(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210658913.7 (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 东北林业大 学 地址 150040 黑龙江省哈尔滨市香坊区和 兴路26号 (72)发明人 何永明　冯佳　张磊　 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G08G 1/01(2006.01) (54)发明名称 一种超高速公路虚拟轨道系统 (57)摘要 本发明公开了一种超高速公路虚拟轨道系 统， 其包括用建立数学模型的方法构建超高速公 路虚拟轨道系统； 系统由信息采集子系统、 信息 处理子系统和 信息反馈子系统组成， 信息采集子 系统通过对 车辆进行高精度定位获取信息， 并将 信息传递给信息处理子系统； 信息处理子系统对 传输进来的信息进行分析判断， 将分析结果传递 到信息反馈子系统； 信息 反馈子系统输送信号至 车辆信号器， 给予车辆反馈以及相应的警告信 号； 通过理论分析与信息采集子系统得到的数 据， 建立直线路段和曲线路段上虚拟轨道偏离计 算模型； 本发 明可将车辆限制在虚拟轨道安全范 围内行驶， 提高超高速公路行车的安全性， 计算 可靠、 适用范围广。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 114996812 A 2022.09.02 CN 114996812 A 1.一种超高速公路虚拟轨道系统， 具体特征是： 该系统 由信息采集子系统、 信 息处理子 系统和信息反馈子系统组成， 通过信息采集子系统得到的数据建立直线路段和曲线路段上 虚拟轨道偏离计算模型， 利用计算模型得到直线路段车辆偏离虚拟轨道安全范围时的预警 信号值； 曲线路段汽车驶离虚拟轨道安全范围所需时间及传感器布设间距参考值； 信息采 集子系统通过对车辆进行高精度定位， 获取得到前方路段 的道路线形信息、 车辆和道路之 间的速度和距离信息， 并将采集到的信息传递给信息处理子系统； 信息处理子系统主要对 传输进来的信息进行分析判断， 将分析结果传递到信息反馈子系统； 信息反馈子系统输送 信号至车辆信号器， 给予车辆反馈以及相 应的警告信号， 保证车辆行驶在虚拟轨道安全范 围内， 提高超高速公路行车的安全性； 汽车行驶在直线路段上， 为车辆驶出虚拟轨道道 路 中心线的最大距离， 为传感器距道路中心线的垂直距离， 当系统检测到理论距离的平方 与实际距离的平方之差 或 时， 汽车需要采取相应的措施进行调整， 为使车 辆行驶在虚拟轨道安全范围内， 当 时， 汽车向左偏离虚拟轨道道路中心线， 此时汽 车应执行向右转向的命令； 当 时， 汽车向右偏离虚拟轨道道路中心线， 此时汽车应 执 行向左转向的命令； 汽车 行驶在曲线路段 上， 得偏离虚拟轨道时间为： 为车辆行驶速度， 为曲线半径， 汽车以 角向曲线 外侧驶离虚拟轨道道路中心线， 故 汽车以 轴方向驶出虚拟轨道安全范围需要时间 ， 与道路曲线半径、 汽车行驶速度 及汽车 驶出虚拟轨道 道路中心线的最大距离有关， 道路传感器可按此时间 间隔进行布设。 2.根据权利要求1所述的一种 超高速公路虚拟轨道系统， 其具体特征是： 汽车行驶在曲 线路段上， 经过时间 后， 汽车的实际位置坐标为 ， 汽车的理论坐标为 ， 则两点之间的距离 为 ， 通过推导得到偏离 虚拟轨道预警距离为： 故当车辆经过时间 后实际位置与理论位置之间的间距大于 时， 此时汽车将驶离 虚拟轨道安全范围， 以此作为界限， 保证汽车 行驶在虚拟轨道安全范围内。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114996812 A 2一种超高 速公路虚拟轨道系统 [0001] 技术领域 [0002]本发明涉及虚拟公路轨道系统领域， 具体涉及一种超高速公路虚拟轨道系统。 背景技术 [0003]2021年10月， 中国公路学会发布的 《小客车专用高速公路工程技术指南》 （TCHTS   10042‑2021） 中对其路段服务水平进行分级， 其设计速度为100、 120、 140  km/h， 突破了我国 目前120 km/h的最高限速 。 [0004]2022年3月， 科技部国家重点研 发计划 《交通基础设施重点专项2022年度 项目申报 指南》 中， 关于交通基础设施绿色技术与研究团队目前所研究相关内容进一步明确了加强 设计车速超高120  km/h的“超高速公路 ”的研究。 [0005]随着我国高速公路的提速以及无人驾驶领域的发展， 车辆行车的安全性面临严峻 的挑战。 为避免行驶在 超高速公路上车辆驶离轨道， 有必 要设计一种虚拟轨道预警系统， 该 系统可以通过采集到的实时信息， 给予驾驶员提醒以及必要时对车辆进行控制， 超高速公 路车辆驶离虚拟轨道安全范围时， 车辆及驾驶员可以及时得到反馈， 保证车辆不脱离虚拟 轨道安全阈值范围。 发明内容 [0006]为提高超高速公路行驶安全性， 用建立数学模型的方法建立超高速公路虚拟轨道 系统。 该系统由信息采集子系统、 信息处理子系统和信息反馈子系统组成。 通过 理论分析与 信息采集子系统得到的数据， 建立直线路段和曲线路段上虚拟轨道偏离计算模型。 利用计 算模型得到了直线路段车辆偏离虚拟轨道安全范围时的预警信号值； 曲线路段车辆驶离虚 拟轨道安全范围所需时间及距离数据判断值。 [0007]信息采集子系统具有道 路线形和传感器信息的采集和导入功能。 信息采集子系统 由GPS定位系统和传感器组成。 GPS定位系统由空间部 分、 地面控制部 分和接收机组成， 在虚 拟轨道系统中， 用车载型接收机， 即车辆作为接收机。 传感器分别设置在车道中心线和道路 路肩。 通过对车辆进 行高精度定位， 识别前方道路线 形信息； 通过测速装置采集车辆实时速 度信息； 将高速行驶的车辆看做质点进 行感应分析， 在直线路段上， 传感器检测到与车辆车 载信号器之间的距离， 将采集到的距离信息输入到信息采集子系统； 在曲线路段上， 将传感 器检测到的实时速度信息和圆曲线半径信息 输入到信息采集子系统。 [0008]信息处理子系统具有信息采集子系统信息导入和预警信息输出的功能。 道 路线形 信息及路侧测速装置得到的速度信息， 通过服务器对采集到的数据进行处理计算， 对车辆 理想行驶轨迹进行预估计。 将信息处理结果输入到信息反馈子系统， 通过对车辆实际的行 驶路线和系统预估计的行驶路线进行对比， 进行分析判断， 给予行驶在虚拟轨道上 的车辆 反馈， 提供 预警信号， 及时做出调整， 提高超高速公路行 车的安全性。说　明　书 1/6 页 3 CN 114996812 A 3