CN112565374A - 基于v2x技术的车联网信号机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能交通技术领域，具体涉及基于V2X技术的车联网信号机，包括主控模块、车检通信模块、控制面板模块、黄闪模块、驱动模块、数据处理模块、DSRC通信模块、GNSS模块和交通管理平台，控制面板模块双向信号连接车检通信模块、控制面板模块、黄闪模块、驱动模块和数据处理模块，数据处理模块双向信号连接DSRC通信模块、GNSS模块和交通管理平台；本发明提出的基于V2X技术的车联网信号机，不仅实现了信号机与车辆的互联，而且实现了信号机与路侧设备的互联，同时实现了信号机与交通管理平台的互联。而且通过对获取数据的处理和分析提高了路口车辆通行的安全性和智慧性，大大提高了出行效率，有广泛的社会效益和工程实用价值。

Description

基于V2X技术的车联网信号机
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域，具体涉及基于V2X技术的车联网信号机。
背景技术
随着技术的进步，近十几年，在智能交通领域，为了提高驾驶安全性，交通效率以及提升用户体验，汽车与汽车，汽车与行人，以及汽车与交通设施均被互相连接，形成车、行人以及基础设施互联的新场景。以汽车行驶安全、效率提升和信息服务为主要应用场景的智能网联车以及智能交通系统成为这种趋势中的焦点。
但是现阶段的路口交通信号机，却没有跟上技术的进步，只能通过路侧设备赋能传统信号机V2X通信的能力，但是过程繁琐，操作复杂，无法获取大量的控制信息；车辆和信号机之间的信号交互也不够灵活；并且交通控制平台和路口车辆也很难进行数据交互。
基于此，本发明设计了基于V2X技术的车联网信号机，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述背景技术中提出的问题，提供了基于V2X技术的车联网信号机。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于V2X技术的车联网信号机，包括：主控模块、车检通信模块、控制面板模块、黄闪模块、驱动模块、数据处理模块、DSRC通信模块、GNSS模块和交通管理平台，所述控制面板模块双向信号连接车检通信模块、控制面板模块、黄闪模块、驱动模块和数据处理模块，所述数据处理模块双向信号连接DSRC通信模块、GNSS模块和交通管理平台，所述数据处理模块包括交通信号控制模块和车联网业务处理模块。
进一步地，所述主控模块能够根据数据处理模块通过串口下发的控制指令，通过CAN总线把信号灯运行命令发送到各个驱动模块以及黄闪模块，所述驱动模块控制信号灯工作，所述主控模块接收各个驱动模块传回的反馈信息，对信息进行处理或者记录，所述主控模块通过CAN总线接收车检通讯模块采集到各个检测器的检测数据，进行处理或者记录，所述主控模块将信号灯故障信息以及路口传感器采集到的信息发送到数据处理模块。
进一步地，所述车检通讯模块用于各种车检器的协议转换成一个统一的协议发送给主控模块。
进一步地，所述控制面板模块上设置有显示屏及控制按钮。
进一步地，所述驱动模块用于执行主控模块控制信号灯组的驱动命令，同时将信号灯的状态以及故障信息反馈给主控模块。
进一步地，所述交通管理平台能够接收数据处理模块上传的道路车辆实时状态数据、交通信号控制信息、道路传感器检测数据以及路侧设备共享的数据信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的基于V2X技术的车联网信号机，不仅实现了信号机与车辆的互联，而且实现了信号机与路侧设备的互联，同时实现了信号机与交通管理平台的互联。而且通过对获取数据的处理和分析提高了路口车辆通行的安全性和智慧性，大大提高了出行效率，有广泛的社会效益和工程实用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明数据处理模块的软件构架图；
图3为本发明交通信号控制模块的工作流程图；
图4为本发明车联网业务处理模块的工作流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、主控模块；2、车检通信模块；3、控制面板模块；4、黄闪模块；5、驱动模块；6、数据处理模块；61、交通信号控制模块；62、车联网业务处理模块；7、DSRC通信模块；8、GNSS模块；9、交通管理平台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本实施例提供一种技术方案：基于V2X技术的车联网信号机，包括：主控模块1、车检通信模块2、控制面板模块3、黄闪模块4、驱动模块5、数据处理模块6、DSRC通信模块7、GNSS模块8和交通管理平台9，控制面板模块3双向信号连接车检通信模块2、控制面板模块3、黄闪模块4、驱动模块5和数据处理模块6，数据处理模块6双向信号连接DSRC通信模块7、GNSS模块8和交通管理平台9，数据处理模块6包括交通信号控制模块61和车联网业务处理模块62。
其中，主控模块1能够根据数据处理模块6通过串口下发的控制指令，通过CAN1总线把信号灯运行命令发送到各个驱动模块5以及黄闪模块4，驱动模块5控制信号灯工作，主控模块1接收各个驱动模块5传回的反馈信息，对信息进行处理或者记录，主控模块1通过CAN2总线接收车检通讯模块2采集到各个检测器的检测数据，进行处理或者记录，主控模块1将信号灯故障信息以及路口传感器采集到的信息发送到数据处理模块6。
车检通讯模块2用于各种车检器的协议转换成一个统一的协议发送给主控模块1。数据处理模块6需要通过接收车检器数据来统计路口流量信息，或者用车检器的触发信号来运行一些特殊的配置方案，车辆检测器信号的采集对信号机来说是不可或缺的。但是市场上车检器种类繁多，包括线圈车检器、视频车检器、地磁车检器，为了使众多车检器均能够在信号机上使用，使用多个车检通讯模2块把各种车检器的协议转换成一个统一的协议发送给主控模块1。
控制面板模块3上设置有显示屏及控制按钮，系统运行时，用于显示路口信号灯状态、方案配置、阶段号及阶段时间等，在信号灯故障降级黄闪时还可以用图形及数据显示故障信息，同时还提供4个人工管制按键，对路口相位的执行进行干预。
黄闪模块4主要实现对系统运行状态的监控，其能够检测信号机避雷器的工作状态，且当信号机出现板卡状态异常、绿冲突、通讯异常等严重故障时，黄闪模块4可以接管信号灯的控制权，驱动黄灯进行独立黄闪控制。
驱动模块5用于执行主控模块1控制信号灯组的驱动命令，同时将信号灯的状态以及故障信息反馈给主控模块1。驱动模块5接收CAN1总线上的信息，通过驱动电路控制可控硅的通断来驱动信号灯工作，每一个驱动模块5可同时驱动控制8个灯组、24个信号灯。驱动模块5通过电压检测电路和电流检测电路监控信号灯的运行状态，并将状态信息返回给驱动板MCU，驱动板MCU据此进行红绿同亮、红灯不亮、绿灯不亮的故障检测，并将故障信息通过CAN总线1传递出去。
交通信号控制模块61是传统交通信号控制的逻辑控制中心，通过串口连接到主控模块1上，和主控模块1进行数据交互。交通信号控制模块61读取通过配置软件设置的配置文件，解析得到路口交通的控制信息，控制信号灯的相位、红绿灯状态、以及红绿灯时间，通过串口下发指令到主控模块1进行任务的执行；同时接收车检通讯模块2传回的车辆检测器信息，对信息进行统计或计算，结合具体的控制方式进行信号灯的控制，并且将这些信息通过DSRC通信模块7发送给周围车辆，实现数据的共享，通过TCP/IP将数据传送到交通管理平台9；最后，交通信号控制模块61接收从主控模块1发送来的故障信息，一方面需要进行降级处理，尽量保证路口车辆通行的安全，一方面通过TCP/IP将故障信息发送到交通管理平台9。
车联网业务处理模块62，主要负责进行车联网相关业务的功能，通过DSRC通信模块7获取路口车辆发送来的车辆信息，解析得到车辆的类型、位置信息、速度等信息，并结合具体的控制方式以及交通信号控制系统的状态，进行合理的控制策略调整，并将调整过的控制策略通过串口发送到主控模块1；同时将解析得到实时车辆、路口环境信息，通过TCP/IP发送到交通管理平台9，实现交警的智能协同调度，进而实现人车路的智能协同，极大地提高了道路的安全性与高效性；并且车联网业务处理模块62获取交通管理平台9下发的信息，比如路口的状态信息、车速引导信息、绿波通行信息、道路拥堵信息等，通过DSRC通信模块7，发送给周围车辆，使得周围车辆可以更加了解前方路口的实际情况，让驾驶员可以更安全、高效地通过路口。数据处理模块6连接GNSS模块8，为系统校时功能以及实时的位置信息服务。
系统实时连续的获取控制信号灯状态、路口的相位、红绿灯剩余时间等信息，这些数据可以通过DSRC通信模块7实现数据共享，为后续的数据处理和决策提供前提条件；同时DSRC通信模块7将交通管理平台9下发一些协调控制策略、道路拥堵情况、建议行车速度等发送给路口周围的车辆，让路口车辆可以更加安全、高效地通行；最后DSRC通信模块7实时获取周围车辆、路侧设备发送来的实时信息，上传到数据处理模块6，为路口信号控制提供更加实时和多样的数据信息。
交通管理平台9接收数据处理模块6上传的道路车辆实时状态数据、交通信号控制信息、路口传感器检测数据以及路侧设备共享的数据信息，交通管理者通过这些数据提供解决当前的道路通行状况的最佳决策，极大地方便了交管部门的协同调度，提高了出行效率。
在本发明中，数据处理模块6作为决策处理的核心，是整个信号机的大脑。数据处理模块6包括了交通信号控制模块61和车联网业务处理模块62，将交通信号控制系统和车联网控制系统有机地结合起来，赋予了传统信号机V2X通信的能力。系统开机运行，交通信号控制模块61首先读取信号机的配置文件，解析得到路口红绿灯的控制方式，并且控制信号灯的工作，同时将交通控制的状态信息进行数据封装，通过DSRC通信模块7发送给路口周围的车辆。DSRC通信模块7将接收到的周围车辆以及路侧设备的数据，发送到车联网业务处理模块62进行数据解析，获取路口车辆、环境信息，并结合当前路口的红绿灯控制方式，对路口红绿灯的控制进行修改，通过串口发送到主控模块1。数据处理模块6通过TCP/IP接收交通管理平台9下发的控制信息、协调控制信息、车速引导信息等，数据处理模块6的交通信号控制处理相应的信息，进行路口红绿灯的控制，同时车联网业务处理模块62处理相关信息，通过DSRC通信模块7发送辅助车辆的驾驶信息以及预警信息。通过数据处理模块6将道路车辆实时状态数据以及交通信号控制的数据上传到交通管理平台9，实现交警的智能协同调度，进而实现人车路的智能协同，极大地提高了路口车辆通行的安全性与高效性。
如图2所示，本发明数据处理模块6整体的软件框架可以分为三个层次：I/O Layer(输入输出层)、Service Layer(应用服务层)和Application Layer(应用层)。按照系统的软件架构，将相互独立的模块抽取出来，分为独立的进程单独运行，方便功能的裁剪和扩展。I/O Layer主要负责设备与外部设备的通讯功能，实现设备所有数据的输入和输出，主要包括以下模块：WMS(Wireless Message Service-无线消息服务)模块主要负责与其他设备通讯，实现无线数据的收发和安全认证；TPS(Time/Position Service-时钟位置服务)模块主要负责与GPS模块通讯，实现本地GPS数据的接收，同时也支持向GPS发送数据(差分)；TIS(Traffic Interface Service-交通接口服务)模块主要负责与主控模块1通讯，实现信号灯指令、传感器以及信号灯故障数据的收发。Service Layer主要负责对输入数据的整合、处理，并分发至应用层，同时为应用层提供数据发送的接口。其中Sensor Data Handler(传感器数据处理)模块主要负责对传感器数据的整合和处理；Wireless Message Handler(无线消息处理)模块主要负责无线消息的编解码等处理工作，同时为应用层提供无线数据发送的接口。Application Layer是主要负责实现常见的交通安全和交通效率的应用，包括对交通信号的控制，以及车联网业务的处理模块。
如图3所示，本发明交通信号控制模块的61的工作流程图，具体实施流程为：系统上电运行，首先进行一定的初始化工作，包括硬件的自检、串口初始化设置、网络服务器的地址和端口的设置等工作，同时交通信号控制模块61读取配置方案，配置方案中包含着对于信号灯控制信息，解析该配置方案，根据当前系统的年、月、日以及时、分、秒信息，得到当下信号控制的调度计划，并根据调度计划获取时段信息，得到具体的控制方式，控制方式包括基础的多时段控制、感应控制、公交优先控制以及自适应控制方式，根据不同的方案执行不同的操作。
如图4所示，本发明车联网业务处理模块62的工作流程图，具体实施流程为：在路口场景下，车联网业务处理模块62不断地获取路口周围的车辆信息，并通过TCP/IP通信将信息发送到交通管理平台9，交通管理平台9根据道路通行状况和路口红绿灯状态和相位信息，进而可以根据交通流量情况，结合相应的算法，及时地对信号配置方案进行调整，以及提供路口车辆行驶的辅助信息，包括道路的拥堵状态、建议行车速度等，把这些信息发送到车联网业务处理模块62，车联网业务处理模块62根据消息的类型，把控制信息通过串口把命令下发到主控模块1，同时把辅助信息通过DSRC通信模块7发送给路口周围车辆。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.基于V2X技术的车联网信号机，其特征在于，包括：主控模块(1)、车检通信模块(2)、控制面板模块(3)、黄闪模块(4)、驱动模块(5)、数据处理模块(6)、DSRC通信模块(7)、GNSS模块(8)和交通管理平台(9)，所述控制面板模块(3)双向信号连接车检通信模块(2)、控制面板模块(3)、黄闪模块(4)、驱动模块(5)和数据处理模块(6)，所述数据处理模块(6)双向信号连接DSRC通信模块(7)、GNSS模块(8)和交通管理平台(9)，所述数据处理模块(6)包括交通信号控制模块(61)和车联网业务处理模块(62)。
2.根据权利要求1所述的基于V2X技术的车联网信号机，其特征在于：所述主控模块(1)能够根据数据处理模块(6)通过串口下发的控制指令，通过CAN总线把信号灯运行命令发送到各个驱动模块(5)以及黄闪模块(4)，所述驱动模块(5)控制信号灯工作，所述主控模块(1)接收各个驱动模块(5)传回的反馈信息，对信息进行处理或者记录，所述主控模块(1)通过CAN总线接收车检通讯模块(2)采集到各个检测器的检测数据，进行处理或者记录，所述主控模块(1)将信号灯故障信息以及路口传感器采集到的信息发送到数据处理模块(6)。
3.根据权利要求1所述的基于V2X技术的车联网信号机，其特征在于：所述车检通讯模块(2)用于各种车检器的协议转换成一个统一的协议发送给主控模块(1)。
4.根据权利要求1所述的基于V2X技术的车联网信号机，其特征在于：所述控制面板模块(3)上设置有显示屏及控制按钮。
5.根据权利要求1所述的基于V2X技术的车联网信号机，其特征在于：所述驱动模块(5)用于执行主控模块(1)控制信号灯组的驱动命令，同时将信号灯的状态以及故障信息反馈给主控模块(1)。
6.根据权利要求1所述的基于V2X技术的车联网信号机，其特征在于：所述交通管理平台(9)能够接收数据处理模块(6)上传的道路车辆实时状态数据、交通信号控制信息、道路传感器检测数据以及路侧设备共享的数据信息。
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