CN111246425A - 基于dsrc车载v2x系统的动态自适应安全预警方法和bsm仿真平台 - Google Patents

基于dsrc车载v2x系统的动态自适应安全预警方法和bsm仿真平台 Download PDF

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Abstract

本发明属于智能交通领域，涉及基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法和BSM仿真平台。BSM仿真平台包括：车辆仿真模块，用于仿真车辆信息、接收其它车辆发送的BSM和向其它车辆发送预警决策信息；路况仿真模块，用于仿真路况信息；BSM模块，用于创建BSM，根据车辆仿真模块模拟的车辆信息和路况仿真模块模拟的路况信息；路侧单元仿真模块，用于接收车辆发送的BSM、处理BSM和向其它车辆发送预警决策信息；通信模块，发送BSM到路侧单元或其它车辆的BSM信息队列集群。本发明能避免或减轻车辆碰撞，提高交通系统整体安全性，同时BSM仿真平台降低了交通系统整体安全性分析需要现场实验的昂贵成本。

Description

基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法和BSM仿真 平台
技术领域
本发明属于智能交通领域，涉及基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法和BSM仿真平台。
背景技术
当今车辆中的车辆传感器能够在汽车环境中产生速度，加速度，位置等大量有用信息；
为了充分利用这些丰富车辆传感器数据与低延迟通信协议的组合，预测车辆状态，避免车辆碰撞，分析交通系统整体安全性。典型方法是在具有真实汽车和真实设备的现场进行实验，这种方法昂贵且费力；
本发明提出一种基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法和BSM仿真平台。其不仅可以模拟多个车辆的存在和通信行为，还可以模拟交叉路口周围车辆的BSM广播行为，分析当前交通系统安全性，提供必要决策信息到异常车辆及提供预警信息到异常车辆周围的车辆，增强驾驶员的态势感知能力，在即将发生碰撞情况下，有助于避免或减轻碰撞，极大提高了当前交通系统整体安全性，同时本发明提出动态自适应安全预警BSM仿真平台降低了交通系统整体安全性分析需要进行现场实验带来的昂贵成本。
发明内容
针对现有交通系统整体安全性分析要在具有真实汽车和真实设备的现场进行实验，导致成本昂贵且费力问题，本发明提出一种基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法和BSM仿真平台。其不仅可以模拟多个车辆的存在和通信行为，还可以模拟交叉路口周围车辆的BSM广播行为，分析当前交通系统安全性，增强驾驶员的态势感知能力，同时本发明提出的动态自适应安全预警BSM仿真平台还可以降低交通系统整体安全性分析需要进行现场实验带来的昂贵成本。
本发明的技术方案如下：
基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法，包括以下步骤：
步骤一：车辆仿真模块模拟车辆信息，路况仿真模块模拟路况信息；
步骤二：BSM模块读取车辆信息和路况信息，按SAE J2735协议封装BSM信息；
步骤三：封装好的BSM信息通过通信模块按一定的广播时间广播给路侧单元或其它车辆的BSM信息队列集群，广播时间T由BSM生成时间T1,退避时间T2组合生成，计算公式如下：T＝Hash(T1+T2)；Hash为哈希函数；
步骤四：BSM信息处理模块读取BSM信息队列集群中BSM信息，通过卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆状态，车辆速度及特定车辆位置，如果卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆处于异常状态，异常状态包括突然刹车、变道、逆向行驶、突然加速等，则会生成异常信息发送到预警决策模块；
步骤五：预警决策模块根据BSM信息处理模块产生的异常车辆信息生成预警和决策信息，将预警信息发送给异常车辆周围的车辆，决策信息发送给异常车辆，调整车辆的基本安全信息，以确保当前交通系统整体安全性。
所述异常信息是已识别的“不安全车辆”携带的基本消息。
所述决策信息是为“不安全车辆”重新设置基本安全信息，包括重新设定车辆速度、车辆移动方向。
所述预警信息是为解除当前交通系统不安全状态所做设定的信息，包括车辆减速、加速、刹车等信息。
基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警BSM仿真平台，包括：
车辆仿真模块，用于仿真车辆信息、接收其它车辆发送的BSM、处理BSM和向其它车辆发送预警决策信息；
路况仿真模块，用于仿真路况信息；
BSM模块，用于创建BSM，根据车辆仿真模块模拟的车辆信息和路况仿真模块模拟的路况信息，按SAE J2735协议填充BSM字段；
所述路况信息包括道路的等级、车道数、宽度、限速、交叉口控制方式等信息。所述BSM字段包括信息ID,经度，纬度，位置精度，航向角，制动状态，车辆长度，车辆宽度。
路侧单元仿真模块，用于接收车辆发送的BSM、处理BSM和向其它车辆发送预警决策信息；
所述路侧单元仿真模块包括BSM信息队列集群模块，BSM信息处理模块，预警决策模块。
通信模块，用于将BSM模块封装的BSM发送到路侧单元或其它车辆的BSM信息队列集群。
所述通信模块包括物理层、MAC层、网络层、传输层和应用层。
所述物理层和MAC层使用IEEE 802.11p通信协议；网络层和传输层使用IEEE1609.3通信协议；应用层使用IEEE 1609.2通信协议。
所述车辆仿真模块包括OBU模块，BSM信息队列集群模块，BSM信息处理模块，预警决策模块。所述OBU模块用于模拟车辆信息。所述BSM信息队列集群模块用于临时存放其它车辆发来的BSM。所述BSM信息处理模块读取BSM信息队列集群模块中的BSM，通过卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆状态，车辆速度及特定车辆位置，如果卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆处于异常状态，异常状态包括突然刹车，变道，逆向行驶，突然加速等，则会生成异常信息发送到预警决策模块。所述预警决策模块根据BSM信息处理模块发送的异常车辆信息进行处理生成预警和决策信息，将预警信息发送给异常车辆周围的车辆，决策信息发送给异常车辆，重新设置车辆的基本安全信息，以确保当前交通系统整体安全性。
所述车辆信息包括车辆基本信息，车辆位置信息，车辆运动信息。所述车辆基本信息包括车辆长度，车辆宽度，胎压，前灯状态，刮水器状态，外部温度，车辆质量，保险杠高度。所述车辆位置信息包括纬度、经度、海拔和位置精度。所述车辆运动信息包括航向角、速度、横向加速度、纵向加速度、偏航率、油门位置、制动状态、转向角和移动路径。
本发明的有益效果：
本发明提出的一种基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法和BSM仿真平台,其不仅可以模拟多个车辆的存在和通信行为，还可以模拟交叉路口周围车辆的BSM广播行为，分析当前交通系统整体安全性，提供必要决策信息到异常车辆及提供预警信息到异常车辆周围的车辆，增强驾驶员的态势感知能力，在即将发生碰撞情况下，有助于避免或减轻碰撞，极大提高了当前交通系统整体安全性，同时本发明提出的动态自适应安全预警BSM仿真平台降低了交通系统整体安全性分析需要进行现场实验带来的昂贵成本，具有一定的社会效益和经济效益。
附图说明
图1为本发明基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法流程图。
图2为本发明基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警BSM仿真平台结构示意图。
图3为本发明基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法和BSM仿真平台直行路段拓扑结构。
图4为本发明基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法和BSM仿真平台交叉路口拓扑结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案做进一步详细说明，所述实施方式示例在附图中示出，下面通过参考附图描述实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释对本发明的限制。
实施例1
参见图1，本发明所提出的基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法包括以下步骤:
S200:车辆仿真模块模拟车辆信息，路况仿真模块模拟路况信息；
具体的，车辆仿真模块中的OBU模块模拟车辆信息，路况仿真模块模拟路况信息，车辆信息和路况信息发送到BSM模块。
S201:BSM模块读取车辆信息和路况信息，按SAE J2735协议封装BSM信息；
具体地，BSM模块创建BSM,接收车辆仿真模块模拟的车辆信息和路况仿真模块模拟的路况信息，按SAE J2735协议将车辆信息填充到BSM字段，BSM字段包括信息ID,经度，纬度，位置精度，航向角，制动状态，车辆长度，车辆宽度等。
S202:封装好的BSM信息通过通信模块发送给路侧单元或其它车辆的BSM信息队列集群；
具体地，通信模块接收BSM模块封装好的BSM信息，通信模块中的应用层按IEEE1609.2协议将BSM封装为协议数据单元递交给传输层，传输层按IEEE1609.3协议将协议数据单元封装为数据段递交给网络层，网络层按IEEE 1609.3协议将数据段封装为数据包递交给MAC层,MAC层按IEEE 802.11p协议将数据包封装为MAC帧，MAC层通过广播的形式按一定的广播时间将MAC帧广播到其它车辆或路侧单元的信息队列集群。
S203:BSM信息处理模块读取BSM信息队列集群中BSM信息，通过卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆状态；
具体地，BSM信息处理模块读取BSM信息队列集群中BSM信息，通过卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆状态，车辆速度及特定车辆位置，如果卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆处于异常状态，异常状态包括突然刹车，变道，逆向行驶，突然加速等，则会生成异常车辆信息发送到预警决策模块。
S204：预警决策模块根据BSM信息处理模块产生的异常车辆信息生成预警和决策信息；
具体地，预警决策模块根据BSM信息处理模块产生的异常车辆信息生成预警和决策信息，将预警信息发送给异常车辆周围的车辆，决策信息发送给异常车辆，调整车辆的基本安全信息，以确保当前交通系统整体安全性。
实施例2
参见图2，本发明所提出的基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警BSM仿真平台，包括：
车辆仿真模块，用于仿真车辆信息、接收其它车辆发送的BSM、处理BSM和向其它车辆发送预警决策信息；
路况仿真模块，用于仿真路况信息；BSM模块，用于创建BSM，根据车辆仿真模块模拟的车辆信息和路况仿真模块模拟的路况信息，按SAE J2735协议填充BSM字段；路侧单元仿真模块，用于接收车辆发送的BSM、处理BSM和向其它车辆发送预警决策信息；通信模块，用于将BSM模块封装的BSM发送到路侧单元或其它车辆的BSM信息队列集群。
实施例3
参见图3是本发明所提出的一种基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法和BSM仿真平台直行路段拓扑结构图：
紧急刹车，V2I情况下，异常车辆302发送BSM信息到路侧单元RSU,路侧单元RSU中的BSM信息队列集群接收BSM，BMS信息处理模块读取BSM信息队列集群中的BSM，通过卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆状态为异常状态，异常状态包括超速，变道，紧急刹车,逆向行驶等，则会生成异常车辆信息发送到预警决策模块，预警决策模块根据BSM信息处理模块产生的异常车辆信息生成预警和决策信息，将预警信息发送给异常车辆302周围的车辆301，303，304，决策信息发送给异常车辆302，调整异常车辆302及异常车辆302周围的车辆301，303，304的基本安全信息，以确保当前交通系统整体安全性。
紧急刹车，V2V情况下,异常车辆306发送BSM信息到路侧单元RSU或车辆305,路侧单元RSU或车辆305中的BSM信息队列集群接收BSM信息，BMS信息处理模块读取BSM信息队列集群中的BSM，通过卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆状态为异常状态，异常状态包括超速，变道，突然刹车等，则会生成异常车辆信息发送到预警决策模块，预警决策模块根据BSM信息处理模块产生的异常车辆信息生成预警和决策信息，将预警信息发送给异常车辆306周围的车辆307，308，决策信息发送给异常车辆306，调整异常车辆306及异常车辆306周围的车辆307，308的基本安全信息，以确保当前交通系统整体安全性。
实施例4
参见图4是本发明具体实施例一种基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法和BSM仿真平台交叉路口拓扑结构：
车辆汇入，汇入车辆401与正常行驶车辆402汇入同一个车道时，车辆401和车辆402发送BSM到路侧单元RSU，路侧单元RSU的BSM信息队列集群接收BSM信息，BMS信息处理模块读取BSM信息队列集群中的BSM，通过卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆状态，根据车辆状态，做出预警信息和决策信息，预警信息发送到汇入车辆401周围的车辆402，403，404，决策信息发送给汇入车辆401，调整汇入车辆401及其周围车辆402，403，404的基本安全信息，以确保当前交通系统整体安全性。
逆向行驶，异常车辆406发送BSM到路侧单元RSU,路侧单元RSU中的BSM信息队列集群接收BSM，BMS信息处理模块读取BSM信息队列集群中的BSM，通过卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆状态，根据车辆状态，做出预警信息和决策信息，预警信息发送到车辆405，决策信息发送给异常车辆406，调整异常车辆406和异常车辆周围车辆405的基本安全信息，以确保当前交通系统整体安全性。

Claims (7)

1.基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：车辆仿真模块模拟车辆信息，路况仿真模块模拟路况信息；
步骤二：BSM模块读取车辆信息和路况信息，按SAE J2735协议封装BSM信息；
步骤三：封装好的BSM信息通过通信模块按一定的广播时间广播给路侧单元或其它车辆的BSM信息队列集群，广播时间T由BSM生成时间T1,退避时间T2组合生成，计算公式如下：T＝Hash(T1+T2)；Hash为哈希函数；
步骤四：BSM信息处理模块读取BSM信息队列集群中BSM信息，通过卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆状态，车辆速度及特定车辆位置，如果卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆处于异常状态，异常状态包括突然刹车、变道、逆向行驶、突然加速等，则会生成异常信息发送到预警决策模块；
步骤五：预警决策模块根据BSM信息处理模块产生的异常车辆信息生成预警和决策信息，将预警信息发送给异常车辆周围的车辆，决策信息发送给异常车辆，调整车辆的基本安全信息，以确保当前交通系统整体安全性；所述异常信息是已识别的“不安全车辆”携带的基本消息；
所述决策信息是为“不安全车辆”重新设置基本安全信息，包括重新设定车辆速度、车辆移动方向。
2.如权利要求1所述的基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法，其特征在于，所述预警信息是为解除当前交通系统不安全状态所做设定的信息，包括车辆减速、加速和刹车信息。
3.如权利要求1或2所述的基于DSRC车载V2X系统的动态自适应安全预警方法所采用的BSM仿真平台，其特征在于，包括：
车辆仿真模块，用于仿真车辆信息、接收其它车辆发送的BSM、处理BSM和向其它车辆发送预警决策信息；
路况仿真模块，用于仿真路况信息；
BSM模块，用于创建BSM，根据车辆仿真模块模拟的车辆信息和路况仿真模块模拟的路况信息，按SAE J2735协议填充BSM字段；
所述路况信息包括道路的等级、车道数、宽度、限速、交叉口控制方式等信息；所述BSM字段包括信息ID,经度，纬度，位置精度，航向角，制动状态，车辆长度，车辆宽度；
路侧单元仿真模块，用于接收车辆发送的BSM、处理BSM和向其它车辆发送预警决策信息；
所述路侧单元仿真模块包括BSM信息队列集群模块，BSM信息处理模块，预警决策模块；
通信模块，用于将BSM模块封装的BSM发送到路侧单元或其它车辆的BSM信息队列集群；
所述通信模块包括物理层、MAC层、网络层、传输层和应用层；
所述车辆仿真模块包括OBU模块，BSM信息队列集群模块，BSM信息处理模块，预警决策模块；所述OBU模块用于模拟车辆信息；所述BSM信息队列集群模块用于临时存放其它车辆发来的BSM；所述BSM信息处理模块读取BSM信息队列集群模块中的BSM，通过卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆状态，车辆速度及特定车辆位置，如果卡尔曼滤波器车辆跟踪算法预测车辆处于异常状态，异常状态包括突然刹车、变道、逆向行驶和突然加速，则会生成异常信息发送到预警决策模块；所述预警决策模块根据BSM信息处理模块发送的异常车辆信息进行处理生成预警和决策信息，将预警信息发送给异常车辆周围的车辆，决策信息发送给异常车辆，重新设置车辆的基本安全信息，以确保当前交通系统整体安全性。
4.如权利要求3所述的BSM仿真平台，其特征在于，所述物理层和MAC层使用IEEE802.11p通信协议；网络层和传输层使用IEEE 1609.3通信协议；应用层使用IEEE 1609.2通信协议。
5.如权利要求3所述的BSM仿真平台，其特征在于，所述车辆信息包括车辆基本信息、车辆位置信息和车辆运动信息；所述车辆基本信息包括车辆长度，车辆宽度，胎压，前灯状态，刮水器状态，外部温度，车辆质量，保险杠高度。
6.如权利要求4所述的BSM仿真平台，其特征在于，所述车辆信息包括车辆基本信息、车辆位置信息和车辆运动信息；所述车辆基本信息包括车辆长度，车辆宽度，胎压，前灯状态，刮水器状态，外部温度，车辆质量，保险杠高度。
7.如权利要求5或6所述的BSM仿真平台，其特征在于，所述车辆位置信息包括纬度、经度、海拔和位置精度；所述车辆运动信息包括航向角、速度、横向加速度、纵向加速度、偏航率、油门位置、制动状态、转向角和移动路径。
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