一种盲区路口车辆行驶安全预警系统及其预警方法
【专利摘要】本发明提供一种盲区路口车辆行驶安全预警系统，包括路侧单元和车载单元，路侧单元安装在路侧立柱的横杆上，包括相机、计算与处理模块和无线通信模块一，车载单元安装在车内，包含定位模块、计算单元、报警模块和无线通信模块二。本发明还提供一种盲区路口车辆行驶安全预警方法，路侧单元中的计算与处理模块通过相机对预定道路上的车辆进行识别和分类处理，进而给出车辆的速度、方向和位置坐标，并编码得到盲区路口事件信息，通过无线通信模块一广播出去，车载单元通过无线通信模块二接收盲区路口事件信息，并结合自身的定位和运动状态信息，进行车辆行驶安全状态判断，通过报警模块给驾驶员以声音和图像形式的提示和预警。
【专利说明】一种盲区路口车辆行驶安全预警系统及其预警方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能交通系统和汽车安全【技术领域】，尤其涉及一种是一种盲区路口车 辆行驶安全预警系统及其预警方法。
【背景技术】
[0002] 随着交通业飞速发展，道路车辆数量激增，道路交通安全形势日趋严峻。汽车行驶 中驾驶员因地形、建筑物、树木的影响使视线受到限制，形成观察不到的视线盲区，由此引 发的交通事故成为道路交通安全的重点，给驾驶员、乘客和行人的人身安全造成极大威胁。
[0003] 近年来，随着专用短程通信技术（DSRC)的进步，利用车-车之间信息交互来获取 相邻汽车的位置和运动状态信息，进行车辆行驶安全状态判断并及时预警，从而避免交通 事故。中国发明专利公布了一种基于车载传感网络的车辆防撞预警系统（张存保，钟益萍 等.基于车载传感网络的车辆防撞预警系统，CN102390320A)，通过信息采集处理模块获 得车辆运动状态信息，经DSRC车车通信模块与周围车辆防撞预警系统实现DSRC无线通信， 进而判断本车与周围车辆之间是否会发生碰撞，并对驾驶员发出预警提示。中国发明专利 公开了一种基于车车通信的十字路口碰撞预警方法（黄刘生，徐宏力等.一种基于车车通 信的高效道路交通防碰撞预警方法，CN103514758A)，通过无线通信获取邻车的运动状态 信息，根据自车以及邻车的运动状态信息判断是否需要进行碰撞预警，提高十字路口车辆 通行安全性。这两种专利实施的前提是道路上所有车辆均有无线通信设备，在此种设备普 及率不高情况下，即如果道路上有部分车未安装此种设备，那对于其他有无线通信功能的 车辆而言，这些车辆犹如隐形车一样，会对这种利用车-车通信的车辆防撞预警系统性能 造成影响。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种盲区路口车辆行驶安全预警系统，用于解决对道路中没有安装 DSRC设备车辆以及盲区内车辆的检测与安全预警问题，以提高道路交通安全。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种盲区路口车辆行驶安全预警系统，包括路侧单元和车载单元，所述路侧单元 安装在路侧立柱的横杆上，车载单元安装在车内，路侧单元和车载单元之间通过无线通信 进行连接；
[0007] 所述路侧单元包括相机、计算与处理模块和无线通信模块一；
[0008] 相机，用于对盲区道路上的目标车辆进行识别，并给出目标车辆的经度、纬度、速 度、航向角和加速度信息；
[0009] 计算与处理模块，对检测到的道路上目标车辆经度、纬度、速度、航向角和加速度 信息进行编码；
[0010] 无线通信模块一，用于将盲区路口事件信息广播出去；
[0011] 所述车载单元包含定位模块、计算单元、报警模块、无线通信模块二；
[0012] 定位模块，用于接收预警车辆的DGPS数据信息；
[0013] 无线通信模块二，用于接收来自路侧单元广播的盲区路口事件信息，得到目标车 辆的经度、纬度、速度、航向角和加速度信息；
[0014] 计算单元，用于解析定位模块的DGPS数据信息，根据协议解析得到预警车辆的经 度、纬度、航向角，通过CAN总线得到预警车辆的速度，并结合预警车辆和目标车辆的经度、 纬度、速度和加速度信息，进行车辆行驶安全状态判断；
[0015] 报警模块，用于给驾驶员以声音和图像形式的提示和预警。
[0016] 所述路侧单元和车载单元之间的连接为满足IEEE802.Ilp协议的DSRC无线通 信，所述定位模块采用差分定位DGPS。
[0017] 本发明还提供一种基于上述预警系统的预警方法，包括如下步骤：
[0018] 1)路侧单元利用相机对预定道路上的目标车辆进行检测；
[0019] 2)计算与处理模块根据相机的检测进行识别，并计算得到目标车辆的经度Lon。、 纬度Lat。、速度v。、航向角Ψ。和加速度a。信息；
[0020] 3)计算与处理模块对目标车辆的经度Lon。、纬度Lat。、速度v。、航向角Ψ。和加速 度a。信息进行编码，得到盲区路口事件信息，并通过无线通信模块一将盲区路口事件信息 广播出去；
[0021] 4)预警车辆的车载单元通过定位模块接收预警车辆自身的DGPS数据信息，通过 CAN总线得到预警车辆的速度，通过无线通信模块二接收路侧单元广播的盲区路口事件信 息；
[0022] 5)计算单元分别解析预警车辆DGPS数据信息和盲区路口事件信息，结合得到的 预警车辆和目标车辆的经度、纬度、速度和加速度信息，进行车辆行驶安全状态判断，并通 过报警单元给驾驶员以声音和图像形式的提示和预警。
[0023] 步骤2)中，所述目标车辆的经度Lon。、纬度Lat。、速度v。、航向角Ψ。和加速度a。 的计算方法具体如下：
[0024] 计算与处理模块采用背景差法将相机捕获的视频帧与稳定的背景图像作比较，将 差别较大的像素区域识别为前景目标，利用AreaCenter获得目标区域内的车辆中心点在 图像上的坐标，利用VectorToProjHomMat2d和ProjectiveTransPoint2d算子将车辆中心 像素点坐标转换为路口平面相对坐标（H)，再转化为经纬度坐标（Lontl,Lat。)，并计算目 标车辆瞬时车速V。和瞬时加速度a。，公式如下：
【权利要求】
1. 一种盲区路口车辆行驶安全预警系统，其特征在于，包括路侧单元和车载单元，所述 路侧单元安装在路侧立柱的横杆上，车载单元安装在车内，路侧单元和车载单元之间通过 无线通信进行连接； 所述路侧单元包括相机、计算与处理模块和无线通信模块一； 相机，用于对盲区道路上的目标车辆进行识别，并给出目标车辆的经度、纬度、速度、航 向角和加速度信息； 计算与处理模块，对检测到的道路上目标车辆经度、纬度、速度、航向角和加速度信息 进行编码； 无线通信模块一，用于将盲区路口事件信息广播出去； 所述车载单元包含定位模块、计算单元、报警模块、无线通信模块二； 定位模块，用于接收预警车辆的DGPS数据信息； 无线通信模块二，用于接收来自路侧单元广播的盲区路口事件信息，得到目标车辆的 经度、纬度、速度、航向角和加速度信息； 计算单元，用于解析定位模块的DGPS数据信息，根据协议解析得到预警车辆的经度、 纬度、航向角，通过CAN总线得到预警车辆的速度，并结合预警车辆和目标车辆的经度、纬 度、速度和加速度信息，进行车辆行驶安全状态判断； 报警模块，用于给驾驶员以声音和图像形式的提示和预警。
2. 根据权利要求1所述的盲区路口车辆行驶安全预警系统，其特征在于，所述路侧单 元和车载单元之间的连接为满足IEEE 802. Ilp协议的DSRC无线通信。
3. 根据权利要求1所述的盲区路口车辆行驶安全预警系统，其特征在于，所述定位模 块采用差分定位DGPS。
4. 一种基于权利要求1所述预警系统的预警方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 路侧单元利用相机对预定道路上的目标车辆进行检测； 2) 计算与处理模块根据相机的检测进行识别，并计算得到目标车辆的经度Lon。、纬度 Lat。、速度v。、航向角Ψ。和加速度a。信息； 3) 计算与处理模块对目标车辆的经度Lon。、纬度Lat。、速度v。、航向角Ψ。和加速度a。 信息进行编码，得到盲区路口事件信息，并通过无线通信模块一将盲区路口事件信息广播 出去； 4) 预警车辆的车载单元通过定位模块接收预警车辆自身的DGPS数据信息，通过CAN总 线得到预警车辆的速度，通过无线通信模块二接收路侧单元广播的盲区路口事件信息； 5) 计算单元分别解析预警车辆DGPS数据信息和盲区路口事件信息，结合得到的预警 车辆和目标车辆的经度、纬度、速度和加速度信息，进行车辆行驶安全状态判断，并通过报 警单元给驾驶员以声音和图像形式的提示和预警。
5. 根据权利要求4所述的预警方法，其特征在于，步骤2)中，所述目标车辆的经度 Lon。、纬度Lat。、速度v。、航向角Ψ。和加速度a。的计算方法具体如下： 计算与处理模块采用背景差法将相机捕获的视频帧与稳定的背景图像作比较，将差别 较大的像素区域识别为前景目标，利用AreaCenter获得目标区域内的车辆中心点在图像 上的坐标，利用VectorToProjHomMat2d和ProjectiveTransPoint2d算子将车辆中心像素 点坐标转换为路口平面相对坐标（W。)，再转化为经纬度坐标（Lon tl, Lat。)，并计算目标车 辆瞬时车速V。和瞬时加速度a。，公式如下：
至此，得到目标车辆的经度Lon。、纟韦度Lat。、速度v。、航向角Ψ。和加速度a。息。
6. 根据权利要求4所述的预警方法，其特征在于，步骤3)中，编码得到的盲区路口事件 信息，具体信息数据包格式为：第一位标识为字符#，后面的数据位依次存放的是目标车辆 的经度、纬度、航向角、速度和加速度，最后以字符LC结尾。
7. 根据权利要求4所述的预警方法，其特征在于，步骤5)中，车辆行驶安全状态判断及 预警的具体方法为： 51) 利用球体几何学和平面几何学知识，分别计算出预警车辆和目标车辆到未来碰撞 交汇点的距离SA。、S bc ; 52) 根据预警车辆和目标车辆的速度、加速度信息，计算出各自到达交汇点的时间，进 而计算出时间差At ; 53) 根据预警车辆到达交汇点的时间差以及到交汇点的距离，进行车辆碰撞分级预警。
8. 根据权利要求7所述的预警方法，其特征在于，步骤51)中，预警车辆所在位置为A， 目标车辆所在位置为B，预警车辆和目标车辆到未来碰撞交汇点C的距离为S A。、Sb。，具体计 算过程如下： 511) 去丨丨田爾擊本钿i知日说本钿的怒娃瘡泌说πτ古m一去日脔?._ .
式中Rd是地球的平均半径；Lons、Lats、vs和UT s是预警车辆的经度、纬度、速度和地面 航向角度；Lon。、Lat。、V。和Ψ。是目标车辆的经度、讳度、速度和地面航向角度； 512) 以A点为原点建立平面直角坐标系，以预警车辆的航向方向建立y轴正方向， 以垂直于预警车辆航向的方向建立X轴，取R点，R点是地球表面上的一待求点，其纬度与 预警车辆相同，经度与目标车辆相同，R点的经、纬度坐标为（Lor vLats); 线段BR、AR的长度SBK、Sak可以利用经纬度坐标求出，进而计算得到角奶m，线段AB与 y车由的夹角沪=足/2 -; 利用Sffl、P，可知目标车辆在所建立平面直角坐标系oxy的坐标（xB，yB)，如下式所示：
513) 在直角三角形ARB中已知三边SAB、Sbk以及Sak的长度，可计算得到角仍咖，且目 标车辆的航向角Ψ。为已知，所以可得到角 BH是平行于x轴的直线，在直角三角形ABH中，
联合上式，目标车辆的运动方向与X轴的夹角=Am - Am:; 利用目标车辆的平面直角坐标（XB，yB)以及目标车辆的运动方向与X轴的夹角的^， 求得目标车辆此时刻运动轨迹的直线方程，如下式所示： 预警车辆此时刻运动轨迹的直线方程是y轴，即直线X = O 联合预警车辆车和目标车辆运动轨迹的直线方程，如下式所示：
求得针对此时刻两车运动轨迹的未来交汇点C的平面直角坐标（X。，yc); 514)利用平面直角坐标系中两点间的距离公式分别求得AC、BC的距离S^SB。。
9. 根据权利要求7所述的预警方法，其特征在于，步骤52)的具体方法为：根据位移公 式..s' = v'Z + |心2，分别计算出当前时刻预警车辆到未来交汇点C所需要的时间tA，以及当前 时刻目标车辆到未来交汇点C所需要的时间tB，进而计算出时间差Λ t = |tA-tB|。
10. 根据权利要求7所述的预警方法，其特征在于，步骤53)中，车辆碰撞分级预警的具 体实现过程如下： 531) 如果预警车辆当前时刻到未来交汇点C的距离大于50米，则只需对预警车辆作轻 度预警，即报警单元只需显示交叉口有车辆行驶，提示驾驶员有目标车辆的存在； 532) 如果预警车辆当前时刻到达未来交汇点C的距离小于50米，那么根据时间差Λ t 再进行判断： 若Λ t>5s，此时对预警车辆作轻度预警，提醒驾驶员前方盲区有车辆的存在，适当注 意减缓车速； 若2s〈 I Λ 11 <5s，则对预警车辆作中度预警，提醒驾驶员有车辆存在，并且应当采取减 速等措施，否则有碰撞危险； 若I At|〈2s，则对预警车辆紧急预警，当报警后Is预警车辆驾驶员未做任何处理，则 启动车辆自身的紧急制动系统，以避免车辆碰撞事故的发生。
【文档编号】G08G1/0965GK104376735SQ201410676339
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】刘伟, 陆魏, 朱茂飞, 梁华为, 李兵 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院