CN110428618B - 基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法 - Google Patents

基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法，包括：公交车自主检测拥堵信息并存储线路包、拥堵信息包；其他拥堵车辆在拥堵期间向公交车转发其他拥堵路段线路包以及对应拥堵信息包；公交车给对向车道的路群头发送所存储信息；路群头给同向及对向邻居路群头广播线路包以及拥堵信息包；邻居路群头接收后转发给路群内车辆，各车辆判断线路包与自身行驶线路是否重合，若重合则接收该路段拥堵信息包，并根据拥堵信息重新规划行驶路线，否则不接收拥堵信息包。与现有技术相比，本发明能够自主检测路段拥堵信息，并以拥堵时的公交车作为临时RSU、以车道路群内的路群头作为移动中继，能够实现拥堵信息的高效、可靠传输。

Description

基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域，尤其是涉及一种基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法。
背景技术
车载自组织网络(Vehicle Ad-hoc Networks，VANETs)是传统移动自组织网络(Mobile Ad-Hoc Network，MANET)在道路交通领域上的应用，是一种将网络节点建立在汽车和固定道路基础设施(Roadside Unit，RSU)上的分布式、动态变化的自组织通信网络。VANETs在城市交通信息采集、路径导航、事故预警、道路拥堵通知等方面应用广泛，推动了智能交通系统(Intelligent Transportation System，ITS)的发展，是目前交通网络领域研究的热点之一。VANETs中的通信可以分为两大类：一类是车辆与车辆之间的通信(V2V)，车辆之间可以直接相互通信；第二类是车辆与基础设施之间的通信(V2I)，车辆可以与道路旁的不可移动设备相互通信。这两种通信方式将车辆或RSU作为中继实现信息转发，为行驶的交通安全提供了保障，同时缓解了交通拥堵、停车位难寻等实际交通问题。
随着全国汽车保有量的不断增长，道路交通问题日益严重，解决城市交通拥堵问题迫在眉睫。交通拥堵可能发生在城市的任一路段，即将到达车辆无法预知前方路况，因而无法及时修改路线，尽管现有的导航软件可查询部分路段拥堵情况，但仍存在路段消息延迟更新，信息不准确等问题，因此，如何获得实时准确的道路拥堵信息是解决城市交通拥堵问题的重要前提。
VANETs能将城市交通拥堵问题转化为交通信息进行传输，然而，在现实交通路境下，由于VANETs具有节点高速移动、链路频繁切换的特性，导致信息无法通过车辆或RSU实现高效转发；与此同时，道路车辆多、信息转发量大且网络传输成本高，迫切需要寻找相对稳定的节点作为中继转发信息，并尽量减少消息转发次数，以提高信息的传输效率，最终实现交通信息的可靠、高效传输。
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基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法，包括以下步骤：
S1、获取本车道第一公交车在当前路段的运行数据，即第一公交车进入本车道当前路段的运行时间；
S2、根据本车道第一公交车在当前路段的运行数据，判断本车道当前路段是否拥堵，若判断本车道当前路段为拥堵，则执行步骤S3，否则返回步骤S1；
S3、定义第一公交车为临时RSU，获取本车道当前路段的拥堵程度，生成本车道的拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包，并存储于临时RSU；
S4、其他拥堵等待车辆将所携带的其他拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包一起发送给临时RSU；
S5、临时RSU接收并存储其他拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包，同时判断本车道当前路段是否拥堵，若判断本车道当前路段为拥堵，则执行步骤S7，否则执行步骤S6；
S6、临时RSU清除存储的所有拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包，并返回步骤S1；
S7、临时RSU将存储的所有拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包发送给对向车道的路群头；
S8、对向车道的路群头将接收到的所有拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包同时转发给同向车道以及对向车道的邻居路群头；
S9、邻居路群头将接收到所有拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包发送到各自的路群内，路群内的车辆对所有拥堵路段线路包依次进行判断比较，若该拥堵路段线路包与车辆的行驶线路发生重合，则车辆接收该拥堵路段对应的拥堵信息包，否则车辆不接收该拥堵路段对应的拥堵信息包。
优选地，所述步骤S2中判断本车道当前路段是否拥堵的具体过程为：
S21、设置本车道当前路段的第一运行时间阈值T1；
S22、比较第一公交车进入本车道当前路段的运行时间Ta与第一运行时间阈值T1，若Ta≤T1，则判断本车道当前路段为畅通，并返回步骤S1，若Ta＞T1，则判断本车道当前路段为拥堵，并执行步骤S3。
优选地，所述步骤S3中本车道当前路段的拥堵程度包括本车道当前路段的线路数据、拥堵时间以及车辆排队长度。
优选地，所述拥堵路段线路包存储有拥堵路段的线路数据，所述拥堵信息包存储有拥堵路段的拥堵时间及车辆排队长度。
优选地，所述拥堵信息包采用广播数据包的形式，由包头和数据区组成，其中，包头用于存储车辆ID信息，数据区用于存储拥堵时间及车辆排队长度。
优选地，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41、其他拥堵等待车辆之间采用询问包与应答包的方式，通过对比拥堵等待车辆之间的拥堵路段线路包，以筛减线路数据重复的拥堵路段线路包；
S42、将筛减完线路数据重复的拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包发送给临时RSU。
优选地，所述步骤S7具体包括以下步骤：
S71、从对向车道路群内选择该路群的路群头，其中，路群头是路群内与该路群中心之间距离最近的车辆；
S72、根据拥堵信息包中拥堵时间以及车辆排队长度的长短，临时RSU对存储的拥堵信息包进行优先等级排列；
S73、临时RSU以预设的时间间隔，将拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包按照优先等级顺序依次发送给对向车道的路群头。
优选的，所述步骤S71中路群中心具体为：
Figure BDA0002143538100000031
式中，Ox和Oy分别表示路群中心的纬度和经度，n表示路群内的车辆个数，Xi表示该路群内第i个车辆的纬度数据，Yi表示该路群内i个车辆的经度数据，Xi和Yi均通过车辆GPS定位获得；
路群内车辆与路群中心之间的距离计算公式为：
Figure BDA0002143538100000041
式中，dio表示路群内第i个车辆与该路群中心O之间的距离。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明利用公交车行驶线路确定的特点，通过设置对应路段畅通的第一运行时间阈值，能够快速判断当前路段是否拥堵，提高了拥堵信息数据的可靠性与实时性。
二、本发明基于公交车具有存储数据量大、并且在拥堵时移动速度缓慢的特点，将拥堵时的公交车作为临时RSU，同时将车道路群内的路群头作为移动中继，大大增加了可接受信息量，且能保证信息传输过程中不易断链、提高信息传输效率。
三、本发明将拥堵路段的线路数据、拥堵时间和车辆排队长度分别存储在线路包和对应的拥堵信息包，待接收车辆通过提前比较自身行驶线路与线路包中的线路数据是否重合，进而选择是否接收拥堵路段的拥堵信息包，避免了无关信息传输占用信道资源，减少了信息传输成本，此外，根据拥堵信息的优先级进行信息发送，有利于接收车辆后续重新制定行驶线路。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包在双向车道的转移过程示意图。
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。
如图1所示，一种基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法，包括以下步骤：
S1、获取本车道第一公交车在当前路段的运行数据，即第一公交车进入本车道当前路段的运行时间；
S2、根据本车道第一公交车在当前路段的运行数据，判断本车道当前路段是否拥堵，若判断本车道当前路段为拥堵，则执行步骤S3，否则返回步骤S1；
S3、定义第一公交车为临时RSU，获取本车道当前路段的拥堵程度，生成本车道的拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包，并存储于临时RSU；
S4、其他拥堵等待车辆将所携带的其他拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包一起发送给临时RSU；
S5、临时RSU接收并存储其他拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包，同时判断本车道当前路段是否拥堵，若判断本车道当前路段为拥堵，则执行步骤S7，否则执行步骤S6；
S6、临时RSU清除存储的所有拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包，并返回步骤S1；
S7、临时RSU将存储的所有拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包发送给对向车道的路群头；
S8、对向车道的路群头将接收到的所有拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包同时转发给同向车道以及对向车道的邻居路群头；
S9、邻居路群头将接收到所有拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包发送到各自的路群内，路群内的车辆对所有拥堵路段线路包依次进行判断比较，若该拥堵路段线路包与车辆的行驶线路发生重合，则车辆接收该拥堵路段对应的拥堵信息包，否则车辆不接收该拥堵路段对应的拥堵信息包。
本实施例中，公交车存储有公交行驶线路中各路段在畅通时的通行时间数据，以作为各路段的预设第一运行时间阈值T1，该通行时间是在不考虑红绿灯时间的情况下进行统计的，本发明方法的具体应用过程为：
(1)通过比较公交车进入本车道当前路段的运行时间Ta与第一运行时间阈值T1，若Ta≤T1，则判断本车道当前路段为畅通，若Ta＞T1，则判断本车道当前路段为拥堵，以此完成本车道的拥堵检测；
(2)在判断本车道当前路段为拥堵后，公交车进入拥堵等待时期，根据(1)中当前路段运行时间Ta判断当前路段的拥挤程度，设计拥堵路段的线路包以及对应的拥堵消息广播数据包，存储后等待发送；
线路包中存储相应拥堵信息的行驶路径，实现一对一设计，在转发拥堵信息包前发送，待接收车辆可先行判断与自身线路的匹配程度，再选择是否接收相应的拥堵信息，避免无关信息传输占用信道资源；
拥堵信息包在转发时以广播数据包形式发送，该数据包由包头和数据区组成，包头存有初始发送车辆ID等信息；
(3)进入拥堵等待时期后，因公交车具有更大存储空间，拥堵等待车辆将公交车作为临时RSU进行消息传输，将所携带的其他拥堵路段信息根据线路不同分类，并设计相应的线路包，最后将其他拥堵路段的线路包及对应的拥堵信息包一同发送给临时RSU；
为避免相同路线拥堵信息的重复发送，其他拥堵等待车辆所携带的其他拥堵路段拥堵信息包在转发给公交车前，车辆间需提前对比各自拥堵路段的线路包，筛减重复数据的拥堵路段线路包，此过程可通过询问包与应答包实现；
(4)公交车接收到拥堵等待车辆发送的拥堵路段拥堵信息包、分类好的拥堵路段线路包，将其连同公交车本车道当前路段的线路包及对应的拥堵信息包一同存储，此时若公交车在本车道当前路段的拥堵结束且已到达其他拥堵路段，则删除存储信息重新返回(1)进行拥堵信息收集，否则执行(5)；
当公交车到达下一拥堵路段后，上一路段存储信息自动删除，继续重复拥堵检测与转发模式，避免消息聚集过多占用存储空间；
(5)公交车向对向车道中的路群头发送所存储信息，该路群头为离路群中心最近的车辆，路群头可向自身路群内车辆发送信息，不同路群头之间可进行消息交互，其中，路群中心具体为：
Figure BDA0002143538100000061
式中，Ox和Oy分别表示路群中心的纬度和经度，n表示路群内的车辆个数，Xi表示该路群内第i个车辆的纬度数据，Yi表示该路群内i个车辆的经度数据，Xi和Yi均通过车辆GPS定位获得；
路群内车辆与路群中心之间的距离计算公式为：
Figure BDA0002143538100000062
式中，dio表示路群内第i个车辆与该路群中心O之间的距离；
(6)如转发数据包较多，则选择多个路群头作为候选车辆，可根据消息的优先级(不同路段的拥堵时间、车辆排队长度)按序逐个间隔发送，其中，拥堵时间越长，其所在的拥堵信息包对应的优先等级越高；车辆排队长度越长，其所在的拥堵信息包对应的优先等级越高，并且发送时需保证线路包与拥堵信息包一一对应后发送；
(7)对向路群头接收到消息后存储并继续按行驶方向行驶，同时向同/对向邻居路群头车辆广播收到的线路包、拥堵信息包，邻居路群头接收并转发给路群内车辆，各车辆判断线路包与自身行驶线路是否重合，若不同则忽略，相同则接收，进入(8)；
(8)车辆接收到与自身即将行驶路线重合的路段拥堵信息包，根据拥堵情况及时更改行驶路线，避免拥堵情况加剧并更快到达目的地，最终完成双向车道的拥堵信息转发。
图2所示为本发明方法中拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包在双向车道的转移过程，图中箭头所示为车道的行进方向，其中，公交车A具有既定路线及规定的到达时限，首先通过其在某路段的通行时间与时限阈值相比较，可自行判断出道路的拥挤程度，将该道路拥堵数据存储后等待发送；
其次，将公交车A在该拥挤路段的路线设计成线路包，用于向车辆发送拥堵信息包前发送，待接收车辆可先行判断与自身线路的匹配程度，再选择是否接收该拥堵信息包，除此之外，公交车A较其他车辆具有更大的存储空间，在道路拥堵时，可接收其他拥堵等待车辆B等所携带的其他拥堵路段信息，同样这些车辆也需提前将拥堵信息根据线路不同分类，并设计不同的线路包，此时，公交车A代替路边RSU单元成为该路段中的临时RSU，将拥堵等待车辆B等所携带的其他拥堵路段拥堵信息、分类好的线路包连同公交车A当前拥堵信息、线路包一同存储，选择合适的时机向对向车道中的路群头C发送；
路群头C为离路群中心最近的车辆，路群头可向自身路群内车辆广播拥堵信息，不同路群头之间可进行消息交互，由于信息量较大，因此可选择多个路群头作为候选车辆，根据消息的优先级(不同路段的拥堵时间、车辆排队长度)逐个间隔发送，发送时需保证线路包与拥堵信息包一一对应，路群头C接收到消息后存储并继续行驶，同时向同/对向邻居路群头车辆D、E、F、G等广播收到的线路包、拥堵信息包，对向邻居路群头F、G等接收并转发给路群内车辆，各车辆判断线路包与自身行驶线路是否相同，若相同则接收，不同则忽略，避免无关信息的传输占用信道资源，若车辆接收到与自身即将行驶路线相同的道路拥堵信息，可根据拥堵情况及时更改行驶路线，避免拥堵情况加剧以及更快到达目的地，节省出行时间。

Claims (6)

1.一种基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取本车道第一公交车在当前路段的运行数据，即第一公交车进入本车道当前路段的运行时间；
S2、根据本车道第一公交车在当前路段的运行数据，判断本车道当前路段是否拥堵，若判断本车道当前路段为拥堵，则执行步骤S3，否则返回步骤S1；
S3、定义第一公交车为临时RSU，获取本车道当前路段的拥堵程度，生成本车道的拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包，并存储于临时RSU；
S4、其他拥堵等待车辆将所携带的其他拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包一起发送给临时RSU；
S5、临时RSU接收并存储其他拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包，同时判断本车道当前路段是否拥堵，若判断本车道当前路段为拥堵，则执行步骤S7，否则执行步骤S6；
S6、临时RSU清除存储的所有拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包，并返回步骤S1；
S7、临时RSU将存储的所有拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包发送给对向车道的路群头；
S8、对向车道的路群头将接收到的所有拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包同时转发给同向车道以及对向车道的邻居路群头；
S9、邻居路群头将接收到所有拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包发送到各自的路群内，路群内的车辆对所有拥堵路段线路包依次进行判断比较，若该拥堵路段线路包与车辆的行驶线路发生重合，则车辆接收该拥堵路段对应的拥堵信息包，否则车辆不接收该拥堵路段对应的拥堵信息包；
其中，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41、其他拥堵等待车辆之间采用询问包与应答包的方式，通过对比拥堵等待车辆之间的拥堵路段线路包，以筛减线路数据重复的拥堵路段线路包；
S42、将筛减完线路数据重复的拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包发送给临时RSU；
所述步骤S7具体包括以下步骤：
S71、从对向车道路群内选择该路群的路群头，其中，路群头是路群内与该路群中心之间距离最近的车辆；
S72、根据拥堵信息包中拥堵时间以及车辆排队长度的长短，临时RSU对存储的拥堵信息包进行优先等级排列；
S73、临时RSU以预设的时间间隔，将拥堵路段线路包及对应的拥堵信息包按照优先等级顺序依次发送给对向车道的路群头。
2.根据权利要求1所述的一种基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法，其特征在于，所述步骤S2中判断本车道当前路段是否拥堵的具体过程为：
S21、设置本车道当前路段的第一运行时间阈值T1；
S22、比较第一公交车进入本车道当前路段的运行时间Ta与第一运行时间阈值T1，若Ta≤T1，则判断本车道当前路段为畅通，并返回步骤S1，若Ta＞T1，则判断本车道当前路段为拥堵，并执行步骤S3。
3.根据权利要求1所述的一种基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法，其特征在于，所述步骤S3中本车道当前路段的拥堵程度包括本车道当前路段的线路数据、拥堵时间以及车辆排队长度。
4.根据权利要求3所述的一种基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法，其特征在于，所述拥堵路段线路包存储有拥堵路段的线路数据，所述拥堵信息包存储有拥堵路段的拥堵时间及车辆排队长度。
5.根据权利要求4所述的一种基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法，其特征在于，所述拥堵信息包采用广播数据包的形式，由包头和数据区组成，其中，包头用于存储车辆ID信息，数据区用于存储拥堵时间及车辆排队长度。
6.根据权利要求1所述的一种基于VANETs的双向车道拥堵检测及信息转发方法，其特征在于，所述步骤S71中路群中心具体为：
Figure FDA0003169180830000021
式中，Ox和Oy分别表示路群中心的纬度和经度，n表示路群内的车辆个数，Xi表示该路群内第i个车辆的纬度数据，Yi表示该路群内i个车辆的经度数据，Xi和Yi均通过车辆GPS定位获得；
路群内车辆与路群中心之间的距离计算公式为：
Figure FDA0003169180830000031
式中，dio表示路群内第i个车辆与该路群中心O之间的距离。
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