CN109756867A - 一种基于lte-v的车路协同车载终端应用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于LTE‑V的车路协同车载终端应用系统。本系统中,车辆利用LTE‑V通信的低延迟与高覆盖范围的特点,与其它车辆、路侧设备实时保持无线短波通信,并通过4G网络与车路协同后台服务器交互信息。本车通过接收其它车辆的实时状态信息、路侧设备发送的交通参与者实时信息,来感知周围交通状况,并根据本车状态信息与本地的车道轨迹点地图信息来判断和分析本车与其它交通参与者、交通标志或事件的地图道路关系、道路距离、碰撞时间。根据系统判断得来的不同的交通场景,通过可视化来提示驾驶员不同的交通事件与预警信息,加强了驾驶的安全同时,提升了交通效率。
Description
技术领域
本发明涉及车联网技术领域,具体涉及一种基于LTE-V的车路协同车载终端应用系统。
背景技术
随着车路协同技术的兴起和物联网/车联网的蓬勃发展,要求对车载定位服务终端能通过车车、车路信息交互和共享,并实现车辆和基础设施之间、车辆与车辆之间的智能协同与配合,达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。
随着交通事故和交通拥堵的不断增长,大量交通控制和交通诱导设施被施用于实际道路交通系统中,其正常运行的数据基础是各类型的交通传感器,但是这些传感器所采集的交通数据往往只是来源于浮动车、部分交叉路口和少量路段,较之于整个城市而言仅仅是局部的交通数据,这些数据对于交通控制和交通诱导而言往往不完备,造成交通控制和交通诱导往往不能实时有效。另一方面,车辆获取交通信息仅仅是依靠交通广播电台的信息广播以及路旁的可变信息牌,这些信息延时往往较大,而且很难给驾驶员以全局、直观和实时的交通信息,造成驾驶员驾驶操作反应滞后;同时驾驶员也很难对短时间和短距离内发生的交通事件做出判断和应急反应。
汽车和交通领域是无线网络的典型应用领域,车载终端成为一类重要的移动通信终端。以“车-车(Vehicle-to-Vehicle,V2V)”和“车-路(Vehicle-to-Infrastructure,V2I)”无线通信装置之间进行信息交互为基础的车路协同系统(Cooperative Vehicle andInfrastructure System,CVIS),为了有效为车载终端提供信息业务,实现人、车、路一体化信息协调合作,车路协同系统极大地依赖于多种无线网络技术来部署应用。另一方面,伴随着各种无线通信技术的高速发展以及无线网络基础设施的广泛部署,许多通信场景中,不同类型的网络大量共存并重叠覆盖,诸如3G(3rd-Generation,第三代移动通信技术)蜂窝网络、WiFi(Wireless Fidelity,无线保真技术)无线网络、DSRC(Dedicated Short RangeCommunications,专用短程通信技术)、卫星微波通信网络等一起构成了复杂的多网环境,为车路协同系统中车载终端与路侧设施之间的信息交互过程提供多样化传输功能。但是这些无线通信技术在低延迟与高覆盖范围上效果不显著。
发明内容
有鉴于此,为了解决现有技术中的上述问题,本发明提出一种基于LTE-V的车路协同车载终端应用系统。
本发明通过以下技术手段解决上述问题:
一种基于LTE-V的车路协同车载终端应用系统,包括:
本车传感器,用于接收本车定位设备的定位数据、车辆控制总线中的车辆状态数据;
本车安全信息管理模块,用于收集定位数据、车辆状态数据,并将收集到的定位数据、车辆状态数据整合成本车的车辆安全信息,以及对本车的车辆安全信息进行状态检测;
无线收发模块,用于将本车的车辆安全信息上报车路协同服务器;
LTE-V收发模块,用于本系统直接与其它车辆建立LTE-V通讯,与路侧设备建立LTE-V通讯,接收其他车辆发送的车辆安全信息,路侧设备发送的交通参与者信息、地图信息、交通灯状态信息、交通标志与事件信息;
地图信息管理模块,用于对接收到的地图信息进行状态检测和更新;
交通灯信息管理模块,用于对接收到的交通灯状态信息进行状态检测和更新;
远车安全信息管理模块,用于对接收到的其他车辆发送的车辆安全信息进行状态检测和更新;
路侧安全信息管理模块,用于对接收到的交通参与者信息进行状态检测和更新;
标志与事件管理模块,用于对接收到的交通标志与事件信息进行状态检测和更新;
地图相关计算模块,用于根据接收到的地图信息判断本车与其它交通参与者的道路关系、道路距离、与碰撞时间;
车载终端预警业务模块,用于检测本车的车辆安全信息、其他车辆发送的车辆安全信息,路侧设备发送的交通参与者信息与地图信息的有效性,若实时有效,结合本车的车辆安全信息、其他车辆发送的车辆安全信息,路侧设备发送的交通参与者信息与地图信息,通过计算的本车与当下所有交通参与者的道路关系、道路距离、碰撞时间,再根据不同的条件,判断是否有相应的预警触发,最终向驾驶员提示最危险的预警完成动态交通事件的预警分析;
同时用于检测本车的车辆安全信息、路侧设备发送的交通灯状态信息、交通标志与事件信息、地图信息的有效性,若实时有效,结合本车的车辆安全信息、路侧设备发送的交通灯状态信息、交通标志与事件信息、地图信息,通过计算的交通标志与事件事发地点与本车地点的道路关系与距离,完成静态交通事件的预警分析;
预警提示管理模块,用于根据车载终端预警业务模块预警应用的分析,触发相应预警,完成界面与语音提示。
进一步地,动态交通事件的预警包括前向碰撞预警,车辆紧急状态预警,紧急车辆提醒,交叉路口碰撞预警,左转辅助,盲区变道预警,逆向超车预警,弱势交通参与者碰撞预警。
进一步地,静态交通事件的预警包括限速预警,车内标牌提示,闯红灯预警,绿波车速引导,前方拥堵预警。
进一步地,所述地图相关计算模块包括:
车道定位单元,用于根据地图信息、远车安全信息、本车安全信息,将本车与其它交通参与者在车道上定位,通过计算车辆坐标与地图信息中所有的车道轨迹点坐标距离,找出最近的轨迹点,最终判定所在车道;
道路关系计算单元,用于在确定本车与交通参与者车道定位信息后,进行道路关系判断;
道路距离计算单元,用于完成车辆与其它交通参与者的道路关系判断后,进行两者之间的实际道路距离计算;
道路碰撞时间计算单元,用于若本车与交通参与者都处于车道上,则根据地图道路关系计算相对速度,通过相对速度与道路距离,计算出道路碰撞时间。
进一步地,道路关系包括路段关系、车道关系、前后关系。
进一步地,所述无线收发模块为4G收发模块。
与现有技术相比,本发明的有益效果至少包括:
1、不同于传统的激光雷达/图像识别技术的道路感知,本发明使用车间的LTE-V通讯,车辆与路侧设备的LTE-V通讯,通过通讯信息中其它交通参与者的定位信息与状态信息来完成道路感知。相比于昂贵的激光雷达,成本低;相比于传统的定位算法,实时性更高。
2、本发明安装简易、在现有车辆上,只需新装配一个车载终端、LTE-V通讯设备与GNSS定位设备即可接入预警应用。传统的预警应用需要通过多个激光雷达、摄像头、或毫米波雷达对整进行改装。
3、本车支持14项车路协同预警应用:前向碰撞预警,紧急制动预警,异常车辆提醒,车辆失控预警,道路危险提示,限速预警,车内标牌提示,紧急车辆提醒,交叉路口碰撞预警,左转辅助,盲区变道预警,逆向超车预警,闯红灯预警,弱势交通参与者碰撞预警,绿波车速引导,前方拥堵提醒。为安全驾驶提供了保障的同时,使交通更加高效。
4、相比于传统的通过摄像头与激光雷达的道路感知系统,本发明通过车辆之间、车辆与路侧设备的LTE-V通讯,能够感知视距之外或更远距离的交通情况。
5、本发明通过向车路协同服务器上报车辆的状态信息,能辅助交通状态的实时监控。同时监管平台通过下发交通事件,车辆通过向驾驶员提示交通事件预警来实行交通枢纽。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明基于LTE-V的车路协同车载终端应用系统的结构示意图;
图2是本发明基于LTE-V的车路协同车载终端应用系统的网络拓扑图;
图3是本发明地图信息的结构示意图;
图4是本发明车辆安全信息的结构示意图;
图5是本发明交通灯状态信息的结构示意图;
图6是本发明交通参与者信息的结构示意图;
图7是本发明交通标志与事件信息的结构示意图;
图8是本发明车道定位的流程图;
图9是本发明道路关系中路段关系计算的流程图;
图10是本发明道路关系中车道关系计算的流程图;
图11是本发明道路关系中前后关系计算的流程图;
图12是本发明道路关系中交叉路口关系计算的流程图;
图13是本发明道路距离计算的流程图;
图14是本发明道路碰撞时间计算的流程图;
图15是本发明交通动态信息预警检测应用的流程图;
图16是本发明交通静态信息预警应用与分析方法的流程图;
图17是本发明交通静态信息预警应用与分析方法中绿波车速引导的流程图;
图18是本发明交通静态信息预警应用与分析方法中闯红灯预警的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1为基于LTE-V车路协同车载终端应用系统的结构示意图。本系统通过接收本车定位系统的定位数据、车辆控制总线中的车辆状态数据,整合本车的车辆安全信息(车辆状态信息),并将车辆安全信息上报车路协同服务器。同时,本系统直接与其它车辆建立LTE-V通讯,与路侧设备建立LTE-V通讯,通过道路定位计算完成本车与其它交通参与者的道路定位,最终通过本车与其它交通参与者的地图道路关系判断,完成预警应用的分析,触发相应预警,完成界面与语音提示。
其中本系统通过与其它车辆、路侧设备保持LTE-V通讯,接收其他车辆发送的车辆安全信息,路侧设备发送的交通参与者信息与地图信息,并使用这些信息完成动态交通事件的预警分析。预警包括:前向碰撞预警,车辆紧急状态预警,紧急车辆提醒,交叉路口碰撞预警,左转辅助,盲区变道预警,逆向超车预警,弱势交通参与者碰撞预警。
同时本系统也接收路侧设备发送的交通灯状态信息、交通标志与事件信息,并使用这些信息完成静态交通事件的预警分析。预警包括:限速预警,车内标牌提示,闯红灯预警,绿波车速引导,前方拥堵预警。
1、系统结构与网络拓扑关系
图2描述了车路协同车载终端应用系统的网络拓扑关系:
车路协同应用系统中,本车与路侧设备之间的网络连接,本车与其它车辆之间的网络连接都是由LTE-V无线通信实现。其中通过LTE-V通信,本系统会无线广播本车安全信息,接收其它车辆发送的车辆安全信息,接收路侧设备发送的其他交通参与者信息、地图信息、交通灯状态信息、交通标志与事件信息。同时,车路协同车载终端应用系统也通过4G网络与车路协同服务器进行通信,实时上报本车信息。车路协同车载终端应用系统通过实时的远车信息、本车信息、交通灯状态信息、交通标志与事件信息、地图信息、来完成不同车路协同预警应用。
系统通过CAN控制器获取车辆状态信息(如车灯、刹车系统、车速等),通过差分定位设备获取本车的定位信息,这些信息将被用作本车的预警分析,同时系统通过LTE-V网络将本车信息发送给其他车辆。
2、LTE-V交互数据详细说明
下面说明了车辆之间、车辆与路侧设备之间交互数据的结构与定义说明。
2.1、地图信息
结构与定义说明
本系统中,地图信息用于辅助判断交通参与者在地图中的车道定位,车载中的地图信息由路侧设备通过LTE-V网络广播获得,地图信息的定义如下描述。如图3所示,地图信息里,包含了路段信息与车道信息。其中两个有序节点定义一个有向路段,节点可以为一段路的起始点或路口。路段信息中包含上游节点与本节点的坐标以及ID信息,可以通过节点的上下游关系来判断路段的连接顺序。同时,路段信息包含了路段名称、限速、宽度、路段轨迹点信息、车道信息列表。路段轨迹点信息通过定义一系列有序的坐标点信息描述了该路段的轨迹与方向,可通过此信息定位车辆在路段中的位置。路段信息中的车道信息列表定义了该路段所有车道的车道信息。车道信息中包含了有序车道ID(从左至右)、车道类型(如公交车道,自行车道等)、车道末尾允许的转向信息(直行、左转、掉头等)、车道限速信息、车道轨迹点信息、车道连接属性。其中车道连接属性里包含了该车道所连接的下游路段的节点信息,与之连接的车道的ID信息,连接点的转向信息,以及车道末尾节点对应的红绿灯相位ID。
路段与车道轨迹点录制
地图轨迹点通过实车在道路上行驶并采集实时GNSS数据获得,要求轨迹点间距小于车道宽度的一半加上GNSS误差距离,以便车道定位区分。获得原始轨迹点数据后,将其整理为以上地图信息要求的格式并上传车路协同服务器,或直接保存于路侧设备中。
2.2、车辆安全信息
结构与定义说明
本车通过LTE-V网络广播车辆安全信息来告知周围车辆,本车的实时状态信息。本车也通过接收该信息来获知其他车辆的状态。周围车辆广播的车辆安全信息在本的车动态信息预警应用中起到了辅助分析的作用。图4描述了车辆安全信息的定义与结构。其中定位信息、方向角信息,通过本车的GNSS定位设备获取,其它的车辆状态信息从本车的CAN控制器中获取(如刹车系统的状态,车灯状态)。车辆牌照,尺寸通过预设的配置文档获取。车辆安全信息中的定位信息支持了车辆在地图信息中的车道定位,方向角与转向灯信息支持预测车辆在路口的转向行为、路段上的变道行为。历史轨迹点用来判断当前车辆的曲率半径,在非道路的碰撞时间计算中负责轨迹方程的建立,用于判断是否与其它交通参与者轨迹交叉。
2.3、交通灯状态信息
结构定义与说明
路侧设备通过在LTE-V网络广播交通灯状态信息来告知周围车辆附近多个交通灯的状态,应用于静态信息预警应用中的绿波车速引导以及闯红灯预警。图5为交通灯状态信息的定义与结构。其中所有的交通灯都与处于地图信息的路口节点上,不同相位ID的交通灯对应一个或多个不同的车道。不同的交通灯将上报自己所有灯色状态的时刻信息(灯色包含绿灯,黄灯,黄闪等)。
车载终端在进行车路系统的交通灯相关应用时,通过地图信息查找本车道末尾路口节点的交通灯相位ID。再通过红绿灯状态信息找到该节点的该相位的交通灯,并获取相关状态的时刻信息。
2.4、交通参与者信息
结构定义与说明
图6为交通参与者信息结构图,车辆通过接收路侧设备在LTE-V网络广播的交通者参与信息来得知其它的交通参与者信息。使得车辆不仅仅通过车辆之间的安全信息来感知周围的车辆,也可通过路侧设备广播的交通参与者信息来感知周围的环境。在车辆无法直接连接其他车辆时,可以通过接收交通参与者信息来获知其他车辆或行人的状态。交通者参与信息应用于动态信息预警应用分析。
路侧设备通过摄像头识别交通参与者,再通过毫米波雷达识别深度信息。其中“参与者类型”分为机动车辆、非机动车辆、行人;“参与者数据来源”可以为、毫米波雷达、监控视屏、LTE-V网络,信息也可以来源于交通参与者通过LTE-V通讯设备广播的自身状态信息。
2.5、交通标志与事件信息
结构定义与说明
图7为交通标志与事件信息的结构图,车辆通过接收路侧设备发送的交通标志与事件信息来获知周围交通存在的标志或事件类型、事件的发生地点、作用范围。应用于静态信息预警分析。其中交通标志类型包括了GB 5768《道路交通标志和标线第2部分:道路交通标志》中定义的所有标志类型。车载设备通过“标志与事件类型ID”来区分不同的标志。车载系统通过路侧设备发送的标志信息,在驾驶员即将路过标志时对驾驶员发起交通标志的提醒。
“标志与事件类型ID”同时也用作区分不同的交通事件,包括了危险路段、拥堵路段、等自定义的交通事件。若是自定义的交通事件,则需在“文字描述”中描述事件类型,如“前方路面湿滑”等。在车载的提示应用中,若同一地点出发了多个标志或事件,车载应用将根据“优先等级”来提示驾驶员最优先的标志或事件。
3、地图计算方法
车载终端的预警分析需要判断本车与其它交通参与者的道路关系、道路距离、与碰撞时间。首先,要根据地图信息、远车安全信息、本车安全信息,将本车与其它交通参与者在车道上定位。
3.1、车道定位
车道定位中,通过计算车辆坐标与地图信息中所有的车道轨迹点坐标距离,找出最近的轨迹点,最终判定所在车道。同时定位计算也会判断车辆在下个路口的转向行为。完成计算后,保存定位路段的轨迹点信息、车道轨迹点信息、上下游节点信息、车辆路口转向信息。流程图如图8所示。
3.2、道路关系判断
在确定本车与交通参与者车道定位信息后,可以进行道路关系判断。道路关系包括路段关系、车道关系、前后关系。道路关系判断的结果将应用于道路距离计算与碰撞时间计算。以下的道路关系均用来定义本车与其它交通参与者(车辆、行人)两者之间的道路关系。
3.2.1、路段关系
两个不同的交通参与者的路段关系有相同路段关系、相连的上游路段关系、相连的下游路段关系、相邻的逆向路段关系、远方路段关系。若本车与其它交通参与者所处路段的上、下游节点信息相同,则为相同路段。若本车所处路段的下游节点与其它交通参与者所处路段的上游节点相同,且本车上游节点与下游节点不同,则本车与其它交通参与者属于相连的下游路段关系。若本车所处路段的上游节点与其它交通参与者所处路段的下游游节点相同,且本车下游节点与上游节点不同,则本车与其它交通参与者属于相连的上游路段关系。若本车的处路段的上游节点与其它交通参与者所处路段的下游游节点相同,且本车下游节点与其它交通参与者的上游节点相同,则路段关系为相邻的逆向路段。当以上关系都不满足时,定义两车的路段关系为远方路段。流程图如图9所示。
3.2.2、车道关系
车道关系中有相同车道、相连的上游车道、相连的下游车道、相邻的逆向车道、左方相邻车道,右方相邻车道,远方车道关系。若本车与其它交通参与者为相同路段,且所处的车道ID相同,则车道关系为相同车道。若本车与其它交通参与者的路段关系为下游路段,且本车所在车道的所有下游车道包含了其它交通参与者所在的车道,则车道关系为相连的下游车道。若本车与其它交通参与者的路段关系为上游路段,且其它交通参与者所在车道的所有下游车道包含了本车所在的车道,则车道关系为相连的上游车道。若本车与其它交通参与者为相同路段,且本车所处车道ID与其它交通参与者的所处车道ID相差1,则车道关系为左方或右方相邻车道。流程图如图10所示。
3.2.3、前后关系
前后关系中有前方、后方、和未定义关系。路段关系为相同路段时,当本车所处路段轨迹点的序号小于其它交通参与者路段轨迹点的序号时,其它交通参与者处于本车前方,反之处于后方。路段关系为相接的下游路段时,其它交通参与者处于本车前方。路段关系为相接的上游路段时,其它交通参与者处于本车后方。路段关系为逆向相邻路段时,将本车的坐标映射到其它交通参与者所在的路段轨迹点中最近的点,若该映射点的路段轨迹点序号大于其它交通参与者的路段轨迹点序号,则其它交通参与者处于本车前方,反之则处于后方。流程图如图11所示。
3.2.4、交叉路口关系
在交叉路口关系中,主要分为交汇关系与交错关系。路口中,当车辆来于不同路段,且最终交汇与同一个车道时,两车的路口关系为交汇关系。当车辆的行驶轨迹在路口交差,且最终行驶在不同路段上时,两车的路口关系为交错关系。根据本车在路口的转向信息,与其它车辆在路口不同方位的不同转向信息,再将路口关系进行细分,最终判断出远方车辆在路口的什么方位将会与本车交叉或交汇。流程图如图12所示。
3.3、道路距离计算
完成车辆与其它交通参与者的道路关系判断后,可以进行两者之间的实际道路距离计算。距离计算通过路段轨迹坐标点距离累加获得——两车之间每两个路段轨迹点的距离累加并加上车辆与路段轨迹点的误差距离。根据本车与其它交通参与者的不同的道路关系与轨迹点序号,距离累加的范围有所不同。图13为道路距离计算详细的流程图示意。其中若本车与其它交通参与者的路段关系为相邻逆向路段,则将本车的坐标映射到其它交通参与者所在的路段轨迹点中最近的点,再计算该映射点到其它交通参与者路段末的距离,减去其它交通参与者到其路段末的距离,就为两车的实际道路距离。
3.4、道路碰撞时间计算
图14为详细的碰撞时间计算流程。其中,若本车或其他交通参与者距离其最近的车道过远,则判定交通参与者或本车并未处于车道上。对于车道之外的碰撞时间计算需要建立本车与交通参与者的轨迹预测方程,求解未来轨迹上是否有交叉点存在,若有则计算到达交叉点的时间差。若本车与交通参与者都处于车道上,则根据地图道路关系计算相对速度,通过相对速度与道路距离,计算出道路碰撞时间。
4、交通动态信息预警应用与分析方法
车载终端会实时采集本车信息与接收LTE-V网络里的其它交通参与者信息、车辆安全信息,同时在动态信息预警检测应用中,会先检测本车信息以及其它交通参与者信息的有效性,若实时有效,则计算本车与当下所有交通参与者的道路关系、道路距离、碰撞时间。再根据不同的条件,判断是否有相应的预警触发,最终向驾驶员提示最危险的预警。图15为交通动态信息预警检测应用的流程图。
4.1、各信息实时性检测
所有LTE-V网络中交互的数据都记录了信息采集时的时间戳,预警业务中通过当地时间与信息中的时间戳的时间差来判断信息是否效性,根据不同信息的类型,时间差大于某一阀值时,信息视为超时无效。
4.2、前方碰撞检测
前方碰撞预警应用是指,当本车处于车道上,远车处于同一个或下一个相连的车道,若本车与远车存在碰撞危险,前方碰撞预警应用向驾驶员发出碰撞危险提示并在地图上标注其方位。应用同样适用于弯道,视线受其他车辆阻挡的场景。触发的条件需要满足,两车的车道关系为相同车道或下游相连的车道,前后关系判断为远车处于本车前方,且碰撞时间小于安全阀值。
4.3、车辆紧急状态检测
车辆紧急状态预警是指,本车行驶在车道上,当前方相同路段或相接路段上的远车放生了紧急制动开启,双闪开启(或车辆静止),车辆失控设备开启时,若本车与远车存在碰撞危险,或者远车处于危险预警范围内,预警业务会对驾驶员提供相应的预警信息。触发条件需要满足远车与本车的路段关系为相同或下个相连路段,前后关系为远车处于本车前方,且远车车灯状态为应急灯打开,或刹车系统警报车辆失控、防抱死系统打开、刹车辅助系统打开。
4.4、紧急车辆检测
紧急车辆提醒功能里,本车行驶在车道上并实时接收远车信息,当有紧急车辆(如警车,消防车,救护车)出现在上下相接的路段或者本路段时,紧急车辆提醒应用向驾驶员发出避让紧急车辆的提示,使得驾驶员能及时避让。紧急车辆预警触发需要满足以下条件,当远车与本车的路段关系为相同路段或上、下游相连路段,且远车的车辆基本类型信息为消防车、救赎车或警车。
4.5、盲区\变道辅助
盲区变道预警是指,在本车在有变道行为时,若左右相邻的车道存在其它车辆,且在本车的盲区内,盲区变道预警会提醒车辆左方或者右方盲区有车,使得驾驶员能够及时停止变道。盲区、变道辅助触发需要满足下面条件,远车与本车的车道关系为左边或右边相邻车道,前后关系为远车处于本车前方,本车的车灯状态为左转向灯或右转向灯开启,远车行驶到本车盲区的时间小于本车安全变道的时间或两车的路段距离小于安全阀值(远车处于盲区时)。
4.6、逆向超车预警检测
逆向超车预警中,当本车有借道逆向超车行为时,若逆向车道上存在车辆,且与本车有碰撞危险,逆向超车预警会向驾驶员发出警告,提醒驾驶员停止逆向超车行为。逆向超车预警的触发需要满足下面条件,远车与本车的车道关系为逆向相邻车道、前后关系为远车在本车的前方、本车车灯状态为左转灯打开,且两车的相遇时间小于安全超车的时间阀值。
4.7、交叉路口碰撞预警检测
交叉路口碰撞预警是指,本车驶向路口,准备直行或者右转,当侧方向的车道上具有车辆,且与本车在路口可能发生碰撞危险时,提醒驾驶员减速,注意路口左方或者右方来车。交叉路口碰撞预警需要满足,本车与远车的路口关系为远车在路口从左或右与本车轨迹交叉,且两车抵达交叉点的时间差小于安全阀值。
4.8、左转辅助
在左转辅助应用中,本车驶向路口,准备左转,当对向车道上有车,且与本车在路口存在碰撞危险时,提醒驾驶员减速,注意路口前方来车。交叉路口碰撞预警需要满足,本车与远车的路口关系为远车在路口从前方与本车轨迹交叉,且两车抵达交叉点的时间差小于安全阀值。
4.9、弱势交通参与者碰撞检测
弱势交通参与者碰撞预警中,本车行驶在车道上或其他位置,当附近有行人出现在附近,若本车会有碰撞行人的危险,弱势交通参与者碰撞预警应用向驾驶员发出提醒。预警需要满足,行人与车辆的道路上的碰撞时间小于安全阀值,或车辆与行人到达轨迹交叉点的时间差小于安全阀值,或行人与车辆的距离小于安全阀值。
5、交通静态信息预警应用与分析方法
如图16所示,车载终端会实时采集本车信息与接收路侧设备广播的交通标志与事件信息、交通灯状态信息,同时在静态预警检测应用中,会先检测本车信息以及交通标示与事件的有效性。静态信息预警应用主要包括车内标牌预警、限速预警、前方拥堵预警、绿波车速引导提示、闯红灯预警。预警应用优先先判断是否触发红绿灯相关应用。根据采集的本车定位信息,在地图车道上定位,再根据车道匹配的红绿灯相位,查询红绿灯信息列表中对应红绿灯的状态信息,分析是否触发预警。若未触发红绿灯预警,则分析其他交通静态预警应用。根据交通标志与事件事发地点与本车地点的道路关系,分析预警。
5.1、车内标牌
车内标牌是指,本车实时接收路侧设备广播的路侧标志与事件信息,当本车行驶的路段前方存在交通标志时,车内标牌应用向驾驶员提示标志内容。其中,交通标志与本车的路段关系为相同路段,前后关系为交通标示在本车的前方。若多个车内标牌预警同时触发,则根据道路距离与优先级筛选出最紧急的标志进行预警。
5.2、限速预警
限速预警功能中,本车实时接收路侧设备广播的路侧标志与事件信息(包含限速标志)、地图信息(包含限速信息),当本车在车道上的行驶速度超过了限速时,限速预警应用向驾驶员发出超速提醒。预警应用会根据本车所处的位置查询当前路段上是否限速标示,有标示则判断当前车速是否大于标示规定的最大限速,若没有标示则会查询地图信息中是否有相应的车道限速,然后进行车速判断。
5.3、前方拥堵提示
前方拥堵功能是指,本车实时接收路侧设备广播的路侧标志与事件信息(包含不同车道的拥堵信息),当拥堵地点与本车的路段关系为下一个相接的路段,前方拥堵预警功能将提示驾驶员前方拥堵。其中路侧设备根据自己的检测方法,收集周围交通参与者的状态信息,判断车道的拥堵状态,若检测出拥堵路段,则通过交通事件信息向周围车辆广播拥堵地点与拥堵范围。当接收到路侧设备的拥堵路段信息后,本车也会在地图上会标记出拥堵的路段。
5.4、绿波车速引导
绿波车速引导功能是指,本车行驶在车道上,当本车所属车道的末端具有相应的红绿灯时,绿波车速引导应用将给出一个车速建议,使得车辆能在不用减速、或停止的情况下平稳通过路口。该功能流程图如图17所示。
5.5、闯红灯预警
在闯红灯预警应用里,本车实时接收路侧设备广播的交通灯状态信息,当本车的具有闯过红灯的危险时,提醒驾驶员减速。应用场景同样适用于视线遮挡,或红绿灯即将变红的情况。具体流程图如图18所示。
本发明提出的基于LTE-V的车路协同车载终端应用系统中,车辆利用LTE-V通信的低延迟与高覆盖范围的特点,与其它车辆、路侧设备实时保持无线短波通信,并通过4G网络与车路协同后台服务器交互信息。本车通过接收其它车辆的实时状态信息、路侧设备发送的交通参与者实时信息,来感知周围交通状况,并根据本车状态信息与本地的车道轨迹点地图信息来判断和分析本车与其它交通参与者、交通标志或事件的地图道路关系、道路距离、碰撞时间。根据系统判断得来的不同的交通场景,通过可视化来提示驾驶员不同的交通事件与预警信息,加强了驾驶的安全同时,提升了交通效率。
本发明包括前向碰撞预警,紧急制动预警,异常车辆提醒,车辆失控预警,道路危险提示,限速预警,车内标牌提示,紧急车辆提醒,交叉路口碰撞预警,左转辅助,盲区变道预警,逆向超车预警,闯红灯预警,弱势交通参与者碰撞预警,绿波车速引导,前方拥堵提醒。在不同场景中,车载终端均能实时的触发预警,并向驾驶员提示对应的预警信息,使得驾驶员有足够的时间采取应急措施,避免交通事故。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种基于LTE-V的车路协同车载终端应用系统,其特征在于,包括:
本车传感器,用于接收本车定位设备的定位数据、车辆控制总线中的车辆状态数据;
本车安全信息管理模块,用于收集定位数据、车辆状态数据,并将收集到的定位数据、车辆状态数据整合成本车的车辆安全信息,以及对本车的车辆安全信息进行状态检测;
无线收发模块,用于将本车的车辆安全信息上报车路协同服务器;
LTE-V收发模块,用于本系统直接与其它车辆建立LTE-V通讯,与路侧设备建立LTE-V通讯,接收其他车辆发送的车辆安全信息,路侧设备发送的交通参与者信息、地图信息、交通灯状态信息、交通标志与事件信息;
地图信息管理模块,用于对接收到的地图信息进行状态检测和更新;
交通灯信息管理模块,用于对接收到的交通灯状态信息进行状态检测和更新;
远车安全信息管理模块,用于对接收到的其他车辆发送的车辆安全信息进行状态检测和更新;
路侧安全信息管理模块,用于对接收到的交通参与者信息进行状态检测和更新;
标志与事件管理模块,用于对接收到的交通标志与事件信息进行状态检测和更新;
地图相关计算模块,用于根据接收到的地图信息判断本车与其它交通参与者的道路关系、道路距离、与碰撞时间;
车载终端预警业务模块,用于检测本车的车辆安全信息、其他车辆发送的车辆安全信息,路侧设备发送的交通参与者信息与地图信息的有效性,若实时有效,结合本车的车辆安全信息、其他车辆发送的车辆安全信息,路侧设备发送的交通参与者信息与地图信息,通过计算的本车与当下所有交通参与者的道路关系、道路距离、碰撞时间,再根据不同的条件,判断是否有相应的预警触发,最终向驾驶员提示最危险的预警完成动态交通事件的预警分析;
同时用于检测本车的车辆安全信息、路侧设备发送的交通灯状态信息、交通标志与事件信息、地图信息的有效性,若实时有效,结合本车的车辆安全信息、路侧设备发送的交通灯状态信息、交通标志与事件信息、地图信息,通过计算的交通标志与事件事发地点与本车地点的道路关系与距离,完成静态交通事件的预警分析;
预警提示管理模块,用于根据车载终端预警业务模块预警应用的分析,触发相应预警,完成界面与语音提示。
2.根据权利要求1所述的基于LTE-V的车路协同车载终端应用系统,其特征在于,动态交通事件的预警包括前向碰撞预警,车辆紧急状态预警,紧急车辆提醒,交叉路口碰撞预警,左转辅助,盲区变道预警,逆向超车预警,弱势交通参与者碰撞预警。
3.根据权利要求1所述的基于LTE-V的车路协同车载终端应用系统,其特征在于,静态交通事件的预警包括限速预警,车内标牌提示,闯红灯预警,绿波车速引导,前方拥堵预警。
4.根据权利要求1所述的基于LTE-V的车路协同车载终端应用系统,其特征在于,所述地图相关计算模块包括:
车道定位单元,用于根据地图信息、远车安全信息、本车安全信息,将本车与其它交通参与者在车道上定位,通过计算车辆坐标与地图信息中所有的车道轨迹点坐标距离,找出最近的轨迹点,最终判定所在车道;
道路关系计算单元,用于在确定本车与交通参与者车道定位信息后,进行道路关系判断;
道路距离计算单元,用于完成车辆与其它交通参与者的道路关系判断后,进行两者之间的实际道路距离计算;
道路碰撞时间计算单元,用于若本车与交通参与者都处于车道上,则根据地图道路关系计算相对速度,通过相对速度与道路距离,计算出道路碰撞时间。
5.根据权利要求4所述的基于LTE-V的车路协同车载终端应用系统,其特征在于,道路关系包括路段关系、车道关系、前后关系。
6.根据权利要求1所述的基于LTE-V的车路协同车载终端应用系统,其特征在于,所述无线收发模块为4G收发模块。
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