CN113345231A - 一种面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，涉及车联网环境下的信控交叉口控制技术领域，包括云端、交通参与者服务端、感知模块、车载控制模块、管控边缘计算模块和路侧交通控制模块。本发明为交叉口实现交通控制，可实现对信号机的控制以及人机交互，在结构不变的情况下可以兼容包括车辆交叉口辅助驾驶、交叉口控制优化、公交优先乃至基于车辆的交叉口通行控制、匝道控制等多种分布式交通控制算法；其云端与管控边缘计算模块配合实现对路侧交通控制模块和车辆及交通参与者服务端的双向控制可以同时实现对交通控制机和车辆的双向控制，可以提高交叉口的通行效率。

Description

一种面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统
技术领域
本发明涉及车联网环境下的信控交叉口控制技术领域，具体来说，涉及一种面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统。
背景技术
随着全自动驾驶技术的成熟和完善，全自动驾驶车辆已经离我们越来越近。可以预见，随着不同阶段自动驾驶车辆逐步投入使用，传统意义上由车辆、行人和自行车等构成的混合交通流，将变成由不同级别的自动驾驶车辆、穿戴/未穿戴互联装备的行人和自行车等共同构成的新型混合交通流。如何对新型混合交通流进行有效的管控，实现交通运行效率、安全、能耗、排放、公平和舒适等多目标优化，是交通控制领域所面临的新问题。
智能网联汽车通过车载信息终端实现与人、车、路、互联网之间的无线通讯和信息交换。从这个角度来看，智能网联汽车与车联网紧密相关，互为支撑，二者应并行推进，协同发展。自动驾驶和智能车辆发展依托并带动了车联网技术的发展，未来的交通控制将是在车联网环境下的交通控制。
在此背景下，如何将车联网设备、控制机、交通设施进行组合和结构设计成为了控制算法是否可以有效且高效发挥自身功能的一个主要问题。
因此，亟需一种面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统。
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，本发明提出一种面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，通过将车辆、通讯设施、交通控制信号灯、控制中心有机结合地组成系统，可以可靠地为交叉口实现交通控制；具有两个控制中心，可实现对信号机的控制以及人机交互，在结构不变的情况下可以兼容包括车辆交叉口辅助驾驶、交叉口控制优化、公交优先乃至基于车辆的交叉口通行控制、匝道控制等多种分布式交通控制算法，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：
一种面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，包括：云端、交通参与者服务端、感知模块、车载控制模块、管控边缘计算模块和路侧交通控制模块，其中；
所述云端，用于基于路侧交通控制模块和交通参与者服务端分别获取道路交通状况信息和用户需求信息，其中包括路侧交通控制模块提供的交通参与者端服务信息转发、区域交通协同控制和公共交通调度在内的宏观交通优化；
所述交通参与者服务端，用于移动终端与所述云端进行信息交互，实时接收道路交通状况信息、出行路径信息和预警消息服务信息；
所述感知模块，包括车载感知单元和路侧感知单元，其所述车载感知单元实时获取车载感知数据，所述路侧感知单元实时获取交通感知数据；
所述车载控制模块，用于通过车载通信模块与所述管控边缘计算模块信息交互，包括进行车载控制和进行对车载感知数据传输；
所述管控边缘计算模块，用于通过路侧通信模块获取车载感知数据和交通感知数据，并生成信号配时信息产生相应的信号灯指令进行发送至所述路侧交通控制模块；
所述路侧交通控制模块，用于接收所述管控边缘计算模块生成的信号配时信息，并产生相应的信号灯指令控制。
进一步的，所述车载控制模块，包括获取所述管控边缘计算模块信号灯指令，并基于道路交通状况信息和车载感知数据产生通信消息，进行与驾驶员人机交互，包括：
所述车载控制模块基于车辆行驶状态和信号配时信息给出引导驾驶方案和驾驶员通过所述车载控制模块进行优先申请，进而将驾驶员实际纳入到提出的结构中。
进一步的，所述车载控制模块，包括以下步骤：
所述车载通信模块广播所述通信消息；
所述路侧通信模块接收所述通信消息并传输至所述路侧交通控制模块；
所述管控边缘计算模块基于所述通信消息和地图信息计算获得对应的配时方案，向所述路侧交通控制模块发出信号配时信息。
进一步的，所述通信消息包括基本安全信息，所述基本安全信息包括车辆ID、位置信息、移动状态、控制状态和车辆基本信息。
进一步的，所述地图信息包括交叉口ID、GPS参考点、出入口信息和车道数据。
进一步的，所述管控边缘计算模块，包括：
交通状态感知单元，用于基于所述感知模块、所述车载通信模块和所述路侧通信模块的信息进行交通状态感知，提取交通状态参数；
信号配时优化单元，用于基于道路交通状况信息和地图信息进行车辆状态预测，获得最优的配时方案，生成相应的信号配时信息；
驾驶引导管控指令制定单元，用于根据道路交通状况信息和信号灯指令制定车辆驾驶引导管控指令；
参考轨迹指令制定单元，用于根据道路交通状况信息和信号灯指令为自动驾驶车辆制定参考轨迹指令；
冲突预警单元，用于根据道路交通状况信息进行轨迹预测，识别潜在冲突，并将冲突信息上报云端。
进一步的，所述路侧交通控制模块还包括优先控制单元，其中；
所述优先控制单元，用于响应所述车载通信模块广播的信号请求信息，同时产生由所述路侧通信模块广播的优先状态信息。
进一步的，所述云端，包括：
服务端后台管理模块，用于实现信息收发；
动态路径规划模块，用于基于所述管控边缘计算模块上发的交通状态进行动态路径规划。
进一步的，所述交通参与者服务端，包括：预警信息展示模块、驾驶引导管控信息展示模块、路径规划请求及信息展示模块和基础管理模块。
进一步的，所述车载通信模块为车载DSRC通讯设备或LTE-V通讯设备，所述路侧通信模块为路侧机DSRC通讯设备。
本发明的有益效果：
1、本发明结构简单，可靠性高：本发明创新地将车辆、通讯设施、交通控制信号灯、控制中心有机结合地组成系统，可以可靠地为交叉口实现交通控制；
2、本发明结构清晰，适用范围广：本发明具有两个控制中心，分别位于车辆与路侧，可实现对信号机的控制以及人机交互，在结构不变的情况下可以兼容包括车辆交叉口辅助驾驶、交叉口控制优化、公交优先乃至基于车辆的交叉口通行控制、匝道控制等多种分布式交通控制算法；
3、本发明双向控制：本发明云端与管控边缘计算模块配合实现对路侧交通控制模块和车辆及交通参与者服务端的双向控制可以同时实现对交通控制机和车辆的双向控制，可以提高交叉口的通行效率。
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面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统的原理框图一；
图2是根据本发明实施例的一种面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统的原理框图二；
图3是根据本发明实施例的一种面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统的场景示意图。
图中：
1、云端；2、交通参与者服务端；3、感知模块；4、车载控制模块；5、管控边缘计算模块；6、路侧交通控制模块。
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，提供了一种面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统。
如图1-图3所示，根据本发明实施例的面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，包括：云端1、交通参与者服务端2、感知模块3、车载控制模块4、管控边缘计算模块5和路侧交通控制模块6，其中；
所述云端1，用于基于路侧交通控制模块6和交通参与者服务端2分别获取道路交通状况信息和用户需求信息，其中包括路侧交通控制模块6提供的交通参与者端2服务信息转发、区域交通协同控制和公共交通调度在内的宏观交通优化；
所述交通参与者服务端2，用于移动终端与所述云端1进行信息交互，实时接收道路交通状况信息、出行路径信息和预警消息服务信息；
所述感知模块3，包括车载感知单元和路侧感知单元，其所述车载感知单元实时获取车载感知数据，所述路侧感知单元实时获取交通感知数据；
具体的，可通过路侧通信模块、毫米波雷达、激光雷达和摄像机获取交通感知数据；
所述车载控制模块4，用于通过车载通信模块与所述管控边缘计算模块5信息交互，包括进行车载控制和进行对车载感知数据传输；
所述管控边缘计算模块5，用于通过路侧通信模块获取车载感知数据和交通感知数据，并生成信号配时信息产生相应的信号灯指令进行发送至所述路侧交通控制模块6；
其中，还包括生成交通状态信息上报云端1，结合云端1交通优化指令生成并下达信号控制、可变情报板的控制指令，针对自动驾驶车生成参考轨迹，针对网联车辆生成车速引导指令信息，针对弱势交通参与者进行冲突识别并上报云端1；
所述路侧交通控制模块6，用于接收所述管控边缘计算模块5生成的信号配时信息，并产生相应的信号灯指令控制。
其中，所述车载控制模块4，包括获取所述管控边缘计算模块5信号灯指令，并基于道路交通状况信息和车载感知数据产生通信消息，进行与驾驶员人机交互，包括：
所述车载控制模块4基于车辆行驶状态和信号配时信息给出引导驾驶方案和驾驶员通过所述车载控制模块4进行优先申请，进而将驾驶员实际纳入到提出的结构中。
其中，包括自动驾驶车辆生成参考轨迹，为弱势交通参与者发布预警信息，将自动驾驶车、驾驶员、行人和非机动车纳入了所提出的架构中。
其中，所述车载控制模块4，包括以下步骤：
所述车载通信模块广播所述通信消息；
所述路侧通信模块接收所述通信消息并传输至所述路侧交通控制模块6；
所述管控边缘计算模块5基于所述通信消息和地图信息计算获得对应的配时方案，向所述路侧交通控制模块6发出信号配时信息。
其中，所述通信消息包括基本安全信息，所述基本安全信息包括车辆ID、位置信息、移动状态、控制状态和车辆基本信息。
其中，所述地图信息包括交叉口ID、GPS参考点、出入口信息和车道数据。
其中，所述管控边缘计算模块5，包括：
交通状态感知单元，用于基于所述感知模块3、所述车载通信模块和所述路侧通信模块的信息进行交通状态感知，提取交通状态参数；
信号配时优化单元，用于基于道路交通状况信息和地图信息进行车辆状态预测，获得最优的配时方案，生成相应的信号配时信息；
驾驶引导管控指令制定单元，用于根据道路交通状况信息和信号灯指令制定车辆驾驶引导管控指令；
参考轨迹指令制定单元，用于根据道路交通状况信息和信号灯指令为自动驾驶车辆制定参考轨迹指令；
冲突预警单元，用于根据道路交通状况信息进行轨迹预测，识别潜在冲突，并将冲突信息上报云端1，其云端1通过可变情报板发布信息；
其中，所述路侧交通控制模块6还包括优先控制单元，其中；
所述优先控制单元，用于响应所述车载通信模块广播的信号请求信息，同时产生由所述路侧通信模块广播的优先状态信息。
其中，所述云端1，包括：
服务端后台管理模块，用于实现信息收发；
动态路径规划模块，用于基于所述管控边缘计算模块5上发的交通状态进行动态路径规划和宏观交通优化。
其中，所述交通参与者服务端2，包括：预警信息展示模块、驾驶引导管控信息展示模块、路径规划请求及信息展示模块和基础管理模块。
其中，所述车载通信模块为车载DSRC通讯设备，所述路侧通信模块为路侧机DSRC通讯设备。
借助于上述技术方案，通过将车辆、通讯设施、交通控制信号灯、控制中心有机结合地组成系统，可以可靠地为交叉口实现交通控制；具有两个控制中心，分别位于车辆与路侧，可实现对信号机的控制以及人机交互，在结构不变的情况下可以兼容包括车辆交叉口辅助驾驶、交叉口控制优化、公交优先乃至基于车辆的交叉口通行控制、匝道控制等多种分布式交通控制算法；其云端1与管控边缘计算模块5配合实现对路侧交通控制模块6和车辆及交通参与者服务端2的双向控制可以同时实现对交通控制机和车辆的双向控制，可以提高交叉口的通行效率。
另外，具体的，车载通信模块和路侧通信模块的通信可采用DSRC(DedicatedShort Range Communications)方案或LTE-V方案，即路侧通信模块可为车载DSRC通讯设备或车载LTE-V通讯设备，路侧通信模块可为路侧机DSRC通讯设备或路侧机LTE-V通讯设备。
另外，如图2所示，路侧交通控制模块6包括相连接的信号机和信号灯，路侧交通控制模块6通过NTCIP协议与所述信号机通讯连接。
具体的，其车载控制模块4可位于平板电脑内，车辆搭载平板电脑和车载通信模块，平板电脑连接在车载通信模块自带的无线局域网中，负责与驾驶员的信息交互。车载通信模块自动广播自身状态信息，路侧通信模块监听到车载通信模块信息后将信息通过自身的无线局域网发送到路侧通信模块(mini主机)指定端口。路侧交通控制模块6运行软件，将信号控制方案通过网线发送给具体信号机，并传达给车辆，信号机通过自带线路给信号灯发出指令。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，具有如下效果：
1、本发明结构简单，可靠性高：本发明创新地将车辆、通讯设施、交通控制信号灯、控制中心有机结合地组成系统，可以可靠地为交叉口实现交通控制；
2、本发明结构清晰，适用范围广：本发明具有两个控制中心，分别位于车辆与路侧，可实现对信号机的控制以及人机交互，在结构不变的情况下可以兼容包括车辆交叉口辅助驾驶、交叉口控制优化、公交优先乃至基于车辆的交叉口通行控制、匝道控制等多种分布式交通控制算法；
3、本发明双向控制：本发明云端与管控边缘计算模块配合实现对路侧交通控制模块和车辆及交通参与者服务端的双向控制可以同时实现对交通控制机和车辆的双向控制，可以提高交叉口的通行效率。
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 (10)

1.一种面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，其特征在于，包括：云端(1)、交通参与者服务端(2)、感知模块(3)、车载控制模块(4)、管控边缘计算模块(5)和路侧交通控制模块(6)，其中；
所述云端(1)，用于基于路侧交通控制模块(6)和交通参与者服务端(2)分别获取道路交通状况信息和用户需求信息，其中包括路侧交通控制模块(6)提供的交通参与者端(2)服务信息转发、区域交通协同控制和公共交通调度在内的宏观交通优化；
所述交通参与者服务端(2)，用于移动终端与所述云端(1)进行信息交互，实时接收道路交通状况信息、出行路径信息和预警消息服务信息；
所述感知模块(3)，包括车载感知单元和路侧感知单元，其所述车载感知单元实时获取车载感知数据，所述路侧感知单元实时获取交通感知数据；
所述车载控制模块(4)，用于通过车载通信模块与所述管控边缘计算模块(5)信息交互，包括进行车载控制和进行对车载感知数据传输；
所述管控边缘计算模块(5)，用于通过路侧通信模块获取车载感知数据和交通感知数据，并生成信号配时信息产生相应的信号灯指令进行发送至所述路侧交通控制模块(6)；
所述路侧交通控制模块(6)，用于接收所述管控边缘计算模块(5)生成的信号配时信息，并产生相应的信号灯指令控制。
2.根据权利要求1所述的面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，其特征在于，所述车载控制模块(4)，包括获取所述管控边缘计算模块(5)信号灯指令，并基于道路交通状况信息和车载感知数据产生通信消息，进行与驾驶员人机交互，包括：
所述车载控制模块(4)基于车辆行驶状态和信号配时信息给出引导驾驶方案和驾驶员通过所述车载控制模块(4)进行优先申请，进而将驾驶员实际纳入到提出的结构中。
3.根据权利要求2所述的面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，其特征在于，所述车载控制模块(4)，包括以下步骤：
所述车载通信模块广播所述通信消息；
所述路侧通信模块接收所述通信消息并传输至所述路侧交通控制模块(6)；
所述管控边缘计算模块(5)基于所述通信消息和地图信息计算获得对应的配时方案，向所述路侧交通控制模块(6)发出信号配时信息。
4.根据权利要求3所述的面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，其特征在于，所述通信消息包括基本安全信息，所述基本安全信息包括车辆ID、位置信息、移动状态、控制状态和车辆基本信息。
5.根据权利要求4所述的面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，其特征在于，所述地图信息包括交叉口ID、GPS参考点、出入口信息和车道数据。
6.根据权利要求5所述的面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，其特征在于，所述管控边缘计算模块(5)，包括：
交通状态感知单元，用于基于所述感知模块(3)、所述车载通信模块和所述路侧通信模块的信息进行交通状态感知，提取交通状态参数；
信号配时优化单元，用于基于道路交通状况信息和地图信息进行车辆状态预测，获得最优的配时方案，生成相应的信号配时信息；
驾驶引导管控指令制定单元，用于根据道路交通状况信息和信号灯指令制定车辆驾驶引导管控指令；
参考轨迹指令制定单元，用于根据道路交通状况信息和信号灯指令为自动驾驶车辆制定参考轨迹指令；
冲突预警单元，用于根据道路交通状况信息进行轨迹预测，识别潜在冲突，并将冲突信息上报云端(1)。
7.根据权利要求6所述的面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，其特征在于，所述路侧交通控制模块(6)还包括优先控制单元，其中；
所述优先控制单元，用于响应所述车载通信模块广播的信号请求信息，同时产生由所述路侧通信模块广播的优先状态信息。
8.根据权利要求1所述的面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，其特征在于，所述云端(1)，包括：
服务端后台管理模块，用于实现信息收发；
动态路径规划模块，用于基于所述管控边缘计算模块(5)上发的交通状态进行动态路径规划。
9.根据权利要求8所述的面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，其特征在于，所述交通参与者服务端(2)，包括：预警信息展示模块、驾驶引导管控信息展示模块、路径规划请求及信息展示模块和基础管理模块。
10.根据权利要求1所述的面向混合流的基于管控边缘计算设备的交通管控系统，其特征在于，所述车载通信模块为车载DSRC通讯设备或LTE-V通讯设备，所述路侧通信模块为路侧机DSRC通讯设备。
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