本發(fā)明屬于智能交通安全控制領(lǐng)域，具體涉及一種面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的霧天環(huán)境下高速公路安全車速引導(dǎo)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在我國(guó)，大霧是惡劣天氣條件中重要致災(zāi)天氣之一。研究表明，在霧天環(huán)境下發(fā)生的交通事故概率是高速公路發(fā)生交通事故平均概率的六倍以上。由于霧具有突然性、局部性、能見(jiàn)度低等特點(diǎn)，駕駛?cè)诉M(jìn)入大霧覆蓋區(qū)域驟然失去視線，本能急剎車，容易導(dǎo)致連環(huán)追尾事故。此外，能見(jiàn)度的下降會(huì)導(dǎo)致駕駛員獲取交通信息能力下降，容易產(chǎn)生猶豫、疏忽、甚至是錯(cuò)覺(jué)。由此可見(jiàn)霧已經(jīng)成為影響高速公路交通運(yùn)行安全的重要因素，由大霧引發(fā)的高速公路事故問(wèn)題廣泛存在。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車是指搭載先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與人、車、路、后臺(tái)等智能信息交換共享，具備復(fù)雜的環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制和執(zhí)行等功能，可實(shí)現(xiàn)安全、舒適、節(jié)能、高效行駛，并最終可替代人來(lái)操作的新一代汽車。我國(guó)《“十三五”汽車工業(yè)發(fā)展規(guī)劃意見(jiàn)》中明確指出，發(fā)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車是世界汽車工業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，未來(lái)將大力構(gòu)建智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展平臺(tái)，把智能網(wǎng)聯(lián)汽車與新能源汽車一起作為未來(lái)汽車的重點(diǎn)發(fā)展方向。通過(guò)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的智能設(shè)備可實(shí)現(xiàn)高精度的環(huán)境感知，以及有效的搭建信息分享網(wǎng)絡(luò)，因此研發(fā)面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的輔助駕駛系統(tǒng)是十分有前景的。

目前我國(guó)高速公路主要采用固定限速方式，部分高速公路雖然采用了可變限速控制方式，但缺少專門針對(duì)霧天環(huán)境的高速公路車速引導(dǎo)的方法和技術(shù)，相關(guān)的專利較少。申請(qǐng)?zhí)枮?01520158160.9的專利提供了一種霧天環(huán)境下高速公路的車輛誘導(dǎo)系統(tǒng)，并沒(méi)有考慮過(guò)車輛通過(guò)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分享道路能見(jiàn)度信息；專利201110422688.9提到了一種基于實(shí)時(shí)交通流和天氣信息的快速道路可變限速控制方法，沒(méi)有考慮到霧天高速公路上車速差對(duì)交通事故發(fā)生的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的霧天環(huán)境下高速公路安全車速引導(dǎo)系統(tǒng)及方法，根據(jù)車輛提供的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息與能見(jiàn)度信息，計(jì)算出最佳車速給駕駛員提供參考，減少因車速過(guò)大而發(fā)生的交通事故。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為：面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的霧天環(huán)境下高速公路安全車速引導(dǎo)路側(cè)設(shè)備，設(shè)置在路側(cè)，其特征在于：它包括信息通信模塊，用于利用網(wǎng)絡(luò)通信方式，與裝有廣域無(wú)線通信模塊的車輛進(jìn)行通信；和車速引導(dǎo)模塊，用于根據(jù)路段上每車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息以及能見(jiàn)度信息，計(jì)算分析出最佳車速，通過(guò)信息通信模塊發(fā)送給路段上的所有車輛；

所述的車速引導(dǎo)模塊包括：

平均車速計(jì)算模塊，用于計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻、本路側(cè)設(shè)備能接收到的路段上所有車輛的平均車速；

安全車速計(jì)算模塊，用于采用停車視距模型，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻、本路側(cè)設(shè)備能接收到的路段上所有車輛的安全速度；

最佳車速計(jì)算模塊，用于比較平均車速和安全車速，取二者較小值作為參考車速，并將參考車速優(yōu)化為數(shù)值5的倍數(shù)作為最佳車速；

車速更新模塊，用于每周期對(duì)最佳車速重新選取，并輸出給信息通信模塊，周期時(shí)間為預(yù)設(shè)值。

按上述路側(cè)設(shè)備，所述的最佳車速計(jì)算模塊還用于將計(jì)算出的最佳車速與相鄰的下游路段的最佳車速相比較，若當(dāng)前路段的最佳車速減去相鄰的下游路段的最佳車速大于車速差閾值，則優(yōu)化當(dāng)前路段的最佳車速為相鄰的下游路段的最佳車速與車速差閾值的和。

面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的霧天環(huán)境下高速公路安全車速引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于：它包括設(shè)置在路側(cè)的路側(cè)設(shè)備，和設(shè)置在車輛中的車載設(shè)備；其中，

車載設(shè)備用于實(shí)時(shí)獲取道路的能見(jiàn)度信息，通過(guò)廣域無(wú)線通信技術(shù)將能見(jiàn)度信息和本車車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送給路側(cè)設(shè)備，并接收路側(cè)設(shè)備發(fā)送來(lái)的最佳車速，作為駕駛員的參考；

路側(cè)設(shè)備包括信息通信模塊，用于利用網(wǎng)絡(luò)通信方式，與車載設(shè)備進(jìn)行通信；和車速引導(dǎo)模塊，用于根據(jù)路段上每車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息以及能見(jiàn)度信息，計(jì)算分析出最佳車速，通過(guò)信息通信模塊發(fā)送給路段上的所有車輛；

所述的車速引導(dǎo)模塊包括：平均車速計(jì)算模塊，用于計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻、本路側(cè)設(shè)備能接收到的路段上所有車輛的平均車速；安全車速計(jì)算模塊，用于采用停車視距模型，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻、本路側(cè)設(shè)備能接收到的路段上所有車輛的安全速度；最佳車速計(jì)算模塊，用于比較平均車速和安全車速，取二者較小值作為參考車速，并將參考車速優(yōu)化為數(shù)值5的倍數(shù)作為最佳車速；車速更新模塊，用于每周期對(duì)最佳車速重新選取，并輸出給信息通信模塊，周期時(shí)間為預(yù)設(shè)值。

按上述系統(tǒng)，本系統(tǒng)對(duì)高速公路進(jìn)行分段并編號(hào)，所述的路側(cè)設(shè)備設(shè)置在每段高速公路的中部，每段高速公路的長(zhǎng)度保證所對(duì)應(yīng)的路側(cè)設(shè)備的信號(hào)范圍能夠覆蓋整段高速公路。

按上述系統(tǒng)，所述的高速路段中，對(duì)團(tuán)霧多發(fā)路段以1公里為單位進(jìn)行分段，對(duì)平流霧路段以3-5公里為單位進(jìn)行分段。

利用上述面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的霧天環(huán)境下高速公路安全車速引導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的高速公路安全車速引導(dǎo)方法，其特征在于：它包括以下步驟：

S1、各路側(cè)設(shè)備分別獲取對(duì)應(yīng)高速公路上所有車輛發(fā)送來(lái)的能見(jiàn)度信息和實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息，計(jì)算出每段高速公路的平均車速和安全車速；

S2、比較平均車速和安全車速，取二者較小值作為參考車速，并將參考車速優(yōu)化為數(shù)值5的倍數(shù)作為最佳車速；

S3、每周期對(duì)最佳車速重新選取，發(fā)送給對(duì)應(yīng)高速公路上所有車輛，周期時(shí)間為預(yù)設(shè)值；

S4、車載設(shè)備接收最佳車速提示駕駛員。

按上述方法，計(jì)算出最佳車速后，將計(jì)算出的最佳車速與相鄰的下游路段的最佳車速相比較，若當(dāng)前路段的最佳車速減去相鄰的下游路段的最佳車速大于車速差閾值，則優(yōu)化當(dāng)前路段的最佳車速為相鄰的下游路段的最佳車速與車速差閾值的和。

按上述方法，車載設(shè)備接收到的最佳車速與當(dāng)前車速若相差超過(guò)設(shè)定的閾值，則提示駕駛員以5km/h為單位分步降速。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明根據(jù)車輛提供的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息與能見(jiàn)度信息，計(jì)算出最佳車速給駕駛員提供參考，減少因車速過(guò)大而發(fā)生的交通事故。

2、考慮上下游路段間的車速過(guò)渡，對(duì)計(jì)算出的參考車速進(jìn)行優(yōu)化，使得駕駛員能夠更平滑的降速，減少因車速差過(guò)大而發(fā)生的交通事故。

3、本發(fā)明系統(tǒng)兼容3G/4G/5G通訊技術(shù)，將不同車輛之間進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)與能見(jiàn)度信息的數(shù)據(jù)分享，形成了一個(gè)信息共享的整體網(wǎng)絡(luò)，有助于駕駛員對(duì)即將進(jìn)入的霧區(qū)路段做出合理的駕駛選擇。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的系統(tǒng)構(gòu)造示意圖。

圖2為車輛減速停車過(guò)程示意圖。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的霧天環(huán)境下高速公路安全車速引導(dǎo)路側(cè)設(shè)備，設(shè)置在路側(cè)，包括信息通信模塊，用于利用網(wǎng)絡(luò)通信方式，與裝有廣域無(wú)線通信模塊的車輛進(jìn)行通信；和車速引導(dǎo)模塊，用于根據(jù)路段上每車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息以及能見(jiàn)度信息，計(jì)算分析出最佳車速，通過(guò)信息通信模塊發(fā)送給路段上的所有車輛；所述的車速引導(dǎo)模塊包括：平均車速計(jì)算模塊，用于計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻、本路側(cè)設(shè)備能接收到的路段上所有車輛的平均車速；安全車速計(jì)算模塊，用于采用停車視距模型，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻、本路側(cè)設(shè)備能接收到的路段上所有車輛的安全速度；最佳車速計(jì)算模塊，用于比較平均車速和安全車速，取二者較小值作為參考車速，并將參考車速優(yōu)化為數(shù)值5的倍數(shù)作為最佳車速；車速更新模塊，用于每周期對(duì)最佳車速重新選取，并輸出給信息通信模塊，周期時(shí)間為預(yù)設(shè)值。

優(yōu)選的，所述的最佳車速計(jì)算模塊還用于將計(jì)算出的最佳車速與相鄰的下游路段的最佳車速相比較，若當(dāng)前路段的最佳車速減去相鄰的下游路段的最佳車速大于車速差閾值，則優(yōu)化當(dāng)前路段的最佳車速為相鄰的下游路段的最佳車速與車速差閾值的和。

面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的霧天環(huán)境下高速公路安全車速引導(dǎo)系統(tǒng)，如圖1所示，它包括設(shè)置在路側(cè)的路側(cè)設(shè)備，和設(shè)置在車輛中的車載設(shè)備；其中，車載設(shè)備用于實(shí)時(shí)獲取道路的能見(jiàn)度信息，通過(guò)廣域無(wú)線通信技術(shù)將能見(jiàn)度信息和本車車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送給路側(cè)設(shè)備，并接收路側(cè)設(shè)備發(fā)送來(lái)的最佳車速，作為駕駛員的參考；路側(cè)設(shè)備包括信息通信模塊，用于利用網(wǎng)絡(luò)通信方式，與車載設(shè)備進(jìn)行通信；和車速引導(dǎo)模塊，用于根據(jù)路段上每車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息以及能見(jiàn)度信息，計(jì)算分析出最佳車速，通過(guò)信息通信模塊發(fā)送給路段上的所有車輛；所述的車速引導(dǎo)模塊包括：平均車速計(jì)算模塊，用于計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻、本路側(cè)設(shè)備能接收到的路段上所有車輛的平均車速；安全車速計(jì)算模塊，用于采用停車視距模型，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻、本路側(cè)設(shè)備能接收到的路段上所有車輛的安全速度；最佳車速計(jì)算模塊，用于比較平均車速和安全車速，取二者較小值作為參考車速，并將參考車速優(yōu)化為數(shù)值5的倍數(shù)作為最佳車速；車速更新模塊，用于每周期對(duì)最佳車速重新選取，并輸出給信息通信模塊，周期時(shí)間為預(yù)設(shè)值。

本實(shí)施例中，本系統(tǒng)對(duì)高速公路進(jìn)行分段并編號(hào)，所述的路側(cè)設(shè)備設(shè)置在每段高速公路的中部，每段高速公路的長(zhǎng)度保證所對(duì)應(yīng)的路側(cè)設(shè)備的信號(hào)范圍能夠覆蓋整段高速公路。優(yōu)選的，所述的高速路段中，對(duì)團(tuán)霧多發(fā)路段以1公里為單位進(jìn)行分段，對(duì)平流霧路段以3-5公里為單位進(jìn)行分段。

利用上述面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的霧天環(huán)境下高速公路安全車速引導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的高速公路安全車速引導(dǎo)方法，在考慮道路安全，交通流狀態(tài)，和路段間車速差三個(gè)因素的基礎(chǔ)上，確定各路段的最佳車速，引導(dǎo)各路段上的車速趨于一致。如圖3所示，它包括以下步驟：

S1、各路側(cè)設(shè)備分別獲取對(duì)應(yīng)高速公路上所有車輛發(fā)送來(lái)的能見(jiàn)度信息和實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息，計(jì)算出每段高速公路的平均車速和安全車速；

S2、比較平均車速和安全車速，取二者較小值作為參考車速，并將參考車速優(yōu)化為數(shù)值5的倍數(shù)作為最佳車速；

S3、每周期對(duì)最佳車速重新選取，發(fā)送給對(duì)應(yīng)高速公路上所有車輛，周期時(shí)間為預(yù)設(shè)值；

S4、車載設(shè)備接收最佳車速提示駕駛員。

優(yōu)選的，計(jì)算出最佳車速后，將計(jì)算出的最佳車速與相鄰的下游路段的最佳車速相比較，若當(dāng)前路段的最佳車速減去相鄰的下游路段的最佳車速大于車速差閾值，則優(yōu)化當(dāng)前路段的最佳車速為相鄰的下游路段的最佳車速與車速差閾值的和。

進(jìn)一步優(yōu)選的，車載設(shè)備接收到的最佳車速與當(dāng)前車速若相差超過(guò)設(shè)定的閾值，則提示駕駛員以5km/h為單位分步降速。

本實(shí)施例中，車載設(shè)備包括信息采集模塊，通過(guò)GPS(全球定位系統(tǒng))技術(shù)采集并處理得到本車車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息，通過(guò)車載數(shù)字CCD攝像頭采集道路的能見(jiàn)度信息，本車車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息包括車輛位置信息、車輛所在車道信息和車輛速度信息；還包括車載無(wú)線通信模塊，采用廣域無(wú)線通信方式如3G\4G\5G(任選一種即可)，將采集到的信息發(fā)送給當(dāng)前路段對(duì)應(yīng)的路側(cè)設(shè)備，并接收來(lái)自路側(cè)設(shè)備的車速引導(dǎo)信息；顯示模塊，將路側(cè)設(shè)備發(fā)送的車速引導(dǎo)信息顯示給駕駛員。

采用車載數(shù)字CCD攝像頭來(lái)采集道路能見(jiàn)度信息，其原理是用車載數(shù)字CCD攝像頭代替能見(jiàn)度定義中的人眼攝取圖像，通過(guò)分析數(shù)字圖像的特征確定能見(jiàn)度的量值，與傳統(tǒng)的能見(jiàn)度測(cè)量方法相比，其值更接近于氣象能見(jiàn)度。目前的氣象信息檢測(cè)主要依靠建立氣象站來(lái)進(jìn)行收集，其要求布置密度大，成本昂貴，有一定的局限性。該系統(tǒng)以車載數(shù)字CCD攝像頭采集道路能見(jiàn)度信息，通過(guò)廣域無(wú)線通信技術(shù)將信息發(fā)送給周圍車輛和路側(cè)設(shè)備，對(duì)檢測(cè)路段范圍進(jìn)行無(wú)縫連接，形成一個(gè)信息共享的整體網(wǎng)絡(luò)，提高了采集數(shù)據(jù)的實(shí)效性和精度，降低了成本，并有助于駕駛員對(duì)即將進(jìn)入的霧區(qū)路段做出合理的駕駛選擇。

本實(shí)施例中，路段上的平均車速v_均計(jì)算公式如下：

式中：n為該時(shí)刻道路上的車輛數(shù)目；v_n為接收到的路段上各車輛的實(shí)時(shí)車速。

安全車速計(jì)算采用停車視距模型，在車輛行駛的過(guò)程中，車輛前方有障礙物，緊急剎車制動(dòng)至障礙物前完全停車的最短距離稱為停車視距。車輛制動(dòng)減速的整個(gè)過(guò)程如圖2所示，其中L_v為路段可視距離(能見(jiàn)度)，l₁為后車在駕駛員反應(yīng)時(shí)間t₁內(nèi)的行駛距離，l₂為后車在制動(dòng)時(shí)間t₂內(nèi)的行駛距離，l₃為前車在t₁+t₂時(shí)間內(nèi)的行駛距離，l_s為停車后兩車的安全距離(一般取5m)。

要保證后方車輛能安全停車，須滿足如下條件：

l₁+l₂+l_s≤L_v+l₃

考慮最不利的情況，在交通事故、貨物散落等情況下，前方障礙物處于靜止?fàn)顟B(tài)，即l₃＝0。此時(shí)，后方車輛能安全停車的條件為：

l₁+l₂+l_s≤L_v

l₁＝v·t₁

$l_2=\frac{v^2}{2g\·f}$

式中：v為后方車輛行駛速度；t₁為駕駛員反應(yīng)時(shí)間(一般取2.5秒)，g為重力加速度，f為路面摩擦系數(shù)，路段可視距離取道路的平均能見(jiàn)度。

根據(jù)上述條件，當(dāng)l₁+l₂+l_s＝L_v時(shí)，計(jì)算出最大安全車速v_安：

車速引導(dǎo)模塊完成路段平均車速v_均和安全車速v_安的計(jì)算后，將它們進(jìn)行比較，得到以下兩種情況：v_均＞v_安，則參考車速v_參＝v_安；v_均≤v_安，則參考車速v_參＝v_均，得到參考車速后將其優(yōu)化為數(shù)值5的倍數(shù)作為最佳車速；系統(tǒng)每30s對(duì)最佳車速進(jìn)行重新選取。

本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)主要在于：1)面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車，汽車上裝載數(shù)字?jǐn)z像頭，避免了路段布置檢測(cè)器密集成本與損壞后帶來(lái)檢測(cè)真空間隙；2)兼容3G/4G/5G通訊技術(shù)，不同車輛之間進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)與能見(jiàn)度信息的數(shù)據(jù)分享，形成了一個(gè)信息共享的整體網(wǎng)絡(luò)，有助于駕駛員對(duì)即將進(jìn)入的霧區(qū)路段做出合理的駕駛選擇；3)路段之間速度差的過(guò)渡，其中高速公路上不存在較大的偏差，車速差閾值一般都采取10km/h；4)系統(tǒng)目的在于將優(yōu)化后的參考車速作為引導(dǎo)車速發(fā)送給對(duì)應(yīng)路段上的所有車輛，使高速公路上各路段的車速能趨于一致，減少霧天因速度差而引起的交通事故。

以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計(jì)思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。