一种基于无线定位测速技术的高速公路防追尾引导系统及方法与流程

本发明涉及交通安全管理或引导领域，具体地说，涉及一种基于无线定位测速技术的高速公路防追尾引导系统及方法。

背景技术

随着经济的发展和人们生活水平的提高，陆路交通发展越来越快，车辆保有量更是膨胀发展，城市交通和公路交通拥堵现象时有发生，高速公路上追尾事故发生不断。

由于高速公路上的车流量很大，很容易发生事故，主要事故为追尾。而造成该问题的主要原因是后方车辆无法实时感知前方车辆的车速。定位导航技术日新月异，基于gps或者北斗等技术的卫星定位精度越来越高，由此衍生出来的基于gps或者北斗卫星定位技术的测速及导航等应用也日新月异。但是目前的定位技术还无法将定位精度精确到分米级别。而且现有的定位导航应用只会对设备的位置和速度进行处理，没有做到所有的车辆的态势感知。部分应用软件会收集导航信息和速度来提醒驾驶员道路拥堵状态，但这些都不是实时的。对于高速公路这种瞬息万变的情况很难达到实时提醒。

如公布号为cn179733a的中国专利文献公开了一种交通动态和静态管理及职能监控警示指挥系统，它由车辆探测警示器或车辆探测器、前端控制器或几种控制器/中心计算机系统及现场总线传输媒介构成。可用作大规模高速公路、铁路监控防追尾事故警示指挥系统、城市交通智能监控指挥管理系统或停车场监控引导管理系统等，也可用作大中小规模红绿波带交通指挥、电子警察、门禁、监控防盗、车速检测、车流量检测及车辆收费站系统。

另一个公告号为cn102810257a的中国专利文献公开了一种高速公路智能监控系统，主要包括：高速公路智能通行卡，全程监控高速公路上车辆的行车情况及路况；无线数据传输模块，实现高速公路智能通信卡与远程管理中心之间的通信连接；远程管理中心，接收智能通行卡获取的路况及车辆的信息，对接收的信息进行记录、分析和计算后，将提示信息通过无线数据传输模块传递给高速公路智能通行卡；该专利在原有高速公路通行卡的基础上增加了智能管理系统，适用于高速公路这种封闭路段，无需在车辆上安装设备。

但以上两个系统均无法实现感知周围车辆的状态，并达到实时的检测和提醒功能。

技术实现要素：

本发明的目的为提供一种基于无线定位测速技术的高速公路防追尾引导系统，可实现更精确的定位行驶的车辆，感知车辆的状态，并且可以实时感知周围车辆的行驶状态，使司机尽可能的避免发生追尾等交通事故。

本发明的另一目的为提供一种基于无线定位测速技术的高速公路防追尾引导方法，该方法基于以上高速公路防追尾引导系统实现。

为了实现上述目的，本发明提供的基于无线定位测速技术的高速公路防追尾引导系统包括定位卫星和与定位卫星通讯连接的定位测速交互终端，还包括间隔设置在高速公路车道上的蓝牙基站以及与所有定位测速交互终端通讯连接的核心服务器；定位测速交互终端以发卡的形式发放给进入高速公路的车辆，蓝牙基站实时向外发出带有自身id的广播帧，定位测速交互终端接收定位卫星的定位信息和广播帧；核心服务器根据定位卫星的定位信息以及广播帧的id及信号强弱对车辆进行定位，同时根据定位计算同一车道内的车辆之间的车距和车辆的速度，判断是否处于安全行驶范围，并将信号传送给定位测速交互终端后提醒驾驶人员。

上述技术方案中，通过定位卫星对车辆进行粗略定位，并利用蓝牙基站对车辆进行精确定位，蓝牙基站采用低功耗蓝牙(ble)，其定位利用的是ble中名为“通告帧”(advertising)的广播帧，根据不同基站到达接收的信号终端的信号的强弱来进行定位。由低功耗蓝牙(ble)设备组成的低功耗蓝牙定位网络具有稳定，受外界环境影响小等优点。基于低功耗蓝牙(ble)定位作为辅助定位实现实时高精度定位测速。该方案通过发卡的形式发给进入高速的每个司机。定位测速交互终端提供语音交互操作方式，避免了司机观看显示屏幕，低头操作的风险。定位测速交互终端可以接受蓝牙基站发送的广播帧，通过无线网络将广播帧的id和信号强度以及定位卫星进行的粗略定位信息发送给核心服务器。核心服务根据以上信息对定位测速交互终端进行精确的定位。

核心服务器为该系统的核心。核心服务器收到定位测速交互终端发送来的的数据，对定位测速交互终端进行精确定位，计算该定位测速交互终端与其他定位测速交互终端的距离，速度等信息，对定位测速交互终端发送提醒信息。如果定位测速交互终端与其他定位测速交互终端单元的距离过近即车距过近时，核心服务器就会向定位测速交互终端发送提醒信息。同时，定位测速交互终端所在的车超速，定位测速交互终端也收到提醒信息。当车违规的行驶行为，核心服务器会及时提醒司机，并将该违规行为发送给附近的车，让附近的车尽量规避违规行驶的车。如果该车有违法行驶行为，核心服务器还会将违法行驶行为的数据发送给相关部门。

具体的方案为定位测速交互终端内设有：

卫星定位模块，与定位卫星进行通讯获取车辆的粗略定位信息；

蓝牙接收模块，用于接收蓝牙基站发送的广播帧；

无线通讯模块，将所述粗略定位信息及广播帧的id和信号强弱发送给核心服务器，并接收核心服务器反馈回来的信息；

语音模块，根据核心服务器反馈回来的信息对驾驶人员发出语音警示；

核心控制模块，控制以上各模块完成特定功能；

电源模块，其输出依次与卫星定位模块、蓝牙接收模块、无线通讯模块、语音模块及核心控制模块连接。

更具体的方案为蓝牙接收模块和核心控制模块集成在同一低功耗蓝牙智能soc芯片efr32bg12系列的efr32bg12p332f1024gm48-b主控芯片上；卫星定位模块和无线通讯模块集成在同一u8300w-v2rlte-tdd/lte-fdd无线通信模块上；语音模块采用si3000-c-gs语音芯片，配合外围的麦克风和扩音器组成；si3000-c-gs语音芯片通过spi通讯模式与efr32bg12p332f1024gm48-b主控芯片通讯，将采集的语音信号传输到efr32bg12p332f1024gm48-b主控芯片的dsp内核中，由核心控制模块对语音信号进行识别，转化为文字信息；efr32bg12p332f1024gm48-b主控芯片通过uart通讯接口与u8300w-v2rlte-tdd/lte-fdd无线通信模块连接。

efr32bg12p332f1024gm48-b主控芯片集成了高性能32位40mhzarm内核，带有dsp指令和浮点计算单元，可实现高效的信号处理。同时支持低能耗(bluetooth5)通信协议，只需要绘制板载蓝牙天线既可以达到蓝牙广播帧接收目的。u8300w-v2rlte-tdd/lte-fdd无线通信模块可以工作在lte-tdd/lte-fdd/td-scdma/umts/edge/gprs/gsm/gps等多种制式下，除具有卫星定位作用和高速数据接入功能外还可提供短信、彩信、电话薄、语音通话等功能。

另一个具体的方案为蓝牙基站为具有厚度的圆片状，其直径为30～60mm，并以嵌合的方式设置在车道路面上。方便且不会对交通造成影响。优选蓝牙基站的直径为50mm。

另一个具体的方案为蓝牙基站设置在车道的中线上，且相邻两蓝牙基站之间的距离为2.5～3.5m。方便更好地定位识别。

另一个具体的方案为蓝牙基站包括电源以及与电源输出端相连的蓝牙发送件，蓝牙发送件用于向外发送带有自身id的广播帧。

更具体的方案为蓝牙发送件采用低功耗蓝牙智能soc芯片efr32bg12系列efr32bg12p332f1024gm48-b主控芯片。

为了实现上述另一目的，本发明提供的基于无线定位测速技术的高速公路防追尾引导方法基于上述高速公路追尾引导系统完成，其包括以下步骤：

1)在高速公路各车道上间隔设置蓝牙基站，在核心服务器中储存各蓝牙基站的广播帧id，并建立距离与广播帧信号强度的关系模型；

2)相隔预定的时间间隔利用定位卫星对行驶中的车辆进行一次预定位，获取车辆的大概位置；

3)车辆内的定位测速交互终端接收蓝牙基站的广播帧，将广播帧id及信号强度以及卫星定位的预定位信息发送给核心服务器，核心服务器根据广播帧id以及距离与广播帧信号强度的关系模型对车辆进行精确定位，并识别同一车道内的车辆；

4)根据车辆相邻两次精确定位和预定的时间间隔计算车辆的速度，同时根据同一车道内各车辆的精确定位计算两车之间的间距，并根据速度与间距判断相邻两车的车距是否小于安全行驶距离；

5)若判断相邻两车的车距小于安全行驶距离，则通过语音提醒的方式提醒驾驶人员。

具体的方案为步骤1)中建立距离与广播帧信号强度的关系模型包括：将广播帧信号强度分为三个等级，一级、二级和三级，其中一级对应的距离为0～0.1m，二级对应的距离为0.1～1m，三级对应的距离为超过1m。

另一个具体的方案为步骤3)中根据广播帧id以及距离与广播帧信号强度的关系模型对车辆进行精确定位的的方法为三角定位计算法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明基于无线定位测速技术的高速公路防追尾引导系统及方法可以更精确的定位在高速公路上行驶的车辆，感知车辆的状态，并且可以让车辆感知周围车辆的行驶状态，使司机尽可能的避免发生追尾等交通事故。同时，定位测速交互终端还可以作为高速收费卡和导航仪的功能。

附图说明

图1为本发明实施例的高速公路防追尾引导系统的整体示意图；

图2为本发明实施例的定位测速交互终端内部组成示意图；

图3为本发明实施例的定位测速交互终端内部各模块连接示意图；

图4为本发明实施例的蓝牙基站在高速公路上的布置示意图；

图5为本发明实施例的定位测速交互终端的内部电路图；

图6为本发明实施例的蓝牙基站的内部电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例1

参见图1至图6，本实施例提供的基于无线定位测速技术的高速公路防追尾引导系统包括核心服务器100、蓝牙基站200、定位卫星300和定位测速交互终端400。蓝牙基站200间隔设置在高速公路车道上，定位测速交互终端400以发卡的形式发放给进入高速公路的车辆，其与定位卫星300通讯连接。蓝牙基站200实时向外发出广播帧，定位测速交互终端400接收定位卫星的定位信息和蓝牙基站200发出的广播帧。核心服务器100根据定位测速交互终端400通讯传输来的定位卫星的定位信息以及广播帧id和广播帧信号强度对车辆进行定位，同时根据定位计算同一车道内的车辆之间的车距和车辆的速度，判断是否处于安全行驶范围，并将信号传送给定位测速交互终端400后提醒驾驶人员。

本实施例的定位测速交互终端内设有卫星定位模块002、蓝牙接收模块005、无线通讯模块004、语音模块003、核心控制模块001和电源模块006。

蓝牙接收模块005用于接收蓝牙基站200发送的广播帧，蓝牙接收模块005和核心控制模块001集成在同一低功耗蓝牙智能soc芯片efr32bg12系列的efr32bg12p332f1024gm48-b主控芯片上，该芯片集成了高性能32位40mhzarm内核，带有dsp指令和浮点计算单元，可实现高效的信号处理。同时支持低能耗(bluetooth5)通信协议，只需要绘制板载蓝牙天线既可以达到蓝牙广播帧接收目的。

卫星定位模块002与定位卫星300进行通讯获取车辆的粗略定位信息，无线通讯模块004将粗略定位信息及蓝牙基站200发出的广播帧发送给核心服务器100，并接收核心服务器100反馈回来的信息。卫星定位模块002和无线通讯模块004集成在同一u8300w-v2rlte-tdd/lte-fdd无线通信模块上，该通讯模块可以工作在lte-tdd/lte-fdd/td-scdma/umts/edge/gprs/gsm/gps等多种制式下。除具有卫星定位作用和高速数据接入功能外还提供短信、彩信、电话薄、语音通话等功能。

语音模块003根据核心服务器反馈回来的信息对驾驶人员发出语音警示，其采用si3000-c-gs语音芯片，配合外围的麦克风和扩音器组成。si3000-c-gs语音芯片通过spi通讯模式与efr32bg12p332f1024gm48-b主控芯片通讯，将采集的语音信号传输到efr32bg12p332f1024gm48-b主控芯片的dsp内核中，由核心控制模块对语音信号进行识别，转化为文字信息；

efr32bg12p332f1024gm48-b主控芯片通过uart通讯接口与u8300w-v2rlte-tdd/lte-fdd无线通信模块连接。

本实施例的蓝牙基站200为具有厚度的圆片状，其直径为50mm，以嵌合的方式设置在车道路面上，且位于车道中线上，相邻两蓝牙基站200之间的距离为3m。

蓝牙基站200内设有电源以及与电源输出端相连的蓝牙发送件，蓝牙发送件用于向外发送广播帧。蓝牙发送件采用与蓝牙接收模块005和核心控制模块001相同的低功耗蓝牙智能soc芯片efr32bg12系列

efr32bg12p332f1024gm48-b主控芯片。该模块完成广播帧发送的控制任务。

上述基于无线定位测速技术的高速公路防追尾引导系统的工作过程如下：

高速公路人员以发卡的形式将定位测速交互终端400发放给进入高速公路的车辆。

定位测速交互终端400通过卫星定位模块002与定位卫星200获取车辆的粗略定位信息。定位测速交互终端400通过蓝牙接收模块005接收蓝牙基站200广播的带有自己id的蓝牙广播帧，同时在收取蓝牙广播帧时也获取广播帧的信号强弱。根据蓝牙广播帧的信号强度分为三个级别，非常近，近，远。“非常近”对应的距离为距离10厘米以内；“近”对应的距离为距离1米以内；“远”对应的距离为距离1米以外。

同一时刻内，定位测速交互终端400可以收到多个蓝牙基站200发送的广播帧。定位测速交互终端400将同一时刻内的粗略定位信息和收到的蓝牙广播帧id及广播帧的信号强度通过无线通讯模块004发送给核心服务器100。

核心服务器100根据收到定位测速交互终端400发送过来的卫星粗率定位信息，以及蓝牙广播帧的id和广播帧的信号强度进行高精度的定位。核心服务器100根据广播帧的id和信号强度，对照核心服务器中存储的蓝牙基站的id和位置，通过三角定位算法对定位测速交互终端400进行高精度的定位。例如：收到蓝牙基站a的蓝牙广播帧的强度为“近”，收到蓝牙基站b的蓝牙广播帧的强度为“近”，收到蓝牙基站c的强度为“近”，收到蓝牙基站d的信号为“远”，则可以断定定位测速交互终端400在距离蓝牙基站a、b、c、1米的距离内重叠区域内。或者收到蓝牙基站e的蓝牙广播帧的强度为“非常近”，则可以断定定位测速交互终端400距离蓝牙基站e不足10厘米的范围内。该精度下，可以定位不同车道上的并行车辆。

核心服务器100根据定位测速交互终端400的定位信息的变化和时间差可以高精度的计算出定位测速交互终端400所在车辆的速度。

核心服务器100同时收集多个定位测速交互终端400的定位信息和速度，以及行驶方向。

如果两个定位测速交互终端400之间的车距小于安全行车距离，核心服务100会通过无线网络发送提醒信息给定位测速交互终端400。定位测速交互终端400通过语音模块003提醒驾驶员保持车距。

核心服务器100当发现同一车道的定位测速交互终端400所在车辆正快速接近前方定位测速交互终端400所在车辆，且定位测速交互终端400所在车辆之间的距离小于安全行车距离。核心服务器100会通过定位测速交互终端400提醒位于前方的驾驶员注意加速，同时会将位于前方的定位测速交互终端400所在车的速度发送给位于后方定位测速交互终端400所在车的驾驶员，提醒后方驾驶员注意减速行驶。

核心服务器100根据定位的变化和间隔时间计算出来的速度，发现定位测速交互终端400所在车辆有倒车，超速，违规停车等违法行为时，核心服务器100会将该定位测速交互终端400的信息发送给相关部门处理。同时，也会提醒该定位测速交互终端400附近车辆的司机，提醒司机提前做出应对，避免因为没有察觉而发生的交通事故。

由于定位测速交互终端400不需要与蓝牙基站进行通讯交互，只需要接收蓝牙基站发送的信息，所以定位测速交互终端400可以快速的解析出蓝牙基站的id和信号强度。可以由核心服务器高精度的定位出定位测速交互终端的位置，比传统的卫星定位要高，速度要快。当车辆行驶在高速公路上时，驾驶员可以通过语音的方式在定位测速交互终端400上设定行驶目的地，由定位测速交互终端400进行导航，定位测速交互终端400的高精度定位和快速定位可以有效的避免导航信息推送的滞后，同时还可以根据所在车辆周边车辆的速度及密度，准确提醒司机驶出高速公路的时机。例如：如果定位测速交互终端400周边有大量的定位测速交互终端400在高速行驶，定位测速交互终端400会提醒驾驶员提前变道，提前准备行驶出高速公路。如果有连续高速的定位测速交互终端400在其旁边行驶，则建议驾驶员降低车速，等待合适的时机变道，避免错过出口。

实施例2

本实施例提供的基于无线定位测速技术的高速公路防追尾引导基于实施例1中的高速公路防追尾引导系统实现，其包括以下步骤：

s1在高速公路各车道上间隔设置蓝牙基站，在核心服务器中储存各蓝牙基站的广播帧id，并建立距离与广播帧信号强度的关系模型；

建立距离与广播帧信号强度的关系模型包括：

将广播帧信号强度分为三个等级，一级、二级和三级，其中一级对应的距离为0～0.1m，二级对应的距离为0.1～1m，三级对应的距离为超过1m。

s2相隔预定的时间间隔利用定位卫星对行驶中的车辆进行一次预定位，获取车辆的大概位置。

s3车辆内的定位测速交互终端接收蓝牙基站的广播帧，并根据广播帧id以及距离与广播帧信号强度的关系模型对车辆进行精确定位，精确定位的方法为三角定位计算法，并识别同一车道内的车辆。

s4根据车辆相邻两次精确定位和预定的时间间隔计算车辆的速度，同时根据同一车道内各车辆的精确定位计算两车之间的间距，并根据速度与间距判断相邻两车的车距是否小于安全行驶距离。

s5若判断相邻两车的车距小于安全行驶距离，则通过语音提醒的方式提醒驾驶人员。