CN114187760A - 一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法 - Google Patents

一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，包括以下步骤：获取自身车辆HV、路侧单元及周围车辆的消息；根据以上消息判断HV的行驶方向、RV的行驶方向；以及根据坐标系判断HV和RV是否都在坐标系的同轴的同一侧，以及判断两车是否在同一车道或相邻车道；两车是否在对向相邻车道，判断HV和RV的行驶方向。一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，基于车路协同系统进行弯道中车辆相对位置的判断，解决现有技术中遮挡物及天气情况对车辆相对位置判断的问题。

Description

一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法
技术领域
本发明属于车路协同技术领域，尤其是涉及一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法。
背景技术
车路协同系统通过车联网技术实现车辆、道路和行人之间进行实时动态信息交互，从而提高出行安全。车联网技术主要依靠安装在路端的路侧单元(Road Side Unit，RSU)和车载单元(On Board Unit,OBU)进行通信。现有对弯道中车辆与车辆之间的碰撞判断主要依赖于雷达或摄像头等传感器，但是雷达只对其正前方的一段区域内进行检测，对于弯道内的检测具有一定的局限性，而摄像头的检测容易受到天气影响。
因此，结合当前需求，提出一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，车路协同技术具有感知范围广，不受遮挡物及天气影响的优势，使最终实现提高弯道行车安全的目的。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，以解决车辆在弯道行驶过程中因受遮挡物或天气影响导致判断周围周围车辆相对位置不准确的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，包括以下步骤：
S1、获取自身车辆的基本安全状态信息，以及接收路侧单元的地图信息及周围车辆的基本安全状态信息；
S2、计算自身车辆所在位置点距离地图信息中多个位置点中最短距离的位置点Pm以及第二短距离的位置点Pn；
S3、以自身车辆所在位置点为原点，自身车辆行驶方向为Y轴建立坐标系，以及结合最短距离的位置点Pm、第二距离的位置点Pn，判断自身车辆在行驶道路上的行驶方向；
S4、计算周围车辆位置点距离地图信息中多个位置点中最短距离的位置点Pp以及第二短距离的位置点Pq；
S5、以周围车辆所在位置点为原点，车辆行驶方向为Y轴建立坐标系，以及结合最短距离的位置点Pp、第二距离的位置点Pq，判断周围车辆在行驶道路上的行驶方向；
S6、判断自身车辆以及周围车辆的行驶方向是否一致，若方向一致，执行步骤S7，否则执行步骤S8；
S7、判断自身车辆与周围车辆是否都在Y轴同一侧，若是，则两辆车在同一车道，否则处于相邻车道；
S8、判断自身车辆与周围车辆是否都在Y轴同一侧，若是，则两辆车在相邻车道，否则处于同一车道且车辆和周围车辆对向行驶。
进一步的，步骤S1中的基本安全状态信息包括：当前时刻的经度、纬度、航向角、速度、加速度。
进一步的，步骤S1中地图消息包括路口信息、路段信息和车道信息，具体包含路段中的若干个参考位置点的经纬度，路段起点和终点经纬度，车道宽度信息。
进一步的，步骤S3中判断自身车辆在行驶道路上的行驶方向详细过程包括以下内容：
自身车辆的位置点为Ph(phx,phy)，最短距离位置点Pm(pmx,pmy)，第二距离的位置点Pn(pnx,pny)，以自身车辆的位置为原点，以自身车辆的行驶方向为Y轴方向建立坐标系，经过以下坐标转换过程进行坐标转换：
Figure BDA0003381444840000031
Figure BDA0003381444840000032
其中，Pmx*为Pm位置点坐标系转换后的横坐标；Pmy*为Pm位置点坐标系转换后的纵坐标；Pmx为Pm位置点的横坐标；Pmy为Pm位置点的纵坐标；hθ为自身车辆的航向角；Phx为周围车辆所在位置点的横坐标；Phy为自身车辆所在位置点的纵坐标；Pnx*为Pn位置点坐标系转换后的横坐标；Pny*为Pn位置点坐标系转换后的纵坐标；Pnx为Pn位置点的横坐标；Pny为Pn位置点的纵坐标；
则若(pnx*-pmx*)(pny*-pmy*)＞0，则自身车辆行驶方向为
Figure BDA0003381444840000033
否则，自身车辆行驶方向为
Figure BDA0003381444840000034
进一步的，步骤S5中判断周围车辆在行驶道路上的行驶方向详细过程包括以下内容：
周围车辆的位置点为Pr(prx,pry)，最短距离位置点Pp(ppx,ppy)，第二距离的位置点Pq(pqx,pqy)，以周围车辆的位置为原点，以周围车辆的行驶方向为Y轴方向建立坐标系，经过以下坐标转换过程进行坐标转换：
Figure BDA0003381444840000035
Figure BDA0003381444840000041
其中，Ppx*为Pp位置点坐标系转换后的横坐标；Ppy*为Pp位置点坐标系转换后的纵坐标；Ppx为Pp位置点的横坐标；Ppy为Pp位置点的纵坐标；rθ为周围车辆的航向角；Prx为周围车辆所在位置点的横坐标；Pry为周围车辆所在位置点的纵坐标；Pqx*为Pq位置点坐标系转换后的横坐标；Pqy*为Pq位置点坐标系转换后的纵坐标；Pqx为Pq位置点的横坐标；Pqy为Pq位置点的纵坐标；
则若(pqx*-ppx*)(pqy*-ppy*)＞0，则周围车辆行驶方向为
Figure BDA0003381444840000042
否则，周围车辆行驶方向为
Figure BDA0003381444840000043
进一步的，步骤S6中判断自身车辆以及周围车辆的方向是否一致包括以下方法：
自身车辆的行驶方向为：PmPn，周围车辆的行驶方向为：PpPq，若n>m且p>q，或n<m且p<q则自身车辆与周围车辆行驶方向一致，否则自身车辆与周围车辆行驶方向相反。
进一步的，步骤S7中，根据步骤S3建立的坐标系，即以自身车辆为原点，其行驶方向为Y轴建立坐标系，判断距离自身车辆最短距离的位置点Pm在其左侧还是右侧，同时，以同样的方法判断第二最短距离的位置点Pp在其左侧或右侧，则：
当pmx**ppx*＞＝0；自身车辆和周围车辆处于同一车道；
当pmx**ppx*＜0；自身车辆和周围车辆处于相邻车道。
进一步的，步骤S8中，根据步骤S5建立的坐标系，即以自身车辆为原点，其行驶方向为Y轴建立坐标系，判断距离自身车辆最短距离的位置点Pm在其左侧还是右侧，同时，以同样的方法判断第二最短距离的位置点Pp在其左侧或右侧，则：
当pmx**ppx*＞＝0；自身车辆和周围车辆处于对向相邻车道上；
当pmx**ppx*＜0；自身车辆和周围车辆处于同一车道，对向行驶。
相对于现有技术，本发明所述的一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法具有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，基于车路协同系统进行弯道中车辆相对位置的判断，解决现有技术中遮挡物及天气情况对车辆相对位置判断的问题；
(2)本发明所述的一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，可在进入全新道路即可进行相对位置的判断，解决了现有技术中利用车辆行驶轨迹点对弯道中车辆相对位置的判断。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的道路安全应用场景示意；
图2为本发明实施例所述的一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图2所示，一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法流程图，包括以下步骤：
步骤S1：获取自身车辆HV的状态信息；
步骤S2：接收路侧单元RSU的地图消息(MAP消息)及周围车辆RV的基本安全消息(BSM消息)；
其中自身车辆HV内安装有用于与路侧单元及周围车辆相互通信的终端，其通信终端采用C-V2X OBU和C-V2X RSU。
步骤S3：根据以上信息，计算MAP消息中的位置点距离HV所在位置点最短的位置点Pm；
步骤S4：分别计算距离Pm点前后相邻的两个点距离HV较短的点Pn；
(由于道路是弯道，所以道路方向时刻在变，分别计算距离HV最近点及次近点，为了确认当前HV所在道路的方向，以便和车辆行驶方向做匹配)；
步骤S5：以HV所在位置点为原点，以车辆行驶方向为Y轴建立坐标系，判断HV的行驶方向；
步骤S6：重复步骤S2-步骤S5，计算出距离RV较近的两个位置点Pp和Pq及RV的行驶方向；
步骤S7：判断HV和RV的行驶方向是否一致，若一致，执行步骤S8；否则，执行步骤S9；
步骤S8：判断HV和RV是否都在Y轴同一侧，若是，则说明两车在同一车道，否则处于相邻车道；
步骤S9：判断HV和RV是否都在Y轴同一侧，若是，则说明两车在对向相邻车道，否则处于同一车道且HV和RV对向行驶；
进一步地，步骤S1中，HV的状态信息包含当前时刻的经度、纬度、航向角、速度、加速度等数据；
进一步地，步骤S2中，MAP消息包含路口信息、路段信息和车道信息，具体包含路段中的若干个参考位置点的经纬度，路段起点和终点经纬度，车道宽度等信息。
进一步地，步骤S2中，RV的BSM状态信息包含当前时刻的经度、纬度、航向角、速度、加速度等数据；
进一步地，步骤S5中，HV的位置点为Ph(phx,phy)，Pm(pmx,pmy)，Pn(pnx,pny)以HV的位置为原点，以HV的行驶方向为Y轴方向建立坐标系，则Pm*，Pn*坐标为:
Figure BDA0003381444840000081
Figure BDA0003381444840000082
其中：Pmx*为Pm位置点坐标系转换后的横坐标；Pmy*为Pm位置点坐标系转换后的纵坐标；Pmx为Pm位置点的横坐标；Pmy为Pm位置点的纵坐标；hθ为HV的航向角；Phx为HV所在位置点的横坐标；Phy为HV所在位置点的纵坐标；Pnx*为Pn位置点坐标系转换后的横坐标；Pny*为Pn位置点坐标系转换后的纵坐标；Pnx为Pn位置点的横坐标；Pny为Pn位置点的纵坐标；
则若(pnx*-pmx*)(pny*-pmy*)＞0，则HV行驶方向为
Figure BDA0003381444840000083
否则，HV行驶方向为HV行驶方向为
Figure BDA0003381444840000084
进一步地，步骤S7中，若HV的行驶方向为HV行驶方向为
Figure BDA0003381444840000085
RV的行驶方向为
Figure BDA0003381444840000086
判断HV和RV行驶方向一致的依据为n>m且p>q，或n<m且p<q；否则，HV的RV的行驶方向相反；
周围车辆RV在行驶道路上的行驶方向详细过程包括以下内容：
周围车辆的位置点为Pr(prx,pry)，最短距离位置点Pp(ppx,ppy)，第二距离的位置点Pq(pqx,pqy)，以周围车辆的位置为原点，以周围车辆的行驶方向为Y轴方向建立坐标系，经过以下坐标转换过程进行坐标转换：
Figure BDA0003381444840000087
Figure BDA0003381444840000091
其中：Ppx*为Pp位置点坐标系转换后的横坐标；Ppy*为Pp位置点坐标系转换后的纵坐标；Ppx为Pp位置点的横坐标；Ppy为Pp位置点的纵坐标；rθ为RV的航向角；Prx为RV所在位置点的横坐标；Pry为RV所在位置点的纵坐标；Pqx*为Pq位置点坐标系转换后的横坐标；Pqy*为Pq位置点坐标系转换后的纵坐标；Pqx为Pq位置点的横坐标；Pqy为Pq位置点的纵坐标；
则若(pqx*-ppx*)(pqy*-ppy*)＞0，则周围车辆行驶方向为
Figure BDA0003381444840000092
否则，周围车辆行驶方向为
Figure BDA0003381444840000093
进一步地，步骤S8中，根据步骤S5建立的坐标系，即以HV为原点，其行驶方向为Y轴建立坐标系，判断距离HV最近的点Pm在其左侧还是右侧，同时，以同样的方法判断Pp在其左侧或右侧，则：
Figure BDA0003381444840000094
进一步地，步骤S9中，根据步骤S5建立的坐标系，即以HV为原点，其行驶方向为Y轴建立坐标系，判断距离HV最近的点Pm在其左侧还是右侧，同时，以同样的方法判断Pp在其左侧或右侧，则：
Figure BDA0003381444840000095
实施例如下：
本实施例中的一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法基于图1所示的道路中。HV和RV行驶的道路中包含一条路段AB，其中由于路段为由一定曲率的道路，因此由9个参考位置点：P1(X1,Y1)，P2(X2,Y2)......P9(X9,Y9)进行表示，路段AB细分为三条车道，从左向右依次定义为lane1、lane2和lane3，每条车道宽度为3m。HV的当前的行驶位置点为PH(XH，YH)，行驶速度为VH，航向角为θH，RV的当前的行驶位置点为PR(XR，YR)，行驶速度为VR，航向角为θR。
如图2所示，一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法流程图，具体步骤如下：
步骤S1：获取自身车辆HV的状态信息，包含行驶位置点、速度、航向角等；
步骤S2：接收路侧单元RSU的MAP消息及周围车辆RV的BSM消息，包含当权行驶位置点、速度、航向角等及路段中的9个参考位置点的位置坐标，路段起点A和终点B的位置坐标，车道宽度等信息。
步骤S3：根据以上信息，计算MAP消息中的位置点距离HV最短的位置点Pm；
进一步地，使用以下公式计算出每个道路参考位置点距离HV的距离：
Figure BDA0003381444840000101
步骤S4：分别计算距离Pm点前后相邻的两个点距离HV较短的点Pn；
步骤S5：以HV行驶方向起点为原点，以车辆行驶方向为Y轴建立坐标系，判断HV的行驶方向；
步骤S6：重复步骤S2-步骤S5，计算出距离RV较近的两个位置点Pp和Pq及RV的行驶方向；
步骤S7：判断HV和RV的行驶方向是否一致，若一致，执行步骤S8；否则，执行步骤S9；
步骤S8：判断HV和RV是否都在Y轴同一侧，若是，则说明两车在同一车道，执行步骤S10；否则处于相邻车道；
步骤S9：判断HV和RV是否都在Y轴同一侧，若是，则说明两车在对向相邻车道；否则，处于同一车道且HV和RV对向行驶；
进一步地，步骤S5中，HV的位置点为Ph(phx,phy)，Pm(pmx,pmy)，Pn(pnx,pny)以HV的位置为原点，以HV的行驶方向为Y轴方向建立坐标系，则Pm*，Pn*坐标为:
Figure BDA0003381444840000111
Figure BDA0003381444840000112
则若(pnx*-pmx*)(pny*-pmy*)＞0，则HV行驶方向为
Figure BDA0003381444840000113
否则，HV行驶方向为HV行驶方向为
Figure BDA0003381444840000114
进一步地，步骤S7中，若HV的行驶方向为HV行驶方向为
Figure BDA0003381444840000115
RV的行驶方向为
Figure BDA0003381444840000116
判断HV和RV行驶方向一致的依据为n>m且p>q，或n<m且p<q；否则，HV的RV的行驶方向相反；
进一步地，步骤S8中，根据步骤S5建立的坐标系，即以HV为原点，其行驶方向为Y轴建立坐标系，判断距离HV最近的点Pm在其左侧还是右侧，同时，以同样的方法判断Pp在其左侧或右侧，则：
Figure BDA0003381444840000117
进一步地，步骤S9中，根据步骤S5建立的坐标系，即以HV为原点，其行驶方向为Y轴建立坐标系，判断距离HV最近的点Pm在其左侧还是右侧，同时，以同样的方法判断Pp在其左侧或右侧，则：
Figure BDA0003381444840000121
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、获取自身车辆的基本安全状态信息，以及接收路侧单元的地图信息及周围车辆的基本安全状态信息；
S2、计算自身车辆位置点距离地图信息中多个位置点中最短距离的位置点Pm以及第二短距离的位置点Pn；
S3、以自身车辆所在位置点为原点，车辆行驶方向为Y轴建立坐标系，以及结合最短距离的位置点Pm、第二距离的位置点Pn，判断自身车辆在行驶道路上的行驶方向；
S4、计算周围车辆位置点距离地图信息中多个位置点中最短距离的位置点Pp以及第二短距离的位置点Pq；
S5、以周围车辆所在位置点为原点，车辆行驶方向为Y轴建立坐标系，以及结合最短距离的位置点Pp、第二距离的位置点Pq，判断周围车辆在行驶道路上的行驶方向；
S6、判断自身车辆以及周围车辆的方向是否一致，若方向一致，执行步骤S7，否则执行步骤S8；
S7、判断自身车辆与周围车辆是否都在Y轴同一侧，若是，则两辆车在同一车道，否则处于相邻车道；
S8、判断自身车辆与周围车辆是否都在Y轴同一侧，若是，则两辆车在相邻车道，否则处于同一车道且车辆和周围车辆对向行驶。
2.根据权利要求1所述的一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，其特征在于：步骤S1中的基本安全状态信息包括：当前时刻的经度、纬度、航向角、速度、加速度。
3.根据权利要求1所述的一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，其特征在于：步骤S1中地图消息包括路口信息、路段信息和车道信息，具体包含路段中的若干个参考位置点的经纬度，路段起点和终点经纬度，车道宽度信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，其特征在于：步骤S3中判断自身车辆在行驶道路上的行驶方向包括以下方法：
自身车辆的位置点为Ph(phx，phy)，最短距离位置点Pm(pmx,pmy)，第二距离的位置点Pn(pnx,pny)，根据坐标系，经过以下坐标转换过程进行坐标转换：
Figure FDA0003381444830000021
Figure FDA0003381444830000022
其中，Pmx*为Pm位置点坐标系转换后的横坐标；Pmy*为Pm位置点坐标系转换后的纵坐标；Pmx为Pm位置点的横坐标；Pmy为Pm位置点的纵坐标；hθ为自身车辆的航向角；Phx为自身车辆所在位置点的横坐标；Phy为自身车辆所在位置点的纵坐标；Pnx*为Pn位置点坐标系转换后的横坐标；Pny*为Pn位置点坐标系转换后的纵坐标；Pnx为Pn位置点的横坐标；Pny为Pn位置点的纵坐标；
则若(pnx*-pmx*)(pny*-pmy*)＞0，则自身车辆行驶方向为
Figure FDA0003381444830000023
否则，自身车辆行驶方向为
Figure FDA0003381444830000024
5.根据权利要求4所述的一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，其特征在于：步骤S5中判断周围车辆在行驶道路上的行驶方向包括以下方法：
周围车辆的位置点为Pr(prx，pry)，最短距离位置点Pp(ppx,ppy)，第二距离的位置点Pq(pqx,pqy)，以周围车辆的位置为原点，以周围车辆的行驶方向为Y轴方向建立坐标系，经过以下坐标转换过程进行坐标转换：
Figure FDA0003381444830000031
Figure FDA0003381444830000032
其中，Ppx*为Pp位置点坐标系转换后的横坐标；Ppy*为Pp位置点坐标系转换后的纵坐标；Ppx为Pp位置点的横坐标；Ppy为Pp位置点的纵坐标；rθ为周围车辆的航向角；Prx为周围车辆所在位置点的横坐标；Pry为周围车辆所在位置点的纵坐标；Pqx*为Pq位置点坐标系转换后的横坐标；Pqy*为Pq位置点坐标系转换后的纵坐标；Pqx为Pq位置点的横坐标；Pqy为Pq位置点的纵坐标；
则若(pqx*-ppx*)(pqy*-ppy*)＞0，则周围车辆行驶方向为
Figure FDA0003381444830000033
否则，周围车辆行驶方向为
Figure FDA0003381444830000034
6.根据权利要求5所述的一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，其特征在于：步骤S6中判断自身车辆以及周围车辆的方向是否一致包括以下方法：
自身车辆的行驶方向为：PmPn，周围车辆的行驶方向为：PpPq，若n>m且p>q，或n<m且p<q则自身车辆与周围车辆行驶方向一致，否则自身车辆与周围车辆行驶方向相反。
7.根据权利要求4所述的一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，其特征在于：步骤S7中，根据步骤S3建立的坐标系，即以自身车辆为原点，根据坐标系，判断距离自身车辆最短距离的位置点Pm在其左侧还是右侧，同时，以同样的方法判断第二最短距离的位置点Pp在其左侧或右侧，则：
当pmx**ppx*＞＝0；自身车辆和周围车辆处于同一车道；
当pmx**ppx*＜0；自身车辆和周围车辆处于相邻车道。
8.根据权利要求5所述的一种基于车路协同系统的弯道车辆相对位置分类方法，其特征在于：步骤S8中，根据步骤S5建立的坐标系，即以自身车辆为原点，根据坐标系，判断距离自身车辆最短距离的位置点Pm在其左侧还是右侧，同时，以同样的方法判断第二最短距离的位置点Pp在其左侧或右侧，则：
当pmx**ppx*＞＝0；自身车辆和周围车辆处于对向相邻车道上；
当pmx**ppx*＜0；自身车辆和周围车辆处于同一车道，对向行驶。
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