CN115270475A - 基于5g和cv2x的车路云公交优先在线仿真平台 - Google Patents

基于5g和cv2x的车路云公交优先在线仿真平台 Download PDF

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CN115270475A
CN115270475A CN202210917252.5A CN202210917252A CN115270475A CN 115270475 A CN115270475 A CN 115270475A CN 202210917252 A CN202210917252 A CN 202210917252A CN 115270475 A CN115270475 A CN 115270475A
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马小陆
马明杰
王兵
徐立伟
钟振华
郑睿
唐得志
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Abstract

本发明公开了车路云公交仿真系统技术领域的基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台,主要包括SUMO仿真平台、V2X‑车联网设备、车联网云端服务器和Web平台显示四个部分,所述SUMO仿真平台是SUMO交通仿真软件和Pycharm集成开发环境,主要功能是交通模拟,解决了基于V2X技术的车联网纯仿真平台中无法仿真真实的V2X场景问题。本发明的仿真平台可测试V2X‑车联网设备之间的车车和车路通信场景性能,提高了公交车的运行安全;可手动下发控制指令实时更改公交车车速和路口信号灯的状态;当启动服务器公交优先算法后,可计算得到最优信号灯相位及公交车车速,自动下发给控制指令实时更改公交车车速和路口信号灯的状态。提高了公交车的交通效率。

Description

基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台
技术领域
本发明涉及车路云公交仿真系统技术领域,具体为基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台。
背景技术
随着我国城市化进程的加快,交通拥堵已成为制约城市发展的一大顽疾,城市交通拥堵不但导致生活成本增加,交通事故频发,也严重阻碍了城市的发展步伐,因此,彻底解决城市交通拥堵问题已迫在眉睫。2019年,国务院印发《交通强国建设纲要》,明确提出要加强城市交通拥堵综合治理,优先发展城市公共交通,构建便捷顺畅的城市交通网。因此发展“智慧公交”为大势所趋。
智慧公交是城市公交出行的重要发展方向之一。所谓的智慧公交,是将移动互联网、物联网、大数据等新一代信息技术应用到城市公共交通运营、服务、管理等方面,努力打造综合、高效、准确、可靠的城市公共交通信息服务体系,全面提高城市公共交通智能化水平。智慧公交是运用的GNSS/GPS定位技术、3G/4G通信技术、GIS地理信息系统技术,建设公交服务器,结合公交车辆的运行特点,实现公交车快速通行,以提高城市交通效率和安全。
随着基于V2X(Vehicle-to-Everything)的车联网技术不断发展为解决智慧公交问题提供了一些新的思路。V2X是物联网中面向智能交通系统的一个核心子网络。随着V2X关键技术突破和V2X产品的推出,V2X产业将产生巨大的社会效益和经济效益,因此,V2X技术将推动智慧公交发展。
但是在V2X技术应用及推广之前,需要进行全面、深入的实车和实地测试V2X场景的验证与评价。而实车和实地测试存在如下问题:
成本高;危险系数大;场景搭建难,特别是针对不同应用情况下的场景难搭建,如公交优先、矿区货车的调度等;
因此,在V2X实车和实地测试之前,一般先进行仿真验证,但现有关于V2X应用的技术研究中,多采用纯软件仿真的方式测试V2X的通信性能及应用场景,与实车实地测试存在不一致问题,无法满足V2X技术的仿真需求。
发明内容
本发明的目的在于提供基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台,主要包括SUMO仿真平台、V2X-车联网设备、车联网云端服务器和Web平台显示四个部分,所述SUMO仿真平台是SUMO交通仿真软件和Pycharm集成开发环境,主要功能是交通模拟,包括真实的路网地图、公交车、路口信号灯等;
四个部分的流程有以下步骤:
S1:在SUMO软件中,先完成对公交车辆、真实道路、信号灯的模拟仿真;具体步骤:首先创建真实道路文件,通过NETCONVERT工具将OpenStreetMap地图数据转化为SUMO道路网络文件,编辑路网文件,设定红绿灯的位置、相位状态信息;设定场景完成后再创建车流文件,设定公交车辆行驶的路径、速度;最后将这两个文件作为输入文件写入配置文件;完成上述文件后,SUMO即可进行交通仿真;
S2:在Pycharm软件中,编写python程序,利用TraCi接口导出SUMO中公交车、信号灯的状态信息并发送到V2X-车联网设备中;
S3:V2X-车联网设备连接Pycharm获取公交车和信号灯状态信息,并将信息传送到云服务器;具体步骤:首先V2X-车联网设备中编写TCP客户端程序,获取Pycharm公交车和信号灯状态信息,并启动5G通信将这些信息与云端服务器实时交互。
S4:在云端服务器中,获取并解析V2X-车联网设备传送来过来的数据,并将车和信号灯状态实时输出至web端中,V2X-车联网设备和云端服务器通过订阅和发布相关主题进行通信,V2X-车联网设备将公交车、信号灯状态信息按JSON格式打包发送至云端服务器,云端服务器解析收到的JSON格式数据。
S5:在服务器中运行公交优先算法,实现公交车多路口绿波通行;具体步骤:公交优先算法的输入包括公交车速度、公交车位置和路口的信号灯相位信息,输出为公交车建议速度与绿波通行的信号灯相位,最终实现多路口绿波通行。
优选的,所述V2X-车联网设备包括两个部分,一个是实际测试的V2X-OBU设备,该设备使用5G网络与云服务器进行通信,传输的信息包括公交车车辆位置、速度和方向信息;另一个是实际中的V2X-RSU设备,即路口的信号机设备,该设备使用5G网络与云服务器进行通信,传输的信息包括信号灯路口的位置、信号灯相位信息和红绿灯状态信息。
优选的,所述车联网云端服务器用于解析并存储公交车车联网设备发送的来消息和路口信号灯发送过来的信号灯状态信息,云端服务器通过公交优先算法计算出控制指令。
优选的,所述指令包括的公交车车速和公交车通过的路口信号灯相位信息。
优选的,所述Web平台显示当前所关注的公交车的运行状态和信号灯状态及地图信息。
优选的,在S2中,在Pycharm软件中的具体步骤:编写python文件,启动仿真时接入SUMO,利用Traci函数获取公交车辆的速度、位置坐标、行驶里程和信号灯的相位状态信息;再编写TCP服务器程序将信息发送到V2X-车联网设备中。
优选的,所述平台云端服务器可实时获取公交车辆、路口信号灯的状态信息,可手动下发控制指令实时更改公交车车速和路口信号灯的状态;当启动服务器公交优先算法后,可计算得到最优信号灯相位及公交车车速,自动下发给控制指令实时更改公交车车速和路口信号灯的状态。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:该仿真平台,一方面解决了基于V2X技术的车联网纯仿真平台中无法仿真真实的V2X场景问题;另一方面解决了基于V2X技术的车联网实际场景测试存在测试成本高、危险系统大和复杂场景难搭建,特别是针对不同应用情况下的场景难搭建,如公交优先、矿区货车的调度问题。
该平台可测试V2X-车联网设备可之间的车车和车路通信场景性能,提高了公交车的运行安全;
该平台云端服务器可实时获取公交车辆、路口信号灯的状态信息,并在web端中实时监测信息变化,将车辆、信号灯在实际地图中实时动态变化的效果展示在web端;可手动下发控制指令实时更改公交车车速和路口信号灯的状态;当启动服务器公交优先算法后,可计算得到最优信号灯相位及公交车车速,自动下发给控制指令实时更改公交车车速和路口信号灯的状态。提高了公交车的交通效率。,
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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为本发明的总体架构图;
图2为本发明的在线仿真平台流程图;
图3为本发明SUMO交通仿真流程图。
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至图3,本发明提供基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台技术方案:主要包括SUMO仿真平台、V2X-车联网设备、车联网云端服务器和Web平台显示四个部分;本发明的系统总体架构如图1所示,进一步的,上述基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台中,SUMO仿真平台是SUMO交通仿真软件和Pycharm集成开发环境,主要功能是交通模拟,包括真实的路网地图、公交车、路口信号灯等。
上述基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台中,V2X-车联网设备包括两个部分,一个是实际测试的V2X-OBU设备,即公交车载设备,该设备使用5G网络与云服务器进行通信,传输的信息包括公交车车辆位置、速度和方向等信息;另一个是实际中的V2X-RSU设备,即路口的信号机等设备,该设备使用5G网络与云服务器进行通信,传输的信息包括信号灯路口的位置、信号灯相位信息和红绿灯状态等信息。
上述基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台中,车联网云端服务器是可以解析并存储公交车车联网设备发送的来消息和路口信号灯发送过来的信号灯状态信息等,云端服务器通过公交优先算法计算出控制指令,指令包括的公交车车速和公交车通过的路口信号灯相位信息等。
上述基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台中,Web平台显示当前所关注的公交车的运行状态和信号灯状态及地图信息等。
S1:在SUMO软件中,先完成对公交车辆、真实道路、信号灯的模拟仿真。具体步骤:首先创建真实道路文件,通过NETCONVERT工具将OpenStreetMap地图数据转化为SUMO道路网络文件,编辑路网文件,设定红绿灯的位置、相位等状态信息;设定场景完成后再创建车流文件,设定公交车辆行驶的路径、速度;最后将这两个文件作为输入文件写入配置文件。完成上述文件后,SUMO即可进行交通仿真。
S2:在Pycharm软件中,编写python程序,利用TraCi接口导出SUMO中公交车、信号灯的状态信息并发送到V2X-车联网设备中。具体步骤:编写python文件,启动仿真时接入SUMO,利用Traci函数获取公交车辆的速度、位置坐标、行驶里程和信号灯的相位状态信息。再编写TCP服务器程序将信息发送到V2X-车联网设备中。
S3:V2X-车联网设备连接Pycharm获取公交车和信号灯状态等信息,并将信息传送到云服务器。具体步骤:首先V2X-车联网设备中编写TCP客户端程序,获取Pycharm公交车和信号灯状态等信息,并启动5G通信将这些信息与云端服务器实时交互(通信协议采用MQTT)。
S4:在云端服务器中,获取并解析V2X-车联网设备传送来过来的数据,并将车和信号灯状态实时输出至web端(通信协议采用MQTT)中,V2X-车联网设备和云端服务器通过订阅和发布相关主题,V2X-车联网设备将公交车、信号灯等状态信息按JSON格式打包发送至云端服务器,云端服务器解析收到的JSON格式数据。
S5:在服务器中运行公交优先算法,实现公交车多路口绿波通行。具体步骤:公交优先算法的输入包括公交车速度、公交车位置和路口的信号灯相位等信息,输出为公交车建议速度与绿波通行的信号灯相位。最终实现多路口绿波通行;
该仿真平台与真实公交系统中的公交车与路的情况一致,且使用5G实现车云实时通信,该平台能快速、高效地评判V2X算法在实际场景中的性能表达。
该仿真平台,一方面解决了基于V2X技术的车联网纯仿真平台中无法仿真真实的V2X场景问题;另一方面解决了基于V2X技术的车联网实际场景测试存在测试成本高、危险系统大和复杂场景难搭建(特别是针对不同应用情况下的场景难搭建,如公交优先、矿区货车的调度等)的问题。
本发明所提供的产品型号只是为本技术方案依据产品的结构特征进行的使用,其产品会在购买后进行调整与改造,使之更加匹配和符合本发明所属技术方案,其为本技术方案一个最佳应用的技术方案,其产品的型号可以依据其需要的技术参数进行替换和改造,其为本领域所属技术人员所熟知的,因此,本领域所属技术人员可以清楚的通过本发明所提供的技术方案得到对应的使用效果。
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 (7)

1.基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台,其特征在于,包括主要包括SUMO仿真平台、V2X-车联网设备、车联网云端服务器和Web平台显示四个部分,所述SUMO仿真平台是SUMO交通仿真软件和Pycharm集成开发环境,主要功能是交通模拟,包括真实的路网地图、公交车、路口信号灯;
四个部分的流程有以下步骤:
S1:在SUMO软件中,先完成对公交车辆、真实道路、信号灯的模拟仿真;具体步骤:首先创建真实道路文件,通过NETCONVERT工具将OpenStreetMap地图数据转化为SUMO道路网络文件,编辑路网文件,设定红绿灯的位置、相位状态信息;设定场景完成后再创建车流文件,设定公交车辆行驶的路径、速度;最后将这两个文件作为输入文件写入配置文件;完成上述文件后,SUMO即可进行交通仿真;
S2:在Pycharm软件中,编写python程序,利用TraCi接口导出SUMO中公交车、信号灯的状态信息并发送到V2X-车联网设备中;
S3:V2X-车联网设备连接Pycharm获取公交车和信号灯状态信息,并将信息传送到云服务器;具体步骤:首先V2X-车联网设备中编写TCP客户端程序,获取Pycharm公交车和信号灯状态信息,并启动5G通信将这些信息与云端服务器实时交互。
S4:在云端服务器中,获取并解析V2X-车联网设备传送来过来的数据,并将车和信号灯状态实时输出至web端中,V2X-车联网设备和云端服务器通过订阅和发布相关主题,V2X-车联网设备将公交车、信号灯状态信息按JSON格式打包发送至云端服务器,云端服务器解析收到的JSON格式数据。
S5:在服务器中运行公交优先算法,实现公交车多路口绿波通行;具体步骤:公交优先算法的输入包括公交车速度、公交车位置和路口的信号灯相位信息,输出为公交车建议速度与绿波通行的信号灯相位,最终实现多路口绿波通。
2.根据权利要求1所述的基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台,其特征在于:所述V2X-车联网设备包括两个部分,一个是实际测试的V2X-OBU设备,该设备使用5G网络与云服务器进行通信,传输的信息包括公交车车辆位置、速度和方向信息;另一个是实际中的V2X-RSU设备,即路口的信号机设备,该设备使用5G网络与云服务器进行通信,传输的信息包括信号灯路口的位置、信号灯相位信息和红绿灯状态信息。
3.根据权利要求1所述的基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台,其特征在于:所述车联网云端服务器用于解析并存储公交车车联网设备发送的来消息和路口信号灯发送过来的信号灯状态信息,云端服务器通过公交优先算法计算出控制指令。
4.根据权利要求3所述的基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台,其特征在于:所述指令包括的公交车车速和公交车通过的路口信号灯相位信息。
5.根据权利要求1所述的基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台,其特征在于:所述Web平台显示当前所关注的公交车的运行状态和信号灯状态及地图信息。
6.根据权利要求1所述的基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台,其特征在于:在S2中,在Pycharm软件中的具体步骤:编写python文件,启动仿真时接入SUMO,利用Traci函数获取公交车辆的速度、位置坐标、行驶里程和信号灯的相位状态信息;再编写TCP服务器程序将信息发送到V2X-车联网设备中。
7.根据权利要求1所述的基于5G和CV2X的车路云公交优先在线仿真平台,其特征在于:所述平台云端服务器可实时获取公交车辆、路口信号灯的状态信息,可手动下发控制指令实时更改公交车车速和路口信号灯的状态;当启动服务器公交优先算法后,可计算得到最优信号灯相位及公交车车速,自动下发给控制指令实时更改公交车车速和路口信号灯的状态。
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