CN112533174B - 基于c-v2x的闯红灯场景的预警及通信冗余方法及系统 - Google Patents

基于c-v2x的闯红灯场景的预警及通信冗余方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于C‑V2X的闯红灯场景的预警及通信冗余方法及系统，属于车辆安全技术领域，在RSU工作状态正常时，采用V2I通信方式由RSU将SPAT信息和MAP信息广播式地以固定频率发送给一定距离范围内的所有车辆，由车辆筛选符合本车行驶相位的SPAT信息和MAP信息，并在车内显示设备上可视化地显示相应路侧信息，同时，车载智能终端中进行各种场景预警判断；在RSU工作状态异常时，通过服务器与车端V2N通信，服务器根据RSU的各类异常原因，向车端下发对应指令，并在车内显示设备上可视化地显示相应路侧信息，同时，车载智能终端中进行各种场景预警判断。可以在V2I信息链路中的路侧端损坏时，通过冗余通信链路完成信息交互。

Description

基于C-V2X的闯红灯场景的预警及通信冗余方法及系统
技术领域
本发明属于车辆安全技术领域，更具体地，涉及一种基于C-V2X的闯红灯场景的预警及通信冗余方法及系统。
背景技术
在城市道路网络中，红绿灯、警示标牌等路侧设施，在维护交通秩序方面扮演着重要角色。但是，有时由于天气、遮挡、驾驶员视力等原因，导致驾驶员无法正确完整接收路侧设施含义，导致存在交通安全风险。且由于改造成本过高，目前仍有许多红绿灯只能显示信号灯颜色无法显示倒计时数字。所以有必要通过技术手段将路侧设施语义准确完整地传达至汽车。
随着计算机科学的发展，现已有设备可以通过车载摄像头对图像进行机器视觉语义识别，但存在着一定缺陷。
随着现代信息科技的发展以及5G技术的出现，车联网V2X产业成为世界关注焦点，它使车与车、路、人、云的信息交互成为可能，能够完成不同场景下的危况预警等功能保障驾驶安全。V2X中的V2I技术特指汽车与路侧设施的信息交互，但仍亟需解决的是，当V2I信息链路中的路侧端损坏时，需要冗余通信链路完成信息交互。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于C-V2X的闯红灯场景的预警及通信冗余方法及系统，可以在V2I信息链路中的路侧端损坏时，通过冗余通信链路完成信息交互。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于C-V2X的闯红灯场景的预警及通信冗余方法，包括：
确定RSU工作状态，在RSU工作状态正常时，采用V2I通信方式，由RSU通过PC5接口，将SPAT数据信息、MAP数据信息广播式地以固定频率发送给一定距离范围内的所有车辆；
车辆收到来自RSU的消息后筛选符合本车行驶相位的SPAT数据信息和MAP数据信息，并发送回执信息给对应的RSU，并在车内显示设备上可视化地显示相应路侧信息，同时，车载智能终端中进行各种场景预警判断，并在满足预警条件时，进行预警提示；
在RSU工作状态异常时，通过服务器与车端V2N通信，服务器根据RSU的各类异常原因，向车端下发对应指令，代替RSU使车端获取路侧数据信息，并在车内显示设备上可视化地显示相应路侧信息，同时，车载智能终端中进行各种场景预警判断，并在满足预警条件时，进行预警提示。
在一些可选的实施方案中，所述确定RSU工作状态，包括：
当RSU电子设备中信号灯点亮控制异常，则判断RSU点亮异常；
当RSU电子设备中无线通信模块一定时间内未收到车辆的回执消息，则判断红绿灯与车通信异常；
当RSU电子设备中异常参数非0时，RSU电子设备中无线通信模块将异常参数发送至服务器，当服务器接收到异常参数后，将该RSU的异常参数设置为相应数值；
当服务器连续若干次未收到RSU的心跳包，则服务器标记该RSU掉线；
当服务器接收到移动终端发送的异常报告后，向后台维护管理平台传输该RSU所处十字路口的视频流画面及运行日志，以由维护人员进行确认后设置相应的异常参数。
在一些可选的实施方案中，所述车辆收到来自RSU的消息后筛选符合本车行驶相位的SPAT数据信息和MAP数据信息，包括：
筛选出的MAP数据信息满足如下要求：该MAP数据信息定义路段包含本车当前位置，且本车的方向角与MAP区域方向角小于预设方向角阈值；
筛选出的SPAT数据信息满足如下要求：该SPAT中的路口ID与筛选出的MAP消息中的节点ID一致，且本车的车道相位ID与SPAT中的相位ID一致。
在一些可选的实施方案中，在车内显示设备上可视化地显示相应路侧信息，同时，车载智能终端中进行各种场景预警判断，并在满足预警条件时，进行预警提示之前，所述方法还包括：
根据RSU位置坐标信息和本车位置坐标信息，以本车行驶方向作为Y轴建立直角坐标系计算本车与RSU的相对方位角，当相对方位角绝对值小于预设角度阈值时，则判断本车行驶方向正向RSU行驶。
在一些可选的实施方案中，车载显示设备采用图标和颜色区分RSU状态，以达到仅凭图标可以区分红绿黄灯的允许通行、禁止通行、暂时等待三种含义的目的，车载智能终端未收到匹配的红绿灯消息时，车载显示设备的红绿灯信息显示模块无亮灯；车载智能终端接收到匹配的红绿灯消息时，车载显示设备的红绿灯信息显示模块根据接收到的信号，显示当前车道对应的指示图标，红灯和绿灯时图标常亮，黄灯时图标闪烁，并显示由红变绿和由绿变红的倒计时。
在一些可选的实施方案中，所述车载智能终端中进行各种场景预警判断，并在满足预警条件时，进行预警提示，包括：
获取本车当前车速v0，本车当前加速度a0，本车到路口停止线距离S0，信号灯当前状态L0，信号灯下一状态L1，信号灯当前状态倒计时T0；
在当前车速v0高于安全低速车速阈值时，若S0＜距离阈值，计算本车保持当前状态行驶至停止线用时T，将本车视作匀加速直线运动，则在加速度a0≠0时，
Figure BDA0002794579850000031
在加速度a0＝0时，
Figure BDA0002794579850000032
若T＜时间阈值，则根据SPAT消息，判断经时间T后信号灯的状态L是否为红灯，若L是红灯，则由v1＝a0×T计算经时间T后的本车速度v1；
在v1＞安全低速车速阈值时，发送预警信号至车载显示设备和车载语音设备。
在一些可选的实施方案中，在RSU工作状态异常时，通过服务器与车端V2N通信，服务器根据RSU的各类异常原因，向车端下发对应指令之前，所述方法还包括：
当服务器端标记某RSU工作状态异常时，将该RSU路侧数据信息发送给该RSU坐标一定范围以内的车辆中驶向该RSU的车辆，其中，该RSU坐标一定范围以内的车辆中驶向该RSU的车辆的筛选方法如下：建立以正北方向为y轴的直角坐标系，车辆航向角θ是车辆行驶方向与正北方向的夹角，RSU相对于车辆的方位角是以车辆坐标为起点RSU坐标为终点的矢量与正北方向的夹角β，计算|θ-β|，若计算结果数值<角度阈值，则属于筛选范围内。
在一些可选的实施方案中，所述服务器根据RSU的各类异常原因，向车端下发对应指令，包括：
在RSU为红绿灯点亮异常、红绿灯点亮异常且与车通信异常、红绿灯与服务器通信异常且点亮异常或红绿灯与服务器和车通信均异常且点亮异常时，服务器向筛选范围内的所有车辆发送预警类型A，并向后台维护管理平台传输该RSU所处十字路口的视频流画面及运行日志；
在RSU为红绿灯与车通信异常或红绿灯与服务器和车通信均异常时，启用冗余方案V2N代替V2I，服务器向筛选范围内的所有车辆发送与车辆车道一致的RSU相位的SPAT消息，并向后台维护管理平台传输该RSU所处十字路口的视频流画面及运行日志；
在RSU为红绿灯与服务器通信异常时，向后台维护管理平台传输该RSU所处十字路口的视频流画面及运行日志。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于C-V2X的闯红灯场景的预警及通信冗余系统，包括：车端、RSU端及服务器端；
通过所述RSU端及所述服务器端共同确定RSU工作状态；
所述RSU端，用于在RSU工作状态正常时，采用V2I通信方式，由RSU通过PC5接口，将SPAT数据信息、MAP数据信息广播式地以固定频率发送给一定距离范围内的所有车辆；
所述车端，用于在收到来自RSU的消息后筛选符合本车行驶相位的SPAT数据信息和MAP数据信息，并发送回执信息给对应的RSU端，并在车内显示设备上可视化地显示相应路侧信息，同时，车载智能终端中进行各种场景预警判断，并在满足预警条件时，进行预警提示；
所述服务器端，用于在RSU工作状态异常时，通过服务器与车端V2N通信，服务器根据RSU的各类异常原因，向车端下发对应指令，代替RSU使车端获取路侧数据信息，并由所述车端在车内显示设备上可视化地显示相应路侧信息，同时，车载智能终端中进行各种场景预警判断，并在满足预警条件时，进行预警提示。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
通过本发明可以解决摄像头作为感知器时的工作弊端，使用车联网作为感知手段获取数据信息。解决路侧设施损坏情况下的车与交通灯的数据信息交互，提出使用I2N和V2N作为V2I的冗余方案。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于C-V2X的闯红灯场景的预警及通信冗余系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种基于C-V2X的闯红灯场景的预警及通信冗余系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于C-V2X的闯红灯场景的预警及通信冗余方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种闯红灯预警流程图；
图5是本发明实施例提供的一种红绿灯设备故障诊断模块流程图；
图6是本发明实施例提供的一种V2I的冗余方案-V2N通信启动流程图；
图7是本发明实施例提供的一种V2N工作流程图；
图8是本发明实施例提供的一种车辆、红绿灯和车辆行驶方向(Y轴)示意图；
图9是本发明实施例提供的一种车载显示图标示意图；
图10是本发明实施例提供的一种显示图例；
图11是本发明实施例提供的一种车辆、红绿灯和Y轴为正北方向示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
以下对本发明用到的术语进行说明：
V2X：vehicle to everything，即车对外界的数据信息交换，包含V2V，V2I，V2N，V2P。
C-V2X：cellular vehicle-to-everything，是基于蜂窝网络的车联网通信技术。
V2V：vehicle to vehicle，车与车间信息交换。
V2I：vehicle to Infrastructure，车与路侧基础设施间信息交换。(I2V即Infrastructure to vehicle)
V2N：vehicle to network，车通过网络间与云平台间信息交换。
V2P：vehicle to people，车与行人间信息交换。
T-BOX：Telematics BOX，是智能车载终端，实现道路、云端、行人与车辆的信息交互。
RSU：Road Side Unit，路侧单元。
BSM：basic safety message，车辆基本安全消息，消息具体内容如下表1所示：
表1
V2X安全信息BSM内容 定义
DF_AccelerationSet4Way 车辆四轴加速度
DF_BrakeSystemStatus 车辆刹车系统状态
DF_MotionConfidenceSet 定义车辆运行状态的精度
DF_Position3D 车辆位置(经度、纬度和高程)
DF_PositionAccuracy 定位系统自身的精度
DF_PositionConfidenceSet 车辆位置(经度、纬度和高程)的综合精度
DF_VehicleClassification 车辆的基本类型及其扩展类型
DF_VehicleEmergencyExtensions 定义紧急车辆当前状态的集合
DF_VehicleSafetyExtensions 定义车辆安全辅助信息集合
DF_VehicleSize 车辆尺寸大小
DE_Dsecond 时间
DE_Heading 车辆的航向角
DE_MsgCount 消息编号
DE_Speed 车速大小
DE_SteeringWheelAngle 车辆方向盘转角
DE_TimeConfidence 时间戳精度
DE_TransmissionState 车辆档位状态
id 车辆临时ID号
SPAT：signal phase and timing message，信号灯消息。
MAP：map，地图消息，包含路段节点信息。
如图1所示是本发明实施例提供的一种基于C-V2X的闯红灯场景的预警及通信冗余系统的结构示意图，具体包括以下内容：
(1)基于智能网联汽车的C-V2X技术，路侧设施RSU(如红绿灯)配备电子设备，内包含数据存储模块、故障诊断模块，无线通信模块，支持Uu接口蜂窝通信和PC5接口直连通信。可以与车端、服务器端进行通信完成信息交互。RSU通过Uu接口，将SPAT数据信息、MAP数据信息，定时上报给服务器以作校验，并以固定频率向服务器上传心跳包。
(2)车端包含带有V2X功能的智能终端、显示设备、语音设备。智能终端包含无线通信模块、定位模块、数据采集模块、数据存储模块、数据处理模块，支持Uu接口蜂窝通信和PC5接口直连通信。可以实现路侧设施信息在车内的可视化显示，与多种应用场景的预警计算及提醒。
(3)RSU(如红绿灯)正常工作时，采用V2I通信方式。RSU通过PC5接口，将SPAT数据信息、MAP数据信息，广播式地，以固定频率发送给一定距离范围内的所有车辆。车辆收到来自RSU的消息后筛选符合本车行驶相位的消息，并发送回执信息给对应RSU。同时，车内显示设备上可视化地显示相应路侧信息(如红绿灯状态、限速提示等)。同时，车载智能终端中进行各种场景预警算法的计算，若满足预警条件，则车内显示设备显示预警画面，车载语音设备播报预警语音提示。
(4)服务器端监控红绿灯工作状态，当服务器接收到RSU自诊断发送的故障信息或监测到RSU掉线或接收到来自移动端用户的异常反馈后，启动V2I的冗余方案：服务器与车端V2N通信。同时，将异常地点周围视频图像、异常RSU运行日志等发送至后台，由后台维护人员收到信息后依据该信息进行问题点的定位及维修。
(5)服务器根据RSU的各类异常原因，向车端下发对应指令，代替RSU使车端获取路侧数据信息，保障驾驶安全。
(6)RSU恢复正常工作状态后重新采用V2I方式进行路与车的信息交互，释放服务器端的通信压力。
下面将参考附图并结合实施方式对本发明实现方式进行详细说明。
实施例1
(1)如图2所示，该系统由车端、红绿灯端、云服务器端三端组成。
(2)车端：车端包含车载智能终端T-BOX，车载MP5中控显示设备，车载语音设备。
①车载MP5中控显示设备是人机交互接口，与车载智能终端相连，用于显示预警、影音娱乐等功能。车载MP5中控显示设备中的接收模块用于接收车载智能终端的预警信号，当接收到预警信号后，显示控制模块使MP5中控屏上显示相应的预警画面。
②车载语音设备是人机交互接口，与车载智能终端相连，可用于播报预警语音提示、语音开启影音娱乐等功能。车载语音设备中的接收模块用于接收车载智能终端的预警信号，当接收到预警信号后，语音控制模块会播放相应的预警语音。
③车载智能终端T-BOX带有V2X功能，该场景下涉及到的T-BOX中的模块有无线通信模块、定位模块、数据采集模块、数据存储模块、数据处理模块、预警输出模块(图中未示出)。支持PC5接口和Uu接口通信。其中：
A.数据采集模块：与车辆CAN总线相连，通过CAN获取速度、加速度、车辆刹车状态、车辆信号灯状态等基本车辆信息。与定位模块相连，获取车辆位置信息。
B.定位模块：用于获取车辆实时位置经纬度。其中包含GPS和惯性导航组合系统，拥有较好的定位精度。
C.车载智能终端数据存储模块：用于存储数据。如数据采集模块采集的数据、无线通信模块接收到的MAP数据和SPAT数据、数据处理模块计算得到的数据、系统预设阈值等。
D.车载智能终端数据处理模块：用于数据计算。如该闯红灯场景下的闯红灯预警计算。
E.车载智能终端无线通信模块：用于完成本车与他车、本车与路侧设施、本车与云端服务器、本车与其他终端(如手机)的信息交互通信。
(3)红绿灯端：红绿灯端内置的电子设备包含数据存储模块、数据处理模块(图中未示出)、故障诊断模块，无线通信模块。其中：
①红绿灯端数据存储模块：用于存储红绿灯相位信息，红绿灯坐标信息。
②故障诊断模块：该模块与信号灯点亮控制模块相连，监测信号灯点亮状态。该模块与红绿灯端无线通信模块相连，监测V2I通信状态。
③红绿灯端无线通信模块：用于与车载智能终端、云服务器端进行信息交互。基于PC5接口通信，它将红绿灯端数据存储模块中的SPAT数据消息、MAP数据消息以一定时间间隔(可以为预设值)发送给车辆，基于Uu接口通信定时上传心跳包(如30s)至服务器，定时(如60秒)向服务器上传当前相位信息以作校验，故障诊断模块的诊断结果通过该模块发送至服务器。
(4)云服务器端：云服务器与路侧设施(如红绿灯等)中的电子设备、车载智能终端、其他智能终端(如手机等)相连，完成与车、路、人的终端的信息交互。能够获取路测设施信息(如红绿灯的相位信息、位置信息、工作状态等)、车辆信息(如车速、位置等)。可下发信息至车载智能终端、其他智能终端(如手机等)。
实施例2
下面将基于十字路口闯红灯预警场景详细描述本发明工作流程。
(1)本系统工作基于红绿灯工作状态正常与否，如图3。云服务器端和红绿灯电子设备均默认设置异常参数为0，即工作状态正常。红绿灯异常与否的判断由红绿灯的故障诊断模块及服务器端共同判断，红绿灯的故障诊断模块工作流程步骤为(2)～(4)，如图5所示，服务器端判断步骤为(5)～(6)，如图6所示；
(2)当红绿灯电子设备中信号灯点亮控制模块异常，故障诊断模块判断红绿灯点亮异常，异常参数置1(二进制第一位置1)；
(3)当红绿灯电子设备中无线通信模块一定时间内(为预设值，如5分钟，具体数值需要根据不同路口车流量作修改，车流量越大则数值越小)未收到车辆的回执消息，则故障诊断模块判断红绿灯与车通信异常，异常参数置2(二进制第二位置1)；
(4)当红绿灯电子设备中异常参数非0时，其中的无线通信模块将异常参数发送至服务器，当服务器接收到该数据后，将该红绿灯的异常参数设置为相应数值；
(5)当服务器连续若干次未收到红绿灯的心跳包，则云服务器标记该红绿灯掉线，异常参数置为4(即二进制第三位置1)，如下表2所示。
表2
异常参数 含义
1(二进制：0001) 红绿灯点亮异常
2(二进制：0010) 红绿灯与车通信异常
3(二进制：0011) 红绿灯点亮异常且与车通信异常
4(二进制：0100) 红绿灯与服务器通信异常
5(二进制：0101) 红绿灯与服务器通信异常且点亮异常
6(二进制：0110) 红绿灯与服务器和车通信均异常
7(二进制：0111) 红绿灯与服务器和车通信均异常且点亮异常
(6)为了防止手机端用户恶意误报增加后台维护工作量，所以当服务器接收到手机终端发来的一定数量的异常报告后，再向后台维护管理平台传输该红绿灯所处十字路口的视频流画面及运行日志，由维护人员进行确认后设置相应的异常参数。
(7)云服务器端标记某红绿灯的异常参数为0时(即正常情况下)，执行(9)～(14)；
(8)在云服务器端标记某红绿灯的的异常参数非0(即异常情况下)，执行(16)～(21)；
(9)红绿灯的无线通信模块通过PC5直连通信接口，将其中数据存储模块的SPAT数据消息、MAP数据消息，广播式地，以固定频率(如2秒)发送给一定距离范围内(为预设值，如300m，实际数值需根据实际道路按需设置)的所有车辆；
(10)红绿灯的无线通信模块通过Uu接口，定时(如300秒)将SPAT数据消息、MAP数据消息，上报给服务器作校验，同时也以固定频率(如30秒)上传心跳包；
(11)车载智能终端的无线通信模块接收到来自RSU的SPAT消息、MAP消息后，筛选MAP消息和SPAT消息，并发送一条回执信息给RSU。筛选MAP消息：该MAP消息定义路段包含本车当前位置，且本车的方向角与MAP区域方向角小于预设方向角阈值(如15°)。筛选SPAT消息：该SPAT中的路口ID与筛选出的MAP消息中的节点ID一致，且本车的车道相位ID与SPAT中的相位ID一致。将筛选后的SPAT消息和MAP消息转存至车载智能终端的数据存储模块。
(12)数据处理模块判断本车是否正向红绿灯方向行驶，若是，则转入步骤(12)，若不是，则中止。具体判断方法是：车载智能终端的数据采集模块采集到的本车位置坐标、车速等信息会存入车载智能终端的数据存储模块。车载智能终端的数据处理模块从车载智能终端的数据存储模块获取红绿灯位置坐标信息、本车位置坐标信息，如图8，以本车行驶方向作为Y轴(0°)建立直角坐标系计算与红绿灯的相对方位角
Figure BDA0002794579850000121
当相对方位角绝对值小于阈值(如15°)时，则判断本车行驶方向正向红绿灯行驶。
(13)车载智能终端将车载智能终端的数据存储模块中的SPAT数据信息发至车载显示设备，车载显示设备将SPAT消息中的信号灯状态数据、倒计时数据转化为可视化图标，将信号灯当前状态、倒计时信息在车载MP5中控显示设备上显示。
(14)特别地：考虑到未来随着智能网联技术的提高与普及，色盲/色弱应不会再是限制驾驶人员的门槛，车载显示设备的红绿灯信息显示模块应采用图标+颜色区分方案，达到仅凭图标可以区分红绿黄灯的允许通行、禁止通行、暂时等待三种含义的目的。
在本发明实施例中，提出一种显示方案：
①车载智能终端未收到匹配的红绿灯消息时，车载显示设备的红绿灯信息显示模块无亮灯。
②车载智能终端接收到匹配的红绿灯消息时，车载显示设备的红绿灯信息显示模块根据接收到的信号，显示当前车道对应的指示图标，红灯和绿灯时图标常亮，黄灯时图标闪烁，并显示由红变绿和由绿变红的倒计时，具体图标设计如图9。
例如，本车当前处于直行车道，十字路口红绿灯当前状态是左转绿灯，直行红灯，右转绿灯，10秒后变为左转红灯，直行红灯，右转绿灯，再经过30秒后变为左转红灯，直行绿灯，右转绿灯，则车内显示如图10。
(15)同时，车载智能终端的数据处理模块从车载智能终端的数据存储模块获取本车位置、本车车速、本车加速度对获取的数据进行计算处理，完成闯红灯预警功能，具体算法如下(如图4)：
由存储在车载智能终端的数据存储模块中的BSM消息、MAP消息、SPAT消息已知：本车当前车速v0，本车当前加速度a0，本车到路口停止线距离S0，信号灯当前状态L0，信号灯下一状态L1，信号灯当前状态倒计时T0。
在当前车速v0高于安全低速车速阈值(如5km/h，低速行驶不预警)时：
①当S0＜距离阈值(可以根据驾驶经验确定，如：150m，不小于距离阈值时不预警)时，计算本车保持当前状态行驶至停止线用时T，将本车视作匀加速直线运动，则：
当加速度a0≠0时，
Figure BDA0002794579850000141
当加速度a0＝0时，
Figure BDA0002794579850000142
②当T＜时间阈值(可以根据驾驶经验确定，如：8s，不小于时间阈值时不预警)时，根据SPAT消息，判断经时间T后信号灯的状态L是否为红灯。
③若L是红灯，则计算经时间T后的本车速度v1。
其中，v1＝a0×T
④当车载数据处理模块输出结果v1＞安全低速车速阈值(如5km/h)，则发送预警信号至车载显示设备和车载语音设备。
⑤车载显示设备的信息接收模块收到预警信号后，显示控制模块使中控显示屏上显示闯红灯预警画面。
⑥车载语音设备的信息接收模块接收到预警信号后，语音播报控制模块在扬声器中播放“有闯红灯风险请减速慢行”的预警语音。
(16)当服务器端标记某红绿灯异常参数非0时，将相应信息发送给该红绿灯坐标一定范围以内(为预设值，如300m)的车辆中驶向该红绿灯的车辆。车辆的筛选方法基于红绿灯坐标、车辆坐标、车辆航向角：如图11，建立以正北方向为y轴(0°)的直角坐标系，车辆航向角θ是车辆行驶方向与正北方向的夹角，红绿灯相对于车辆的方位角是以车辆坐标为起点红绿灯坐标为终点的矢量与正北方向的夹角β，如图。计算|θ-β|，若计算结果数值<角度阈值(如15°)，则属于筛选范围内。
(17)基于异常参数值，服务器实施以下步骤(如图7)：
①当异常参数为1、3、5、7时，服务器向(16)筛选范围内的所有车辆发送预警类型A(即红绿灯点亮故障预警，下同)，同时，进行步骤(18)；
②当异常参数为2或6时，启用冗余方案V2N代替V2I。服务器向(16)筛选范围内的所有车辆发送与车辆车道一致的红绿灯相位的SPAT消息。车辆的无线通信模块接收到SPAT消息后，将SPAT数据存入数据存储模块。再进行(13)～(15)步骤。同时，进行步骤(18)；
③当异常参数为4时，向后台维护管理平台传输该红绿灯所处十字路口的视频流画面及运行日志，维护人员先定位异常原因是否属于前三种异常情况，若是则先设置异常参数为1～3，若没有前三种异常情况发生，则对红绿灯与服务器通信异常进行维修，维修完成后将异常参数置0；
(18)向后台维护管理平台传输该红绿灯所处十字路口的视频流画面及运行日志。维护人员通过视频及日志文件进行异常点定位后前往现场进行维修。维修完成后将异常参数置0；
(19)当车载智能终端接收到预警类型A的信号后，将信号转发至车载显示设备及车载语音设备；
(20)当车载显示设备的接收模块接收到预警类型A信号后，显示控制模块使中控MP5屏上显示“红绿灯故障，请减速慢行”告警画面；
(21)当车载语音设备的接收模块接收到预警类型A信号后，语音控制模块播放“红绿灯故障，请减速慢行”的提示语音。
在本发明实施例中，通过步骤(1)～(6)使用了一种综合了红绿灯端、服务器端、行人三方的对于红绿灯工作状态监测的方法。
通过步骤(9)～(14)使用V2I技术红绿灯与车端直接通信，传输信号灯状态信息，准确率较传统摄像头识别方案大大提高，且基本不受环境影响。
通过步骤(16)～(21)提出监测到红绿灯端异常后启用V2N通信的方法，解决了V2I异常时的信息交互需求。
通过步骤(11)～(12)使用一种车端判断本车行驶方向是否正向红绿灯行驶的方法，避免接收其他路段信息造成信息干扰。
通过步骤(13)把信号灯当前状态、倒计时等信息在车内显示设备上可视化显示，有助于驾驶员对于周边交通环境条件的及时获知。
通过步骤(14)提出一种红绿灯信息显示方案，解决了色盲人员因颜色辨别困难而无法分辨红绿灯的问题。
通过步骤(15)提出一种闯红灯预警算法，降低了闯红灯的概率，提高了驾驶安全。
通过步骤(16)提出服务器端的一种筛选异常红绿灯周边范围内的，并正驶向该红绿灯的所有车辆的方法。
本发明基于智能网联汽车的C-V2X技术，车载智能终端(T-BOX)带有V2X功能，可获取位置、航向角、速度、加速度等基本车辆信息。路侧终端RSU将路侧信息广播式地，以固定频率发送给一定距离范围内的所有车辆。车载端收到路侧信息后在车内显示设备上可视化地显示路侧信息。综合路侧端RSU、服务器端、行人三方对路测设施(如红绿灯)的工作状态进行监测，监测到异常状态时启用冗余方案。当红绿灯的故障诊断模块判定红绿灯故障后，将故障信息上报发送给服务器，并将故障信息分为不同的种类。根据本车航向角，本车与红绿灯的相对位置角度，判断本车行驶方向是否正向红绿灯行驶，并将对应SPAT消息中的信号灯当前状态、倒计时、信号灯下一状态信息在车载显示设备上显示。车载数据处理模块对获取的数据进行计算处理，通过场景预警算法，完成预警功能。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于C-V2X的闯红灯场景的预警及通信冗余方法，其特征在于，包括：
确定RSU工作状态，在RSU工作状态正常时，采用V2I通信方式，由RSU通过PC5接口，将SPAT数据信息、MAP数据信息广播式地以固定频率发送给一定距离范围内的所有车辆；
其中，所述确定RSU工作状态，包括：
当RSU电子设备中信号灯点亮控制异常，则判断RSU点亮异常；
当RSU电子设备中无线通信模块一定时间内未收到车辆的回执消息，则判断红绿灯与车通信异常；
当RSU电子设备中异常参数非0时，RSU电子设备中无线通信模块将异常参数发送至服务器，当服务器接收到异常参数后，将该RSU的异常参数设置为相应数值；
当服务器连续若干次未收到RSU的心跳包，则服务器标记该RSU掉线；
当服务器接收到移动终端发送的异常报告后，向后台维护管理平台传输该RSU所处十字路口的视频流画面及运行日志，以由维护人员进行确认后设置相应的异常参数；
车辆收到来自RSU的消息后筛选符合本车行驶相位的SPAT数据信息和MAP数据信息，并发送回执信息给对应的RSU，并在车内显示设备上可视化地显示相应路侧信息，同时，车载智能终端中进行各种场景预警判断，并在满足预警条件时，进行预警提示；
在RSU工作状态异常时，通过服务器与车端V2N通信，服务器根据RSU的各类异常原因，向车端下发对应指令，代替RSU使车端获取路侧数据信息，并在车内显示设备上可视化地显示相应路侧信息，同时，车载智能终端中进行各种场景预警判断，并在满足预警条件时，进行预警提示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆收到来自RSU的消息后筛选符合本车行驶相位的SPAT数据信息和MAP数据信息，包括：
筛选出的MAP数据信息满足如下要求：该MAP数据信息定义路段包含本车当前位置，且本车的方向角与MAP区域方向角小于预设方向角阈值；
筛选出的SPAT数据信息满足如下要求：该SPAT中的路口ID与筛选出的MAP消息中的节点ID一致，且本车的车道相位ID与SPAT中的相位ID一致。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在车内显示设备上可视化地显示相应路侧信息，同时，车载智能终端中进行各种场景预警判断，并在满足预警条件时，进行预警提示之前，所述方法还包括：
根据RSU位置坐标信息和本车位置坐标信息，以本车行驶方向作为Y轴建立直角坐标系计算本车与RSU的相对方位角，当相对方位角绝对值小于预设角度阈值时，则判断本车行驶方向正向RSU行驶。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，车载显示设备采用图标和颜色区分RSU状态，以达到仅凭图标可以区分红绿黄灯的允许通行、禁止通行、暂时等待三种含义的目的，车载智能终端未收到匹配的红绿灯消息时，车载显示设备的红绿灯信息显示模块无亮灯；车载智能终端接收到匹配的红绿灯消息时，车载显示设备的红绿灯信息显示模块根据接收到的信号，显示当前车道对应的指示图标，红灯和绿灯时图标常亮，黄灯时图标闪烁，并显示由红变绿和由绿变红的倒计时。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述车载智能终端中进行各种场景预警判断，并在满足预警条件时，进行预警提示，包括：
获取本车当前车速v0，本车当前加速度a0，本车到路口停止线距离S0，信号灯当前状态L0，信号灯下一状态L1，信号灯当前状态倒计时T0；
在当前车速v0高于安全低速车速阈值时，若S0＜距离阈值，计算本车保持当前状态行驶至停止线用时T，将本车视作匀加速直线运动，则在加速度a0≠0时，
Figure FDA0003272329660000031
在加速度a0＝0时，
Figure FDA0003272329660000032
若T＜时间阈值，则根据SPAT消息，判断经时间T后信号灯的状态L是否为红灯，若L是红灯，则由v1＝a0×T计算经时间T后的本车速度v1；
在v1＞安全低速车速阈值时，发送预警信号至车载显示设备和车载语音设备。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在RSU工作状态异常时，通过服务器与车端V2N通信，服务器根据RSU的各类异常原因，向车端下发对应指令之前，所述方法还包括：
当服务器端标记某RSU工作状态异常时，将该RSU路侧数据信息发送给该RSU坐标一定范围以内的车辆中驶向该RSU的车辆，其中，该RSU坐标一定范围以内的车辆中驶向该RSU的车辆的筛选方法如下：建立以正北方向为y轴的直角坐标系，车辆航向角θ是车辆行驶方向与正北方向的夹角，RSU相对于车辆的方位角是以车辆坐标为起点RSU坐标为终点的矢量与正北方向的夹角β，计算|θ-β|，若计算结果数值<角度阈值，则属于筛选范围内。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述服务器根据RSU的各类异常原因，向车端下发对应指令，包括：
在RSU为红绿灯点亮异常、红绿灯点亮异常且与车通信异常、红绿灯与服务器通信异常且点亮异常或红绿灯与服务器和车通信均异常且点亮异常时，服务器向筛选范围内的所有车辆发送预警类型A，并向后台维护管理平台传输该RSU所处十字路口的视频流画面及运行日志；
在RSU为红绿灯与车通信异常或红绿灯与服务器和车通信均异常时，启用冗余方案V2N代替V2I，服务器向筛选范围内的所有车辆发送与车辆车道一致的RSU相位的SPAT消息，并向后台维护管理平台传输该RSU所处十字路口的视频流画面及运行日志；
在RSU为红绿灯与服务器通信异常时，向后台维护管理平台传输该RSU所处十字路口的视频流画面及运行日志。
8.一种基于C-V2X的闯红灯场景的预警及通信冗余系统，其特征在于，包括：车端、RSU端及服务器端；
通过所述RSU端及所述服务器端共同确定RSU工作状态，其中，所述确定RSU工作状态，包括：当RSU电子设备中信号灯点亮控制异常，则判断RSU点亮异常；当RSU电子设备中无线通信模块一定时间内未收到车辆的回执消息，则判断红绿灯与车通信异常；当RSU电子设备中异常参数非0时，RSU电子设备中无线通信模块将异常参数发送至服务器，当服务器接收到异常参数后，将该RSU的异常参数设置为相应数值；当服务器连续若干次未收到RSU的心跳包，则服务器标记该RSU掉线；当服务器接收到移动终端发送的异常报告后，向后台维护管理平台传输该RSU所处十字路口的视频流画面及运行日志，以由维护人员进行确认后设置相应的异常参数；
所述RSU端，用于在RSU工作状态正常时，采用V2I通信方式，由RSU通过PC5接口，将SPAT数据信息、MAP数据信息广播式地以固定频率发送给一定距离范围内的所有车辆；
所述车端，用于在收到来自RSU的消息后筛选符合本车行驶相位的SPAT数据信息和MAP数据信息，并发送回执信息给对应的RSU端，并在车内显示设备上可视化地显示相应路侧信息，同时，车载智能终端中进行各种场景预警判断，并在满足预警条件时，进行预警提示；
所述服务器端，用于在RSU工作状态异常时，通过服务器与车端V2N通信，服务器根据RSU的各类异常原因，向车端下发对应指令，代替RSU使车端获取路侧数据信息，并由所述车端在车内显示设备上可视化地显示相应路侧信息，同时，车载智能终端中进行各种场景预警判断，并在满足预警条件时，进行预警提示。
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