[發明專利]一種基于邊緣計算的車輛行人碰撞避免方法

在審

• 申請號: 202010143534.5
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111489585A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 馮勇;李宇桐
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G08G1/16
• 分類號: G08G1/16;H04W4/02;H04W4/44;H04W24/06
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種基于邊緣計算的車輛行人碰撞避免方法，屬于物聯網領域，在邊緣計算環境下，通過邊緣服務器實現車輛和行人設備的通信，減小通信延遲，采用卡爾曼濾波來預測車輛的位置，利用行人設備上的傳感器來預測行人軌跡，克服了視距的限制，提高了碰撞檢測精度，適用于大多數非視距(NLOS)場景，并根據車輛與行人之間的相對運動關系，建立了基于碰撞時間(TTC)的碰撞風險模型，仿真結果表明，本發明所提出的碰撞避免算法可以有效降低車輛行人的碰撞風險。

技術領域

本發明涉及物聯網技術領域，特別涉及一種基于邊緣計算的車輛行人碰撞避免方法。

背景技術

2017年Hassan Artail在Avoiding car-pedestrian collisions using a VANETto cellular communication framework一文中提出了一種利用蜂窩技術實現行人和車輛通信的方案，從而來檢測可能發生的車輛行人碰撞。該技術方案中采用了遠程云服務器做為中間服務器來間接實現車輛和行人的通信，克服了視距的限制，但是其系統延遲很高并且難以確定，這對于對延遲極其敏感的行人安全算法程序而言無疑是致命的缺陷；并且，該技術方案中的行人和車輛位置預測算法都極為粗糙，大部分情況下會將行人和車輛可能同時出現的位置全部劃為非安全區域，誤警概率較高。

發明內容

本發明的技術目的是提供一種基于邊緣計算的車輛行人碰撞避免方法，該方法不僅降低了車輛與行人之間的通信延遲，還提高了車輛行人碰撞事故的預警準確率。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種基于邊緣計算的車輛行人碰撞避免方法，包括以下步驟：

Step1：建立行人設備到車輛通信的網絡模型：在十字路口或者道路邊緣布置路側單元(RSU)/基站、與所述路側單元(RSU)/基站連接的移動邊緣計算(MEC)服務器，所述行人設備為具備GPS模塊的智能手機，所述行人設備和車輛能在所述網絡模型覆蓋范圍內實現通信；

在這種模式下MEC服務器可以連接到路邊單元(RSU)/基站上，車輛通過LTE-V2X實現和RSU/基站的通信，行人則通過智能手機和RSU/基站進行通信；計算任務可以在車輛或者MEC服務器上進行；這樣的系統既利用了傳統的車聯網中車輛的資源，并且在計算任務繁重時通過在MEC服務器上運行計算任務緩解了車輛上計算資源的壓力，同時也利用了智能手機上的位置服務等資源，讓智能手機參與到了行人安全保護的應用中；

Step2：根據車輛和行人設備當前信息和歷史信息，利用卡爾曼濾波器來對車輛和行人未來位置分別進行預測；

Step3：根據Step2中預測到的車輛和行人路徑，根據相互運動關系，運行車輛行人碰撞避免算法，對可能發生的碰撞進行預警。

進一步地，所述Step2中預測車輛未來位置的具體步驟為：

假設汽車具有恒定轉率和速度，選取車輛的狀態向量為：

X＝[x y v θ ω]^T

θ為偏航角，是追蹤的目標車輛在當前車輛坐標系下與x軸的夾角，逆時針方向為正，取值范圍是[0，2π)，ω是偏航角速度；行駛的汽車由于道路和交規等的限制其運動狀態一般是直行或者轉彎，這倆種運動狀態都可以用此種狀態向量來表示，當ω≠0時是非直線行駛，此時模型的狀態轉移函數為：

當ω＝0時為直線行駛，此時模型的狀態轉移函數變為：

對于(1)和(2)的多元函數，使用多元泰勒級數進行展開，忽略高階級數，只考慮利用雅克比矩陣進行線性化，在此模型中，對各個元素求偏導數可以得到雅可比矩陣J_A，當ω≠0時：