CN107767679A - 基于专用短程通信的信号灯路口车速引导装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于专用短程通信的信号灯路口车速引导装置及方法，所述装置包括车载单元与路侧单元，其中：所述车载单元包括第一数据处理模块，第一DSRC通信收发模块，第一GPS模块，自车信息采集模块和HMI模块；所述路侧单元包括第二数据处理模块，第二DSRC通信收发模块，第二GPS模块，信息采集模块和通信模块。本发明通过车载单元和路侧单元的信息交互，可完成车辆与行车环境之间的互联互通；采用DSRC通信收发模块，通过车路协同技术能获得车辆周边的道路信息以及其他车辆信息，车辆不再是道路上的信息孤岛，由此可以防止碰撞，提高行车安全，提升交通效率，计算量较小，易于实现。

Description

基于专用短程通信的信号灯路口车速引导装置及方法

技术领域

本发明涉及智能交通系统和车联网领域，具体地，涉及一种基于专用短程通信(DSRC,Dedicated Short Range Communications)的信号灯路口车速引导装置及方法。

背景技术

随着我国交通事业的飞速发展，机动车保有量激增，我国道路拥堵状况特别是大城市的道路拥堵状况日益严重，对城市交通管理造成的压力愈来愈大。高峰限行、拍牌限购、尾号限行等行政手段调节收效越来越不明显，需要通过车路协同等智能交通手段来解决相关问题。车路协同技术借助专用短程通信技术(Dedicated Short RangeCommunications，DSRC)，可完成车辆与行车环境之间的互联互通，车载设备通过车路协同技术能获得车辆周边的道路信息以及其他车辆信息，车辆不再是道路上的信息孤岛。由此，车路协同技术可以防止碰撞，提高行车安全，提升交通效率。

而针对交叉路口的道路环境，由于缺乏对信号灯状态和其他车辆行驶状况的整体感知，导致司机在远处无法得知路口信号灯的相位信息与剩余时间信息，故无法根据灯时调整车速避免在红灯时停车。借助车路协同技术，可实现实时共享车载设备获取的车辆行驶状态信息和路侧设备获取的信号灯信息与道路状态信息，为车速引导系统提供准确可靠的信息，使其给出适当的变道或速度引导，为行车效率和道路安全提供有效保障。

目前国内已有相关机构提出了各种车速引导系统与方法，利用算法计算引导车速，使得车辆可以安全高效的通过红绿灯路口。但是现有技术存在以下方面的不足：①部分算法考虑的场景有限，仅考虑了绿灯亮起时的车速引导，未考虑红灯亮起时的车速引导情况；②仅根据实时的加速度来计算得到引导车速，但实时加速度变化大，得到的引导车速变化也大，导致难以获得稳定持续的引导车速；③算法复杂度高，计算量大。

经检索，如中国专利公开号为CN105719500A，该专利公开一种基于车路协同的时间闭塞交叉口车速引导系统及方法，该车速引导系统包括路侧单元和车载单元，但该专利考虑的场景有限，仅考虑了绿灯亮起时的车速引导，未考虑红灯亮起时的车速引导情况。

中国专利公开号为CN104916152A，该发明涉及一种基于车路协同的交叉口车辆右转引导系统及其引导方法，该引导系统包括路侧设备和监控中心及至少一个车载设备，当车辆进入路侧设备的交叉口通信范围时，车载主控模块根据本车的静态信息、车辆运行位置信息、车辆的行驶方向和车辆速度及本车所处的交叉口交通状态信息进行分析判断，若判断未来时间内会发生机动车和非机动车冲突或机动车与机动车冲突，则车载主控模块分析得出右转所需的安全车速至提示模块和车速控制模块，通过提示模块提示驾驶员右转所需的安全车速，同时车载主控模块会监控车辆是否按所给安全车速行驶，若监测到车辆未按安全车速行驶则车速控制模块自动控制车辆的速度。但是该专利方法没有考虑车辆加速度，导致难以获得稳定持续的引导车速，且算法较为复杂。

发明内容

针对现有技术中的缺陷/之一，本发明的目的是提供一种基于专用短程通信的信号灯路口车速引导装置及方法。

根据本发明的一个方面，提供一种基于专用短程通信的信号灯路口车速引导装置，包括安装在车辆中的车载单元(OBU,On Board Unit)与设置在道路交叉口的路侧单元(RSU,Road Side Unit)，其中：车载单元通过第一DSRC通信模块接受由路侧单元的第二DSRC通信模块发来的信号灯与道路信息。

所述车载单元包括第一数据处理模块、第一DSRC通信收发模块、第一GPS模块、自车信息采集模块和HMI模块；

自车信息采集模块，用于采集自车的当前行驶状态信息与加速度信息，传输给第一数据处理模块；

第一GPS模块，用于获取自车的当前位置与行驶方向信息，传输给第一数据处理模块；

第一DSRC通信收发模块，用于广播由第一数据处理模块传来的自车行驶信息，并接收其他车辆的行驶信息与路侧单元的路况信息，传输给第一数据处理模块；

第一数据处理模块，接受自车信息采集模块周期性采集的当前行驶速度信息与加速度信息、第GPS模块周期性采集的自车位置与行驶方向信息、路侧单元的信息采集模块周期性采集的道路信息、第一DSRC通信收发模块周期性接收的来自其他车辆的行驶信息，以及第二DSRC通信收发模块发送给第一DSRC通信收发模块的信号灯及道路信息，并对这些信息进行数据处理，通过对信息的判断来计算引导车速；

HMI模块，接受第一数据处理模块的信息与判断结果，显示引导车速及行驶建议；

所述路侧单元包括第二数据处理模块、第二DSRC通信收发模块、第二GPS模块、信息采集模块和通信模块；

信息采集模块，用于采集所在交叉口当前的信号灯相位、剩余秒数及该信号灯所对应的行驶方向、道路限速信息、施工信息，传输给第二数据处理模块；

第二GPS模块，用于获取所述路侧单元的位置信息，传输给第二数据处理模块；

第二数据处理模块，接收信息采集模块采集的上述信息、第二GPS模块采集的上述信息、以及通信模块从交通控制中心获取的拥堵信息，并对这些信息进行数据处理与运算，将信号灯与路况信息发送给第二DSRC通信收发模块，同时通过通信模块将拥堵信息传输给交通控制中心；

第二DSRC通信收发模块，用于发射第二数据处理模块传来的所述路侧单元的位置信息、信号灯的相位信息、剩余时间信息、拥堵信息，同时传输给车载单元的第一DSRC通信收发模块，并由第一DSRC通信收发模块把上述信号灯及道路信息传给第一数据处理模块；

通信模块，用于交通控制中心对该路侧单元的控制与通信，接收第二数据处理模块发来的拥堵信息传输给交通控制中心，或接收交通控制中心发来的拥堵信息，传输给第二数据处理模块。

本发明上述系统通过车载单元和路侧单元的信息交互，可完成车辆与行车环境之间的互联互通；采用DSRC通信收发模块，通过车路协同技术能获得车辆周边的道路信息以及其他车辆信息，车辆不再是道路上的信息孤岛，由此可以防止碰撞，提高行车安全，提升交通效率。

根据本发明的第二方面，提供一种基于专用短程通信的信号灯路口车速引导方法，具体包括：

车辆搭载的车载单元在行驶过程中：

自车信息采集模块周期性采集一次自车当前的行驶速度与加速度，传至第一数据处理模块；

第一GPS模块周期性采集一次自车位置、行驶方向再传到第一数据处理模块；

第一数据处理模块将收集到的信息整合传到第一DSRC通信收发模块，进行周期性广播；

路侧单元的第二GPS模块周期性采集一次其所在交叉口当前的信号灯相位及剩余秒数及其对应的行驶方向、信号灯位置信息、道路限速信息、施工信息，传到第二数据处理模块，再通过第二DSRC通信收发模块将信息传输给第一DSRC通信收发模块，最后传到车载单元的第一数据处理模块；

车载单元的第一DSRC通信收发模块周期性接收来自其他车辆广播的其他车辆的行驶信息，并接收来自路侧单元的路况信息，设置最高车速为道路限速，并将接收到的信息传给第一数据处理模块，进行引导车速的计算；

第一数据处理模块首先判断自车与前方路口的距离是否在设定值以内，若在设定值以内，则判断自车的行驶前方是否需要左转或右转，若需要左转或右转，则修正最大车速；其次判断自车与前车的跟车距离是否小于安全跟车距离，并修正最大车速。

车载单元的第一数据处理模块由所获取的信息判断信号灯的相位，若信号灯为红灯，判断若按当前速度行驶能在绿灯出现并路口排队车辆消散后再到达路口，则提示“请按当前车速通行”，否则计算出在绿灯时恰好到达停止线的临界速度，此处计算临界速度时用到的加速度是通过分析驾驶员的驾驶情况，通过常用加速度的概率统计而得到的习惯加速度。当临界速度大于保证道路车辆正常行驶的最低速度，则提示“请减速到v₁”，否则车辆必须停车等待，此时提示“请减速”，提示车辆减速并在路口处停车等待；若信号灯当前相位为绿灯，判断若按当前速度行驶，能在绿灯结束前到达路口，则提示“按当前车速通行”，否则算出在绿灯结束时到达停止线的临界速度，若临界速度小于道路限速，则提示“请加速到v₁”，否则车辆无法在绿灯结束前通过路口，此时判断若按当前速度行驶，若能在下一次绿灯出现时到达路口，则提示“请按当前车速通行”，否则按红灯情况处理。

在整个车速引导系统过程中，允许自车的实际速度与计算出的理论速度之间出现一定误差，但若判断误差超过规定门限值，则提醒车辆需要适当加速或减速。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明场景考虑较为全面，在考虑绿灯亮起时的车速引导基础上，同时考虑红灯亮起时的车速引导情况，更适用于现实交通驾驶场景；

2、现有技术仅根据实时的加速度来计算得到引导车速，但实时加速度变化大，得到的引导车速变化也大，导致难以获得稳定持续的引导车速。本发明通过分析驾驶员的驾驶情况，计算出该驾驶员的常用加速度，并运用该习惯加速度计算引导车速，可获得合适的引导车速。

3、本发明的方法，计算量较小，易于实现，可以防止碰撞，提高行车安全，提升交通效率，对于现实交通场景有较大的借鉴意义。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例车载单元信号灯路口车速引导的场景示意图；

图2为本发明一实施例中车载单元的结构框图；

图3为本发明一实施例路侧单元的结构框图；

图4为本发明一实施例的引导方法流程图；

图中标号说明：

100为车载单元，110为第一数据处理模块，120为第一DSRC通信收发模块，130为第一GPS模块，140为自车信息采集模块，150为HMI模块，200为路侧单元，210为第二数据处理模块，220为第二DSRC通信收发模块，230为第二GPS模块，240为信息采集模块，250为通信模块。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种基于专用短程通信的信号灯路口车速引导装置，包括安装在车辆中的车载单元100与设置在道路交叉口的路侧单元200，两者之间进行信息通信，车载单元100将会接收路侧单元200采集的信号灯与道路信息。

如图2所示，所述车载单元100包括：第一数据处理模块110，第一DSRC通信收发模块120，第一GPS模块130，自车信息采集模块140和HMI模块150。

自车信息采集模块140，与第一数据处理模块110相连，用于采集自车的当前行驶状态信息与加速度信息，包括车辆位置、速度、加速度等信息，传输给第一数据处理模块；

第一GPS模块130，与第一数据处理模块110相连，用于获取自车的当前位置与行驶方向信息，传输给第一数据处理模块；

第一DSRC通信收发模块120，与第一数据处理模块110相连，用于广播自车行驶信息，并接收其他车辆的行驶信息与路侧单元的路况信息等，传输给第一数据处理模块；

第一数据处理模块110，与所有其他模块相连，用于数据的处理与运算，通过接受自车信息采集模块140每秒采集的当前行驶速度与加速度信息，第一GPS模块130每秒采集的自车位置与行驶方向信息，路侧单元的信息采集模块240每秒采集的道路信息(此处信息采集模块240采集的信息先发给第二数据处理模块210，再通过第二DSRC通信收发模块220将信息传输给第一DSRC通信收发模块120，最后传到车载单元的第一数据处理模块110)，第一DSRC通信收发模块120每秒接收的来自其他车辆的行驶信息，可进行引导车速的计算。

HMI模块150，与第一数据处理模块110相连，接受第一数据处理模块的信息与判断结果，显示引导车速及行驶建议；

如图3所示，所述路侧单元200包括：第二数据处理模块210，第二DSRC通信收发模块220，第二GPS模块230和通信模块240。

信息采集模块240，与第二数据处理模块210相连，用于采集其所在交叉口当前的信号灯相位及剩余秒数及其对应的行驶方向、道路限速信息、施工信息。

第二GPS模块230，与第二数据处理模块210相连，用于获取该路侧单元的位置信息，即信号灯GPS位置信息，传输给第二数据处理模块；

第二数据处理模块210，接收信息采集模块采集的上述信息、第二GPS模块采集的上述信息、以及通信模块从交通控制中心获取的拥堵信息，并对这些信息进行数据处理与运算，将信号灯与路况信息发送给第二DSRC通信收发模块，同时通过通信模块将拥堵信息传输给交通控制中心；

第二DSRC通信收发模块220，与第二数据处理模块210相连，用于发射第二数据处理模块传来的所述路侧单元的位置信息、信号灯的相位信息、剩余时间信息、拥堵信息，同时传输给车载单元的第一DSRC通信收发模块；

通信模块250，与第二数据处理模块210相连，可采用3G、4G通信或光纤通信，用于交通控制中心对该路侧单元的控制与通信，接收第二数据处理模块发来的拥堵信息传输给交通控制中心，或接收交通控制中心发来的拥堵信息，传输给第二数据处理模块。

本发明上述实施例中采用一秒的采集周期，对于大多数交通场景的车辆信息采集较为合适，当然，对于车辆密集交通场景可适当缩短采集周期，对于车辆稀疏交通场景可适当延长采集周期。

基于上述的系统结构，一种基于专用短程通信的信号灯路口车速引导的方法，其流程图如图4所示，具体步骤包括：

步骤1：车辆搭载的车载单元100，通过自车信息采集模块140采集自车当前的行驶速度与加速度信息，并通过第一GPS模块130采集自车位置、行驶方向信息，再传到第一数据处理模块110。同时第一DSRC通信收发模块120接收其他车辆广播的其他车辆的行驶信息，并接收来自路侧单元的信号灯及道路信息，并将接收到的信息传给数据处理中心进行引导车速的计算。转向步骤2。

步骤1.1：车辆搭载的车载单元100，在行驶过程中，自车信息采集模块140每秒均采集一次自车当前的行驶速度与加速度，传至第一数据处理模块110。

步骤1.2：车载单元的第一GPS模块130每秒均采集一次自车位置、行驶方向再传到第一数据处理模块110。

步骤1.3：车载单元第一数据处理模块110将收集到的信息整合传到第一DSRC通信收发模块120，进行一秒一次的广播。

步骤1.4：路侧单元的GPS模块每秒均采集一次其所在交叉口当前的信号灯相位及剩余秒数及其对应的行驶方向、信号灯GPS位置信息、道路限速信息、施工信息，再通过第二DSRC通信收发模块220传到第一DSRC通信收发模块120，再传至车载单元的第一数据处理模块110。

步骤1.5：车载单元的第一DSRC通信收发模块120每秒都接收来自其他车辆广播的其他车辆的行驶信息，并接收来自路侧单元的路况信息，设置最高车速为道路限速，即，并将接收到的信息传给数据处理中心进行引导车速的计算。转向步骤2。

步骤2：由第一数据处理模块110判断自车与前方路口的距离时候在30米以内，即s≤30。若在30米以内，则判断自车的行驶前方是否需要左转或右转，若需要左转或右转，则修正最大车速，即置v_max＝min(v_道路限速,v_{路口转弯限速})。转至步骤3。

步骤3：依据表1判断自车与前车的跟车距离是否小于安全跟车距离，并修正最大车速，即置v_max＝min(v_max，v_前车车速)。转至步骤4。

表1车辆行驶速度与安全跟车距离的关系

步骤4：车载单元的第一数据处理模块110由所获取的信息判断信号灯的相位，若为红灯转向步骤5，若为绿灯转向步骤6。

步骤5.1：若信号灯当前相位为红灯，判断若按当前速度行驶，能否在绿灯出现并路口排队车辆消散后再到达路口，其判断计算式如下：

式中：s为车辆当前位置距路口路侧单元的距离，v为车辆当前速度，T_g为绿灯亮起时刻，T₀为当前时刻，Q为交叉口该进口道排队的车辆数，S为交叉口该进口道饱和流率，t_l为车辆启动时间。

若符合该式，则提示“请按当前车速通行”，转向步骤7，否则转向步骤5.2。

步骤5.2：计算出在绿灯时恰好到达停止线的临界速度，计算式如下：

式中：v₁为临界速度，v为车辆当前速度，a为车辆习惯加速度，t为红灯的剩余时间，即t＝T_g-T₀，s为车辆距路口的距离。

此处a是通过分析驾驶员的驾驶情况，通过常用加速度的概率统计而得到的习惯加速度。

若临界速度大于保证道路车辆正常行驶的最低速度，则提示“请减速到v₁”，转向步骤7，否则转至步骤5.3。

步骤5.3：由于临界速度小于道路汽车行驶的正常速度，车辆必须停车等待，此时提示“请减速”，提示车辆减速并在路口处停车等待，之后转向步骤7。

步骤6.1：若信号灯当前相位为绿灯，判断若按当前速度行驶，能否在绿灯结束前到达路口，其判断计算式如下：

式中，s为车辆距路口的距离，v为车辆当前速度，T_y为黄灯亮起时刻，T₀为当前时刻。

若符合该式，则提示“按当前车速通行”，转向步骤7，否则转向步骤6.2

步骤6.2：算出在绿灯结束时到达停止线的临界速度，计算式如下：

式中：v₁为临界速度，v为车辆当前速度，a为车辆习惯加速度，t为绿灯的剩余时间，即T_y-T₀，s为车辆距路口的距离。

若临界速度小于道路限速，则提示“请加速到v₁”，转向步骤7，否则转至步骤6.3。

步骤6.3：由于临界速度大于汽车行驶的正常速度，车辆无法在绿灯结束前通过路口，此时判断若按当前速度行驶，能否在下一次绿灯出现时到达路口，其判断计算式如下：

式中：s为车辆当前位置距路口路侧单元的距离，v为车辆当前速度，T_g为下一次绿灯亮起时刻，T₀为当前时刻。

若符合该式，则提示“请按当前车速通行”，转向步骤7，否则转向步骤5.2

步骤7：在整个车速引导系统过程中，允许自车的实际速度与计算出的理论速度之间出现一定误差，但若判断误差超过规定门限值，则提醒车辆需要适当加速或减速。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种基于专用短程通信的信号灯路口车速引导装置，其特征在于，包括安装在车辆中的车载单元与设置在道路交叉口的路侧单元，其中：

所述车载单元包括第一数据处理模块、第一DSRC通信收发模块、第一GPS模块、自车信息采集模块和HMI模块；

自车信息采集模块，用于采集自车的当前行驶状态信息与加速度信息，传输给第一数据处理模块；

第一GPS模块，用于获取自车的当前位置与行驶方向信息，传输给第一数据处理模块；

第一DSRC通信收发模块，用于广播由第一数据处理模块传来的自身车辆行驶信息，并接收其他车辆的行驶信息与路侧单元的路况信息，传输给第一数据处理模块；

第一数据处理模块，接受自车信息采集模块周期性采集的当前行驶速度信息与加速度信息、第一GPS模块周期性采集的当前车辆位置与行驶方向信息、路侧单元的信息采集模块周期性采集的道路信息、第一DSRC通信收发模块周期性接收的来自其他车辆的行驶信息，以及第二DSRC通信收发模块发送给第一DSRC通信收发模块的信号灯及道路信息，并对这些信息进行数据处理，通过对信息的判断来计算引导车速；

HMI模块，接受第一数据处理模块的信息与判断结果，显示引导车速及行驶建议；

所述路侧单元包括第二数据处理模块、第二DSRC通信收发模块、第二GPS模块、信息采集模块和通信模块；

信息采集模块，用于采集所在交叉口当前的信号灯相位、剩余秒数及该信号灯所对应的行驶方向、道路限速信息、施工信息，传输给第二数据处理模块；

第二GPS模块，用于获取所述路侧单元的位置信息，传输给第二数据处理模块；

第二数据处理模块，接收信息采集模块采集的上述信息、第二GPS模块采集的上述信息、以及通信模块从交通控制中心获取的拥堵信息，并对这些信息进行数据处理与运算，将信号灯与路况信息发送给第二DSRC通信收发模块，同时通过通信模块将拥堵信息传输给交通控制中心；

第二DSRC通信收发模块，用于发射第二数据处理模块传来的所述路侧单元的位置信息、信号灯的相位信息、剩余时间信息、拥堵信息，同时传输给车载单元的第一DSRC通信收发模块，并由第一DSRC通信收发模块将上述信号灯及道路信息传给第一数据处理模块；

通信模块，用于交通控制中心对该路侧单元的控制与通信，接收第二数据处理模块发来的拥堵信息传输给交通控制中心，或接收交通控制中心发来的拥堵信息，传输给第二数据处理模块。

2.一种根据权利要求1所述的基于专用短程通信的信号灯路口车速引导方法，其特征在于，车辆搭载的所述车载单元在行驶过程中：

自车信息采集模块周期性采集一次自车当前的行驶速度与加速度，传至第一数据处理模块；

第一GPS模块周期性采集一次当前车辆位置、行驶方向再传到第一数据处理模块；

第一数据处理模块将收集到的信息整合传到第一DSRC通信收发模块，进行周期性广播；

路侧单元的第二GPS模块周期性采集一次其所在交叉口当前的信号灯相位及剩余秒数及其对应的行驶方向、信号灯位置信息、道路限速信息、施工信息，传到第二数据处理模块，再通过第二DSRC通信收发模块将信息传输给第一DSRC通信收发模块，最后传到车载单元的第一数据处理模块；

车载单元的第一DSRC通信收发模块周期性接收来自其他车辆广播的其他车辆的行驶信息，并接收来自路侧单元的路况信息，设置最高车速为道路限速，并将接收到的信息传给第一数据处理模块，进行引导车速的计算。

3.根据权利要求2所述的基于专用短程通信的信号灯路口车速引导方法，其特征在于，所述第一数据处理模块，首先判断自车与前方路口的距离是否在设定值以内，若在设定值以内，则判断自车的行驶前方是否需要左转或右转，若需要左转或右转，则修正最大车速；其次判断自车与前车的跟车距离是否小于安全跟车距离，小于安全跟车距离时修正最大车速。

4.根据权利要求2所述的基于专用短程通信的信号灯路口车速引导方法，其特征在于，所述车载单元的第一数据处理模块由所获取的信息判断信号灯的相位，若信号灯为红灯，判断若按当前速度行驶能在绿灯出现并路口排队车辆消散后再到达路口，则提示“请按当前车速通行”，否则计算出在绿灯时恰好到达停止线的临界速度，当临界速度大于保证道路车辆正常行驶的最低速度，则提示“请减速到v₁”，否则车辆必须停车等待，此时提示“请减速”，提示车辆减速并在路口处停车等待；若信号灯当前相位为绿灯，判断若按当前速度行驶，能在绿灯结束前到达路口，则提示“按当前车速通行”，否则算出在绿灯结束时到达停止线的临界速度，若临界速度小于道路限速，则提示“请加速到v₁”，否则车辆无法在绿灯结束前通过路口，此时判断若按当前速度行驶，若能在下一次绿灯出现时到达路口，则提示“请按当前车速通行”，否则按红灯情况处理。

5.根据权利要求2-4任一项所述的基于专用短程通信的信号灯路口车速引导方法，其特征在于，在整个车速引导系统过程中，允许自车的实际速度与计算出的理论速度之间出现一定误差，但若判断误差超过规定门限值，则提醒车辆需要加速或减速。