一种基于V2I通信的无信号控制道路交叉口碰撞预警方法技术

本发明专利技术属于道路交通技术领域，具体为一种基于V2I通信的无信号控制道路交叉口碰撞预警方法，包括如下阶段：基于V2I通信的道路交叉口路段信息匹配与冲突区域匹配，用于建立道路交叉口周边车辆定位信息与路段信息之间的关联，进而筛选存在碰撞可能性的车辆与其对应的冲突区域；基于V2I通信的道路交叉口碰撞检测与预警，用于实时检测前车离开与后车到达冲突区域的时间差是否满足动态阈值约束，以判断是否存在碰撞风险并发布碰撞预警信息。本发明专利技术提出的无信号控制道路交叉口碰撞预警方法，能够通过车辆网联信息弥补自车感知系统固有的局限性，通过路段信息与冲突区域预先匹配显著降低冲提高冲突检测效率。冲提高冲突检测效率。冲提高冲突检测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于V2I通信的无信号控制道路交叉口碰撞预警方法


[0001]本专利技术涉及道路交通
，具体为一种基于V2I通信的无信号控制道路交叉口碰撞预警方法。

技术介绍

[0002]行车安全是运载与交通系统永恒的研究主题。近年来随着我国经济的快速发展，汽车保有量不断增加，2020年我国的汽车总产量为2532.5万辆，汽车消费的潜在购买力仍在逐年上升。与此同时，交通事故发生的数量也在不断攀升，保障行车的安全性已经成为当前智能交通时代面临的巨大挑战。据统计，从2014年到2020年道路交通事故数量逐年递增，年均超过20万起，其中道路交叉口及其附近事故约占总交通事故数量的3成。道路交叉口交通事故发生的主要原因之一在于驾驶员未能充分获取交叉口周边路段的交通环境信息，当驾驶员感知到碰撞危险时往往已经没有充分的时间来采取措施，避免交通事故的发生。道路交叉口车辆碰撞预警系统能够在交通碰撞事故发生前，提前分析与计算道路车辆发生碰撞的可能性并对驾驶员进行预警，从而显著降低交通事故发生率，同时提高交通效率。
[0003]目前的道路交叉口车辆碰撞预警方法大多数依赖于雷达与摄像头等自车传感器获取周围环境的信息，在此基础上对采集到的信息进行数据融合与分析实现交叉口碰撞预警功能。然而此类传感器具有一定的感知局限性，如检测范围受限，易受环境干扰等。因此，基于此类感知信息所实现的碰撞预警功能在预警漏报和误报方面均存在较大的不足。
[0004]随着车联网技术的不断发展与成熟，越来越来的智能汽车驾驶辅助功能将车联网信息作为主要感知来源，以弥补传统感知系统固有的局限性，基于车联网技术的车路协同方案逐渐成为未来汽车行业的发展趋势。近年来，V2X(Vehicle To Everything)系统得到了广泛应用，通过赋予车辆与周围交通参与者的互联通信能力，有效克服了恶劣天气或道路环境的影响。V2X通信系统中所交互的车辆经度、纬度、当前瞬时速度、航向角、预计轨迹以及车辆的长宽高等信息，能够用来实时计算车辆是否有发生碰撞的可能性，并提前向驾驶员发送预警信息以避免发生碰撞。
[0005]仅有少量道路交叉口车辆碰撞预警方法利用V2X通信数据作为碰撞冲突检测的感知输入，通过计算并对比车辆到达交叉口的时间差是否大于某个固定的时间阈值进行碰撞冲突检测。然而已有的结合V2X通信数据的交叉口碰撞检测方法，或是将车辆动力学模型和道路交通模型进行大幅度减化，如将车辆视为简单质点、假定相同道路结构或极大范围的冲突区，导致其难以在实际交通系统中实际应用；或是具有极高的计算复杂度，在大量无碰撞风险的场景下仍频繁计算和匹配，如车辆距离交叉口处于纵向安全距离范围内或行车路线不存在碰撞可能的场景，导致其同样难以在具有高实时和低资源开销的车机端和路侧端中部署。此外，更为重要的是，目前结合V2X通信数据的交叉口碰撞检测方法，均采用较为守旧的固定阈值时间差法，通过检测车辆达到冲突区域的时间差是否满足某个提前设置的固定时间阈值约束，判断车辆是否存在冲突风险，然而此类方法无法在漏报性能与误报性能之间进行适当权衡，尽管结合了V2X信息，但时间差阈值的设置脱离了车辆实时动力学信
息，因此仍然会导致较高漏报率或误报率，无法适用于具有高安全需求的动态交通系统。
[0006]因此，本专利技术面向交通事故高发比例的无信号控制道路交叉口场景，设计并实现了一种兼顾安全性和高效性的基于V2I通信的车辆碰撞预警方法，有效地结合车辆定位信息、动力学信息和道路交叉口冲突区域信息，同时进行动态地碰撞冲突时间差检测，以在碰撞检测准确率与检测效率方面均进一步大幅度提升，满足未来智能汽车与智能交通的安全需求。方法包括如下阶段：一、基于V2I通信的道路交叉口路段信息匹配与冲突区域匹配，用于建立道路交叉口周边车辆定位信息与路段信息之间的关联，进而筛选存在碰撞可能性的车辆与其对应的冲突区域，提高下一阶段车辆碰撞检测效率；二、基于V2I通信的道路交叉口碰撞检测与预警，用于实时检测一阶段筛选的出可能碰撞车辆是否到达距交叉口纵向安全距离的临界值，进而检测前车离开与后车到达相应冲突区域的时间差是否满足动态阈值，判断是否存在碰撞风险并发布碰撞预警信息，其中时间差阈值在每个循环基于实时车辆动力学信息进行更新，以最大程度贴合每辆车的实时运行状态，大幅度提升碰撞检测的准确度。实验结果表明本专利技术公开的方法在感知信息准确的车路全协同环境下能够达到近乎为零的预警漏报率以及极低的误报率，并通过参数调整支持在预警漏报率和误报率之间进行适当的权衡。

技术实现思路

[0007]本部分的目的在于概述本专利技术的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0008]鉴于现有无信号控制道路交叉口碰撞预警方法中存在的问题，提出了本专利技术。
[0009]因此，本专利技术的目的是提供一种基于V2I通信的无信号控制道路交叉口碰撞预警方法，保障了无信号控制道路交叉口的行车安全性与高效性，易于在车路协同交通系统中实际应用和部署。
[0010]为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：
[0011]一种基于V2I通信的无信号控制道路交叉口碰撞预警方法，其包括如下步骤：
[0012]步骤一：基于V2I通信的道路交叉口路段信息匹配与冲突区域匹配，首先路侧单元基于接收到的周边车辆实时基础安全消息(Basic Safety Message，BSM)中GPS信息进行坐标转换；进一步建立道路交叉口周边车辆坐标信息与路段信息之间的关联；进而根据道路交叉口周边车辆的路段信息过滤不存在碰撞可能性的车辆，同时筛选存在碰撞可能性的车辆与其对应的冲突区域，作为车辆碰撞检测与预警的输入，结合路段信息与冲突区域的匹配能够显著提高下一阶段车辆碰撞检测效率；
[0013]步骤二：基于V2I通信的道路交叉口碰撞检测与预警，首先检测第一阶段所筛选的可能碰撞车辆是否到达距交叉口纵向安全距离的临界值，对于达到临界值的情况进一步检测可能发生碰撞的两辆车到达与离开相应冲突区域的时间差是否满足动态阈值，判断是否存在碰撞风险，如存在碰撞风险则根据规则发布碰撞预警信息，如不存在碰撞风险则返回第一步骤等待下一控制循环的路段信息匹配与冲突区域匹配。
[0014]作为本专利技术所述的一种基于V2I通信的无信号控制道路交叉口碰撞预警方法的一
种优选方案，其中：步骤一具体包括如下步骤：
[0015](1)路侧单元V2I消息接收
[0016]将《国家合作式智能交通运输系统
‑
车用通信系统应用应用数据交互标准车路协同标准》中的基础安全消息作为整个方法的输入，道路交叉口的路侧单元周期性接收周边车辆实时的基础安全消息，采集消息中包含的车辆GPS、航向角、速度、加速度、长度、宽度和预期转向信息；
[0017](2)车辆坐标转换
[0018]该子步骤将车辆的GPS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于V2I通信的无信号控制道路交叉口碰撞预警方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：基于V2I通信的道路交叉口路段信息匹配与冲突区域匹配，首先路侧单元基于接收到的周边车辆实时基础安全消息(Basic Safety Message，BSM)中GPS信息进行坐标转换；进一步建立道路交叉口周边车辆坐标信息与路段信息之间的关联；进而根据道路交叉口周边车辆的路段信息过滤不存在碰撞可能性的车辆，同时筛选存在碰撞可能性的车辆与其对应的冲突区域，作为车辆碰撞检测与预警的输入，结合路段信息与冲突区域的匹配能够显著提高下一阶段车辆碰撞检测效率；步骤二：基于V2I通信的道路交叉口碰撞检测与预警，首先检测第一阶段所筛选的可能碰撞车辆是否到达距交叉口纵向安全距离的临界值，对于达到临界值的情况进一步检测可能发生碰撞的两辆车到达与离开相应冲突区域的时间差是否满足动态阈值，判断是否存在碰撞风险，如存在碰撞风险则根据规则发布碰撞预警信息，如不存在碰撞风险则返回第一步骤等待下一控制循环的路段信息匹配与冲突区域匹配。2.根据权利要求1所述的一种基于V2I通信的无信号控制道路交叉口碰撞预警方法，其特征在于：步骤一具体包括如下步骤：(1)路侧单元V2I消息接收将《国家合作式智能交通运输系统
‑
车用通信系统应用应用数据交互标准车路协同标准》中的基础安全消息作为整个方法的输入，道路交叉口的路侧单元周期性接收周边车辆实时的基础安全消息，采集消息中包含的车辆GPS、航向角、速度、加速度、长度、宽度和预期转向信息；(2)车辆坐标转换该子步骤将车辆的GPS信息(经度、维度和海拔)转换为三维笛卡尔坐标；(3)车辆行驶路段信息匹配该子步骤将车辆的实时定位信息映射为其所在的路段信息，道路信息(坐标、结构和方向)提前存储于交叉口路侧单元，路侧单元基于计算得到周边车辆笛卡尔坐标，判断车辆所在的路段，车辆行驶路段信息匹配用于下一步骤的道路交叉口冲突区域的匹配；(4)车辆冲突区域匹配道路交叉口处的交通情况非常复杂，将道路交叉口分为道路区域数量
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道路...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵睿，李云，高镇海，胡宏宇，高菲，张天瑶，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：