CN110557715A - 一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端 - Google Patents

一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端，包括核心处理单元、C‑V2X通信单元、4G通信单元、屏显单元，核心处理单元通过C‑V2X通信单元得到车辆实时GPS信息、前方路口编号以及对应路口编号的路侧交通灯灯色时长报文，并将车辆实时GPS信息、前方路口编号以及对应路口编号的路侧交通灯灯色时长报文发送到屏显单元显示；4G通信单元与核心处理单元连接，用于提供网络服务。

Description

一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端
技术领域
本发明涉及智能交通领域，特别是涉及一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端。
背景技术
近年来随着我国机动车数量的增长，尾气污染问题日益严重。阿贡实验室对400位驾驶者进行了长达半年时间的调查，研究表明当驾驶者可以预知下一个路口信号灯的情况时，驾驶会更加平稳，能减少交通事故发生的几率并减少污染排放。而如果地球上的每辆汽车都知道下一个路口信号灯的情况，人类整体的碳产量将下降1.3％。
目前，国内外显示前方路口交通灯信息的车载终端，交通灯信息不能直接从路侧发送给车载终端，需要经过服务器处理和转发，时延严重，客户体验和实用性差，并有安全隐患。在此情况下，不需要借助服务器，强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端，将极大提升客户体验，加快应用推广，进而减少尾气排放量。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端，包括核心处理单元、C-V2X通信单元、4G通信单元、屏显单元，核心处理单元通过C-V2X通信单元得到车辆实时GPS信息、前方路口编号以及对应路口编号的路侧交通灯灯色时长报文，并将车辆实时GPS信息、前方路口编号以及对应路口编号的路侧交通灯灯色时长报文发送到屏显单元显示；4G通信单元与核心处理单元连接，用于提供网络服务。
本发明中，核心处理单元利用C-V2X通信单元获取GPS经度、纬度、速度以及方向角，判定出前方路口编号，与相应路口编号的路侧C-V2X设备通信，获取前方路口灯色时长报文。
本发明中，包括路测设备，C-V2X通信单元与路测设备通信，获取灯色时长报文。
本发明中，屏显单元包含UI协处理器和3.5寸IPS液晶屏。
本发明中，核心处理单元包括前方路口预测方法：当行程刚开始，上游路口未知，将采样点的经纬度坐标转换成GeoHash字符串，与各个路口的GeoHash字符串进行前缀匹配，匹配程度越高的路口说明距离当前位置越近，以此圈定较近的路口作为备选路段，当利用GeoHash圈出几条备选路段后，利用GPS经纬度点的相对距离及相对距离差进一步确定目标路段；
相对距离求出后，计算每个采样点到各个路段的相对距离的差值，如果所有的相对距离差值的最大值小于0，即目标车辆远离所有的备选路段，则判定选定备选路口不合理，需利用GeoHash重新圈定备选路口，若上述采样点到同一路段的相对距离差都是小于0的，目标车辆逐渐接近这一路段，则判定路段可作为目标路段。
本发明中，当上游路口已知，目标路口未知情况下，核心处理单元以目标车辆远离上游路口的第一个点作为基准点，计算采样点的相对角度A1，A1的计算公式如下：
A1＝|A-A2|，
公式中A表示目标路段与正北方向的夹角，A2表示采样点与目标路口的连线与北方向的夹角，采样点为GPS数据点，计算采样点与目标路段间夹角的差值绝对值，选出差值绝对值最小的两个路段作为备选路段，然后分别判断采样点到这两个备选路段的相对距离，如果存在一相对距离小于阈值15m，可判定对应备选路段为目标路段；
当相对距离均不小于阈值15m：如果两个路段的夹角大于90°，则选定采样点与上游路口连线相对于正北方向的角度与备选路段相对于正北方向的角度的差值绝对值中最小值所对应的路段作为目标路段；
当两个路段的夹角均不大于90°，则计算后两个采样点的相对角度，若三个采样点的与上游路口的连线相对于正北方向的角度都与一备选路段相对于正北方向的角度接近，则判定该备选路段为目标路段。
本发明中，其特征在于，当目标路段已预测出，通过判断车辆是否接近来预测出目标路口，再根据目标路口通过查表获取到前方路口编号。
有益效果：本发明创新性地将C-V2X通信技术应用到前方路口交通灯信息显示终端中来，内置前方路口预测方法和灯色时长报文处理方法，为用户提供了几乎零延时的前方路口交通灯信息；与现有技术相比，不需要借助服务器收集路侧交通灯信息再分发给各个车载终端，而是采用C-V2X PC5直连技术，车载终端直接与路侧设备通讯，获取到交通灯信息报文，传输延迟几乎为零，实用性好，客户体验佳，并且这种不依赖服务器的系统架构更稳定，不会因服务器出故障而导致系统瘫痪。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端原理图框图。
图2是车载终端与路侧设备通信示意图。
图3是上游路口未知情况下目标路段预测示意图。
图4是上游路口已知情况下目标路段预测示意图。
具体实施方式
实施例：
如图1，
本发明公开一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端，包括核心处理单元、C-V2X通信单元、4G通信单元、屏显单元，核心处理单元通过C-V2X通信单元拿到车辆实时GPS信息，经前方路口预测方法处理，获取到前方路口编号，核心处理单元通过C-V2X通信单元拿到相应路口编号的路侧交通灯灯色时长报文，经处理，送与屏显单元进行显示。
上述核心处理单元，采用飞思卡尔IMX6Q高性能处理器，内含四个频率高达1.2GHz的ARM Cortex-A9内核，配置2G内存、8G闪存，搭载Linux操作系统，内置C-V2X软协议栈，可实现与任意C-V2X设备互联；内置前方路口预测方法，基于交通路网静态数据，利用C-V2X通信单元获取GPS经度、纬度、速度以及方向角，判定出前方路口编号，与相应路口编号的路侧C-V2X设备通信，获取到前方路口灯色时长报文，经处理，送与屏显单元显示。
上述C-V2X通信单元，采用高通MDM9150模组，基于3GPP Release 14协议，支持C-V2X PC5直接通信，使用全球统一的ITS 5.9GHz频段，可直接与路侧信号机通信，获取到灯色时长报文；同时，MDM9150模组内置多星座高精度GNSS接收机和QDR惯导功能，可为核心处理单元提供亚米级高精度GPS信息。
上述4G通信单元，采用移远EC20通信模块，基于3GPP Release 11LTE技术，支持最大下行速率150Mbps和最大上行速率50Mbps，为车载终端提供网络服务，用于更新路网信息和设备远程管理。
上述屏显单元，包含UI协处理器和3.5寸IPS液晶屏，UI协处理器采用STM32F407，运行IPS液晶屏驱动程序和UI显示程序，用于呈现交通灯信息给用户。
上游路口指已经驶过的已知路口，即刚驶过的路口。
路段是指2个路口之间的道路，目标路段，就是预测车正在接近或者已经在的路段。
目标路口就是行驶过上游路口后，即将驶入的路口，即车经过的下一个路口。
车在行驶过程，每经过一个路口，路口的编号都会存起来，形成历史数据，行程刚开始，上一个路口的数据是空的，因为行程刚开始；当经过一个路口A后，往下一个路口B行进，A路口的编号会存下来，因此上游路口是A，是已知的。核心处理单元只需要判断上游路口已知和未知两种情况，来判定目标路段，目标路段预测出来后，就可以通过车是否接近路口来预测出目标路口。
上述前方路口预测方法基于交通路网静态数据，每间隔1秒钟采集一次GPS数据。
当行程刚开始，上游路口未知，本方法基于相对距离对目标路段进行预测，将采样点的经纬度坐标转换成GeoHash字符串，采样点就是GPS数据点，GPS数据点有C-V2X通讯单元每隔1秒，发送给核心处理单元。，与各个路口的GeoHash字符串进行前缀匹配，匹配程度越高的路口说明距离当前位置越近，以此圈定较近的路口作为备选路段。当利用GeoHash圈出几条备选路段后，利用GPS经纬度点的相对距离及相对距离差进一步确定目标路段。上述相对距离是利用三角形原理实现的，比如，设采样点J1到路口R1的距离为D1，到路口R2的距离为D2，两路口之间的路段长度为D，则通过公式1，计算出采样点J1到路段相对距离Rd：
Rd＝D1+D2-D (公式1)
相对距离求出后，计算每个采样点到各个路段的相对距离的差值。如果，上述求出的所有的相对距离差值的最大值小于0，即目标车辆远离所有的备选路段，所选定备选路口不合理，需利用GeoHash重新圈定备选路口。若上述采样点到同一路段的相对距离差都是小于0的，目标车辆逐渐接近这一路段，该路段可作为目标路段。
当上游路口已知，目标路口未知情况下，采用角度以及相对距离对目标路段进行预测。首先选定基准点，为提高定位效率，缩短定位距离，本方法以目标车辆远离上游路口(刚驶过的路口)的第一个点作为基准点。计算采样点的相对角度A1，A1的计算公式如下：
A1＝|A-A2| (公式2)
公式中A表示目标路段与正北方向的夹角，A2表示采样点与目标路口的连线与北方向的夹角。算出采样点与各路段间夹角的差值绝对值，选出差值绝对值最小的两个路段作为备选路段，然后判断采样点到这两个路段的相对距离，如果存在相对距离小于阈值15m，可判定该路段为目标路段。否则，如果两个路段的夹角大于90°，则选定采样点与上游路口连线相对于正北方向的角度与备选路段相对于正北方向的角度的差值绝对值中最小值对应的路段作为目标路段。假如，两个路段的夹角不大于90°，则继续求出后两个采样点的相对角度，若三个采样点的与上游路口的连线相对于正北方向的角度都与某个备选路段相对于正北方向的角度接近，那么这个备选路段就是目标路段。
当目标路段已预测出时，可通过判断车辆是否接近路口来唯一预测出目标路口，路口预测出来后，通过查表，获取到前方路口编号。
以目标车辆远离上游路口(刚驶过的路口)的第一个点作为基准点，即第一个采样点，由于是每隔1秒采样一次，后两个采样点就是目标车辆远离上游路口后第1秒和第2秒时刻的GPS数据点。
目标路段已经求出后，则根据采样点到目标路段两节点路口的距离，判定出目标路口及目标车辆行驶方向，一个路段上只有2个路口，接近1个，就会远离另一个，通过计算距离就可得出是否接近。
查表，是查指记录路口编号的表，每个路口都有一个唯一的GeoHash字符串，此字符串对应一个唯一的路口编号，路网静态数据里的每个路口都有这么一个映射关系，即形成了一个记录路口编号的表。
车载终端以后装的方式安装在车内，直接与路侧设备通信，如图2所示，每个路口放置一个路侧设备，与信号机相连，路侧设备与车载终端的通信方式为C-V2X PC5直连，进行交通灯灯色时长报文的传输，车每经过一个口，车载终端通过前方路口预测方法，获取到前方路口编号后，就与相应路口编号的路侧设备通信，获取到灯色时长报文，送与液晶屏上显示。几乎零延时的性能，使得路口灯牌的交通灯读秒和车载终端上的交通灯读秒全完同步，具有强实时性。
如图3所示，J1、J2、J3、J4是车辆在行驶过程中每隔1秒采样一次GPS数据得到的采样点，首先根据J1的经纬度坐标，利用GeoHash算法，选定距离采样点J1最近的三个路口R1、R2、R3作为备选路口，这3个备选路口发出路段为备选路段，即图中的l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7、l8、l9、l10共10条路段，下面从这10条路段中预测出目标路段。首先分别计算出采样点J1、J2、J3、J4到各备选路段的相对距离。所述相对距离是利用三角形原理实现的，比如，设采样点J1到路口R1的距离为D1，到路口R3的距离为D2，R3与R1两路口之间的路段l6的长度为D，则通过公式1，计算出采样点J1到路段l6的相对距离Rd：
Rd＝D1+D2-D (公式1)；
相对距离求出后，计算每个采样点到各个路段的相对距离的差值。如果，上述求出的所有的相对距离差值的最大值小于0，即目标车辆远离所有的备选路段，所选定备选路口不合理，需利用GeoHash重新圈定备选路口。若上述采样点到同一路段的相对距离差都是小于0的，目标车辆逐渐接近这一路段，该路段可作为目标路段。
当上游路口已知，目标路口未知情况下，采用角度以及相对距离对目标路段进行预测。首先选定基准点，为提高定位效率，缩短定位距离，本算法以目标车辆远离上游路口(刚驶过的路口)的第一个点作为基准点，如图4所示，基准点为采样点J1。计算采样点J1的相对角度A1，A1的计算公式如下：
A1＝|A-A2| (公式2)；
公式中A表示图4中路段l1与北方向的夹角，其中l1的指向为箭头方向，A2表示采样点J1与路口R1的连线与北方向的夹角，指向是目标车辆前进方向。算出A1与各路段间夹角的差值绝对值，选出差值绝对值最小的两个路段作为备选路段，然后判断采样点J1到这两个路段的相对距离，如果存在相对距离小于阈值15m，可判定该路段为目标路段。否则，如果两个路段的夹角大于90°，则选定采样点与上游路口连线相对于正北方向的角度与备选路段相对于正北方向的角度的差值绝对值中最小值对应的路段作为目标路段。假如，两个路段的夹角不大于90°，则继续求出采样点J2、J3的相对角度，若J1、J2、J3的与上游路口的连线相对于正北方向的角度都与某个备选路段相对于正北方向的角度接近，那么这个备选路段就是目标路段。
当目标路段已经求出后，则根据采样点到目标路段两节点路口的距离，判定出目标路口及目标车辆行驶方向。如图4所示，假定目标路段是l2，继续对目标车辆进行2次采样，采样点为J3、J4，计算出两采样点J3、J4到路口R1的距离的差值dv1，两采样点J3、J4到路口R2的距离的差值dv2，当dv1小于0时，目标路口是R1，当dv2小于0时，目标路口是R2。路口预测出来后，通过查表，获取到前方路口编号。
车载终端以后装的方式安装在车内，直接与路侧设备通信，如图2所示，每个路口放置一个路侧设备，与信号机相连，路侧设备与车载终端的通信方式为C-V2X PC5直连，进行交通灯灯色时长报文的传输，车每经过一个口，车载终端通过前方路口预测算法，获取到前方路口编号后，就与相应路口编号的路侧设备通信，获取到灯色时长报文，送与液晶屏上显示。几乎零延时的性能，使得路口灯牌的交通灯读秒和车载终端上的交通灯读秒全完同步，具有强实时性。
本发明提供了一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端，其特征在于，包括核心处理单元、C-V2X通信单元、4G通信单元、屏显单元，核心处理单元通过C-V2X通信单元得到车辆实时GPS信息、前方路口编号以及对应路口编号的路侧交通灯灯色时长报文，并将车辆实时GPS信息、前方路口编号以及对应路口编号的路侧交通灯灯色时长报文发送到屏显单元显示；4G通信单元与核心处理单元连接，用于提供网络服务。
2.根据权利要求1所述的一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端，其特征在于，核心处理单元利用C-V2X通信单元获取GPS经度、纬度、速度以及方向角，判定出前方路口编号，与相应路口编号的路侧C-V2X设备通信，获取前方路口灯色时长报文。
3.根据权利要求1所述的一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端，其特征在于，包括路侧设备，C-V2X通信单元与路测设备通信，获取灯色时长报文。
4.根据权利要求1所述的一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端，其特征在于，屏显单元包含UI协处理器和3.5寸IPS液晶屏。
5.根据权利要求1所述的一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端，其特征在于，核心处理单元包括前方路口预测方法：
核心处理单元将采样点的经纬度坐标转换成GeoHash字符串，与各个路口的GeoHash字符串进行前缀匹配，再利用GPS经纬度点的相对距离及相对距离差进一步确定目标路段。
6.根据权利要求5所述的一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端，其特征在于，当上游路口已知，目标路口未知情况下，核心处理单元以目标车辆远离上游路口的第一个点作为基准点，计算采样点的相对角度A1，A1的计算公式如下：
A1＝|A-A2|，
公式中A表示目标路段与正北方向的夹角，A2表示采样点与目标路口的连线与北方向的夹角，采样点为GPS数据点，计算采样点与目标路段间夹角的差值绝对值，选出差值绝对值最小的两个路段作为备选路段，然后分别判断采样点到这两个备选路段的相对距离，如果存在一相对距离小于阈值15m，可判定对应备选路段为目标路段；
当相对距离均不小于阈值15m：如果两个路段的夹角大于90°，则选定采样点与上游路口连线相对于正北方向的角度与备选路段相对于正北方向的角度的差值绝对值中最小值所对应的路段作为目标路段；
当两个路段的夹角均不大于90°，则计算后两个采样点的相对角度，若三个采样点的与上游路口的连线相对于正北方向的角度都与一备选路段相对于正北方向的角度接近，则判定该备选路段为目标路段。
7.根据权利要求6所述的一种强实时显示前方路口交通灯信息的车载终端，其特征在于，当目标路段已预测出，通过判断车辆是否接近来预测出目标路口，再根据目标路口通过查表获取到前方路口编号。
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