CN112929852A - 一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统 - Google Patents

一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统，涉及车路联网协同系统技术领域，包括服务端、管理模块、MEC模块和终端，所述MEC模块包括数据处理模块、数据接口模块、应用服务模块和消息发送模块。本发明基于应用需求和扩展感知设备、控制设备和MEC，增加了感知装置和控制装置，打破了车辆与道路之间信息交互的障碍，不仅支持现有的应用需求，并将其扩展到未加装车路协同设备的普通车辆中，而且在全时空动态交通信息采集与融合的基础上，进行车辆协调安全和道路协调控制，实现人、车、路之间的有效协调，以保证交通安全和提高交通效率。

Description

一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统
技术领域
本发明涉及车路联网协同系统技术领域，具体来说，涉及一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统。
背景技术
车路联网协同系统(CVIS)是一种安全、高效、绿色的交通系统。CVIS利用无线通信技术、新一代互联网技术等先进技术，全方位地实现车辆之间、车辆与道路之间的动态实时信息交互。该系统在全时空动态交通信息采集与融合的基础上，进行车辆协调安全和道路协调控制，实现人、车、路之间的有效协调，保障交通安全，提高交通效率。随着机动车数量的增加，交通需求的增长速度高于交通基础设施建设的速度。交通面临拥堵、事故、污染等挑战。另外，经济和科技的进步也使人们对安全性、舒适性和服务性提出了更高的要求。毫无疑问，智能交通系统(ITS)是解决这些问题的理想选择，其中CVIS技术是ITS的重要组成部分。
CVIS技术虽然发展迅速，但仍难以大规模应用。由于网联车辆所占比例较低，不易实现车辆与道路之间的信息交互。一方面，道路对车辆信息的感知能力很低，无法提供有效的车辆信息。另一方面，车辆感知到的信息是有限的，因此在车辆之间建立有效的连接是一个挑战。由于网联车辆比例较低，应用服务对改善交通系统毫无意义。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统，包括服务端、管理模块、MEC模块和终端，其所述终端分别与所述管理模块和所述MEC模块连接，所述服务端与所述管理模块和所述MEC模块信息传输，且所述MEC模块包括数据处理模块、数据接口模块、应用服务模块和消息发送模块，所述数据接口模块分别与所述数据处理模块和所述应用服务模块连接，所述应用服务模块与所述消息发送模块连接，其中；
所述数据处理模块，用于数据处理与获取，包括接收所述服务端下发指令和数据；
所述数据接口模块，包括数据库和通用数据接口；
所述数据库，用于对视频数据和车辆轨迹数据进行周期存储；
所述通用数据接口，用于基于所述数据库所储存的数据，为所述应用服务模块提供统一的通用数据接口；
所述应用服务模块，用于通过所述通用数据接口获取各应用所需的数据，进行服务支持；
所述消息发送模块，用于根据优先级控制输出指令对各外接设备进行控制，实现交通控制。
进一步的，所述应用服务模块包括MEC应用服务调用单元、应用单元、优先级控制单元和溢出控制单元，其中；
所述MEC应用服务调用，用于基于业务逻辑，按照当前开放应用列表调用各应用元件，并通过所述通用数据接口获取各应用所需的数据；
所述应用单元，其每个应用表示.so库，由所述应用服务模块按照当前开放应用列表进行加载统一接口形式，输入结构化数据，决策当前应用是否被触发，并输出后续待发送的消息；
所述优先级控制单元，用于获取各个应用.so库输出的控制指令并对优先级进行判别，分发当下控制指令；
所述溢出控制单元，用于抛弃消息发送队列中不能在规定时延要求内发送的消息，满足时延性能要求。
进一步的，所述MEC模块还包括本地控制模块，所述本地控制模块，用于对元件的启动和关闭，并基于服务端发送的更新指令，对各元件配置文件和.so库文件进行更新，保障服务连续可用性。
进一步的，所述管理模块包括信号控制器和可变信息板等传统交通管控设备；所述终端包括车载设备、路侧设备和路侧传感设备。
本发明的有益效果：
本发明基于多接入边缘计算的车路联网协同系统，集成服务端和管理模块以及MEC模块和终端，其所述MEC模块包括数据处理模块、数据接口模块、应用服务模块和消息发送模块，实现基于应用需求和扩展感知设备、控制设备和MEC，增加了感知装置和控制装置，打破了车辆与道路之间信息交互的障碍，不仅支持现有的应用需求，并将其扩展到未加装车路协同设备的普通车辆中，而且在全时空动态交通信息采集与融合的基础上，进行车辆协调安全和道路协调控制，实现人、车、路之间的有效协调，以保证交通安全和提高交通效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中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是根据本发明实施例的一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统的原理框图一；
图2是根据本发明实施例的一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统的原理框图二；
图3是根据本发明实施例的一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统的流程示意图三；
图4是根据本发明实施例的一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统的流程示意图四；
图5是根据本发明实施例的一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统的流程示意图五；
图6是根据本发明实施例的一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统的流程示意图六；
图7是根据本发明实施例的一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统的流程示意图七；
图8是根据本发明实施例的一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统的流程示意图八。
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统。
如图1所示，根据本发明实施例的基于多接入边缘计算的车路联网协同系统，包括服务端、管理模块、MEC模块和终端，其所述终端分别与所述管理模块和所述MEC模块连接，所述服务端与所述管理模块和所述MEC模块信息传输，且所述MEC模块包括数据处理模块、数据接口模块、应用服务模块和消息发送模块，所述数据接口模块分别与所述数据处理模块和所述应用服务模块连接，所述应用服务模块与所述消息发送模块连接，其中；
所述数据处理模块，用于数据处理与获取，包括接收所述服务端下发指令和数据；
所述数据接口模块，包括数据库和通用数据接口；
所述数据库，用于对视频数据和车辆轨迹数据进行周期存储；
所述通用数据接口，用于基于所述数据库所储存的数据，为所述应用服务模块提供统一的通用数据接口；
所述应用服务模块，用于通过所述通用数据接口获取各应用所需的数据，进行服务支持；
所述消息发送模块，用于根据优先级控制输出指令对各外接设备进行控制，实现交通控制。
借助于上述方案，通过集成服务端和管理模块以及MEC模块和终端，其所述MEC模块包括数据处理模块、数据接口模块、应用服务模块和消息发送模块，实现基于应用需求和扩展感知设备、控制设备和MEC，增加了感知装置和控制装置，打破了车辆与道路之间信息交互的障碍，不仅支持现有的应用需求，并将其扩展到未加装车路协同设备的普通车辆中，而且在全时空动态交通信息采集与融合的基础上，进行车辆协调安全和道路协调控制，实现人、车、路之间的有效协调，以保证交通安全和提高交通效率。
另外，如图2所示，所述应用服务模块包括MEC应用服务调用单元、应用单元、优先级控制单元和溢出控制单元，其中；
所述MEC应用服务调用，用于基于业务逻辑，按照当前开放应用列表调用各应用元件，并通过所述通用数据接口获取各应用所需的数据；
所述应用单元，其每个应用表示.so库，由所述应用服务模块按照当前开放应用列表进行加载统一接口形式，输入结构化数据，决策当前应用是否被触发，并输出后续待发送的消息；
所述优先级控制单元，用于获取各个应用.so库输出的控制指令并对优先级进行判别，分发当下控制指令；
所述溢出控制单元，用于抛弃消息发送队列中不能在规定时延要求内发送的消息，满足时延性能要求。
其中，所述MEC模块还包括本地控制模块，所述本地控制模块，用于对元件的启动和关闭，并基于服务端发送的更新指令，对各元件配置文件和.so库文件进行更新，保障服务连续可用性。
其中，所述管理模块包括信号控制器和可变信息板等传统交通管控设备；所述终端包括车载设备、路侧设备和路侧传感设备。
此外，如图3所示，传感设备和路侧控制设备首先收集感知信息和连接到MEC的车辆信息。MEC会将融合后的感知信息报告给服务端；服务端收集外部信息云提供的信息和MEC的流量状态。然后，服务端向MEC发出一些指令，并将可以直接广播到车辆上的信息进行广播。MEC根据其算法或与服务端初始控制指令相结合做出详细的控制指令，分为常规控制指令和互联车辆控制指令。传统的控制指令被发送到路侧控制设备并传送给驾驶员。所连接车辆的控制指令通过RSU传送到OBU，传送给驾驶员或车辆控制器，形成感知决策控制闭环。
基于MEC的核心算法，可以解决城市道路和高速公路的交通问题。MEC的核心算法是首先在城市道路上重建车辆轨迹数据，包括轨迹数据修复和地图匹配。由于网联车辆的低渗透率和粗糙的轨迹数据，重建的车辆轨迹可以提升核心算法的控制效果，改善城市交通问题。核心算法包括单点优化、主干道交通信号优化、区域交通信号优化、考虑公交和小汽车的无信号控制交叉口优化。
在高速公路解决方案方面，MEC的核心算法首先是多源数据融合。MEC融合了雷达和高清视频数据，丰富数据信息并提高数据精度。MEC的核心算法包括灵活的车道布设和常规路段的可变限速(Variable Speed Limit)。对于非常规路段，为了提高交通运行的安全性和效率，其核心算法包括以车辆轨迹控制为手段的交通流状态调节方法及车辆轨迹与管控设备的协同控制方法。对于新的控制策略，基于仿生学的车辆控制策略解决了传统控制方法难以适应网联车辆的问题。
具体的，为实现各方面管理和运行效果的提高，功能需求可分为二十一类。这些功能的实现需要车辆与其他设备之间的通信，包括车—车、云—
车、MEC—车、道路—MEC—车和云—道路—MEC—车。具体功能应用设计如表1所示：
表1功能需求模块
Figure BDA0003010041900000061
Figure BDA0003010041900000071
另外，如图4所示，在一个实施例中，其实现路径车—车：
车载应用的实现路径是在车辆之间进行信息交互和信息处理。主要是在车载单元上完成的，如正面碰撞预警。
另外，如图5所示，在一个实施例中，其实现路径云—车：
云—车应用的实现方式是：云平台根据车辆的需求直接与车辆进行通信，将路侧携带的信息与外部数据云获取的天气和事件信息，如车辆路径规划、天气信息预警等。
另外，如图6所示，在一个实施例中，其实现路径MEC—车：
MEC—车应用是指在MEC和车辆之间直接交换信息的应用。这些应用大多是被动广播应用，例如在固定路段触发弯道限速预警。
另外，如图7所示，在一个实施例中，其实现路径道路—MEC—车：
MEC集成了路侧传感器的信息。然后识别事件，并在必要时向车辆发出提醒。例如，在前方车辆碰撞预警等路侧设施辅助下的主动安全应用，可以显著提高联网车辆的实际控制效果，在联网车辆普及率较低的情况下提高安全性。
另外，如图8所示，在一个实施例中，其实现路径云—道路—MEC—车：
由道路MEC车辆应用演变而来。它们的特点主要体现在主控指令的制定上。即将路侧决策将转化为云平台决策和路侧决策两个等级。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过基于多接入边缘计算的车路联网协同系统，集成服务端和管理模块以及MEC模块和终端，其所述MEC模块包括数据处理模块、数据接口模块、应用服务模块和消息发送模块，实现基于应用需求和扩展感知设备、控制设备和MEC，增加了感知装置和控制装置，打破了车辆与道路之间信息交互的障碍，不仅支持现有的应用需求，并将其扩展到未加装车路协同设备的普通车辆中，而且在全时空动态交通信息采集与融合的基础上，进行车辆协调安全和道路协调控制，实现人、车、路之间的有效协调，以保证交通安全和提高交通效率。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于多接入边缘计算的车路联网协同系统，其特征在于，包括服务端、管理模块、MEC模块和终端，其所述终端分别与所述管理模块和所述MEC模块连接，所述服务端与所述管理模块和所述MEC模块信息传输，且所述MEC模块包括数据处理模块、数据接口模块、应用服务模块和消息发送模块，所述数据接口模块分别与所述数据处理模块和所述应用服务模块连接，所述应用服务模块与所述消息发送模块连接，其中；
所述数据处理模块，用于数据处理与获取，包括接收所述服务端下发指令和数据；
所述数据接口模块，包括数据库和通用数据接口；
所述数据库，用于对视频数据和车辆轨迹数据进行周期存储；
所述通用数据接口，用于基于所述数据库所储存的数据，为所述应用服务模块提供统一的通用数据接口；
所述应用服务模块，用于通过所述通用数据接口获取各应用所需的数据，进行服务支持；
所述消息发送模块，用于根据优先级控制输出指令对各外接设备进行控制，实现交通控制。
2.根据权利要求1所述的基于多接入边缘计算的车路联网协同系统，其特征在于，所述应用服务模块包括MEC应用服务调用单元、应用单元、优先级控制单元和溢出控制单元，其中；
所述MEC应用服务调用，用于基于业务逻辑，按照当前开放应用列表调用各应用元件，并通过所述通用数据接口获取各应用所需的数据；
所述应用单元，其每个应用表示.so库，由所述应用服务模块按照当前开放应用列表进行加载统一接口形式，输入结构化数据，决策当前应用是否被触发，并输出后续待发送的消息；
所述优先级控制单元，用于获取各个应用.so库输出的控制指令并对优先级进行判别，分发当下控制指令；
所述溢出控制单元，用于抛弃消息发送队列中不能在规定时延要求内发送的消息，满足时延性能要求。
3.根据权利要求2所述的基于多接入边缘计算的车路联网协同系统，其特征在于，所述MEC模块还包括本地控制模块，所述本地控制模块，用于对元件的启动和关闭，并基于服务端发送的更新指令，对各元件配置文件和.so库文件进行更新，保障服务连续可用性。
4.根据权利要求1所述的基于多接入边缘计算的车路联网协同系统，其特征在于，所述管理模块包括信号控制器和交通管控设备；所述终端包括车载设备、路侧设备和路侧传感设备。
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