高速公路主动交通安全驾驶辅助方法及辅助系统

摘要

本高速公路主动交通安全驾驶辅助方法，包括在车辆驾驶室内由定位模块、语音提示模块、移动通信模块Ⅰ组成的移动终端，其中定位模块以及语音提示模块均连接于移动通信模块Ⅰ。建立远程数据处理服务器，并将用于与移动通信模块Ⅰ双向通讯的移动通信模块Ⅱ连接于数据处理服务器。定位模块以一定时间间隔T为频率周期性采集车辆当前地理位置，并通过移动通信模块Ⅰ与移动通信模块Ⅱ发送至数据处理服务器，当Vi值超过高速公路最高限速，则数据处理服务器通过移动通信模块Ⅱ向移动通信模块I发送报警提示指令，语言提示模块发出语音报警。因此可以有效提醒驾驶员通过保持合理的车速避免交通事故的发生。

说明书

技术领域

本发明涉及辅助驾驶系统技术领域，具体涉及一种高速公路主动交通安全驾驶辅 助方法及辅助系统。

背景技术

近年来，我国的高速公路交通安全形势较为严峻。高速公路的高标准和高投入并 没有带来真正意义上的出行高安全性。由恶劣天气和危化品、长途客车等重点营 运车辆引起的恶性交通事故频发，造成了严重的人身伤害和经济损失。

根据统计，高速公路的事故形态以各类碰撞、追尾为主(占70％)，其次是翻车 (占7％)、刮擦(占4％)和失火(占2％)。绝大多数交通事故都是由于人的因素 造成的，车辆超速、未保持安全车距是主要原因。据统计，驾龄1-3年、5-7年 引发的交通事故较多，因疲劳驾驶、超速等违法行为引发的交通事故占99％。已 婚的中年人驾车较为稳妥，而年轻人则较为激进，老年人尽管同样稳妥，但对意 外事件的反应速度较为缓慢。在交通事故的时间分布上，00:00-4:00、 12:00-14:00和14:00-16:00为最主要的事故易发时段。

高速公路安全是一个涉及驾驶人、车辆、道路环境、交通管理等多个因素的复杂 系统，其中，人的因素起主要作用。汽车厂家(尤其是小型客车厂家)、交通和 公安管理部门、运营车辆企业均采取了多种方式提高出行安全性。然而，这些方 法较少涉及到面向驾驶人个体的驾驶辅助系统(公安部门主要采用惩罚和法律手 段治理违法行为)，因此，研究面向驾驶人的主动安全驾驶辅助系统非常有必要。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，从分析驾驶人行为习惯入手，在驾驶人行为特 征分析和风险评估基础上，提供了一种通过综合分析驾驶员驾驶行为、交通流、 车辆组成、道路环境条件等多种因素，提高高速公路交通安全性的高速公路主动 交通安全驾驶辅助方法及辅助系统。

本发明克服现有方式不足所采用的技术方案是：

本高速公路主动交通安全驾驶辅助方法，包括如下步骤：

a)在车辆驾驶室内由定位模块、语音提示模块、移动通信模块Ⅰ组成的移动终端， 其中定位模块以及语音提示模块均连接于移动通信模块Ⅰ；

b)建立远程数据处理服务器，并将用于与移动通信模块Ⅰ双向通讯的移动通信模 块Ⅱ连接于数据处理服务器；

c)定位模块以一定时间间隔T为频率周期性采集车辆当前地理位置，并通过移 动通信模块Ⅰ与移动通信模块Ⅱ发送至数据处理服务器，数据处理服务器根据前 后两次地理位置变化的距离L根据公式V＝L/T计算个体车速V，并记录不同时刻 下车辆个体车速V构成的个体车速序列V_i，当V_i值超过高速公路最高限速， 则数据处理服务器通过移动通信模块Ⅱ向移动通信模块I发送报警提示指令，语 言提示模块发出语音报警。

为了防止异常数据干扰，还包括当个体车速V小于40Km/h，且周围其它车辆个 体车速大于高速公路最低限速时，数据处理服务器将此车速信息判定为异常数 据，进行删除处理。

为了准确使驾驶员得知当前风险指数，驾驶员通过信息输入模块输入性别、驾龄、 年龄、车型等车辆信息并通过移动通信模块Ⅰ与移动通信模块Ⅱ发送至数据处理 服务器存储，数据处理服务器建立百分制风险指数，当满足驾驶员性别为男性或 高速公路行驶时间为00:00-4:00、12:00-14:00以及14:00-16:00时间段或驾驶 员驾龄为1-3年、5-7年或年龄为19-30岁、>60岁或车型为货车任意三项条件 及以上时，数据处理服务器判定初始风险评分为80分并发送至与移动通信模块 Ⅰ连接的显示模块显示，当满足上述两项及两项以下条件时，数据处理服务器判 定初始风险评分为60分并发送至与移动通信模块Ⅰ连接的显示模块显示。

为了计算个体车速与所有车辆平均速度的偏离程度，数据处理服务器对单位距离 L’内所有数量为N的车辆在时间间隔T的个体车速序列V_i，根据公式计算整体平均速度根据公式计算85％位车速，根据公式计算 15％位车速，σ_V为标准差，当某车辆的个体车速V大于85％ 位车速或小于15％位车速时，判定该车辆严重偏离整体平均车速，数据处理服务 器通过移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块Ⅰ发送报警提示指令，语言提示模块发 出语音报警。

为了实现路况以及天气信息对驾驶员的辅助提醒，交通管理部门的交管信息服务 器以及气象部门的气象信息服务器将事故易发路段信息以及天气信息通过网络 发送至数据处理服务器，当车辆驶至相应路段以及遇到雨雪天气时，数据处理服 务器移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块Ⅰ发送报警提示指令，语言提示模块发出 语音报警。

计算车辆安全时速以及安全车距，数据处理服务器对单位距离L’内的所有安装 有移动终端的车辆，根据公式L’×N/M计算车辆的平均间距式中N为车辆 数，M为车道数量，数据处理服务器依据反推安全车速V_A，当V_A小于车辆 个体车速V时，数据处理服务器通过移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块Ⅰ发送报 警提示指令，语言提示模块发出语音报警。

数据处理服务器根据向车辆发送的报警提示指令记录生成驾驶人员的驾驶行为 报告，并定期将驾驶行为报告通过移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块Ⅰ发送至显 示模块显示。

通过动态更新驾驶风险评分使驾驶人掌握风险情况，当个体车速V大于高速公路 最高限速时，数据处理服务器每间隔2分钟对驾驶风险评分增加1分，并通过移 动通信模块Ⅱ以及移动通信模块Ⅰ发送至显示模块显示。

为了降低货车导致的事故，数据处理服务器根据信息输入模块输入的车型信息并 结合车辆车速记录，筛选确认单位距离路段内货车的数量Q，根据公式R＝Q/N× 100％计算货车在车流中所占比例，式中N为该路段所有车辆的数目，设定临界比 例R^*＝10％，当R＝R^*时，数据处理服务器通过移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块 Ⅰ向该路段中所有车型为客车的车辆发送报警提示指令，语言提示模块发出语音 报警。

为了防止交通异常导致事故发生，数据处理服务器对同区间、同时间内所有车辆 的整体平均速度进行监测，当同时间段、同区间内整体平均速度下降10％以 上，数据处理服务器通过移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块Ⅰ向道路下游车辆发 出报警提示指令，语言提示模块发出语音报警。

为了实现动态评估行车风险，当发出报警提醒后，当车辆时速超过安全车速 V_A10％以上时，数据处理服务器对驾驶风险评分增加1分，否则对驾驶风险评 分降低1分，并通过移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块Ⅰ发送至显示模块显示。 为了对临界比例R^*进行动态修正，当发生交通异常时，数据处理服务器记录此 时路段内车辆中货车所占比例R，经一定时间T^*积累后，记录不同交通异常下 货车比例R_i，根据公式重新计算临界比例R^*，以85％位值修正临界 比例R^*，$\bar{R}=\frac{\Sigma R_i}{n},$${\sigma }_R=\sqrt{\frac{\Sigma (R_i-\bar{R})}{n-1}},$式中n为统计的交通异常次数。

本发明还涉及一种高速公路主动交通安全驾驶辅助系统，包括安装于车辆驾驶室 内的定位模块，用于获取车辆实时地理位置；

安装于车辆驾驶室内的语音提示模块，用于发出语音提示，告知驾驶人合理

的安全时速和驾驶、风险提醒；

安装于驾驶室内的显示模块，用于显示报警信息；

安装于驾驶室内的信息输入模块，用于输入驾驶员性别、驾龄、年龄以及车 型信息；

定位模块、语音提示模块、信息输入模块以及显示模块连接于移动通信模块 Ⅰ；

数据处理服务器通过移动通信模块Ⅱ与移动通信模块Ⅰ双向通讯；

电子地图模块连接于显示模块，用于在显示模块上显示地图信息；

交通管理部门的交管信息服务器以及气象部门的气象信息服务器通过网络连 接于数据处理服务器。

本发明的有益效果是：数据处理服务器通过移动通信模块Ⅱ向移动通信模块I 发送报警提示指令，语言提示模块发出语音报警。因此可以有效提醒驾驶员通过 保持合理的车速避免交通事故的发生。通过主动分析车速，利用移动网络传送报 警信息，以便于以驾驶人员为中心建立高速交通安全辅助系统。系统主要从风险 等级提醒和安全车速方面给出建议，通过降低车辆之间的速度差异，使交通流保 持均匀、稳定，从而提高行驶安全性。

附图说明

图1为本发明的系统原理示意框图；

图2为本发明的流程原理图；

具体实施方式

下面结合附图1和附图2对本发明做进一步说明。

本高速公路主动交通安全驾驶辅助方法，包括如下步骤：

(1)在车辆驾驶室内由定位模块、语音提示模块、移动通信模块Ⅰ组成的移动终 端，其中定位模块以及语音提示模块均连接于移动通信模块Ⅰ。定位模块可以基 于GPS、北斗或者网络定位等技术。移动终端可以是车载或手持智能移动终端(2) 建立远程数据处理服务器，并将用于与移动通信模块Ⅰ双向通讯的移动通信模块 Ⅱ连接于数据处理服务器。(3)定位模块以一定时间间隔T为频率周期性采集 车辆当前地理位置，并通过移动通信模块Ⅰ与移动通信模块Ⅱ发送至数据处理服 务器，数据处理服务器根据前后两次地理位置变化的距离L根据公式V＝L/T计算 个体车速V，并记录不同时刻下车辆个体车速V构成的个体车速序列V_i，当V_i值超过高速公路最高限速，则数据处理服务器通过移动通信模块Ⅱ向移动通信模 块I发送报警提示指令，语言提示模块发出语音报警。因此可以有效提醒驾驶员 通过保持合理的车速避免交通事故的发生。通过主动分析车速，利用移动网络传 送报警信息，以便于以驾驶人员为中心建立高速交通安全辅助系统，提高了高速 公路的交通安全性。

还包括当个体车速V小于40Km/h，且周围其它车辆个体车速大于高速公路最低 限速时，数据处理服务器将此车速信息判定为异常数据，进行删除处理的步骤。 因为异常数据的产生通常是由车辆临时停车或者数据采集错误所产生，因此通过 将数据处理服务器将异常数据删除，有效提高了数据处理服务器运行效率，提高 了数据处理的精度。

驾驶员通过信息输入模块输入性别、驾龄、年龄、车型信息并通过移动通信模块 Ⅰ与移动通信模块Ⅱ发送至数据处理服务器存储，数据处理服务器建立百分制风 险指数。如表一所示，根据高速公路运营交通事故统计数据得知，驾驶人性别为 男性、出行时间在为00:00-4:00、12:00-14:00以及14:00-16:00时间段、驾龄 为1-3年或5-7年、年龄为19-30岁、>60岁以及车型为货车时属于风险级别高 的等级。因此若当满足驾驶员性别为男性或高速公路行驶时间为00:00-4:00、 12:00-14:00以及14:00-16:00时间段或驾驶员驾龄为1-3年、5-7年或年龄为 19-30岁、>60岁或车型为货车任意三项条件及以上时，数据处理服务器判定初 始风险评分为80分并发送至与移动通信模块Ⅰ连接的显示模块显示，当满足上 述两项及两项以下条件时，数据处理服务器判定初始风险评分为60分并发送至 与移动通信模块Ⅰ连接的显示模块显示。通过百分制方法建立驾驶风险指数，驾 驶员通过车内的显示模块一目了然得知当前行驶风险级别，以便于其及时根据风 险等级调整车速或者引起警觉，进一步提高行车安全。当交通流中出现了风险评 分大于80分的驾驶员，且其个体车速大于85％位车速时，数据处理服务器可以 对同时间、同路段、同方向的车辆给予语音提示，告知其注意避让、保持安全车 距。当个体车速V大于高速公路最高限速时，数据处理服务器每间隔2分钟对驾 驶风险评分增加1分，并通过移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块Ⅰ发送至显示模 块显示。通过风险评分的实时调整，方便对驾驶员的行车风险进行动态评估，进 一步确保其规范驾驶，确保行车安全。

表一

数据处理服务器可以对单位距离L’内所有数量为N的车辆在时间间隔T的个体 车速序列V_i，根据公式计算整体平均速度根据公式计算 85％位车速，根据公式计算15％位车速，σ_V为标准差，当某车辆的个体车速V大于85％位车速或小于15％位车速时，数据处理服务器通 过移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块Ⅰ发送报警提示指令，语言提示模块发出语 音报警。85％位车速表示在该路段行驶的所有车辆中，有85％的车辆行驶速度在 此速度以下，只有15％的车辆行驶速度高于此值。用于确定路段的最高限制车速。 而15％位车速则表示在该路段行驶的所有车辆中，有15％的车辆行驶速度在此速 度以下，有85％的车辆行驶速度高于此值。用于确定路段的最低限制车速。当车 辆个体车速V与整体平均速度的偏离程度差值越大，则说明车速分布越离散， 此时超车的现象越多，则事故率越高，因此通过语音提示使驾驶员将车辆个体车 速V控制在15％位、85％位车速之间，即可以保证行车安全，又能防止速度过低 导致的道路拥堵。数据处理服务器还可以对同区间、同时间内所有车辆的整体平 均速度进行监测，当同时间段、同区间内整体平均速度下降10％以上时，说 明此时发生交通异常，数据处理服务器通过移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块Ⅰ 向道路下游车辆发出报警提示指令，语言提示模块发出语音报警。告知前方交通 出现异常，驾驶员应降低车速、谨慎驾驶。待车速整体恢复正常后，数据处理服 务器取消该语音提示报警。

交通管理部门的交管信息服务器以及气象部门的气象信息服务器将事故易发路 段信息以及天气信息通过网络发送至数据处理服务器，当车辆驶至相应路段以及 遇到雨雪天气时，数据处理服务器移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块Ⅰ发送报警 提示指令，语言提示模块发出语音报警。有效提醒驾驶人员在事故易发路段以及 特殊天气时，降低车速以及保持安全车距，进一步提高了安全性。

数据处理服务器可以对单位距离L’内的所有安装有移动终端的车辆，根据公式 L’×N/M计算车辆的平均间距式中N为车辆数，M为车道数量。根据《中华 人民共和国道路安全法》规定，机动车在高速公路上行驶，车速超过每小时100 公里时，安全车距应为100米以上，车速低于每小时100公里时，最小安全车距 不得少于50米。交管部门建议，当机动车车速为60公里时，行车间距应为60 米以上，时速为80公里时，行车间距为80米以上，以此类推。据此，数据处理 服务器根据平均间距反推得到车辆的安全车速V_A。当V_A小于车辆个体车速 V时，则认为车辆存在安全隐患，数据处理服务器通过移动通信模块Ⅱ以及移动 通信模块Ⅰ发送报警提示指令，语言提示模块发出语音报警。同时可以发送安全 车速V_A的数值通过显示模块显示，以方便驾驶员及时调整。当发出驾驶提醒后， 若车辆时速超过安全车速V_A10％以上时，数据处理服务器对驾驶风险评分增加 1分，否则对驾驶风险评分降低1分，并通过移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块 Ⅰ发送至显示模块显示。通过动态评估车速与安全车速的比值，进一步确保及时 对驾驶员的提醒。

数据处理服务器可以根据向车辆发送的报警提示指令记录生成驾驶人员的驾驶 行为报告，并定期将驾驶行为报告通过移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块Ⅰ发送 至显示模块显示。驾驶员通过定期查看驾驶行为报告，改进驾驶习惯，提高今后 在高速公路的行驶安全性。

货车是影响高速公路运营安全的主要因素。根据移动终端的录入信息，以及车速 历史信息，进行该单位距离内的车型判断。大型货车的行驶速度一般在60-90 km/h，明显慢于其它车型100-120km/h的时速，因此数据处理服务器根据信息输 入模块输入的车型信息和车速历史记录，筛选确认单位距离路段内货车的数量 Q，根据公式R＝Q/N×100％计算货车在车流中所占比例，式中N为该路段所有车 辆的数目。货车比例较低时，客车行驶的自由度较高，客车司机的超车冒险意识 较强，事故率较高；货车比例较高时，由于货车时速低，且客车司机通常采取更 为安全的低速行驶，从而事故率较低。设定临界比例R^*＝10％，当R＝R^*时，数据 处理服务器通过移动通信模块Ⅱ以及移动通信模块Ⅰ向该路段中所有车型为客 车的车辆发送报警提示指令，语言提示模块发出语音报警。由于事故发生的诱因 是多方面的，因此较难用一个统一的取值衡量不同路段不同地区的取值，因此当 发生交通异常时，数据处理服务器记录此时路段内车辆中货车所占比例R，经一 定时间T^*积累后，记录不同交通异常下货车比例R_i，根据公式重 新计算临界比例R^*，以85％位值修正临界比例R^*，式中n为统计的交通异常次数。通过修正，可以提高计算精度，提高报警信息的 准确性。

如附图1所示，本发明还涉及一种高速公路主动交通安全驾驶辅助系统，包括安 装于车辆驾驶室内的定位模块，用于获取车辆实时地理位置；安装于车辆驾驶室 内的语音提示模块，用于发出语音提示，以告知驾驶人合理的安全时速和驾驶、 风险提醒；安装于驾驶室内的显示模块，用于显示报警信息；安装于驾驶室内的 信息输入模块，用于输入驾驶员性别、驾龄、年龄以及车型信息；定位模块、语 音提示模块、信息输入模块以及显示模块连接于移动通信模块Ⅰ；数据处理服务 器通过移动通信模块Ⅱ与移动通信模块Ⅰ双向通讯；电子地图模块连接于显示模 块，用于在显示模块上显示地图信息；交通管理部门的交管信息服务器以及气象 部门的气象信息服务器通过网络连接于数据处理服务器。定位模块实时获取车辆 的地理位置，并通过移动通信模块Ⅰ以及移动通信模块Ⅱ发送至数据处理服务器 进行数据计算，驾驶员可以通过信息输入模块将驾驶员性别、驾龄、年龄以及车 型信息输入，并通过移动通信模块Ⅰ以及移动通信模块Ⅱ发送至数据处理服务器 存储。数据处理服务器将报警信息发送至语音提示模块，其发出语音报警信息， 及时提醒驾驶人员，并可发送至显示模块显示。并且显示模块可以用于显示电子 地图模块中的电子地图，方便驾驶人员进行GPS导航，提高了多功能性。交通管 理部门的交管信息服务器以及气象部门的气象信息发送至数据处理服务器，以便 于数据处理服务器将事故多发路段信息以及天气异常信息发送至语音提示模块 以及显示模块，以及时通知驾驶员。