CN113706883B - 一种隧道路段安全行车系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道路段安全行车系统和方法，该方法步骤包括：建立隧道路段的地形三维实景模型；实时采集和跟踪隧道路段所有静态目标和动态目标影像，并计算各静态目标和动态目标的位置，尺寸及运动状态信息；合成隧道路段实时路况三维实景；识别跟踪用户车辆，计算车辆相对于隧道的位置；发送隧道路段实时路况三维实景及指示信息至用户车辆；用户车辆通过三维显示方法，以用户个性化的显示亮度和显示内容显示车辆所在位置的隧道路段实时路况三维实景以及各静态目标和动态目标的位置及运动状态信息。本发明能够提供个性化的隧道路段三维实时路况显示能力，避免隧道路段光线变化引发的交通事故，有效提升隧道路段的驾驶安全性。

Description

一种隧道路段安全行车系统和方法

技术领域

本发明涉及智能行车技术领域，具体涉及一种隧道路段安全行车系统和方法。

背景技术

车辆进出隧道时，驾驶员的眼睛因为隧道内外光线突变会产生“黑洞”效应，在进入隧道和离开隧道的一段时间内视觉有一定程度的受限；再者，车辆在隧道内部行驶中，隧道内部光线较为昏暗，也比较容易引发交通事故。因此，隧道出入口以及隧道内部的特殊行驶条件隧道路段的行车安全事故高于非隧道路段。

现有技术关于隧道路段的行车安全性改善，主要是针对隧道出入口的照明、提示、行车控制、预警等，如：针对汽车进出隧道太阳能照度渐变补光、公路隧道口通行车辆降速提示、通过获取环境参数提示车辆进行速度，灯光，速度等行车控制，以及通过监控隧道口光线，大雾，降雪等环境提供预警信息；

现有技术的不足在于：1、每个驾驶员对隧道路段光线的敏感程度不同，无法为驾驶员提供个性化的环境亮度；2、行车提示信息、控制信息或者预警信息能够提供的信息内容较少，无法为驾驶员提供隧道路段实时路况三维实景。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种隧道路段安全行车系统和方法，本发明能够为驾驶员提供个性化的显示亮度和显示内容的隧道路段三维实时路况显示能力，有效提升隧道路段的驾驶安全性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种隧道路段安全行车系统，包括：多个隧道路段实时路况感知模块，用户车辆识别跟踪和定位模块，三维实景模型合成模块，多个路侧无线通信模块，车载无线通信模块和车载三维显示模块；

所述隧道路段实时路况感知模块与路侧无线通信模块无线连接，所述路侧无线通信模块分别与用户车辆识别跟踪和定位模块、三维实景模型合成模块、车载无线通信模块无线连接，所述用户车辆识别跟踪和定位模块与三维实景模型合成模块连接，所述车载三维显示模块与车载无线通信模块连接；

所述隧道路段实时路况感知模块覆盖隧道全路段范围，包括实时路况采集摄像头、雷达、地磁线圈、车速检测仪，用于实时采集隧道路段实时路况信息，所述隧道路段实时路况信息包括静态目标和动态目标影像数据、雷达数据、地磁线圈数据和车速检测仪数据；

所述用户车辆识别跟踪和定位模块用于根据静态目标和动态目标影像数据、雷达数据、地磁线圈数据、车速检测仪数据计算获取用户车辆运动信息；

所述三维实景模型合成模块预设隧道路段的高精全地形三维实景模型，预设每个隧道路段实时路况感知模块的位置坐标，用于合成隧道路段实时路况三维实景以及合成指示信息，所述隧道路段实时路况三维实景的合成基于预设的隧道路段的高精全地形三维实景模型结合隧道路段实时路况信息，所述指示信息的合成基于预设的每个隧道路段实时路况感知模块的位置坐标，结合用户车辆运动信息；

所述路侧无线通信模块用于传输通信数据，将隧道路段实时路况信息发送至用户车辆识别跟踪和定位模块、三维实景模型合成模块，并向车载无线通信模块发送合成隧道路段实时路况三维实景以及指示信息；

所述车载无线通信模块设于车辆端，用于接收隧道路段实时路况三维实景以及指示信息；

所述车载三维显示模块用于以用户个性化设置显示隧道路段实时路况三维实景以及指示信息。

作为优选的技术方案，所述隧道路段实时路况感知模块覆盖隧道全路段范围，第一个隧道路段实时路况感知模块布设与隧道入口的水平距离为L₁，其余隧道路段实时路况感知模块均匀布置于隧道入口，隧道出口和隧道内部，各个隧道路段实时路况感知模块之间的布设距离L₂满足：

其中，L₃表示隧道路段实时路况感知模块的感知半径，L表示隧道宽度。

作为优选的技术方案，所述计算获取用户车辆运动信息包括识别用户车辆型号尺寸，跟踪用户车辆行驶轨迹和速度，定位用户车辆相对于隧道的位置。

作为优选的技术方案，所述指示信息包括预警信息、用户车辆尺寸信息、用户车辆速度信息、用户车辆位置信息。

作为优选的技术方案，所述路侧无线通信模块采用广播通信方式与隧道路段的所有车辆建立通信连接。

作为优选的技术方案，所述车载三维显示模块用于以用户个性化设置显示隧道路段实时路况三维实景以及指示信息，所述用户个性化设置包括显示亮度和显示信息内容。

作为优选的技术方案，所述车载三维显示模块采用3D抬头显示装置、裸眼3D显示装置、虚拟现实3D显示装置或增强现实3D显示装置中的任意一种。

本发明还提供一种隧道路段安全行车方法，设有上述隧道路段安全行车系统，具体步骤包括：

建立隧道路段的地形三维实景模型；

实时采集和跟踪隧道路段实时路况信息，包括静态目标和动态目标影像数据、雷达数据、地磁线圈数据、车速检测仪数据，计算各静态目标和动态目标的位置、尺寸，以及运动状态信息；

识别跟踪用户车辆，计算车辆相对于隧道的位置；

合成隧道路段实时路况三维实景和隧道路段实时路况三维实景相关联的指示信息；

发送隧道路段实时路况三维实景及指示信息至用户车辆；

用户车辆以三维显示方法，以用户个性化的显示亮度和显示信息内容的方式显示车辆所在位置的隧道路段实时路况三维实景和指示信息。

作为优选的技术方案，所述计算各静态目标和动态目标的位置、尺寸，以及运动状态信息，具体步骤包括：

获取静态目标和动态目标影像数据，采用图像处理方法识别跟踪静态目标和动态目标；

获取雷达数据，采用点云处理方法识别跟踪静态目标和动态目标；

获取地磁线圈数据定位用户车辆位置，获取车速检测仪数据检测用户车辆速度。

作为优选的技术方案，所述计算车辆相对于隧道的位置，具体步骤包括：

根据地磁线圈数据，获取车辆相对于N个地磁线圈的位置信息，结合预设的N个地磁线圈的位置坐标，采用三点定位法将车辆相对于隧道的位置坐标转换为隧道路段实时路况三维实景模型上的位置坐标。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明能够为驾驶员提供个性化的显示亮度和显示内容的隧道路段三维实时路况显示能力，有效提升隧道路段的驾驶安全性。

附图说明

图1为本实施例隧道路段安全行车系统的结构框架示意图；

图2为本实施例隧道路段安全行车系统的部署方式示意图；

图3为本实施例隧道路段实时路况感知模块布设距离示意图；

图4为本实施例隧道路段安全行车方法的步骤流程示意图；

图5为本实施例车载三维显示模块的显示状态示意图。

其中，401-前方行驶汽车，402-三维坐标数据。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种隧道路段安全行车系统，包括：多个隧道路段实时路况感知模块，用户车辆识别跟踪和定位模块，三维实景模型合成模块，多个路侧无线通信模块，车载无线通信模块，车载三维显示模块；

如图2所示，多个隧道路段实时路况感知模块均匀布置于隧道入口，隧道出口和隧道内部，覆盖隧道全路段范围，包括实时路况采集摄像头、雷达、地磁线圈、车速检测仪等设备，用于实时采集隧道路段实时路况信息，隧道路段实时路况信息包括隧道路段(包括隧道出入口以及隧道内)所有静态目标和动态目标影像数据、雷达数据、地磁线圈数据、车速检测仪数据；

如图3所示，多个隧道路段实时路况感知模块，从隧道入口外部开始布设，第一个隧道路段实时路况感知模块布设与隧道入口的水平距离为L₁；其余模块均匀布置于隧道入口，隧道出口和隧道内部，覆盖隧道全路段范围，模块之间的布设距离L₂满足：

其中：模块感知半径为L₃，隧道宽度为L。

在本实施例中，用户车辆识别跟踪和定位模块用于根据影像数据、雷达数据、地磁线圈数据、车速检测仪数据，计算获取用户车辆运动信息，用户车辆运动信息包括识别用户车辆型号尺寸，跟踪用户车辆行驶轨迹和速度，定位用户车辆相对于隧道的位置；

三维实景模型合成模块预设隧道路段的高精全地形三维实景模型，预设每个隧道路段实时路况感知模块的位置坐标。一方面，根据预设的隧道路段的高精全地形三维实景模型，结合隧道路段实时路况信息，用于合成隧道路段实时路况三维实景；同时，根据预设每个隧道路段实时路况感知模块的位置坐标，结合用户车辆运动信息，用于合成指示信息，指示信息包括但不限于预警信息、用户车辆尺寸信息、用户车辆速度信息、用户车辆位置信息等；

结合图2所示，多个路侧无线通信模块均匀布置于隧道出入口以及隧道内部，一方面将多个隧道路段实时路况感知模块与用户车辆识别跟踪和定位模块、三维实景模型合成模块连接，用于将隧道路段实时路况信息、用户车辆识别跟踪和定位信息发送给用户车辆识别跟踪和定位模块、三维实景模型合成模块；另一方面，采用广播通信方式，与隧道路段的所有车辆建立通信连接，并向隧道路段所有车辆发送合成隧道路段实时路况三维实景以及指示信息；

车载无线通信模块设置于车辆端，用于与路侧无线通信模块建立通信连接，接收路侧无线通信模块发送的合成隧道路段实时路况三维实景以及指示信息；

车载三维显示模块设置于车辆端，用于以用户个性化设置显示车载无线通信模块接收的合成隧道路段实时路况三维实景以及指示信息；

在本实施例中，车载三维显示模块可以进行用户个性化设置，设置内容包括但不限于：显示亮度，显示信息内容；车载三维显示模块包括但不限于车载3D抬头显示装置或裸眼3D显示装置或虚拟现实3D显示装置或增强现实3D显示装置等三维显示装置。

如图4所示，本实施例还提供一种隧道路段安全行车方法，包括下述步骤：

S101：建立隧道路段的高精全地形三维实景模型；

S102：实时采集和跟踪隧道路段(包括隧道出入口以及隧道内)路况信息，包括静态目标和动态目标影像数据、雷达数据、地磁线圈数据、车速检测仪数据，计算各静态目标和动态目标的位置，尺寸，以及运动状态等信息；

在本实施例中，影像数据用于采用图像处理方法识别跟踪静态目标和动态目标，雷达数据用于采用点云处理方法识别跟踪静态目标和动态目标，地磁线圈数据用于定位用户车辆位置，车速检测仪数据用于检测用户车辆速度。四种类型的数据可以相互融合处理，进一步提高目标识别、跟踪、定位、测速的精度。

S103：识别跟踪用户车辆，计算车辆相对于隧道的位置；

计算车辆相对于隧道的位置的方法是：根据地磁线圈感知数据，获取车辆相对于N个地磁线圈的位置信息，结合预设的N个地磁线圈的位置坐标，采用三点定位法将车辆相对于隧道的位置坐标转换为隧道路段实时路况三维实景模型上的位置坐标；

S104：合成隧道路段实时路况三维实景和该实时路况三维实景相关联的指示信息；

S105：发送隧道路段实时路况三维实景及指示信息至用户车辆；

S106：用户车辆以三维显示方法，以用户个性化的显示亮度和显示内容显示车辆所在位置的隧道路段实时路况三维实景和指示信息。

在本实施例中，三维显示方法包括但不限于能够在车载三维显示模块上显示3D抬头显示或裸眼3D或虚拟现实或增强显示等三维显示方法。

本发明能够提供个性化的隧道路段三维实时路况显示能力，避免隧道路段光线变化引发的交通事故，有效提升隧道路段的驾驶安全性。

如图5所示，当前车辆前方行驶一汽车401，车载三维显示模块接收隧道路段实时路况三维实景和指示信息，根据用户个性化设置的显示亮度和显示内容，以三维显示方法呈现在用户车辆的三维显示模块，具体地：1)根据用户设置，按照个性化的显示亮度显示；2)根据用户设置，个性化的显示当前车辆前方隧道的实时路况三维实景，以及汽车401相对于当前车辆的三维坐标数据402。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种隧道路段安全行车系统，其特征在于，包括：多个隧道路段实时路况感知模块，用户车辆识别跟踪和定位模块，三维实景模型合成模块，多个路侧无线通信模块，车载无线通信模块和车载三维显示模块；

所述隧道路段实时路况感知模块与路侧无线通信模块无线连接，所述路侧无线通信模块分别与用户车辆识别跟踪和定位模块、三维实景模型合成模块、车载无线通信模块无线连接，所述用户车辆识别跟踪和定位模块与三维实景模型合成模块连接，所述车载三维显示模块与车载无线通信模块连接；

所述隧道路段实时路况感知模块覆盖隧道全路段范围，包括实时路况采集摄像头、雷达、地磁线圈、车速检测仪，用于实时采集隧道路段实时路况信息，所述隧道路段实时路况信息包括静态目标和动态目标影像数据、雷达数据、地磁线圈数据和车速检测仪数据；

所述隧道路段实时路况感知模块覆盖隧道全路段范围，第一个隧道路段实时路况感知模块布设与隧道入口的水平距离为L₁，其余隧道路段实时路况感知模块均匀布置于隧道入口，隧道出口和隧道内部，各个隧道路段实时路况感知模块之间的布设距离L₂满足：

其中，L₃表示隧道路段实时路况感知模块的感知半径，L表示隧道宽度；

所述用户车辆识别跟踪和定位模块用于根据静态目标和动态目标影像数据、雷达数据、地磁线圈数据、车速检测仪数据计算获取用户车辆运动信息；

所述三维实景模型合成模块预设隧道路段的高精全地形三维实景模型，预设每个隧道路段实时路况感知模块的位置坐标，用于合成隧道路段实时路况三维实景以及合成指示信息，所述隧道路段实时路况三维实景的合成基于预设的隧道路段的高精全地形三维实景模型结合隧道路段实时路况信息，所述指示信息的合成基于预设的每个隧道路段实时路况感知模块的位置坐标，结合用户车辆运动信息；

所述路侧无线通信模块用于传输通信数据，将隧道路段实时路况信息发送至用户车辆识别跟踪和定位模块、三维实景模型合成模块，并向车载无线通信模块发送合成隧道路段实时路况三维实景以及指示信息；

所述车载无线通信模块设于车辆端，用于接收隧道路段实时路况三维实景以及指示信息；

所述车载三维显示模块用于以用户个性化设置显示隧道路段实时路况三维实景以及指示信息。

2.根据权利要求1所述的隧道路段安全行车系统，其特征在于，所述计算获取用户车辆运动信息包括识别用户车辆型号尺寸，跟踪用户车辆行驶轨迹和速度，定位用户车辆相对于隧道的位置。

3.根据权利要求1所述的隧道路段安全行车系统，其特征在于，所述指示信息包括预警信息、用户车辆尺寸信息、用户车辆速度信息、用户车辆位置信息。

4.根据权利要求1所述的隧道路段安全行车系统，其特征在于，所述路侧无线通信模块采用广播通信方式与隧道路段的所有车辆建立通信连接。

5.根据权利要求1所述的隧道路段安全行车系统，其特征在于，所述车载三维显示模块用于以用户个性化设置显示隧道路段实时路况三维实景以及指示信息，所述用户个性化设置包括显示亮度和显示信息内容。

6.根据权利要求1所述的隧道路段安全行车系统，其特征在于，所述车载三维显示模块采用3D抬头显示装置、裸眼3D显示装置、虚拟现实3D显示装置或增强现实3D显示装置中的任意一种。

7.一种隧道路段安全行车方法，其特征在于，设有权利要求1-6任一项所述的隧道路段安全行车系统，具体步骤包括：

建立隧道路段的地形三维实景模型；

实时采集和跟踪隧道路段实时路况信息，包括静态目标和动态目标影像数据、雷达数据、地磁线圈数据、车速检测仪数据，计算各静态目标和动态目标的位置、尺寸，以及运动状态信息；

识别跟踪用户车辆，计算车辆相对于隧道的位置；

合成隧道路段实时路况三维实景和隧道路段实时路况三维实景相关联的指示信息；

发送隧道路段实时路况三维实景及指示信息至用户车辆；

用户车辆以三维显示方法，以用户个性化的显示亮度和显示信息内容的方式显示车辆所在位置的隧道路段实时路况三维实景和指示信息。

8.根据权利要求7所述的隧道路段安全行车方法，其特征在于，所述计算各静态目标和动态目标的位置、尺寸，以及运动状态信息，具体步骤包括：

获取静态目标和动态目标影像数据，采用图像处理方法识别跟踪静态目标和动态目标；

获取雷达数据，采用点云处理方法识别跟踪静态目标和动态目标；

获取地磁线圈数据定位用户车辆位置，获取车速检测仪数据检测用户车辆速度。

9.根据权利要求7所述的隧道路段安全行车方法，其特征在于，所述计算车辆相对于隧道的位置，具体步骤包括：

根据地磁线圈数据，获取车辆相对于N个地磁线圈的位置信息，结合预设的N个地磁线圈的位置坐标，采用三点定位法将车辆相对于隧道的位置坐标转换为隧道路段实时路况三维实景模型上的位置坐标。

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