本發(fā)明屬于北斗衛(wèi)星的定位應(yīng)用系統(tǒng)領(lǐng)域,具體涉及一種基于北斗衛(wèi)星的山區(qū)彎道車(chē)輛防撞報(bào)警方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù):
隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展和人們生活水平的提高,私家車(chē)的擁有量不斷增加,但是交通事故也在逐年增加。其中,山區(qū)中發(fā)生交通事故的比例雖然較小,但造成的人員傷亡情況最嚴(yán)重。我國(guó)山地和丘陵占陸地總面積70%,山區(qū)公路建設(shè)不斷增加,山地地勢(shì)險(xiǎn)峻且彎道急,車(chē)輛在山地發(fā)生車(chē)禍的概率比較大,而山區(qū)交通事故的特點(diǎn)就是人員傷亡大,報(bào)警較晚,易引發(fā)次生災(zāi)害。
現(xiàn)階段的車(chē)載防撞報(bào)警系統(tǒng)普遍適用于城市道路,未能有效應(yīng)用于山地道路。車(chē)輛在山地彎道行駛過(guò)程中,由于彎道特殊的地形遮擋了駕駛員的視線(xiàn),使駕駛員無(wú)法準(zhǔn)確地判斷出前方是否有車(chē)輛駛來(lái),增加了車(chē)輛在彎道發(fā)生事故的可能性。目前最為廣泛的預(yù)防措施是在彎道處安放凸面鏡,以此增加駕駛員視線(xiàn)范圍,但同時(shí)會(huì)影響其注意力,且作用效果有限,因此需要一種新型措施對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)。另一方面,由于信號(hào)不好,報(bào)警不及時(shí),車(chē)輛隱匿等,在事故發(fā)生后使救援工作難以及時(shí)展開(kāi)。
目前中國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各民用領(lǐng)域,如何利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的實(shí)時(shí)高精度定位和短報(bào)文通信功能,提出一種適用于山區(qū)車(chē)輛的防撞預(yù)警系統(tǒng)是本發(fā)明的主要研究課題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
發(fā)明目的:本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,結(jié)合山區(qū)道路實(shí)際環(huán)境,提出了一種基于北斗衛(wèi)星的山區(qū)彎道車(chē)輛防撞報(bào)警方法及系統(tǒng),本發(fā)明利用北斗衛(wèi)星實(shí)時(shí)測(cè)得車(chē)輛位置速度等信息,解算出車(chē)輛在彎道的運(yùn)行狀態(tài),對(duì)彎道車(chē)輛相撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)估,實(shí)現(xiàn)車(chē)輛在山區(qū)彎道的有效報(bào)警。
技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種基于北斗衛(wèi)星的山區(qū)彎道車(chē)輛防撞報(bào)警方法,包括如下步驟:
(1)在車(chē)輛進(jìn)入山區(qū)后,通過(guò)北斗定位獲取車(chē)輛的位置和速度信息;
(2)通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將經(jīng)緯度換算至高斯平面坐標(biāo)系,計(jì)算兩車(chē)水平距離;
(3)在初次判斷出兩車(chē)水平距離小于設(shè)定閾值并且高度小于設(shè)定閾值時(shí),進(jìn)行碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估,在滿(mǎn)足設(shè)定的報(bào)警規(guī)則時(shí),發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
作為優(yōu)選,上述方法還包括:在車(chē)輛發(fā)生事故時(shí),通過(guò)北斗短報(bào)文向山區(qū)車(chē)輛管控中心發(fā)送事故具體位置及求救信號(hào)。
作為優(yōu)選,步驟(3)中進(jìn)行碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估的方法包括:
利用兩車(chē)零散的位置坐標(biāo),實(shí)時(shí)擬合出當(dāng)前兩車(chē)行駛的道路模擬曲線(xiàn);
當(dāng)兩車(chē)中至少有一輛車(chē)的道路模擬曲線(xiàn)的曲率半徑小于設(shè)定值時(shí),進(jìn)行碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估,預(yù)估函數(shù)
作為優(yōu)選,通過(guò)駕駛?cè)藦澋罆?huì)車(chē)距離d,會(huì)車(chē)時(shí)距dthw,碰撞時(shí)間tttc這3個(gè)參數(shù)來(lái)描述危險(xiǎn)事件,預(yù)估函數(shù)r=p1g1+p2g2+p3g3;
式中:
其中,dw,
作為優(yōu)選,在得到碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估函數(shù)值后,根據(jù)如下報(bào)警規(guī)則發(fā)送報(bào)警信號(hào):
作為優(yōu)選,為避免兩車(chē)相撞需保持的安全距離dw的計(jì)算方法為:
其中,τ為駕駛?cè)酥苿?dòng)反應(yīng)時(shí)間,d0為停車(chē)距離,v和vf分別為制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間段內(nèi)兩車(chē)的行駛速度,a和af分別為制動(dòng)后兩車(chē)減速度,取值a=af=μg,μ為道路附著系數(shù),g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣取?/p>
作為優(yōu)選,步驟(3)中進(jìn)行碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估的方法還包括:
當(dāng)兩車(chē)均未在彎道行駛時(shí),若兩車(chē)的水平距離小于設(shè)定的距離閾值,則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
一種基于北斗衛(wèi)星的山區(qū)彎道車(chē)輛防撞報(bào)警系統(tǒng),包括:山區(qū)車(chē)輛管控中心和若干車(chē)載車(chē)輛報(bào)警系統(tǒng),車(chē)載車(chē)輛報(bào)警系統(tǒng)包括:
北斗定位模塊,用于在車(chē)輛進(jìn)入山區(qū)后進(jìn)行位置定位;
車(chē)載報(bào)警模塊,用于根據(jù)兩輛車(chē)的位置和速度信息實(shí)時(shí)進(jìn)行碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估,在滿(mǎn)足設(shè)定的報(bào)警規(guī)則時(shí),發(fā)出報(bào)警信號(hào);
北斗短報(bào)文通信模塊,用于與山區(qū)車(chē)輛管控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信;
車(chē)輛加速度檢測(cè)模塊,用于檢測(cè)車(chē)輛加速度,當(dāng)大于設(shè)定閾值時(shí),發(fā)出事故發(fā)生信號(hào);
以及,事故救援模塊,用于在檢測(cè)到車(chē)輛發(fā)生事故時(shí),通過(guò)北斗短報(bào)文通信模塊向山區(qū)車(chē)輛管控中心發(fā)送事故具體位置及求救信號(hào);
山區(qū)車(chē)輛管控中心,用于從北斗地面監(jiān)測(cè)站實(shí)時(shí)獲取來(lái)往車(chē)輛位置和速度信息,在兩車(chē)位于同一水平高度且水平距離接近時(shí)分別向這兩車(chē)發(fā)送對(duì)方車(chē)輛的位置和速度信息。
一種基于北斗衛(wèi)星的山區(qū)彎道車(chē)輛防撞報(bào)警系統(tǒng),包括:山區(qū)車(chē)輛管控中心和若干車(chē)載車(chē)輛報(bào)警系統(tǒng),車(chē)載車(chē)輛報(bào)警系統(tǒng)包括:
北斗定位模塊,用于在車(chē)輛進(jìn)入山區(qū)后進(jìn)行位置定位;
車(chē)載報(bào)警模塊,用于接收山區(qū)車(chē)輛管控中心發(fā)出報(bào)警信號(hào);
北斗短報(bào)文通信模塊,用于與山區(qū)車(chē)輛管控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信;
車(chē)輛加速度檢測(cè)模塊,用于檢測(cè)車(chē)輛加速度,當(dāng)大于設(shè)定閾值時(shí),發(fā)出事故發(fā)生信號(hào);
以及,事故救援模塊,用于在檢測(cè)到車(chē)輛發(fā)生事故時(shí),通過(guò)北斗短報(bào)文通信模塊向山區(qū)車(chē)輛管控中心發(fā)送事故具體位置及求救信號(hào);
山區(qū)車(chē)輛管控中心,用于從北斗地面監(jiān)測(cè)站實(shí)時(shí)獲取來(lái)往車(chē)輛位置和速度信息,根據(jù)兩輛車(chē)的位置和速度信息實(shí)時(shí)進(jìn)行碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估,在滿(mǎn)足設(shè)定的報(bào)警規(guī)則時(shí),分別向所涉及的兩輛車(chē)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1)利用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng),通過(guò)定位機(jī)動(dòng)車(chē)實(shí)時(shí)位置,對(duì)山區(qū)即將相遇的車(chē)輛進(jìn)行有效預(yù)警,大大降低了由山區(qū)彎道遮擋駕駛員的視線(xiàn)而造成事故的概率。
2)山區(qū)通信信號(hào)覆蓋較弱,地形復(fù)雜,通信設(shè)備無(wú)法及時(shí)有效的對(duì)外發(fā)送救援、報(bào)警信號(hào),易錯(cuò)過(guò)最佳救援時(shí)間,引發(fā)次生災(zāi)害。本系統(tǒng)利用北斗短報(bào)文功能,在車(chē)輛發(fā)生事故時(shí)及時(shí)向車(chē)輛管控中心發(fā)送事故位置和求救信號(hào),縮短救援時(shí)間,降低事故傷亡。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明車(chē)輛定位信息傳送示意圖。
圖2是本發(fā)明車(chē)輛管控中心與山區(qū)車(chē)輛信息傳遞示意圖。
圖3是本發(fā)明防撞報(bào)警方法流程圖。
圖4是兩車(chē)相遇示意圖。
圖5是車(chē)輛模擬及算法仿真圖。
圖6是車(chē)載報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例,進(jìn)一步闡明本發(fā)明,應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍,在閱讀了本發(fā)明之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的一種基于北斗衛(wèi)星的山區(qū)彎道車(chē)輛防撞報(bào)警方法,主要包括:在車(chē)輛進(jìn)入山區(qū)后,通過(guò)北斗定位獲取車(chē)輛的位置和速度信息;通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將經(jīng)緯度換算至高斯平面坐標(biāo)系,計(jì)算兩車(chē)水平距離;在兩車(chē)相距較近時(shí),進(jìn)行碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估,在滿(mǎn)足設(shè)定的報(bào)警規(guī)則時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在車(chē)輛發(fā)生事故時(shí),通過(guò)北斗短報(bào)文向山區(qū)車(chē)輛管控中心發(fā)送事故具體位置及求救信號(hào),由管控中心協(xié)調(diào)當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門(mén)實(shí)施救援。
如圖1、2所示,本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的一種基于北斗衛(wèi)星的山區(qū)彎道車(chē)輛防撞報(bào)警系統(tǒng),包括山區(qū)車(chē)輛管控中心和若干車(chē)載車(chē)輛報(bào)警系統(tǒng),其中車(chē)載車(chē)輛報(bào)警系統(tǒng)包括:北斗定位模塊,用于在車(chē)輛進(jìn)入山區(qū)后進(jìn)行位置定位;車(chē)載報(bào)警模塊,用于根據(jù)兩輛車(chē)的位置和速度信息實(shí)時(shí)進(jìn)行碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估,在滿(mǎn)足設(shè)定的報(bào)警規(guī)則時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào);北斗短報(bào)文通信模塊,用于與山區(qū)車(chē)輛管控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。還包括事故救援模塊,用于在檢測(cè)到車(chē)輛發(fā)生事故時(shí),通過(guò)北斗短報(bào)文通信模塊向山區(qū)車(chē)輛管控中心發(fā)送事故具體位置及求救信號(hào);可通過(guò)車(chē)輛加速度檢測(cè)模塊檢測(cè)車(chē)輛加速度,當(dāng)大于設(shè)定閾值時(shí)可認(rèn)為發(fā)生事故。其中山區(qū)車(chē)輛管控中心,用于從北斗地面監(jiān)測(cè)站實(shí)時(shí)獲取來(lái)往車(chē)輛位置和速度信息,在兩車(chē)位于同一水平高度且水平距離接近時(shí)分別向這兩車(chē)發(fā)送對(duì)方車(chē)輛的位置和速度信息。在另一個(gè)實(shí)施例中,也可以由山區(qū)車(chē)輛管控中心根據(jù)兩輛車(chē)的位置和速度信息實(shí)時(shí)進(jìn)行碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估,在滿(mǎn)足設(shè)定的報(bào)警規(guī)則時(shí),分別向所涉及的兩輛車(chē)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。車(chē)載報(bào)警模塊用來(lái)接收山區(qū)車(chē)輛管控中心發(fā)出報(bào)警信號(hào),并向報(bào)警執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送報(bào)警信號(hào)。
在圖1中,車(chē)輛安裝有車(chē)載車(chē)輛報(bào)警系統(tǒng),車(chē)載車(chē)輛報(bào)警系統(tǒng)包含北斗定位、處理器、顯示機(jī)構(gòu)、報(bào)警執(zhí)行機(jī)構(gòu)等模塊,具有信號(hào)接收、應(yīng)答、定位、數(shù)據(jù)處理等功能。當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入山區(qū)后,車(chē)載車(chē)輛報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)始工作,北斗衛(wèi)星對(duì)車(chē)輛實(shí)時(shí)定位,從而北斗地面監(jiān)測(cè)站可獲得車(chē)輛實(shí)時(shí)位置、速度信息,并傳送給山區(qū)車(chē)輛管控中心。
在圖2中,山區(qū)車(chē)輛管控中心有該山區(qū)區(qū)域所有車(chē)輛實(shí)時(shí)位置、速度信息,經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,可將經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn)化為二維高斯平面點(diǎn)坐標(biāo),通過(guò)比較兩車(chē)北斗高度信息及平面坐標(biāo)距離,當(dāng)初步判斷出兩車(chē)相距較近時(shí),認(rèn)為兩車(chē)位于同一道路行駛并可能相遇,此時(shí)車(chē)輛管控中心利用gsm移動(dòng)通信技術(shù)或3g、4g移動(dòng)通信技術(shù)或wifi無(wú)線(xiàn)通信技術(shù),將車(chē)輛位置、速度信息互相發(fā)送到對(duì)方車(chē)輛。本發(fā)明主要處理會(huì)車(chē)場(chǎng)景,之后在擬合兩車(chē)行駛道路曲線(xiàn)時(shí),若檢測(cè)到兩車(chē)沿道路同一方向行駛,即出現(xiàn)跟車(chē)情況時(shí)則忽略這種情況,否則車(chē)載報(bào)警模塊接收到車(chē)輛管控中心實(shí)時(shí)傳來(lái)的數(shù)據(jù)后開(kāi)始進(jìn)行碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估計(jì)算。
圖3是彎道報(bào)警算法流程圖。該模塊由兩車(chē)實(shí)時(shí)位置、速度信息,利用北斗獲取的經(jīng)緯度信息,經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到在高斯平面上兩車(chē)零散的位置坐標(biāo),計(jì)算兩車(chē)二維平面坐標(biāo)距離以及比較兩車(chē)北斗高度信息。當(dāng)兩車(chē)同時(shí)小于設(shè)定閾值(如距離小于70m,高度差小于9.5m,在實(shí)際使用過(guò)程中可以根據(jù)不同地形合理設(shè)定)時(shí),可判定兩車(chē)即將相遇,除此之外繼續(xù)采集信息不執(zhí)行之后程序。利用二維位置坐標(biāo)實(shí)時(shí)擬合出當(dāng)前兩車(chē)行駛的道路模擬曲線(xiàn)。計(jì)算兩車(chē)當(dāng)前行駛時(shí)道路的曲率半徑,當(dāng)曲率半徑小于某個(gè)值(此值可根據(jù)山地具體彎道情況測(cè)定)時(shí)認(rèn)為該車(chē)處于彎道行駛狀況。當(dāng)兩車(chē)中至少有一輛車(chē)位于彎道時(shí),認(rèn)為車(chē)輛處于彎道危險(xiǎn)行駛狀態(tài),需要報(bào)警,此時(shí)開(kāi)始碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估函數(shù)計(jì)算。為了預(yù)估此時(shí)兩車(chē)之間的道路曲線(xiàn)距離,利用曲線(xiàn)積分計(jì)算擬合后兩車(chē)之間的曲線(xiàn)距離s。若兩車(chē)均未處于彎道,但處于同一道路(如直角彎),為防止兩車(chē)距離過(guò)于接近,因此在小于限定最小車(chē)距(如20m)時(shí)直接發(fā)送報(bào)警信息。
圖4是兩車(chē)相遇示意圖,彎道報(bào)警算法如下:
①安全會(huì)車(chē)距離計(jì)算
兩車(chē)相遇示意圖如圖所示,在t0時(shí)刻準(zhǔn)備制動(dòng),從準(zhǔn)備制動(dòng)到啟動(dòng)制動(dòng)這一段時(shí)間τ稱(chēng)為駕駛?cè)酥苿?dòng)反應(yīng)時(shí)間,在這段時(shí)間自車(chē)和對(duì)向來(lái)車(chē)分別以速度v和vf勻速行駛,t1時(shí)刻兩車(chē)開(kāi)始減速,自車(chē)減速度為a,對(duì)向來(lái)車(chē)減速度為af,t2時(shí)刻兩車(chē)均停止,停車(chē)距離為d0,則在t0時(shí)刻,為避免與對(duì)向來(lái)車(chē)碰撞,需保持的安全距離dw為
兩車(chē)減速度:
a=af=μg
式中:μ為道路附著系數(shù),結(jié)合山地實(shí)際情況,取道路附著系數(shù)μ=0.8,g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?,取值?.8m/s2,停車(chē)距離d0取2m。駕駛?cè)酥苿?dòng)反應(yīng)時(shí)間τ取值為0.8s。
②彎道駕駛?cè)颂匦詤?shù)閾值的確定
為了表征駕駛員的行為特性,定義會(huì)車(chē)時(shí)距dthw和碰撞時(shí)間tttc,其中dthw=d/v(v為自車(chē)速度),tttc=d/vr(vr為兩車(chē)相對(duì)速度),d為自車(chē)與對(duì)向來(lái)車(chē)距離,取閾值
③彎道車(chē)輛碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估函數(shù)r
彎道車(chē)輛風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估函數(shù)
式中:
取g1=g2=g3=1/3。經(jīng)加權(quán)融合后得到各測(cè)量值的最優(yōu)化測(cè)量結(jié)果,即彎道車(chē)輛碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)估函數(shù)值r。在實(shí)現(xiàn)對(duì)彎道碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的預(yù)估后,制定如下報(bào)警規(guī)則
最后由車(chē)載報(bào)警模塊根據(jù)報(bào)警規(guī)則發(fā)送報(bào)警信號(hào)給報(bào)警執(zhí)行模塊,警示駕駛員小心駕駛。
當(dāng)車(chē)載加速度傳感器檢測(cè)到加速度值大于35g時(shí)(g為重力加速度)可判定車(chē)輛發(fā)生事故,此時(shí)利用車(chē)載車(chē)輛報(bào)警系統(tǒng)中的北斗短報(bào)文通信模塊自動(dòng)向車(chē)輛管控中心發(fā)送事故具體位置及求救信號(hào),由管控中心協(xié)調(diào)當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門(mén)實(shí)施救援,并向事故周?chē)秶鷥?nèi)汽車(chē)發(fā)送事故預(yù)警信號(hào),必要時(shí)提醒駕駛員繞道行駛,避免造成交通堵塞。該系統(tǒng)還可用于山區(qū)天氣情況較差、發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)車(chē)輛預(yù)警及救援,能夠有效減少事故發(fā)生率,保障駕駛員生命財(cái)產(chǎn)安全。
圖5是車(chē)輛模擬及算法仿真圖。設(shè)定山區(qū)彎道以及兩車(chē)行駛速度、位置等函數(shù),通過(guò)程序延時(shí),以0.1s為周期對(duì)車(chē)輛速度位置信息進(jìn)行采集,模擬北斗衛(wèi)星的信息采集功能,之后利用擬合算法及車(chē)輛預(yù)警算法得到彎道車(chē)輛碰撞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估函數(shù)值r。仿真中以黃色代表輕度報(bào)警,紅色代表重度報(bào)警。
圖6是車(chē)載車(chē)輛報(bào)警系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖。首先利用北斗定位模塊獲取車(chē)輛位置與速度信息并將相應(yīng)信息發(fā)送到信息顯示裝置,利用處理器即時(shí)對(duì)信息進(jìn)行分析與解算,當(dāng)處于彎道的車(chē)輛即將相遇時(shí),將報(bào)警信息發(fā)送到報(bào)警執(zhí)行機(jī)構(gòu)與輸出顯示裝置,當(dāng)車(chē)載加速度傳感器檢測(cè)到加速度值大于設(shè)定閾值(如35g)時(shí),可判定事故發(fā)生,此時(shí)利用北斗短報(bào)文通信模塊自動(dòng)向車(chē)輛管控中心發(fā)送事故具體位置及求救信號(hào),車(chē)輛管控中心向事故周?chē)秶鷥?nèi)汽車(chē)發(fā)送事故預(yù)警信號(hào),必要時(shí)提醒駕駛員繞道行駛,避免造成交通堵塞。