面向智能网联汽车的雾天环境下高速公路安全车速引导系统和方法与流程

本发明属于智能交通安全控制领域，具体涉及一种面向智能网联汽车的雾天环境下高速公路安全车速引导系统及方法。

背景技术：

在我国，大雾是恶劣天气条件中重要致灾天气之一。研究表明，在雾天环境下发生的交通事故概率是高速公路发生交通事故平均概率的六倍以上。由于雾具有突然性、局部性、能见度低等特点，驾驶人进入大雾覆盖区域骤然失去视线，本能急刹车，容易导致连环追尾事故。此外，能见度的下降会导致驾驶员获取交通信息能力下降，容易产生犹豫、疏忽、甚至是错觉。由此可见雾已经成为影响高速公路交通运行安全的重要因素，由大雾引发的高速公路事故问题广泛存在。

智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与人、车、路、后台等智能信息交换共享，具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，可实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作的新一代汽车。我国《“十三五”汽车工业发展规划意见》中明确指出，发展智能网联汽车是世界汽车工业发展的大趋势，未来将大力构建智能网联汽车发展平台，把智能网联汽车与新能源汽车一起作为未来汽车的重点发展方向。通过智能网联汽车的智能设备可实现高精度的环境感知，以及有效的搭建信息分享网络，因此研发面向智能网联汽车的辅助驾驶系统是十分有前景的。

目前我国高速公路主要采用固定限速方式，部分高速公路虽然采用了可变限速控制方式，但缺少专门针对雾天环境的高速公路车速引导的方法和技术，相关的专利较少。申请号为201520158160.9的专利提供了一种雾天环境下高速公路的车辆诱导系统，并没有考虑过车辆通过联网技术分享道路能见度信息；专利201110422688.9提到了一种基于实时交通流和天气信息的快速道路可变限速控制方法，没有考虑到雾天高速公路上车速差对交通事故发生的影响。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种面向智能网联汽车的雾天环境下高速公路安全车速引导系统及方法，根据车辆提供的实时运行状态信息与能见度信息，计算出最佳车速给驾驶员提供参考，减少因车速过大而发生的交通事故。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：面向智能网联汽车的雾天环境下高速公路安全车速引导路侧设备，设置在路侧，其特征在于：它包括信息通信模块，用于利用网络通信方式，与装有广域无线通信模块的车辆进行通信；和车速引导模块，用于根据路段上每车辆的实时运行状态信息以及能见度信息，计算分析出最佳车速，通过信息通信模块发送给路段上的所有车辆；

所述的车速引导模块包括：

平均车速计算模块，用于计算当前时刻、本路侧设备能接收到的路段上所有车辆的平均车速；

安全车速计算模块，用于采用停车视距模型，计算当前时刻、本路侧设备能接收到的路段上所有车辆的安全速度；

最佳车速计算模块，用于比较平均车速和安全车速，取二者较小值作为参考车速，并将参考车速优化为数值5的倍数作为最佳车速；

车速更新模块，用于每周期对最佳车速重新选取，并输出给信息通信模块，周期时间为预设值。

按上述路侧设备，所述的最佳车速计算模块还用于将计算出的最佳车速与相邻的下游路段的最佳车速相比较，若当前路段的最佳车速减去相邻的下游路段的最佳车速大于车速差阈值，则优化当前路段的最佳车速为相邻的下游路段的最佳车速与车速差阈值的和。

面向智能网联汽车的雾天环境下高速公路安全车速引导系统，其特征在于：它包括设置在路侧的路侧设备，和设置在车辆中的车载设备；其中，

车载设备用于实时获取道路的能见度信息，通过广域无线通信技术将能见度信息和本车车辆的实时运行状态信息发送给路侧设备，并接收路侧设备发送来的最佳车速，作为驾驶员的参考；

路侧设备包括信息通信模块，用于利用网络通信方式，与车载设备进行通信；和车速引导模块，用于根据路段上每车辆的实时运行状态信息以及能见度信息，计算分析出最佳车速，通过信息通信模块发送给路段上的所有车辆；

所述的车速引导模块包括：平均车速计算模块，用于计算当前时刻、本路侧设备能接收到的路段上所有车辆的平均车速；安全车速计算模块，用于采用停车视距模型，计算当前时刻、本路侧设备能接收到的路段上所有车辆的安全速度；最佳车速计算模块，用于比较平均车速和安全车速，取二者较小值作为参考车速，并将参考车速优化为数值5的倍数作为最佳车速；车速更新模块，用于每周期对最佳车速重新选取，并输出给信息通信模块，周期时间为预设值。

按上述系统，本系统对高速公路进行分段并编号，所述的路侧设备设置在每段高速公路的中部，每段高速公路的长度保证所对应的路侧设备的信号范围能够覆盖整段高速公路。

按上述系统，所述的高速路段中，对团雾多发路段以1公里为单位进行分段，对平流雾路段以3-5公里为单位进行分段。

利用上述面向智能网联汽车的雾天环境下高速公路安全车速引导系统实现的高速公路安全车速引导方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、各路侧设备分别获取对应高速公路上所有车辆发送来的能见度信息和实时运行状态信息，计算出每段高速公路的平均车速和安全车速；

S2、比较平均车速和安全车速，取二者较小值作为参考车速，并将参考车速优化为数值5的倍数作为最佳车速；

S3、每周期对最佳车速重新选取，发送给对应高速公路上所有车辆，周期时间为预设值；

S4、车载设备接收最佳车速提示驾驶员。

按上述方法，计算出最佳车速后，将计算出的最佳车速与相邻的下游路段的最佳车速相比较，若当前路段的最佳车速减去相邻的下游路段的最佳车速大于车速差阈值，则优化当前路段的最佳车速为相邻的下游路段的最佳车速与车速差阈值的和。

按上述方法，车载设备接收到的最佳车速与当前车速若相差超过设定的阈值，则提示驾驶员以5km/h为单位分步降速。

本发明的有益效果为：

1、本发明根据车辆提供的实时运行状态信息与能见度信息，计算出最佳车速给驾驶员提供参考，减少因车速过大而发生的交通事故。

2、考虑上下游路段间的车速过渡，对计算出的参考车速进行优化，使得驾驶员能够更平滑的降速，减少因车速差过大而发生的交通事故。

3、本发明系统兼容3G/4G/5G通讯技术，将不同车辆之间进行运行状态与能见度信息的数据分享，形成了一个信息共享的整体网络，有助于驾驶员对即将进入的雾区路段做出合理的驾驶选择。

附图说明

图1为本发明一实施例的系统构造示意图。

图2为车辆减速停车过程示意图。

图3为本发明一实施例的工作流程图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种面向智能网联汽车的雾天环境下高速公路安全车速引导路侧设备，设置在路侧，包括信息通信模块，用于利用网络通信方式，与装有广域无线通信模块的车辆进行通信；和车速引导模块，用于根据路段上每车辆的实时运行状态信息以及能见度信息，计算分析出最佳车速，通过信息通信模块发送给路段上的所有车辆；所述的车速引导模块包括：平均车速计算模块，用于计算当前时刻、本路侧设备能接收到的路段上所有车辆的平均车速；安全车速计算模块，用于采用停车视距模型，计算当前时刻、本路侧设备能接收到的路段上所有车辆的安全速度；最佳车速计算模块，用于比较平均车速和安全车速，取二者较小值作为参考车速，并将参考车速优化为数值5的倍数作为最佳车速；车速更新模块，用于每周期对最佳车速重新选取，并输出给信息通信模块，周期时间为预设值。

优选的，所述的最佳车速计算模块还用于将计算出的最佳车速与相邻的下游路段的最佳车速相比较，若当前路段的最佳车速减去相邻的下游路段的最佳车速大于车速差阈值，则优化当前路段的最佳车速为相邻的下游路段的最佳车速与车速差阈值的和。

面向智能网联汽车的雾天环境下高速公路安全车速引导系统，如图1所示，它包括设置在路侧的路侧设备，和设置在车辆中的车载设备；其中，车载设备用于实时获取道路的能见度信息，通过广域无线通信技术将能见度信息和本车车辆的实时运行状态信息发送给路侧设备，并接收路侧设备发送来的最佳车速，作为驾驶员的参考；路侧设备包括信息通信模块，用于利用网络通信方式，与车载设备进行通信；和车速引导模块，用于根据路段上每车辆的实时运行状态信息以及能见度信息，计算分析出最佳车速，通过信息通信模块发送给路段上的所有车辆；所述的车速引导模块包括：平均车速计算模块，用于计算当前时刻、本路侧设备能接收到的路段上所有车辆的平均车速；安全车速计算模块，用于采用停车视距模型，计算当前时刻、本路侧设备能接收到的路段上所有车辆的安全速度；最佳车速计算模块，用于比较平均车速和安全车速，取二者较小值作为参考车速，并将参考车速优化为数值5的倍数作为最佳车速；车速更新模块，用于每周期对最佳车速重新选取，并输出给信息通信模块，周期时间为预设值。

本实施例中，本系统对高速公路进行分段并编号，所述的路侧设备设置在每段高速公路的中部，每段高速公路的长度保证所对应的路侧设备的信号范围能够覆盖整段高速公路。优选的，所述的高速路段中，对团雾多发路段以1公里为单位进行分段，对平流雾路段以3-5公里为单位进行分段。

利用上述面向智能网联汽车的雾天环境下高速公路安全车速引导系统实现的高速公路安全车速引导方法，在考虑道路安全，交通流状态，和路段间车速差三个因素的基础上，确定各路段的最佳车速，引导各路段上的车速趋于一致。如图3所示，它包括以下步骤：

S1、各路侧设备分别获取对应高速公路上所有车辆发送来的能见度信息和实时运行状态信息，计算出每段高速公路的平均车速和安全车速；

S2、比较平均车速和安全车速，取二者较小值作为参考车速，并将参考车速优化为数值5的倍数作为最佳车速；

S3、每周期对最佳车速重新选取，发送给对应高速公路上所有车辆，周期时间为预设值；

S4、车载设备接收最佳车速提示驾驶员。

优选的，计算出最佳车速后，将计算出的最佳车速与相邻的下游路段的最佳车速相比较，若当前路段的最佳车速减去相邻的下游路段的最佳车速大于车速差阈值，则优化当前路段的最佳车速为相邻的下游路段的最佳车速与车速差阈值的和。

进一步优选的，车载设备接收到的最佳车速与当前车速若相差超过设定的阈值，则提示驾驶员以5km/h为单位分步降速。

本实施例中，车载设备包括信息采集模块，通过GPS(全球定位系统)技术采集并处理得到本车车辆的实时运行状态信息，通过车载数字CCD摄像头采集道路的能见度信息，本车车辆的实时运行状态信息包括车辆位置信息、车辆所在车道信息和车辆速度信息；还包括车载无线通信模块，采用广域无线通信方式如3G\4G\5G(任选一种即可)，将采集到的信息发送给当前路段对应的路侧设备，并接收来自路侧设备的车速引导信息；显示模块，将路侧设备发送的车速引导信息显示给驾驶员。

采用车载数字CCD摄像头来采集道路能见度信息，其原理是用车载数字CCD摄像头代替能见度定义中的人眼摄取图像，通过分析数字图像的特征确定能见度的量值，与传统的能见度测量方法相比，其值更接近于气象能见度。目前的气象信息检测主要依靠建立气象站来进行收集，其要求布置密度大，成本昂贵，有一定的局限性。该系统以车载数字CCD摄像头采集道路能见度信息，通过广域无线通信技术将信息发送给周围车辆和路侧设备，对检测路段范围进行无缝连接，形成一个信息共享的整体网络，提高了采集数据的实效性和精度，降低了成本，并有助于驾驶员对即将进入的雾区路段做出合理的驾驶选择。

本实施例中，路段上的平均车速v_均计算公式如下：

式中：n为该时刻道路上的车辆数目；v_n为接收到的路段上各车辆的实时车速。

安全车速计算采用停车视距模型，在车辆行驶的过程中，车辆前方有障碍物，紧急刹车制动至障碍物前完全停车的最短距离称为停车视距。车辆制动减速的整个过程如图2所示，其中L_v为路段可视距离(能见度)，l₁为后车在驾驶员反应时间t₁内的行驶距离，l₂为后车在制动时间t₂内的行驶距离，l₃为前车在t₁+t₂时间内的行驶距离，l_s为停车后两车的安全距离(一般取5m)。

要保证后方车辆能安全停车，须满足如下条件：

l₁+l₂+l_s≤L_v+l₃

考虑最不利的情况，在交通事故、货物散落等情况下，前方障碍物处于静止状态，即l₃＝0。此时，后方车辆能安全停车的条件为：

l₁+l₂+l_s≤L_v

l₁＝v·t₁

$l_2=\frac{v^2}{2g\·f}$

式中：v为后方车辆行驶速度；t₁为驾驶员反应时间(一般取2.5秒)，g为重力加速度，f为路面摩擦系数，路段可视距离取道路的平均能见度。

根据上述条件，当l₁+l₂+l_s＝L_v时，计算出最大安全车速v_安：

车速引导模块完成路段平均车速v_均和安全车速v_安的计算后，将它们进行比较，得到以下两种情况：v_均＞v_安，则参考车速v_参＝v_安；v_均≤v_安，则参考车速v_参＝v_均，得到参考车速后将其优化为数值5的倍数作为最佳车速；系统每30s对最佳车速进行重新选取。

本发明的创新点主要在于：1)面向智能网联汽车，汽车上装载数字摄像头，避免了路段布置检测器密集成本与损坏后带来检测真空间隙；2)兼容3G/4G/5G通讯技术，不同车辆之间进行运行状态与能见度信息的数据分享，形成了一个信息共享的整体网络，有助于驾驶员对即将进入的雾区路段做出合理的驾驶选择；3)路段之间速度差的过渡，其中高速公路上不存在较大的偏差，车速差阈值一般都采取10km/h；4)系统目的在于将优化后的参考车速作为引导车速发送给对应路段上的所有车辆，使高速公路上各路段的车速能趋于一致，减少雾天因速度差而引起的交通事故。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。