TWI500543B - 基於時間同步之行車通訊系統及其方法 - Google Patents

基於時間同步之行車通訊系統及其方法 Download PDF

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Description

基於時間同步之行車通訊系統及其方法
本發明是有關於一種行車通訊系統及其方法，特別是指一種基於時間同步之行車通訊系統及其方法。
在美國國家公路交通安全管理的報告中指出，有關所有交通事件有85%~90%的因素是經由碰撞所造成的。因此，行車安全在智慧型行車安全系統中常被拿來當作最主要之研究主題。
然而，習知的行車安全系統只透過測距技術偵測與前車之間的距離，及計算與前車之間的接近速度，以保持安全距離或設定車速。但對於前車以外之行車狀態如緊急煞車所產生之連鎖反應等狀況卻無法偵測並即時回應。除此之外，習知的行車安全系統無法針對周邊之異常行車行為進行偵測，因而無法預警其他車輛可能之主動撞擊。
因此，習知的行車安全系統主要具有以下缺點：1.無法得知與其他車輛之互動關係；2.無法得之前車之前的行車狀態，可能無法避免連環車禍；3.無法得知周遭鄰車之行車狀態，可能無法反應其異常接近或撞擊。
針對以上習知的行車安全系統之缺點，故有必要尋求一解決之道。
因此，本發明之目的，即在提供一種基於時間同步之行車通訊系統。
於是，本發明基於時間同步之行車通訊系統，應用於一行車通訊網路，該行車通訊網路包括一區域主節點及至少一區域從節點。該行車通訊系統包含一資料擷取模組、一時間計算模組，以及一時間同步模組。
該資料擷取模組用以使該區域主節點於每一工作週期內擷取來自於該區域主節點之車內行車訊息，以及來自於該區域從節點之車外行車訊息。
該時間計算模組用以取得該區域主節點之時間標記及該區域從節點之時間標記，並依據該區域主節點之時間標記及該區域從節點之時間標記，計算出一訊息往返時間及一訊息延遲時間，且該時間計算模組還依據該訊息往返時間及訊息延遲時間，計算出該區域從節點相對於該區域主節點之一偏移時間。
該時間同步模組用以將對應於該車外行車訊息之該區域從節點的時間標記依據該偏移時間修正後同步於該區域主節點。
本發明之另一目的，即在提供一種基於時間同步之行車通訊方法。
於是，本發明基於時間同步之行車通訊方法，應用於一行車通訊網路，該行車通訊網路包括一區域主節點及至少一區域從節點；該行車通訊方法包含以下步驟。
首先，利用一資料擷取模組，使該區域主節點於每一 工作週期內擷取來自於該區域主節點之車內行車訊息，以及來自於該區域從節點之車外行車訊息。
接著，利用一時間計算模組，取得該區域主節點之時間標記及該區域從節點之時間標記。
再者，利用該時間計算模組，依據該區域主節點之時間標記及該區域從節點之時間標記，計算出一訊息往返時間及一訊息延遲時間。
進而，利用該時間計算模組，依據該訊息往返時間及訊息延遲時間，計算出該區域從節點相對於該區域主節點之一偏移時間。
繼而，利用一時間同步模組，將對應於該車外行車訊息之該區域從節點的時間標記依據該偏移時間修正後同步於該區域主節點。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖1與圖2，本發明基於時間同步之行車通訊系統，應用於一行車通訊網路1，該行車通訊網路1係由多台透過車間通訊38彼此交換訊息之車輛所構成，並包括一區域主節點11及至少一區域從節點12。在本較佳實施例中，每一台車輛形成一個行車通訊網路1中心之區域主節點11，且多個鄰近於該區域主節點11之其他車輛則個別組成對應於該區域主節點11之區域從節點12。
該行車通訊系統包含一資料擷取模組31、一時間計算模組32、一時間同步模組33、一事件紀錄模組34、一狀態預測模組35，以及一事件預警模組36。該資料擷取模組31用以使該區域主節點11於每一工作週期內擷取來自於該區域主節點11之車內行車訊息13，以及來自於該區域從節點12之車外行車訊息14。
在本較佳實施例中，該車內行車訊息13係透過該區域主節點11之多個感測元件感測而來，而在該區域主節點11中耦接於該等感測元件之行車電腦37與該等感測元件構成該區域主節點11之車內網路。更進一步來說，該等感測元件分別為全球定位系統(Global Position System,GPS)391、加速規(Accelerometer)392、磁力儀(Magnetometer)393，以及陀螺儀(Gyroscope)394，且分別透過控制區域網路匯流排(Control Area Network Bus,CAN Bus)、或通用非同步收發傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART)和該行車電腦37中的專用處理器(Special Purpose Processor,SPP)372相互連結。同樣地，相對於該區域主節點11而言，該車外行車訊息14係來自於該區域從節點12之車內網路，並透過車間通訊38將該車外行車訊息14傳送至該區域主節點11之行車電腦37中的通用處理器371(General Purpose Processor,GPP)371。進而使該資料擷取模組31透過該行車電腦37中的通用處理器371擷取來自於該專用處理器372所接收的車內行車訊息13，及由該區域從節點12透過車間通訊38所傳送的車外 行車訊息14。其中在該區域主節點11之周圍還裝設多部攝影機395，且在該區域從節點12中構成車內網路之元件和在該區域主節點11中構成車內網路之元件相似，故在此不加贅述。
值得一提的是，該行車電腦37通常係為車用電腦，但不限於此，亦可為個人電腦、智慧型手機、或平板電腦等。
該車內行車訊息13及該車外行車訊息14個別包括一用以識別車輛身份之行車識別碼、一由該全球定位系統391所定位之行車座標、一行車速度、一由該加速規392所量測之行車加速度、一由該磁力儀393所感測之行進方向及一由該陀螺儀394所量測之旋轉方向。
參閱圖1、圖2與圖3，該時間計算模組32用以取得該區域主節點11之時間標記(Time Stamp)及該區域從節點12之時間標記，並依據該區域主節點11之時間標記及該區域從節點12之時間標記，計算出一訊息往返時間及一訊息延遲時間，且該時間計算模組32還依據該訊息往返時間及訊息延遲時間，計算出該區域從節點12相對於該區域主節點11之一偏移時間。在本較佳實施例中，該區域主節點11之時間標記及該區域從節點12之時間標記分別對應每一工作週期內由該等感測元件所感測到的該區域主節點11之車內行車訊息13，以及在每一工作週期內來自於該區域從節點12之車外行車訊息14。
假設，在時間標記為t 0 時，該區域主節點11將其車內 行車訊息13透過車間通訊38發送至該區域從節點12，並使該區域從節點12在時間標記為t 1 時接收夾帶該區域主節點11中對應該時間標記t 0 之車內行車訊息13，進而，該區域從節點12並於時間標記為t 2 時，將時間標記為t 1 、t 2 和該區域從節點12之車內行車訊息13(即，為相對於該區域主節點11之車外行車訊息14)傳送出去，最後，使該區域主節點11於時間標記為t 3 時接收。
由於每一台車輛之硬體時鐘均不盡相同，且均有其誤差範圍，因此需藉由該偏移時間d 來修正該區域主節點11與該區域從節點12之時間不同步的問題。
在此定義t 3 -t 0 為時間同步前之該訊息往返時間RTTM ，且t 2 -t 1 為時間同步前之訊息延遲時間Pdelay 。假設在該行車通訊網路1中一共有i 個節點(i =1,2, ...,N )；其中節點1 為區域主節點11，其餘節點則為區域從節點12。
其中，每一節點i 之時間標記在節點1 之本地時間可能座落的時間範圍(即，以括號“[ ]”內上、下限數值表示)分別如式子(1)~(3)所示。
[r 1 ,r 1 ]=[LCcv ,LCcv ]………(1)
其中，LCcv ：表示本地時鐘目前的時刻；r i ：表示節點i 之訊息接收時間，且i =1,2, ...,N ；s i ：表示節點i 之訊息傳送時間，且i =1,2, ...,N ；σ i ：表示節點i 之硬體時鐘最大時間漂移值，且i =1,2, ...,N ；RTTM i ：表示對應時間同步前之節點1 及節點i 間的訊息往返時間，且i =1,2, ...,N ；及Pdelay i ：表示對應時間同步前之節點1 及節點i 間的訊息延遲時間，且i =1,2, ...,N 。
式子(1)：用以表示節點1 之時間標記可能座落在節點1 之本地時間的時間範圍。即，節點1 之時間標記座落在本地時鐘目前的時刻。
式子(2)：用以表示節點2 之時間標記可能座落在節點1 之本地時間的時間範圍。
式子(3)：用以表示節點N (N >2)之時間標記可能座落在節點1 之本地時間的時間範圍。
因此，該時間計算模組32可藉由式子(1)~(3)來計算出對應該區域主節點11之每一區域從節點12的該偏移時間d ，進而，使該時間同步模組33將對應於該車外行車訊息14之該區域從節點12的時間標記依據該偏移時間d 修正後同步於該區域主節點11。
參閱圖1、圖2與圖4，該事件紀錄模組34用以使該區域主節點11於每一工作週期內藉由該等裝設在該區域主節點11周圍之攝影機395取得該區域從節點12之一行車影像資料，並經由環狀佇列342儲存方式儲存該行車影像資料、對應於該行車影像資料之車外行車訊息14，及相關連該車外行車訊息14之經由時間同步後的時間標記。
在本較佳實施例中，該事件紀錄模組34首先在一工作週期T 之時間內，將該行車影像資料、對應於該行車影像資料之車外行車訊息14，及相關連該車外行車訊息14之經由時間同步後的時間標記，依照時間標記之出現前後排序暫存在每一線性佇列341中。進而，該事件紀錄模組34將上述暫存在線性佇列341中的資料儲存在環狀佇列342中。因此，在事故發生時，可藉由該事件儲存模組針對該區域從節點12進行事故之重建。附帶一提的是，本發明不以本較佳實施例所揭露一共儲存八個時間週期為限，亦可為大於八或小於八個時間週期。
該狀態預測模組35用以利用貝式網路(Bayesian Network)，依據經由時間同步後的時間標記所對應的車外行車訊息14來預測出該區域從節點12下一刻之行車狀態。
在本較佳實施例中，該狀態預測模組35透過貝式網路由該車位行車訊息中的該區區域從節點12之行車座標，結合該行車速度、行車加速度、行進方向及旋轉方向其中至 少一者，來預測出該區域從節點12下一刻行車狀態之最大事後機率。當周圍鄰近車輛之行車狀態發生，如，緊急煞車時所產生之連鎖反應時，可藉由預測行車狀態之最大事後機率來提前避開事故之發生。由於上述事後機率之詳細計算方式係為熟習此項技藝者所熟知，故不在此贅述。
該事件預警模組36用以依據該行車狀態之最大事後機率來判定該區域從節點12之車外行車訊息14是否對該區域主節點11構成預期威脅，若是，同時向該區域主節點11及該區域從節點12即時發佈一警告訊息，進而使該根據該警告訊息調整行駛速度。
在本較佳實施例中，當該狀態預測模組35預測出該車外行車訊息14將對該區域主節點11構成預期威脅時，即周圍鄰車有煞車、後車及旁車危險逼近或發生緊急狀況時，該事件預警模組36用以發出該警告訊息至該區域主節點11，同時並透過車間通訊38廣播該警告訊息，並使在通訊範圍內之區域從節點12接收該警告訊息。其中該警告訊息是該事件預警模組36所發出的特定警告聲響，但不以此為限，也可以是無聲的推播警告訊息通知。
參閱圖5，對應上述行車通訊系統，本發明基於時間同步之行車通訊方法之較佳實施例包含下列步驟。
如步驟41所示，該區域主節點11於每一工作週期內擷取來自於該區域主節點11之車內行車訊息13，以及來自於該區域從節點12之車外行車訊息14。
如步驟42所示，取得該區域主節點11之時間標記及該 區域從節點12之時間標記。
如步驟43所示，依據該區域主節點11之時間標記及該區域從節點12之時間標記，計算出該訊息往返時間及該訊息延遲時間。
如步驟44所示，依據該訊息往返時間及訊息延遲時間，計算出該區域從節點12相對於該區域主節點11之該偏移時間。
如步驟45所示，將對應於該車外行車訊息14之該區域從節點12的時間標記依據該偏移時間修正後同步於該區域主節點11。
如步驟46所示，該區域主節點11於每一工作週期內取得該區域從節點12之該行車影像資料，並使該區域主節點11於每一工作週期內利用環狀佇列342儲存方式儲存該行車影像資料，以及該行車影像資料之車內行車訊息13。
如步驟47所示，藉由貝式網路依據對應於經由時間同步後的時間標記的車外行車訊息14來預測出該區域從節點12下一刻之行車狀態。
如步驟48所示，判定該區域從節點12之車外行車訊息14是否構成預期威脅，若否，則回到該步驟41。
如步驟49所示，若該步驟48判定結果為是，則該事件預警模組36同時向該區域主節點11及該區域從節點12發佈該警告訊息。
綜上所述，本發明首先藉由該區域主節點11及與其四周鄰近之區域從節點12間建立群組式之車間通訊38，並透 過該時間同步模組33將四周鄰近之區域從節點12之車外行車訊息14進行時間同步，以得到對應於該區域主節點11之車內行車訊息13的經由時間同步後的時間標記的車外行車訊息14，進而與鄰車建立時間同步關係且可精確的得知周圍鄰車之行車狀態，並針對周圍鄰車異常狀態立即反應，以達成縮短預警時間之功效，繼而提升行車安全，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧行車通訊網路
11‧‧‧區域主節點
12‧‧‧區域從節點
13‧‧‧車內行車訊息
14‧‧‧車外行車訊息
31‧‧‧資料擷取模組
32‧‧‧時間計算模組
33‧‧‧時間同步模組
34‧‧‧事件紀錄模組
35‧‧‧狀態預測模組
36‧‧‧事件預警模組
37‧‧‧行車電腦
371‧‧‧通用處理器
372‧‧‧專用處理器
38‧‧‧車間通訊
391‧‧‧全球定位系統
392‧‧‧加速規
393‧‧‧磁力儀
394‧‧‧陀螺儀
395‧‧‧攝影機
41~49‧‧‧步驟
圖1是一示意圖，說明本發明基於時間同步之行車通訊系統應用於一行車通訊網路；圖2是一方塊圖，說明本發明基於時間同步之行車通訊系統之較佳實施例；圖3是一示意圖，說明本發明基於時間同步之行車通訊系統之一區域主節點與一區域從節點進行車間通訊；圖4是一示意圖，說明對應本發明之一事件紀錄模組的多個線性佇列及一環狀佇列；以及圖5是一流程圖，說明本發明基於時間同步之行車通訊方法之較佳實施例。
31‧‧‧資料擷取模組
32‧‧‧時間計算模組
33‧‧‧時間同步模組
34‧‧‧事件紀錄模組
35‧‧‧狀態預測模組
36‧‧‧事件預警模組
37‧‧‧行車電腦
371‧‧‧通用處理器
372‧‧‧專用處理器
38‧‧‧車間通訊
391‧‧‧全球定位系統
392‧‧‧加速規
393‧‧‧磁力儀
394‧‧‧陀螺儀
395‧‧‧攝影機

Claims (6)

  1. 一種基於時間同步之行車通訊系統，應用於一行車通訊網路，該行車通訊網路包括一區域主節點及至少一區域從節點，該行車通訊系統包含：一資料擷取模組，用以使該區域主節點於每一工作週期內擷取來自於該區域主節點之車內行車訊息，以及來自於該區域從節點之車外行車訊息，其中該車內行車訊息及該車外行車訊息個別包括一行車識別碼、一行車座標、一行車速度、一行車加速度、一行進方向及一旋轉方向；一時間計算模組，用以分別取得該區域主節點之時間標記及該區域從節點之時間標記，並依據該區域主節點之時間標記及該區域從節點之時間標記，計算出一訊息往返時間及一訊息延遲時間，且該時間計算模組還依據該訊息往返時間及訊息延遲時間，計算出該區域從節點相對於該區域主節點之一偏移時間；一時間同步模組，用以將對應於該車外行車訊息之該區域從節點的時間標記依據該偏移時間修正後同步於該區域主節點；及一事件紀錄模組，用以使該區域主節點於每一工作週期內取得該區域從節點之一行車影像資料，並使該區域主節點於每一工作週期內利用環狀佇列儲存方式儲存該行車影像資料、對應於該行車影像資料之車外行車訊息，及相關連該車外行車訊息之經由時間同步後的時間 標記。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之基於時間同步之行車通訊系統，還包含一狀態預測模組，用以利用貝式網路，依據對應於該車外行車訊息之經由時間同步後的時間標記來預測出該區域從節點下一刻之行車狀態。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之基於時間同步之行車通訊系統，還包含一事件預警模組，用以判定該區域從節點之車外行車訊息是否構成預期威脅，若是，同時向該區域主節點及該區域從節點發佈一警告訊息。
  4. 一種基於時間同步之行車通訊方法，應用於一行車通訊網路，該行車通訊網路包括一區域主節點及至少一區域從節點，該行車通訊方法包含以下步驟：(A)利用一資料擷取模組，使該區域主節點於每一工作週期內擷取來自於該區域主節點之車內行車訊息，以及來自於該區域從節點之車外行車訊息，其中該車內行車訊息及該車外行車訊息個別包括一行車識別碼、一行車座標、一行車速度、一行車加速度、一行進方向及一旋轉方向；(B)利用一時間計算模組，取得該區域主節點之時間標記及該區域從節點之時間標記；(C)利用該時間計算模組，依據該區域主節點之時間標記及該區域從節點之時間標記，計算出一訊息往返時間及一訊息延遲時間；(D)利用該時間計算模組，依據該訊息往返時間 及訊息延遲時間，計算出該區域從節點相對於該區域主節點之一偏移時間；(E)利用一時間同步模組，將對應於該車外行車訊息之該區域從節點的時間標記依據該偏移時間修正後同步於該區域主節點；及(F)利用一事件紀錄模組，使該區域主節點於每一工作週期內取得該區域從節點之一行車影像資料，並使該區域主節點於每一工作週期內利用環狀佇列儲存方式儲存該行車影像資料、對應於該行車影像資料之車外行車訊息，及相關連該車外行車訊息之經由時間同步後的時間標記。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之基於時間同步之行車通訊方法，還包含在該步驟(F)之後的一步驟(G)，利用一狀態預測模組，藉由貝式網路依據對應該經由時間同步後之時間標記的車外行車訊息來預測出該區域從節點下一刻之行車狀態。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之基於時間同步之行車通訊方法，在該步驟(G)之後該方法還包含以下步驟：(H)利用一事件預警模組，判定該區域從節點之車外行車訊息是否構成預期威脅；以及(I)若該步驟(H)判定結果為是，則該事件預警模組同時向該區域主節點及該區域從節點發佈一警告訊息。
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