基于高频高精度定位信息的车辆轨迹预测及碰撞预警方法技术

本发明专利技术涉及一种基于高频高精度定位信息的车辆轨迹预测及碰撞预警方法，利用车载定位装置采集的频率为5hz、精度为厘米级的实时定位信息，根据邻近时刻多个点的车辆位置、速度、方向角信息，拟合车辆行驶轨迹，预测目标时刻车辆位置，并根据轮廓冲突法，判断如果车辆仍按当前速度、方向角行驶，目标时刻车辆是否与邻近车辆存在碰撞风险。较传统的通过车载传感器进行车‑车距离判断及碰撞预警的方法，本发明专利技术所提出的方法可有效避免车辆运行速度较高、恶劣气象、视线条件不良等情况引起的碰撞预警失效；具有算法简便、成本较低、易于推广的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于高频高精度定位信息的车辆轨迹预测及碰撞预警方法
本专利技术涉及车辆高智慧辅助驾驶
，具体涉及一种基于高频高精度定位信息的车辆轨迹预测及碰撞预警方法。
技术介绍
随着公路建设事业蓬勃发展和汽车保有量迅速膨胀，交通安全形势正面临着前所未有的挑战。交通系统是由人、车、路、环境构成的复杂系统，但这四要素中，“人”是导致道路交通事故发生的最主要因素。美国印第安那大学对交通事故原因的调查研究显示，85％的交通事故都与驾驶员自身及其行为特性直接相关。另有研究显示，如果驾驶员能够提前1秒感知到危险并及时采取预防措施，大约40％的正面碰撞事故、60％的与路面状况相关的事故和70％的追尾事故可以避免发生。因此，对驾驶员进行风险预警可有效降低事故发生概率。近年来，高智慧辅助驾驶甚至无人驾驶技术已成为研究热点，车辆主动防撞系统更是其核心内容。目前采用的主流方法，是在车辆上加装雷达、激光、微波、视觉等多类传感器，融合多源数据进行距离识别、风险判识。但此类方法具有以下不足：第一，各类传感器均有适用条件限制，如车辆运行速度较高、雨雾等恶劣气象、道路转弯半径较小而造成的视线条件不良等，均会对传感器识别距离的准确性造成影响；第二，若要实现较精确的距离判断，需安装多种传感器相互配合，数据融合算法复杂，因此成本过高，推广难度较大。普通的卫星导航定位精度约在5-10米，无法用于车辆防撞预警。只有依托北斗导航系统高精度定位技术，才可获取高频、高精度车辆位置信息，进而拟合高准确度的车辆轨迹，并进行车辆位置预测和碰撞风险判识。而基于此方法进行车辆防撞预警，国内外还鲜有研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于高频高精度定位信息的车辆轨迹预测及碰撞预警方法，基于高频(5HZ)、高精度(厘米级)的车辆定位信息，进行车辆主动防撞预警距离的计算，实现有效的碰撞预警。本专利技术所采用的技术方案为：基于高频高精度定位信息的车辆轨迹预测及碰撞预警方法，其特征在于：包括以下步骤：利用车载定位装置采集的频率为5hz、精度为厘米级的实时定位信息，根据邻近时刻多个点的车辆位置、速度、方向角信息，拟合车辆行驶轨迹，预测目标时刻车辆位置，并根据轮廓冲突法，判断如果车辆仍按当前速度、方向角行驶，目标时刻车辆是否与邻近车辆存在碰撞风险，并根据发生轮廓冲突的目标时刻确定碰撞预警等级。具体包括以下步骤：步骤1，建立路侧北斗连续运行基准站参考系统，车载定位装置接收该系统播发的高精度差分改正数，并以1秒5次的频率进行解算，生成厘米级的高精度车辆定位数据；步骤2，利用多个邻近点的根据车辆高频位置、速度、方向角信息，拟合车辆运动轨迹，车辆轨迹被分为两类：直线和圆曲线；步骤3，选取目标预警时刻，利用车辆连续的高频位置、速度、方位角信息，预测本时刻至目标时刻车辆沿预测轨迹的位移及目标时刻车辆位置；步骤4，车辆位置坐标实质是车外天线安装点位的坐标及方向角，根据天线点位和车辆外轮廓的位置关系，计算目标时刻车辆实际外轮廓顶点坐标；步骤5，考虑驾驶员反应延迟，为避免避撞失效，根据不同车型区别设置纵、横向冗余值，将车辆实际外轮廓顶点坐标转化为计算外轮廓顶点坐标；步骤6，选取目标时刻，预测在该时刻他车的计算外轮廓顶点坐标是否在自车四边形之内或之上，若是，则判断为目标时刻两车会发生冲突。步骤7，根据预警的目标时刻，相应确定预警等级。步骤1具体为：构建包括RTK基准站、网络传输系统、数据处理系统的路侧北斗连续运行基准站参考系统；RTK基准站需建设三个组成三角网，车辆运行路径需包含于三角网内；车辆定位装置由车外天线和车内接收机构成，接收机主要元部件包括北斗卫星接收板卡、4G无线通信模块、主控单元、电源管理单元、异步通信模块。步骤2具体为：首先选取邻近三点位置坐标，判断三点是否共线，若共线，则行车轨迹为直线，若不共线，则行车轨迹为圆曲线；若行车轨迹为圆曲线，为提高精度，采用多个邻近点拟合车辆的行车轨迹，5≤n≤10，具体思路为，运用最小二乘法，以邻近点与轨迹圆心的距离与轨迹半径的差的平方和为目标函数：其中：(xi，yi)为邻近点坐标，(xc，yc)和r分别为轨迹圆心和半径；采用最速下降法，求得目标函数Q最小时(xc，yc)和r的值，从而获得车辆圆曲线行车轨迹。步骤3具体为：计算i时刻的加速度，以i时刻的位置、速度、方向角、加速度推算至目标时刻t的位移l；将目标时刻选取为：i时刻后的1s、2s、3s；若车辆行驶轨迹为直线，目标时刻坐标(xt，yt)预测方法为：其中，α为车辆i时刻方向角；若车辆沿圆曲线轨迹行进，目标时刻坐标(xt，yt)预测方法为：其中，φ为车辆位移对应的圆心角：步骤4具体为：接收机输出的高精度车辆定位数据，实际上是安装在车辆上的天线的位置数据；为提高车辆轮廓计算精度，安装天线时，应测量天线安装点位与车辆各外轮廓边缘的距离，并以天线安装位置为原点，以车辆轴向为x轴构建车辆局部坐标系，并采用旋转平移公式得到直行车辆外轮廓在实用坐标系下的坐标计算公式；车辆沿直线轨迹运动时，以i时刻的车辆方位角α为旋转角，沿圆曲线轨迹运动时，需对旋转角进行校正；α0＝α+Δα其中，f为圆曲线偏向，左偏时取1，右偏时取-1；d为定位点至汽车后轴的距离；r为车辆轨迹圆曲线半径。步骤5具体为：对于小型车：纵向冗余值取5m，横向冗余值取0.25m；对于大型车：纵向冗余值取10m，横向冗余值取0.5m。步骤6具体为：目标时刻车辆外轮廓顶点坐标通过上述步骤计算得出，每个车辆被作为一个四边形考虑，判断自车与他车轮廓是否会发生冲突，被转化为判断两四边形是否相交；一个四边形被认为由两个三角形组成，若两个四边形相交，则一个四边形的顶点会出现在另一四边形的任一三角形之内或之上；因此，问题进一步转化为判断他车某顶点P(x0,y0)与自车任一三角形ΔABC的位置关系；具体方法为：其中，s(ABC)为ΔABC的面积，其他类似；当G＞0时，点P(x0,y0)位于三角形ΔABC之内，当G＝0时，点P(x0,y0)位于三角形ΔABC之上，当G＜0时，点P(x0,y0)位于三角形ΔABC之外；采用遍历方法，将他车四个顶点与自车任一三角形的位置关系进行判断，若在其之上或之内，表明在目标时刻辆车会发生碰撞。步骤7具体为：选取目标时刻是防碰撞预警的关键，目标时刻过近会导致驾驶员反应不及，过远又会由于预测误差过大而造成误报；设置不同预警等级，并分别选取3s、2s、1s作为碰撞预警目标时刻；若未来3s车辆外轮廓会发生冲突，为三级碰撞预警，即最低；若未来2s车辆外轮廓会发生冲突，为二级预警，即中等；若未来1s车辆外轮廓会发生冲突，为一级预警，即最高。本专利技术具有以下优点：(1)有别于常规的在车辆上加装激光、雷达、视觉等多种传感器进行碰撞预警的方法，本专利技术利用高频率、高精度的车辆定位信息，进行车辆实时轨迹预测，并通过轮廓冲突法进行车辆碰撞风险判识，在数据获取途径、碰撞判断方法上均有创新。(2)较常规的加装传感器的方法，本专利技术所提出的方法可有效避免车辆运行速度较高、恶劣气象、视线条件不良等情况引起的碰撞预警失效，并具有算法简便、成本较低、易于推广的特点。附图说明图1为本专利技术实施例的流程图；图2为本专利技术实施例提供的车辆外轮廓顶点计算局部坐标系示意图；图3为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于高频高精度定位信息的车辆轨迹预测及碰撞预警方法，其特征在于：包括以下步骤：利用车载定位装置采集的频率为5hz、精度为厘米级的实时定位信息，根据邻近时刻多个点的车辆位置、速度、方向角信息，拟合车辆行驶轨迹，预测目标时刻车辆位置，并根据轮廓冲突法，判断如果车辆仍按当前速度、方向角行驶，目标时刻车辆是否与邻近车辆存在碰撞风险，并根据发生轮廓冲突的目标时刻确定碰撞预警等级。

【技术特征摘要】
1.基于高频高精度定位信息的车辆轨迹预测及碰撞预警方法，其特征在于：包括以下步骤：利用车载定位装置采集的频率为5hz、精度为厘米级的实时定位信息，根据邻近时刻多个点的车辆位置、速度、方向角信息，拟合车辆行驶轨迹，预测目标时刻车辆位置，并根据轮廓冲突法，判断如果车辆仍按当前速度、方向角行驶，目标时刻车辆是否与邻近车辆存在碰撞风险，并根据发生轮廓冲突的目标时刻确定碰撞预警等级。2.根据权利要求1所述的基于高频高精度定位信息的车辆轨迹预测及碰撞预警方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1，建立路侧北斗连续运行基准站参考系统，车载定位装置接收该系统播发的高精度差分改正数，并以1秒5次的频率进行解算，生成厘米级的高精度车辆定位数据；步骤2，利用多个邻近点的根据车辆高频位置、速度、方向角信息，拟合车辆运动轨迹，车辆轨迹被分为两类：直线和圆曲线；步骤3，选取目标预警时刻，利用车辆连续的高频位置、速度、方位角信息，预测本时刻至目标时刻车辆沿预测轨迹的位移及目标时刻车辆位置；步骤4，车辆位置坐标实质是车外天线安装点位的坐标及方向角，根据天线点位和车辆外轮廓的位置关系，计算目标时刻车辆实际外轮廓顶点坐标；步骤5，考虑驾驶员反应延迟，为避免避撞失效，根据不同车型区别设置纵、横向冗余值，将车辆实际外轮廓顶点坐标转化为计算外轮廓顶点坐标；步骤6，选取目标时刻，预测在该时刻他车的计算外轮廓顶点坐标是否在自车四边形之内或之上，若是，则判断为目标时刻两车会发生冲突。步骤7，根据预警的目标时刻，相应确定预警等级。3.根据权利要求2所述的基于高频高精度定位信息的车辆轨迹预测及碰撞预警方法，其特征在于：步骤1具体为：构建包括RTK基准站、网络传输系统、数据处理系统的路侧北斗连续运行基准站参考系统；RTK基准站需建设三个组成三角网，车辆运行路径需包含于三角网内；车辆定位装置由车外天线和车内接收机构成，接收机主要元部件包括北斗卫星接收板卡、4G无线通信模块、主控单元、电源管理单元、异步通信模块。4.根据权利要求3所述的基于高频高精度定位信息的车辆轨迹预测及碰撞预警方法，其特征在于：步骤2具体为：首先选取邻近三点位置坐标，判断三点是否共线，若共线，则行车轨迹为直线，若不共线，则行车轨迹为圆曲线；若行车轨迹为圆曲线，为提高精度，采用多个邻近点拟合车辆的行车轨迹，5≤n≤10，具体思路为，运用最小二乘法，以邻近点与轨迹圆心的距离与轨迹半径的差的平方和为目标函数：其中：(xi，yi)为邻近点坐标，(xc，yc)和r分别为轨迹圆心和半径；采用最速下降法，求得目标函数Q最小时(xc，yc)和r的值，从而获得车辆圆曲线行车轨迹。5.根据权利要求4所述的基于高频高精度定位信息的车辆轨迹预测及碰撞预警方法，其特征在于：步骤3具体为...

【专利技术属性】
技术研发人员：许甜，王佐，赵超杰，刘建蓓，高晋生，刘国图，
申请(专利权)人：中交第一公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61