一种高速公路汽车防追尾系统及其工作方法与流程

本发明属于高速公路汽车交通安全技术领域，具体涉及一种高速公路汽车防追尾系统及其工作方法。

背景技术：

引发高速公路交通事故的主要原因有司机疲劳驾驶、超速、非法变道、注意力分散或疏于观察、遭遇爆胎或恶劣天气等。其中，追尾事故占比高达近50％。通过实时获取车辆的位置和速度，然后再利用防追尾算法可以很好的预判易发生追尾事故的车辆，并给予警示，可以很好的抑制追尾事故的发生。

防车辆追尾技术方案的核心是在保证驾驶员能够完成基本规避追尾操作时间裕量的前提下，提前给予驾驶员声音、光和图像的追尾警示，让驾驶员及时采取有效的安全措施。因此，实时获取车车相对距离和相对速度是所有车辆防追尾方案中的关键解决点。目前测距测速的常见方案有基于激光、雷达、图像处理或全球定位等几种。基于激光和雷达的防追尾方案是利用激光和微波反射原理而实现，当遭遇弯道障碍物时会出现误判行为；基于图像处理的防追尾方案需要挑战在毫秒级别的时间间隔内完成图像拾取、车辆识别、车车相对距离识别、车车相对速度识别，硬件和软件实现难度很大、成本很高；基于全球定位技术实现的防追尾系统，10m民用全球定位精度不足以正确区分高速公路上不同行车道上的车辆，进而会发生误判。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高速公路汽车防追尾系统及其工作方法，该系统采用基于rfid非接触式射频识别的方式实现车辆定位和车速识别，预警车辆追尾，解决了基于激光、雷达技术实现的防追尾系统中遭遇弯道障碍物追尾预警失效的问题，解决了基于图像识别技术实现的防追尾系统中追尾预警实时性差的问题，解决了基于全球定位技术实现的防追尾系统中无法区分车道的问题。

一种高速公路汽车防追尾系统，由车载终端、广域网、远程服务器s和rfid非接触式射频识别电子标签组成；所述rfid非接触式射频识别电子标签等间隔放置于车道中心线上，所述rfid非接触式射频识别电子标签内存储高速公路的相关信息，所述车载终端由rfid电子标签读取器、按键、显示屏、放音模块、无线通信模块和控制器组成，控制器通过rfid电子标签读取器读取车道上rfid非接触式射频识别电子标签中的信息后计算车辆位置和车速，然后通过无线通信模块经广域网把车辆位置和车速发送到远程服务器s，所述远程服务器s返回车辆预设预警半径内其他车辆的位置和车速后，控制器根据预设预警参数和预警算法进行追尾预警，通过显示屏和放音模块来显示和提示预警结果，驾驶员通过按键来设定和查看车载终端相关参数。

作为改进的是，所述相关信息包括高速公路名称、车辆所在的第几车道、车辆的行车方向与车辆距离高速公路起点的距离。

上述高速公路汽车防追尾系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤1，为汽车cj安装车载终端cmj，cj表示第j辆汽车，即cmj表示第j辆车上的车载终端，每个cmj均有唯一id；

步骤2，假定汽车cj在第m个车道，记为rm，设定cmj的rfid电子标签读取器的读取范围为非应急车道宽度一半，记为rl/2，以避免rfid电子标签读取器同时读取相邻车道的rfid非接触式射频识别电子标签，rl表示非应急车道的宽度；

步骤3，设定cmj的预警半径wl，所述预警半径wl＞200米；

步骤4，将预处理后的车辆驶入高速公路；

步骤5，汽车cj上的cmj读取所在车道路面rfid非接触式射频识别电子标签内存储的高速公路相关信息；

步骤6，向远程服务器s提交cmj的id，rfid非接触式射频识别电子标签内存储的高速公路相关信息和预警半径wl；

步骤7，远程服务器s更新cmj的位置和速度，然后返回以cmj为圆心，预警半径wl为半径内的所有车辆的位置和速度；

步骤8，cmj基于远程服务器s返回的数据和预设预警参数，利用追尾预警算法通过警示音和显示屏突出有追尾风险车辆的位置和速度。

作为改进的是，步骤7的具体步骤为：远程服务器s为每一个车载终端cmj建立一条数据库，数据库内的数据为cmj的id、高速公路名称、车辆所在的第几车道、车辆的行车方向与车辆距离高速公路起点的距离，上一个车道信息，上一个位置，当前数据更新时间，上一次数据更新时间，数据更新时间间隔tj：

tj＝当前数据更新时间-上一次数据更新时间

cmj在rmpi处的速度vj：

预警距离半径wl，远程服务器s更新完cmj记录中所有信息后，以数据库中任一条数据记录cmx的当前位置减去cmj的当前位置绝对值小于wl为条件检索出cmx记录集，对记录集先按当前车道分类，再按当前位置进行排序后推送回cmj，判定cmj，如果是，且处于禁止占用应急车道期间，对cmj返回一次交通违规警告，并向交通管理中心上报cmj非法占用应急车道。

为了更清晰的表达相关信息，在此，将涉及到的符号进行批注解释。

rm表示第m个车道；rmpi表示第m个车道第i个rfid非接触式射频识别电子标签；cj表示第j辆汽车；cmj表示第j辆车上的车载终端；s表示远程服务器；rl表示非应急车道的宽度；wl表示预警半径；tj表示；cmj从rmpi到rmpi+1、rm-1pi+1或rm+1pi+1的时间；pl表示rmpi到rmpi+1的距离，且

其中pl应该大于行车道最大允许行车速度乘以车载终端完成一次防追尾预警流程(步骤5到步骤8，即图4中m5到m8)所需要的时间。

作为改进的是，步骤8中关于返回数据并进行相邻的cmx和cmx+1追尾预判，如果：

|cmx的当前位置-cmx+1的当前位置|＜|vx-vx+1|*ts+max{sx，sx+1}，判定cmx和cmx+1所处的车辆cx和cx+1存在追尾风险。其中，max{sx，sx+1}表示求cmx和cmx+1刹车距离的最大值，cmx刹车距离sx：

vx为cmx的车速，g＝9.8m/s²，μ为高速公路的路面摩擦系数；vx+1表示cmx+1的车速；ts表示驾驶员的反应时间；

当距离车辆cmj的车辆在追尾风险内，显示屏上会出现红色标记，提醒驾车人有追尾的风险，距离cmj越远的可能追尾点的警报声音频率越低，闪光频次越低，红色标注越浅；反之距离cmj越近的可能追尾点的警报声音频率越高，闪光频次越高，红色标注越深。用红色标注有追尾风险的cmx和cmx+1在显示屏上，并发出声音警报和闪光警报；反之，则用绿色标注cmx和cmx+1在显示屏上。根据追尾点距离cmj距离的远近用从低到高的优先级对追尾进行警报处理。

有益效果：

与现有技术相比，本发明一种高速公路汽车防追尾系统及其工作方法具有如下优势：

1.本发明系统结构简单，读取等间隔pl放置在行车道中心线的rfid非接触式射频识别电子标签的方式获得车辆cj位置的方式，具有100％的获取正确率和最短的位置获得时间，不受天气因素影响、弯道障碍物影响，保证了防车辆追尾系统预警的实时性；

2.利用车载终端cmj读取等间隔pl放置在行车道中心线rfid标签的方式获得车辆cj位置的方式可以识别车辆cj是否驶入应急车道，杜绝高速公路应急车道被非法占用的现象；

3.预警半径wl的引入，可以实现cmj为中心，wl为半径内所有追尾预警，进一步提升cmj安全行驶率。

附图说明

图1为高速公路二维顶视图，1-行车道边界线；2-行车道中心线；3-rfid标签，以pl等间隔放置在行车道中心线上；

图2为行车道rm中心线剖面视图，4-服务器s；5-车辆cj的车载终端cmj；6-车辆cj；

图3为cmj的硬件系统结构图，5.1-控制器；5.2-显示屏；5.3-rfid非接触式射频识别电子标签；5.4-按键；5.5-无线通信模块；5.6-放音模块；

图4为防车辆追尾系统的主程序流程图。

具体实施方式

一种高速公路汽车防追尾系统，由车载终端、广域网、远程服务器s和rfid非接触式射频识别电子标签组成；所述rfid非接触式射频识别电子标签等间隔放置于车道中心线上，所述rfid非接触式射频识别电子标签内存储高速公路的相关信息，所述车载终端由rfid电子标签读取器、按键、显示屏、放音模块、无线通信模块和控制器组成，控制器通过rfid电子标签读取器读取车道上rfid非接触式射频识别电子标签中的信息后计算车辆位置和车速，然后通过无线通信模块经广域网把车辆位置和车速发送到远程服务器s，所述远程服务器s返回车辆预设预警半径内其他车辆的位置和车速后，控制器根据预设预警参数和预警算法进行追尾预警，通过显示屏和放音模块来显示和提示预警结果，驾驶员通过按键来设定和查看车载终端相关参数。

作为改进的是，所述相关信息包括高速公路名称、车辆所在的第几车道、车辆的行车方向与车辆距离高速公路起点的距离。

上述高速公路汽车防追尾系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤1，为汽车cj安装车载终端cmj，cj表示第j辆汽车，即cmj表示第j辆车上的车载终端，每个cmj均有唯一id；

步骤2，假定汽车cj在第m个车道，记为rm，设定cmj的rfid电子标签读取器的读取范围为非应急车道宽度一半，记为rl/2，以避免rfid电子标签读取器同时读取相邻车道的rfid非接触式射频识别电子标签，rl表示非应急车道的宽度；

步骤3，设定cmj的预警半径wl，所述预警半径wl＞200米；

步骤4，将预处理后的车辆驶入高速公路；

步骤5，汽车cj上的cmj读取所在车道路面rfid非接触式射频识别电子标签内存储的高速公路相关信息；

步骤6，向远程服务器s提交cmj的id，rfid非接触式射频识别电子标签内存储的高速公路相关信息和预警半径wl；

步骤7，远程服务器s更新cmj的位置和速度，然后返回以cmj为圆心，预警半径wl为半径的所有车辆的位置和速度；

步骤8，cmj基于远程服务器s返回的数据和预设预警参数，利用追尾预警算法通过警示音和显示屏突出有追尾风险车辆的位置和速度。

其中，步骤7的具体步骤为：远程服务器s为每一个车载终端cmj建立一条数据库，数据库内的数据为cmj的id、高速公路名称、车辆所在的第几车道、车辆的行车方向与车辆距离高速公路起点的距离，上一个车道信息，上一个位置，当前数据更新时间，上一次数据更新时间，数据更新时间间隔tj：

tj＝当前数据更新时间-上一次数据更新时间

cmj在rmpi处的速度vj：

预警距离半径wl，远程服务器s更新完cmj记录中所有信息后，以数据库中任一条数据记录cmx的当前位置减去cmj的当前位置绝对值小于wl为条件检索出cmx记录集，对记录集先按当前车道分类，再按当前位置进行排序后推送回cmj，判定cmj，如果是，且处于禁止占用应急车道期间，对cmj返回一次交通违规警告，并向交通管理中心上报cmj非法占用应急车道。

为了更清晰的表达相关信息，在此，将涉及到的符号进行批注解释。

rm表示第m个车道；rmpi表示第m个车道第i个rfid非接触式射频识别电子标签；cj表示第j辆汽车；cmj表示第j辆车上的车载终端；s表示远程服务器；rl表示非应急车道的宽度；wl表示预警半径；tj表示；cmj从rmpi到rmpi+1、rm-1pi+1或rm+1pi+1的时间；pl表示rmpi到rmpi+1的距离，且

其中pl必须满足：

步骤8中关于返回数据不同车道内相邻的cmx和cmx+1进行追尾预判，如果：

|cmx的当前位置-cmx+1的当前位置|＜|vx-vx+1|*ts+max{sx，sx+1}，判定cmx和cmx+1所处的车辆cx和cx+1存在追尾风险。其中，max{sx，sx+1}表示求cmx和cmx+1刹车距离的最大值，cmx刹车距离sx：

vx为cmx的车速，g＝9.8m/s²，μ为高速公路的路面摩擦系数；vx+1表示cmx+1的车速；ts表示驾驶员的反应时间；

当距离车辆cmj的车辆在追尾风险内，显示屏上会出现红色标记，提醒驾车人有追尾的风险，距离cmj越远的可能追尾点的警报声音频率越低，闪光频次越低，红色标注越浅；反之距离cmj越近的可能追尾点的警报声音频率越高，闪光频次越高，红色标注越深。用红色标注有追尾风险的cmx和cmx+1在显示屏上，并发出声音警报和闪光警报；反之，则用绿色标注cmx和cmx+1在显示屏上。根据追尾点距离cmj距离的远近用从低到高的优先级对追尾进行警报处理。

以下实施例中提到的时间，如m5-m8的具体时间均由所用的部件和广域网的状态来决定。

实施例1

取高速公路最大允许车速120km/h，取图4中m5需要耗时30ms，m6需要耗时30ms，m7需要耗时30ms，m8需要耗时40ms，故，图4中cmj完成一次m5到m8的防追尾预警流程共需要时间为30+30+30+40＝130ms。可以计算出rfid标签放置间隔pl需满足：

取pl＝10m。取高速公路行车道宽度rl＝3.75m，则设定rfid标签读取器的读取范围为3.75/2≈1.8m。要求rfid标签读取器的读取时间应该小于：

取橡胶轮胎与沥青路面(干燥)滑动摩擦时的摩擦系数μ＝0.9，驾驶员反应时间ts＝2s，设定wl＝500m时，rmpi处的cmj的vj＝110km/h，随机取rmpi-15处的cmj-1的vj-1＝120km/h时，由于cmj的刹车距离：

，cmj-1的刹车距离：

cmj与cmj-1距离：

|pl*(i-(i-15))|＝10*15＝150m

cmj与cmj-1最小安全行车距离：

cmj与cmj-1距离大于安全行车距离

150m＞68.4m

可判断cmj-1和cmj之间不存在追尾风险。

实施例2

取高速公路最大允许车速120km/h，取图4中m5需要耗时30ms，m6需要耗时30ms，m7需要耗时30ms，m8需要耗时40ms，故，图4中cmj完成一次m5到m8的防追尾预警流程共需要时间为30+30+30+40＝130ms。可以计算出rfid标签放置间隔pl需满足：

取pl＝10m。取高速公路行车道宽度rl＝3.75m，则设定rfid标签读取器的读取范围为3.75/2≈1.8m。要求rfid标签读取器的读取时间应该小于：

取橡胶轮胎与沥青路面(干燥)滑动摩擦时的摩擦系数μ＝0.9，驾驶员反应时间ts＝2s，设定wl＝500m时，rmpi处的cmj遭遇紧急刹车，车速vj＝30km/h，随机取rmpi-10处的cmj-1的vj-1＝120km/h时，由于cmj的刹车距离：

cmj-1的刹车距离：

cmj与cmj-1距离：

|pl*(i-(i-10))|＝10*10＝100m

cmj与cmj-1最小安全行车距离：

cmj与cmj-1距离小于安全行车距离

100m＜112.9m

可判断cmj-1和cmj之间存在追尾风险，cmj上标注cmj-1为可能追尾车辆，并发出声光警告，cmj-1上标注cmj为可能追尾车辆，并发出声光警告。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。