一种用于区域内高速公路车距预警的车辆间通信方法及装置与流程

文档序号:12179379阅读:306来源:国知局
一种用于区域内高速公路车距预警的车辆间通信方法及装置与流程
本发明主要涉及到道路行车安全领域,特指一种适用于区域内高速公路车距预警的车辆间通信方法及装置。
背景技术
:高速公路车辆追尾交通事故的发生一般是由前车的减速而后车驾驶员的反应并做出应对措施的时间不足造成的。这种情况多发生在雨雾天气恶劣的气象条件下或驾驶员精力不集中以及疲劳驾驶(尤其是夜间疲劳驾驶)的状态。车载卫星导航系统可以实时提供车辆位置信息,通过车辆间通信进行车辆位置信息的交换,前后车辆可以方便计算出它们之间的距离及其变化情况,以此作为车辆接近的预警依据信息。有关预警的方案可以参见专利“一种汽车高速接近时的预警方法及预警装置(专利号:ZL200910044037.3)”。车辆间位置信息的交换由车辆间通信系统完成。对于车辆数目较少的情形,可以采用一对一通信或一对多通信。而对于车辆数目较多的情形,目前研究较多的是车载自组织网络(VANET),该技术是一个全球研究热点,目前尚未见到可用的通用型产品。技术实现要素:本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的问题,本发明提供一种原理简单、智能化程度高、可靠性好的用于区域内高速公路车距预警的车辆间通信方法及装置。为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:一种用于区域内高速公路车距预警的车辆间通信方法,其步骤为:S1:获取本车位置信息并实现与卫星导航系统时间的同步;S2:将某时间段划分为若干发播时隙,按照产生一个区间内平均分布随机数的方法计算本车在其中的发播时隙;S3:实时接收周边车辆的发播信息;提取其中的车辆ID、位置、发播时隙和冲突时隙信息;S4:判断本车的发播时隙是否与周边车辆的发播时隙或冲突时隙出现冲突;如为是,则重新进行本车发播时隙的计算,直到没有出现发播时隙冲突。S5:判断周边车辆之间是否发生发播时隙冲突现象;如为是,则将发生冲突的发播时隙(冲突时隙)编入本车的发播信息中;S6:将本车的车辆ID、发播时隙、位置、以及冲突时隙等信息编码,并在本车的发播时 隙向外发播;S7:依据提取的周边车辆ID和位置信息计算与周边车辆的距离。作为本发明的进一步改进:先对区域内高速公路车辆数目进行估算并确定区域内高速公路车辆间通信周期以及在周期内的发播时隙长度和个数;(1):划定一个区域;按照区域内高速公路的总里程S;(2):计算划定区域内的车容量;依据总里程S和安全车距的S安全计算划定区域内的车容量H为:S/S安全;(3):确定车辆间通信周期、发播时隙长度和个数;依据划定区域内的车容量H,则发播时隙长度的个数为H,设定车辆间通信周期为T(如1秒),发播时隙长度为:T/H。作为本发明的进一步改进:包括冲突解决机制,所述冲突解决机制用于各车辆的发播时隙冲突的化解,具体包括:(1)车辆在启动本装置时,可根据接收到的其他车辆发播信息中的“发播时隙”和“冲突时隙”来确定本车的“发播时隙”是否与它们冲突;当本车产生的“发播时隙”与接收到的其他车辆的“发播时隙”或“冲突时隙”相同时(冲突),则重新产生新的本车“发播时隙”,直到与其他车辆的“发播时隙”和“冲突时隙”不相同为止(冲突);(2)车辆在行驶过程中,时,可根据接收到的其他车辆发播信息中的“发播时隙”来确定其他车辆间是否出现“发播时隙”相同时(冲突),一旦发现其他车辆间出现“发播时隙”相同时(冲突),则在本车发播信息中给出“冲突时隙”;(3)车辆在行驶过程中,不断检查收到的其他车辆发播信息中的“冲突时隙”,一旦发现该“冲突时隙”与本车的“发播时隙”相同时,立即产生新的本车“发播时隙”,直到与其他车辆的“冲突时隙”不相同为止(冲突)。作为本发明的进一步改进:所述步骤S1中进行车辆位置信息的获取;车辆位置信息是由车载卫星导航定位系统提供,包括:位置(X坐标、Y坐标和Z坐标)和卫星导航系统时间。作为本发明的进一步改进:一种用来执行上述权利用于区域内高速公路车距预警的车辆间通信方法的装置,其特征在于,包括:卫星导航定位与授时模块,包含卫星导航接收芯片、带恒温晶振的高精度时钟芯片及相关电路,除了可以输出定位信息外,它还能输出具有温度补偿的高精度卫星导航标准时间信息,可使计算机时间与卫星导航系统时间之差始终保持在100ns以下的水平;数据通信模块,是一个无线高速数据收发装置,负责在本车生成的发射时隙进行本车位置信息的发播和在其他车辆发射时隙接收它们的位置信息;人机交互模块,用来提供必要信息的人工输入手段、显示周边车辆运动态势以及对车距 变化进行告警;计算机,用来负责整个装置中各模块间的协调控制,包括将卫星导航模块输出的位置信息进行编码、控制数据通信模块在本车发射时隙内发播信息,计算机还接收人机交互模块的输入信息,以及在其它车辆发射时隙时间内通过数据通信模块接收它们其它车辆的位置信息并进行时隙冲突判断和与周边车辆的距离计算。与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明的用于区域内高速公路车距预警的车辆间通信方法及装置,原理简单、智能化程度高、可靠性好,通过发播时隙的设计,能够大大提高整个车辆安全通信的可靠性。附图说明图1是本发明方法的流程示意图。图2是本发明在具体应用实例中发播时隙确定和发播时隙冲突化解的工作流程示意图。图3是本发明在具体应用实例中本车发现周边车辆间是否存在发播时隙冲突的工作流程示意图。图4是本发明通信装置的拓扑结构示意图。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示,本发明的用于区域内高速公路车距预警的车辆间通信方法,步骤为:S1:获取本车位置信息并实现与卫星导航系统时间的同步;S2:将某时间段划分为若干发播时隙,按照产生一个区间内平均分布随机数的方法计算本车在其中的发播时隙;S3:实时接收周边车辆的发播信息;提取其中的车辆ID、位置、发播时隙和冲突时隙等信息;S4:判断本车的发播时隙是否与周边车辆的发播时隙或冲突时隙出现冲突;如为是,则重新进行本车发播时隙的计算,直到没有出现发播时隙冲突。S5:判断周边车辆之间是否发生发播时隙冲突现象;如为是,则将发生冲突的发播时隙(冲突时隙)编入本车的发播信息中;S6:将本车的车辆ID、发播时隙、位置、以及冲突时隙等信息进行数据编码,并在本车的发播时隙向外发播;S7:依据提取的周边车辆ID和位置信息计算与周边车辆的距离。在上述方法过程中,首先需要对区域内高速公路车辆数目的估算;(1):划定一个区域;按照区域内高速公路的总里程S;(2):计算划定区域内的车容量;依据总里程S和安全车距的S安全计算划定区域内的车容量H为:S/S安全。如,在一个具体应用实例中,在此给定的区域为一个省的范围。按照湖南高速公路总里程约5000km计算,当车距为100m时,整个高速公路的车容量为5000*103/100=50000(辆)。实际上,区域内高速公路上的车距有的可能小于100m,有的可能大于100m。但是,在区域内高速公路上的车辆总数不大于50000辆的估计应该是合理的,也就是说,在某一时刻整个全省范围高速公路上的车辆数不会超过50000辆。因此,本发明的方法可以满足区域内50000辆车的车辆间通信需求进行设计与实现。在上述实例中,是按照中国高速公路最高限速标准120km/h来计算安全车距的。此时车辆速度约为33.3m/s。按照实际驾驶经验,为了确保车辆安全,本车与前车的车距值通常应保持为车速的数值(米)以上,例如车速为100km/h时,安全车距应保持在100m以上。在上述实例中,需要确定车辆间通信周期、“发播时隙”的长度以及各车的具体发播时刻;(1)车辆间通信周期可确定为2秒(2s),也就是说,区域内每辆车每两秒发播一次车辆信息,即每两秒完成一次车辆间通信;(2)车辆“发播时隙”确定与信息发射;可以将2s时长分为若干时隙并分配给不同车辆用于其发射位置信息。对于2s的时长,若以40μs作为一个时隙单元,则可分为50000个(2s/40μs)时隙,可供50000辆车。车载计算机随机产生一个1~50000之间均匀分布的随机数p,该数字p便确定了该车在2s的时长内的第p个40μs作为其所属的“发播时隙”,其发射时刻为2s内的{(p-1)*40μs}时刻。(3)在计算机控制下,各车采用相同频率,按照时分多址的方式,在其规定的发射时刻发射车辆信息数据,包括:车辆ID、位置、发播时隙和冲突时隙等,其中位置信息为最近一次的卫星导航接收机定位结果。(4)在发射时隙以外的时间,各车接收其他车辆发出的信息,进行时隙冲突判断以及与其周边车辆的距离及距离变化的计算,并以适当方式给出预警信息。在具体应用实例中,车辆间“发播时隙”发生冲突的概率约为万分之二:1)在50000个时隙中,任一辆车随机产生的某一时隙的概率为:P1=1/500002)假设有50000辆车,两辆车同时为某一时隙的概率为:3)以区域高速公路总长5000km计算,假设车辆在(0,5000km)中近似均匀分布,则任意两车相距小于1000m的概率为;4)两辆车同时为某一时隙的概率,又相距小于1000m的概率为:(约万分之二)参见图2和图3,在具体应用实例中,本发明进一步包括冲突解决机制,该冲突解决机制主要为车辆发播信息时间冲突的化解。具体步包括:(1)车辆在启动本装置时,可根据接收到的其他车辆发播信息中的“发播时隙”和“冲突时隙”来确定本车的“发播时隙”是否与它们冲突;当本车产生的“发播时隙”与接收到的其他车辆的“发播时隙”或“冲突时隙”相同时(冲突),则重新产生新的本车“发播时隙”,直到与其他车辆的“发播时隙”和“冲突时隙”不相同为止(冲突);(2)车辆在行驶过程中,时,可根据接收到的其他车辆发播信息中的“发播时隙”来确定其他车辆间是否出现“发播时隙”相同时(冲突),一旦发现其他车辆间出现“发播时隙”相同时(冲突),则在本车发播信息中给出“冲突时隙”;(3)车辆在行驶过程中,不断检查收到的其他车辆发播信息中的“冲突时隙”,一旦发现该“冲突时隙”与本车的“发播时隙”相同时,立即产生新的本车“发播时隙”,直到与其他车辆的“冲突时隙”不相同为止(冲突)。在具体应用实例中,车辆可以依据卫星导航系统进行车辆间的时间同步;卫星导航接收机能够提供时间同步精度一般优于100纳秒(100ns)。也就是说,多台卫星导航接收机通过导航定位后同时输出的时间与卫星导航系统时间的差一般小于100ns。这种同步后的时间可用于各车辆计算机控制在规定的“发播时隙”发播车辆信息。在具体应用实例中,根据车距预警方式,数据通信距离500m左右为适宜。计算机终端上可实时显示前后500m距离范围内车辆距离及变化情况。对于车距较短(如从200m开始)且车距变化率较快的车辆,及时给出预警信息。车距及变化率的限值、对向车道的车辆的排除由预警方法确定。考虑到正常的实际跟车情况,有可能同方向车辆一直保持一个相对稳定的车距,此时的预警频率可自动减低。在上述方法过程中,还需要进一步设定车辆的发播信息的编码,包括:本车车辆ID、本车信息发播时隙、本车位置信息(X坐标、Y坐标和Z坐标)、冲突时隙等,其中本车位置信息是由车载卫星导航系统提供。在一个具体应用实例中,车辆的发播信息的数据编码可由128bit组成,其中:本车车辆ID(2*8)bit、本车信息发播时隙(2*8)bit、X坐标(3*8)bit、Y坐标(3*8)bit、Z坐标 (3*8)bit、冲突时隙(2*8)bit,其他8bit。在具体应用实例中,上述步骤中,需先进行数据发送率的设定。当车辆信息为128bit时,不同的数据发送率所需要的时长为:数据发送率10M/s20M/s30M/s40M/s128bit发送时长12.8μs6.4μs4.3μs3.2μs如图4所示,本发明进一步提供一种用来执行上述通信方法的装置,该装置包括:卫星导航定位与授时模块,包含卫星导航接收芯片、带恒温晶振的高精度时钟芯片及相关电路,除了可以输出定位信息外,它还能输出具有温度补偿的高精度卫星导航标准时间信息,可使计算机时间与卫星导航系统时间之差始终保持在100ns以下的水平。数据通信模块,是一个无线高速数据收发装置,负责在本车生成的发射时隙进行本车位置信息的发播和在其他车辆发射时隙接收它们的位置信息。人机交互模块,用来提供必要信息的人工输入手段、显示周边车辆运动态势以及对车距变化进行告警。计算机,用来负责整个装置中各模块间的协调控制,包括将卫星导航模块输出的位置信息进行编码、控制数据通信模块在本车发射时隙内发播信息,计算机还接收人机交互模块的输入信息,以及在其它车辆发射时隙时间内通过数据通信模块接收它们其它车辆的位置信息并进行时隙冲突判断和与周边车辆的距离计算。以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本
技术领域
的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3 
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