一種智能交通防碰撞系統及智能交通防碰撞預警方法
【專利摘要】本發明涉及一種智能交通防碰撞系統及智能交通防碰撞預警方法，其解決了現有交通工具尤其是汽車在行駛中不易避免碰撞事故發生的技術問題，其包括中央處理單元、人機交互單元、無線收發器、存儲單元、衛星導航模塊和警示單元；人機交互單元、無線收發器、存儲單元、衛星導航模塊和警示單元分別與中央處理單元連接。其可用于交通工具比如汽車、輪船等防碰撞安全【技術領域】。
【專利說明】一種智能交通防碰撞系統及智能交通防碰撞預警方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種交通安全【技術領域】，具體說是一種智能交通防碰撞系統及智能交通防碰撞預警方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會的進步和科技水平的不斷提高，城市交通體系的管理不斷邁向自動化、快速化和智能化。
[0003]目前使用的汽車導航系統已經利用GPS實現了相對精確的電子地圖定位，但是現有的導航系統只能實現跟蹤、導航。而且現有導航儀品牌眾多、標準各異，所以各品牌導航儀之間不能進行信息交互、共享，也就是說交通網中的各個臨近車輛之間不能實現信息實時交換共享。
[0004]另一方面，城市交通和高速路上的交通事故頻發，給人們的生命財產安全造成了不可挽回的損失，為了有效的避免交通事故的發生，尤其是要避免在高速路上或者惡劣天氣條件下的交通事故，人們正在開發能夠預防性的避免車輛碰撞等交通事故的發生的技術方案。
[0005]在眾多的車輛防碰撞體統中，其中有一種方案是，使用現有的車輛導航裝置對前端車輛信息采集，類似互聯網中的客戶端服務器模式(C/S)，前端車輛為客戶端，后臺服務器作為中心端，部分汽車廠商甚至實現了對同品牌的車輛位置信息進行共享(基于前面提到的C/S模式)，通過服務器下發給前端汽車。目前這些功能的實現主要基于無線互聯網絡。但是這種共享帶有很大的局限性，無法服務于運行在道路上的所有車輛，只能作為其自身產品附加功能亮點，同時這種C/S架構在信息傳遞的實時性方面較差，易受外界環境干擾，無法成為近距離車輛相對位置判定的有效途徑，無法快速有效的避免碰撞。
【發明內容】
[0006]本發明就是為了解決上述技術問題，提供一種智能交通防碰撞系統及智能交通防
碰撞預警方法。
[0007]本發明的技術方案是，提供一種全新設計思想的智能交通防碰撞系統，其包括中央處理單元、人機交互單元、無線收發器、存儲單元、衛星導航模塊和警示單元；人機交互單元、無線收發器、存儲單元、衛星導航模塊和警示單元分別與中央處理單元連接；中央處理單元被配置為進行數據計算處理和發出控制指令；人機交互單元被配置為汽車駕駛員與本系統進行人機對話；無線收發器被配置為接收外部信號和發送本機信號，實現雙向實時通訊；存儲單元用于儲存數據信息；警示單元被配置為在中央處理單元的控制下發出聲、光警示；衛星導航模塊被配置為利用衛星導航系統確定車輛的位置信息。
[0008]優選的，還包括車輛聯動單元，車輛聯動單元與中央處理單元連接。
[0009]本發明還提供一種智能交通防碰撞預警方法，包括以下步驟:
[0010](I)同向行駛的兩輛車在所述衛星導航模塊的作用下，獲得自身當前的位置信息信號;
[0011](2)兩輛車將步驟(1)所述的位置信息信號通過所述無線收發器進行周期性廣播；
[0012](3)車輛各自分別接收對方廣播的位置信息；
[0013](4)接收到對方廣播的位置信息的車輛通過所述中央處理單元對接收到的位置信息信號進行計算處理，采用η維空間距離算法計算出兩車相對距離L、路面距離S和相遇時刻可能發生的時間點t ;同時通過所述中央處理單元設定駕駛員平均的反應時間為f，設定兩車的絕對物理安全距離為兩車長度之和La ；
[0014](5)由所述中央處理單元判斷是否L≤La，如果是則進入步驟(11)，否則進行下一步驟⑶;
[0015](6)由所述中央處理單元判斷t是否大于2f且小于等于3f，如果判斷結果為是則進入步驟(7)，否則進入步驟(8)；
[0016](7)由所述警示單元在所述中央處理單元的控制下發出一級報警提示，然后返回步驟⑷；
[0017](8)繼續由所述中央處理單元判斷t是否大于f且小于等于2f，如果判斷結果為是則進入步驟(9)，否則進入步驟(10)；
[0018](9)由所述警示單元在所述中央處理單元的控制下發出二級報警提示，然后返回步驟⑷；
[0019](10)繼續由所述中央處理單元判斷t是否大于等于O且小于等于f，如果判斷結果為是則進入步驟(11)，否則過 程結束；
[0020](11)由所述警示單元在所述中央處理單元的控制下發出三級報警提示，然后返回步驟⑷。
[0021]優選地，步驟(4)中η維空間距離算法為三維空間距離算法；
[0022]兩車相對距離L、路面距離S和時間點t是由如下公式得出:
[0023]L= V(x2 - xl)A2 + (y2- y 1)Λ2 + (ζ2 -ζ1)Λ2 ,
[0024]S = v0t+at2/2,
[0025]
t= (-v+VvA2 圄 2沾)/a ;
[0026]其中V為后面車輛行駛速度，a為后面車輛的加速度，前車的三維坐標為(xl，yl，zl)，后車的三維坐標為(x2，y2，z2)。
[0027]f 取值 0.8s。
[0028]本發明還提供另一種智能交通防碰撞預警方法，包括以下步驟:
[0029](I)兩輛車在所述無線收發器的作用下，獲得自身當前的位置信息信號；
[0030](2)兩輛車將步驟(1)所述的位置信息通過所述無線收發器進行周期性廣播；
[0031](3)車輛各自分別接收對方廣播的位置信息；
[0032](4)接收到對方廣播的位置信息的車輛通過所述中央處理單元對接收到的位置信息進行計算處理，采用η維空間距離算法計算出兩車相對距離L、路面距離S和相遇時刻可能發生的時間點t ;同時由所述中央處理單元設定駕駛員平均的反應時間為f，設定兩車的絕對物理安全距離為兩車長度之和La ；[0033](5)由所述中央處理單元判斷是否L < La，如果是則進入步驟(11)，否則進行下一步驟⑶;
[0034](6)由所述中央處理單元判斷t是否大于2f且小于等于3f，如果判斷結果為是則進入步驟(7)，否則進入步驟(8)；
[0035](7)由所述警示單元在所述中央處理單元的控制下發出一級報警提示，然后返回步驟⑷；
[0036](8)繼續由所述中央處理單元判斷t是否大于f且小于等于2f，如果判斷結果為是則進入步驟(9)，否則進入步驟(10)；
[0037](9)由所述警示單元在所述中央處理單元的控制下發出二級報警提示，然后返回步驟⑷；
[0038](10)繼續由所述中央處理單元判斷t是否大于等于O且小于等于f，如果判斷結果為是則進入步驟(11)，否則過程結束；
[0039](11)由所述警示單元在所述中央處理單元的控制下發出三級報警提示，然后返回步驟⑷。
[0040]優選地，步驟⑷中η維空間距離算法為三維空間距離算法；
[0041]兩車相對距離L、路面距離S和時間點t是由如下公式得出:
[0042]L=V(x2 - xl)A2 + (y2 - yl)A2 + (z2 - zl)A2，
[0043]S = v0t+at2/2,
[0044]
t= ( -v+ VvA2 m2aS ) /a ；
[0045]其中V為后面車輛行駛速度，a為后面車輛的加速度,前車的三維坐標為(xl, yl,zl)，后車的三維坐標為(x2，y2，z2)。
[0046]f 取值 0.8s。
[0047]本發明的有益效果是，能夠實時進行車輛間的速度、相對位置的計算，預先設定好報警時間和安全距離，提前警示駕駛員有碰撞危險，讓駕駛員采取預防性措施，或者自動采取減速措施，快速有效避免車輛碰撞的發生。
[0048]本發明進一步的特征和方面，將在以下參考附圖的【具體實施方式】的描述中，得以清楚地記載。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0049]圖1為本發明的智能交通防撞系統的原理框圖；
[0050]圖2為第一實施例的流程圖。
[0051]100.智能交通防撞系統，110.中央處理單元，120.人機交互單元，130.無線收發器，140.存儲單元，150.衛星導航模塊，160.車輛聯動單元，170.警示單元。
【具體實施方式】
[0052]以下參照附圖，以具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0053]實施例一
[0054]如圖1所示的智能交通防撞系統100，包括中央處理單元110、人機交互單元120、無線收發器130、存儲單元140、衛星導航模塊150、車輛聯動單元160和警示單元170。人機交互單元120、無線收發器130、存儲單元140、衛星導航模塊150、車輛聯動單元160和警示單元170分別與中央處理單元110連接。
[0055]中央處理單元110為本系統的中央數據處理和控制中心，用于接收其他單元的數據并進行計算，以控制其他單元工作。
[0056]人機交互單元120用于汽車駕駛員與本系統的人機對話，包括用于顯示各種信息的顯示屏；顯示屏可以為觸摸顯示屏，駕駛員可以通過觸摸點擊查看相關信息、輸入操作指令或者輸入信息。顯示屏顯示的信息包括基于電子地圖的車輛相對位置實時畫面和汽車基本信息查閱結果。汽車基本信息查閱結果包括汽車尺寸、品牌、車架號、車牌號、顏色、行駛方向、行駛速度和所在位置(經度/緯度/海拔高度)。人機交互單元120還設有各種用于信號傳遞的接口。
[0057]無線收發器130用于接收外部信號和發送本機信號，實現雙向實時通訊，其可以采用有效信號范圍在幾百米至幾公里的WIFI信號器，也可以采用物聯網領域的射頻收發器。此外，無線收發器3也可以為利用移動運營網絡平臺進行信號收發并能實現定位的無線信號收發裝置。
[0058]存儲單元140用于儲存各種數據信息。
[0059]警示單元170在中央處理單元110的控制下發出聲、光警示。
[0060]衛星導航模塊150是利用衛星導航系統(GPS或北斗)，確定汽車行駛方向、速度、位置(經度/緯度/高度)。
[0061]車輛聯動單元160采用車載在線診斷電路(ON-Board DiagnoSTics，OBD)獲取車
輛當前運行基本信息。
[0062]如圖2所示的防碰撞的預警方法的流程主要包括以下幾個步驟:
[0063]在步驟S201，流程開始。
[0064]在步驟S202，有兩輛車在同一路面同向行駛，這兩輛車都設置了交通防撞系統100。這兩輛車用Carl和Car2表示，Carl在前，Car2在后。兩輛車均采用了智能交通防撞系統100的衛星導航模塊150，在衛星導航系統正常工作的情況下，兩車均可獲得自身當前的包括地面位置、行駛速度、加速度、行駛方向和實時加速度等位置信息的位置信息信號，該位置信息在人機交互單元120相應的電子地圖上顯示；前車Carl的地面位置坐標為 Carl, location.X, Carl, location.Y, Carl.Altitude.Z ;后車 Car2 的地面位置坐標為Car2.location.X, Car21ocation.Y, Car2.Altitude.Z ;前車 Carl 的行駛速度為 Carl.V,后車Car2的行駛速度為Car2.V，前車Carl的行駛方向我Carl.D，后車Car2的行駛方向為Car2.D ;前車Carl的加速度為Carl, a，后車Car2的加速度為Car2.a ;同時可以通過不同時刻位置信息的計算得到當前Carl和后車Car2的實時加速度Carl, al和Car2.a2。
[0065]下文中提到的位置信息均指地面位置、行駛速度、加速度、行駛方向和實時加速度等信息。
[0066]獲取位置信息也可以不使用衛星導航系統，而是基于移動網絡定位系統用無線收發器130來具體實現。
[0067]在步驟S203，前車Carl和后車Car2通過無線收發器130以一定頻率廣播自身的步驟S202所述的位置信息。[0068]此處的一定頻率指發送的時間間隔能夠保證在3f時間以外正常的接收臨近車輛的信息的頻率，并且計算出需要的結果。該頻率就是要保證即使車輛在很高的時速下行進，如300km/h，也能通過高的頻率通知臨近車輛自身的位置信息，頻率越高，在相鄰信號間隔這段時間車輛行駛的相對距離就越小，給預警留下的時間就越多。參考表1的汽車時速和行駛距離測算表。f的定義見步驟S205。
[0069]表1:
[0070]
【權利要求】
1.一種智能交通防碰撞系統，其特征在于，包括中央處理單元、人機交互單元、無線收發器、存儲單元、衛星導航模塊和警示單元；所述人機交互單元、無線收發器、存儲單元、衛星導航模塊和警示單元分別與所述中央處理單元連接； 所述中央處理單元被配置為進行數據計算處理和發出控制指令； 所述人機交互單元被配置為汽車駕駛員與本系統進行人機對話； 所述無線收發器被配置為接收外部信號和發送本機信號，實現雙向實時通訊； 所述存儲單元用于儲存數據信息； 所述警示單元被配置為在所述中央處理單元的控制下發出聲、光警示； 所述衛星導航模塊被配置為利用衛星導航系統確定車輛的位置信息。
2.根據權利I所述的智能交通防碰撞系統，其特征在于，還包括車輛聯動單元，所述車輛聯動單元與所述中央處理單元連接。
3.一種應用如權利要求1或2所述的智能交通防碰撞系統的智能交通防碰撞預警方法，其特征是包括以下步驟： (1)同向行駛的兩輛車在所述衛星導航模塊的作用下，獲得自身當前的位置信息信號; (2)兩輛車將步驟（I)所述的位置信息信號通過所述無線收發器進行周期性廣播； (3)車輛各自分別接收對方廣播的位置信息； (4)接收到對方廣播的位置信息的車輛通過所述中央處理單元對接收到的位置信息信號進行計算處理，采用η維空間距離算法計算出兩車相對距離L、路面距離S和相遇時刻可能發生的時間點t ;同時通過所述中央處理單元設定駕駛員平均的反應時間為f，設定兩車的絕對物理安全距離為兩車長度之和La ； (5)由所述中央處理單元判斷是否LSLa，如果是則進入步驟（11)，否則進行下一步驟(6)； (6)由所述中央處理單元判斷t是否大于2f且小于等于3f，如果判斷結果為是則進入步驟（7)，否則進入步驟（8)； (7)由所述警示單元在所述中央處理單元的控制下發出一級報警提示，然后返回步驟⑷; (8)繼續由所述中央處理單元判斷t是否大于f且小于等于2f，如果判斷結果為是則進入步驟（9)，否則進入步驟（10)； (9)由所述警示單元在所述中央處理單元的控制下發出二級報警提示，然后返回步驟(4)； (10)繼續由所述中央處理單元判斷t是否大于等于O且小于等于f，如果判斷結果為是則進入步驟（11)，否則過程結束； (11)由所述警示單元在所述中央處理單元的控制下發出三級報警提示，然后返回步驟⑷。
4.根據權利要求3所述的智能交通防碰撞預警方法，其特征是： 所述步驟（4)中η維空間距離算法為三維空間距離算法； 所述兩車相對距離L、路面距離S和時間點t是由如下公式得出：L=V(x2 - xl)A2 + (y2 - y 1)Λ2 + (z2 - ζ1)Λ2，
S = v0t+at2/2,t= (-V+ yfv^2m2aS ) /a ; 其中V為后面車輛行駛速度，a為后面車輛的加速度,前車的三維坐標為（xl,yl,zl),后車的三維坐標為（x2，y2，z2)。
5.根據權利要求4所述的智能交通防碰撞預警方法，其特征是，所述f取值O.8s。
6.一種應用如權利要求1或2所述的智能交通防碰撞系統的智能交通防碰撞預警方法，其特征是包括以下步驟： (1)兩輛車在所述無線收發器的作用下，獲得自身當前的位置信息信號； (2)兩輛車將步驟（I)所述的位置信息通過所述無線收發器進行周期性廣播； (3)車輛各自分別接收對方廣播的位置信息； (4)接收到對方廣播的位置信息的車輛通過所述中央處理單元對接收到的位置信息進行計算處理，采用η維空間距離算法計算出兩車相對距離L、路面距離S和相遇時刻可能發生的時間點t ;同時由所述中央處理單元設定駕駛員平均的反應時間為f，設定兩車的絕對物理安全距離為兩車長度之和La ； (5)由所述中央處理單元判斷是否LSLa，如果是則進入步驟（11)，否則進行下一步驟(6)； (6)由所述中央處理單元判斷t是否大于2f且小于等于3f，如果判斷結果為是則進入步驟（7)，否則進入步驟（8)； (7)由所述警示單元在所述中央處理單元的控制下發出一級報警提示，然后返回步驟⑷; (8)繼續由所述中央處理單元判斷t是否大于f且小于等于2f，如果判斷結果為是則進入步驟（9)，否則進入步驟（10)； (9)由所述警示單元在所述中央處理單元的控制下發出二級報警提示，然后返回步驟(4)； (10)繼續由所述中央處理單元判斷t是否大于等于O且小于等于f，如果判斷結果為是則進入步驟（11)，否則過程結束； (11)由所述警示單元在所述中央處理單元的控制下發出三級報警提示，然后返回步驟⑷。
7.根據權利要求6所述的智能交通防碰撞預警方法，其特征是： 所述步驟（4)中η維空間距離算法為三維空間距離算法； 所述兩車相對距離L、路面距離S和時間點t是由如下公式得出：
L= V(x2 - xl)A2 + (y2 - yl)A2 + (z2 - ζ1)Λ2，
S = v0t+at2/2,t= ( -V+ >/vA2 圍 ) /a ; 其中V為后面車輛行駛速度，a為后面車輛的加速度,前車的三維坐標為（xl,yl,zl),后車的三維坐標為（x2，y2，z2)。
8.根據權利要求7所述的智能交通防碰撞預警方法，其特征是，所述f取值O.8s。
9.一種應用如權利要求1或2所述的智能交通防碰撞系統的智能交通防碰撞預警方法，其特征是包括以下步驟： (I)兩輛車在所述無線收發器的作用下，周期性發出廣播報文； (3)接收到對方廣播的信息后立刻高頻廣播發送帶本車的速度、加速度信息給對方車輛，直到收到對方車輛連續的3個響應報文后停止廣播； (4)接收到對方廣播的位置信息的車輛通過所述中央處理單元對接收到的位置信息進行計算處理，計算距離L、兩輛車的相對距離S和相遇時刻可能發生的時間點t ;同時由所述中央處理單元設定駕駛員平均的反應時間為f，f取值O. 8s,設定兩車的絕對物理安全距離為兩車長度之和La ； t由如下公式得出：
【文檔編號】G05B19/418GK103489333SQ201310459587
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】張瑞, 張娟, 薛方 申請人:張瑞