本實(shí)用新型涉及智能交通和道路交通安全技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動(dòng)安全預(yù)警裝置及方法，尤其適用于燈交叉路口進(jìn)行闖紅燈報(bào)警和交叉路口盲區(qū)預(yù)警。

背景技術(shù)：

隨著我國城鎮(zhèn)化率的不斷提高，目前有視線遮擋且有交通信號(hào)燈的交叉路口路況越來越多。雖然在路口有信號(hào)燈的情況下，行車安全性顯著提高，但是由于某些駕駛員存在闖黃燈等危險(xiǎn)駕駛行為，或者前方大貨車遮擋視線等情況時(shí)有發(fā)生，仍然給行車安全造成很大隱患。并且，將道路和車輛作為分立系統(tǒng)考慮的傳統(tǒng)交通管理方式，已經(jīng)難以滿足人們對道路交通安全水平的要求。

傳統(tǒng)的主動(dòng)安全技術(shù)主要基于自主式車輛傳感器來實(shí)現(xiàn)，不僅受限于行車狀況、道路條件、天氣和環(huán)境因素，同時(shí)無法滿足傳感器盲區(qū)和異常道路環(huán)境的安全預(yù)警要求?；贒SRC（Dedicated Short Range Communications，專用短程通信）的車車、車路通信技術(shù)可滿足上述需求，但是路側(cè)和車載設(shè)備的改造安置需要大量基礎(chǔ)投入，成本高昂，短期內(nèi)難以普及。

中國專利文獻(xiàn)CN 102431556公開了一種基于車路協(xié)同的駕駛員一體化預(yù)警裝置，包括設(shè)置在車輛上的自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊、主控模塊、車載無線通信模塊和人機(jī)交互模塊，所述自車狀態(tài)感知模塊、車外環(huán)境感知模塊的輸出信號(hào)輸入主控模塊，主控模塊通過無線通信模塊與周圍車輛以及道路上的設(shè)備通信，主控模塊通過人機(jī)交互模塊發(fā)出預(yù)警。通過車車通信方式獲取周圍車輛駕駛意圖，從而對潛在危險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別、預(yù)警。該裝置非常復(fù)雜，通過各種傳感器采集信息，然后進(jìn)行分析車輛的駕駛意圖。該裝置成本高昂，應(yīng)用前景不佳。

基于4G（The 4th Generation Mobile Communication Technology，第四代移動(dòng)通信技術(shù)）的車路協(xié)同技術(shù)以其低成本、高覆蓋率、較好實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為目前國際智能交通領(lǐng)域的較熱門技術(shù)，包括美國、日本、歐洲在內(nèi)的主要發(fā)達(dá)國家和地區(qū)都在積極研究該技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，有序推進(jìn)相關(guān)立法工作。車路協(xié)同是指應(yīng)用傳感探測、無線通信、信號(hào)處理等技術(shù)，使車輛端和道路端能夠共享車輛狀態(tài)、路側(cè)設(shè)備狀態(tài)、道路交通條件等信息，以達(dá)到有效提升道路交通安全、道路通行效率的目的。

目前，隨著通信技術(shù)的研究和發(fā)展，4G技術(shù)以其低成本、高覆蓋率、較好實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)已成為非常熱門的車路協(xié)同通信技術(shù)。本實(shí)用新型由此而來。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)方案存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提出了一種基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動(dòng)安全預(yù)警裝置和方法，成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單，可以對車輛進(jìn)行闖紅燈報(bào)警和交叉路口盲區(qū)預(yù)警，使駕駛員及時(shí)預(yù)判交通信號(hào)燈狀況和盲區(qū)路況，有效避免車輛違章和碰撞事故的發(fā)生。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

一種基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動(dòng)安全預(yù)警裝置，其特征在于，包括車載設(shè)備和路側(cè)設(shè)備；所述路側(cè)設(shè)備包括：

一路側(cè)信號(hào)整合處理模塊，用于接收交通信號(hào)燈模塊信息并整合路側(cè)4G模塊接收的信息，經(jīng)過解析和去除冗余后，將信息傳輸給路側(cè)4G模塊；

一路側(cè)4G模塊，與路側(cè)信號(hào)整合處理模塊連接，用于接收路側(cè)信號(hào)整合處理模塊的信息，并連同其內(nèi)部存儲(chǔ)的路口中心位置的GPS經(jīng)緯度坐標(biāo)信息通過4G方式向外廣播；

所述車載設(shè)備包括：

一車載4G模塊，由車載控制器模塊控制與路側(cè)4G模塊進(jìn)行通信；

一車載GPS模塊，用于測定當(dāng)前車輛的位置信息，并將所述位置信息發(fā)送給車載控制器模塊；

一車載控制器模塊，用于控制車載4G模塊和HMI模塊的顯示信息，計(jì)算當(dāng)前車輛到達(dá)路口的時(shí)間以及與被檢測目標(biāo)車輛分別到達(dá)路口的時(shí)間差，并判斷是否達(dá)到報(bào)警閾值，若達(dá)到相應(yīng)的報(bào)警閾值，則闖紅燈報(bào)警和/或碰撞報(bào)警；

一HMI模塊，用于顯示車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)和安全預(yù)警信息。

優(yōu)選的，所述車載設(shè)備還包括車載信號(hào)整合處理模塊，用于接收車載GPS模塊信息并整合車載4G模塊接收的廣播信息，經(jīng)過解析和去除冗余后，將車輛行駛狀態(tài)信息通過車載4G模塊對外廣播。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：

在有交通信號(hào)燈的交叉路口在安裝本實(shí)用新型主動(dòng)安全預(yù)警裝置后，可以高效地與安裝4G接收控制裝置的沿途車輛進(jìn)行車路通信，又可以將交通信號(hào)燈相位信息實(shí)時(shí)傳廣播給沿途車輛，及時(shí)將駕駛員視線之外的車況、路況、信號(hào)燈狀況發(fā)送給所需車輛。經(jīng)過車載控制器對基于4G的廣播信息的解析處理，指示車載HMI設(shè)備發(fā)出危險(xiǎn)報(bào)警，可讓駕駛員有效提前預(yù)知視線外的危險(xiǎn)狀況，及時(shí)采取合理規(guī)避措施，有效提升道路交通安全。同時(shí)，現(xiàn)有的4G通信網(wǎng)絡(luò)可滿足預(yù)警需求，不需額外大量投入以建設(shè)路側(cè)設(shè)備，在滿足功能的基礎(chǔ)上可有效減少項(xiàng)目成本。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：

圖1是本實(shí)用新型基于車路協(xié)同和4G網(wǎng)絡(luò)的主動(dòng)安全預(yù)警裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本實(shí)用新型主動(dòng)安全預(yù)警裝置的路側(cè)DSRC模塊安裝位置示意圖；

圖3是本實(shí)用新型主動(dòng)安全預(yù)警方法的流程圖。

圖中，1.演示車輛，11.HMI模塊 ，12.車載4G模塊，13.車載控制器模塊，14.車載GPS模塊，2.路側(cè)設(shè)備，21.路側(cè)4G模塊，22.路側(cè)信號(hào)整合處理模塊，23.交通信號(hào)燈模塊，3.路口范圍內(nèi)的行駛車輛，31.車載4G模塊，32.車載信號(hào)整合處理模塊33.車載GPS模塊。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合具體實(shí)施方式并參照附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實(shí)用新型的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本實(shí)用新型的概念。

實(shí)施例：

本實(shí)用新型為一種帶闖紅燈報(bào)警功能的交叉路口主動(dòng)安全預(yù)警裝置及算法，該裝置需要演示車輛1、路側(cè)設(shè)備2和路口范圍內(nèi)的行駛車輛3三部分配合以實(shí)現(xiàn)其功能。其中，演示車輛1車載裝置由車載控制器模塊13、車載4G模塊12、車載GPS模塊14和HMI（Human Machine Interface，人機(jī)界面）模塊11組成，路側(cè)設(shè)備2由路側(cè)4G模塊21、路側(cè)信號(hào)整合處理模塊22和交通信號(hào)燈模塊23組成，路口范圍內(nèi)行駛車輛3車載裝置由車載信號(hào)整合處理模塊32、車載4G模塊31和車載GPS模塊33組成。各模塊的數(shù)據(jù)流連接方式如圖1所示。其中，路側(cè)設(shè)備路口安裝位置如圖2所示，相關(guān)參數(shù)L1、L2、L3根據(jù)如下要求確定：

1、L1為路口寬度；

2、L2為路口東西向?qū)挾鹊囊话耄?/p>

3、L3為路口南北向?qū)挾鹊囊话搿?/p>

本實(shí)用新型基于車路協(xié)同的無信號(hào)燈交叉路口主動(dòng)安全預(yù)警裝置及算法的具體配置及實(shí)施方式包括以下內(nèi)容：

該裝置中，車載控制器模塊13的主控芯片采用Freescale ARM Cortex-A9系列芯片，其與HMI模塊11采用Wifi方式進(jìn)行通信；HMI模塊11采用基于Android系統(tǒng)，支持Wifi，分辨率至少為720P的平板電腦；車載GPS模塊14采用高精度差分GPS設(shè)備，其與車載控制器模塊13采用RS232串口傳輸數(shù)據(jù)；車載4G模塊12和路側(cè)4G模塊21均采用支持4G網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)備，其與其他模塊采用串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；路側(cè)信息整合處理模塊22由基于Freescale控制芯片并支持串口通信方式的開發(fā)板組成；交通信號(hào)燈模塊23由三種顏色并能指揮四個(gè)方向的移動(dòng)式交通信號(hào)燈組成，其與路側(cè)4G模塊21通過串行接口傳輸數(shù)據(jù)。

當(dāng)前演示車輛由南向北行駛，此時(shí)僅東西向行駛車輛可觸發(fā)碰撞預(yù)警，具體方向如圖2中所示。

預(yù)警方法如圖3所示：

1、車載控制器模塊實(shí)時(shí)讀取車載GPS模塊檢測到的車輛速度、經(jīng)緯度、航向角等信息，車載控制器模塊同時(shí)也讀取路側(cè)設(shè)備廣播的其自身的經(jīng)緯度信息，根據(jù)車輛的經(jīng)緯度坐標(biāo)和路側(cè)設(shè)備的經(jīng)緯度坐標(biāo)計(jì)算出車輛與路側(cè)設(shè)備的距離，此即為車輛到路口的距離。

2、得到和車輛到路口距離之后，判斷此距離是否大于預(yù)警臨界距離D，如大于D則返回步驟1繼續(xù)偵測車速和距離信息；如小于D則啟動(dòng)預(yù)警程序并執(zhí)行步驟3。

3、車載控制器模塊從車載4G模塊讀取由路側(cè)4G模塊廣播過來的路側(cè)信息并進(jìn)行實(shí)時(shí)解析，判斷路口范圍內(nèi)有無其他車輛正在向路口行進(jìn)。如檢測到其他車輛向路口行進(jìn)，則執(zhí)行步驟5。

4、車載控制器模塊從車載4G模塊讀取由路側(cè)4G模塊廣播過來的交通信號(hào)燈信號(hào)并進(jìn)行實(shí)時(shí)解析，同時(shí)計(jì)算出該車輛以目前速度勻速行駛到達(dá)路口的時(shí)間t₁，將t₁與信號(hào)燈相位信息比較以判斷車輛有無闖紅燈風(fēng)險(xiǎn)。如有闖紅燈風(fēng)險(xiǎn)，則HMI模塊顯示闖紅燈報(bào)警提示信息；如無闖紅燈風(fēng)險(xiǎn)，則HMI模塊顯示當(dāng)前交通信號(hào)燈相位信息和相位剩余時(shí)間。在HMI模塊顯示相關(guān)信息的同時(shí)，返回步驟3，繼續(xù)檢測所監(jiān)測方向上有無其他車輛正在通行。

5、車載控制器模塊解析路側(cè)信息，分別獲取向路口行進(jìn)的若干車輛的速度和到路口的距離。同時(shí)分別計(jì)算出這些車輛以目前速度勻速行駛到達(dá)路口的時(shí)間，選碰撞取其中最小值t_p。

6、車載控制器模塊根據(jù)公式|T|=|t_p-t₁|,計(jì)算出當(dāng)前行駛車輛與目標(biāo)車輛分別到達(dá)路口的時(shí)間差的絕對值。判斷|T|是否大于預(yù)警臨界時(shí)間T，如大于T則返回步驟1繼續(xù)偵測車速和距離信息；如小于T則執(zhí)行步驟7，進(jìn)行碰撞報(bào)警。

7、車載控制器模塊將報(bào)警信息通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸給HMI模塊，HMI模塊通過其內(nèi)部的預(yù)設(shè)程序顯示與報(bào)警信息對應(yīng)的報(bào)警界面以提醒駕駛員小心駕駛。

8、車輛控制器模塊實(shí)時(shí)檢測獲取的當(dāng)前車輛GPS經(jīng)緯度信息，如果在某特定的較長時(shí)間內(nèi)，GPS經(jīng)緯度信息變化很小，則認(rèn)為車輛已經(jīng)停車，程序暫停運(yùn)行；如果車輛未停止運(yùn)行，則返回步驟1重復(fù)運(yùn)行上述步驟。

本實(shí)用新型的碰撞報(bào)警可以有不同的預(yù)警等級(jí)，根據(jù)預(yù)警等級(jí)的不同可以發(fā)送不同的預(yù)警提示。

當(dāng)0≤|T|<T₂且0≤t<t₁或者0≤|T|<T₁且t₁≤t<t₂，預(yù)警等級(jí)為碰撞紅色預(yù)警，提示駕駛員“注意謹(jǐn)慎駕駛，務(wù)必減速慢行”；

當(dāng)T₂≤|T|<T₃且0≤t<t₁或者0≤|T|<T₁且t₂≤t或者T₁≤|T|<T₂且t₁≤t<t₂，預(yù)警等級(jí)為碰撞橙色預(yù)警，提示駕駛員“注意謹(jǐn)慎駕駛，務(wù)必減速慢行”；

當(dāng)T₃≤|T|或者T₂≤|T|<T₃且t₁≤t或者T₁≤|T|<T₂且t₂≤t，預(yù)警等級(jí)為碰撞黃色預(yù)警，提示駕駛員“注意謹(jǐn)慎駕駛”；

其中，T₁、T₂、T₃為當(dāng)前車輛與被監(jiān)測車輛到達(dá)路口時(shí)間差的設(shè)定閾值，且T₁<T₂<T₃；t₁、t₂為當(dāng)前車輛到達(dá)路口時(shí)間的設(shè)定閾值，且t₁<t₂。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本實(shí)用新型的上述具體實(shí)施方式僅僅用于示例性說明或解釋本實(shí)用新型的原理，而不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制。因此，在不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本實(shí)用新型所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。