本發(fā)明涉及汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種彎道車(chē)頭時(shí)距與車(chē)頭間距的計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，許多傳統(tǒng)的交通流元素有了新的采集與計(jì)算方法。跟車(chē)模型中的車(chē)頭間距與車(chē)頭時(shí)距的變化規(guī)律一直是車(chē)輛跟馳研究中的重要內(nèi)容之一。

現(xiàn)有的測(cè)量方法包括超聲波測(cè)距、雷達(dá)測(cè)距與激光測(cè)距等，由于光線(xiàn)的直線(xiàn)傳播，以及傳統(tǒng)計(jì)算間距的方法只能測(cè)得兩點(diǎn)間的直線(xiàn)距離，所以無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量道路曲線(xiàn)段的車(chē)頭間距。

另外，彎道處的車(chē)輛行駛軌跡相對(duì)規(guī)律不明顯，行駛狀態(tài)變化比較多，而且考慮到彎道本身的設(shè)計(jì)因素(例如：轉(zhuǎn)彎半徑的不斷變化，彎道線(xiàn)性的不規(guī)律性等)，利用積分等方式計(jì)算車(chē)頭間距以及車(chē)頭時(shí)距也會(huì)不夠準(zhǔn)確。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，V2V的通信能力日趨完善，通過(guò)車(chē)車(chē)通信改進(jìn)傳統(tǒng)的彎道處的車(chē)頭間距與車(chē)頭時(shí)距的計(jì)算方法有了新的可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：提供一種基于V2V的彎道車(chē)頭時(shí)距與車(chē)頭間距計(jì)算方法，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)存在的部分問(wèn)題，提高彎道處的車(chē)頭間距與車(chē)頭時(shí)距的測(cè)量計(jì)算精度與可靠性，為跟車(chē)模型提供更加準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。

技術(shù)方案：一種基于V2V的彎道車(chē)頭時(shí)距與車(chē)頭間距計(jì)算方法，包括以下步驟：

S1.在裝有V2V通信設(shè)備(本發(fā)明使用WIFI)的車(chē)輛的車(chē)載控制系統(tǒng)中加入一個(gè)車(chē)輛行駛信息存儲(chǔ)模塊，一個(gè)車(chē)頭時(shí)距計(jì)算模塊以及一個(gè)車(chē)頭間距計(jì)算模塊，所述車(chē)輛行駛信息存儲(chǔ)模塊包括濾波單元與信息存儲(chǔ)單元。

S2.利用車(chē)載GPS設(shè)備采集車(chē)輛位置信息，并將表征車(chē)輛位置信息的車(chē)輛坐標(biāo)數(shù)據(jù)提供給濾波單元進(jìn)行濾波處理，利用V2V設(shè)備發(fā)送濾波后的車(chē)輛坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

S3.在車(chē)頭時(shí)距計(jì)算模塊中，調(diào)用存儲(chǔ)在信息存儲(chǔ)單元內(nèi)的自車(chē)位置信息與他車(chē)位置信息，計(jì)算離自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)距離最近的他車(chē)歷史坐標(biāo)點(diǎn)(將自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)依次與他車(chē)存儲(chǔ)的歷史坐標(biāo)進(jìn)行距離計(jì)算，取最小距離點(diǎn))。

S4.在車(chē)頭時(shí)距計(jì)算模塊中，計(jì)算得到的離每個(gè)自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)的最短距離為d_i,記距離閾值為D，判定d_i<D是否成立。若成立，可認(rèn)為在自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)處，他車(chē)歷史坐標(biāo)與之重合(即他車(chē)在一定時(shí)間之前也曾通過(guò)這同一位置)。若不成立，即認(rèn)為在自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)處，他車(chē)歷史坐標(biāo)未與之重合(即他車(chē)歷史上未經(jīng)過(guò)該位置)。

S5.在車(chē)頭時(shí)距計(jì)算模塊中，若S4中不等式判定成立，則計(jì)算自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)的時(shí)間與對(duì)應(yīng)的他車(chē)歷史坐標(biāo)的時(shí)間之差，依據(jù)定義該時(shí)間之差即可認(rèn)定為自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)處的車(chē)頭時(shí)距。接下來(lái)進(jìn)入S6進(jìn)行實(shí)時(shí)的車(chē)頭間距的計(jì)算。若S4中不等式判定不成立，即直接返回S3繼續(xù)計(jì)算下一個(gè)離自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的最短距離。

S6.在車(chē)頭間距計(jì)算模塊中，若S4中不等式判定成立，則調(diào)用存儲(chǔ)在信息存儲(chǔ)單元內(nèi)的他車(chē)位置信息，計(jì)算與自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)重合的他車(chē)歷史坐標(biāo)到他車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)，即可得到自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)處的車(chē)頭間距。計(jì)算方法是，將存儲(chǔ)的他車(chē)歷史坐標(biāo)到他車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)之間的值，兩兩求距離，將距離累加，即可得到實(shí)時(shí)的車(chē)頭間距。此時(shí)返回S3進(jìn)行下一個(gè)自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)最短距的計(jì)算。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)組成圖

圖2是本發(fā)明實(shí)例實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所圖

圖3是本發(fā)明實(shí)例中得到的車(chē)輛實(shí)際軌跡圖

圖4是本發(fā)明實(shí)例中計(jì)算得到的實(shí)時(shí)車(chē)頭時(shí)距圖

圖5是本發(fā)明實(shí)例中計(jì)算得到的實(shí)時(shí)車(chē)頭間距圖

具體實(shí)施方案

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明由信息采集部分，信息傳輸部分，信息處理部分與算法設(shè)計(jì)部分組成。

本發(fā)明的信息采集部分包括GPS(Global Positioning System,全球定位系統(tǒng))設(shè)備。GPS設(shè)備負(fù)責(zé)采集表征車(chē)輛位置信息的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的信息傳輸部分包括WIFI設(shè)備。WIFI設(shè)備負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)車(chē)車(chē)通信，互相發(fā)送帶有時(shí)間的車(chē)輛坐標(biāo)信息。

本發(fā)明的信息處理處理部分包括濾波單元與信息存儲(chǔ)單元。濾波單元將車(chē)載GPS測(cè)得的車(chē)輛坐標(biāo)信息進(jìn)行濾波處理。這里的濾波處理采用卡爾曼濾波方法。信息存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)濾波處理后的帶有時(shí)間的自車(chē)坐標(biāo)信息以及周?chē)渌?chē)輛發(fā)送過(guò)來(lái)的帶有時(shí)間的坐標(biāo)信息?？倳r(shí)間設(shè)為5S，WIFI通信設(shè)備每50ms發(fā)送接受一次，自車(chē)及周?chē)枯v車(chē)的存儲(chǔ)隊(duì)長(zhǎng)均為100，即可以得到實(shí)時(shí)至5s前的坐標(biāo)信息。

本發(fā)明的算法設(shè)計(jì)部分由車(chē)頭時(shí)距計(jì)算模塊與車(chē)頭間距計(jì)算模塊組成。

在車(chē)頭時(shí)距模塊中，第一步，調(diào)用信息存儲(chǔ)單元中的自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)信息以及存儲(chǔ)的他車(chē)歷史實(shí)時(shí)坐標(biāo)信息，分別計(jì)算自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)信息與他車(chē)歷史實(shí)時(shí)坐標(biāo)信息的所有距離，選取其中距離最小的為最小距離點(diǎn)，最小距離記為d_i?？紤]到GPS采集的精度，一般我們可認(rèn)為前后不超過(guò)2m距離的兩點(diǎn)為同一位置，因此取距離閾值為D＝2m。

在車(chē)頭時(shí)距模塊中，第二步，進(jìn)行di<D的判定。若不等式判定成功，可認(rèn)為他車(chē)在一定時(shí)間前經(jīng)過(guò)了自車(chē)現(xiàn)在所處的位置，因此根據(jù)定義這個(gè)一定時(shí)間即可認(rèn)為是二者的車(chē)頭時(shí)距，此時(shí)進(jìn)行第三步。若不等式判定失敗，可認(rèn)為他車(chē)在5S內(nèi)并沒(méi)有經(jīng)過(guò)自車(chē)現(xiàn)在的位置，也即二者的位置不存在重合關(guān)系，不考慮車(chē)頭時(shí)距，此時(shí)返回第二步進(jìn)行下一個(gè)自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)的計(jì)算。

在車(chē)頭時(shí)距模塊中，第三步，由于已判定他車(chē)經(jīng)過(guò)了自車(chē)現(xiàn)在所在的位置，因此只需要找到di所對(duì)應(yīng)的他車(chē)歷史位置信息的時(shí)刻，與現(xiàn)在的時(shí)刻相減，即可得到自車(chē)與他車(chē)的實(shí)時(shí)的車(chē)頭時(shí)距。此時(shí)進(jìn)行第四步車(chē)頭間距的計(jì)算。

在車(chē)頭間距模塊中，第四步，由于根據(jù)第三步已經(jīng)得到了d_i所對(duì)應(yīng)的他車(chē)歷史位置信息的時(shí)刻，因此只需調(diào)用信息存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的他車(chē)歷史位置信息，從對(duì)應(yīng)時(shí)刻到實(shí)時(shí)時(shí)刻，進(jìn)行每相鄰50ms的兩坐標(biāo)點(diǎn)之間的距離計(jì)算，疊加所有距離，即為此時(shí)自車(chē)與他車(chē)的車(chē)頭間距。由于在彎道處車(chē)輛行駛狀態(tài)得不斷變化，以及彎道本身的設(shè)計(jì)因素的影響，一般沒(méi)有辦法直接利用現(xiàn)有的積分公式進(jìn)行距離的計(jì)算。然而我們可以使用積分的思想，即以直代曲，將這一段不規(guī)則圓弧劃分為多個(gè)小段的直線(xiàn)，疊加后可近似求得此時(shí)的車(chē)頭間距。此時(shí)返回第一步進(jìn)行自車(chē)下一個(gè)實(shí)時(shí)坐標(biāo)的最短距的計(jì)算。

通過(guò)不斷重復(fù)上述步驟，我們可以得到對(duì)應(yīng)與自車(chē)實(shí)時(shí)狀態(tài)的每一個(gè)車(chē)頭時(shí)距值與車(chē)頭間距值，這既為跟車(chē)模型的距離設(shè)置提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考，也為研究車(chē)頭時(shí)距與車(chē)頭間距的變化規(guī)律提供了連續(xù)的數(shù)據(jù)支持。

結(jié)合圖例描述本發(fā)明的具體實(shí)施案例。如圖2，選取北京航空航天大學(xué)體育館前的停車(chē)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，紅色虛線(xiàn)即為車(chē)輛行駛路線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)車(chē)輛為安裝了GPS定位系統(tǒng)，WIFI通信系統(tǒng)等上述設(shè)備的兩輛長(zhǎng)安轎車(chē)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2016年5月20日。

按照上述步驟，第一步尋找離自車(chē)實(shí)時(shí)坐標(biāo)最近的他車(chē)歷史坐標(biāo)點(diǎn)，即求最小距離即可得對(duì)應(yīng)的他車(chē)歷史坐標(biāo)點(diǎn)；

第二步，進(jìn)行判定，滿(mǎn)足d_i<D即可認(rèn)為二者位置重合，作圖3得兩輛車(chē)實(shí)際的部分軌跡曲線(xiàn)，在一定誤差范圍內(nèi)可認(rèn)為二者的軌跡是重合的。從圖3可看出，兩輛車(chē)依次先后通過(guò)了一個(gè)彎道。

第三步，找到最小距離對(duì)應(yīng)的他車(chē)歷史坐標(biāo)信息的時(shí)刻信息，與實(shí)時(shí)時(shí)刻信息作差，即可得實(shí)時(shí)車(chē)頭時(shí)距，如圖4，得到了36個(gè)自車(chē)實(shí)時(shí)位置的實(shí)時(shí)車(chē)頭時(shí)距。本實(shí)例實(shí)時(shí)的車(chē)頭時(shí)距在10s至13s之間。

第四步，調(diào)用存儲(chǔ)的他車(chē)歷史位置信息，從對(duì)應(yīng)時(shí)刻到實(shí)時(shí)時(shí)刻，進(jìn)行每相鄰50ms的兩坐標(biāo)點(diǎn)之間的距離計(jì)算，再進(jìn)行疊加，即可得實(shí)時(shí)的車(chē)頭間距。如圖5，得到了36個(gè)自車(chē)實(shí)時(shí)位置的實(shí)時(shí)車(chē)頭間距。本實(shí)例實(shí)時(shí)車(chē)頭間距在10m至13m之間。

本發(fā)明通過(guò)車(chē)車(chē)通信技術(shù)傳遞存儲(chǔ)車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，根據(jù)最短距確定與自車(chē)實(shí)時(shí)位置重合的他車(chē)歷史位置信息，計(jì)算得到車(chē)頭時(shí)距和車(chē)頭間距，有效解決了彎道處車(chē)頭間距難以測(cè)量的問(wèn)題，既簡(jiǎn)單又有效，優(yōu)于現(xiàn)有的技術(shù)方法。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，具體的細(xì)節(jié)是可以改變替換的，例如本發(fā)明的信息傳輸方式、濾波方式、他車(chē)歷史位置的確定方法等，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。