本實用新型涉及智能交通和道路交通安全技術領域，具體地涉及一種基于車路協(xié)同和4G網絡的主動安全預警裝置及方法，尤其適用于燈交叉路口進行闖紅燈報警和交叉路口盲區(qū)預警。

背景技術：

隨著我國城鎮(zhèn)化率的不斷提高，目前有視線遮擋且有交通信號燈的交叉路口路況越來越多。雖然在路口有信號燈的情況下，行車安全性顯著提高，但是由于某些駕駛員存在闖黃燈等危險駕駛行為，或者前方大貨車遮擋視線等情況時有發(fā)生，仍然給行車安全造成很大隱患。并且，將道路和車輛作為分立系統(tǒng)考慮的傳統(tǒng)交通管理方式，已經難以滿足人們對道路交通安全水平的要求。

傳統(tǒng)的主動安全技術主要基于自主式車輛傳感器來實現(xiàn)，不僅受限于行車狀況、道路條件、天氣和環(huán)境因素，同時無法滿足傳感器盲區(qū)和異常道路環(huán)境的安全預警要求?；贒SRC（Dedicated Short Range Communications，專用短程通信）的車車、車路通信技術可滿足上述需求，但是路側和車載設備的改造安置需要大量基礎投入，成本高昂，短期內難以普及。

中國專利文獻CN 102431556公開了一種基于車路協(xié)同的駕駛員一體化預警裝置，包括設置在車輛上的自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊、主控模塊、車載無線通信模塊和人機交互模塊，所述自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊的輸出信號輸入主控模塊，主控模塊通過無線通信模塊與周圍車輛以及道路上的設備通信，主控模塊通過人機交互模塊發(fā)出預警。通過車車通信方式獲取周圍車輛駕駛意圖，從而對潛在危險進行識別、預警。該裝置非常復雜，通過各種傳感器采集信息，然后進行分析車輛的駕駛意圖。該裝置成本高昂，應用前景不佳。

基于4G（The 4th Generation Mobile Communication Technology，第四代移動通信技術）的車路協(xié)同技術以其低成本、高覆蓋率、較好實時性等優(yōu)點已經成為目前國際智能交通領域的較熱門技術，包括美國、日本、歐洲在內的主要發(fā)達國家和地區(qū)都在積極研究該技術的相關應用，有序推進相關立法工作。車路協(xié)同是指應用傳感探測、無線通信、信號處理等技術，使車輛端和道路端能夠共享車輛狀態(tài)、路側設備狀態(tài)、道路交通條件等信息，以達到有效提升道路交通安全、道路通行效率的目的。

目前，隨著通信技術的研究和發(fā)展，4G技術以其低成本、高覆蓋率、較好實時性的特點已成為非常熱門的車路協(xié)同通信技術。本實用新型由此而來。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述技術方案存在的缺陷，本實用新型的目的是提出了一種基于車路協(xié)同和4G網絡的主動安全預警裝置和方法，成本低廉、結構簡單，可以對車輛進行闖紅燈報警和交叉路口盲區(qū)預警，使駕駛員及時預判交通信號燈狀況和盲區(qū)路況，有效避免車輛違章和碰撞事故的發(fā)生。

本實用新型的技術方案是：

一種基于車路協(xié)同和4G網絡的主動安全預警裝置，其特征在于，包括車載設備和路側設備；所述路側設備包括：

一路側信號整合處理模塊，用于接收交通信號燈模塊信息并整合路側4G模塊接收的信息，經過解析和去除冗余后，將信息傳輸給路側4G模塊；

一路側4G模塊，與路側信號整合處理模塊連接，用于接收路側信號整合處理模塊的信息，并連同其內部存儲的路口中心位置的GPS經緯度坐標信息通過4G方式向外廣播；

所述車載設備包括：

一車載4G模塊，由車載控制器模塊控制與路側4G模塊進行通信；

一車載GPS模塊，用于測定當前車輛的位置信息，并將所述位置信息發(fā)送給車載控制器模塊；

一車載控制器模塊，用于控制車載4G模塊和HMI模塊的顯示信息，計算當前車輛到達路口的時間以及與被檢測目標車輛分別到達路口的時間差，并判斷是否達到報警閾值，若達到相應的報警閾值，則闖紅燈報警和/或碰撞報警；

一HMI模塊，用于顯示車輛當前的運行狀態(tài)和安全預警信息。

優(yōu)選的，所述車載設備還包括車載信號整合處理模塊，用于接收車載GPS模塊信息并整合車載4G模塊接收的廣播信息，經過解析和去除冗余后，將車輛行駛狀態(tài)信息通過車載4G模塊對外廣播。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點是：

在有交通信號燈的交叉路口在安裝本實用新型主動安全預警裝置后，可以高效地與安裝4G接收控制裝置的沿途車輛進行車路通信，又可以將交通信號燈相位信息實時傳廣播給沿途車輛，及時將駕駛員視線之外的車況、路況、信號燈狀況發(fā)送給所需車輛。經過車載控制器對基于4G的廣播信息的解析處理，指示車載HMI設備發(fā)出危險報警，可讓駕駛員有效提前預知視線外的危險狀況，及時采取合理規(guī)避措施，有效提升道路交通安全。同時，現(xiàn)有的4G通信網絡可滿足預警需求，不需額外大量投入以建設路側設備，在滿足功能的基礎上可有效減少項目成本。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述：

圖1是本實用新型基于車路協(xié)同和4G網絡的主動安全預警裝置的結構框圖；

圖2是本實用新型主動安全預警裝置的路側DSRC模塊安裝位置示意圖；

圖3是本實用新型主動安全預警方法的流程圖。

圖中，1.演示車輛，11.HMI模塊 ，12.車載4G模塊，13.車載控制器模塊，14.車載GPS模塊，2.路側設備，21.路側4G模塊，22.路側信號整合處理模塊，23.交通信號燈模塊，3.路口范圍內的行駛車輛，31.車載4G模塊，32.車載信號整合處理模塊33.車載GPS模塊。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面結合具體實施方式并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實用新型的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本實用新型的概念。

實施例：

本實用新型為一種帶闖紅燈報警功能的交叉路口主動安全預警裝置及算法，該裝置需要演示車輛1、路側設備2和路口范圍內的行駛車輛3三部分配合以實現(xiàn)其功能。其中，演示車輛1車載裝置由車載控制器模塊13、車載4G模塊12、車載GPS模塊14和HMI（Human Machine Interface，人機界面）模塊11組成，路側設備2由路側4G模塊21、路側信號整合處理模塊22和交通信號燈模塊23組成，路口范圍內行駛車輛3車載裝置由車載信號整合處理模塊32、車載4G模塊31和車載GPS模塊33組成。各模塊的數(shù)據流連接方式如圖1所示。其中，路側設備路口安裝位置如圖2所示，相關參數(shù)L1、L2、L3根據如下要求確定：

1、L1為路口寬度；

2、L2為路口東西向寬度的一半；

3、L3為路口南北向寬度的一半。

本實用新型基于車路協(xié)同的無信號燈交叉路口主動安全預警裝置及算法的具體配置及實施方式包括以下內容：

該裝置中，車載控制器模塊13的主控芯片采用Freescale ARM Cortex-A9系列芯片，其與HMI模塊11采用Wifi方式進行通信；HMI模塊11采用基于Android系統(tǒng)，支持Wifi，分辨率至少為720P的平板電腦；車載GPS模塊14采用高精度差分GPS設備，其與車載控制器模塊13采用RS232串口傳輸數(shù)據；車載4G模塊12和路側4G模塊21均采用支持4G網絡通信的設備，其與其他模塊采用串行接口進行數(shù)據傳輸；路側信息整合處理模塊22由基于Freescale控制芯片并支持串口通信方式的開發(fā)板組成；交通信號燈模塊23由三種顏色并能指揮四個方向的移動式交通信號燈組成，其與路側4G模塊21通過串行接口傳輸數(shù)據。

當前演示車輛由南向北行駛，此時僅東西向行駛車輛可觸發(fā)碰撞預警，具體方向如圖2中所示。

預警方法如圖3所示：

1、車載控制器模塊實時讀取車載GPS模塊檢測到的車輛速度、經緯度、航向角等信息，車載控制器模塊同時也讀取路側設備廣播的其自身的經緯度信息，根據車輛的經緯度坐標和路側設備的經緯度坐標計算出車輛與路側設備的距離，此即為車輛到路口的距離。

2、得到和車輛到路口距離之后，判斷此距離是否大于預警臨界距離D，如大于D則返回步驟1繼續(xù)偵測車速和距離信息；如小于D則啟動預警程序并執(zhí)行步驟3。

3、車載控制器模塊從車載4G模塊讀取由路側4G模塊廣播過來的路側信息并進行實時解析，判斷路口范圍內有無其他車輛正在向路口行進。如檢測到其他車輛向路口行進，則執(zhí)行步驟5。

4、車載控制器模塊從車載4G模塊讀取由路側4G模塊廣播過來的交通信號燈信號并進行實時解析，同時計算出該車輛以目前速度勻速行駛到達路口的時間t₁，將t₁與信號燈相位信息比較以判斷車輛有無闖紅燈風險。如有闖紅燈風險，則HMI模塊顯示闖紅燈報警提示信息；如無闖紅燈風險，則HMI模塊顯示當前交通信號燈相位信息和相位剩余時間。在HMI模塊顯示相關信息的同時，返回步驟3，繼續(xù)檢測所監(jiān)測方向上有無其他車輛正在通行。

5、車載控制器模塊解析路側信息，分別獲取向路口行進的若干車輛的速度和到路口的距離。同時分別計算出這些車輛以目前速度勻速行駛到達路口的時間，選碰撞取其中最小值t_p。

6、車載控制器模塊根據公式|T|=|t_p-t₁|,計算出當前行駛車輛與目標車輛分別到達路口的時間差的絕對值。判斷|T|是否大于預警臨界時間T，如大于T則返回步驟1繼續(xù)偵測車速和距離信息；如小于T則執(zhí)行步驟7，進行碰撞報警。

7、車載控制器模塊將報警信息通過無線網絡技術傳輸給HMI模塊，HMI模塊通過其內部的預設程序顯示與報警信息對應的報警界面以提醒駕駛員小心駕駛。

8、車輛控制器模塊實時檢測獲取的當前車輛GPS經緯度信息，如果在某特定的較長時間內，GPS經緯度信息變化很小，則認為車輛已經停車，程序暫停運行；如果車輛未停止運行，則返回步驟1重復運行上述步驟。

本實用新型的碰撞報警可以有不同的預警等級，根據預警等級的不同可以發(fā)送不同的預警提示。

當0≤|T|<T₂且0≤t<t₁或者0≤|T|<T₁且t₁≤t<t₂，預警等級為碰撞紅色預警，提示駕駛員“注意謹慎駕駛，務必減速慢行”；

當T₂≤|T|<T₃且0≤t<t₁或者0≤|T|<T₁且t₂≤t或者T₁≤|T|<T₂且t₁≤t<t₂，預警等級為碰撞橙色預警，提示駕駛員“注意謹慎駕駛，務必減速慢行”；

當T₃≤|T|或者T₂≤|T|<T₃且t₁≤t或者T₁≤|T|<T₂且t₂≤t，預警等級為碰撞黃色預警，提示駕駛員“注意謹慎駕駛”；

其中，T₁、T₂、T₃為當前車輛與被監(jiān)測車輛到達路口時間差的設定閾值，且T₁<T₂<T₃；t₁、t₂為當前車輛到達路口時間的設定閾值，且t₁<t₂。

應當理解的是，本實用新型的上述具體實施方式僅僅用于示例性說明或解釋本實用新型的原理，而不構成對本實用新型的限制。因此，在不偏離本實用新型的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。此外，本實用新型所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。