CN104332071B - 一种匝道车辆汇入主干道的安全提示装置及提示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及交通安全设施技术领域，公开了一种匝道车辆汇入主干道的安全提示装置及提示方法。该装置包括微处理器，用于探测匝道车辆的速度和匝道车辆与雷达之间的距离的毫米波雷达，用于实时显示匝道车辆汇入主干道的安全性的显示屏；所述毫米波雷达的输出端电连接微处理器的I/O输入端，所述显示屏的输入端电连接微处理器的I/O输出端；所述毫米波雷达安装在匝道进入主干道加速路段的末尾处的支架上，所述毫米波雷达的探测面朝加速路段；所述显示屏安装在毫米波雷达的下方。选取的安全性评价指标为加入速度因素后的TTC值。

Description

一种匝道车辆汇入主干道的安全提示装置及提示方法
技术领域
本发明涉及交通安全设施技术领域，特别涉及一种匝道车辆汇入主干道的安全提示装置及提示方法。
背景技术
匝道是车辆从低速区进入高速区的过渡路段，车辆经匝道进入主干道时，驾驶员都需要从后视镜或者车窗玻璃中获取本车后方的交通信息，并做出安全性判断，避免在汇入主干道时和后车发生碰撞，造成追尾等交通事故。我国现有的高速公路匝道在避免此类交通事故发生的设计上，主要考虑匝道的设计长度和驾驶员对后方车辆的可视性等方面；但是，现阶段我国驾驶员驾驶素质不一，一方面在经匝道汇入主干道时，驾驶员很少注意后方车辆，且在匝道上加速时间过短，在没有加速到安全车速时就汇入主干道，造成潜在的事故风险；另一方面，匝道口的智能交通基础设施不完善，很多驾驶员缺乏对此类情况安全性的主观判断，或者判断误差较大，而现有路段没有考虑对匝道上车辆汇入主干道安全与否进行提示。这给驾驶员安全出行带来了极大的不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种匝道车辆汇入主干道的安全提示装置及提示方法，该提示装置投资费用少、适合规模化推广，其提示方法智能化、自动化，无需操作，且可靠性高。
为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
方案一：
一种匝道车辆汇入主干道的安全提示装置，其特征在于，包括微处理器，用于探测匝道车辆的速度和匝道车辆与雷达之间的距离的毫米波雷达，用于实时显示匝道车辆汇入主干道的安全性的显示屏；
所述毫米波雷达的输出端电连接微处理器的I/O输入端，所述显示屏的输入端电连接微处理器的I/O输出端；
所述毫米波雷达安装在匝道进入主干道加速路段的末尾处的支架上，所述毫米波雷达的探测面朝加速路段；所述显示屏安装在毫米波雷达的下方。
本方案的特点和进一步改进在于：
所述毫米波雷达为德尔福ESR毫米波雷达。
所述显示屏为亮牌P10室外红色LED显示屏。
所述微处理器为ARM9处理器，具体型号为S3C2410。
方案二：
一种匝道车辆汇入主干道的安全提示方法，基于上述一种匝道车辆汇入主干道的安全提示装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、毫米波雷达采集处于匝道的加速路段的本车的速度V1、本车与毫米波雷达之间的距离L1和角度α1，以及距离匝道最近的主干道上的后车的速度V2、后车与毫米波雷达之间的距离L2和角度α2，并将所采集的数据发送至微处理器；
步骤二、微处理器对毫米波雷达采集的数据进行处理，微处理器建立直角坐标系，该直角坐标系的横坐标轴与主干道平行，该坐标系的纵坐标轴与横坐标轴在同一水平面内，且垂直于横坐标轴；微处理器将本车的速度V1在该直角坐标系内分解得到横坐标轴上的速度分量V1x和纵坐标轴上的速度分量V1y，微处理器将后车的速度V2在该直角坐标系内分解得到横坐标轴上的速度分量V2x和纵坐标轴上的速度分量V2y，再分别将横坐标轴上的速度分量相减得到V1x-V2x的值，纵坐标轴上的速度分量相减得到V1y-V2y的值，最后将V1x-V2x的值与V1y-V2y的值合成得到本车和后车的相对速度V；
本车、后车和毫米波雷达构成一个三角形，本车和毫米波雷达之间的角度α1与后车和毫米波雷达之间的角度α2之差为该三角形的以毫米波雷达为顶点的内角的角度，L1和L2为该内角的两侧边长，根据余弦定理可求得本车和后车之间的距离L；
设本车与后车之间的距离L与本车和后车的相对速度V的比值为TTC值，微处理器计算得到TTC值；
步骤三、微处理器将本车的车速划分为：40km/h～80km/h、>80km/h两个阶段；
在40km/h～80km/h阶段内，当本车与后车之间的距离L小于等于4m时，判断TTC值，当TTC值大于3时，微处理器判断安全并发出安全信号给显示屏，显示屏显示安全字样，当TTC值小于等于3时，微处理器判断危险并发出危险信号给显示屏，显示屏显示危险字样；当本车与后车之间的距离L大于4m时，判断TTC值，当TTC值大于5.5时，微处理器判断安全并发出安全信号给显示屏，显示屏显示安全字样，当TTC值大于3且小于等于5.5时，微处理器判断不安全，并发出不安全信号给显示屏，显示屏显示不安全字样，当TTC值小于等于3时，微处理器判断危险，并发出危险信号给显示屏，显示屏显示危险字样；
在>80km/h阶段内，当本车与后车之间的距离L小于等于5m时，判断TTC值，当TTC值大于3时，微处理器判断安全并发出安全信号给显示屏，显示屏显示安全字样，当TTC值小于等于3时，微处理器判断危险并发出危险信号给显示屏，显示屏显示危险字样；当本车与后车之间的距离L大于5m时，判断TTC值，当TTC值大于5.5时，微处理器判断安全并发出安全信号给显示屏，显示屏显示安全字样，当TTC值大于3且小于等于5.5时，微处理器判断不安全，并发出不安全信号给显示屏，显示屏显示不安全字样，当TTC值小于等于3时，微处理器判断危险，并发出危险信号给显示屏，显示屏显示危险字样。
本发明和现有技术比具有以下优点：选取的安全性评价指标为加入速度因素后的TTC值。本发明的匝道车辆进入主干道安全性提示装置主要采用毫米波雷达、LED显示屏和ARM9处理器，能够对经匝道进入加速段的车辆和离加速段最近的主干道上车辆的速度和距离进行探测，并计算出TTC值，对处于加速段的车辆进入主干道安全性进行评价，对评价的结果在LED显示屏上实时显示。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的一种匝道车辆汇入主干道的安全提示装置的安装示意图；
图2为本发明的一种匝道车辆汇入主干道的安全提示装置的电路连接示意框图；
图中：1、毫米波雷达；2、微处理器；3、显示屏；4、本车；5、后车；6、匝道；7、加速路段。
具体实施方式
参照图1，为本发明的一种匝道车辆汇入主干道的安全提示装置的安装示意图；该装置包括微处理器2，用于探测来车的速度和来车与雷达之间的距离的毫米波雷达1，用于实时显示匝道车辆汇入主干道的安全性的显示屏3；毫米波雷1达安装在匝道进入主干道加速路段的末尾处的支架上，毫米波雷达1的探测面朝加速路段，为保证***的稳定高效性，在雷达前方不要有任何的遮挡物，显示屏3安装在毫米波雷达的下方；毫米波雷达1的输出端电连接微处理器2的I/O输入端，显示屏3的输入端电连接微处理器2的I/O输出端。
其中，毫米波雷达1为德尔福ESR毫米波雷达，其有效探测范围可达175米，扫射角度±15°到±45°，完全能满足实际需要。
其中，显示屏3为亮牌P10室外红色LED显示屏。
其中，微处理器2为ARM9处理器，具体型号为S3C2410。
一种匝道车辆汇入主干道的安全提示方法，基于上述一种匝道车辆汇入主干道的安全提示装置，包括以下步骤：
步骤一、毫米波雷达1采集处于匝道6的加速路段7的本车4的速度V1、本车4与毫米波雷达之间的距离L1和角度α1，以及距离匝道6最近的主干道上的后车5的速度V2、后车5与毫米波雷达之间的距离L2和角度α2，并将所述采集的数据发送至微处理器。
步骤二、微处理器2对毫米波雷达1采集的数据进行处理，微处理器2建立直角坐标系，该直角坐标系的横坐标轴与主干道平行，该坐标系的纵坐标轴与横坐标轴在同一水平面内，且垂直于横坐标轴；微处理器2将本车4的速度V1在该直角坐标系内分解得到横坐标轴上的速度分量V1x和纵坐标轴上的速度分量V1y，微处理器2将后车5的速度V2在该直角坐标系内分解得到横坐标轴上的速度分量V2x和纵坐标轴上的速度分量V2y，再分别将横坐标轴上的速度分量相减得到V1x-V2x的值，纵坐标轴上的速度分量相减得到V1y-V2y的值，最后将V1x-V2x的值与V1y-V2y的值合成得到本车4和后车5的相对速度V；
本车4、后车5和毫米波雷达1构成一个三角形，本车4和毫米波雷达1之间的角度α1与后车5和毫米波雷达1之间的角度α2之差为该三角形的以毫米波雷达为顶点的内角的角度，L1和L2为该内角的两侧边长，根据余弦定理可求得本车4和后车5之间的距离L；
设本车4与后车5之间的距离L与本车4和后车5的相对速度V的比值为TTC值，微处理器计算得到TTC值；
步骤三、加速车道车辆汇入主干道的过程类似于换道过程，因此其安全性评估借鉴当前车载主动安全设备换道预警***中广泛采用的TTC(time-to-collision)，将其作为本***安全性评估的重要指标。TTC的定义是本车和本车后方目标车道上车辆之间的距离与两车之间的相对速度的比值，在以往的研究中，换道安全与否的阈值一般采用TTC值来衡量，且根据大量的实车实验可知，当两车之间的TTC值小于3时，此时前车换道将会发生交通事故，而当TTC值大于5.5时，此时前车换道一般不会发生交通事故，而TTC值位于两者之间时，有可能会发生交通事故，此时需要对驾驶员提供警告。由于TTC值对换道安全性提示存在一个漏洞，即当前车与目标车道后方车辆的相对速度较小，而两车之间的相对距离也较小时，计算出的TTC值反而会很大，例如，高速公路上前车以85㎞/h的车速行驶，而距前车纵向距离为3m的目标车道后方有一车辆以86km/h速度行驶，此时TTC值为10.8.这是进行换道很容易发生碰撞等危险情况，需要对驾驶员进行安全性提示。
微处理器将本车的车速划分为：40km/h～80km/h、>80km/h两个阶段。
在40km/h～80km/h阶段内，当本车与后车之间的距离L小于等于4m时，判断TTC值，当TTC值大于3时，微处理器判断安全并发出安全信号给显示屏，显示屏显示安全字样，当TTC值小于等于3时，微处理器判断危险并发出危险信号给显示屏，显示屏显示危险字样；当本车与后车之间的距离L大于4m时，判断TTC值，当TTC值大于5.5时，微处理器判断安全并发出安全信号给显示屏，显示屏显示安全字样，当TTC值大于3且小于等于5.5时，微处理器判断不安全，并发出不安全信号给显示屏，显示屏显示不安全字样，当TTC值小于等于3时，微处理器判断危险，并发出危险信号给显示屏，显示屏显示危险字样。
在>80km/h阶段内，当本车与后车之间的距离L小于等于5m时，判断TTC值，当TTC值大于3时，微处理器判断安全并发出安全信号给显示屏，显示屏显示安全字样，当TTC值小于等于3时，微处理器判断危险并发出危险信号给显示屏，显示屏显示危险字样；当本车与后车之间的距离L大于5m时，判断TTC值，当TTC值大于5.5时，微处理器判断安全并发出安全信号给显示屏，显示屏显示安全字样，当TTC值大于3且小于等于5.5时，微处理器判断不安全，并发出不安全信号给显示屏，显示屏显示不安全字样，当TTC值小于等于3时，微处理器判断危险，并发出危险信号给显示屏，显示屏显示危险字样。
本发明选取的安全性评价指标为加入速度因素后的TTC值。本发明的匝道车辆进入主干道安全性提示装置主要采用毫米波雷达、LED显示屏和ARM9处理器，能够对经匝道进入加速段的车辆和离加速段最近的主干道上车辆的速度和距离进行探测，并计算出TTC值，对处于加速段的车辆进入主干道安全性进行评价，对评价的结果在LED显示屏上实时显示。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (1)

1.一种匝道车辆汇入主干道的安全提示方法，应用于匝道车辆汇入主干道的安全提示装置，所述匝道车辆汇入主干道的安全提示装置包括：微处理器，用于探测匝道车辆的速度和匝道车辆与雷达之间的距离的毫米波雷达以及用于实时显示匝道车辆汇入主干道的安全性的显示屏；所述毫米波雷达的输出端电连接微处理器的I/O输入端，所述显示屏的输入端电连接微处理器的I/O输出端；所述毫米波雷达安装在匝道进入主干道加速路段的末尾处的支架上，所述毫米波雷达的探测面朝加速路段；所述显示屏安装在毫米波雷达的下方；
其特征在于，所述匝道车辆汇入主干道的安全提示方法包括以下步骤：
步骤一、毫米波雷达采集处于匝道的加速路段的本车的速度V1、本车与毫米波雷达之间的距离L1和角度α1，以及距离匝道最近的主干道上的后车的速度V2、后车与毫米波雷达之间的距离L2和角度α2，并将所采集的数据发送至微处理器；
步骤二、微处理器对毫米波雷达采集的数据进行处理，微处理器建立直角坐标系，该直角坐标系的横坐标轴与主干道平行，该坐标系的纵坐标轴与横坐标轴在同一水平面内，且垂直于横坐标轴；微处理器将本车的速度V1在该直角坐标系内分解得到横坐标轴上的速度分量V1x和纵坐标轴上的速度分量V1y，微处理器将后车的速度V2在该直角坐标系内分解得到横坐标轴上的速度分量V2x和纵坐标轴上的速度分量V2y，再分别将横坐标轴上的速度分量相减得到V1x-V2x的值，纵坐标轴上的速度分量相减得到V1y-V2y的值，最后将V1x-V2x的值与V1y-V2y的值合成得到本车和后车的相对速度V；
本车、后车和毫米波雷达构成一个三角形，本车和毫米波雷达之间的角度α1与后车和毫米波雷达之间的角度α2之差为该三角形的以毫米波雷达为顶点的内角的角度，L1和L2为该内角的两侧边长，根据余弦定理可求得本车和后车之间的距离L；
设本车与后车之间的距离L与本车和后车的相对速度V的比值为TTC值，微处理器计算得到TTC值；
步骤三、微处理器将本车的车速划分为：40km/h～80km/h、＞80km/h两个阶段；
在40km/h～80km/h阶段内，当本车与后车之间的距离L小于等于4m时，判断TTC值，当TTC值大于3时，微处理器判断安全并发出安全信号给显示屏，显示屏显示安全字样，当TTC值小于等于3时，微处理器判断危险并发出危险信号给显示屏，显示屏显示危险字样；当本车与后车之间的距离L大于4m时，判断TTC值，当TTC值大于5.5时，微处理器判断安全并发出安全信号给显示屏，显示屏显示安全字样，当TTC值大于3且小于等于5.5时，微处理器判断不安全，并发出不安全信号给显示屏，显示屏显示不安全字样，当TTC值小于等于3时，微处理器判断危险，并发出危险信号给显示屏，显示屏显示危险字样；
在＞80km/h阶段内，当本车与后车之间的距离L小于等于5m时，判断TTC值，当TTC值大于3时，微处理器判断安全并发出安全信号给显示屏，显示屏显示安全字样，当TTC值小于等于3时，微处理器判断危险并发出危险信号给显示屏，显示屏显示危险字样；当本车与后车之间的距离L大于5m时，判断TTC值，当TTC值大于5.5时，微处理器判断安全并发出安全信号给显示屏，显示屏显示安全字样，当TTC值大于3且小于等于5.5时，微处理器判断不安全，并发出不安全信号给显示屏，显示屏显示不安全字样，当TTC值小于等于3时，微处理器判断危险，并发出危险信号给显示屏，显示屏显示危险字样。
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