一种考虑定位误差和通信时延的交叉口车辆碰撞概率计算方法及系统与流程

1.本发明属于自动驾驶安全领域，特别涉及一种考虑定位误差和通信时延的交叉口车辆碰撞概率计算方法及系统。


背景技术：

2.随着车联网技术的发展，车辆主动避撞预警系统变成了当前研究热门。车联网技术促进了交通一体化，通过车-车、车-路实时信息交互，把交通系统变成了一个协调有序的整体，从而很大程度上提高交通效率和车辆安全。
3.交叉口是道路交通中易发生车辆碰撞事故的交通场景，由于交叉口场景下，车辆存在诸多盲区，驾驶员对周围行车环境信息感知不完全，导致车辆碰撞事故的发生。车联网环境下的交叉口，车辆可以实时完成信息的交互，扩展了车辆行驶盲区，增强了驾驶员视野，在车联网环境下也更有利于车辆碰撞预警，为驾驶员在交叉口环境下提供可靠的安全保障。
4.v2x即vehicle-to-everything，是智能汽车和智能交通的支撑技术之一。v2x包括：车辆与车辆v2v、车辆与基础设施v2i、车辆与行人v2p、车辆与外部网络v2n等各种应用通信应用场景。目前而言，基于v2v通信车辆能实现前方碰撞预警、变道辅助、左转辅助、协同式自适应巡航控制等，基于v2i通信可以实现速度建议、交通优先权、路况预警、闯红灯预警、当前天气影响预警、停车位和充电桩寻位等应用；基于v2p通信，能实现弱势道路使用者的预警和防护，基于v2n通信可实现实时交通路线规划、地图更新等服务。


技术实现要素：

5.为实现上述目的，本发明提供一种考虑定位误差和通信时延的交叉口车辆碰撞概率计算系统，包括：车载通讯单元obu、车载定位模块gps、路侧通信单元rsu、边缘计算单元mec；
6.所述车载定位模块gps用于采集车辆当前的位置信息，包括车道信息与车辆位置信息；
7.所述路侧通信单元rsu置于交叉口的路侧，用于采集交叉口地图信息，并转发交叉口地图信息予所有车辆车载obu，并保持相对位置的持续通讯；
8.所述车载通讯单元obu安装于车辆，用于下载rsu发送的交叉口地图信息，回复车载gps上传的车辆绝对位置的同时，实时计算匹配车辆位置与交叉口相对位置的地图信息并与rsu交互车辆状态；
9.所述obu中集成有云控控制器；
10.所述边缘计算单元mec安装于路端，用于进行车辆位置预测和碰撞概率运算和路口交通协调。
11.其中，车载通讯单元obu与车载定位模块gps之间通过整车can网络相连接；
12.车载通讯单元obu与路侧通信单元rsu之间基于v2x进行通信连接，车载通讯单元obu与边缘计算单元mec之间基于v2x进行通信连接；
13.所述边缘计算单元mec与路侧通信单元rsu之间基于v2x进行通信连接；
14.车辆之间通过自身的车载通讯单元obu基于v2x进行通信连接。
15.本发明还提供一种考虑定位误差和通信时延的交叉口车辆碰撞概率计算方法，包括：
16.步骤一、车辆在进入交叉口后，车载通讯单元obu与路侧通信单元rsu、边缘计算单元mec之间基于v2x建立通信连接，车载通讯单元obu通过v2x通信，从路侧通信单元rsu处下载交叉口地图信息，所述云控控制器以交叉口中心作为原点，以正东方向为x轴，以正北方向为y轴，建立直角坐标系；
17.步骤二、所述云控控制器在传统的最小安全距离基础上，加入定位误差和通信时延，建立车辆最小安全距离。
18.最小安全距离模型为：
[0019][0020]
其中，v0为车辆当前速度，t
dr
为驾驶员反应时间，t
bd
为驾驶员采取制动到制动器起作用的时延，t
bm
为减速度增加到最大的时间，a
max
为车辆最大制动减速度，le为本车的长度，wh为目标车的宽度，d
min
为两车之间允许的最小间距，d
tr
为车辆之间通信时延造成的距离误差，δeg为车辆定位误差；
[0021]
步骤三、所述车载定位模块gps将采集的车辆当前位置信息发送到本车车载通讯单元obu，所述车载通讯单元obu将车辆的当前车速、计算出的最小安全距离和当前位置信息通过v2x的方式发送给边缘计算单元mec，所述mec将接收到的当前通讯范围内的所有车辆的当前车速、最小安全距离、当前位置进行计算，预测车辆位置，位置预测公式为：
[0022][0023][0024]
其中，v
0,x
，v
0,y
分别为车辆初始时刻交叉口坐标系下速度分量；a
0,x
，a
0,y
分别为车辆初始时刻交叉口坐标系下加速度分量；
[0025]
步骤四、所述边缘计算单元mec根据预测的车辆位置，计算出当前车辆与其他车辆的预测位置同时出现在交叉口碰撞区域的概率，即对交叉口车辆碰撞区域进行车辆出现概率的积分，从而得到车辆在交叉口发生碰撞的概率，对交叉口碰撞区域进行积分计算车辆碰撞概率，碰撞概率计算公式如下：
[0026][0027]
其中，y 和y-为交叉口碰撞区域的上边界和下边界，x 和x-分别为交叉口碰撞区域的右边界和左边界，f(x
e,t
,y
e,t
)和f(x
h,t
,y
h,t
)分别为本车和目标车位置的概率密度分布
函数，pt为t时刻两车在交叉口碰撞区域发生碰撞的概率，t由最小安全距离和车辆当前速度确定，
[0028]
公式为：
[0029]
t＝d
msd
/v0[0030]
步骤五、所述边缘计算单元mec将计算出的车辆碰撞概率pt通过v2x通信的方式发送给通信区域内车辆，所述车辆的车载通讯单元obu将接收到的p
t
的值与车辆碰撞概率阈值比较，若pt的值大于车辆碰撞概率阈值，则车载通讯单元obu向车辆发出预警信息，若pt的值小于车辆碰撞概率阈值，则不做处理。
[0031]
作为优选，在所述步骤三中，所述边缘计算单元mec在计算车辆预测位置时，会受到卫星定位误差的影响，其中，定位误差公式为：
[0032]eg
≈n(μ,σ2)
[0033]
其中，由于卫星定位不会有恒定的误差，所以μ取值为0，σ为定位误差的标准差；
[0034]
作为优选，在所述步骤三中，所述边缘计算单元mec在计算车辆预测位置时，会受到通信时延的影响，其中，通信时延造成的距离误差公式为：
[0035]dtr
≈v0·
t
tr
[0036]
其中，v0为车辆当前速度，t
tr
为车车通信时延；
[0037]
作为优选，在所述步骤三中，车辆位置预测值服从正态分布，概率密度分布函数如下：
[0038][0039]
其中，其中δ
x
，δy，δ
x
，δy，分别表示车辆在交叉口坐标系下在x轴和y轴上的协方差，分别为t时刻车辆在交叉口坐标系下的位置预测值。
[0040]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0041]
1.本发明提出的方法，与现有车辆碰撞预警方法相比，考虑了车联网环境下车辆定位误差和通信时延对预警及时性的影响，通过构建考虑定位误差和通信时延的最小安全距离，保证预警的及时性；
[0042]
2.本发明提出的方法，由最小安全距离计算预测时间，对车辆位置进行预测，并通过对交叉口碰撞区域进行积分，从而计算出车辆在交叉口发生碰撞的概率，为车辆提供更好的预警性能。
附图说明
[0043]
图1为本发明系统的各部件连接关系；
[0044]
图2为本发明方法的坐标系示意图；
[0045]
图3为本发明方法的流程图。
具体实施方式
[0046]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]
本发明实施例提出一种考虑定位误差和通信时延的交叉口车辆碰撞概率计算系统，包括：车载通讯单元obu1、车载定位模块gps2、路侧通信单元rsu3、边缘计算单元mec4；
[0048]
所述车载定位模块gps2用于采集车辆当前的位置信息，包括车道信息与车辆位置信息；
[0049]
所述路侧通信单元rsu3置于交叉口的路侧，用于采集交叉口地图信息，并转发交叉口地图信息予所有车辆车载obu，并保持相对位置的持续通讯；
[0050]
所述车载通讯单元obu1安装于车辆，用于下载rsu发送的交叉口地图信息，回复车载gps上传的车辆绝对位置的同时，实时计算匹配车辆位置与交叉口相对位置的地图信息并与rsu交互车辆状态；所述车载通讯单元obu中集成有云控控制器；
[0051]
所述边缘计算单元mec4安装于路端，用于进行车辆位置预测和碰撞概率运算和路口交通协调。
[0052]
如图1所示，所述车载通讯单元obu1与车载定位模块gps2之间通过整车can网络相连接；
[0053]
车载通讯单元obu1与路侧通信单元rsu3之间基于v2x进行通信连接，车载通讯单元obu1与边缘计算单元mec4之间基于v2x进行通信连接；
[0054]
所述边缘计算单元mec4与路侧通信单元rsu3之间基于v2x进行通信连接；
[0055]
车辆之间通过自身的车载通讯单元obu1基于v2x进行通信连接。
[0056]
如图2、图3所示，本发明还提供一种考虑定位误差和通信时延的交叉口车辆碰撞概率计算方法，包括：
[0057]
s1、车辆在进入交叉口后，车载通讯单元obu1与路侧通信单元rsu3、边缘计算单元mec4之间基于v2x建立通信连接，车载通讯单元obu1通过v2x通信，从路侧通信单元rsu3处下载交叉口地图信息，所述云控控制器以交叉口中心作为原点，以正东方向为x轴，以正北方向为y轴，建立直角坐标系；
[0058]
s2、所述云控控制器在传统的最小安全距离基础上，加入定位误差和通信时延，建立车辆最小安全距离。
[0059]
最小安全距离模型为：
[0060][0061]
其中，v0为车辆当前速度，t
dr
为驾驶员反应时间，t
bd
为驾驶员采取制动到制动器起作用的时延，t
bm
为减速度增加到最大的时间，a
max
为车辆最大制动减速度，le为本车的长度，wh为目标车的宽度，d
min
为两车之间允许的最小间距，d
tr
为车辆之间通信时延造成的距离误差，δeg为车辆定位误差；
[0062]
s3、所述车载定位模块gps2将采集的车辆当前位置信息发送到本车车载通讯单元obu1，所述车载通讯单元obu1将车辆的当前车速、计算出的最小安全距离和当前位置信息通过v2x的方式发送给边缘计算单元mec4，所述mec将接收到的当前通讯范围内的所有车辆
的当前车速、最小安全距离、当前位置进行计算，预测车辆位置，所述边缘计算单元mec4在计算车辆预测位置时，会受到卫星定位误差的影响，其中，定位误差公式为：
[0063]eg
≈n(μ,σ2)
[0064]
其中，由于卫星定位不会有恒定的误差，所以μ取值为0，σ为定位误差的标准差；
[0065]
进一步地，所述边缘计算单元mec4在计算车辆预测位置时，会受到通信时延的影响，其中，通信时延造成的距离误差公式为：
[0066]dtr
≈v0·
t
tr
[0067]
其中，v0为车辆当前速度，t
tr
为车车通信时延；
[0068]
在整个过程中，车辆位置预测值服从正态分布，概率密度分布函数如下：
[0069][0070]
其中，其中δ
x
，δy，δ
x
，δy，分别表示车辆在交叉口坐标系下在x轴和y轴上的协方差，分别为t时刻车辆在交叉口坐标系下的位置预测值。
[0071]
所述边缘计算单元mec4的位置预测公式为：
[0072][0073][0074]
其中，v
0,x
，v
0,y
分别为车辆初始时刻交叉口坐标系下速度分量；a
0,x
，a
0,y
分别为车辆初始时刻交叉口坐标系下加速度分量；
[0075]
s4、所述边缘计算单元mec4根据预测的车辆位置，计算出当前车辆与其他车辆的预测位置同时出现在交叉口碰撞区域的概率，即对交叉口车辆碰撞区域进行车辆出现概率的积分，从而得到车辆在交叉口发生碰撞的概率，对交叉口碰撞区域进行积分计算车辆碰撞概率，碰撞概率计算公式如下：
[0076][0077]
其中，y 和y-为交叉口碰撞区域的上边界和下边界，x 和x-分别为交叉口碰撞区域的右边界和左边界，f(x
e,t
,y
e,t
)和f(x
h,t
,y
h,t
)分别为本车和目标车位置的概率密度分布函数，pt为t时刻两车在交叉口碰撞区域发生碰撞的概率，t由最小安全距离和车辆当前速度确定，公式为：
[0078]
t＝d
msd
/v0[0079]
s5、所述边缘计算单元mec将计算出的车辆碰撞概率pt通过v2x通信的方式发送给通信区域内车辆，所述车辆的车载通讯单元obu1将接收到的p
t
的值与车辆碰撞概率阈值比较，若pt的值大于车辆碰撞概率阈值，则车载通讯单元obu1向车辆发出预警信息，若pt的值小于车辆碰撞概率阈值，则不做处理。
[0080]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
[0081]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0082]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。