CN104464333B - 一种应用于车路协同技术的交通信号信息推送方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于车路协同技术的交通信号信息推送方法和系统，应用于智能交通系统领域。本发明提供的交通信息推送方法包括获取基础信息、无线传输、定向推送、定距输出、定距消隐五个主要过程。推送系统主要包括基站装置和车载装置。其中，根据极坐标原理确定的标定点（车辆）相对于参考点（交通信号装置）的距离和方位角解算方法，可以更精确、可靠、实用地完成信息的定向推送、定距输出、定距消隐。本发明有助于实现智能交通系统中的车路协同技术，将道路交通信号信息推送给驾驶员或行驶的车辆，用于参与车辆运行控制、规划车辆安全行驶策略。

Description

一种应用于车路协同技术的交通信号信息推送方法

【技术领域】

本发明属于智能交通领域，特别涉及一种应用于车路协同技术的交通信号信息推送方法和系统。

【背景技术】

智能交通系统正随着物联网技术的进步而快速的发展，各国也都在投入大量的人力物力进行相关领域的研究。科研院所、车企、信息服务企业联合起来对各分项技术进行研究。其中，车路协同技术是智能交通系统的核心，它基于无线通信、传感探测等技术进行车路信息获取，通过车车、车路信息交互和共享，并实现车辆和基础设施之间智能协同与配合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。

在车路协同技术中，将道路交通信号（交通信号灯信息、交通标志信息）推送给机动车辆或驾驶员是关键内容。就目前而言，还没有哪一种信息推送方式和技术通信方式被确定为实现车路协同技术的唯一标准。因此，有出多种形式的信息推送方式被提出。

未来的智能交通系统中，将交通信号信息推送给驾驶员或机动车主要通过无线通信方式来完成。基于互联网的无线通信由于延时问题一时还难以全面应用，例如将交通信号灯信息传递给机动车或驾驶员无法保证实时性。而短距无线通讯技术则可以提供一种途径。但是采用短距无线通讯技术也存在三个主要的问题：定向推送、推送距离、消隐距离。

定向推送：每一组信号信息都是对一个方向行驶的车辆提供的；而采用无线信号发送后，会将所有信息向所有车辆发送，例如十字路口四个方向的信号灯信息会一起发送，且四个方向的车辆都能接收到四个方向的交通信号灯信息。但是对于每一辆车来说，其他方向信息是无用的。应该怎样获得行驶方向的信号信息，这是个问题。

输出距离：每辆车只用在接近交通信号时才需要给出显示和提示，太远太近都不行。每辆车在到达交通信号前多远的距离开始显示，根据实际道路情况，一般设定100~150米比较合适。但是，怎么来实现该距离的控制。

消隐距离：车辆在使用完无线发送过来的交通信号信息，且通过了该道路交通信号信息装置，就成了无用信息，需要及时消除。一般通过交通信号信息装置后20~50米就可以消除。但是，这个距离怎么来实现。

现有的专利技术【发明专利：201010125428.0】是利用车载GPS定位装置在快速行进（50~60Km/h）中确定行驶方位信息，结合无线信号信息来定向推送信息。但是，该方式还存在很大的不足。第一，在定向推送方面，当汽车停止行驶或者低速行驶时就无法确定方位信息、无法使用；就当前市场上的GPS模块而言，通常有3~10米的定位误差，速度低行驶时距离短，以此来确定航向方位角时常会存在较大的方位误差，这就会使信息定向推送产生错误，可靠性明显降低。第二，在推送距离方面，该技术是通过无线电覆盖范围来确定车辆接收交通信号信息的距离以及输出信息的距离；而在实际中，无线信号的覆盖范围不能够精确的控制，且易受多种因素干扰，信号强弱稳定性差，不易稳定地控制在100米左右的范围；因此，能够接收到信号的距离也就不固定。此外，该方法未给出信息定距消隐的方法。

专利技术【发明专利：201410157544.9】也是采用无线发送接收的形式进行交通信号灯信息传输。该技术采用定向天线发送的方式来解决定向推送和定向消隐问题，但这需要设置多个方向的定向天线，增加了使用成本。该技术仍依靠信号覆盖范围确定车辆输出交通信号信息的距离，未解决定距输出问题，也不能实现定距消隐。

【发明内容】

针对上述情况，本发明主要针对背景技术中存在的问题和缺陷加以创新，提供一种基于极坐标下标定点A与参考点O之间定向、定距解算技术的交通信号信息推送系统和方法。采用该技术可以确定推送方向、推送距离和消隐距离，可将交通信号信息实时准确地推送到车辆。

本发明采用了如下技术方案：一种应用于车路协同技术的交通信号信息推送方法，用于将道路交通信号传送给车辆，包含下列环节：

获取基础信息：获取包括交通信号装置参考点经纬度坐标信息、道路交通信号信息、受众方位角信息在内的基础信息；

无线传输：采用短程无线通信技术将上述基础信息由基站装置发送到车载装置上；

定向推送：采用标定点相对于参考点的相对方位角和/或航向方位角匹配受众方位角的方式，所述车载装置仅提取该车辆行驶方向的交通信号信息；

定距输出：当车辆驶入设定的输出距离以内，所述车载装置开始输出所提取的行驶方向的交通信号信息；

定距消隐：当车辆驶出设定的消隐距离以外，所述车载装置停止输出所提取的行驶方向的交通信号信息。

进一步地，所述受众方位角是指从所述参考点朝南的指向按逆时针方向与所述交通信号信息朝向道路的指向所形成的夹角；所述参考点选取在所述交通信号装置所在位置或路口中心位置或其它合适的位置。

进一步地，将所述交通信号装置设置为参考点，将车辆设置为标定点。

进一步地，所述相对方位角和航向方位角匹配受众方位角的方式分别为判断所述相对方位角是否落在所述信息受众方位角阈值偏差范围内和判断所述航向方位角是否落在所述信息受众方位角阈值偏差范围内。

进一步地，当车辆驶入所述交通信号装置设定的输出距离R之内，所述标定点与参考点之间的相对距离l逐渐减小且l≤R时，则车载装置开始输出所提取的行驶方向交通信号信息。

进一步地，当车辆驶离所述交通信号装置设定的输出距离r之外，所述相对距离l逐渐增大且l≥r时，则车载装置停止输出所提取的交通信号信息。

本发明还提供了另一种方案：一种应用于车路协同技术的交通信号信息推送方法，包含下列步骤：

1）当车辆开始进入基站装置的信号覆盖区域内，车辆上装有的无线接收单元接收到基站装置发送的包括交通信号装置参考点经纬度坐标信息、道路交通信号信息、受众方位角信息在内基础信息数据包；

2）车载装置解码所述无线接收单元所接收的基础信息数据包，解算车辆相对于参考点的相对距离和相对方位角，将相对方位角和/或航向方位角与受众方位角进行匹配；

3）当相对方位角和/或航向方位角与受众方位角比较接近时，车载装置将获取相应的受众方位角方向的交通信号信息；当相对方位角和/或航向方位角与受众方位角相差较大时，车载装置将忽略相应的受众方位角方向的交通信号信息；

4）当车辆远离基站装置并且驶出设定的消隐距离以外时，所述车载装置停止输出所提取的行驶方向的交通信号信息。

本发明还提供了第三种方案：一种应用于车路协同技术的交通信号信息推送系统，用于将交通信号信息推送至车辆内的系统，其特征在于，包括：

基站装置，用于获取并发送基础信息；

车载装置，用于获取和处理交通信号并显示和提醒；

其中，所述基站装置包括第一信息处理单元和无线发送单元；所述车载装置包括无线接收单元、定位单元、第二信息处理单元和输出单元。

所述第一信息处理单元用于获取交通信号装置参考点经纬度坐标信息、交通信号信息和受众方位角信息，并编码处理成基础信息数据包；

所述无线发送单元用于将所述基础信息数据包发送出去，形成无线信号覆盖区域；

所述无线接收单元用于接收所述无线发送单元所发送的基础信息数据包；

所述定位单元用于获取以车辆为标定点的实时经纬度坐标信息；

所述第二信息处理单元用于解码所述无线接收单元所接收的基础信息数据包、解算所述标定点相对于参考点的相对距离和相对方位角、将相对方位角和/或航向方位角与受众方位角进行匹配、获取车辆行驶方向的交通信号信息、控制交通信号信息的输出和消隐；

所述输出单元包括用于将交通信号信息以图像形式显示的图形显示装置和/或用于将交通信号信息以声音形式提醒的声音提醒装置和/或用于控制车辆的车辆控制装置。

进一步地，所述基站装置固定在所述交通信号装置上并获取交通信号，所述车载装置安装在车辆上。

进一步地，所述交通信号包括动态实时交通信号灯信息和固定的交通标志信息。

本发明的有益效果：

（1）作为一种用于车路协同技术的交通信号信息推送方法，可以用于未来智能交通系统中车辆与道路交通信号装置的物联通信。

（2）主动给机动车或驾驶员提供实时准确的道路交通信号信息，减少驾驶员在驾车过程中主动观察交通信号的负担。给车辆控制单元提供实时准确的道路交通信号信息，可参与到车辆运行控制、安全行驶策略规划等任务中。

（3）本发明中定向推送方法的准确性和可靠性不受车辆速度、定位单元的精度影响，降低了对定位单元性能的要求，降低了使用成本，提高了本发明的实用性；

（4）本发明能定距输出和定距消隐，在无线信号范围内可以任意设定开始显示显示信号信息的距离和开始消隐信号信息的距离，同样提高了本发明的实用性。

【附图说明】

图1为用于车路协同技术的交通信号信息推送方法流程图；

图2为用于车路协同技术的交通信号信息推送系统示意图；

图3为极坐标系下的交通信号受众方位角定义示意图；

图4为极坐标系下的航向方位角和相对方位角定义方法示意图；

图5为实际交通信号信息定向推送方法示意图；

图6为实际交通信号信息定距输出和定距消隐方法示意图；

图中具体编号为：

0．交通信号装置，1．基站装置，2．车载装置，4.道路，11．受众方位角信息，12．交通信号信息，13．参考点经纬度坐标信息（图中简称参考点坐标），14．第一信息处理单元，15．无线发送单元，16．无线信号，21．无线接收单元，22．第二信息处理单元，23．定位单元，24．输出单元，101．获取基础信息过程，102．无线传输过程，103．定向推送过程，104．定距输出过程，105．定距消隐过程

【具体实施方式】

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

下面以实施方案介绍交通信号信息推送过程。

基站装置1可以安装在信号灯装置0上并用于获取实时的交通信号信息12。也可以将基站装置1安装在其它合适的位置，只要保持基站装置1与信号灯装置0之间的连接，使基站装置1能持续地从信号灯装置0上获取实时的交通信号信息12即可满足本申请的要求。

将交通信号装置0参考点经纬度坐标信息13（图中简称参考点坐标）、各方向信号所对应的受众方位角信息11置入基站装置1的第一信息处理单元14中。

参考点一般选取在无线发送模块所在位置，也可以选择在其他合适的位置，例如可选择在路口中心；参考点坐标信息可以是事先测量得到的参考点经纬度定位信息。在本实施例中，将参考点O可选取在路口中心，其经纬度坐标可事先测定。

各方位角是这样定义的：以参考点O为圆心建立的极坐标系下，定义交通信号受众方位角θs、相对方位角θp、航向方位角θc。

交通信号信息12由参考点O向外广播发散，将交通信号信息12的受众方位角θs是根据道路朝向确定的，定义为过O点的道路中心射线与指向正南方向的射线按逆时针方向所形成的夹角。受众方位角按逆时针定义，指向正南方向为0°或360°，指向正东方向为90°，指向正北方向为180°，指向正西方向为270°，如图3所示。需要说明的是，选取以正南方向作为各个角度的参考方向属于人为规定的，根据实际需要，可以选用任意的方向作为参照的方向，同样可以实现对受众方位角角度的定义。同理，采用逆时针的方式来定义方位角角度也属于人为规定，根据实际需要，可以选用顺时针的方式来实现角度定义。此处说明同样适用于下述航向方位角θc和相对方位角θp的定义。

车辆接收、筛选行驶方向交通信号信息12时，车辆都是驶向参考点O的，也就是说从四周向参考点O汇聚。因此，标定点A（车辆）相对于参考点O的相对方位角θp定义为从A点发出指向O点的射线与正南方向指向O点射线按逆时针方向所形成的夹角；航向方位角θc定义为从行驶轨迹上前后两点的射线与正南方向指向O点射线按逆时针方向所形成的夹角；同样按逆时针定义，由正南方指向O点定义为0°或360°，由正东方向指向O点为90°，由正北方向指向O点为180°，由正东方向指向O点为270°，如图4所示。

如图5所示，按照交通信号受众方位角θs、航向方位角θc、相对方位角θp的定义，三叉路口处各方向相对参考点O处的方位角分别为65°、155°、245°。如果交通信号为交通标志时，仅需要将其提供给1#方向驶来的车辆，那么信息受众方位角为65°；如果交通信号为交通信号灯，那么共有三组信号灯信息，需提供给1#、2#、3#三个方向驶来的车辆，受众方位角为分别为65°、245°、155°。

基站装置1中第一信息处理单元14将交通信号装置0的参考点O经纬度坐标信息13（图中简称参考点坐标）、交通信号信息12、对应的受众方位角信息11编码成基础信息数据包，并交给无线发送单元15；

无线发送单元15通过短程通信技术以无线信号形式将基础信息数据包广播发送出去，形成以基站装置1为圆心以L半径的圆形信号覆盖区域；发射距离L一般为100米到500米。

车辆进入信号覆盖区域后，车载装置2中的无线接收单元21可以接收到基础信息数据包，并传递给第二信息处理单元22。

第二信息处理单元22将收到的基础信息数据包解码，解析出参考点O的经纬度坐标信息13（图中简称参考点坐标）、交通信号信息12和对应受众方位角信息11。

车载装置2的定位单元23获取车辆即标定点A的实时经纬度坐标信息，并交给第二信息处理单元22；第二信息处理单元22根据标定点A和参考点O的经纬度坐标，可计算出标定点A相对于参考点O的相对距离l和相对方位角θp；根据标定点A在短时间内行驶轨迹上两个点的经纬度坐标可计算得到航向方位角θc。那么标定点A1（车辆）从1#路口驶向参考点O时，进入信号覆盖范围处可计算得到的相对方位角θp_A1=68°，航向方位角θc_A1=65°，如图5所示。

当交通信号为交通标志时，受众方位角θs只有65°方向，

将θp或θc与各组交通信号信息受众方位角θs在一定误差阈值内匹配，有两种匹配方式：

匹配方式1为：θs-dθ<θp<θs+ dθ

匹配方式2为：θs-dθ<θc<θs+ dθ

其中：θs为一组交通信号信息所对应的受众方位角；dθ匹配误差阈值。

因此，只有从1#道路驶来的车辆所确定的相对方位角θp_A1和航向方位角θc_A1才接近或等于此受众方位角θs，进一步地说，只有1#道路驶来的车辆才能提取该交通标志信息。

当交通信号为交通信号灯时，受众方位角θs有三个分别为为θs_1#=65°、θs_2#=245°、θs_2#=155°。从1#方向驶来的车辆所确定的相对方位角θp_A1和航向方位角θc _A1与θs_1#相近，因此1#方向驶来的车辆通过第二信息处理单元22将θs_1#所对应的交通信号信息提取出来。同样从2#方向驶来的车辆可提取θs_2#所对应的交通信号信息，从3#方向驶来的车辆可提取θs_3#所对应的交通信号信息。该过程完成了交通信号信息的定向推送。标定点A（车辆）获取得到行驶方向的交通信号信息后，第二信息处理单元22做好输出准备。

当标定点A（车辆）驶入以参考点O为圆心以输出距离R为半径的范围时，如图6所示，判定参考点O与所述标定点A的之间实时相对距离l逐渐减小且l≤R，第二信息处理单元22将筛选得到的行驶方向交通信号信息12传送给输出单元24。

当标定点A（车辆）驶出以参考点O为圆心以消隐距离r为半径的范围时，判定参考点O与所述标定点A的之间实时相对距离l逐渐增大且l≥r，第二信息处理单元22停止向输出单元24传送交通信号信息12，完成定距消隐。

至此，本发明完成了由获取基础信息101、无线传输102、定向推送103、定距输出104、定距消隐105等环节组成的交通信号信息推送的全过程，可给驾驶员或机动车辆提供了实时、准确、方便的交通信号信息服务。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于车路协同技术的交通信号信息推送方法，用于将道路交通信号传送给车辆，其特征在于，包含下列环节：

获取基础信息：获取包括交通信号装置参考点经纬度坐标信息、道路交通信号信息、信息受众方位角信息在内的基础信息；

无线传输：采用短程无线通信技术将上述基础信息由基站装置发送到车载装置上；

定向推送：采用标定点相对于参考点的相对方位角和/ 或航向方位角匹配信息受众方位角的方式，所述车载装置仅提取该车辆行驶方向的交通信号信息，所述相对方位角和航向方位角匹配信息受众方位角的方式分别为判断所述相对方位角是否落在所述信息受众方位角阈值偏差范围内和判断所述航向方位角是否落在所述信息受众方位角阈值偏差范围内；

定距输出：当车辆驶入设定的输出距离以内，所述车载装置开始输出所提取的行驶方向的交通信号信息；

定距消隐：当车辆驶出设定的消隐距离以外，所述车载装置停止输出所提取的行驶方向的交通信号信息。

2.根据权利要求1 所述的一种应用于车路协同技术的交通信号信息推送方法，其特征在于，所述信息受众方位角是指从所述参考点朝南的指向按逆时针方向与所述交通信号信息朝向道路的指向所形成的夹角；所述参考点选取在所述交通信号装置所在位置或路口中心位置或其它合适的位置。

3.根据权利要求1 所述的一种应用于车路协同技术的交通信号信息推送方法，其特征在于，将所述交通信号装置设置为参考点，将车辆设置为标定点。

4.根据权利要求1 所述的一种应用于车路协同技术的交通信号信息推送方法，其特征在于，当车辆驶入所述交通信号装置设定的输出距离R 之内，所述标定点与参考点之间的相对距离l 逐渐减小且l ≤ R 时，则车载装置开始输出所提取的行驶方向交通信号信息。

5.根据权利要求4所述的一种应用于车路协同技术的交通信号信息推送方法，其特征在于，当车辆驶离所述交通信号装置设定的输出距离r 之外，所述相对距离l 逐渐增大且l≥ r 时，则车载装置停止输出所提取的交通信号信息。