本發(fā)明涉及交通安全領(lǐng)域，特別是涉及一種基于車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法、系統(tǒng)及車輛。

背景技術(shù)：

錯綜復(fù)雜的交通環(huán)境容易形成道路視覺盲區(qū)，對車輛的安全駕駛造成了嚴(yán)重影響。特別是大中型車輛的車體、樓宇、綠化等對視線造成遮擋，后車在變道、超車時難以及時反應(yīng)，容易造成嚴(yán)重的交通事故。目前，由于大中型車輛的車體、樓宇、綠化等對視線造成的遮擋導(dǎo)致的交通事故，已經(jīng)成為影響交通安全的突出問題。

現(xiàn)有的盲區(qū)感知方法慣于將車輛看作離散、獨立的單體節(jié)點，通過裝備各種智能傳感設(shè)備，如車載雷達(dá)、攝像頭等，對道路視覺盲區(qū)進(jìn)行感知和預(yù)警。然而，由于將車輛看作離散、獨立的單體節(jié)點，并且光線、雷達(dá)波等信號沿直線傳播，遇到遮擋后無法穿透或繞過障礙物，因此，現(xiàn)有的盲區(qū)感知方法不能對非視距(Non-Line of Sight，NLOS)范圍內(nèi)由車體、樓宇、植被綠化等遮擋造成的隱性盲區(qū)進(jìn)行全局可靠感知。如圖1所示，本車為v₁，其鄰居車輛為v₂、v₃、v₄，現(xiàn)有的單點觀測法本車能夠在一定程度上探測到視距(Line of Sight，LOS)范圍內(nèi)自然形成的顯性盲區(qū)，如后視鏡夾角盲區(qū)，霧霾導(dǎo)致的低能見度區(qū)域等，但是由于鄰居車輛v₃的遮擋，無法對非視距范圍內(nèi)的隱性盲區(qū)Y進(jìn)行全局可靠感知。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種基于車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法、系統(tǒng)及車輛，對非視距范圍內(nèi)由車體、樓宇、植被綠化等遮擋造成的隱性盲區(qū)進(jìn)行全局可靠感知。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法，包括：獲取本車的合作感知消息；檢查所述合作感知消息的丟包情況，獲取所述合作感知消息中丟包消息的地址，其中所述合作感知消息中丟包消息表示本車的隱性盲區(qū)；根據(jù)所述合作感知消息中丟包消息的地址，建立包含丟包重傳請求序列的本車丟包重傳請求；獲取鄰居車輛的包含丟包重傳請求序列的鄰車丟包重傳請求，所述鄰居車輛為與本車距離小于監(jiān)控興趣范圍的半徑長度的車輛，所述監(jiān)控興趣范圍為假設(shè)車輛在無盲區(qū)的情況下的最大監(jiān)控范圍；對所述鄰車丟包重傳請求的次數(shù)從高到低進(jìn)行排序；選取排序在設(shè)定位置之前的所述鄰車丟包重傳請求對應(yīng)的各合作感知消息；向所述鄰居車輛附帶發(fā)送所述本車丟包重傳請求以及選取的所述各合作感知消息，使得本車以及鄰居車輛分別獲得丟包的合作感知消息。

可選的，所述本車的合作感知消息包括當(dāng)前地理位置消息、實時車速消息和安全警告消息中至少一者；

所述獲取本車的合作感知消息，具體包括：利用GPS(Global Positioning System)定位裝置獲取所述當(dāng)前地理位置消息，利用感知道路環(huán)境信息的智能感知節(jié)點獲取所述實時車速消息和所述安全警告消息。

可選的，所述合作感知消息具有生命周期，所述合作感知消息超過所述生命周期后，將被清除。

可選的，所述向所述鄰居車輛附帶發(fā)送所述本車丟包重傳請求以及選取的所述各合作感知消息是以數(shù)據(jù)附帶的形式嵌入到周期性廣播數(shù)據(jù)包中進(jìn)行的。

可選的，所述向所述鄰居車輛附帶發(fā)送所述本車丟包重傳請求以及選取的所述各合作感知消息是利用全雙工天線完成的。

一種基于車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知系統(tǒng)，包括：信息獲取模塊，用于獲取本車的合作感知消息；丟包地址獲取模塊，用于檢查本車的所述合作感知消息的丟包情況，獲取所述合作感知消息中丟包消息的地址，其中所述合作感知消息中丟包消息表示本車的隱性盲區(qū)；本車請求建立模塊，用于根據(jù)所述合作感知消息的丟包消息的地址，建立包含丟包重傳請求序列的本車丟包重傳請求；鄰車請求獲取模塊，用于獲取鄰居車輛的包含丟包重傳請求序列的鄰車丟包重傳請求，所述鄰居車輛為與本車距離小于監(jiān)控興趣范圍的半徑長度的車輛，所述監(jiān)控興趣范圍為假設(shè)車輛在無盲區(qū)的情況下的最大監(jiān)控范圍；排序模塊，用于對鄰車丟包重傳請求的次數(shù)從高到低進(jìn)行排序；選取模塊，用于選取排序在設(shè)定位置之前的所述鄰車丟包重傳請求對應(yīng)的各合作感知消息；發(fā)送模塊，用于向所述鄰居車輛附帶發(fā)送所述本車丟包重傳請求以及選取的所述各合作感知消息，使得本車以及鄰居車輛分別獲得丟包的合作感知信息。

可選的，所述本車的合作感知消息包括當(dāng)前地理位置消息、實時車速消息和安全警告消息中至少一者；

所述信息獲取模塊，具體包括：定位單元，用于利用GPS定位裝置獲取所述當(dāng)前地理位置消息；感知單元，用于利用感知道路環(huán)境信息的智能感知節(jié)點獲取所述實時車速消息和所述安全警告消息。

可選的，所述合作感知消息具有生命周期，所述合作感知消息超過所述生命周期后，將被清除。

可選的，所述向所述鄰居車輛附帶發(fā)送所述本車丟包重傳請求以及選取的所述各合作感知消息是以數(shù)據(jù)附帶的形式嵌入到周期性廣播數(shù)據(jù)包中進(jìn)行的。

一種車輛，所述車輛設(shè)置有所述基于車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出了一種基于車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法，每個車輛將接收到的合作感知消息保存到各自的接收緩存中，并選取一定數(shù)量已經(jīng)接收到的合作感知消息，以數(shù)據(jù)附帶的形式嵌入到自身的周期性廣播數(shù)據(jù)包中進(jìn)行附帶轉(zhuǎn)發(fā)，解決了車體、樓宇、植被等對信號遮擋造成的合作感知消息丟包問題，并且無需引入額外的通信開銷就能通過車輛的協(xié)同合作轉(zhuǎn)發(fā)恢復(fù)丟包數(shù)據(jù)，在提高動態(tài)車輛通信吞吐率的同時，實現(xiàn)了分布式廣播模式下車輛對隱性盲區(qū)的可靠、實時感知。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法的隱形盲區(qū)圖；

圖2為本發(fā)明實施例車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法的車聯(lián)云動態(tài)邊界分割圖；

圖3為本發(fā)明實施例車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法的流程圖；

圖4為本發(fā)明實施例車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一個具體實施例車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法與其他方法在不同車輛數(shù)目下獲取的合作感知消息的平均可靠度的對比圖；

圖6為本發(fā)明一個具體實施例車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法與其他方法在6個車輛下CDF分布對比圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

構(gòu)建車聯(lián)云：依據(jù)每個車輛的監(jiān)控興趣范圍對車群進(jìn)行動態(tài)分割，形成內(nèi)部彼此相互影響、又與外部相對獨立的車聯(lián)云。

圖2為本發(fā)明實施例車聯(lián)云動態(tài)邊界分割圖。

參見圖2，本車為v_i，鄰居車輛為與本車v_i距離小于監(jiān)控興趣范圍(Region of Interest，RoI)的半徑長度的車輛，監(jiān)控興趣范圍RoI為假設(shè)車輛在無盲區(qū)的情況下的最大監(jiān)控范圍，本車v_i和與其存在交疊的鄰居RoI_x、RoI_x′共同構(gòu)成了一個獨立的車聯(lián)云。在隱性盲區(qū)感知的過程中，并非簡單的只考慮當(dāng)前RoI下的局部信息交互，而是兼顧所有存在關(guān)聯(lián)的車輛交互行為，使得分布式隱性盲區(qū)感知中局部目標(biāo)與全局目標(biāo)保持一致。對車群進(jìn)行動態(tài)分割，形成車聯(lián)云后，對車輛的隱性盲區(qū)進(jìn)行感知。

圖3為本發(fā)明實施例車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法的流程圖。

參見圖3，實施例的車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法，包括：

步驟S1、獲取本車的合作感知消息，每個車輛裝備全雙工天線、GPS定位裝置、虛擬雷達(dá)儀表盤以及多種智能感知節(jié)點，多種智能感知節(jié)點包括攝像頭、車載雷達(dá)、超聲波裝置等，各個車輛利用自身裝備對周圍的道路環(huán)境信息進(jìn)行探測，形成本車的合作感知消息，所述合作感知消息包括當(dāng)前地理位置消息、實時車速消息和安全警告消息中至少一者，所述獲取本車的合作感知消息，具體包括：利用GPS定位裝置獲取當(dāng)前地理位置消息，利用感知道路環(huán)境信息的多種智能感知節(jié)點獲取實時車速消息和安全警告消息。每個合作感知消息都具有生命周期(Time to Live,TTL)，合作感知消息的協(xié)同交互滿足ETSI和DSRC標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的時效性要求，即所有合作感知消息必須在TTL有效期100ms內(nèi)被可靠接收，否則將被從接收緩存中清除。

步驟S2、依據(jù)自組織時分多址(Self-Organized Time Division Multiple Access,STDMA)廣播時序在接收緩存中檢查本車的所述合作感知消息的丟包情況，獲取所述合作感知消息中丟包消息的地址，其中所述合作感知消息中丟包消息表示本車的隱性盲區(qū)。

步驟S3、將所述合作感知消息的丟包消息的地址，存放在請求寄存器中，形成丟包重傳請求序列，建立包含丟包重傳請求序列的本車丟包重傳請求。

步驟S4、獲取鄰居車輛的包含丟包重傳請求序列的鄰車丟包重傳請求。

步驟S5、對鄰車丟包重傳請求的次數(shù)從高到低進(jìn)行排序。

步驟S6、選取排序在設(shè)定位置之前的所述鄰車丟包重傳請求對應(yīng)的各合作感知消息。

步驟S7、向所述鄰居車輛附帶發(fā)送本車丟包重傳請求以及選取的各合作感知消息，使得本車以及鄰居車輛分別獲得丟包的合作感知信息；所述向鄰居車輛附帶發(fā)送本車丟包重傳請求以及選取的各合作感知消息是以數(shù)據(jù)附帶的形式嵌入到周期性廣播數(shù)據(jù)包中進(jìn)行的；所述向所述鄰居車輛附帶發(fā)送本車丟包重傳請求以及選取的各合作感知消息是利用全雙工天線完成的。

本實施例中，車輛通過STDMA對信道進(jìn)行訪問，信道時間被分割成若干間隔相等的時間片并通過GPS定位裝置同步，利用STDMA對信道進(jìn)行訪問，是由于STDMA相比載波偵聽多路訪問(Carrier Sense Multiple Access,CSMA)具有較好的延遲可控性和更低的通信沖突，且較時分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)在時隙調(diào)度方面又表現(xiàn)出更高的靈活性和自組織性。

本實施例中，每個車輛將接收到的合作感知消息保存到各自的接收緩存中，并選取一定數(shù)量已經(jīng)接收到的合作感知消息，以數(shù)據(jù)附帶的形式嵌入到自身的周期性廣播數(shù)據(jù)包中進(jìn)行附帶轉(zhuǎn)發(fā)，解決了車體、樓宇、植被等對信號遮擋造成的合作感知消息丟包問題，并且無需引入額外的通信開銷就能通過車輛的協(xié)同合作轉(zhuǎn)發(fā)恢復(fù)丟包數(shù)據(jù)，在提高動態(tài)車輛通信吞吐率的同時，提高了消息的成功接收率，實現(xiàn)了分布式廣播模式下車輛對隱性盲區(qū)的可靠、實時感知。

基于車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法可以描述為如下所述的優(yōu)化問題，具體為：

考慮信道是對稱的，利用無向圖G＝(V,E)描述車聯(lián)云內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中，V為車聯(lián)云中車輛的集合，E為車輛之間的通信鏈路集合，定義為v_j在k時刻發(fā)送的合作感知消息，為v_i在t時刻對的附帶決策，A_t為所有車輛在t時刻的聯(lián)合附帶策略，為在聯(lián)合附帶策略A_t下的成功接收率。

假設(shè)t時刻車聯(lián)云中存在L(t)個丟包消息，丟包消息的TTL為δ，優(yōu)化目標(biāo)為：

subject to:(1)k≤t≤k+δ；

約束條件(1)表示合作感知消息必須在其TTL的有效期內(nèi)被可靠重構(gòu)，以滿足盲區(qū)感知的實時性要求；約束條件(2)則表示在每次周期性廣播中車輛附帶轉(zhuǎn)發(fā)的合作感知消息總數(shù)不得超過規(guī)定的閥值。

上述優(yōu)化過程可以避免出現(xiàn)部分車輛頻繁附帶而其他車輛拒絕附帶所引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡問題，在提高動態(tài)車輛通信吞吐率的同時，提高消息的成功接收率，實現(xiàn)分布式廣播模式下車輛對隱性盲區(qū)的可靠、實時感知。

圖4為本發(fā)明實施例車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知系統(tǒng)的流程圖。

參見圖4，實施例的車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知系統(tǒng)100，包括：

信息獲取模塊10，用于獲取本車的合作感知消息，所述信息獲取模塊10，具體包括：定位單元，用于利用GPS定位裝置獲取所述當(dāng)前地理位置消息；感知單元，用于利用感知道路環(huán)境信息的智能感知節(jié)點獲取所述實時車速消息和所述安全警告消息；所述合作感知消息包括當(dāng)前地理位置消息、實時車速消息和安全警告消息中至少一者；每個合作感知消息都具有TTL，合作感知消息的協(xié)同交互滿足ETSI和DSRC標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的時效性要求，即所有合作感知消息必須在TTL有效期100ms內(nèi)被可靠接收，否則將被從接收緩存中清除。

丟包地址獲取模塊20，用于依據(jù)STDMA廣播時序在接收緩存中檢查本車的所述合作感知消息的丟包情況，獲取所述合作感知消息中丟包消息的地址，其中所述合作感知消息中丟包消息表示車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)。

本車請求建立模塊30，用于將所述合作感知消息的丟包消息的地址，存放在請求寄存器中，形成丟包重傳請求序列，建立包含丟包重傳請求序列的本車丟包重傳請求。

鄰車請求獲取模塊40，用于獲取鄰居車輛的包含丟包重傳請求序列的鄰車丟包重傳請求，所述鄰居車輛為與本車距離小于RoI的半徑長度的車輛，所述RoI為假設(shè)車輛在無盲區(qū)的情況下的最大監(jiān)控范圍。

排序模塊50，用于對鄰車丟包重傳請求的次數(shù)從高到低進(jìn)行排序。

選取模塊60，用于選取排序在設(shè)定位置之前的所述鄰車丟包重傳請求對應(yīng)的各合作感知消息。

發(fā)送模塊70，用于向所述鄰居車輛附帶發(fā)送本車丟包重傳請求以及選取的各合作感知消息，使得本車以及鄰居車輛分別獲得丟包的合作感知信息；向所述鄰居車輛附帶發(fā)送本車丟包重傳請求以及選取的各合作感知消息，使得本車以及鄰居車輛分別獲得丟包的合作感知信息；所述向鄰居車輛附帶發(fā)送本車丟包重傳請求以及選取的各合作感知消息是以數(shù)據(jù)附帶的形式嵌入到周期性廣播數(shù)據(jù)包中進(jìn)行的；所述向所述鄰居車輛附帶發(fā)送本車丟包重傳請求以及選取的各合作感知消息是利用全雙工天線完成的。

在實施例中，車輛通過STDMA對信道進(jìn)行訪問，信道時間被分割成若干間隔相等的時間片并通過GPS定位裝置同步，利用STDMA對信道進(jìn)行訪問，是由于STDMA相比CSMA具有較好的延遲可控性和更低的通信沖突，且較TDMA在時隙調(diào)度方面又表現(xiàn)出更高的靈活性和自組織性。

本發(fā)明還公開了一種設(shè)置有基于車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知系統(tǒng)的車輛，該車輛包括：全雙工天線、GPS定位裝置、虛擬雷達(dá)儀表盤以及多種智能感知節(jié)點，所述多種智能感知節(jié)點包括攝像頭、車載雷達(dá)、超聲波裝置等，所述GPS定位裝置用于獲取當(dāng)前地理位置消息，所述多種智能感知節(jié)點用于感知道路環(huán)境信息，例如，實時車速消息、安全警告消息等，所述全雙工天線用于本車與鄰居車輛之間進(jìn)行通信，所述虛擬雷達(dá)儀表盤用于顯示向本車發(fā)送合作感知消息的鄰居車輛。

下面以具體實例對基于虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法的性能進(jìn)行評估，選擇Gatech/Vechicular Data實車道路試驗數(shù)據(jù)庫對盲區(qū)感知過程進(jìn)行仿真，并與現(xiàn)有的典型盲區(qū)感知方法進(jìn)行對比分析。

Gathech/Vehicular Data數(shù)據(jù)庫記錄了不同規(guī)模的車群在亞特蘭大西北部I-75高速250出口至255出口段真實道路環(huán)境下車-車通信和車-路通信過程中的盲區(qū)感知數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫中包含多組實驗記錄，每個實驗記錄對應(yīng)車輛在不同車距下短距離廣播的鏈路狀態(tài)，每個實驗記錄包含了每個車輛的GPS位置、瞬時速度、合作感知消息的時間戳等信息。

在OMNET++仿真環(huán)境中，構(gòu)建隱性盲區(qū)感知網(wǎng)絡(luò)，任何一對車輛之間通信鏈路狀態(tài)都被隨機(jī)配置為Gathech/Vehicular Data數(shù)據(jù)庫中的一組實驗記錄。

選擇閉環(huán)應(yīng)答和地址位置最優(yōu)的合作感知消息廣播機(jī)制進(jìn)行隱性盲區(qū)感知對比實驗，并采用如下試驗配置：所有實驗車輛沿著群在亞特蘭大西北部I-75高速250出口至255出口段的路徑行駛，每個車輛以STDMA的方式對自身的合作感知消息進(jìn)行周期性廣播，其中時隙槽長度為2ms，信息幀長度為100ms，合作感知消息的TTL為100ms。

圖5為本發(fā)明一個具體實施例的車載虛擬雷達(dá)的隱性盲區(qū)感知方法與其他方法在不同車輛數(shù)目下獲取的合作感知消息的平均可靠度的對比圖。參見圖5，相比閉環(huán)應(yīng)答重傳方法和地址位置最優(yōu)重傳方法，基于虛擬雷達(dá)的盲區(qū)感知方法在16個車輛構(gòu)成的VANET網(wǎng)絡(luò)中其獲取的合作感知消息的可靠度仍高于85％，而基于閉環(huán)應(yīng)答和基于地址位置的方法在車輛數(shù)目增加的情況下可靠度急劇下降，大量合作感知消息的丟包消息未能在其TTL之前被重構(gòu)恢復(fù)。

圖6為本發(fā)明一個具體實施例的在6個車輛構(gòu)成的VANET網(wǎng)絡(luò)中，不同算法下相鄰合作感知消息接收時間間隔的累積分布函數(shù)(Cumulative Distribution Function，CDF)圖。參見圖6，虛擬雷達(dá)算法具有最好的廣播可靠性，任意相鄰合作感知消息之間的時間間隔均小于25ms，即所有的合作感知消息均能在遠(yuǎn)小于其TTL(100ms)的時間內(nèi)被可靠接收，因此也具有較好的廣播時效性，優(yōu)于閉環(huán)應(yīng)答重傳和地址位置重傳。

本發(fā)明一個具體實施例的虛擬雷達(dá)盲區(qū)感知方法在不同車輛數(shù)目下的迭代時效，如下表所示，即使在16輛車輛組成的車群網(wǎng)絡(luò)中，本發(fā)明基于虛擬雷達(dá)盲區(qū)感知方法仍能在71.8ms內(nèi)完成迭代收斂，小于標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的100ms。

由于每個車輛每次廣播最多只能附帶排序在設(shè)定位置之前的N個合作感知消息，相比閉環(huán)應(yīng)答和基于地址位置的廣播算法，不存在某一個或部分車輛(源節(jié)點或最優(yōu)中繼節(jié)點)頻繁轉(zhuǎn)發(fā)消息而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過于集中的問題，能夠有效均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。