CN116469275A - 一种高速公路车辆防撞预警系统 - Google Patents

一种高速公路车辆防撞预警系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于交通安全领域，具体涉及一种高速公路车辆防撞预警系统。本发明具体包括：安全车距保持子系统、制动信号识别子系统、减速制动预警子系统。一方面，两车之间实际车间距小于目标车辆实际车速下的理论安全车距，系统将发出一个安全预警信号，然后系统发出警报，提醒驾驶员减速，这将通过安全车距保持子系统和减速制动预警子系统实现。当道路前方发生交通事故该车道线前方车辆开始紧急减速制动或该车道通行车辆拥堵时前方车辆频繁进行减速、制动和加速操作时，系统发出警报，提醒目标车驾驶员更早地作出减速或制动行为，降低因减速制动时机太晚而紧急制动时发生碰撞的风险，这将通过制动信号识别子系统和减速制动预警子系统实现。

Description

一种高速公路车辆防撞预警系统
技术领域
本发明属于交通安全领域，具体涉及一种高速公路车辆防撞预警系统。
背景技术
我国是汽车保有量大国同时也是高速公路运营大国，截止2022年底，全国机动车保有量达4.17亿辆，其中汽车3.19亿辆，全国高速公路运营里程为17.7万公里。高速公路给生活带来便利的同时，也带来了相关的交通安全问题。一方面，当路段前方发生交通事故后前方车辆紧急制动时，由于高速公路上车辆车速较快，后方车辆无法及时获得前方路段信息而不能及时作出减速行为，可能会导致后车与前车发生碰撞。另一方面，重大节假日期间，大批的车辆涌入高速公路，在临近城市的高速路口附近，造成高速公路拥堵，驾驶员会在加速、减速和制动之间频繁切换，由于拥堵时，车辆之间距离较短，频繁的加速、减速和制动极易发生车辆碰撞，进而可能引起连环碰撞的交通安全事故，损害人们的生命财产安全。
高速公路车辆防撞预警对于提高交通安全具有重要意义。然而，现有的车辆防撞预警机制只考虑了目标车与前方相邻车辆的关系作为预警因素(如通过制动距离、行车间距等)来进行碰撞预警，没有将目标车与前方次相邻车辆制动信号纳入预警因素。本发明除了考虑目标车1与前方相邻车辆2之间的位置信息以外，还考虑目标车1前方次相邻车辆3的制动信号，以便更早的获取次前车3准备减速制动的时机，进而目标车1更早的对前方相邻车辆作出减速或制动的行为。本发明提出了一种高速公路车辆防撞预警系统。
发明内容
为了解决高速公路行驶的车辆在遇到交通事故或者道路拥堵路段减速制动时容易发生车辆碰撞的问题而提出的车辆碰撞预警，本发明所述一种高速公路车辆碰撞预警系统，包括安全车距保持子系统、制动信号识别子系统、减速制动预警子系统。
下面对每个子系统的功能、作用和实现过程做简要性的描述。
目标车1在车道线正常行驶时，首先要与前方相邻车辆2保持一个安全车距，这将通过安全车距保持子系统实现。
安全车距保持子系统包括车速读取模块、车距测量模块、数据处理模块,其功能是保持安全车距，降低紧急情况下减速制动造成发送碰撞的可能性。
所述车速读取模块其功能是读取目标车1的车速信息，通过一种存储器实时读取目标车1的速信息,并将读取的车速vfact发送给数据处理模块。
所述车距测量模块其功能是测量目标车1与前方相邻车辆2之间的距离，通过布置在目标车1上的激光雷达和单目相机1计算出目标车1与前方相邻车辆2之间的距离L。
所述数据处理模块，首先通过对比激光雷达和单目相机计算得出的目标车与前车实际车间距，得出最小车间距作为实际车间距Lfact；其次由当前实际车速vfact和实际车间距Lfact计算得出理论安全车距Ltheory，若当前车速下的实际车距小于理论安全车距，则数据处理模块发送一个信号给减速制动子系统下的信号接收模块。
当道路前方发生交通事故该车道线前方车辆开始紧急减速制动或者该车道通行车辆拥堵时前方车辆频繁进行减速、制动和加速操作时，为了使目标车1更早的获取道路前方车辆的减速制动信号，以便目标车尽早作出减速制动行为，这将通过制动信号识别子系统实现。
制动信号识别子系统其功能是及时识别到距离目标车较远处的次前车的制动信号，以便目标车辆更早的收到可能需要减速制动的信号，包括信号识别模块、信号发送模块。
所述信号识别模块其功能是识别与目标车1处于同一车道线的次前车3减速制动时的制动尾灯图像。通过布置在目标车1车顶的单目相机2获取目标车1前方次前车3的制动尾灯亮起时的信号，当次前车3减速制动时，踩下制动踏板，次前车3的制动尾灯亮起，相机2捕获图像，传输给信号发送模块。
所述信号发送模块，其功能是在信号识别模块获取次前车3制动信号后，发出一个信号给减速制动预警子系统中的信号接收模块，通过蓝牙1实现信号发送。
减速制动预警子系统其功能是目标车1接收到需要减速制动的预警信号，发出警报，提醒驾驶员及时作出减速制动的行为，降低因减速制动不及时而发生车辆间碰撞的风险，包括信号接收模块、减速预警模块。
所述信号接收模块，功能是接收来自车距保持子系统和中由数据处理模块发出的信号和来自制动信号识别子系统的信号，并给减速预警模块发出信号，通过目标车辆上的蓝牙2实现信号接收功能。
所述减速预警模块，其功能是提醒驾驶员减速，实现减速预警功能，包括两方面内容：一方面是当前实际车距小于理论安全车距时，接收由数据处理模块发出的信号，通过警报灯闪烁的方式提醒当前车辆减速，预警功能由一个警报灯来实现；另一方面是当接收到次前车3制动尾灯亮起的信号后，蜂鸣器发出警报，提醒驾驶员提前减速，预警功能由一个蜂鸣器来实现。
附图说明
图1为本申请实施例的系统流程图；
图2为本申请实施例的系统示意图；
图3为本申请实施例的单目相机1计算车间距系统示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。
如图1和图2所示，本申请的一个实施例提供了一种高速公路车辆防撞预警系统，包括安全车距保持子系统、制动信号识别子系统、减速制动预警子系统。
目标车1在车道线正常行驶时，首先要与前方相邻车辆2保持一个安全车距，这将通过安全车距保持子系统实现。
安全车距保持子系统其功能是保持安全车距，降低紧急情况下减速制动造成可能发送碰撞的可能性，包括车速读取模块、车距测量模块、数据处理模块。
所述车速读取模块其功能是读取目标车1的车速信息，通过一种存储器实时读取目标车1当前车速信息,并将读取的车速vfact发送给数据处理模块。
所述车距测量模块其功能是测量目标车1与前方相邻车辆之间的距离，通过布置在目标车1上的激光雷达或单目相机1计算出目标车1与前方相邻车辆之间的距离L。设定相机成像面坐标系原点为P0(x0,y0)，相机1光轴与前车的交点在成像面上的坐标为P(x,y),单目相机1的布置参数为：离地面高度为h1，相机参数为俯仰角为θ1，焦距为f1。激光雷达测量得到的两车间距为L1，单目相机1计算得到的两车间距为
所述数据处理模块，有2个功能和实现步骤。
步骤1：得出实际车间距。在忽略相机与雷达水平间距的情况下，对比激光雷达测量与单目相机计算得到的目标车1与前方相邻车的车间距，得到最小值作为实际车间距Lfact。设激光雷达实时测量的目标车1与前方相邻车间距为L1，单目相机1计算的目标车1与前方车辆间距为L2，若L1<L2，则Lfact＝L1；若L2<L1，则Lfact＝L2。
步骤2：由当前实际速度和实际车距得到安全车距。一般地，两车行驶时，安全车距与当前车速有关。车速大于100km/h时，安全车距在100m以上，我们设定最小安全车距为100m；当车速在60km/h以上时,安全车距在数字上等于车速，例如目标车1以80km/h的车速行驶，安全车距为80m；当车速在50km/h左右时,安全车距不低于50m，我们设定此时最小安全车距为50m；当车速在40km/h以下时,安全车距不低于30m。数据处理模块根据当前实际车速vfact，得到当前速度相适应的理论安全车距Ltheory。再比较当前车速下的实际车距Lfact与当前车速下的理论安全车距Ltheory，若当前实际车速vfact下，Lfact<Ltheroy，则发送信号给减速制动子系统下的信号接收模块。
当道路前方发生交通事故该车道线前方车辆开始紧急减速制动或者该车道通行车辆拥堵时前方车辆频繁进行减速、制动、加速操作时，为了使目标车1更早的获取道路前方车辆的减速制动信号，以便目标车尽早作出减速制动行为，这将通过制动信号识别子系统实现。
制动信号识别子系统其功能是及时识别到距离目标车较远处的次前车的制动信号，以便目标车辆更早的收到可能需要减速制动的信号，包括信号识别模块、信号发送模块。
所述信号识别模块其功能是识别与目标车1处于同一车道线的次前车3减速制动时的制动尾灯图像。通过布置在目标车1车顶的单目相机2获取目标车1前方次前车3的制动尾灯亮起时的信号，当次前车3减速制动时，踩下制动踏板，次前车3的制动尾灯亮起，相机2捕获图像，传输给信号发送模块。
优选的，相机2的布置有如下特点：相机2光轴中心距离地面的高度为h2，且高度可升降，h2>h1，俯仰角为θvariety且在动态变化。
所述信号发送模块，其功能是在信号识别模块获取次前车3制动信号后，发出一个信号给减速制动预警子系统中的信号接收模块，通过蓝牙1实现信号发送。
减速制动预警子系统其功能是目标车1接收到需要减速制动的预警信号，发出警报，提醒驾驶员及时作出减速制动的行为，降低因减速制动不及时而发生车辆间碰撞的风险，包括信号接收模块、减速预警模块。
所述信号接收模块，包含两方面功能，一方面接收来自车距保持子系统中由数据处理模块发出的信号，另一方面接收来自制动信号识别子系统的信号，并给减速预警模块发出信号，通过目标车辆上的蓝牙2实现信号接收功能。
所述减速预警模块，包含2个功能，功能1是当前实际车距小于理论安全车距时，接收由数据处理模块发出的信号，通过警报灯闪烁的方式提醒当前车辆减速，预警功能由一个警报灯来实现；功能2是当接收到次前车3制动尾灯亮起的信号后，蜂鸣器发出警报，提醒驾驶员提前减速，实现减速预警功能。
本发明一种高速公路车辆防撞预警系统，具体工作过程如下：
如图2所示，为本申请实施例的系统示意图，包括目标车1、前方相邻车辆2、次相邻车辆3、激光雷达、相机1、相机2。
目标车1在车道线正常行驶时，首先要与前方相邻车辆2保持一个安全车距，若实际车距小于安全车距，系统则需要安全风险预警提醒驾驶员。
Step1，车速读取模块读取目标车1的车速信息。通过一种存储器实时读取目标车1当前车速信息,并将读取的车速vfact发送给数据处理模块。
Step2，车距测量模块其功能是测量目标车1与前方相邻车辆之间的距离，通过布置在目标车1上的激光雷达或单目相机1计算出目标车1与前方相邻车辆之间的距离L。
Step2.1，激光雷达测量得到的两车间距为L1。
Step2.2，单目相机1计算得到的两车间距为L2。如图3所示，设定相机成像面坐标系原点为P0(x0,y0)，相机1光轴与前车的交点在成像面上的坐标为P(x,y),单目相机1的布置参数为：离地面高度为h1，相机参数为俯仰角为θ1，焦距为f1。计算得
Step2.3，将计算得到的两车间距L1和L2传输给数据处理模块。
Step3，数据处理模块，通过计算得到的两车间距L1和L2和车速读取模块读取的实际车速vfact计算出目标车1与前车2之间的理论车间距与实际车间距，并做安全风险判断。
Step3.1，计算实际车间距。对比激光雷达测量与单目相机计算得到的目标车1与前方相邻车的车间距，得到最小值作为实际车间距Lfact。设激光雷达实时测量的目标车1与前方相邻车间距为L1，单目相机1计算的目标车1与前方车辆间距为L2，若L1<L2，则Lfact＝L1；若L2<L1，则Lfact＝L2。
Step3.2，由当前实际速度和实际车距得到安全车间距。两车行驶时，安全车距与当前车速有关，车速大于100km/h时，安全车距在100m以上，我们设定最小安全车距为100m；当车速在60km/h以上时,安全车距在数字上等于车速，例如目标车1以80km/h的车速行驶，安全车距为80m；当车速在50km/h左右时,安全车距不低于50m，我们设定此时最小安全车距为50m；当车速在40km/h以下时,安全车距不低于30m。数据处理模块根据当前实际车速vfact，得到当前速度相适应的理论安全车距Ltheory。
Step3.3，安全风险判断。数据处理模块再比较当前车速下的实际车距Lfact与当前车速下的理论安全车距Ltheory，当前实际车速vfact下，若Lfact<Ltheory，则发送信号给减速制动子系统下的信号接收模块；若Lfact>Ltheory，则不发送任何信号。
当道路前方发生交通事故该车道线前方车辆开始紧急减速制动或者该车道通行车辆拥堵时前方车辆频繁进行减速、制动、加速操作时，为了使目标车1更早的获取道路前方车辆的减速制动信号，以便目标车尽早作出减速制动行为，这将通过制动信号识别子系统实现。制动信号识别子系统包括信号识别模块和信号发送模块。
Step4，信号识别模块识别与目标车1处于同一车道线的次前车3减速制动时的制动尾灯图像。通过布置在目标车1车顶的单目相机2获取目标车1前方次前车3的制动尾灯亮起时的信号。当次前车3减速制动时，踩下制动踏板，次前车3的制动尾灯亮起，相机2捕获图像，传输给信号发送模块。
优选的，相机2的布置有如下特点：相机2光轴中心距离地面的高度为h2，且高度可升降，h2>h1，俯仰角为θvariety且在动态变化。
Step5，信号发送模块在信号识别模块获取次前车3制动信号后，发出一个信号给减速制动预警子系统中的信号接收模块。信号发送功能通过蓝牙1实现。
目标车1接收到需要减速制动的预警信号，发出警报，提醒驾驶员及时作出减速制动的行为，降低因减速制动不及时而发生车辆间碰撞的风险，通过减速预警子系统实现。减速预警子系统包括信号接收模块、减速预警模块。
Step6，信号接收模块接收来自车距保持子系统中由数据处理模块发出的信号，并给减速预警模块发出信号1，通过目标车辆上的蓝牙2实现信号接收和发送功能。
Step7，减速预警，警报灯闪烁发出警报。当目标车1与前车2之间的实际车距小于理论安全车距时，减速预警模块接收由数据处理模块发出的信号1后，系统通过警报灯闪烁的方式提醒当前车辆减速。
Step8，信号接收模块接收来自制动信号识别子系统的信号，并给减速预警模块发出一个信号2。
Step9，减速预警，蜂鸣器蜂鸣发出警报。当减速预警模块接收到目标车1的次前车3制动尾灯亮起的信号2后，蜂鸣器发出警报，提醒驾驶员提前减速，实现减速预警功能。
需要说明的是，本发明所述的一种高速公路防撞预警系统中包含安全车距保持子系统、制动信号识别子系统、减速预警子系统，若目标车1的同车道线前方不远处只有车辆2，而没有车辆3或者车辆3在车辆2的前方较远处，那么制动信号识别子系统不工作，安全车距保持子系统工作，也可实现目标车1与前车2之间的一个碰撞预警功能。
另外，上述具体实施方式及步骤，并不唯一限制，本领域内的技术人员可根据需求，进行组合、修改或变换。

Claims (1)

1.一种高速公路车辆防撞预警系统，其特征在于：
Step1，车速读取模块读取目标车的车速信息，通过一种存储器实时读取目标车当前车速信息，并将读取的当前车速vfact发送给数据处理模块；
Step2，车距测量模块其功能是测量目标车与前方相邻车辆之间的距离，通过布置在目标车上的激光雷达或单目相机计算出目标车与前方相邻车辆之间的距离L；
Step2.1，激光雷达测量得到的两车间距为L1；
Step2.2，单目相机计算得到的两车间距为L2，设定相机成像面坐标系原点为P0(x0,y0)，相机光轴与前车的交点在成像面上的坐标为P(x,y)，单目相机的布置参数为：离地面高度为h1，相机参数为俯仰角为θ1，焦距为f1，计算得
Step2.3，将计算得到的两车间距L1和L2传输给数据处理模块；
Step3，数据处理模块，通过计算得到的两车间距L1和L2和车速读取模块读取的实际车速vfact计算出目标车与前车之间的理论车间距与实际车间距，并做安全风险判断；
Step3.1，计算实际车间距，对比激光雷达测量与单目相机计算得到的目标车与前方相邻车的车间距，得到最小值作为实际车间距Lfact，设激光雷达实时测量的目标车与前方相邻车间距为L1，单目相机计算的目标车与前方车辆间距为L2，若L1<L2，则Lfact＝L1；若L2<L1，则Lfact＝L2；
Step3.2，由当前实际速度和实际车距得到安全车间距，两车行驶时，安全车距与当前车速有关，车速大于100km/h时，安全车距在100m以上，设定最小安全车距为100m；当车速在60km/h以上时,安全车距在数字上等于车速；当车速在40km/h以下时,安全车距不低于30m；数据处理模块根据当前实际车速vfact，得到当前速度相适应的理论安全车距Ltheory；
Step3.3，安全风险判断，数据处理模块再比较当前车速下的实际车距Lfact与当前车速下的理论安全车距Ltheory，当前实际车速vfact下，若Lfact<Ltheory，则发送信号给减速制动子系统下的信号接收模块；若Lfact>Ltheory，则不发送任何信号；
Step4，信号识别模块识别与目标车处于同一车道线的次前车减速制动时的制动尾灯图像，通过布置在目标车车顶的单目相机获取目标车前方次前车的制动尾灯亮起时的信号，当次前车减速制动时，踩下制动踏板，次前车的制动尾灯亮起，相机捕获图像，传输给信号发送模块；
Step5，信号发送模块在信号识别模块获取次前车制动信号后，发出一个信号给减速制动预警子系统中的信号接收模块，信号发送功能通过蓝牙实现；
Step6，信号接收模块接收来自车距保持子系统中由数据处理模块发出的信号，并给减速预警模块发出信号，通过目标车辆上的蓝牙实现信号接收和发送功能；
Step7，减速预警，警报灯闪烁发出警报，当目标车与前车之间的实际车距小于理论安全车距时，减速预警模块接收由数据处理模块发出的信号后，系统通过警报灯闪烁的方式提醒当前车辆减速；
Step8，信号接收模块接收来自制动信号识别子系统的信号，并给减速预警模块发出一个信号；
Step9，减速预警，蜂鸣器蜂鸣发出警报，当减速预警模块接收到次前车制动尾灯亮起的信号后，蜂鸣器发出警报，提醒驾驶员提前减速，实现减速预警功能。
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