CN111833652A - 一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统，涉及交通安全主动防护技术领域，包括儿童客户端和车载接收端，儿童客户端包括GPS定位模块，步数统计模块，数据解算模块，蓝牙传输模块和通信模块；车载接收端包含车载蓝牙模块，车载GPS定位模块，车身数据采集模块，告警态势生成模块和提示模块。本发明基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统，实现儿童交通安全的主动保护，通过对参与交通过程的儿童的行为进行监测，将行为危险等级高的儿童目标信息发送给机动车辆，从而实现车辆对儿童的主动避让，保障儿童安全和车辆行驶安全，降低驾驶员和儿童的安全风险。

Description

一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统

技术领域

本发明涉及交通安全主动防护技术领域，特别是指一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统。

背景技术

随着智能手机的普及，以蓝牙4.0为代表的低功耗蓝牙技术搭载于各类智能设备中。在普及较早的蓝牙4.0标准中，蓝牙广播的强度已达到30米，已能够覆盖儿童过马路的应用场景。随着蓝牙技术的发展，其广播范围更广，功耗更低。以蓝牙广播的方式使儿童与车辆进行通信的好处有两点，其一是基本能够满足实时性的要求。另一个好处是，其私密性好，仅与附近的车辆发生通信，而儿童的活动轨迹、活动范围等敏感信息是匿名和私密的。当车辆远离儿童时，车辆对儿童的安全威胁随即减少，两者也无通信必要。蓝牙广播的通信范围天然满足这种特性。

以ADAS(辅助驾驶)、自动驾驶技术为代表的未来智能出行技术越来越收到各方的关注。这些技术从车辆的角度出发，对车辆周遭的环境进行主动探测和感知。行人是这类技术中被感知对象的重要组成部分。而儿童相较于成人，其目标小，探测难度高，仅依赖车辆的主动探测存在一定的风险。而儿童在交通意外时间中，由于其行为能力和判断能力的不足，更容易受到伤害。

现有的儿童安全防护技术，主要是各种被动防护技术。如安全头盔，安全书包等，主要是思路是在交通安全发生时，降低儿童受伤的严重程度。另有一些针对行人的交通安全防护技术，能够对路面的车辆行驶情况进行一定的监测，向行人发出安全警告，但需要依赖路面设施，如红外传感器等。儿童作为限制行为能力人，其能够对交通行为做出的安全反应十分有限，在一定程度上，儿童的运动行为难以预测，如在道路中嬉戏打闹，或在奔跑中意外滑到，因而对其运动行为的监测信息有助于驾驶员进行避让判断。

发明内容

本发明提供一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统，解决现有儿童防护技术中主要采用被动防护技术，而儿童在交通意外时间中，由于其行为能力和判断能力的不足，更容易受到伤害的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统，包括儿童客户端和车载接收端，

儿童客户端包括GPS定位模块，步数统计模块，数据解算模块，蓝牙传输模块和通信模块；其中，

GPS定位模块，用于采集儿童当前所在的位置信息；

步数统计模块，用于采集儿童当前的步数信息；

数据解算模块，用于对GPS定位模块和步数统计模块采集的实时数据进行解算，并生成儿童行动信息报文；

蓝牙传输模块，用于发送蓝牙广播，广播内容为儿童行动信息报文；

通信模块，用于下载附近的地图信息；

所述GPS定位模块、步数统计模块和通信模块的输出端与数据解算模块的输入端连接，所述数据解算模块的输出端与蓝牙传输模块的输入端连接；

车载接收端包含车载蓝牙模块，车载GPS定位模块，车身数据采集模块，告警态势生成模块和提示模块；其中，

车载蓝牙模块，用于扫描和接收儿童客户端的发送的蓝牙广播；

车载GPS定位模块，用于车辆定位；

车身数据采集模块，用于采集车辆的当前运动方向、车速信息；

告警态势生成模块，根据车载接收端收到的所有儿童行动信息报文，结合车辆当前GPS信息，生成告警态势；

提示模块，包含语音提示、显示提示功能模块，用于向驾驶员、ADAS系统、自动驾驶系统发送提示避让信息或信号；

所述车载蓝牙模块、车载GPS定位模块和车身数据采集模块的输出端与告警态势生成模块的输入端连接，所述告警态势生成模块的输出端与提示模块的输入端连接。

进一步地，儿童行动信息报文包含过马路请求标记字段、当前位置信息字段、运动等级字段和运动方向字段。

进一步地，数据解算模块生成儿童行动信息包括以下方法：

过马路请求标记字段有0、1两个状态，其中，1状态由儿童客户端用户主动设置；当位置移动到马路另一侧时，数据解算模块将该标记位自动置0；

当前位置信息字段由当前GPS定位模块解析后，经过卡尔曼滤波，给出当前位置位置坐标的校正值作为当前位置信息，表示为经纬度坐标；

运动等级字段有静止、行走、奔跑三个状态；当一定时间内的步数频率fs小于门限Fw时，当前状态为静止；当fs大于等于门限Fw且小于门限Fr时，当前状态为行走；当fs大于等于门限Fr时，当前状态为奔跑；

运动方向由数据解算模块依据当前位置与前一时刻的位置变化解算得，由一个角度表示。

进一步地，告警态势生成模块的生成方法包括如下步骤：

第一步：车载接收端采集当前车辆行进方向车速信息；其中，车辆行进方向根据前一时刻与当前的位置变化，计算出车辆当前的运动方向；

第二步：根据当前接收到所有的儿童客户端发送的儿童行动报文信息，计算目标儿童客户端对应的告警等级和告警系数；其中，告警等级分为告警、提示、静默三个状态；告警等级与儿童客户端与车载接收端的相对位置与儿童运动速度等级有关；

第三步：根据按照先告警后提示的顺序生成告警态势图；

进一步地，告警态势生成模块发送告警提示的方法包括如下步骤：

在某时刻当前位置上存在告警目标时，依照告警系数从高到低生成告警态势，并播报告警等级最高的目标信息；信息内容为，目标相对方向及避让告警；

若不存在告警目标，则仍然按照告警系数从高到低生成提示态势，并播报告警等级最高的目标信息，信息内容为，目标相对方向及减速或其他提示信息；

若无提示信息，则系统静默。

进一步地，告警系数W的计算方式如下：

其中，L为提示区的长度，D为儿童相对与车辆后轴中点的欧式距离，S为儿童客户端发送的行动状态等级；当行动状态分别为奔跑、行走、静止时，S分别取5、2、1。

本发明的有益效果在于：

本发明公开的一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统，实现儿童交通安全的主动保护，通过对参与交通过程的儿童的行为进行监测，将行为危险等级高的儿童目标信息发送给机动车辆，从而实现车辆对儿童的主动避让，保障儿童安全和车辆行驶安全，降低驾驶员和儿童的安全风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1儿童交通安全被动监测应用场景示意图；

图2儿童过马路主动请求应用场景示意图；

图3儿童客户端的系统框图；

图4儿童客户端的工作流程图；

图5运动方向的定义示意图；

图6车载接收端的系统框图；

图7告警提示区域；

图8告警等级计算流程示意图。

具体实施方式

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作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。

如图3和6所示，本发明一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统，包括儿童客户端和车载接收端，

儿童客户端包括GPS定位模块，步数统计模块，数据解算模块，蓝牙传输模块和通信模块；其中，

GPS定位模块，用于采集儿童当前所在的位置信息；

步数统计模块，用于采集儿童当前的步数信息；

数据解算模块，用于对GPS定位模块和步数统计模块采集的实时数据进行解算，并生成儿童行动信息报文；

蓝牙传输模块，用于发送蓝牙广播，广播内容为儿童行动信息报文；

通信模块，用于下载附近的地图信息；

GPS定位模块、步数统计模块和通信模块的输出端与数据解算模块的输入端连接，数据解算模块的输出端与蓝牙传输模块的输入端连接；

车载接收端包含车载蓝牙模块，车载GPS定位模块，车身数据采集模块，告警态势生成模块和提示模块，；其中，

车载蓝牙模块，用于扫描和接收儿童客户端的发送的蓝牙广播；

车载GPS定位模块，用于车辆定位；

车身数据采集模块，用于采集车辆的当前运动方向、车速信息；

告警态势生成模块，根据车载接收端收到的所有儿童行动信息报文，结合车辆当前GPS信息，生成告警态势；

提示模块，包含语音提示、显示提示功能模块，用于向驾驶员、ADAS系统、自动驾驶系统发送提示避让信息或信号；

车载蓝牙模块、车载GPS定位模块和车身数据采集模块的输出端与告警态势生成模块的输入端连接，告警态势生成模块的输出端与提示模块的输入端连接。

如图1所示，为本系统的儿童交通安全被动监测应用场景示意图。当儿童客户端监测到儿童进入道路附近区域后，儿童客户端进入活跃状态，并实时监测儿童的位置及运动信息。同时儿童客户端将当前的儿童位置信息、运动状态信息、过马路请求状态、运动方向信息，生成儿童运动信息报文后，向附近车载接收端发送蓝牙广播。车载接收端周期性的扫描附近的蓝牙广播，并结合自身车辆位置信息、车速信息等生成儿童避让告警态势图，依据态势图中的危险等级排序，向驾驶员驶员、ADAS系统、自动驾驶系统发送提示避让信息或信号。

如图2所示，为儿童过马路主动请求应用场景示意图。当车载接收端通过蓝牙广播的报文解析出过马路请求后，依照告警态势图的优先次序，对驾驶员进行告警。

如图3所示，儿童客户端主要包括GPS定位模块，步数统计模块，蓝牙传输模块，通信模块。GPS信号模块，主要是采集儿童当前所在的位置信息。步数统计模块，用以采集儿童当前的步数信息。数据解算模块，主要是对上述模块采集的实时数据进行解算，并生成儿童行动信息报文。蓝牙传输模块，发送蓝牙广播，广播内容为儿童行动信息报文。通信模块可以为WiFi/4G/5G通信模块，用以下载附近的地图信息。儿童行动信息报文包含4部分内容：过马路请求标记字段、当前位置信息字段、运动等级字段、运动方向字段。

如图4所示，为儿童客户端工作流程图。系统开始工作时，周期性检测儿童客户端GPS位置信息。检测周期由状态决定；当客户端处于睡眠状态时，检测周期较长(约秒级)；反之，当客户端处于激活状态时，检测周期较端(约毫秒级)。客户端状态由以下方式判断：当客户端未检测到GPS信号或当前位置距离道路较远时(如距离道路大于50m)，儿童客户端进入睡眠状态，关闭蓝牙已节省电量。当前位置距离道路较近时(如距离道路小于50m)，儿童客户端进入激活状态，开启蓝牙广播，广播周围位置信息。

数据解算模块生成儿童行动信息按照以下方法：

过马路请求标记字段有0、1两个状态。1状态由儿童客户端用户主动设置。当位置移动到马路另一侧时，数据解算模块将该标记位自动置0。

当前位置信息字段由当前GPS定位模块解析后，经过卡尔曼滤波，给出当前位置位置坐标的校正值作为当前位置信息，表示为经纬度坐标。

运动等级字段有静止、行走、奔跑三个状态。当一定时间内的步数频率fs小于门限Fw时，当前状态为静止；当fs大于等于门限Fw且小于门限Fr时，当前状态为行走；当fs大于等于门限Fr时，当前状态为奔跑。

运动方向由数据解算模块依据当前位置与前一时刻的位置变化解算得，由一个角度表示，如图5所示。

如图6所示，为车载接收端的系统框图。包含车载蓝牙模块，车载GPS定位模块，提示模块，车身数据采集模块、告警态势生成模块。车载蓝牙模块，用于扫描和接收儿童客户端的发送的蓝牙广播。车载GPS定位模块，用于车辆定位。车身数据采集模块，用于采集车辆的当前运动方向、车速等信息。告警态势生成模块车载接收端收到的所有儿童行动信息报文，结合车辆当前GPS信息，生成告警态势。提示模块，可包含但不限于语音提示、显示提示等各种功能模块，用于向驾驶员、ADAS系统、自动驾驶系统发送提示避让信息或信号。

告警态势的生成方法及发送告警提示的方法如下：

第一步：车载接收端采集当前车辆行进方向车速等信息。其中，车辆行进方向也可根据前一时刻与当前的位置变化，计算出车辆当前的运动方向。计算方式同儿童客户端计算运动方向的方法。

第二步:根据当前接收到所有的儿童客户端发送的报文信息，计算目标儿童客户端对应的告警等级和告警系数。其中告警等级分为告警、提示、静默三个状态。告警等级与儿童客户端与车载接收端的相对位置与儿童运动速度等级有关。具体计算方式如下:

根据儿童客户端的位置坐标，计算其所处的相对区域位置。

如图7所示，为告警提示区域示意图。图中箭头方向表示儿童或车辆的行进方向。车身附近为矩形的告警区域，其底边为车辆后轮附近。告警区外围的“凹”字型区域为提示区，提示区外侧为非提示区。告警区与提示区的宽度固定。区域长度与当前车速正相关，车速越快，区域长度越长。具体计算方式可按照下图计算：

如图8所示，为告警等级计算流程示意图，

告警系数W的计算方式如下：

其中，L为提示区的长度，D为儿童相对与车辆后轴中点的欧式距离，S为儿童客户端发送的行动状态等级。当行动状态分别为奔跑、行走、静止时，S分别取5、2、1。S的分布亦可按照其他单调的离散序列取值，如指数型或对数型分布。

第三步：根据按照先告警后提示的顺序生成告警态势图。在某时刻当前位置上存在告警目标时，依照告警系数从高到低生成告警态势。并播报告警等级最高的目标信息。信息内容为，目标相对方向及避让告警。若不存在告警目标，则按照仍然按照告警系数从高到低生成提示态势，并播报告警等级最高的目标信息，信息内容为，目标相对方向及减速或其他提示信息。若无提示信息，则系统静默。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统，其特征在于：包括儿童客户端和车载接收端，

儿童客户端包括GPS定位模块，步数统计模块，数据解算模块，蓝牙传输模块和通信模块；其中，

GPS定位模块，用于采集儿童当前所在的位置信息；

步数统计模块，用于采集儿童当前的步数信息；

数据解算模块，用于对GPS定位模块和步数统计模块采集的实时数据进行解算，并生成儿童行动信息报文；

蓝牙传输模块，用于发送蓝牙广播，广播内容为儿童行动信息报文；

通信模块，用于下载附近的地图信息；

所述GPS定位模块、步数统计模块和通信模块的输出端与数据解算模块的输入端连接，所述数据解算模块的输出端与蓝牙传输模块的输入端连接；

车载接收端包含车载蓝牙模块，车载GPS定位模块，车身数据采集模块，告警态势生成模块和提示模块；其中，

车载蓝牙模块，用于扫描和接收儿童客户端的发送的蓝牙广播；

车载GPS定位模块，用于车辆定位；

车身数据采集模块，用于采集车辆的当前运动方向、车速信息；

告警态势生成模块，根据车载接收端收到的所有儿童行动信息报文，结合车辆当前GPS信息，生成告警态势；

提示模块，包含语音提示、显示提示功能模块，用于向驾驶员、ADAS系统、自动驾驶系统发送提示避让信息或信号；

所述车载蓝牙模块、车载GPS定位模块和车身数据采集模块的输出端与告警态势生成模块的输入端连接，所述告警态势生成模块的输出端与提示模块的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统，其特征在于：儿童行动信息报文包含过马路请求标记字段、当前位置信息字段、运动等级字段和运动方向字段。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统，其特征在于，

数据解算模块生成儿童行动信息包括以下方法：

过马路请求标记字段有0、1两个状态，其中，1状态由儿童客户端用户主动设置；当位置移动到马路另一侧时，数据解算模块将该标记位自动置0；

当前位置信息字段由当前GPS定位模块解析后，经过卡尔曼滤波，给出当前位置位置坐标的校正值作为当前位置信息，表示为经纬度坐标；

运动等级字段有静止、行走、奔跑三个状态；当一定时间内的步数频率fs小于门限Fw时，当前状态为静止；当fs大于等于门限Fw且小于门限Fr时，当前状态为行走；当fs大于等于门限Fr时，当前状态为奔跑；

运动方向由数据解算模块依据当前位置与前一时刻的位置变化解算得，由一个角度表示。

4.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统，其特征在于，

告警态势生成模块的生成方法包括如下步骤：

第一步：车载接收端采集当前车辆行进方向车速信息；其中，车辆行进方向根据前一时刻与当前的位置变化，计算出车辆当前的运动方向；

第二步：根据当前接收到所有的儿童客户端发送的儿童行动报文信息，计算目标儿童客户端对应的告警等级和告警系数；其中，告警等级分为告警、提示、静默三个状态；告警等级与儿童客户端与车载接收端的相对位置与儿童运动速度等级有关；

第三步：根据按照先告警后提示的顺序生成告警态势图。

5.根据权利要求4所述的一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统，其特征在于，告警态势生成模块发送告警提示的方法包括如下步骤：

在某时刻当前位置上存在告警目标时，依照告警系数从高到低生成告警态势，并播报告警等级最高的目标信息；信息内容为，目标相对方向及避让告警；

若不存在告警目标，则仍然按照告警系数从高到低生成提示态势，并播报告警等级最高的目标信息，信息内容为，目标相对方向及减速或其他提示信息；

若无提示信息，则系统静默。

6.根据权利要求4或5所述的一种基于蓝牙广播的儿童交通安全主动防护系统，其特征在于：告警系数W的计算方式如下：

其中，L为提示区的长度，D为儿童相对与车辆后轴中点的欧式距离，S为儿童客户端发送的行动状态等级；当行动状态分别为奔跑、行走、静止时，S分别取5、2、1。

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