一种基于车联网的高速公路车辆防碰撞预警综合变量构建方法技术

本发明专利技术提供了一种基于车联网的高速公路车辆防碰撞预警综合变量构建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：构造防碰撞预警综合变量；步骤二：确定预警综合变量的预警阈值；步骤三：获取实时车辆运动和位置特征数据；步骤四：计算防碰撞预警综合变量，确定防碰撞预警策略。本发明专利技术克服了传统预警变量对换道或偏离车道的车辆与周围车辆实时变化的运动矢量特征和车辆相对位置及车辆尺寸特征考虑不足的缺陷，可以满足不同车辆驾驶行为特征条件下的车辆防碰撞预警需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于车联网的高速公路车辆防碰撞预警综合变量构建方法
本专利技术涉及交通安全评价和智能交通系统主动安全
，特别是一种基于车联网的高速公路车辆防碰撞预警综合变量构建方法。
技术介绍
汽车保有量的增加和公路运输业的飞速发展，在繁荣经济和方便人们生活的同时，对公路交通安全环境带来了日益严重的压力。我国平均年发生交通事故死亡人数居世界首位，道路交通事故已经成为中国安全生产中死亡人数最多的领域。据多项研究报告表明，若驾驶员能提早0.5s意识到有事故危险并采取相应的正确措施，则可以避免50％的事故；若提早至1s则可以避免90％的事故。因此，车辆主动安全技术和系统研发已成为智能车辆开发的重要研究领域。车辆防碰撞预警系统作为智能车辆主动安全系统的关键组成部分，通过有机结合感知、通信和控制等相关技术，减少驾驶员的负担和避免驾驶员的判断错误，可以有效减少道路交通事故伤亡率，对于提高道路交通安全将起到重要作用。目前车辆防碰撞预警系统主要通过实时计算选定的预警变量并与预设的阈值进行比较而建立不同的控制策略。现有应用较广的预警变量主要包括车间时间THW，碰撞时间TTC和车间距离等。然而这些变量主要是针对同车道追尾事故而建立的危险程度判据，而对车辆换道(有意识)或偏离车道(无意识)过程中可能发生的碰撞风险考虑不足，如没有考虑换道或偏离车道的车辆与周围车辆实时变化的运动矢量特征和车辆相对位置及车辆尺寸特征。而实际上，换道是驾驶过程中最常见同时也是危险程度较高的驾驶行为，根据美国高速公路安全管理局(NHTSA)研究数据表明，由于换道过程引发的交通事故在所有统计的交通事故中的占比高达27％。另外，由于驾驶员注意力不集中导致车道偏离而引发的碰撞事故亦屡见不鲜。因此，有必要研究满足不同车辆驾驶行为(车辆跟驰行为、车辆换道执行行为和车辆偏离车道行为等)特征条件下的车辆防碰撞预警综合变量。目前，正在快速发展的车联网将先进的传感器技术、通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、信息发布技术等有机地运用于整个交通运输管理体系，可以实现在交通运行过程中参与各方之间行驶信息的实时交互，为精确计算和获取满足上述条件的防碰撞预警综合变量奠定了技术基础。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种基于车联网的高速公路车辆防碰撞预警综合变量构建方法，主要是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种基于车联网的高速公路车辆防碰撞预警综合变量构建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：构造防碰撞预警综合评价指标变量I；步骤二：确定防碰撞预警综合评价指标变量I的预警阈值，临近碰撞风险预警阈值Th1和紧急碰撞风险预警阈值Th2；步骤三：获取实时车辆运动和位置特征数据；步骤四：计算实时防碰撞预警综合变量I*，确定防碰撞预警策略。所述步骤一中构造防碰撞预警综合评价指标变量I的实现方法如下：步骤1：根据笛卡尔坐标系右手准则建立坐标系，车身方向为x轴，垂直于车身方向为y轴，将车辆运行速度V分解为沿车身方向的车身分速度Vx和垂直于车身方向的分速度Vy，得到车辆的运行方向H为：H＝α±θ其中α为车辆的航向角，θ为车身分速度Vx与车辆运行速度V之间的夹角：当垂直于车身方向的分速度Vy＞0时H取负号，否则H取正号；步骤2：将本车和周围车辆的速度矢量分别表示为V1和V2，则两车相对速度矢量可表示为V12＝V1-V2，根据速度矢量图可确定V12的矢量大小为：其中，ψ为本车和周围车辆的速度矢量V1和V2的夹角：ψ＝|H1-H2|其中，H1和H2分别代表本车和周围车辆的运行方向；本车速度矢量V1和周围车辆速度矢量V2的相对速度矢量方向ω1为：当H1-H2＞0时arccos项前取正号，否则arccos取负号；步骤3：将本车和周围车辆的质心分别表示为O1和O2，则两车相对位置矢量可表示为以路段基站位置为原点，地理位置的正北方向为纵轴正方向，正东方向为横轴正方向建立独立平面直角坐标系，将O1和O2的GPS经纬度坐标通过坐标轴转换计算获得独立平面直角坐标系下O1和O2的坐标值(x1,y1)和(x2,y2)，则两车相对位置矢量大小为：两车相对位置矢量的方向ω2为：步骤4：根据两车的具体尺寸对两车相对位置矢量大小进行修正，修正后的两车相对位置矢量大小dR可表示为：dR＝O12-c1-c2，其中c1表示本车质心O1按两车相对位置矢量O12方向至本车车身边缘的距离，c2表示周围车辆质心O2按两车相对位置矢量O12方向至周围车辆车身边缘的距离；根据平面几何关系，c1，c2的大小可以按如下公式计算：其中δ1表示本车的航向角α1与两车相对位置矢量O12方向间的夹角：δ1＝|ω2-α1|；δ2表示周围车辆的航向角α2与两车相对位置矢量O12方向间的夹角：δ2＝|ω2-α2|；ηf1表示本车质心O1至本车车头左右两端构成的夹角的1/2：ηf2表示周围车辆质心O2至周围车辆车头左右两端构成的夹角的1/2：其中w1为本车车身宽度，lf1为本车质心O1至本车车头边缘的垂直距离；w2为周围车辆车身宽度，lf2为周围车辆质心O2至周围车辆车头边缘的垂直距离；ηr1表示本车质心O1至本车车尾左右两端构成的夹角的1/2：其中lr1为本车质心O1至本车车尾边缘的垂直距离；ηr2表示周围车辆质心O2至周围车辆车尾左右两端构成的夹角的1/2：其中lr2为周围车辆质心O2至周围车辆车尾边缘的垂直距离；Rf1表示本车质心O1至本车车头左端或右端的距离：Rf2表示周围车辆质心O2至周围车辆车头左端或右端的距离：Rr1表示本车质心O1至本车车尾左端或右端的距离：Rr2表示周围车辆质心O2至周围车辆车尾左端或右端的距离：步骤5：将两车相对速度矢量V12在两车相对位置矢量O12上的投影定义为两车质心向相对速度，由步骤2和步骤3可确定两车质心向相对速度VR的大小为：VR＝cosω·V12，其中ω表示两车相对速度矢量V12和两车相对位置矢量O12的夹角：ω＝|ω1-ω2|；步骤6：将传统预警变量碰撞时间TTC进行修正，修正后的碰撞时间TTCm为修正后的两车相对位置矢量大小dR与两车质心向相对速度VR的比值：将本车速度矢量V1在两车相对位置矢量O12上的投影定义为本车质心向投影速度，由步骤4可确定本车质心向投影速度V1R大小为：V1R＝COSω*·V1，其中ω*表示本车速度矢量V1和两车相对位置矢量O12的夹角：ω*＝|H1-ω2|；将传统预警变量车间时间THW进行修正，修正后的车间时间THWm为修正后的两车相对位置矢量大小dR与本车质心向投影速度VR的比值：步骤8：当两车质心向相对速度VR非常小的时候，对TTCm和THWm进行赋权求和，建立防碰撞预警综合评价指标变量I：I＝f1·TTCm+f2·THWm，其中f1和f2为权重系数，由变异系数法获得：其中σi为第i项指标的标准差，为第i项指标的平均数。所述步骤二中确定预警综合变量的预警阈值的方法为：利用迭代法中的等步长法对防碰撞预警综合评价指标变量I的预警阈值进行取值调整，其计算公式如下：Thi＝ai+n·stepn＝1,2,...,N；i＝1,2；其中，Thi表示经过n次更新调整后I的预警阈值，分为Th1和Th2(Th2＜Th2)两级预警阈值，Th1和Th2分别代表临近碰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于车联网的高速公路车辆防碰撞预警综合变量构建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：构造防碰撞预警综合评价指标变量I；步骤二：确定防碰撞预警综合评价指标变量I的预警阈值，临近碰撞风险预警阈值Th1和紧急碰撞风险预警阈值Th2；步骤三：获取实时车辆运动和位置特征数据；步骤四：计算实时防碰撞预警综合变量I

【技术特征摘要】
1.一种基于车联网的高速公路车辆防碰撞预警综合变量构建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：构造防碰撞预警综合评价指标变量I；步骤二：确定防碰撞预警综合评价指标变量I的预警阈值，临近碰撞风险预警阈值Th1和紧急碰撞风险预警阈值Th2；步骤三：获取实时车辆运动和位置特征数据；步骤四：计算实时防碰撞预警综合变量I*，确定防碰撞预警策略。2.根据权利要求1所述的一种基于车联网的高速公路车辆防碰撞预警综合变量构建方法，其特征在于，所述步骤一中构造防碰撞预警综合评价指标变量I的实现方法如下：步骤1：根据笛卡尔坐标系右手准则建立坐标系，车身方向为x轴，垂直于车身方向为y轴，将车辆运行速度V分解为沿车身方向的车身分速度Vx和垂直于车身方向的分速度Vy，得到车辆的运行方向H为：H＝α±θ其中α为车辆的航向角，θ为车身分速度Vx与车辆运行速度V之间的夹角：当垂直于车身方向的分速度Vy＞0时H取负号，否则H取正号；步骤2：将本车和周围车辆的速度矢量分别表示为V1和V2，则两车相对速度矢量可表示为V12＝V1-V2，根据速度矢量图可确定V12的矢量大小为：其中，Ψ为本车和周围车辆的速度矢量V1和V2的夹角：Ψ＝|H1-H2|其中，H1和H2分别代表本车和周围车辆的运行方向；本车速度矢量V1和周围车辆速度矢量V2的相对速度矢量方向ω1为：当H1-H2＞0时arccos项前取正号，否则arccos取负号；步骤3：将本车和周围车辆的质心分别表示为O1和O2，则两车相对位置矢量可表示为以路段基站位置为原点，地理位置的正北方向为纵轴正方向，正东方向为横轴正方向建立独立平面直角坐标系，将O1和O2的GPS经纬度坐标通过坐标轴转换计算获得独立平面直角坐标系下O1和O2的坐标值(x1,y1)和(x2,y2)，则两车相对位置矢量大小为：两车相对位置矢量的方向ω2为：步骤4：根据两车的具体尺寸对两车相对位置矢量大小进行修正，修正后的两车相对位置矢量大小dR可表示为：dR＝O12-c1-c2，其中c1表示本车质心O1按两车相对位置矢量O12方向至本车车身边缘的距离，c2表示周围车辆质心O2按两车相对位置矢量O12方向至周围车辆车身边缘的距离；根据平面几何关系，c1，c2的大小可以按如下公式计算：其中δ1表示本车的航向角α1与两车相对位置矢量O12方向间的夹角：δ1＝|ω2-α1|；δ2表示周围车辆的航向角α2与两车相对位置矢量O12方向间的夹角：δ2＝|ω2-α2|；ηf1表示本车质心O1至本车车头左右两端构成的夹角的1/2：ηf2表示周围车辆质心O2至周围车辆车头左右两端构成的夹角的1/2：其中w1为本车车身宽度，lf1为本车质心O1至本车车头边缘的垂直距离；w2为周围车辆车身宽度，lf2为周围车辆质心O2至周围车辆车头边缘的垂直距离；ηr1表示本车质心O1至本车车尾左右两端构成的夹角的1/2：其中lr1为本车质心O1至本车车尾边缘的垂直距离；ηr2表示周围车辆质心O2至周围车辆车尾左右两端构成的夹角的1/2：其中lr2为周围车辆质心O2至周围车辆车尾边缘的垂直距离；Rf1表示本车质心O1至本车车头左端或右端的距离：Rf2表示周围车辆质心O2至周围车辆车头左端或右端的距离：Rr1表示本车质心O1至本车车尾左端或右端的距离：Rr2表示周围车辆质心O2至周围车辆车尾左端或右端的距离：步骤5：将两车相对速度矢量V12在两车相对位置矢量O12上的投影定义为两车质心向相对速度，由步骤2和步骤3可确定两车质心向...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊晓夏，陈龙，梁军，蔡英凤，马世典，曹富贵，陈建锋，江晓明，陈小波，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32