本發(fā)明屬于汽車主動安全與輔助駕駛領(lǐng)域，具體涉及一種基于LTE-V通信的行人保護系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在當前城市交通環(huán)境中，由于行人橫穿道路導致的交通事故占據(jù)城市交通事故的30%左右，且常常導致重大傷亡事故，造成重大經(jīng)濟損失。

目前基于激光雷達的行人保護系統(tǒng)已經(jīng)應用于部分車型中，當車輛在探測到前方有行人且存在碰撞危險時，可對駕駛員進行報警，并且在駕駛員來不及反應時通過對車輛進行主動制動以避免碰撞保護行人。但是采用這種方法的系統(tǒng)通常只有在車速小于30km/h時才有效，在車輛高速行駛時，由于車輛慣性很大無法及時制動，最終仍然會撞到行人；并且由于雷達的物理特性無法探測到遠距離及非視距內(nèi)的目標且易受周圍環(huán)境干擾。為解決基于激光雷達和攝像頭的行人保護系統(tǒng)的缺點，如CN104217615A記載的一種基于車路協(xié)同的行人防碰撞系統(tǒng)和方法，該發(fā)明提供了一種通過利用無線通信（WIFI）實現(xiàn)車路信息交互，探測行人的裝置安裝在路側(cè)，通過路側(cè)WIFI通信模塊將探測結(jié)果以及是否有危險傳輸至車端，如果存在危險則對駕駛員進行預警，進而采取相應的防碰撞措施。然而該方法在實現(xiàn)過程和最終效果中存在大量缺陷，具體體現(xiàn)在：（1）只能在WIFI通信范圍內(nèi)有效，由于WIFI傳輸距離通常在100m以內(nèi)，且車載WIFI模塊和路側(cè)WIFI模塊建立連接需要進行安全認證，通常需要1～3s的時間，導致在車輛在高速行駛時常常由于尚未完成認證危險就已經(jīng)發(fā)生；（2）由于只對車輛駕駛員進行單向預警，而行人無法知曉危險情況導致常常發(fā)生誤判而產(chǎn)生額外的危險；（3）判斷是否會發(fā)生碰撞危險，依賴于路側(cè)終端的中央處理模塊的集中計算，當路側(cè)終端周圍存在的車輛過多或者行人過多時，路側(cè)中央處理模塊需要進行大量計算，導致對中央處理模塊的性能要求很高且會產(chǎn)生秒級的通信延遲，難以推廣應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于LTE-V通信的行人保護系統(tǒng)及方法，以提高對行人的保護。

本發(fā)明所述的基于LTE-V通信的行人保護系統(tǒng)，包括車載終端和手持終端，所述車載終端和手持終端通過LTE-V進行通信；

所述車載終端安裝于車輛中，其包括第一通信模塊、定位模塊、信息采集模塊、中央決策模塊、執(zhí)行模塊以及第一報警模塊；

所述第一通信模塊用于收發(fā)LTE-V數(shù)據(jù)，包括廣播本車ID，所在位置信息、行駛狀態(tài)信息以及接收行人通行請求信息、行人屬性、位置信息、報警信息、行人等待時間，該第一通信模塊與中央決策模塊連接；

所述定位模塊用于獲取車輛當前位置信息，該定位模塊與中央決策模塊連接；

所述信息采集模塊用于從CAN總線采集本車行駛狀態(tài)信息，該信息采集模塊與中央決策模塊連接；

所述中央決策模塊基于所接收到的數(shù)據(jù)判斷是否需要對駕駛員進行報警以及報警級別，還用于判斷是否需要對車輛進行主動制動以防止碰撞；

所述執(zhí)行模塊根據(jù)中央決策模塊發(fā)出的制動命令對本車進行制動，該執(zhí)行模塊與中央決策模塊連接；

所述第一報警模塊基于報警等級以不同的報警方式進行報警，該第一報警模塊與中央決策模塊連接；

所述手持終端由行人持有，其包括第二通信模塊、地圖模塊、通行輔助應用模塊以及第二報警模塊；

所述地圖模塊用于將行人和車輛的位置、道路信息上傳至通行輔助應用模塊，該地圖模塊與通行輔助應用模塊連接；

所述第二通信模塊用于收發(fā)LTE-V數(shù)據(jù)，包括接收車輛ID、所在位置信息、行駛狀態(tài)信息并廣播行人通行請求信息和其位置信息、運動狀態(tài)信息、報警信息、等待時間，該第二通信模塊與通行輔助應用模塊連接；

所述通行輔助應用模塊用于發(fā)送行人通行請求信息，并根據(jù)第二通信模塊和地圖模塊提供的數(shù)據(jù)判斷是否需要向行人進行提示；

所述第二報警模塊用于執(zhí)行通行輔助應用模塊的提示，該第二報警模塊與通行輔助應用模塊連接。

所述定位模塊安裝在車輛頂部的鯊魚鰭天線中。

所述第一報警模塊為HMI模塊，該HMI模塊通過CAN總線與中央決策模塊連接。

所述第二報警模塊為UI模塊，該UI模塊與通行輔助應用模塊連接。

所述手持終端為智能手機，或為智能手環(huán)。

所述通行輔助應用模塊設(shè)有請求通行按鈕，用于接收行人的通行請求輸入。

本發(fā)明所述的一種基于LTE-V通信的行人保護方法，采用本發(fā)明所述的行人保護系統(tǒng)，其方法包括以下步驟：

步驟一、通過手持終端發(fā)送行人通行請求信息；

步驟二、手持終端將行人通行請求信息、行人屬性信息、行人位置信息和所在道路信息編碼成標準LTE-V數(shù)據(jù)格式，并周期性廣播；

步驟三、手持終端接收周圍車輛廣播的信息，并判斷周圍是否有威脅本次通行的車輛；

步驟四、若周圍沒有威脅本次通行的車輛，則提醒行人正常通行；若存在威脅本次通行的車輛，則對行人進行報警，以提醒行人等待，同時手持終端將行人所在位置信息、道路信息、報警信息、已等待時間并附加上威脅本次通行的車輛ID進行廣播。

步驟五、車載終端的中央決策模塊基于所接收的信息實時判斷是否需要發(fā)出報警，若不需要報警，則不進行任何操作；若需要報警，則判斷當前的報警級別，并根據(jù)報警等級以對應的報警方式進行報警，并在滿足主動制動條件時對車輛進行主動制動以防止碰撞。

判斷周圍是否有威脅本次通行的車輛的方法為：

3a、設(shè)置通信有效距離Dmax，檢測Dmax范圍內(nèi)是否有車輛，如果沒有，則認為沒有威脅本次正常通行的車輛；

3b、如果Dmax范圍內(nèi)檢測到車輛，則獲取車輛的經(jīng)緯度、車速信息并下傳至地圖模塊，得到車輛行駛的道路ID；如果行人道路ID和車輛道路ID不一致，則認為車輛與行人不在同一道路，不會對此次通行產(chǎn)生威脅；

3c、如果行人所在道路ID和車輛所在道路ID一致，則記錄車輛的歷史路徑信息，根據(jù)歷史路徑信息中每個位置點到行人的距離的變化趨勢，如果距離逐漸變大，則表示車輛在逐漸遠離行人，則認為車輛不會對此次通行產(chǎn)生威脅；

3d、如果距離逐漸減小，則認為車輛在接近行人，此時手持終端的通行輔助應用模塊建立以行人為中心的笛卡爾坐標系，行人準備通行的方向為X軸正，將車輛的經(jīng)緯度位置轉(zhuǎn)換為以笛卡爾坐標系中的位置（X,Y）；根據(jù)車輛當前到行人的距離|Y|計算出車輛按照當前車速Vv行駛至行人準備通行路線的時間Tv；

3e、根據(jù)統(tǒng)計信息設(shè)置不同類型行人的平均速度Vp；根據(jù)當前道路寬度W計算出行人完成道路通行所需的時間Tp；

3f、設(shè)置安全通行閾值時間Ts，當|Tv - Tp| ≥Ts時，則車輛不會對此次通行產(chǎn)生威脅；否則產(chǎn)生威脅，并將該車輛ID發(fā)送給車載終端。

所述步驟五具體為：

5a、比較本車車輛ID和收到的手持終端發(fā)送的車輛ID，如果不一致，則丟棄該消息，不對駕駛員進行報警；

5b、如果本車車輛ID和收到的手持終端發(fā)送的車輛ID相同，則表明本車對行人的正常通行產(chǎn)生威脅，通過HMI模塊給予駕駛員以圖像方式報警，報警等級為低級，若駕駛員選擇讓行動作使威脅解除，則報警解除，若駕駛員忽略此次報警，則進入步驟5c；

5c、如果本車收到行人的已等待時間Twait≤Twait_expire，對駕駛員的報警仍然為低級；如果Twait>Twait_expire對駕駛員的報警等級升級為中級，通過HMI模塊給予駕駛員以圖像和聲音的方式報警，其中，Twait_expire為統(tǒng)計值，表示行人可容忍的最大等待時間；

5d、如果行人不顧手持終端的提醒，強行通行，則對駕駛員的報警等級升級為最高級，車載終端的HMI模塊通過圖像和聲音的方式提醒駕駛員避撞；若駕駛員選擇讓行動作使威脅解除，則報警解除，若駕駛員忽略此次報警，則進入步驟5e；

5e、車載終端的中央決策模塊根據(jù)行人和車輛的縱向距離|Y| ，橫向距離|X|以及當前車速Vv計算到達碰撞點的時間TTC，如果TTC <Tbrake，中央決策模塊通過執(zhí)行模塊控制車輛進行主動制動以避撞；其中，Tbrake為制動開始時間，根據(jù)設(shè)置的主動制動的減速度大小Aset計算得到，計算公式為：Tbrake = Vv / Aset。

本發(fā)明的有益效果：

（1）通過LTE-V可實現(xiàn)低延遲的人與車輛通信，通信距離大于300m，能夠?qū)崿F(xiàn)有遮擋的非視距內(nèi)的通信；

（2）行人通過手持終端手動發(fā)出通行請求信號，使車輛可以提前準確感知有行人準備通行道路；

（3）所有復雜的計算均在手持終端完成，車載終端只接收手持終端發(fā)送的報警信息，避免大量行人同時發(fā)送通行請求信號時導致車載終端的負載成倍上升；

（4）通信方式采用人-車點對點通信，無需路側(cè)設(shè)備中轉(zhuǎn)，可不受路側(cè)設(shè)備安裝位置的限制；且系統(tǒng)算法實現(xiàn)簡單，成本低廉，無需復雜的行人識別算法和路徑預測算法即可實現(xiàn)高可靠性的行人保護系統(tǒng)；

綜上所述，本發(fā)明提高了對行人的保護。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)示意框圖；

圖2為本發(fā)明的車載終端的原理框圖；

圖3為本發(fā)明的手持終端的原理框圖；

圖中：1、行人，2、車輛，3、通行路線，4、道路，5、中央決策模塊，6、HMI模塊，7、執(zhí)行模塊，8、定位模塊，9、信息采集模塊，10、第一通信模塊，11、車載終端，12、UI模塊，13、通行輔助應用模塊，14、第二通信模塊，15、地圖模塊，16、手持終端。

其中，圖1箭頭表示車輛行駛的方向。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示的基于LTE-V通信的行人保護系統(tǒng)，包括車載終端11和手持終端16，所述車載終端11和手持終端16通過LTE-V進行通信。

所述車載終端11安裝于車輛2中，其包括第一通信模塊10、定位模塊8、信息采集模塊9、中央決策模塊5、執(zhí)行模塊7以及第一報警模塊。

所述第一通信模塊10用于收發(fā)LTE-V數(shù)據(jù)，包括廣播本車ID，所在位置信息、行駛狀態(tài)信息以及接收行人通行請求信息、行人屬性（比如：老人、小孩、孕婦、正常成人、殘疾人）、位置信息、報警信息、行人等待時間，該第一通信模塊10通過UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）與中央決策模塊5連接。

定位模塊8安裝在車輛頂部的鯊魚鰭天線中。通過GPS或北斗衛(wèi)星接收器獲取車輛當前位置信息。該位置信息包括當前車輛經(jīng)度、緯度、航向，該定位模塊8通過CAN總線與中央決策模塊5連接。

所述信息采集模塊9用于從CAN總線采集本車行駛狀態(tài)信息，包括車速、加速度、制動、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)向燈信息，該信息采集模塊9通過CAN總線與中央決策模塊5連接。

所述中央決策模塊5為核心模塊，采用獨立ECU（電子控制單元），避撞算法運用于此模塊中?；谒邮盏降臄?shù)據(jù)判斷是否需要對駕駛員進行報警以及報警級別，還用于判斷是否需要對車輛進行主動制動以防止碰撞。

所述執(zhí)行模塊7是指ESP系統(tǒng)（車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)），根據(jù)中央決策模塊5發(fā)出的制動命令對本車進行制動，該執(zhí)行模塊7通過CAN總線與中央決策模塊5連接。

所述第一報警模塊基于報警等級以不同的報警方式進行報警，該第一報警模塊與中央決策模塊5連接。本實施例中，所述第一報警模塊為HMI模塊6，即人機交互界面，用于在車輛儀表中顯示報警信息，該HMI模塊6通過CAN總線與中央決策模塊5連接。

所述手持終端16由行人1持有，通常為智能手機，或為智能手環(huán)，或為與LTE-V設(shè)備通信頻段一致的專用手持終端，其包括第二通信模塊14、地圖模塊15、通行輔助應用模塊13以及第二報警模塊。

所述地圖模塊15是手持終端16的地圖應用，通過地圖開放接口與通行輔助應用模塊13進行交互，將行人1和車輛2的位置、道路信息上傳至通行輔助應用模塊13，該地圖模塊15與通行輔助應用模塊13連接。

所述第二通信模塊14用于收發(fā)LTE-V數(shù)據(jù)，包括接收車輛ID、所在位置信息、行駛狀態(tài)信息并廣播行人通行請求信息和其位置信息、運動狀態(tài)信息、報警信息、等待時間，該第二通信模塊14與通行輔助應用模塊13連接；

所述通行輔助應用模塊13基于手持終端16的SDK（軟件開發(fā)工具包）開發(fā)，該通行輔助應用模塊13設(shè)有請求通行按鈕，用于接收行人1的通行請求輸入，并將行人通行請求信息發(fā)送出去，同時根據(jù)第二通信模塊14和地圖模塊15提供的數(shù)據(jù)判斷是否需要向行人1進行提示。

所述第二報警模塊用于執(zhí)行通行輔助應用模塊13的提示，該第二報警模塊與通行輔助應用模塊13連接。本實施例中所述第二報警模塊為UI模塊12，即用戶界面，該UI模塊12與通行輔助應用模塊13連接，提示方式包括圖像提示和聲音提示。

本發(fā)明所述的一種基于LTE-V通信的行人保護方法，采用本發(fā)明所述的行人保護系統(tǒng)，其方法包括以下步驟：

步驟一、通過手持終端16發(fā)送行人通行請求信息。

步驟二、手持終端16將行人通行請求信息、行人屬性信息、行人位置信息和所在道路信息（包括道路ID、道路寬度等）打包成數(shù)據(jù)包下傳至手持終端16的第二通信模塊14，手持終端16將之編碼成標準LTE-V數(shù)據(jù)格式，并周期性廣播。

步驟三、手持終端16接收周圍車輛廣播的信息，并判斷周圍是否有威脅本次通行的車輛；具體為：

3a、設(shè)置通信有效距離Dmax，檢測Dmax范圍內(nèi)是否有車輛，如果沒有，則認為沒有威脅本次正常通行的車輛。

3b、如果Dmax范圍內(nèi)檢測到車輛，則獲取車輛的經(jīng)緯度、車速信息并下傳至地圖模塊15，得到車輛行駛的道路ID；如果行人道路ID和車輛道路ID不一致，則認為車輛與行人不在同一道路4，不會對此次通行產(chǎn)生威脅。

3c、如果行人1所在道路ID和車輛所在道路ID一致，則記錄車輛2的歷史路徑信息，根據(jù)歷史路徑信息中每個位置點到行人1的距離的變化趨勢，如果距離逐漸變大，則表示車輛2在逐漸遠離行人1，則認為車輛2不會對此次通行產(chǎn)生威脅。

3d、如果距離逐漸減小，則認為車輛2在接近行人1，此時手持終端16的通行輔助應用模塊13建立以行人1為中心的笛卡爾坐標系，行人準備通行的方向為X軸正，將車輛2的經(jīng)緯度位置轉(zhuǎn)換為以笛卡爾坐標系中的位置（X,Y）；根據(jù)車輛2當前到行人1的距離|Y|計算出車輛2按照當前車速Vv行駛至行人1準備通行路線3的時間Tv。

3e、根據(jù)統(tǒng)計信息設(shè)置不同類型行人1的平均速度Vp；根據(jù)當前道路寬度W計算出行人1完成道路通行所需的時間Tp。

3f、設(shè)置安全通行閾值時間Ts，當|Tv - Tp| ≥Ts時，則車輛2不會對此次通行產(chǎn)生威脅；否則產(chǎn)生威脅，并將該車輛ID發(fā)送給車載終端11。

整個過程會不斷重復執(zhí)行步驟3a至步驟3f。

步驟四、若周圍沒有威脅本次通行的車輛2，則提醒行人1正常通行；若存在威脅本次通行的車輛2，則對行人1進行報警，以提醒行人1等待，同時手持終端16將行人1所在位置信息、道路信息、報警信息、已等待時間并附加上威脅本次通行的車輛ID進行廣播。

步驟五、車載終端11的中央決策模塊5基于所接收的信息實時判斷是否需要發(fā)出報警，若不需要報警，則不進行任何操作；若需要報警，則判斷當前的報警級別，并根據(jù)報警等級以對應的報警方式進行報警，并在滿足主動制動條件時對車輛2進行主動制動以防止碰撞；具體為：

5a、比較本車車輛ID和收到的手持終端16發(fā)送的車輛ID，如果不一致，則丟棄該消息，不對駕駛員進行報警。

5b、如果本車車輛ID和收到的手持終端16發(fā)送的車輛ID相同，則表明本車對行人1的正常通行產(chǎn)生威脅，通過HMI模塊6給予駕駛員以圖像方式報警，報警等級為低級，若駕駛員選擇讓行動作（比如：制動、轉(zhuǎn)向）使威脅解除，則報警解除，若駕駛員忽略此次報警，則進入步驟5c。

5c、如果本車收到行人1的已等待時間Twait≤Twait_expire，對駕駛員的報警仍然為低級；如果Twait>Twait_expire對駕駛員的報警等級升級為中級，通過HMI模塊6給予駕駛員以圖像和聲音的方式報警，其中，Twait_expire為統(tǒng)計值，表示行人1可容忍的最大等待時間。

5d、如果行人1不顧手持終端16的提醒，強行通行，則對駕駛員的報警等級升級為最高級，車載終端11的HMI模塊6通過圖像和聲音的方式提醒駕駛員避撞。報警等級為高級和中級均采用圖像和聲音方式進行報警，但可以通過顏色的不同和/或聲音的不同來進行區(qū)分，比如在報警等級為中級時，顏色為黃色，當報警等級為高級時，顏色就采用紅色，以便于駕駛員區(qū)分。若駕駛員選擇讓行動作使威脅解除，則報警解除，若駕駛員忽略此次報警，則進入步驟5e。

5e、車載終端11的中央決策模塊5根據(jù)行人1和車輛2的縱向距離|Y| ，橫向距離|X|以及當前車速Vv計算到達碰撞點的時間TTC，如果TTC <Tbrake，中央決策模塊5通過執(zhí)行模塊7控制車輛2進行主動制動以避撞；其中，Tbrake為制動開始時間，根據(jù)設(shè)置的主動制動的減速度大小Aset計算得到，計算公式為：Tbrake = Vv / Aset。

整個過程會不斷重復執(zhí)行步驟5a至步驟5e。