝道。
如图7所示，具体为：
目标车辆的横摆角速度小于第四预设阈值，且逐渐减小时，则认为目标车辆进入左转弯，在左转弯的弯道上行驶，若保持一个较大的负值，如-30～-10°/s之间，判断道路形态为左转弯。
目标车辆的横摆角速度大于第五预设阈值，且逐渐增大时，则认为目标车辆进入右转弯，在右转弯的弯道上行驶，若保持一个较大的正值，如10～30°/s之间，判断道路形态为右转弯。
其中，第四预设阈值设置范围为-1～-5°/s，第五预设阈值设置范围为1～5°/s，优选的，第四预设阈值设置为-3°/s，第五预设阈值设置为3°/s，而第四预设阈值和第五预设阈值的绝对值相同。
当车速大于第六预设阈值时，则判断车辆行驶在高速路上，判断道路形态为高速的下匝道，其中，第六预设阈值的设置范围为70-90km/h，优选的第六预设阈值的设置为80km/h。
S40.根据主车前方一定距离范围内的道路形态建立一定区域内的道路形态地图。
根据道路形态、目标车辆的行驶方向、相应道路形态对应的道路曲率半径、道路宽度、长度、车道数量等相关信息建立一定区域内的道路形态地图，为主车的驾驶提供一定的指导作用。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于V2V的前方道路形态重建方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过V2V模块实时获取主车四周的目标车辆的行驶信息并保存；
根据保存的目标车辆的历史行驶信息，形成目标车辆的航迹，并计算航迹的曲率、航向以及与主车的相对偏移量；
根据目标车辆的航迹的曲率、航向、与主车的相对偏移量以及主车和目标车辆的行驶信息判断主车前方一定距离范围内的道路形态；
根据主车前方一定距离范围内的道路形态建立一定区域内的道路形态地图；
其中，判断主车前方一定距离范围内的道路形态具体包括：
根据目标车辆的航迹的曲率计算道路曲率半径，当道路曲率半径大于第一预设阈值时，则判断道路形态为直行道路，否则，判断道路形态为弯曲道路；
结合目标车辆的航向，将目标车辆的航向角与主车的航向角进行比较，当目标车辆的航向角与主车的航向角之差在90°与第二预设阈值之和或之差范围内，或目标车辆的航向角与主车的航向角之差在-90°与第二预设阈值之和或之差范围内时，则判断主车前方一定距离范围内的道路存在交叉路口；
根据目标车辆的航迹的与主车的相对偏移量获取目标车辆的高度，根据所述高度计算目标车辆所行驶道路的坡度，当所述坡度大于第三预设阈值时，则判断道路形态为斜坡；
根据目标车辆的行驶信息获取目标车辆的横摆角速度，当目标车辆的横摆角速度在第四预设阈值和第五预设阈值之间变化时，则判断道路形态为直行道路，否则，判断道路形态为转弯，并根据车速判断道路形态是否为高速的下匝道。
2.根据权利要求1所述的基于V2V的前方道路形态重建方法，其特征在于，所述道路曲率半径为目标车辆的航迹的曲率的倒数；所述第一预设阈值为2000m；所述第二预设阈值的设置范围为10°～30°；所述第三预设阈值设置范围为1.5°～5°。
3.根据权利要求1所述的基于V2V的前方道路形态重建方法，其特征在于，判断道路为斜坡具体包括：
当目标车辆的高度在一段时间内持续增加，计算的目标车辆所行驶道路的坡度大于第三预设阈值时，则判断道路形态为上坡；
当目标车辆的高度在一段时间内持续下降，计算的目标车辆所行驶道路的坡度大于第三预设阈值时，则判断道路形态为下坡。
4.根据权利要求1所述的基于V2V的前方道路形态重建方法，其特征在于，判断道路为斜坡具体包括：
根据获取的目标车辆的高度，确定目标车辆的高度在一段时间内的变化曲线，当目标车辆的高度变化曲线的斜率大于第三预设阈值时，则判断道路形态为上坡；
目标车辆的高度变化曲线的斜率小于负的第三预设阈值时，则判断道路形态为下坡。
5.根据权利要求1所述的基于V2V的前方道路形态重建方法，其特征在于，判断道路形态为转弯具体包括：
目标车辆的横摆角速度小于第四预设阈值，且逐渐减小时，则认为目标车辆进入左转弯，在左转弯的弯道上行驶，判断道路形态为左转弯；
目标车辆的横摆角速度大于第五预设阈值，且逐渐增大时，则认为目标车辆进入右转弯，在右转弯的弯道上行驶，判断道路形态为右转弯。
6.根据权利要求5所述的基于V2V的前方道路形态重建方法，其特征在于，所述第四预设阈值设置范围为-1～-5°/s，所述第五预设阈值设置为1～5°/s。
7.根据权利要求1所述的基于V2V的前方道路形态重建方法，其特征在于，
所述曲率通过目标车辆的横摆角速度与车速计算；
所述航向为目标车辆的航向角；
所述目标车辆与主车的相对偏移量通过主车与目标车辆的位置信息计算。
8.根据权利要求7所述的基于V2V的前方道路形态重建方法，其特征在于，所述计算目标车辆与主车的相对偏移量具体包括：
以主车为坐标原点建立的相对坐标系；
获取目标车辆在相对坐标系下的坐标；
根据目标车辆的坐标计算目标车辆与主车的相对位置，即为目标车辆与主车的相对偏移量。
9.根据权利要求1所述的基于V2V的前方道路形态重建方法，其特征在于，判断主车前方一定距离范围内的道路形态还包括：
计算主车与多个目标车辆的横向距离，并根据多个横向距离估计当前道路的宽度和车道数量；计算弯曲道路的长度和曲率，所述曲率通过目标车辆的横摆角速度与车速计算；
所述弯曲道路的长度通过距离主车最近的目标车辆的历史行驶信息积分计算。
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