TWI501203B - A method based on safety warnings of vehicle driving roads - Google Patents

Description

基於車輛行駛道路之安全警示告知的方法

本發明係關於一種基於車輛行駛道路之安全警示告知的方法；特別有關於蒐集在通訊傳遞範圍內所有車輛的行駛行為，藉由一伺服器分析所蒐集到的所有資訊並進行處置的方法。

由於近代汽車工業的發達，生產線技術的提升，使得近代汽車生產速度越來越快，全球車輛數也是不斷地增加。隨著車輛數增加，也伴隨著許多交通問題產生，像是交通事故發生、交通壅塞等，目前，全球每20秒就會有一人在道路交通事故中喪生。道路交通事故每年造成近130萬人死亡，還造成5000萬人傷殘，給家庭和社會造成不可估量的損失，這也成為各國政府棘手的問題。

隨著電腦及通訊系統的進步，各國致力於發展智慧性運輸系統(Intelligent Transportation Systems，簡稱ITS)，智慧性運輸系統結合了電子、通信、電腦、控制及感測等技術應用在各種運輸系統，透過即時資訊傳輸，以改進交通安全與服務的問題。車載網路(Vehicular Ad hoc networks，簡稱VANETs)是智慧性運輸系統中一項重要的技術，車載網路藉著安裝在車輛上的OBU(On Board Unit)和道路上的RSU(Road Side Unit)所建構成一個動態的網路拓撲，使車輛間得以互相溝通，如此一來便能藉著車載網路發展更多網路應用，如安全訊息傳播、氣象報告、即時車況回報等。面對交通安全 問題上，不斷改善交通安全，以提供所有用路人安全的道路環境，減少意外事故發生是智慧型運輸系統的一個重要目標，爰此之故，申請人有鑑於習知技術之缺失，乃思一克服傳統技術未臻理想之缺失，不斷加以研究、改良，並經試作證明可行，進而創作出本案「基於車輛行駛道路之安全警示告知的方法」，用以改善上述習用手段之缺失。

本發明之目的，在於提供一種基於車輛行駛道路之安全警示告知的方法，令車輛於行駛過程中，可以藉由無線通訊網絡與其他車輛保持安全距離，並可藉由伺服器主動及被動告知區域範圍內具有危險駕駛行為的車輛，以遂行遠離該危險車輛，確保行車安全。

根據上述目的，本創作提供一種基於車輛行駛道路之安全警示告知的方法，包括下列步驟：(a)計算通訊傳輸範圍內所有車輛的平均速度及標準差；(b)判斷是否有車輛超速及龜速，若有超速則主動通知駕駛減速，若有龜速則主動通知駕駛加速；(c)判斷同一車道之前方是否有車輛，若有則判斷是否保持安全車距，若否則主動通知駕駛減速以加大與前車距離；(d)判斷是否有車輛水平位移超過一車道寬度，若有則判斷該車輛之轉向角度是否適當，若否則主動發送訊息告知前方車輛及後方車輛，並被動接收其他車輛訊息以遠離轉向角度不適當之車輛；(e)周期性更新通訊傳輸範圍內所有車輛的平均速度及標準差，同時判斷是否有車輛變換車道過於頻繁，若有則主動發送訊息告知前方車輛，並被動接收其他車輛訊息以遠離轉變換車道過於頻繁之車輛；以及(f)判斷是否有車輛呈現酒醉駕駛及疲勞駕 駛的狀態，若有則主動發送訊息告知前方車輛，並被動接收其他車輛訊息以遠離酒醉駕駛及疲勞駕駛之車輛。

基於上述構想，其中步驟(a)~(f)係藉由一伺服器進行分析所有蒐集到的資訊。

基於上述構想，其中該伺服器係並藉由一訊息收發裝置取得一區域的車輛廣播訊息，該區域的每一台車均可透過任何一種無線通訊傳遞訊息，再透過該伺服器將這些訊息及自身車輛的資訊，判斷自身車輛及該區域的車輛是否有危險駕駛的情形，並傳遞及告知其他車輛。

基於上述構想，其中步驟(a)及(b)係由一速度判斷模組所執行。

基於上述構想，其中步驟(c)係由一安全距離偵測及建議模組所執行。

基於上述構想，其中步驟(d)係由一不適當轉向角度偵測及建議模組所執行。

基於上述構想，其中步驟(e)係由一頻繁變換車道偵測及建議模組所執行。

基於上述構想，其中其中步驟(f)係由一酒醉駕駛或疲勞駕駛建議模組所執行。

因此，本發明之特點即在於：

1、能藉由無線通訊方式蒐集區域性車輛行為資訊。

2、本方法透過一車輛中一伺服器分析區域性車輛資訊。

3、本方法能透過多個單元進行分析該區域是否存在危險駕駛， 包含速度變化偵測及建議單元、安全距離偵測及建議單元、不適當轉向角度偵測及建議單元、頻繁變換車道偵測及建議單元以及油醉駕駛或疲勞駕駛建議單元。

本方法擁有主動與被動式告知本身或者其他駕駛之應對策略，主動式告知為伺服器分析過後主動通知本車駕駛應做何種之應對以及主動告知其他車輛應做何種應對，被動式告知則為本車接收到其他車輛之訊息來做應對。

本發明提出一防治危險駕駛的機制，道路上車輛利用車載網路彼此交換訊息，以判定出車輛違規情形，並給予車輛建議策略，以預防可能發生的危險情況。實驗證明，使用本發明之防治危險駕駛的機制能夠有效降低車輛發生交通意外，維持道路交通安全。

10~19、111~112、121~122、171‧‧‧步驟

20~24‧‧‧步驟

30~39‧‧‧步驟

40~49‧‧‧步驟

50~53‧‧‧車輛

60‧‧‧角度變換示意圖

70~73‧‧‧車輛

80~89、891‧‧‧步驟

90~94‧‧‧步驟

第1圖係本發明一實施例之流程圖。

第2圖係本發明之系統狀態圖。

第3圖係本發明一實施例之速度判斷流程圖。

第4圖係本發明一實施例之安全距離判斷流程圖。

第5圖係本發明一實施例之車道變換示意圖。

第6圖係本發明一實施例之車道角度變換示意圖。

第7圖係本發明一實施例之後方來車追撞示意圖。

第8圖係本發明一實施例之不適當角度偵測判斷流程圖。

第9圖係本發明一實施例之頻繁變換車道判斷流程圖。

本案將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟習本技藝之人士可據以完成，然本案之實施並非可由下列實施例而被限制其實施型態。

為便於 貴審查委員能對本新型之技術手段及運作過程有更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下。

本發明將危險駕駛情況分類為五大類，分別是速度變化情形、是否有保持安全距離、不適當轉向角度、變換車道及酒駕或疲勞駕駛等。速度變化部分可能會有車輛超速或低速、緊急煞車及逆向駕駛的危險情形發生；車輛行進間應保持適當安全距離以避免車輛追撞；短期間內車輛變換車道太頻繁可能有蛇行情形發生，使得車輛易發生危險；不適當轉向角度可能會引起車輛追撞；酒醉或疲勞駕駛，可能引發多種危險情形。因此本發明係由五個偵測模組組成，分別是速度變化偵測及建議模組(Speed Variance Detection and Suggestion Module)、安全距離偵測及建議模組(Safety Distance Detection and Suggestion Module)、不適當轉向角度偵測及建議模組(Inappropriate Steering Angle Detection and Suggestion Module)、頻繁變換車道偵測及建議模組(Lane Change Frequency Detection and Suggestion Module)及酒醉駕駛或疲勞駕駛建議模組(Drunk/Fatigue Driving Suggestion Module)。

請參閱第1圖，其為本發明一實施例之流程圖。於本實施例中，本發明係在車載無線通訊信號得以相互構聯的區域範圍內，蒐集該區域內所有車輛的行駛行為，藉由一伺服器進行分析所蒐集到 的所有資訊。首先，本發明會執行步驟(a)計算通訊傳輸範圍內所有車輛的平均速度及標準差10；接著執行步驟(b)判斷是否有車輛超速及龜速11？若有超速則主動通知駕駛將車輛減速111至安全速度範圍內，若有龜速則主動通知駕駛加速車輛112至安全速度範圍內；接著執行步驟(c)判斷同一車道之前方是否有車輛12？若有則再判斷是否有保持安全車距121？若判斷出未有保持安全距離則主動通知駕駛減速車輛以加大與前車距離122至安全距離範圍內；接著執行步驟(d)判斷是否有車輛水平位移超過一車道寬度13？若有則再判斷該車輛之轉向角度是否適當14？若判斷出該車輛之轉向角度不適當則主動發送訊息告知前方車輛及後方車輛，並被動接收其他車輛訊息以遠離轉向角度不適當之車輛15；接著執行步驟(e)周期性更新通訊傳輸範圍內所有車輛的平均速度及標準差16，同時判斷是否有車輛變換車道過於頻繁17？若有則主動發送訊息告知前方車輛，並被動接收其他車輛訊息以遠離變換車道過於頻繁之車輛171；接著執行步驟(f)判斷是否有車輛呈現酒醉駕駛及疲勞駕駛的狀態18？若有則主動發送訊息告知前方車輛，並被動接收其他車輛訊息以遠離酒醉駕駛及疲勞駕駛之車輛19，接著，即反覆執行前述各步驟。

於本實施例中，具備車載無線通訊裝備的每輛車皆會執行本發明之機制，並收發其他車輛之廣播訊息，利用這些訊息及自身車輛的資訊來判斷自身車輛是否有違規的情形發生，若有違規情形發生，本發明機制會視違規情形採取主動式或被動式的建議動作與其他車輛通聯，而接獲警告的車輛皆會服從該建議動作行駛。

本發明機制需要的數據有車輛速度v、平均車輛速度、車輛加速度a、車輛速度標準差σ、同一車道自身車輛與前車車輛的距離d_2v 、隔壁車道後方來車與自身車輛垂直距離d_2v' ，變換車道的比率Lcr，變換車道次數Nlc。以上數據皆是週期行測量，平均車輛速度及車輛速度標準差σ為t_period 週期時間更新測量，其餘數據皆是每秒鐘不斷更新測量，t_total 時間為累計經過時間，故t_total 除以t_period 的餘數為零時便表示要更新及σ。

請參閱第2圖，其為本發明之系統狀態圖。首先系統處於閒置狀態20，意即通訊範圍內的網路節點係從閒置狀態開始；接著，網路節點進入監聽狀態21；接著主動發送PDD(Prevention of Dangerous Driving)封包給通訊範圍內的網路節點，此時即呈發送PDD封包後狀態22；一旦收到PDD封包，便會檢查該封包的Vid(欲建議車輛的編號)是否就是自己的id(紀錄自身車輛編號)，此時即呈接受PDD封包後狀態23；接著會進入處理時間狀態24，此時即開始計算通訊傳輸範圍內所有車輛的平均速度及標準差，若是收到建議行為訊息，便會開始執行建議行為。若自己的id符合該Vid則會視PDD封包中的行為(action)欄位進行建議的動作，計算完畢則又會回到監聽(Listen)狀態。

請參閱第3圖，其為本發明一實施例之速度判斷流程圖。此實施例即進入速度判斷模組之判斷流程，一般車輛行駛道路中，每條道路上皆設有最高速限Vmax，若是在高速公路或是快速道路上還會有最低速限Vmin的限制。有了這些速度限制，車輛行駛於道路中，速度為達到該道路的速限或是超過該道路的速限皆是違反交通規則，所以在一個有最高速限 與最低速限的道路上，車輛行駛速度應該介於最高速限與最低速限之間，如下列公式1所示：Vmin v V _max 若行駛速度v超過Vmax則視為超速車輛；反之，行駛速度v低於Vmin則視為低速車輛。無論是超速或是低速車輛在這樣的速限規定下行駛，皆有可能發生危險。考慮到有可能塞車情況之下，道路中行駛車輛有可能無法達到目標速限範圍，在塞車範圍內的車輛可能會發生行駛速度v皆低於Vmin，若是套用上述公式1，所有車輛皆會視為低速車輛，可見公式1在此判斷下並不適當。車輛之行駛速度接近常態分佈，可以算出在傳輸範圍內，具有相同行駛方向的平均車速以及標準差σ，根據統計學中的常態分佈(Normal Distribution)，約有68%的車速介於平均車速加減一倍標準差σ之間，如第3圖所示。一開始會計算以自己為中心一倍傳輸範圍內車輛的平均速度及速度的標準差σ 30，得到V’max以及V’min。接著，判斷是否v介於V’max及V’min之間31，若是自身車輛速度v介於V’max及V’min之間，則時間t_total 累加36，每間隔時間t_period 更新平均速度及速度的標準差σ；反之，若是自身車輛速度v不介於V’max及V’min之間，則會累加N_velocity 32，表示有超速或低速的情形發生。接著會開始進行建議策略改善此危險狀況，若是超速車輛35，則會要求車輛減速36，若是低速車輛34則會要求車輛加速37，調整自身車輛速度後還是會持續地判定自身車輛速度v是否介於V’max及V’min之間直到車輛速度v介於V’max及V’min之間為止。

請參閱第4圖，其為本發明一實施例之安全距離判 斷流程圖。本實施例即為進入安全距離偵測及建議模組之判斷流程，若是前方有車輛行駛於同一車道上，便會根據前後車的速度及加速度計算出停車距離，將此停車距離視為保持安全的行車距離，若是未保持該距離，便會判定危險；反之，若是兩車距離大於該停車距離，便會減少該車的危險等級。判定安全行車距離流程如第4圖所示，每秒鐘會根據前後車的車速與加速度計算在此車況下應保持的安全距離d_safe ，並判斷己車與前車距離d_2c 是否有小於d_safe 40。若是d_2c 小於d_safe ，則累計N_safe +1 41，表示該車輛違反安全距離，接著會進入政策部分。政策一開始會先判斷前車速度是否比己車快42，若否，即表示己車車速較快，則會進行減速動作以拉長跟前車的距離使d_2c 大於d_safe 43。若是前車速度是否比己車快，即會判斷是否前車加速度大於己車加速度44、前車加速度是否小於零45及己車加速度是否小於零46，以便判定是否需要減速43或是不採取動作47等。

請同時參閱第5、6及7圖，第5圖為本發明一實施例之車道變換示意圖。考慮A車50與B車52於時間t₀ 時，行車速度分別為V_A 與V_B ，車道寬度W_R ，A車行駛d_1c 公尺於時間t₁ 完成車道變換，歷經時間△t(t₁ -t₀ )。完成車道變換後，A車51與B車53相距dmin。

於A車完成變換車道歷經時間△t，當△t不大時，B車可以視為等速前進，行走距離為V2*△t，故A車於時間t₀ 位置與B車於時間t₁ 位置距離為D，如下列公式2所示：D =d _2v +V ₂ △t

可以計算出θ多少時，dmin為最小。假設dmin最小時發生 在θmin，表示A車變換車道後距離B車最近，故判斷A車轉向θ角越接近θmin越危險，令δ為判定危險的角度差距，如下列公式3所示：|θ-θmin |δ θ _min -δθθ _min +δ

車輛在行駛道路中，有可能在變換車道過程中，遭到欲變換目標車道的後方來車追撞，如第7圖所示，本發明一實施例之後方來車追撞示意圖。於t₀ 時間A車60與B車71於不同車道，垂直距離為d2v’，A車72於t₁ 時間轉向θ_A,t0 並垂直位移W_R cotθ完成變換車道，同時B車行走dvB,△t。在此情境下，經過△t時間，B車73行走dv_B ,△t距離恰好等於兩車原始距離加上A車變換車道的垂直距離W_R cotθ。

第6圖為本發明一實施例之車道角度變換示意圖，此垂直三角形60即A車50於時間t₀ 速度為V_A ，假設變換車道期間為等加速度運動，A車51於時間t₁ 完成車道變換時速度為V_A ’，這段時間平均速度為。從A車於時間t₀ 開始變換車道到時間完成變換車道的過程，行駛d_1c 公尺，橫移W_R 公尺。透過公式推導，便可以由車輛的時序性資料，包括車輛速度及車輛位置，當橫向位移達到一個道路寬度時，便可以求出車輛的轉向角度θ。

請參閱第8圖，其為本發明一實施例之不適當角度偵測判斷流程圖。本實施例即進入不適當轉向角度模組判定流程：一開始會先判斷在傳輸範圍內前方是否有車輛在同一車道80，若有車輛的話，會判 斷隔壁車道的後方是否有車輛行駛81，再根據目標車道的二車垂直距離為d2v’及同車道的二車距離d2v比較大小83，若d2v’>d2v時，則累加Nl_C (車道變換次數)，用以根據距離D(A車於時間t0位置與B車於時間t1位置)計算θsafe或是θmin 86，以供接下來變換車道時的轉向角度作比較，是否有不適當的轉向角度可能產生危險。若是計算θmin 86，表示前方車輛距離較近，若是此次轉向θ不在θmin±σ內的話88，則累加N_v l_C (車輛違反車道變換角度的次數)891，便會發訊息給前方車輛要求加速，以免發生追撞。若步驟88前方無車輛的話，也會判斷隔壁車道的後方是否有車輛行駛82，若有車輛，則累加Nl_C (車道變換次數)，用以根據距離dvB,△t(B車於當時速度V_B 經過△t時間行走的距離)計算θsafe 87，表示隔壁後方車輛距離較近。接著，判斷轉向θ是否屬於θsafe 89，若是此次轉向θ不在θsafe內的話89，則累加N_v l_C (車輛違反車道變換角度的次數)891，便會發訊息給隔壁後方車輛要求減速，以免發生追撞。

請參閱第9圖，其為本發明一實施例之頻繁變換車道判斷流程圖。此實施例即進入頻繁變換車道偵測及建議模組之判斷流程，一般車輛行駛於一道路中，常常會有變換車道的情形發生，像是為了要到下一路口轉向到其他道路，一般駕駛人會先行駛至外側車道以便於路口處轉彎。若是在單位時間內變換車道太頻繁，便有可能是為了不斷超車而頻繁變換車道，這類的駕駛行為是危險的。定義一變換車道次數臨界值，若是詰車的變換車道比率大於該臨界值Thre_lcf ，則判定該車變換車道太頻繁，流程如第8圖所示，根據每段週期時間t_period ，計算平均速度後，使根據公式計 算得到90，並計算出Lcr，接著，判斷Lcr是否有超過臨界值Thre_lcf 91，若有超過便會累加N_lcf 92，經過3倍週期時間93便會重新計算Lcr 94再進行檢查是否有超過臨界值的Thre_lcf 。

於一實施例中，當進入酒醉駕駛或疲勞駕駛建議模組時，針對酒駕車輛或是疲勞駕駛車輛，本發明方法會讓這些車輛發送訊息給同一車道前方車輛要求讓車，以達到前方車道淨空的情形。酒駕車輛只會發送變換車道的建議動作給其它車輛，不會有其它的建議動作給其它車輛。酒駕車輛發送的封包中，狀態欄位為“酒駕”，行為欄位為“變換車道”，故酒駕車輛只會告知前方車輛做變換車道的動作。

關於各個模組偵測後的建議策略如下表1所示。主動式反應為車輛偵測到違規情形後會採取的反應，如自己減速或加速、自己主動發建議訊息給其它車輛...等；被動式反應為車輛接收到建議訊息後要採取的反應，如被其他車輛告知要減速或加速。

考慮到車輛有可能在短時間內收到不同的建議訊息，故動態設置模組之優先權，係根據當時的車況(自己的速度位置與其他車輛的速度位置關係)來判定該狀況下最重要的模組建議。會產生互相矛盾的建議模組 為超速或低速模組、安全距離模組及不適當轉向角度模組。動態優先權設定如下，當車速為v，距離前方車輛d_2v ，應該保持的安全距離為d_safe ，base為比較基準。超速或低速模組及安全距離模組可以根據d_safe 設定優先權，根據dsafe同時考量到當時車速及該保持安全距離，故可將優先權依據當時車況動態設定如下公式所示：

不適當轉向角度模組動態優先權設定如下列公式所示。若是安全轉向θsafe範圍為θ₁ <θsafe<θ₂ ，實際轉向角度為θ。設定一θthres，若是轉向θ小於θthres，則判定該車輛進入直線行走，故採用dsafe當作動態優先權；若是θ不在範圍θ₁ <θsafe<θ₂ 內，則視該θ違反程度計算出動態優先權；反之θ屬於範圍θ₁ <θsafe<θ₂ ，則視為安全轉向，動態優先權為比較基準base。

設定t_interval 時間，在這段時間內車輛會依據當時車況計算出各模組的優先權高低再決定採從何種建議。送出建議的車輛會設置一t_timer 時間，一旦送出一次建議給目標車輛後，便會等待一t_timer 時間才會再次發送建議。

綜上所述，本發明之方法會偵側各種行為違規情形，採取主動式或者被動式的建議動作，透過訊息傳送給該區域性車輛閃避或修正，可有效避免憾事發生，符合產業需求，甚且能達到預期之使用目的與功效，爰依法提出專利申請。

上列詳細說明係針對本創作之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本創作之專利範圍，凡未脫離本創作技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

10~19、111~112、121~122、171‧‧‧步驟

Claims (6)

1. 一種基於車輛行駛道路之安全警示告知的方法，包括下列步驟：(a)計算通訊傳輸範圍內所有車輛的平均速度及標準差；(b)判斷是否有車輛超速及龜速？若有超速則主動通知駕駛將車輛減速至安全速度範圍內，若有龜速則主動通知駕駛加速車輛至安全速度範圍內；(c)判斷同一車道之前方是否有車輛？若有則再判斷是否有保持安全車距？若判斷出未有保持安全距離則主動通知駕駛減速車輛以加大與前車距離至安全車距範圍內；(d)判斷是否有車輛水平位移超過一車道寬度？若有則再判斷該車輛之轉向角度是否適當？若判斷出該車輛之轉向角度不適當則主動發送訊息告知前方車輛及後方車輛，並被動接收其他車輛訊息以遠離轉向角度不適當之車輛；(e)周期性更新通訊傳輸範圍內所有車輛的平均速度及標準差，同時判斷是否有車輛變換車道過於頻繁？若有則主動發送訊息告知前方車輛，並被動接收其他車輛訊息以遠離轉變換車道過於頻繁之車輛；以及(f)判斷是否有車輛呈現酒醉駕駛及疲勞駕駛的狀態？若有則主動發送訊息告知前方車輛，並被動接收其他車輛訊息以遠離酒醉駕駛及疲勞駕駛之車輛；其中，步驟(a)~(f)係藉由一伺服器進行分析所有蒐集到的資訊，該伺服器係並藉由一訊息收發裝置取得一區域的車輛廣播訊息，該區域的每一台車均可透過任何一種無線通訊傳遞訊息，再透過該伺服器將這些訊息及自身車輛的資訊，判斷自身車輛及該區域的車輛是否有危險駕駛的情形，並 傳遞及告知其他車輛。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟(a)及(b)係由一速度判斷模組所執行。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟(c)係由一安全距離偵測及建議模組所執行。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟(d)係由一不適當轉向角度偵測及建議模組所執行。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟(e)係由一頻繁變換車道偵測及建議模組所執行。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟(f)係由一酒醉駕駛或疲勞駕駛建議模組所執行。