CN109785620B - 一种车联网环境下的交通管控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车联网环境下的交通管控系统，包括车载机和路侧机，车载机包括车载控制单元和车载通信单元，路侧机包括路侧控制单元和路侧通信单元，路侧通信单元与分别与车载控制单元和用于控制交通信号灯的信号机连接，车载控制单元与信号机连接并向信号机发送信号控制方案；车载控制单元包括多个业务模块，业务模块的信息通过路侧通信单元和车载通信单元发送至车载控制单元，车载控制单元将车辆状态信息经由车载通信单元和路侧通信单元发送至路侧控制单元。与现有技术相比，本发明系统依托两个核心设备进行实现，系统具有良好的可移植性。

Description

一种车联网环境下的交通管控系统

技术领域

本发明涉及智能网联环境下道路车辆协同管控技术研究领域，尤其是涉及一种车联网环境下的交通管控系统。

背景技术

随着无线通信技术和智能车辆技术的不断发展，车联网成为物联网最活跃的分支，在智能交通领域备受关注，是当今国际公认的提高行车安全、提升运输效率和实现节能减排的最佳手段。

近年来，网联车在通信、设备制造、应用研究等方面都有了很大的推进。随着LTE通信标准的落地以及设备的成熟，车联网及车路协同技术的应用与落地已经指日可待。车路协同技术的出现使得交通控制方与参与方的互动成为可能，从而实现个性化控制和服务，提升交通管理水平。在车路协同环境下涌现出许多应用，如车辆碰撞预警、交叉口信息车载展示、车速引导乃至信号优先等，而不同类型的应用对于信息、实现系统结构各有要求，如果针对不同的应用直接进行系统建设则可能会出现大量的资源浪费，如何将各类应用有机统一在一个系统结构下就变得十分重要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种车联网环境下的交通管控系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种车联网环境下的交通管控系统，包括车载机和路侧机，所述车载机包括车载控制单元和车载通信单元，所述路侧机包括路侧控制单元和路侧通信单元，所述路侧通信单元与分别与车载控制单元和用于控制交通信号灯的信号机连接，所述车载控制单元与信号机连接并向信号机发送信号控制方案；

所述车载控制单元包括多个业务模块，所述业务模块的信息通过路侧通信单元和车载通信单元发送至车载控制单元，所述车载控制单元将车辆状态信息经由车载通信单元和路侧通信单元发送至路侧控制单元。

所述系统还包括用于慢行交通轨迹识别及行为分析的检测器，所述检测器与路侧控制单元连接。

所述系统还包括云端控制中心，该云端控制中心分别与车载通信单元和路侧控制单元连接。

所述车载通信单元和路侧通信单元均为无线通信单元。

所述业务模块的类别包括：限速策略制定模块、个体控制指令指定模块、动态地图提供模块、慢行交通识别与轨迹预测模块、面向车队的管控指令制定模块、信号配时优化模块、车道功能分配模块、交通状态提取模块、车速引导方案模块、汽车近场支付模块和车位匹配及室内停车辅助模块。

所述路侧控制单元在进行高优先级车辆让行时的步骤如下：

步骤S1：接收由请求优先车辆

发送的

其中，

为车辆

在t₀时刻的速度，

为车辆

在t₀时刻的位置，

为t₀时刻停止线的位置，

为t₀时刻车辆

通过交叉口所对应的相位，

步骤S2：路侧控制单元R_j计算

到达

停止线的位置需要的时间t_i，开启计时器，

步骤S3：计时器累加一个时间单位，

步骤S4：判断当前计时器的时间是否大于t_i，若为是，则执行步骤S6，反之则执行步骤S5，

步骤S5，判断是否收到

若为是，则执行步骤S2，反之，则执行步骤S3，其中，

为车辆

在t_i时刻的速度，

为车辆

在t_i时刻的位置，

为t_i时刻停止线的位置，

为t_i时刻车辆

通过交叉口对应的相位，

步骤S6：

通行所对应交通信号的相位开始，直至

通过交叉口。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)系统设计建立在现有应用和用户需求业务集成的基础上，故而系统具有较好的整体性和兼容性。

2)系统执行的管控方案具有层次协调性，在本系统中，云端通过路侧感知整体交通状态，制定初步方案，整合综合信息发布给车载端和路侧端；车载端和路侧端接收并处理云端信息，车载端通过整合路侧控制单元、云端提供的信息和指令进行决策，路侧端结合云端提供的宏观方案和车载端信息及路侧感知制定管控方案。

3)系统依托两个核心设备进行实现，系统具有良好的可移植性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为路侧控制单元在进行高优先级车辆让行时流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

未来车路协同环境下的城市道路必然集成了多种类型应用，但是目前这些应用的实现大多是较为离散的，而应用实现的系统性需求是有差异的，如果不加以统筹考虑，直接按照需求进行基础设施建设，可能会造成严重的资源浪费甚至应用优先级冲突。因此需要考虑一个在云端、车辆端和路侧端等互联互通前提下承载集成应用的系统。车路协同环境下的应用体系庞大，其总体框架需要根据服务对象、应用目标、应用层次和控制方式对每种场景进行细致的梳理。本专利对现有应用进行了总结展望，基于应用集成设计了车路协同环境下交通业务服务系统，该系统主要依托路侧单元和车载单元，将各类交通设施进行了有机统一，明确了各自的连接关系及数据流内容，基本可以实现各类应用的兼容。并且系统具有良好的适应性和可移植性。在具体实现过程中，可在系统搭建完成后，根据功能需求设计算法并进行算法布置，进而实现车路协同环境下交通业务服务。本专利设计的系统结构可以面向网联的社会车辆、公交车辆、应急车辆和货运车辆等多种对象，兼顾慢行交通和共享交通，应用目标包括安全、效率、环保、服务，考虑交通产生、路网、路段、节点等应用层次，结合面向交通流的信号灯控制、信息发布和面向个体车辆的轨迹控制和个性诱导等控制方式。

本申请车联网环境下的交通管控系统结构设计过程基于以下假设：

1、处于车联网环境下，交叉口设置中心控制器，所有车辆可以实现车-车通信和车-路通信，所需信息可以通过车-车通信和车-路通信进行传输；

2、信息传输和处理的速度相比车辆速度足够快，过程中延迟可忽略；

3、不考虑行人和非机动车的影响。

具体包括步骤：

(1)系统设计，根据不同功能应用的系统需求，明确系统中的组件，对组件间的连接关系进行初步设计，提出了明确的系统框架。

(2)系统连接，根据提炼总结的应用梳理不同组成部分之间的信息流，明确连接方式，具体的，根据提炼总结的应用梳理不同组成部分之间的信息流，明确连接方式，本案例中路侧控制机和车载单元以及车载单元之间通过直连通信连接，路侧控制机与云端通过蜂窝通信或有线通信连接。

(3)功能设计，本申请总结了14个业务场景，根据现实需求从场景业务中进行选取，本案例选取了SA01和EA02、EA03进行了实现

(4)算法设计，根据上一步中总结的功能分云端、车载端、路侧端进行算法设计。其中车载端实现的应用包括碰撞预警、车速引导、UI交互界面设计，路侧端实现信号灯信息发送及优先控制；

(5)总体实现测试，对系统进行整体性设计和调试，一方面测试系统间各部分的连通性，另一方面测试系统内各部分管控功能的协调性，在碰撞预警功能中，当出现碰撞危险的车辆时，会在相应的冲突方位显示红色块并发出声音提醒。车身周围共设计了八个预警方位，信号灯信息显示和车速引导方面，灯色以及倒计时会显示在车辆上。对驾驶员的车速引导会以条形显示，绿色为不停车通过的车速区间，驾驶员只需将代表实际车速的白条落在绿色区间内即能不停车通过。左侧下方为提供给自动驾驶车辆的车速引导曲线，绿色曲线为计算出的最优曲线，粉色曲线为实际行驶曲线。信号优先方面，驾驶员点击请求优先后，屏幕上会显示优先请求已发送，同时车载单元会向交叉口信号控制机发送优先请求指令，信号控制机收到信息后会进行反馈，收到反馈信息后车载单元会显示优先请求已被处理。由于核心设备为路侧单元和车载单元，在实现过程中，仅需将车载单元安装在车中，将路侧单元通过网线连接在路侧控制机中并明确好通信协议即可实现，系统具有较好的可移植性。

一种车联网环境下的交通管控系统，如图1所示，包括车载机和路侧机，车载机包括车载控制单元和车载通信单元，路侧机包括路侧控制单元和路侧通信单元，路侧通信单元与分别与车载控制单元和用于控制交通信号灯的信号机连接，车载控制单元与信号机连接并向信号机发送信号控制方案，其中车载通信单元和路侧通信单元均为无线通信单元；

车载控制单元包括多个业务模块，业务模块的信息通过路侧通信单元和车载通信单元发送至车载控制单元，车载控制单元将车辆状态信息经由车载通信单元和路侧通信单元发送至路侧控制单元。

业务模块的类别包括：限速策略制定模块、个体控制指令制定模块、动态地图提供模块、慢行交通识别与轨迹预测模块、面向车队的管控指令指定模块、信号配时优化模块、车道功能分配模块、交通状态提取模块、车速引导方案模块、汽车近场支付模块和车位匹配及室内停车辅助模块。

系统还包括用于慢行交通轨迹识别及行为分析的检测器，检测器与路侧控制单元连接。系统还包括云端控制中心，该云端控制中心分别与车载通信单元和路侧控制单元连接。如图1所示，可根据功能需求对系统结构进行简化和增补。

其中业务场景中包括了多项已有应用，这些应用均可兼容在系统中，详见表1～3所示。

表1

现有业务技术编号如表2所示：

表2

此外，根据业务场景选择进行功能设计依据如表3所示

表3

表3中的功能编号含义如下：①相关管控策略初步制定；②相关管控策略制定；③个体控制指令制定；④管控信息显示/执行；⑤慢行交通轨迹识别及预测；⑥全息动态地图；⑦动态信息融合感知；⑧编队内部行驶算法；⑨汽车进场支付；⑩服务信息融合。

信息类型：101：基本安全信息；102：自定义管控信息；103：个体控制指令信息；104：动态地图信息；105：车队内行驶指令信息；106：交通状态信息；107：服务信息108：自定义需求信息；

如图2所示，路侧控制单元在进行高优先级车辆让行时的步骤如下：

步骤S1：接收由请求优先车辆

发送的

其中，

为车辆

在t₀时刻的速度，

为车辆

在t₀时刻的位置，

为t₀时刻停止线的位置，

为t₀时刻车辆

通过交叉口所对应的相位，

步骤S2：路侧控制单元R_j计算

到达

停止线的位置需要的时间t_i，开启计时器，

步骤S3：计时器累加一个时间单位，

步骤S4：判断当前计时器的时间是否大于t_i，若为是，则执行步骤S6，反之则执行步骤S5，

步骤S5，判断是否收到

若为是，则执行步骤S2，反之，则执行步骤S3，其中，

为车辆

在t_i时刻的速度，

为车辆

在t_i时刻的位置，

为t_i时刻停止线的位置，

为t_i时刻车辆

通过交叉口对应的相位，

步骤S6：

通行所对应交通信号的相位开始，直至

通过交叉口。

在本系统中不同层级的管控层级不同，云端接收、处理和发送区域的服务及管控诱导信息给车辆，根据路侧端上报的交通状态等信息处理区域初步指令并发送给路侧机，路侧机结合检测器、车载端和云端信息对控制方案进行制定和发布。车载控制单元整合车辆与环境各方面信息，提取自身状态通过车载通信单元进行广播。同时，汇总信息并给出引导，最终由驾驶员进行决策，或者将控制指令下达给车载机。

Claims (2)

1.一种车联网环境下的交通管控系统，其特征在于，系统包括车载机、路侧机和云端控制中心，所述车载机包括车载控制单元和车载通信单元，所述路侧机包括路侧控制单元和路侧通信单元，所述路侧通信单元分别与车载通信单元和用于控制交通信号灯的信号机连接，所述云端控制中心分别与车载通信单元和路侧控制单元连接，所述车载通信单元与车载控制单元连接，所述路侧通信单元与路侧控制单元连接，所述路侧控制单元与信号机连接并向信号机发送信号控制方案，

所述系统还包括用于慢行交通轨迹识别及行为分析的检测器，所述检测器与路侧控制单元连接；

所述路侧控制单元包括多个业务模块，所述业务模块的信息通过路侧通信单元和车载通信单元发送至车载控制单元，所述车载控制单元将车辆状态信息经由车载通信单元和路侧通信单元发送至路侧控制单元；

所述业务模块的类别包括：限速策略制定模块、个体控制指令制定模块、动态地图提供模块、慢行交通识别与轨迹预测模块、面向车队的管控指令制定模块、信号配时优化模块、车道功能分配模块、交通状态提取模块、车速引导方案模块、汽车近场支付模块和车位匹配及室内停车辅助模块；

云端控制中心接收、处理和发送区域的服务及管控诱导信息给车辆，根据路侧机上报的交通状态信息处理得到区域初步指令并发送给路侧机，其中，所述区域初步指令包括限速初步策略信息和动态车道方案；所述车载控制单元整合车辆与环境的信息，提取自身状态通过车载通信单元进行广播；所述路侧控制单元结合检测器、车载机和云端控制中心的信息制定和发布控制方案，其中所述控制方案包括限速信息、实时车道功能、车速引导指令和信号控制方案；所述车载控制单元汇总云端控制中心和路侧控制单元的信息并给出引导，最终由驾驶员进行决策，或下达控制指令给车载控制单元的车载控制器；

所述路侧控制单元在进行高优先级车辆让行时的步骤如下：

步骤S1：接收由请求优先的车辆

发送的

其中，

为车辆

在t₀时刻的速度，

为车辆

在t₀时刻的位置，

为t₀时刻车辆

与停止线的位置的距离，

为t₀时刻车辆

通过交叉口所对应的相位，

步骤S2：路侧控制单元R_j计算

到达停止线的位置需要的时间

开启计时器，

步骤S3：计时器累加一个时间单位，

步骤S4：判断当前计时器的时间是否大于

若为是，则执行步骤S6，反之则执行步骤S5，

步骤S5，判断是否收到

若为是，则执行步骤S2，反之，则执行步骤S3，其中，

为车辆

在t_i时刻的速度，

为车辆

在t_i时刻的位置，

为t_i时刻车辆

与停止线的位置的距离，

为t_i时刻车辆

通过交叉口对应的相位，

步骤S6：

通行所对应的相位交通信号开始，直至

通过交叉口。

2.根据权利要求1所述的一种车联网环境下的交通管控系统，其特征在于，所述车载通信单元和路侧通信单元均为无线通信单元。

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