一种行车主动避撞系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种行车主动避撞系统及方法，包括GPS/北斗双模定位终端系统、车辆传感器和智能车载终端，双模定位终端系统和传感器均与车载智能终端连接，智能车载终端与路侧设备通信，路侧设备与云计算平台通信。由双模定位终端系统和车辆传感器获取车辆信息，经智能车载终端进行信息融合后，通过路侧设备发送到云计算平台，云计算平台利用道路指纹对车辆位置信息进行校正，然后利用GM模型预测下一时刻的状态，在存在危险情况输出预警信息回传智能车载终端，提前告知驾驶员。本发明专利技术大大提高了系统对车辆位置的检测精度，同时通过GM模型提前判断主车和周围车辆的相对位置，为驾驶员获得了足够的应急情况反应时间，提高了行车安全性。

An Active Collision Avoidance System and Method for Drivers

The invention discloses an automatic collision avoidance system and method for pedestrians, including GPS/Beidou dual-mode positioning terminal system, vehicle sensor and intelligent vehicle terminal, dual-mode positioning terminal system and sensor are connected with vehicle intelligent terminal, intelligent vehicle terminal communicates with roadside equipment, roadside equipment communicates with cloud computing platform. Vehicle information is acquired by dual-mode positioning terminal system and vehicle sensor. After information fusion by intelligent vehicle terminal, it is sent to cloud computing platform through roadside equipment. The cloud computing platform uses road fingerprints to correct vehicle location information. Then, GM model is used to predict the state of the next moment, and the warning information is output to intelligent vehicle terminal in the presence of danger, and it is sent back to intelligent vehicle terminal in advance. Tell the driver. The invention greatly improves the detection accuracy of the system for vehicle position, and at the same time judges the relative position of the main vehicle and the surrounding vehicle in advance by GM model, so as to obtain sufficient emergency response time for the driver and improve the driving safety.

【技术实现步骤摘要】
一种行车主动避撞系统及方法
本专利技术专利属于行车安全领域，具体是在GPS/北斗双模卫星定位系统下，提出一种基于车辆定位误差校正和GM模型预测的行车主动避撞系统及方法。
技术介绍
目前道路交通事故频发，已成为危害人类健康和社会发展的重大问题，也是我国人群死亡伤害的第一原因。为降低事故发生率，车辆避撞系统应运而生。传统的车辆避撞系统是通过雷达、激光、红外线、摄像头等传感器获取本车速度、与前车相对距离及相对速度，从而估计出碰撞时间(timetocollision，TTC)，进而做出报警避免事故发生。随着无线通信技术的发展，车辆可安装DSRC通信设备，从而在道路上组成移动自组织网络。基于此，一些专家学者提出通过紧急事件驱动或周期性的车车通信(vehicletovehicle，V2V)的机制实现车辆避撞。因此，有人提出了通过车辆上安装的GPS及传感器周期性获取状态信息，然后将获取的信息传送到周围车辆。但是，目前GPS的定位精度为5-10m，北斗的定位精度较之更差，接近10m，严重影响检测准确度。为解决GPS的数据采集精度问题，一些学者提出了借助陀螺仪、蓝牙等辅助设备改善GPS精度。随着研究进一步深入，人们发现通过预测车辆的行驶状态可以提前告知驾驶员将要发生的事故，在此构想上有学者提出利用卡尔曼滤波模型预测车辆的行驶状态，但该方法仅适用于在一段时间间隔内为匀速运动的车辆，对突然发生变化的运动状态不能很好的预测。由此看出，现有的行车避撞系统虽然有了一定的改进，但还有很大的局限性，急需研究一种准确性高、鲁棒性强的行车避撞系统。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有的行车避撞系统的准确性低、鲁棒性弱的缺点，提出一种在GPS/北斗双模卫星定位系统下，基于车辆定位误差校正和GM模型预测的行车主动避撞系统，可以解决现有的行车避撞系统存在的缺点，从而让驾驶员预知周围道路状况，减少交通事故发生。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种行车主动避撞系统，包括安装在车辆上的GPS/北斗双模定位终端系统、车辆传感器设备和智能车载终端，GPS/北斗双模定位终端系统、车辆传感器设备通过CAN总线与智能车载终端连接，智能车载终端与路侧设备通信，路侧设备与云计算平台进行通信，云计算平台与智能车载终端通信。上述方案中，所述GPS/北斗双模定位终端系统包括GPS/北斗导航模块、GSM/GPRS无线通信模块和系统电源电路，GPS/北斗导航模块和GSM/GPRS无线通信模块通过具有双串口的MCU应用系统电路建立数据连接，GPS/北斗导航模块和GSM/GPRS无线通信模块均由系统电源电路转换供电。上述方案中，所述GSM/GPRS无线通信模块包括MCU应用系统电路、GSM/GPRS模块和GSM/GPRS天线，GSM/GPRS天线接收GSM短信和GPRS数据信息，将信息传输给GSM/GPRS模块，检测其中的定位关键字，结合MCU应用系统电路接收的坐标信息，做出卫星定位处理，最后将定位信息送到储存车辆定位信息的数据库中。上述方案中，所述车辆传感器设备包括加速度计、陀螺仪，加速度计测量车辆的加速度，用来检测车辆的平移运动；陀螺仪测量车辆的角速度，用来检测车辆的旋转运动。上述方案中，所述智能车载终端包括电子控制单元一、通信模块一、声光报警模块，电子控制单元一用于处理来自车辆传感器和GPS/北斗双模定位终端系统的数据，执行输出命令，同时为传感器和GPS/北斗双模定位终端系统提供电压；通信模块一用于实现智能车载终端与路侧设备及云计算平台之间的通信，声光报警模块用于在车辆存在安全隐患时，对驾驶员进行提醒或警告。上述方案中，所述路侧设备设置于道路两侧，包含存储模块和电子控制单元二，存储模块用于存储路侧设备的坐标信息，电子控制单元二用于对接收到的车辆信息进行融合处理，然后发送给云计算平台，通信模块二与通信模块一实现智能车载终端与路侧设备之间的通信。一种行车主动避撞方法，包括以下步骤：步骤1)：GPS/北斗双模定位模块获取车辆的位置信息，车辆传感器获取车辆的行驶状态信息，智能车载终端将信息发送到路侧设备，路侧设备发送到云计算平台进行处理；步骤2)：云计算平台利用车辆传感器感知的车辆行驶状态，从GPS/北斗时间序列中选出转弯位置，并通过道路指纹对位置信息进行矫正；步骤3)：根据时间序列数据，使用灰色预测模型预测周围车辆的行驶状态，结合主车自身行驶状态，从而估算出主车和周围车辆的行驶速度和位置信息；步骤4)：根据估算值计算主车与周围车辆的碰撞时间和安全避撞时间，从而确定周围车辆的危险度，将预警信息传递到智能车载终端。进一步，所述道路指纹对位置信息进行矫正的具体过程为:通过对车辆转弯状态进行判断，区分出车辆变道和转弯，从而从GPS/北斗时间序列中选出转弯点位置g(k)，设车辆在地图上该点的实际位置为p(k)，则GPS/北斗的偏差e(k)为：e(k)＝g(k)-p(k)；因此，对于车辆获取的时间序列点g(i)，其校正后的位置p(i)＝g(i)-e(k)。进一步，所述灰色预测模型预测周围车辆的行驶状态的具体过程为：首先通过GPS/北斗双模定位终端系统获取车辆的时间序列该序列累加得到序列接着对序列的紧邻均值序列建立微分方程，使用最小二乘法计算微分方程的发展系数a和灰色作用量b，然后预测后序数据通过数据累减还原得出预测数据最后根据采样周期内两个GPS/北斗序列点的差值，预测主车和周围车辆下一时刻的位置及速度。本专利技术采用上述技术方案后的优点在于：1、本专利技术根据定位数据误差在一定范围内具有相关性的特点，利用GPS/北斗在转弯点的测量数据与真实数据的差值校正后序数据，得到校正的定位数据，从而提出了将道路上的转弯点作为道路指纹校正定位数据；由于车辆在转弯时加/减速度变化较大，卡尔曼滤波模型不适用于车辆运动状态突然变化的情况，因此提出利用GM模型预测主车和周围车辆的下一时刻的位置，从而计算出碰撞时间和安全避撞时间，为驾驶员提前做出预警。2、本专利技术在正常情况下通过DSRC方式建立车辆与路侧设备的通信，在DSRC失效时通过5G网络通信，然后路侧设备通过5G网络与云计算平台建立通信，提高了数据传输的实时性和鲁棒性。3、本专利技术采用GPS/北斗双模卫星定位模块实现单GPS、单北斗和混合模式定位，改善了典型的GPS采集数据的准确度，可以将定位偏差保持在5米以内，又通过道路指纹对车辆位置信息进行矫正，大大提高了系统的检测精度。4、本专利技术利用灰色预测模型对接收到的数据进行计算从而预测下一时刻的状态，在有危险情况将要发生时，可以提前告知驾驶员，以获取足够应急情况的反应时间，避免交通事故的发生。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。图1为本专利技术基于车辆定位误差校正和GM模型预测的行车主动避撞系统的结构示意图。图2为本专利技术中所使用的GPS/北斗双模定位终端系统的结构图。图3为本专利技术基于车辆定位误差校正和GM模型预测的行车主动避撞系统的整体流程图。图4为本专利技术中三种转弯模式下的陀螺仪读数曲线图，图4(a)为变道模式下的陀螺仪读数曲线图，图4(b)为右转模式下的陀螺仪读数曲线图，图4(c)为掉头模式下的陀螺仪读数曲线图。图5为本专利技术预测算法中车辆在每个采样周期内行驶距离示意图。图6为碰撞时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种行车主动避撞系统，其特征在于，包括安装在车辆上的GPS/北斗双模定位终端系统、车辆传感器设备和智能车载终端，GPS/北斗双模定位终端系统、车辆传感器设备通过CAN总线与智能车载终端连接，智能车载终端与路侧设备、云计算平台通信，路侧设备与云计算平台进行通信。

【技术特征摘要】
1.一种行车主动避撞系统，其特征在于，包括安装在车辆上的GPS/北斗双模定位终端系统、车辆传感器设备和智能车载终端，GPS/北斗双模定位终端系统、车辆传感器设备通过CAN总线与智能车载终端连接，智能车载终端与路侧设备、云计算平台通信，路侧设备与云计算平台进行通信。2.如权利要求1所述的一种行车主动避撞系统，其特征在于，所述GPS/北斗双模定位终端系统包括GPS/北斗导航模块、GSM/GPRS无线通信模块和系统电源电路，GPS/北斗导航模块和GSM/GPRS无线通信模块通过具有双串口的MCU应用系统电路建立数据连接，GPS/北斗导航模块和GSM/GPRS无线通信模块均由系统电源电路转换供电。3.如权利要求2所述的一种行车主动避撞系统，其特征在于，所述GSM/GPRS无线通信模块包括MCU应用系统电路、GSM/GPRS模块和GSM/GPRS天线，GSM/GPRS天线接收GSM短信和GPRS数据信息，将信息传输给GSM/GPRS模块，检测其中的定位关键字，结合MCU应用系统电路接收的车辆坐标信息，做出卫星定位处理，最后将定位信息传输到储存车辆定位信息的数据库中。4.如权利要求1所述的一种行车主动避撞系统，其特征在于，所述车辆传感器设备包括加速度计、陀螺仪，加速度计测量车辆的加速度，用来检测车辆的平移运动；陀螺仪测量车辆的角速度，用来检测车辆的旋转运动。5.如权利要求1所述的一种行车主动避撞系统，其特征在于，所述智能车载终端包括电子控制单元一、通信模块一、声光报警模块，电子控制单元一用于处理来自车辆传感器和GPS/北斗双模定位终端系统的数据，执行输出命令，同时为传感器和GPS/北斗双模定位终端系统提供电压；通信模块一用于实现智能车载终端与路侧设备及云计算平台之间的通信，声光报警模块用于在车辆存在安全隐患时，对驾驶员进行提醒或警告。6.如权利要求1或5所述的一种行车主动避撞系统，其特征在于，所述路侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁军，于扬，陈龙，蔡英凤，马世典，蔡涛，罗媛，徐永龙，华国栋，何鹏程，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32