一種基于電子地圖的車輛碰撞預(yù)警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車聯(lián)網(wǎng)中的智能交通技術(shù)，尤其是涉及一種基于電子地圖的車輛碰撞 預(yù)警方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 車聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在智能交通領(lǐng)域的重要應(yīng)用，通過信息交互，把車、路及行人連接 成一個(gè)整體網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)交通的智能化。在行車安全和智能交通方面，車聯(lián)網(wǎng)主要基于車 車通信、車路通信，實(shí)時(shí)可靠地共享信息，從而提升交通流的效率和駕駛安全?；谲囓囃?信或車路通信，結(jié)合車載GPS和電子地圖信息，車載主動(dòng)安全系統(tǒng)可以提前通知駕駛員可 能發(fā)生的危險(xiǎn)狀況，輔助安全駕駛，提高車輛危險(xiǎn)預(yù)警精確度，從而極大地避免了安全事故 的發(fā)生。
[0003] 車聯(lián)網(wǎng)主動(dòng)安全應(yīng)用是智能交通領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)技術(shù)，具有高度的實(shí)際 應(yīng)用價(jià)值，因而受到很多汽車廠商的重點(diǎn)關(guān)注。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（European Telecommunications Standards Institute, ETSI)在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文檔 TS102638 (Basic set of application definitions)中對(duì)各種車聯(lián)網(wǎng)主動(dòng)安全應(yīng)用場(chǎng)景作出了規(guī)范，并定義了 安全消息的基本格式和傳遞機(jī)制。目前這方面的研究主要集中在歐美，國(guó)內(nèi)的主要汽車廠 商也聯(lián)合高校做出了較深入的研究。在實(shí)際應(yīng)用中，駕駛員視野盲區(qū)、注意力不集中或者天 氣原因等問題都有可能造成車輛相撞危險(xiǎn)，車載主動(dòng)安全系統(tǒng)基于車車通信分析出本車與 周圍車輛相撞的可能性，給駕駛員實(shí)時(shí)地預(yù)警提示，甚至在緊急情況下采取一些安全防護(hù) 措施。
[0004] 目前很多的車輛主動(dòng)安全應(yīng)用并沒有將電子地圖考慮在內(nèi)，絕大部分基于車載傳 感器。其主要方法為，利用超聲波、雷達(dá)等傳感器探測(cè)周圍車輛與本車的距離，若小于安全 距離則對(duì)駕駛員報(bào)警提示。超聲波傳感器車載傳感器的穩(wěn)定性很容易收到環(huán)境、天氣等因 素的影響，從而基于傳感器的車載主動(dòng)安全應(yīng)用的性能就會(huì)因?yàn)閭鞲衅鞣€(wěn)定性降低而大幅 下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于電子地圖 的車輛碰撞預(yù)警方法，基于車與車共享運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和位置信息，結(jié)合電子地圖精確車輛 定位，實(shí)時(shí)預(yù)估出車輛是否與周圍車輛有碰撞可能性，并實(shí)時(shí)地給駕駛員預(yù)警提示，有效地 提升了駕駛的安全性，車輛定位精度，實(shí)用高效。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種基于電子地圖的車輛碰撞預(yù)警方法包括以下步驟：
[0008] 1)獲取車輛的GPS數(shù)據(jù)，所述GPS數(shù)據(jù)包括運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和位置信息，采用坐標(biāo)系 轉(zhuǎn)化將車輛位置信息映射至二維直角坐標(biāo)系中；
[0009] 2)根據(jù)車輛歷史GPS數(shù)據(jù)，采用卡爾曼濾波算法對(duì)車輛當(dāng)前位置信息進(jìn)行優(yōu)化預(yù) 測(cè)得到第一車輛當(dāng)前位置；
[0010] 3)根據(jù)車輛歷史GPS數(shù)據(jù)，結(jié)合電子地圖信息預(yù)測(cè)得到第二車輛當(dāng)前位置；
[0011] 4)融合第一車輛當(dāng)前位置和第二車輛當(dāng)前位置得到預(yù)測(cè)的車輛最優(yōu)位置；
[0012] 5)結(jié)合預(yù)測(cè)的車輛最優(yōu)位置與TCC算法，進(jìn)行車輛碰撞預(yù)警。
[0013] 所述步驟1)具體為：
[0014] 11)行駛車輛獲取本車的GPS數(shù)據(jù)，同時(shí)與本車通信范圍內(nèi)的鄰居車輛進(jìn)行通信， 獲取鄰居車輛的GPS數(shù)據(jù)；
[0015] 12)建立以本車為原點(diǎn)的二維直角坐標(biāo)系，并將接收到的鄰居車輛的位置信息映 射至該二維直角坐標(biāo)系中。
[0016] 所述步驟12)具體為：
[0017] 121)由位置信息獲得本車的GPS經(jīng)煒度（lonA，lat A)和鄰居車輛的GPS經(jīng)煒度 (lonB，latB)，按照零度經(jīng)線的基準(zhǔn)，東經(jīng)取經(jīng)度的正值，西經(jīng)取經(jīng)度的負(fù)值，北煒取90-煒 度值，南煒取90+煒度值，變換后獲得本車的GPS經(jīng)煒度（mlon A，mlatA)和鄰居車輛的GPS 經(jīng)煒度（mlonB，mlat B);
[0018] 122)獲取本車與鄰居車輛的距離Distance，滿足以下公式：
[0019] C = sin (mlatA) ? sin (mlatB) ? cos (mlonA_mlonB)+cos (mlatA) ? cos (mlatB)
[0020] Distance = R ? arccos (C) ?jt/180
[0021] 式中，C為中間量，R為地球半徑；
[0022] 123)以本車為原點(diǎn)建立二維直角坐標(biāo)系，則本車坐標(biāo)為（0, 0)，當(dāng)lonA> Ion B， 鄰居車輛坐標(biāo)為（-Distance ? cos (| mlatA_mlatB | )，Distance ? sin (mlatA_mlatB))，當(dāng) lonA< Ion B，鄰居車輛坐標(biāo)為（Distance ? cos (|mlatA_mlatB|), Distance ? sin(mlatA_mla tB))〇
[0023] 所述步驟2)具體為：
[0024] 21)建立狀態(tài)變量X和系統(tǒng)誤差協(xié)方差矩陣P的遞歸方程，滿足以下公式：
[0025] Xw* , = A * , /*,+w*,
[0026]
[0027]
[0028] 式中，下標(biāo)t表示當(dāng)前時(shí)刻，下標(biāo)t_l表示上一時(shí)刻，Xt/t i為利用上一時(shí)刻的車 輛狀態(tài)信息來(lái)預(yù)測(cè)車輛在當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)信息結(jié)果，Xt 1/t :為上一時(shí)刻的最優(yōu)狀態(tài)信息結(jié) 果，Pt/t i為對(duì)應(yīng)X t/t i的系統(tǒng)誤差協(xié)方差矩陣，P t 1/t i為對(duì)應(yīng)X t 1/t i的系統(tǒng)誤差協(xié)方差矩陣， (X，y)為車輛在二維直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，v為車輛速度，P為車輛的航向角，wt i為系統(tǒng)過 程噪聲的協(xié)方差，A為卡爾曼濾波系統(tǒng)參數(shù)，Q為系統(tǒng)過程的協(xié)方差，A t為上一時(shí)刻和當(dāng)前 時(shí)刻的時(shí)間間隔；
[0029]22)建立車輛當(dāng)前GPS數(shù)據(jù)Z和狀態(tài)變量的估計(jì)方程，滿足以下公式：
[0030] Xt/t= X t/t !+Kgt (Zt-Xt/t :)
[0031]
[0032] Kgt= P t/t !(Pt/t !+r) 1
[0033] 式中，Xt/t為當(dāng)前時(shí)刻的最優(yōu)狀態(tài)信息結(jié)果，為當(dāng)前車輛GPS數(shù)據(jù)Z中 的坐標(biāo)、速度和航向角，Kg為最佳卡爾曼增益，r為測(cè)量噪聲的誤差協(xié)方差；
[0034] 23)將根據(jù)車輛歷史GPS數(shù)據(jù)和當(dāng)前GPS數(shù)據(jù)帶入步驟21)和步驟22)的公式，獲 得對(duì)車輛當(dāng)前位置信息優(yōu)化預(yù)測(cè)的第一車輛當(dāng)前位置（ Xl，yi)，并更新誤差協(xié)方差矩陣P， 滿足以下公式：
[0035] Pt/t= (I-Kgt)Pt/tl
[0036] 式中，I為單位矩陣，Pt/t為對(duì)應(yīng)Xt/t的系統(tǒng)誤差協(xié)方差矩陣。
[0037] 所述步驟3)具體為：
[0038] 31)每條道路民被劃分為若干個(gè)路段S n，且每條道路所包含的信息有道路上各點(diǎn) 的坐標(biāo)、道路寬度％"、路段長(zhǎng)度^^、道路中心線與正北夾角、每個(gè)路段距離下一個(gè)交 叉口距離為a:，其中，i為道路的序號(hào)，n為路段的序號(hào)；
[0039] 32)將車輛當(dāng)前GPS數(shù)據(jù)中的位置信息標(biāo)定在電子地圖上，判斷當(dāng)前車輛的坐標(biāo) 是否在道路上，若是，執(zhí)行步驟34)，若否，執(zhí)行步驟33);
[0040]33)根據(jù)車輛歷史GPS數(shù)據(jù)并結(jié)合電子地圖信息預(yù)測(cè)得到第二車輛當(dāng)前位置 (x2, y2)，執(zhí)行步驟4);
[0041] 34)(X，>_)即為第二車輛當(dāng)前位置（x2，y2)，執(zhí)行步驟4)。
[0042] 所述步驟33)具體為：
[0043] 331)根據(jù)車輛上一時(shí)刻的GPS數(shù)據(jù)獲取車輛在道路上行駛的估計(jì)距離Dis，滿足 以下公式：
[0044]
[0045] 式中，vt pat別為車輛在上一時(shí)刻的速度、加速度、航向角，#^為車輛上 一時(shí)刻所在路段的道路中心線與正北的夾角，下標(biāo)t表示當(dāng)前時(shí)刻，下標(biāo)t_l表示上一時(shí) 亥lj，At為上一時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)間間隔；
[0046] 332)判斷Dis是否大于與^，為車輛上一時(shí)刻所在的路段距下一 交叉口的距離，若是，以車輛上一時(shí)刻的航向角約為依據(jù)確定車輛當(dāng)前所在道路， |氣為該車輛當(dāng)前所在道路的中心線與正北的夾角，e為設(shè)定值，若否，車 輛仍在上一時(shí)刻所在道路；
[0047]333)結(jié)合車輛當(dāng)前所在道路信息預(yù)測(cè)得到第二車輛當(dāng)前位置（x2, y2)，執(zhí)行步驟 4)〇
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