基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统及查询方法，涉及一种高速公路行车安全信息查询系统及查询方法。它是为了实现运行中的车辆实时有效地获取高速公路上的信息。本发明是基于车辆自组网获取一定范围内的车辆信息，并通过显示屏为驾驶员提供直观提示的辅助驾驶系统。系统组成包括：信息采集子系统，车辆自组网模块和显示模块。信息采集模块的功能主要是采集和车辆当前运行状态相关的数据；车辆自组网模块是与一定范围内的车辆建立移动自组网，通过发起查询，实时获取周边车辆的信息。显示模块是将采集到的本车相关信息与通过VANET获得的周边车辆的信息通过电子地图匹配，直观地显示给驾驶员。本发明适用于高速公路行车过程中。
1.基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统，其特征是：它包括M个车载通信单元和远程信息查询平台，M为大于1的整数；
每个车载通信单元均包括控制模块(1)、车间通信模块(2)、GPS定位模块(3)、Internet通信模块(4)、供电模块(5)和显示屏(6)；
所述车间通信模块(2)的车间信号输入端与控制模块(1)的车间信号输出端连接；所述车间通信模块(2)的车间信号输出端与控制模块(1)的车间信号输入端连接；
所述GPS定位模块(3)的GPS信号输出端与控制模块(1)的GPS信号输入端连接；控制模块(1)通过Internet通信模块(4)接入远程信息查询平台；供电模块(5)用于给控制模块(1)、车间通信模块(2)、GPS定位模块(3)、Internet通信模块(4)和显示屏(6)提供工作电源；显示屏(6)的显示信号输入端与控制模块(1)的显示信号输出端连接；
远程信息查询平台包括数据存储服务器(21)、数据库模块(22)、数据处理模块(23)和电子地图数据模块(24)和显示模块(25)；
数据存储服务器(21)用于接收来自每个车载通信单元发送的实时交通数据；并将该数据存入数据库模块(22)；
数据库模块(22)用于存储来自每个车载通信单元发送的实时交通数据，并将该数据发送给数据处理模块(23)；
电子地图数据模块(24)用于提供电子地图数据给数据处理模块(23)；
数据处理模块(23)用于对数据库模块(22)发送的数据与电子地图数据模块(24)用于提供电子地图数据进行匹配处理，并通过显示模块(25)进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统，其特征在于它还包括车载数据源(7)，所述车载数据源(7)的车载数据信号输出端与控制模块(1)的车载数据信号输入端连接。
3.根据权利要求1所述的基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统，其特征在于控制模块(1)为嵌入式微处理器。
4.根据权利要求1所述的基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统，其特征在于数据存储服务器(21)接收到来自每个车载通信单元发送的实时交通数据包括驾驶员信息、车辆状况、车辆在电子地图中的坐标、车速、车间距离、该车所在区域的路况和天气数据。
5.根据权利要求1所述的基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统的查询方法，其特征是：它由以下步骤实现：在一个时间周期内，步骤一、请求查询车辆通过自身的车间通信模块(2)在预置范围内广播一条请求查询数据包，该数据包包括查询标志、请求查询车辆的ID、请求时间、请求查询车辆位置信息、请求查询车辆的速度和请求查询车辆行驶方向；
步骤二、第i跳车辆判断是否超出预置范围，i的初始值为1；如果判断结果为是，则结束本次通信；如果判断结果为否，则执行步骤二一；
步骤二一、该第i跳车辆判断请求数据包中的请求查询车辆行驶方向与自身的车辆行驶方向是否相同，如果判断结果为是，则执行步骤二二；如果判断结果为否，则结束本次通信；
步骤二二、该第i跳车辆判断请求数据包中第i-1跳车辆位置信息与自身的车辆位置信息的间距是否大于预设值D，其中第0跳车辆位置信息即请求查询车辆位置信息，如果判断结果为是，则结束本次通信；如果判断结果为否，则第i跳车辆转发请求信息并执行步骤二三；
步骤二三、该第i跳车辆发送响应数据包，按照接收请求数据包的路由反向转发直到转发至请求查询车辆；所述响应数据包包括自身车辆的ID、自身车辆的车辆信息、自身车辆的驾驶员信息、自身车辆的驾驶持续时间、自身车辆的位置、自身车辆的速度、自身车辆的行驶方向信息，同时记录反馈路径；
步骤三、请求查询车辆将接收到的所有响应数据包进行数据处理，并在显示屏上进行显示；完成一次高速公路行车安全信息查询；
同一车辆在一个时间周期内对同一车辆的ID信息只处理一次。
6.根据权利要求5所述的基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统的查询方法，其特征在于在每个车辆进行数据广播或数据转发的同时，将请求数据包或响应数据包同时转发至远程信息查询平台的数据存储服务模块中。
7.根据权利要求5所述的基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统的查询方法，其特征在于响应数据包中的自身车辆的车辆信息包括车辆的自然信息、车速和相对位置；
其中，车辆的自然信息包括：车型、车辆行驶总公里数以及车辆工况；车速包括周围车辆的实际车速，以及中心车与周围车辆的相对车速；相对位置是中心车辆与周围车辆的相对位置。
8.根据权利要求5所述的基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统的查询方法，其特征在于响应数据包中的自身车辆的驾驶员信息包括驾驶员的年龄、性别和驾龄。
9.根据权利要求6所述的基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统的查询方法，其特征在于响应数据包中的驾驶员信息通过车载条形码扫描设备扫描驾驶员的驾驶证获得；自身车辆的驾驶持续时间通过车载计数器获得。
10.根据权利要求5所述的基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统的查询方法，其特征在于响应数据包中还包括驾驶员的疲劳度数据，所述疲劳度数据的获得方法为：采用摄像头采集人眼图像，然后根据图像识别技术，获得眼睛闭合程度、时间及频率，作为疲劳度数据。
基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统及查询方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高速公路行车安全信息查询系统及查询方法。
背景技术
[0002] 我国正处于高速公路建设迅猛发展时期，交通量大、行车速度高是高速公路的显著特点，因此一旦发生重大交通事故，就会给人民生命财产带来巨大的损失。及时掌握交通和路面环境，有利于驾驶员随时调整驾驶状态，采取相应的驾驶策略，提高行车安全。现阶段的研究往往是从车与人、车与道路环境的关系入手，来查询相应的信息。如：通过驾驶员信息的录入获得驾驶人的相关信息，通过GPS获得车辆所在的位置，根据与INTERNET的连接获得当前位置的路况与天气情况等。但是，在人-车-路的系统中，车与车之间的关系同样十分重要，而针对这方面开发的系统还相对较少。
[0003] 车辆自组网(VANET)是一种应用于车辆间的移动自组织网技术，该技术能够有效的解决上述问题。其通过在行驶的车辆之间建立Ad Hoc网络，结合GPS、电子地图和INTERNET通信等技术，能够高效精确的查询到丰富的外部信息。因而，开发基于VANET的高速公路行车查询系统，有助于及时有效地获取高速公路上的信息，从而提高高速公路交通运行的安全性和畅通性。
发明内容
[0004] 本发明是为了实现运行中的车辆实时有效地获取高速公路上的信息，从而提供一种基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统及查询方法。
[0005] 基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统，它包括M个车载通信单元和远程信息查询平台，M为大于1的整数；
[0006] M个车载通信单元之间能够进行无线通信；
[0007] 每个车载通信单元均包括控制模块1、车间通信模块2、GPS定位模块3、Internet通信模块4、供电模块5和显示屏6；
[0008] 所述车间通信模块2的车间信号输入端与控制模块1的车间信号输出端连接；所述车间通信模块2的车间信号输出端与控制模块1的车间信号输入端连接；
[0009] 所述GPS定位模块3的GPS信号输出端与控制模块1的GPS信号输入端连接；控制模块1通过Internet通信模块4接入远程信息查询平台；供电模块5用于给控制模块1、车间通信模块2、GPS定位模块3、Internet通信模块4和显示屏6提供工作电源；显示屏6的显示信号输入端与控制模块1的显示信号输出端连接；
[0010] 远程信息查询平台包括数据存储服务器21、数据库模块22、数据处理模块23和电子地图数据模块24和显示模块25；
[0011] 数据存储服务器21用于接收来自每个车载通信单元发送的实时交通数据；并将该数据存入数据库模块22；
[0012] 数据库模块22用于存储来自每个车载通信单元发送的实时交通数据，并将该数据发送给数据处理模块23；
[0013] 电子地图数据模块24用于提供电子地图数据给数据处理模块23；
[0014] 数据处理模块23用于对数据库模块22发送的数据与电子地图数据模块24用于提供电子地图数据进行匹配处理，并通过显示模块25进行显示。
[0015] 它还包括车载数据源7，所述车载数据源7的车载数据信号输出端与控制模块1的车载数据信号输入端连接。
[0016] 控制模块1为嵌入式微处理器。
[0017] 数据存储服务器21接收到来自每个车载通信单元发送的实时交通数据包括驾驶员信息、车辆状况、车辆在电子地图中的坐标、车速、车间距离、该车所在区域的路况和天气数据。
[0018] 基于上述系统的基于VANET的高速公路行车安全信息查询方法，它由以下步骤实现：在一个时间周期内，
[0019] 步骤一、请求查询车辆通过自身的车间通信模块2在预置范围内广播一条请求查询数据包，该数据包包括查询标志、请求查询车辆的ID、请求时间、请求查询车辆位置信息、请求查询车辆的速度和请求查询车辆行驶方向；
[0020] 步骤二、第i跳车辆判断是否超出预置范围，i的初始值为1；如果判断结果为是，则结束本次通信；如果判断结果为否，则执行步骤二一；
[0021] 步骤二一、该第i跳车辆判断请求数据包中的请求查询车辆行驶方向与自身的车辆行驶方向是否相同，如果判断结果为是，则执行步骤二二；如果判断结果为否，则结束本次通信；
[0022] 步骤二二、该第i跳车辆判断请求数据包中第i-1跳车辆位置信息与自身的车辆位置信息的间距是否大于预设值D，其中第0跳车辆位置信息即请求查询车辆位置信息，如果判断结果为是，则结束本次通信；如果判断结果为否，则第i跳车辆转发请求信息并执行步骤二三；
[0023] 步骤二三、该第i跳车辆发送响应数据包，按照接收请求数据包的路由反向转发直到转发至请求查询车辆；所述响应数据包包括自身车辆的ID、自身车辆的车辆信息、自身车辆的驾驶员信息、自身车辆的驾驶持续时间、自身车辆的位置、自身车辆的速度、自身车辆的行驶方向信息，同时记录反馈路径；
[0024] 步骤二四、令i＝i+1，并返回执行步骤二；
[0025] 完成该时间周期后，
[0026] 步骤三、请求查询车辆将接收到的所有响应数据包进行数据处理，并在显示屏上进行显示；完成一次高速公路行车安全信息查询；
[0027] 同一车辆在一个时间周期内对同一车辆的ID信息只处理一次。
[0028] 在每个车辆进行数据广播或数据转发的同时，将请求数据包或响应数据包同时转发至远程信息查询平台的数据存储服务模块中。
[0029] 响应数据包中的自身车辆的车辆信息包括车辆的自然信息、车速和相对位置；其中，车辆的自然信息包括：车型、车辆行驶总公里数以及车辆工况；车速包括周围车辆的实际车速，以及中心车与周围车辆的相对车速；相对位置是中心车辆与周围车辆的相对位置。
[0030] 响应数据包中的自身车辆的驾驶员信息包括驾驶员的年龄、性别和驾龄。
[0031] 响应数据包中的驾驶员信息通过车载条形码扫描设备扫描驾驶员的驾驶证获得；自身车辆的驾驶持续时间通过车载计数器获得。
[0032] 响应数据包中还包括驾驶员的疲劳度数据，所述疲劳度数据的获得方法为：
[0033] 采用摄像头采集人眼图像，然后根据图像识别技术，获得眼睛闭合程度、时间及频率，作为疲劳度数据。
[0034] 本发明基于车辆自组网(VANET)技术，实时有效地获取高速公路上的信息。提高高速公路交通运行的安全性和畅通性。
附图说明
[0035] 图1是本发明的车载通信单元的结构示意图；
[0036] 图2是本发明的基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统的通信原理示意图；
[0037] 图3是本发明的中查询结果的显示示意图；
具体实施方式
[0038] 具体实施方式一、结合图1和图2说明本具体实施方式，基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统，它包括M个车载通信单元和远程信息查询平台，M为大于1的整数；
[0039] M个车载通信单元之间能够进行无线通信；
[0040] 每个车载通信单元均包括控制模块1、车间通信模块2、GPS定位模块3、Internet通信模块4、供电模块5和显示屏6；
[0041] 所述车间通信模块2的车间信号输入端与控制模块1的车间信号输出端连接；所述车间通信模块2的车间信号输出端与控制模块1的车间信号输入端连接；
[0042] 所述GPS定位模块3的GPS信号输出端与控制模块1的GPS信号输入端连接；控制模块1通过Internet通信模块4接入远程信息查询平台；供电模块5用于给控制模块1、车间通信模块2、GPS定位模块3、Internet通信模块4和显示屏6提供工作电源；显示屏6的显示信号输入端与控制模块1的显示信号输出端连接；
[0043] 远程信息查询平台包括数据存储服务器21、数据库模块22、数据处理模块23和电子地图数据模块24和显示模块25；
[0044] 数据存储服务器21用于接收来自每个车载通信单元发送的实时交通数据；并将该数据存入数据库模块22；
[0045] 数据库模块22用于存储来自每个车载通信单元发送的实时交通数据，并将该数据发送给数据处理模块23；
[0046] 电子地图数据模块24用于提供电子地图数据给数据处理模块23；
[0047] 数据处理模块23用于对数据库模块22发送的数据与电子地图数据模块24用于提供电子地图数据进行匹配处理，并通过显示模块25进行显示。
[0048] 具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统的区别在于，它还包括车载数据源，所述车载数据源的车载数据信号输出端与控制模块1的车载数据信号输入端连接。
[0049] 具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统的区别在于，控制模块1为嵌入式微处理器。
[0050] 具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于VANET的高速公路行车安全信息查询系统的区别在于，数据存储服务器21接收到来自每个车载通信单元发送的实时交通数据包括驾驶员信息、车辆状况、车辆在电子地图中的坐标、车速、车间距离、该车所在区域的路况和天气数据。
[0051] 工作原理：(1)总体架构
[0052] 该系统是基于车辆自组网获取一定范围内的车辆信息，并通过显示屏为驾驶员提供直观提示的辅助驾驶系统。系统组成包括：信息采集子系统，车辆自组网(VANET)模块和显示模块。信息采集模块的功能主要是采集和车辆当前运行状态相关的数据，包括位置信息、速度信息等，也包括天气和道路信息；同时还采集同驾驶行为有关的驾驶员的相关信息，如年龄、性别、驾龄、驾驶持续时间等。车辆自组网模块是与一定范围内的车辆建立移动自组网，通过发起查询，实时获取周边车辆的信息。显示模块是将采集到的本车相关信息与通过VANET获得的周边车辆的信息通过电子地图匹配，经过适当处理后，直观地显示给驾驶员。
[0053] 在硬件方面，如图1所示，信息采集子系统包括GPS定位模块、Internet通信模块、车载数据源等，车辆自组网通过无线通信模块实现，显示装置主要包括搭配了输入装置的液晶显示器，以上各种装置连接到一个嵌入式微处理器形成基于车辆自组网的高速公路信息查询系统。
[0054] (2)系统的工作流程
[0055] 该系统的工作流程如图2所示。其中标记V为车载装置；系统首先通过信息采集子系统采集驾驶员数据，行驶车辆数据(包括行驶速度、相对位置，实时位置等信息)，经由微处理器制成数据帧，在接到周围车辆发出的查询请求后，通过车联网共享给请求车辆，同时也向网内所有其他车辆发送查询请求，并将接收到的数据同自身数据结合，匹配电子地图，最终通过显示装置将整合后的信息展示给驾驶员。驾驶员可以通过显示屏的图像直观地了解周围的车辆分布状况以及行驶情况，这些信息可以有效地帮助驾驶员对各类突发情况提前做好准备。尤其在天气状况不佳，能见度差的情况下，该系统提供的功能能够辅助驾驶，极大地减少突发事故及次生事故的发生。
[0056] 下面对系统各部分的功能分别进行描述。
[0057] (3)数据采集
[0058] 对于高速公路的信息查询，能否采集到有效的数据是至关重要的。高速公路系统是一个由人、车和路组成的封闭系统，因而需要采集的信息主要是驾驶员、车辆和道路环境的信息。
[0059] ①、驾驶员的信息。驾驶员的信息包括驾驶员的个人信息和驾驶状态。其中，驾驶员的个人信息中含有：驾驶员的年龄、性别、驾龄等；驾驶状态中包含：驾驶持续时间，是否疲劳等。
[0060] 驾驶员在上车后通过扫描驾驶证上的条形码进行身份验证，系统通过3G移动通信服务从相应的数据库中获取驾驶员的年龄、性别和驾龄等信息。当汽车行驶时，系统自带的计数器开始计数，获得相应的驾驶持续时间。当行驶一定时间后，根据图像识别技术，利用摄像头采集人眼图像，通过分析眼睛闭合程度、时间及频率判断是否疲劳。
[0061] ②、车辆的信息。车辆的信息包括车辆的自然信息，车速和相对位置。其中，车辆的自然信息包括车型、车辆行驶总公里数以及车辆工况等；车速包括周围车辆的实际车速，以及中心车与周围车辆的相对车速；相对位置是中心车辆与周围车辆的相对位置。
[0062] 在车辆首次使用前，需要将车型、性能状况等信息录入到数据库中，在之后的每次年检或车辆保养时，同步更新车辆行驶总公里数、车辆工况等信息。系统通过3G移动服务联通数据库，从中获得所需的车辆的自然信息。
[0063] 在车辆的行驶过程中，系统根据GPS模块中的NEMA0183标准可提取相关的日期，时间，经纬度，速度，行驶方向等信息，从而获得车辆的实际车速，通过将GPS信号与电子地图重叠，可以直观地获得车辆的位置。再利用VANET技术实现车辆间的信息共享，从而得出中心车辆与周围车辆的相对速度和相对位置。
[0064] ③、路面状况及天气情况。系统依据GPS数据提取的地点信息，利用3G移动通信，通过相应路况及天气网站的应用程序接口，实时抓取所在地点路面状况及天气情况的信息。
[0065] 具体实施方式五、基于具体实施方式一的基于VANET的高速公路行车安全信息查询方法，它由以下步骤实现：在一个时间周期内，
[0066] 步骤一、请求查询车辆通过自身的车间通信模块2在预置范围内广播一条请求查询数据包，该数据包包括查询标志、请求查询车辆的ID、请求时间、请求查询车辆位置信息、请求查询车辆的速度和请求查询车辆行驶方向；
[0067] 步骤二、第i跳车辆判断是否超出预置范围，i的初始值为1；如果判断结果为是，则结束本次通信；如果判断结果为否，则执行步骤二一；
[0068] 步骤二一、该第i跳车辆判断请求数据包中的请求查询车辆行驶方向与自身的车辆行驶方向是否相同，如果判断结果为是，则执行步骤二二；如果判断结果为否，则结束本次通信；
[0069] 步骤二二、该第i跳车辆判断请求数据包中第i-1跳车辆位置信息与自身的车辆位置信息的间距是否大于预设值D，其中第0跳车辆位置信息即请求查询车辆位置信息，如果判断结果为是，则结束本次通信；如果判断结果为否，则第i跳车辆转发请求信息并执行步骤二三；
[0070] 步骤二三、该第i跳车辆发送响应数据包，按照接收请求数据包的路由反向转发直到转发至请求查询车辆；所述响应数据包包括自身车辆的ID、自身车辆的车辆信息、自身车辆的驾驶员信息、自身车辆的驾驶持续时间、自身车辆的位置、自身车辆的速度、自身车辆的行驶方向信息，同时记录反馈路径；
[0071] 步骤二四、令i＝i+1，并返回执行步骤二；
[0072] 完成该时间周期后，
[0073] 步骤三、请求查询车辆将接收到的所有响应数据包进行数据处理，并在显示屏上进行显示；完成一次高速公路行车安全信息查询；
[0074] 同一车辆在一个时间周期内对同一车辆的ID信息只处理一次。
[0075] 在每个车两进行数据广播或数据转发的同时，将请求数据包或响应数据包同时转发至远程信息查询平台的数据存储服务模块中。
[0076] 响应数据包中的自身车辆的车辆信息包括车辆的自然信息、车速和相对位置；其中，车辆的自然信息包括：车型、车辆行驶总公里数以及车辆工况；车速包括周围车辆的实际车速，以及中心车与周围车辆的相对车速；相对位置是中心车辆与周围车辆的相对位置。
[0077] 响应数据包中的自身车辆的驾驶员信息包括驾驶员的年龄、性别和驾龄。
[0078] 响应数据包中的驾驶员信息通过车载条形码扫描设备扫描驾驶员的驾驶证获得；自身车辆的驾驶持续时间通过车载计数器获得。
[0079] 响应数据包中还包括驾驶员的疲劳度数据，所述疲劳度数据的获得方法为：
[0080] 采用摄像头采集人眼图像，然后根据图像识别技术，获得眼睛闭合程度、时间及频率，作为疲劳度数据。
[0081] 系统获得的信息经过处理后显示在显示屏上，显示屏要求能够在微处理器的控制下，有效抑制图像抖动，实现稳定输出，满足系统的显示要求。
[0082] 如图3所示，为系统显示屏上显示的查询信息示意图。将车辆自组网范围内各车辆的相对位置表示在显示屏的中间，圆圈表示自组网内的汽车，黑圈表示中心车辆，按由上至下的顺序给周围的车辆编号(如图中所示1，2，3，4，……)，显示屏的最右边显示的是中心车辆的相关信息。当点击编号为N的车辆时，能够在道路的周边查询到该车的相关信息，并进而判断相应的行车安全等级。
