CN113284365A - 一种基于车辆行为的实时道路安全提示***及其提示方法 - Google Patents

一种基于车辆行为的实时道路安全提示***及其提示方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于车辆行为的实时道路安全提示***及其提示方法，通过路侧雷视设备先对监测路段内各车辆进行参数信息采集，并将采集的参数信息输入到车辆行为辨识设备中，通过内置的辨识算法对各目标车辆的位置、行为进行辨识、分级；然后将辨识的结果输入到目标车辆相应的信号提示灯中，信号指示灯控制单元根据目标车辆的位置、速度等信息对提示灯的初始角度以及转动角速度进行实时控制，对目标车辆进行锁定跟踪；控制单元根据目标车辆的行为辨识结果控制提示灯的提示内容、颜色切换；提示灯内置光线传感器实时获取道路环境光线亮度，并通过控制单元对提示灯的光线进行调节，最终实现对监测路段内各目标车辆的全程跟踪提示预警。

Description

一种基于车辆行为的实时道路安全提示***及其提示方法
技术领域
本发明属于智能交通***车路协同领域，尤其是一种基于车辆行为的实时道路安全提示***及其提示方法。
背景技术
近几年随着汽车保有量的不断增加，随之而来的还有一系列的交通安全问题，这也一直是政府和社会所高度重视的。据不完全统计，在众多的交通事故形态中，车辆擦碰就占了近半成。大量研究表明，在擦碰事故中，如果后方车辆驾驶员及时采取相应措施，则可有效避免大部分的事故发生。因此及时有效地检测并提醒车辆速度异常、跟驰异常行为，对减小交通事故发生率，挽救生命和财产损失，提高交通安全性具有重大意义。
受技术水平的约束，现阶段车路协同技术的应用还不够成熟，目前最为常见的对驾驶员进行提示的方式，大都是通过架设在路侧的音响、蜂鸣器以及显示屏等声、光设备。这些设备架设位置固定，对行驶中车辆的提示存在局限性，提示信息容易被其他车辆遮挡且无法对车辆进行长距离的跟踪提示。音响、蜂鸣器等提示设备容易产生噪音污染，且会使得驾驶员产生紧张的情绪影响驾驶行为。
目前，在一些智能汽车中也有类似的投射提示功能，但对于占据总量中绝大部分的传统汽车无法使用此功能，因此在车路协同技术还没有成熟之前，路端的门架投射式提示灯对交通事故的防控提供了一个很好的方案。
发明内容
针对以上声、光提示设备的诸多不足，本发明提供了一种基于车辆行为的实时道路安全提示***及其提示方法，该提示灯安装于车道上方的龙门架上，可以在较长一段道路区间内为行为异常的车辆提供相应的视觉良好的提示信息，在一定程度上减少了交通事故的发生，缓解了交通安全的压力，提高了道路的使用率。
所采的具体实现技术方案为：
一种基于车辆行为的实时道路安全提示***，包括车辆信息采集单元、车辆行为辨识单元、信号指示灯提示单元和信号指示灯控制单元；车辆信息采集单元信号连接车辆行为辨识单元，并将所采集的车辆信息输入车辆行为辨识单元内；车辆行为辨识单元与信号指示灯控制单元之间信号连接，将辨识结果输入信号指示灯控制单元，信号指示灯控制单元连接信号指示灯提示单元，并根据辨识结果控制信号指示灯提示单元对目标车辆进行初始位置锁定、动态位置的跟踪以及提示信息显示。
进一步，车辆信息采集单元为设置在路侧的路侧雷视设备，通过路侧雷视设备采集目标路段内的车辆信息；
进一步，车辆信息包括车辆当前的车速、加速度、车辆横向位置和车辆纵向位置；
进一步，信号指示灯提示单元包括信号指示灯和信号指示灯运动单元，每个信号指示灯与其对应的车道一一对应；所述信号指示灯运动单元用于带动信号指示灯的运动，实现信号指示灯对目标车辆的跟踪。
进一步，信号指示灯的结构自左往右依次是灯罩、多片内容遮光板、多片不同颜色的透镜和带有光源的灯筒；
进一步，信号指示灯运动单元包括电机1和传动齿轮组2；电机1的输出轴上套装有第一齿轮，第一齿轮下方与第二齿轮啮合，第二齿轮啮合中心位置的固定轴固定连接灯筒的侧壁；在工作时通过电机1通过带动啮合的齿轮转动进而使得信号指示灯发生转动。
进一步，信号指示灯提示单元对目标车辆进行初始位置锁定、动态位置的跟踪的过程为：信号指示灯中的控制单元根据所接收到的目标车辆的纵向位置L信息，调节信号指示灯的投射角度对目标车辆的初始位置进行捕捉，接下来根据实时的速度信息v来对信号指示灯的旋转角速度ω进行控制，以达到对目标车辆的锁定跟踪，具体角速度计算方法为：
Figure BDA0003016656170000021
Figure BDA0003016656170000022
其中：α为信号指示灯相对初始位置的转动角度；L为车辆相对于信号指示灯的纵向距离；H0为信号指示灯的安装高度；v为目标车辆的速度；t为时间。
进一步，在信号指示灯外部装备一个光线传感器，该传感器可以对提示灯附近的光线强度进行检测，并将检测到的结果反馈到提示灯的控制模块，控制模块根据预先设定的环境光强度与提示灯光线强度对应关系对提示灯的背景灯珠板进行亮度调节。
一种基于车辆行为的实时道路安全提示方法，包括如下步骤：
S1、利用车辆信息采集单元对监测路段内的车辆进行监测，采集各个目标车辆的车辆信息；
S2、车辆行为辨识单元接收车辆信息采集单元所采集的车辆信息，利用车距、车速异常辨识算法对目标车辆在当前路段内的行为进行快速、准确地辨识；辨识算法根据当前的道路交通信息实时界定不同等级的异常行为的阈值，并根据阈值对车辆的车速和车距进行等级划分，
S3、点亮有风险的目标车辆所在车道对应的信号指示灯提示单元；
S4、信号指示灯提示单元对目标车辆进行初始位置锁定、动态位置跟踪；车辆行为辨识单元将车辆信息以及辨识结果输入到对应的信号指示灯中；信号指示灯中的控制单元根据接收到的目标车辆的纵向位置L信息，调节信号指示灯的投射角度对目标车辆的初始位置进行捕捉，接下来根据实时的速度信息v来对信号指示灯的旋转角速度ω进行控制，以达到对目标车辆的锁定跟踪；
S5、信号指示灯根据辨识结果对提示内容及颜色的切换。
进一步，S3中点亮信号指示灯提示单元的方法为：车辆行为辨识单元根据雷达获取的目标车辆的横向位置信息，确定目标车辆当前所在车道号i。根据车道的识别结果，激活该车道所对应的信号指示灯提示单元i，为目标车辆的后续相关信息建立数据传输通道。
有益效果
本发明通过采用投射光线的形式对道路上的车辆进行提示指引，与传统的路侧声、光、电等设备的提示方式相比，道路投射光线的提醒方式不仅可以为驾驶员提供更好的视觉接收效果，而且还能够对车辆进行一对一的独立跟踪提示，避免了提示信息丢失以及对驾驶员造成信息误判而引发的交通事故风险。
对于本发明中的投射光线式信号提示灯，与目前一些智能汽车上装备的信号提示灯相比，其作用的对象更加丰富，能够对监测提示路段内各级别、各类型的车辆进行监控、分析、提示，而不仅仅只局限于一些新型的智能汽车。这一方面可以提高道路交通的通行效率、降低事故发生率，另一方面对于交通事故的防控成本也有很大程度的降低。
对于本发明中的投射光线式信号提示灯，由于其装备有光线传感器，实时接收外部环境光线变化并通过控制单元对提示灯的灯珠亮度做出调整，可以适应各种环境下光线需求。提示灯前端装备有颜色透镜以及内容遮光板，可根据辨识结果对车辆进行多类型、多级别的提示预警。
附图说明
图1是信号提示灯工作流程图；
图2是信号提示灯锁定跟踪车辆原理图；
图3是信号提示灯转动调节原理图；
图4是信号提示灯内容调节原理图；
图5是信号提示灯效果图。
具体实施方式
下面将通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的说明。
一种基于车辆行为的实时道路安全提示***，包括车辆信息采集单元、车辆行为辨识单元、信号指示灯提示单元和信号指示灯控制单元；在本实施例中，车辆信息采集单元为设置在路侧的路侧雷视设备，通过路侧雷视设备采集目标路段内的车辆信息，车辆信息包括车辆当前的车速、加速度、车辆横向位置和车辆纵向位置；路侧雷视设备信号连接车辆行为辨识单元，并将所采集的车辆信息输入车辆行为辨识单元内。
在车辆行为辨识单元包括处理器，处理器中内存有交通行为中车距、车速异常辨识算法，通过该算法可以基于所采集的车辆信息输出辨识结果，即目标车辆是否存在车速、车距异常；车辆行为辨识单元与信号指示灯控制单元之间信号连接。
信号指示灯控制单元信号连接信号指示灯提示单元，信号指示灯控制单元接收车辆行为辨识单元所输出的辨识结果，并根据辨识结果控制信号指示灯提示单元对目标车辆进行初始位置锁定、动态位置的跟踪以及提示信息显示。
如图3，信号指示灯提示单元包括信号指示灯和信号指示灯运动单元；根据道路的车道数i(i＝1，2，3…)分布情况将信号指示灯提示单元安装到龙门架的相应(对应车道中心线)位置，并根据车道号对相应的提示灯进行标号，同时对提示灯进行空间位置的标定。信号指示灯的结构如图4所示，自左往右依次是灯罩、2片内容遮光板、多片不同颜色的透镜和带有光源的灯筒；信号指示灯运动单元包括电机1和传动齿轮组2；电机1的输出轴上套装有第一齿轮，第一齿轮下方与第二齿轮啮合，第二齿轮啮合中心位置的固定轴固定连接灯筒的侧壁或者安装支架；在工作时通过电机1通过带动啮合的齿轮转动进而使得信号指示灯发生转动。
如图2所示信号指示灯提示单元对目标车辆进行初始位置锁定、动态位置的跟踪的过程为：信号指示灯中的控制单元根据所接收到的目标车辆的纵向位置L信息，调节信号指示灯的投射角度对目标车辆的初始位置进行捕捉，接下来根据实时的速度信息v来对信号指示灯的旋转角速度ω进行控制，以达到对目标车辆的锁定跟踪，具体角速度计算公式如下：
Figure BDA0003016656170000041
Figure BDA0003016656170000042
其中：α为信号指示灯相对初始位置的转动角度；L为车辆相对于信号指示灯的纵向距离；H0为信号指示灯的安装高度；v为目标车辆的速度；t为时间。
信号指示灯根据辨识结果切换提示内容及颜色方法为：
通过对目前公路交通的事故统计，擦碰是最为常见的事故形态，而车速、车距以及车辆换道等的异常又是诱发车辆擦碰的最直接的因素。基于此，本发明的信号指示灯将主要从车速、车距这两个方面对异常行为进行提示预警。
在本实施例中，鉴于本设计中信号指示灯工作环境的复杂性，不仅考虑灯光的亮度要能在各种环境亮度下在路面形成清晰可见的投影，还应该考虑灯光的亮度不会对驾驶员造成眩目影响。对于清晰可见的投影主要为了满足在光线强烈的白天，驾驶员能够准确地接收到提示预警的信息；对于避免驾驶员发生眩目主要体现在光线昏暗的夜晚，在保证驾驶员能够接收到提示信息的同时，不会因投射光线太强而影响驾驶员的驾驶视线。故在信号指示灯外部装备一个光线传感器，该传感器可以对提示灯附近的光线强度进行一个准确地检测，并将检测到的结果反馈到提示灯的控制模块，控制模块根据预先设定的环境光强度与提示灯光线强度对应关系对提示灯的背景灯珠板进行亮度调节。
如图1所示一种基于车辆行为的实时道路安全提示方法，包括如下步骤：
S1、利用车辆信息采集单元对监测路段内的车辆进行监测，采集各个目标车辆的车辆信息，车辆信息包括位置、速度等参数信息；
S2、车辆行为辨识单元接收车辆信息采集单元所采集的车辆信息，在预先编写好的辨识算法下，车辆行为辨识单元对目标车辆在当前路段内的行为进行快速、准确地辨识。本实施例中所述的辨识算法具体可以采用交通行为中车距、车速异常辨识算法，利用交通行为中车距、车速异常辨识算法可以获取目标车辆的车距、车速是否存在异常进行准确的辨识；
辨识算法根据当前的道路交通信息实时界定不同等级的异常行为的阈值，并根据阈值对车辆的车速和车距进行等级划分，划分为无风险、低风险和高风险三个级别。
S3、点亮有风险(包括低风险或高风险)的目标车辆所在车道对应的信号指示灯提示单元；首先，车辆行为辨识单元根据雷达获取的目标车辆的横向位置信息，确定目标车辆当前所在车道号i。根据车道的识别结果，激活该车道所对应的信号指示灯提示单元i，为目标车辆的后续相关信息建立数据传输通道。
S4、信号指示灯提示单元对目标车辆进行初始位置锁定、动态位置跟踪；车辆行为辨识单元将车辆信息以及辨识结果输入到对应的信号指示灯中。信号指示灯中的控制单元根据接收到的目标车辆的纵向位置L信息，调节信号指示灯的投射角度对目标车辆的初始位置进行捕捉，接下来根据实时的速度信息v来对信号指示灯的旋转角速度ω进行控制，以达到对目标车辆的锁定跟踪，如图3所示，具体角速度计算公式如下：
Figure BDA0003016656170000061
其中：
Figure BDA0003016656170000062
其中：α为信号指示灯相对初始位置的转动角度；L为车辆相对于信号指示灯的纵向距离；H0为提示灯的安装高度；v为目标车辆的速度；
S5、信号指示灯根据辨识结果对提示内容及颜色的切换具体为：
通过对目前公路交通的事故统计，擦碰是最为常见的事故形态，而车速、车距以及车辆换道等的异常又是诱发车辆擦碰的最直接的因素。基于此，本发明的信号指示灯将主要从车速、车距这两个方面对异常行为进行提示预警。
其中，对于车速异常的行为，信号指示灯将会投射出“减速慢行”的字样；对于车距异常的行为，信号指示灯将会投射出“保持车距”的字样。对于无风险行为的车辆，将不会触发提示灯，即无灯光提醒；对于低风险行为的车辆，提示灯将会切换黄色透镜，在路面形成黄色字样的投影；对于高风险行为的车辆，提示灯将会切换红色透镜，在路面形成红色字样的投影如图5。具体投射情况如下表：
Figure BDA0003016656170000063
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于车辆行为的实时道路安全提示***，其特征在于，包括车辆信息采集单元、车辆行为辨识单元、信号指示灯提示单元和信号指示灯控制单元；车辆信息采集单元信号连接车辆行为辨识单元，并将所采集的车辆信息输入车辆行为辨识单元内；车辆行为辨识单元与信号指示灯控制单元之间信号连接，将辨识结果输入信号指示灯控制单元，信号指示灯控制单元连接信号指示灯提示单元，并根据辨识结果控制信号指示灯提示单元对目标车辆进行初始位置锁定、动态位置的跟踪以及提示信息显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于车辆行为的实时道路安全提示***，其特征在于，信号指示灯提示单元包括信号指示灯和信号指示灯运动单元，每个信号指示灯与其对应的车道一一对应；所述信号指示灯运动单元用于带动信号指示灯的运动，实现信号指示灯对目标车辆的跟踪。
3.根据权利要求2所述的一种基于车辆行为的实时道路安全提示***，其特征在于，信号指示灯的结构自左往右依次是灯罩、多片内容遮光板、多片不同颜色的透镜和带有光源的灯筒。
4.根据权利要求2所述的一种基于车辆行为的实时道路安全提示***，其特征在于，信号指示灯运动单元包括电机1和传动齿轮组2；电机1的输出轴上套装有第一齿轮，第一齿轮下方与第二齿轮啮合，第二齿轮啮合中心位置的固定轴固定连接灯筒的侧壁；在工作时通过电机1通过带动啮合的齿轮转动进而使得信号指示灯发生转动。
5.根据权利要求4所述的一种基于车辆行为的实时道路安全提示***，其特征在于，信号指示灯提示单元对目标车辆进行初始位置锁定、动态位置的跟踪的过程为：信号指示灯中的控制单元根据所接收到的目标车辆的纵向位置L信息，调节信号指示灯的投射角度对目标车辆的初始位置进行捕捉，接下来根据实时的速度信息v来对信号指示灯的旋转角速度ω进行控制，以达到对目标车辆的锁定跟踪，具体角速度计算方法为：
Figure FDA0003016656160000011
Figure FDA0003016656160000012
其中：α为信号指示灯相对初始位置的转动角度；L为车辆相对于信号指示灯的纵向距离；H0为信号指示灯的安装高度；v为目标车辆的速度；t为时间。
6.根据权利要求1-5中任意一项权利要求所述的一种基于车辆行为的实时道路安全提示***，其特征在于，车辆信息采集单元为设置在路侧的路侧雷视设备，通过路侧雷视设备采集目标路段内的车辆信息。
7.根据权利要求6所述的一种基于车辆行为的实时道路安全提示***，其特征在于，车辆信息包括车辆当前的车速、加速度、车辆横向位置和车辆纵向位置。
8.一种基于车辆行为的实时道路安全提示方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、利用车辆信息采集单元对监测路段内的车辆进行监测，采集各个目标车辆的车辆信息；
S2、车辆行为辨识单元接收车辆信息采集单元所采集的车辆信息，利用车距、车速异常辨识算法对目标车辆在当前路段内的行为进行快速、准确地辨识；辨识算法根据当前的道路交通信息实时界定不同等级的异常行为的阈值，并根据阈值对车辆的车速和车距进行等级划分，
S3、点亮有风险的目标车辆所在车道对应的信号指示灯提示单元；
S4、信号指示灯提示单元对目标车辆进行初始位置锁定、动态位置跟踪；车辆行为辨识单元将车辆信息以及辨识结果输入到对应的信号指示灯中；信号指示灯中的控制单元根据接收到的目标车辆的纵向位置L信息，调节信号指示灯的投射角度对目标车辆的初始位置进行捕捉，接下来根据实时的速度信息v来对信号指示灯的旋转角速度ω进行控制，以达到对目标车辆的锁定跟踪；
S5、信号指示灯根据辨识结果对提示内容及颜色的切换。
9.根据权利要求8所述的一种基于车辆行为的实时道路安全提示方法，其特征在于，S3中点亮信号指示灯提示单元的方法为：车辆行为辨识单元根据雷达获取的目标车辆的横向位置信息，确定目标车辆当前所在车道号i。根据车道的识别结果，激活该车道所对应的信号指示灯提示单元i，为目标车辆的后续相关信息建立数据传输通道。
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