CN111223299B - 一种基于智慧灯杆的超车控制方法及系统 - Google Patents

一种基于智慧灯杆的超车控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于智慧灯杆的超车控制方法及系统。其方法包括以下步骤：获取车辆的当前位置并预测行驶路线，获取该车辆行驶路线的所有灯杆基站信息；获取车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度并计算超车指数；若超车指数大于超车阈值则判定车辆需要执行超车操作；获取超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离并计算超车安全系数；若超车安全系数大于超车安全阈值则判定车辆可以执行超车操作；获取各行车道中的主干和分支信息并计算超车后的行车路线。本发明的方法及系统解决了如何控制车辆的超车时机和超车路线的技术问题。

Description

一种基于智慧灯杆的超车控制方法及系统
技术领域
本发明属于智慧灯杆技术领域，特别是涉及一种基于智慧灯杆的超车控制方法及系统。
背景技术
目前5G通信技术正在商用探索阶段，基于5G通信超低延迟的特性，各类5G应用如自动驾驶、远程机械臂控制等成为当前研究的热点。国内外汽车企业都将自动驾驶技术作为未来汽车发展的方向，提出多种自动驾驶相关技术，例如公开号为CN110341708A的中国专利提出一种盲区自动驾驶控制方法及系统，根据车联网平台获取车辆所处位置以及判断车辆是否进入盲区场景，发出控制指令进行车辆控制。公开号为CN110428619A的中国专利提出一种基于车路协同系统的智能驾驶方法，车路协同系统包括安装在目标车辆上的车载端和若干间隔设置在目标道路旁侧的路面发送端，智能车辆通过路面发送端、相邻车载端以及交通信号控制系统，并结合自身的信息来实时调整行车路线。公开号为CN110335488A的中国专利提出一种基于车路协同的车辆自动驾驶方法和装置，利用预设的路侧传感器获得实时路况信息，根据车辆当前实时位置信息、目的地信息以及实时路况信息生成针对所述目标车辆的实时行驶建议并控制目标车辆执行自动驾驶。
上述自动驾驶技术可以保证车辆在道路上正常的行驶，但是当前车速度过缓时跟车容易造成交通拥堵，上述自动驾驶技术需要远程服务器接收并分析车辆传感器检测到的数据并生成控制指令进行车辆控制，较高的控制指令生成时延和信号传输时延会导致车辆应对可以超车的情况时不能第一时间进行响应，增加了交通拥堵的可能性，降低了自动驾驶的安全性。
目前还没有基于智慧灯杆对自动驾驶车辆的超车时机和路线进行控制的技术方案。为此提出一种基于智慧灯杆的超车控制方法及系统。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出一种基于智慧灯杆的超车控制方法及系统。
本发明依托在灯杆上架设的基站系统(智慧灯杆)以及自动驾驶车辆系统。
本发明的基于智慧灯杆的超车控制方法，包括以下步骤：
获取车辆的当前位置并预测行驶路线；
获取行驶路线相关的所有灯杆基站信息；
获取车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度；
根据车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度计算超车指数；
判断超车指数是否大于超车阈值，若是，则判定车辆需要执行超车操作；
获取超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离；
根据超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离计算超车安全系数；
判断超车安全系数是否大于超车安全阈值，若是，则判定车辆可以执行超车操作；
获取灯杆基站覆盖区域内各行车道中的主干和分支信息并计算超车后的行车路线。
优选地，所述获取车辆的当前位置并预测行驶路线，包括：
根据车辆当前位置和目的地位置进行导航路径规划；
依据距离、时间和/或车流量综合选择导航路径，以选择的导航路径作为车辆的行驶路线。
优选地，所述获取车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度，包括：
识别与车辆处于相同车道且位于车辆正前方的车辆并获取其行驶速度，记为前车速度w0；
获取车辆行驶路线上前N个灯杆基站覆盖区域内的车流速度，N值事先设置；
计算车辆行驶路线上前N个灯杆基站覆盖区域内的车流速度的平均值，记为车辆前方的车流平均速度v。
优选地，所述根据车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度计算超车指数，包括：
车辆跟随的前车速度记为w0，车辆前方的车流平均速度记为v；
根据车辆跟随的前车速度w0和车辆前方的车流平均速度v计算超车指数x，
Figure BDA0002373076780000031
其中k是事先设置的计算系数。
优选地，所述获取超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离，包括：
识别车辆当前所在车道的超车道；
获取超车道内后方最近车辆的行驶速度，记为w1；
识别当前车道内前车与其前方车辆之间的距离，记为当前车道内前车的剩余超车距离s。
优选地，所述根据超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离计算超车安全系数，包括：
超车道内后方最近车辆的行驶速度记为w1；
当前车道内前车的剩余超车距离，记为s；
根据超车道内后方车辆的行驶速度w1和当前车道内前车的剩余超车距离s计算超车安全系数p，
Figure BDA0002373076780000032
或
Figure BDA0002373076780000033
其中e是事先设置的计算系数，f1和f2是事先设置的加权计算系数。
优选地，所述获取灯杆基站覆盖区域内各行车道中的主干和分支信息并计算超车后的行车路线，包括：
获取车辆行驶路线上所有灯杆基站覆盖区域内的行车道信息，包括主干道、分支小路信息；
规划车辆在超车后行驶在超车道并进入分支小路的行驶路线并计算行驶时间；
计算车辆在超车后回归原车道原路线行驶所需的行驶时间；
选择行驶时间较短的行驶路线作为超车后的行驶路线。
一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使计算机执行上述方法。
一种基于智慧灯杆的超车控制系统，其特征在于包括：
灯杆；
车辆；
基站控制器；
处理器；
存储器；
以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在存储器中，并且被配置成由所述处理器执行，所述程序使计算机执行上述的方法。
本发明的方法及系统具有的优点是：
(1)通过预测车辆行驶路线和判断车辆行驶路线相关的灯杆基站，将控制车辆超车的功能从远端服务器转移到就近的灯杆基站，有效降低控制时延，提高控制效率。
(2)根据前车速度、区域内的车流速度计算超车指数，当超车指数大于阈值时判定需要执行超车操作，可以有效判断超车的时机。
(3)根据超车道内最近后车的速度和剩余超车距离计算超车安全系数，当超车安全系数大于阈值时允许执行超车操作，可以有效降低超车的风险。
(4)通过识别主干道和支路，可以为超车后的行车路线进行优化，有效提高通行效率。
附图说明
图1是本发明实施例一的基于智慧灯杆的超车控制方法流程图；
图2是图1中步骤S01的具体步骤流程图；
图3是图1中步骤S03的具体步骤流程图；
图4是图1中步骤S04的具体步骤流程图；
图5是图1中步骤S06的具体步骤流程图；
图6是图1中步骤S07的具体步骤流程图；
图7是图1中步骤S09的具体步骤流程图；
图8是本发明实施例三的基于智慧灯杆的超车控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明优选实施例作详细说明。
本发明实施例依托已有的在灯杆上架设的基站系统(智慧灯杆)和自动驾驶系统。
本发明实施例一的基于智慧灯杆的超车控制方法，如图1所示，按如下步骤实现：
步骤S01、获取车辆的当前位置并预测行驶路线；
步骤S02、获取行驶路线相关的所有灯杆基站信息；
步骤S03、获取车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度；
步骤S04、根据车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度计算超车指数；
步骤S05、判断超车指数是否大于超车阈值，若是，则判定车辆需要执行超车操作；
步骤S06、获取超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离；
步骤S07、根据超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离计算超车安全系数；
步骤S08、判断超车安全系数是否大于超车安全阈值，若是，则判定车辆可以执行超车操作；
步骤S09、获取灯杆基站覆盖区域内各行车道中的主干和分支信息并计算超车后的行车路线。
如图2所示的一种优选方式中，步骤S01、获取车辆的当前位置并预测行驶路线，包括：
步骤S011、根据车辆当前位置和目的地位置进行导航路径规划；
步骤S012、依据距离、时间和/或车流量综合选择导航路径，以选择的导航路径作为车辆的行驶路线。
本实施例中，获取获取车辆的目的地位置，根据车辆当前位置和目的地位置进行导航路径规划，选择距离短且时间少的导航路径作为车辆当前行驶路线。
步骤S02、获取行驶路线相关的所有灯杆基站信息。本实施例中，获取车辆行驶路线的每条道路附近的灯杆基站，共10个灯杆基站。
如图3所示的一种优选方式中，步骤S03、获取车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度，包括：
步骤S031、识别与车辆处于相同车道且位于车辆正前方的车辆并获取其行驶速度，记为前车速度w0；
步骤S032、获取车辆行驶路线上前N个灯杆基站覆盖区域内的车流速度，N值事先设置；
步骤S033、计算车辆行驶路线上前N个灯杆基站覆盖区域内的车流速度的平均值，记为车辆前方的车流平均速度v。
本实施例中，识别与车辆当前所处的车道为最右边车道，与其处于相同车道的正前方车辆的行驶速度w0＝20(公里/小时)；事先设置N＝3，获取车辆行驶路线上前3个灯杆基站覆盖区域内的车流速度，计算平均值v＝50(公里/小时)。
如图4所示的一种优选方式中，步骤S04、根据车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度计算超车指数，包括：
步骤S041、车辆跟随的前车速度记为w0，车辆前方的车流平均速度记为v；
步骤S042、根据车辆跟随的前车速度w0和车辆前方的车流平均速度v计算超车指数x，
Figure BDA0002373076780000071
其中k是事先设置的计算系数。
本实施例中，车辆跟随的前车速度w0＝20，车辆前方的车流平均速度v＝50，事先设置的计算系数k＝1，根据车辆跟随的前车速度w0和车辆前方的车流平均速度v计算超车指数
Figure BDA0002373076780000072
步骤S05、判断超车指数是否大于超车阈值，若是，则判定车辆需要执行超车操作。本实施例中，超车阈值事先设置为1，此时超车指数x＝2.5>1，判定车辆需要执行超车操作。
如图5所示的一种优选方式中，步骤S06、获取超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离，包括：
步骤S061、识别车辆当前所在车道的超车道；
步骤S062、获取超车道内后方最近车辆的行驶速度，记为w1；
步骤S063、识别当前车道内前车与其前方车辆之间的距离，记为当前车道内前车的剩余超车距离s。
本实施例中，识别车辆当前所在靠右车道的超车道为左边车道，获取左边车道内与车辆距离最近的后方车辆的行驶速度w1＝40(公里/小时)；当前车道前车前方的空余距离，即前车与其前方车辆之间的距离s＝30米。
如图6所示的一种优选方式中，步骤S07、根据超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离计算超车安全系数，包括：
步骤S071、超车道内后方最近车辆的行驶速度记为w1；
步骤S072、当前车道内前车的剩余超车距离，记为s；
步骤S073、根据超车道内后方车辆的行驶速度w1和当前车道内前车的剩余超车距离s计算超车安全系数p，
Figure BDA0002373076780000081
其中e是事先设置的计算系数。
本实施例中，超车道内后方最近车辆的行驶速度w1＝40，当前车道内前车的剩余超车距离s＝30，事先设置的计算系数e＝1，根据超车道内后方车辆的行驶速度w1和当前车道内前车的剩余超车距离s计算超车安全系数
Figure BDA0002373076780000082
Figure BDA0002373076780000083
步骤S08、判断超车安全系数是否大于超车安全阈值，若是，则判定车辆可以执行超车操作。本实施例中，超车安全阈值事先设置为0.6，此时p＝0.75>0.6，判定车辆可以执行超车操作。
如图7所示的一种优选方式中，步骤S09、获取灯杆基站覆盖区域内各行车道中的主干和分支信息并计算超车后的行车路线，包括：
步骤S091、获取车辆行驶路线上所有灯杆基站覆盖区域内的行车道信息，包括主干道、分支小路信息；
步骤S092、规划车辆在超车后行驶在超车道并进入分支小路的行驶路线并计算行驶时间；
步骤S093、计算车辆在超车后回归原车道原路线行驶所需的行驶时间；
步骤S094、选择行驶时间较短的行驶路线作为超车后的行驶路线。
本实施例中，获取车辆行驶路线上所有灯杆基站覆盖区域内的行车道信息，包括主干道、分支小路信息，规划车辆在超车后行驶在超车道并进入分支小路的行驶路线并计算行驶时间为40分钟，计算车辆在超车后回归原车道原路线行驶所需的行驶时间为29分钟，选择车辆在超车后回归原车道原路线的行驶路线。
本发明实施例二的基于智慧灯杆的超车控制方法，按如下步骤实现：
步骤S01、获取车辆的当前位置并预测行驶路线；
步骤S02、获取行驶路线相关的所有灯杆基站信息；
步骤S03、获取车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度；
步骤S04、根据车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度计算超车指数；
步骤S05、判断超车指数是否大于超车阈值，若是，则判定车辆需要执行超车操作；
步骤S06、获取超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离；
步骤S07、根据超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离计算超车安全系数；
步骤S08、判断超车安全系数是否大于超车安全阈值，若是，则判定车辆可以执行超车操作；
步骤S09、获取灯杆基站覆盖区域内各行车道中的主干和分支信息并计算超车后的行车路线。
一种优选方式中，步骤S01、获取车辆的当前位置并预测行驶路线，包括：
步骤S011、根据车辆当前位置和目的地位置进行导航路径规划；
步骤S012、依据距离、时间和/或车流量综合选择导航路径，以选择的导航路径作为车辆的行驶路线。
本实施例中，获取获取车辆的目的地位置，根据车辆当前位置和目的地位置进行导航路径规划，选择距离短且时间少的导航路径作为车辆当前行驶路线。
步骤S02、获取行驶路线相关的所有灯杆基站信息。本实施例中，获取车辆行驶路线的每条道路附近的灯杆基站，共10个灯杆基站。
一种优选方式中，步骤S03、获取车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度，包括：
步骤S031、识别与车辆处于相同车道且位于车辆正前方的车辆并获取其行驶速度，记为前车速度w0；
步骤S032、获取车辆行驶路线上前N个灯杆基站覆盖区域内的车流速度，N值事先设置；
步骤S033、计算车辆行驶路线上前N个灯杆基站覆盖区域内的车流速度的平均值，记为车辆前方的车流平均速度v。
本实施例中，识别与车辆当前所处的车道为最右边车道，与其处于相同车道的正前方车辆的行驶速度w0＝20(公里/小时)；事先设置N＝3，获取车辆行驶路线上前3个灯杆基站覆盖区域内的车流速度，计算平均值v＝50(公里/小时)。
一种优选方式中，步骤S04、根据车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度计算超车指数，包括：
步骤S041、车辆跟随的前车速度记为w0，车辆前方的车流平均速度记为v；
步骤S042、根据车辆跟随的前车速度w0和车辆前方的车流平均速度v计算超车指数x，
Figure BDA0002373076780000111
其中k是事先设置的计算系数。
本实施例中，车辆跟随的前车速度w0＝20，车辆前方的车流平均速度v＝50，事先设置的计算系数k＝1，根据车辆跟随的前车速度w0和车辆前方的车流平均速度v计算超车指数
Figure BDA0002373076780000112
步骤S05、判断超车指数是否大于超车阈值，若是，则判定车辆需要执行超车操作。本实施例中，超车阈值事先设置为1，此时超车指数x＝2.5>1，判定车辆需要执行超车操作。
一种优选方式中，步骤S06、获取超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离，包括：
步骤S061、识别车辆当前所在车道的超车道；
步骤S062、获取超车道内后方最近车辆的行驶速度，记为w1；
步骤S063、识别当前车道内前车与其前方车辆之间的距离，记为当前车道内前车的剩余超车距离s。
本实施例中，识别车辆当前所在靠右车道的超车道为左边车道，获取左边车道内与车辆距离最近的后方车辆的行驶速度w1＝40(公里/小时)；当前车道前车前方的空余距离，即前车与其前方车辆之间的距离s＝30米。
一种优选方式中，步骤S07、根据超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离计算超车安全系数，包括：
步骤S071、超车道内后方最近车辆的行驶速度记为w1；
步骤S072、当前车道内前车的剩余超车距离，记为s；
步骤S073、根据超车道内后方车辆的行驶速度w1和当前车道内前车的剩余超车距离s计算超车安全系数p，
Figure BDA0002373076780000121
其中f1和f2是事先设置的加权计算系数。
本实施例中，超车道内后方最近车辆的行驶速度w1＝40，当前车道内前车的剩余超车距离s＝30，事先设置的加权计算系数f1＝10，f2＝0.2，根据超车道内后方车辆的行驶速度w1和当前车道内前车的剩余超车距离s计算超车安全系数
Figure BDA0002373076780000122
步骤S08、判断超车安全系数是否大于超车安全阈值，若是，则判定车辆可以执行超车操作。本实施例中，超车安全阈值事先设置为0.6，此时p＝0.85>0.6，判定车辆可以执行超车操作。
一种优选方式中，步骤S09、获取灯杆基站覆盖区域内各行车道中的主干和分支信息并计算超车后的行车路线，包括：
步骤S091、获取车辆行驶路线上所有灯杆基站覆盖区域内的行车道信息，包括主干道、分支小路信息；
步骤S092、规划车辆在超车后行驶在超车道并进入分支小路的行驶路线并计算行驶时间；
步骤S093、计算车辆在超车后回归原车道原路线行驶所需的行驶时间；
步骤S094、选择行驶时间较短的行驶路线作为超车后的行驶路线。
本实施例中，获取车辆行驶路线上所有灯杆基站覆盖区域内的行车道信息，包括主干道、分支小路信息，规划车辆在超车后行驶在超车道并进入分支小路的行驶路线并计算行驶时间为40分钟，计算车辆在超车后回归原车道原路线行驶所需的行驶时间为29分钟，选择车辆在超车后回归原车道原路线的行驶路线。
一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使计算机执行上述任一实施例所述的方法。
本发明实施例三的一种基于智慧灯杆的超车控制系统，结构示意图如图8所示，其特征在于包括：
灯杆；
车辆；
基站控制器；
处理器；
存储器；
以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在存储器中，并且被配置成由所述处理器执行，所述程序使计算机执行上述任一实施例所述的方法。
本发明所述方法及系统不限定在控制自动驾驶车辆，还可以用于辅助驾驶车辆、轮船、自行车、火车、飞机或行人的任一项。
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明的，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于智慧灯杆的超车控制方法，其特征在于包括以下步骤：
获取车辆的当前位置并预测行驶路线；
获取行驶路线相关的所有灯杆基站信息；
获取车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度：识别与车辆处于相同车道且位于车辆正前方的车辆并获取其行驶速度，记为前车速度w0；获取车辆行驶路线上前N个灯杆基站覆盖区域内的车流速度，N值事先设置；计算车辆行驶路线上前N个灯杆基站覆盖区域内的车流速度的平均值，记为车辆前方的车流平均速度v；
根据车辆跟随的前车速度和车辆前方的车流平均速度计算超车指数：根据车辆跟随的前车速度w0和车辆前方的车流平均速度v计算超车指数x，
Figure FDA0002769274970000011
Figure FDA0002769274970000012
其中k是事先设置的计算系数；
判断超车指数是否大于超车阈值，若是，则判定车辆需要执行超车操作；
获取超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离：识别车辆当前所在车道的超车道；获取超车道内后方最近车辆的行驶速度，记为w1；识别当前车道内前车与其前方车辆之间的距离，记为当前车道内前车的剩余超车距离s；
根据超车道内后方车辆的行驶速度和当前车道内前车的剩余超车距离计算超车安全系数：根据超车道内后方车辆的行驶速度w1和当前车道内前车的剩余超车距离s计算超车安全系数p，
Figure FDA0002769274970000013
或
Figure FDA0002769274970000014
其中e是事先设置的计算系数，f1和f2是事先设置的加权计算系数；
判断超车安全系数是否大于超车安全阈值，若是，则判定车辆可以执行超车操作；
获取灯杆基站覆盖区域内各行车道中的主干和分支信息并计算超车后的行车路线。
2.根据权利要求1所述的基于智慧灯杆的超车控制方法，其特征在于，所述获取车辆的当前位置并预测行驶路线，包括：
根据车辆当前位置和目的地位置进行导航路径规划；
依据距离、时间和/或车流量综合选择导航路径，以选择的导航路径作为车辆的行驶路线。
3.根据权利要求1所述的基于智慧灯杆的超车控制方法，其特征在于，所述获取灯杆基站覆盖区域内各行车道中的主干和分支信息并计算超车后的行车路线，包括：
获取车辆行驶路线上所有灯杆基站覆盖区域内的行车道信息，包括主干道、分支小路信息；
规划车辆在超车后行驶在超车道并进入分支小路的行驶路线并计算行驶时间；
计算车辆在超车后回归原车道原路线行驶所需的行驶时间；
选择行驶时间较短的行驶路线作为超车后的行驶路线。
4.一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使计算机执行如权利要求1-3任一项所述的方法。
5.一种基于智慧灯杆的超车控制系统，其特征在于包括：
灯杆；
车辆；
基站控制器；
处理器；
存储器；
以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在存储器中，并且被配置成由所述处理器执行，所述程序使计算机执行如权利要求1-3任一项所述的方法。
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