CN115440062A - 基于智能网联环境的场站节点交通协调方法及系统 - Google Patents

基于智能网联环境的场站节点交通协调方法及系统 Download PDF

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CN115440062A CN202211028182.4A CN202211028182A CN115440062A CN 115440062 A CN115440062 A CN 115440062A CN 202211028182 A CN202211028182 A CN 202211028182A CN 115440062 A CN115440062 A CN 115440062A
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Abstract

本发明公开了基于智能网联环境的场站节点交通协调方法及系统，涉及智能交通技术领域，方法包括：MEC端获取BSM数据和PAM数据并解析，进行车辆所属节点和路段的匹配；对路段范围内的车辆进行队列识别，将满足要求的车辆编入一个通行队列；基于计算的目标节点所属的各个路段范围内的车辆/通行队列到达和离开其冲突区的时间，确定控制策略。通过将满足要求的车辆编入一个通行队列，提高了通行效率，并结合车辆/通行队列到达和离开冲突区的时间确定控制策略，可实现不同路段车辆/通行队列的同时放行，相对于只能针对单车进行协调的先进先出的车辆控制策略具有更高的效率。

Description

基于智能网联环境的场站节点交通协调方法及系统
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域，具体是涉及一种基于智能网联环境的场站节点交通协调方法及系统。
背景技术
由于场站内部各交通节点往往没有信号控制装置，且场站节点的真实物理范围也较小，加之场站内部立柱的视线遮挡，使得一旦驾驶员驾驶车辆在场站节点处抢行或未注意其他方向来车，很容易导致车辆在节点冲突区内碰撞或者产生拥堵，若场站内部交通流量较大，将迅速导致大范围的拥堵且难以腾挪。
随着智能交通系统和智能网联技术的高速发展，智慧网联交叉口的建设也在逐渐普及实施。智慧网联交叉口即组合传感器感知技术、融合技术、V2X(Vehicle toEverything，车辆与外界进行信息交换) 通信技术和交通优化算法，从而实现交叉口行人、非机动车与智能网联汽车之间的信息传递。通过V2X技术，所有的智能网联车辆可以将自身的状态信息传输汇聚到智慧网联交叉口部署的本地MEC (Multi-Access EdgeComputing)；通过计算机技术，部署在本地的 MEC将收集到的车辆信息和环境信息分析和处理，最后做出车辆以何种速度通过交叉口的决策，以保证智能网联车辆能够安全、高效通过交叉口。
目前的智能网联系统或方法，通常被应用于城市道路或交叉口通行，城市道路具有路口少、道路宽、交叉口之间距离长、相平行同向路段少等特点。
但对于包括停车场在内的场站环境而言，其存在节点多，节点所属路段多且距离短、相平行路段多、路网复杂等特点。现有智能网联系统或方法还不能适用于场站内车辆的协调，存在车辆通行效率低的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种适用于节点多、路段复杂的场站环境的基于智能网联环境的场站节点交通协调方法及系统。
第一方面，提供一种基于智能网联环境的场站节点交通协调方法，包括以下步骤：
步骤1、MEC端获取智能网联车辆广播的BSM数据，所述BSM数据包括包含有速度、加速度以及航向角的车辆状态数据；
步骤2、MEC端获取RSU设备存储的PAM数据，所述PAM数据包括场站内部地图信息，所述场站内部地图信息包括拟设定在场站内的多个节点以及每个节点所属的路段；
步骤3、MEC端解析BSM数据和PAM数据，进行车辆所属节点和路段的匹配；
步骤4、MEC端判定目标节点所属路段范围内是否有车辆到达；
步骤5、若有，则MEC端对该路段范围内的车辆进行队列识别，将满足要求的车辆编入一个通行队列；
步骤6、MEC端计算目标节点所属的各个路段范围内的车辆/通行队列到达和离开其冲突区的时间，其中，冲突区为该节点所属的至少两个路段相交汇的区域；
步骤7、MEC端基于所述步骤6确定的车辆/通行队列到达和离开其冲突区的时间，确定各个路段范围内的车辆/通行队列的控制策略；发送控制策略给车辆。
进一步地，所述步骤2中，每个节点所属的路段包括该节点的上游节点指向该节点的有向路段，其中，将该有向路段的中心线经纬度点序列、车道数、车道宽、下游节点定义在该有向路段上。
进一步地，所述步骤3中进行车辆所属节点和路段的匹配的步骤包括：
先确定车辆处于路段上；
再筛选出与车辆行驶方向一致的路段；
再基于目标节点、路段以及路段上的车辆构成的空间三角形，判断该空间三角形的参数是否满足预设条件，筛选出满足预设条件的空间三角形对应的车辆及路段，输出所有在目标节点所属路段上的车辆及所属路段的对应关系，完成车辆所属节点和路段的匹配。
进一步地，所述步骤5的MEC端对该路段范围内的车辆进行队列识别，将满足要求的车辆编入一个通行队列的步骤包括：
计算该路段范围内的车辆距目标节点的距离，将各车辆按距离远近进行排序，得到目标节点所属不同路段上的各车辆的有序车辆列表；
基于所述有序车辆列表，计算其前后车辆的实际距离，并根据车辆状态计算可接受队列间隙，若前后车辆的实际距离小于等于可接受队列间隙，则可将前后车辆编入同一个通行队列。
进一步地，所述步骤6中车辆/通行队列到达冲突区的时间ta的计算公式为：
Figure BDA0003816406650000041
式中，wi为冲突区的宽度；ds为车辆之间保留的安全距离；Dc为判定车辆处于节点一定范围的距离阈值，用于判定车辆是否已到达节点冲突区；Te为临时停靠车辆的期望启动时间；vlim为场站节点路段限速；amax为车辆在场站内允许的车辆最大加速度；d(C,nj)为距离节点最近的车辆/通行队列C距节点的距离，其速度为vC。
进一步地，所述步骤6中车辆/通行队列离开冲突区的时间以车辆左转离开冲突区的时间计算。
进一步地，所述步骤7中基于所述步骤6确定的车辆/通行队列到达和离开其冲突区的时间，确定各个路段范围内的车辆/通行队列的控制策略；发送控制策略给车辆的步骤包括：
若先到达冲突区的车辆/通行队列与随后到达冲突区的车辆/通行队列在时间上不重叠，则对这两个路段上距离节点最近的车辆/通行队列同时放行，给予这些车辆“保持当前车速行驶通过节点”的指令，该节点所属路段上其他车辆给予“到达节点处停车等待”的指令；
若先到达冲突区的车辆/通行队列与随后到达冲突区的车辆/通行队列在时间上重叠，则对先到达的车辆/通行队列给予通行权，下发“保持当前车速行驶通过节点”的指令；该节点所属路段上其他车辆给予“到达节点处停车等待”的指令。
进一步地，所述步骤1中，所述MEC端获取智能网联车辆广播的 BSM数据的步骤包括：
在场站布设UWB基站，车辆装备的OBU设备与UWB连接，用于获得车辆的定位信息；OBU设备通过CAN口与车辆连接，获取车辆的车辆状态数据后，将其填入BSM数据集并向外广播；
在场站节点路侧部署RSU设备和MEC端，RSU设备通过汇聚交换机接入MEC端；RSU设备通过C-V2X通讯接收到车辆的OBU设备广播的BSM数据后，将其发送给MEC端。
进一步地，所述步骤2的PAM数据存储在RSU设备中，并通过汇聚交换机发送至MEC端。
第二方面，本发明提出一种实现上述基于智能网联环境的场站节点交通协调方法的系统，包括：
OBU设备，部署在车辆上，用于获取车辆状态数据，并将其填入 BSM数据集向外广播，所述车辆状态数据包括车辆的速度、加速度以及航向角；
RSU设备，部署在场站节点路侧，所述RSU设备用于将接收到的 OBU设备广播的BSM数据发送给MEC端，所述RSU设备内还存储有PAM 数据，所述RSU设备还用于将PAM数据发送至MEC端；其中，所述 PAM数据包括场站内部地图信息，所述场站内部地图信息包括拟设定在场站内的多个节点以及每个节点所属的路段；
MEC端，部署在场站节点路侧，用于解析BSM数据和PAM数据，进行车辆所属节点和路段的匹配，并判定目标节点所属路段范围内是否有车辆到达，对该路段范围内的车辆进行队列识别，将满足要求的车辆编入一个通行队列，计算目标节点所属的各个路段范围内的车辆 /通行队列到达和离开其冲突区的时间，冲突区为该节点所属的至少两个路段相交汇的区域，基于该时间，确定各个路段范围内的车辆/ 通行队列的控制策略，发送控制策略给车辆。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
通过将BSM数据和包括场站内部地图信息的PAM数据结合，对所有车辆进行节点及节点所属路段的匹配，并对目标节点所属路段范围内的车辆进行队列识别，将满足要求的车辆编入一个通行队列，提高了通行效率，并结合车辆/通行队列到达和离开冲突区的时间确定控制策略，可实现不同路段车辆/通行队列的同时放行，相对于只能针对单车进行协调的先进先出的车辆控制策略具有更高的效率。且基于到达和离开冲突区的时间确定的控制策略，可避免车辆在冲突区产生碰撞风险，提高了车辆在场站内部运行的安全性。
附图说明
图1是本发明基于智能网联环境的场站节点交通协调方法的流程示意图。
图2是本发明中PAM定义的场站内部地图图解。
图3是本发明目标节点的车辆和路段匹配示意图。
图4是本发明的场站节点冲突区以及车辆/通行队列的示意图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。
本发明基于智能网联环境，为所有进入场站内部的车辆搭载智能 OBU车载设备(On board Unit，简称OBU设备，即车载单元)，通过OBU设备上报的基本安全信息BSM获知场站内部车辆位置、速度、航向角等信息，消除视线遮挡等因素造成的潜在碰撞风险。同时将BSM信息结合RSU设备(路侧单元)内部存储的PAM地图，对所有智能网联车辆进行路段匹配，并识别各路段车辆前后车速以及间隙考虑是否可以组成通行队列(或称编队)通过场站节点，而后通过计算各路段车辆或编队到达及离开冲突区的时间冲突情况，生成车辆控制策略以使场站内车辆协调有序通过节点冲突区，避免车辆在节点冲突区产生碰撞风险，提高了车辆在场站内部运行的安全性。同时由于考虑考虑车辆队列到达的情况，支持车辆以通行队列的形式一起协调通过节点冲突区，对于各路段不同的通行队列，若其到达及离开场站节点冲突区的时间不冲突，也可实现不同路段车辆同时放行，相对于只能针对单车进行协调的先进先出的车辆控制策略具有更高的效率。
如图1所示，本发明提出的基于智能网联环境的场站节点交通协调方法，包括以下步骤：
步骤1、MEC端获取智能网联车辆广播的BSM数据，所述BSM数据包括包含有速度、加速度以及航向角的车辆状态数据。
具体包括：装备有OBU设备的车辆在场站内部行驶时，由于无法正常接收到GPS定位信号，因此需要在场站布设UWB基站，车辆装备的OBU设备与UWB连接，用于获得车辆的定位信息；OBU设备通过CAN 口与车辆连接，获取车辆的车辆状态数据后，将其填入BSM数据集并向外广播。
在场站节点路侧部署RSU设备和MEC端，RSU设备通过汇聚交换机接入MEC端；RSU设备通过C-V2X通讯接收到车辆的OBU设备广播的BSM数据后，将其发送给MEC端。
步骤2、MEC端获取RSU设备存储的PAM数据，所述PAM数据包括场站内部地图信息，所述场站内部地图信息包括拟设定在场站内的多个节点以及每个节点所属的路段，场站内部地图信息还包括场站内部的车位信息。由于场站内部地图信息属于较为固定的信息，测绘后无需频繁更新，因此，PAM数据存储在RSU设备中。在场站节点的交通协调场景中，PAM数据无需通过RSU设备广播给OBU设备接收，只需通过汇聚交换机将其发送至MEC端，并解析。
其中，每个节点所属的路段包括该节点的上游节点指向该节点的有向路段，其中，将该有向路段的中心线经纬度点序列、车道数、车道宽、下游节点定义在该有向路段上。
PAM数据包含的场站内部地图信息，通过在节点上定义表现。如图2所示，节点nj所属路段通过其上游节点与当前节点nj定义。例如上游节点ni与当前节点nj定义由ni指向nj的有向路段R(ni,nj)，其路段中心线经纬度点序列、车道数、车道宽、路段的下游节点等定义在该路段上。由此通过完成对场站所有节点的定义即可描绘一幅完成的场站内部节点及所属路段的地图，即构成场站内部地图信息。
步骤3、车辆所属节点路段匹配：
MEC端解析BSM数据和PAM数据，进行车辆所属节点和路段的匹配。包括步骤：
先确定车辆处于路段上。
再筛选出与车辆行驶方向一致的路段。
再基于目标节点、路段以及路段上的车辆构成的空间三角形，判断该空间三角形的参数是否满足预设条件，筛选出满足预设条件的空间三角形对应的车辆及路段，输出所有在目标节点所属路段上的车辆及所属路段的对应关系，完成车辆所属节点和路段的匹配。
具体如下：
MEC端在接收到车辆上报的BSM数据后，对每一条BSM数据进行解析，获取每辆车的经纬度位置、速度、航向角信息，分被记为 lon,lat,v,θ。
假设当前节点为nj，如图2所示，将车辆与节点nj所属的路段 R(ni,nj)、R(nk,nj)、R(nm,nj)与R(nn,nj)进行匹配。以路段R(ni,nj)为例，通过解析PAM数据，可获取路段道路中心线经纬度点序列，取序列第一个经纬度点记为lonf,latf，取序列最后一个经纬度点记为lonl,latl，通过该两点可计算确定各路段的朝向o(ni,nj)。路段的匹配需满足以下条件：车辆处于路段上且车辆行驶方向与路段方向一致。
车辆行驶方向与路段方向一致要求其角度差值控制在一定可接受的范围内即可；车辆处于路段上要求车辆位置点在纵向以及横向两个方向满足条件：即纵向不能超出路段长度范围；横向必须在路段中心线附近，不能过远防止匹配到与目标路段相平行的其他路段。
如图3所示，车辆C处于路段R(ni,nj)上时，其航向角应与路段方向一致，从而排除路段R(nk,nj)、R(nm,nj)与R(nn,nj)。但航向角方向与路段方向一致不代表车辆C一定处于路段R(ni,nj)上，也可能存在于其他节点所属的有向路段上，因此需进行进一步的判断排除。
由图3可知，在纵向方向超出路段范围的车辆与路段构成的三角形底角会存在一个超过90°的角，即钝角，由此可把纵向超出路段范围的车辆排除；在横向上，可通过车辆C与路段中心线的垂直距离 (在图中表现为以路段R(ni,nj)为底的三角形的高)排除车辆在同向的相邻路段的情况。
以路段R(ni,nj)为例，由于路段中心线的两个端点(即两个节点) 的经纬度坐标以及车辆的经纬度坐标均已知，由此计算三点构成的空间三角形的三边长，并计算其以路段中心线为底的两个底角以及高，分被记为α1(ni,nj),α2(ni,nj),h(ni,nj)。因此要判定车辆与路段的对应关系，需满足式1全部条件：
Figure BDA0003816406650000101
式中，Ta为车辆航向角与路段方向的容许差值，默认取值15°； w(ni,nj)为路段R(ni,nj)的车道宽度；n(ni,nj)为路段R(ni,nj)的车道数；Th为判定车辆处于路段横向范围边界线内的距离阈值。
对每一条车辆信息，遍历目标节点所属路段，若存在满足式1的情况，即该车辆匹配到目标节点所属的某一路段，输出该车辆ID与路段的对应关系；若遍历目标节点所有所属路段均不存在全部满足式 1的情况，即车辆不在该节点所属路段上。遍历所有车辆信息，输出所有在目标节点所属路段上的车辆及所属路段的对应关系。
步骤4、MEC端判定目标节点所属路段范围内是否有车辆到达。
由步骤3可得所有在目标节点所属路段上的车辆即所属路段的对应关系，即可通过统计各路段上匹配车辆数量，确定节点所属路段范围内是否有到达车辆。若节点所属的所有路段上均没有匹配到车辆，则可判定当前路段上没有车辆到达；若节点所属的一个或多个路段上匹配到车辆，可判定节点所属路段范围内存在到达车辆。
步骤5、若有，则MEC端对该路段范围内的车辆进行队列识别，将满足要求的车辆编入一个通行队列。
对各路段车辆进行队列识别，首先需对步骤3匹配到路段上的各车辆，分别计算其距节点的距离，再将其按距离远近进行排序，依次序逐个计算前后车之间的可接受队列间隙，以确定前后车是否可组成一个通行队列共同通过节点。
节点的经纬度坐标可从PAM数据中提取，记为lonn,latn，通过车辆的经纬度坐标可直接计算车辆距离节点的距离，并对其进行由小到大的排序，得到节点所属不同路段上的各车辆距离节点远近的有序车辆列表。以某一路段为例，其列表记为(C1,C2,...,Cn)。则对该路段其有序车辆进行车辆队列识别可按以下方法：
按有序车辆列表依次取前后辆车，计算其前后辆车的实际距离，并根据车辆状态计算可接受队列间隙，若前后车辆的实际距离小于等于可接受队列间隙，则可将前后车辆编入同一个通行队列，若前车已经处于一个通行队列中，则将后车编入前车所属的通行队列；若大于可接受队列间隙则开始新的队列识别。
假设前车记为Ci，后车记为Cj，通过其经纬度坐标计算其实际距离dij。由于后车速度不同，因此可接受队列间隙需考虑该因素，引入后车速作为变量。可接受队列间隙计算如式2所示：
gij＝g0+δ·vj (2)
式中，g0为车辆拥塞时静止排队的前后车间距；δ为一个固定增量时间，考虑后车速度越大时，可接受队列间隙应由于车辆保持安全跟车距离而随之增大；vj为后车速度。
因此，若满足式3即可将前后车编入一个通行队列：
dij≤g0+δ·vj (3)
由此，可根据式3将各路段上按距离节点远近排列的车辆划分为不同的通行队列。
步骤6、MEC端计算目标节点所属的各个路段范围内的车辆/通行队列到达和离开其冲突区的时间，其中，冲突区为该节点所属的至少两个路段相交汇的区域。
步骤5对节点所属不同路段的车辆进行了车辆队列的识别，取各路段上离节点最近的车辆(若该车辆在步骤5中通过队列识别被编入一个通行队列中，则取该车辆所属通行队列)进行到达与离开冲突区时间的计算。
如图4所示，路段R(nk,nj)上离节点最近的两辆车被编入一个通行队列，路段R(nm,nj)上离节点最近的三辆车被编入一个通行队列，因此需考虑整个通行队列通过冲突区。
冲突区如图4中虚线所围部分所示，由于一般节点的真实物理空间较小，很难同时允许不同方向的两辆车同时通过该节点，因此将冲突区设为整个节点。冲突区为该节点所属的至少两个路段相交汇的区域。冲突区的边长分别记为wa,wb，由相应路段的车道宽与车道数决定，如式4所示：
Figure BDA0003816406650000121
若某路段距离节点最近的为单独的车辆C，通过经纬度坐标计算其距节点距离记为d(C,nj)，速度为vC。则该车辆到达冲突区的时间ta如式5所示：若车辆速度vC不为零，考虑车辆距离节点的距离、冲突区物理范围以及安全距离，可通过距离速度的比值计算其到达冲突区的时间；若车辆速度vC为零，且车辆距离节点距离小于阈值Dc，则认为车辆已经接近冲突区位置，但由于控制策略令其停车等待，可认为其已到达冲突区，令ta为零；若车辆速度vC为零且车辆距离节点距离大于阈值Dc，则认为车辆为在路段上临时停车，考虑临时停车预计启动时间、启动加速阶段以及以路段限速通过节点冲突区，计算到达冲突区的时间。
Figure BDA0003816406650000131
式中，wi为相应的冲突区宽度，根据实际情况选择wa或wb；ds为保留的安全距离；Dc为判定车辆处于节点一定范围的距离阈值，用于判定车辆是否已到达节点冲突区；Te为临时停靠车辆的期望启动时间，该值为统计大量场站内临时停靠车辆的统计平均值；vlim为场站节点路段限速；amax为车辆在场站内部道路允许的车辆最大加速度。
车辆离开冲突区的时间tl的计算，考虑车辆左转操作在冲突区内行驶的距离最长，因此计算车辆以左转轨迹离开冲突区的时间计算如式6所示：若车辆速度vC不为零，考虑车辆距离节点的距离、冲突区物理范围以及安全距离，可通过距离速度的比值计算离开达冲突区的时间，由于未知车辆在节点冲突区内的转向操作，考虑在冲突区内耗时最长的左转操作行驶的距离进行计算；若车辆速度vC为零，且车辆距离节点距离小于阈值Dc，则认为车辆已经接近冲突区位置，但由于控制策略令其停车等待，可认为其已到达冲突区，其离开冲突区的时间计算由于车辆从静止开始运动，由车辆启动损失时间以及车辆正常左转通过冲突区的时间构成；若车辆速度vC为零且车辆距离节点距离大于阈值Dc，则认为车辆为在路段上临时停车，考虑临时停车预计启动时间、启动加速阶段以及以路段限速通过节点冲突区，计算离开冲突区的时间，同样的，由于未知车辆在节点冲突区内的转向操作，考虑在冲突区内耗时最长的左转操作行驶的距离进行计算。
Figure BDA0003816406650000141
式中，为将左转轨迹近似为半径为
Figure BDA0003816406650000142
的四分之一圆弧；ts为车辆的启动损失时间，tp为车辆左转通过冲突区的时间。
若某路段距节点最近的车辆从属于通行队列，将该通行队列记为 (C1,C2,...,Cn)。在这种情况下需对整个通行队列进行考虑计算该通行队列头车C1到达冲突区的时间ta以及尾车离开冲突区的时间tl。头车C1到达冲突区的时间ta计算方式如式5所示。
队列尾车离开冲突区的时间tl计算如式7所示：
Figure BDA0003816406650000151
步骤7、MEC端基于所述步骤6确定的车辆/通行队列到达和离开其冲突区的时间，确定各个路段范围内的车辆/通行队列的控制策略；发送控制策略给车辆。
对于步骤6获得的各路段上距离节点最近的车辆/通行队列到达与离开冲突区的时间进行分析，判断各路段车辆/通行队列通过冲突区的时间冲突情况。按到达冲突区的时间ta的先后顺序进行排序，记为
Figure BDA0003816406650000152
其离开冲突区的时间对应为
Figure BDA0003816406650000153
取最先到达的车辆/通行队列的到达与离开冲突区时间
Figure BDA0003816406650000154
若其与随后到达冲突区的车辆/通行队列在时间上不重叠，即
Figure BDA0003816406650000155
则不存在冲突，则对这两个路段上距离节点最近的车辆/通行队列同时放行，给予这些车辆“保持当前车速行驶通过节点”的指令，该节点所属路段上其他车辆给予“到达节点处停车等待”的指令。
若最先到达的车辆/通行队列的到达与离开冲突区时间
Figure BDA0003816406650000156
其与随后到达冲突区的车辆/通行队列在时间上重叠，即
Figure BDA0003816406650000157
则存在冲突，则对最先到达的车辆/通行队列给予通行权，下发“保持当前车速行驶通过节点”的指令；该节点所属路段上其他车辆给予“到达节点处停车等待”的指令。
步骤8、各路段车辆控制信息下发。
在步骤7生成各路段车辆控制信息后，将车辆ID与车辆控制信息匹配后填入消息集中，MEC端将该控制消息通过汇聚交换机发送到 RSU设备。RSU设备接收到各路段车辆的控制信息后，通过C-V2X的通讯方式将信息进行广播。
装备有OBU设备的智能网联车辆，在接收到车辆控制消息后进行解析，寻找自身车辆ID所对应的控制信息，并将该信息发送至车辆工控机，采取相应的车辆控制措施。
步骤9、允许通行车辆是否完全通过冲突区域判定。
对于被允许车辆，需要检测其是否完全通过冲突区，以判定当前控制策略是否告一段落，可以开启下一个协调周期。允许通过车辆 ID列表设为C1,C2,...,Cn。以判定第i辆车Ci是否通过冲突区。
记录车辆在最先到达该节点所属路段时所属路段R，通过式1实时计算其最新的路段匹配结果R'。若R＝R'则车辆仍在原路段上，未通过该路段，也未通过冲入区域；若R≠R'则车辆已驶出原路段，但是否处于冲突区需进一步判定。
判定车辆是否处于冲突区中时，以节点经纬度坐标为中心，
Figure BDA0003816406650000161
为半径的区域近似为冲突区，若车辆处于该范围内，则车辆坐标距离节点的距离d(C,n)应小于半径
Figure BDA0003816406650000162
如式8所示：
Figure BDA0003816406650000163
对于不处于原路段且不处于冲突区的车辆，则判定其已通过并驶离冲突区，将其从允许通过车辆ID列表C1,C2,...,Cn中移除。直至将所有车辆移除出该列表，则所有允许通过车辆均已通过该节点，进行下一周期的节点交通协调。
基于同一发明构思，本发明还提出一种实现上述的基于智能网联环境的场站节点交通协调方法的系统，包括：
OBU设备，部署在车辆上，用于获取车辆状态数据，并将其填入BSM数据集向外广播，所述车辆状态数据包括车辆的速度、加速度以及航向角；
RSU设备，部署在场站节点路侧，所述RSU设备用于将接收到的 OBU设备广播的BSM数据发送给MEC端，所述RSU设备内还存储有PAM 数据，所述RSU设备还用于将PAM数据发送至MEC端；其中，所述 PAM数据包括场站内部地图信息，所述场站内部地图信息包括拟设定在场站内的多个节点以及每个节点所属的路段；
MEC端，部署在场站节点路侧，用于解析BSM数据和PAM数据，进行车辆所属节点和路段的匹配，并判定目标节点所属路段范围内是否有车辆到达，对该路段范围内的车辆进行队列识别，将满足要求的车辆编入一个通行队列，计算目标节点所属的各个路段范围内的车辆 /通行队列到达和离开其冲突区的时间，冲突区为该节点所属的至少两个路段相交汇的区域，基于该时间，确定各个路段范围内的车辆/ 通行队列的控制策略，发送控制策略给车辆。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于智能网联环境的场站节点交通协调方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、MEC端获取智能网联车辆广播的BSM数据，所述BSM数据包括包含有速度、加速度以及航向角的车辆状态数据；
步骤2、MEC端获取RSU设备存储的PAM数据，所述PAM数据包括场站内部地图信息，所述场站内部地图信息包括拟设定在场站内的多个节点以及每个节点所属的路段；
步骤3、MEC端解析BSM数据和PAM数据，进行车辆所属节点和路段的匹配；
步骤4、MEC端判定目标节点所属路段范围内是否有车辆到达；
步骤5、若有，则MEC端对该路段范围内的车辆进行队列识别，将满足要求的车辆编入一个通行队列；
步骤6、MEC端计算目标节点所属的各个路段范围内的车辆/通行队列到达和离开其冲突区的时间，其中，冲突区为该节点所属的至少两个路段相交汇的区域；
步骤7、MEC端基于所述步骤6确定的车辆/通行队列到达和离开其冲突区的时间，确定各个路段范围内的车辆/通行队列的控制策略；发送控制策略给车辆。
2.如权利要求1所述的基于智能网联环境的场站节点交通协调方法，其特征在于，所述步骤2中，每个节点所属的路段包括该节点的上游节点指向该节点的有向路段，其中，将该有向路段的中心线经纬度点序列、车道数、车道宽、下游节点定义在该有向路段上。
3.如权利要求1所述的基于智能网联环境的场站节点交通协调方法，其特征在于，所述步骤3中进行车辆所属节点和路段的匹配的步骤包括：
先确定车辆处于路段上；
再筛选出与车辆行驶方向一致的路段；
再基于目标节点、路段以及路段上的车辆构成的空间三角形，判断该空间三角形的参数是否满足预设条件，筛选出满足预设条件的空间三角形对应的车辆及路段，输出所有在目标节点所属路段上的车辆及所属路段的对应关系，完成车辆所属节点和路段的匹配。
4.如权利要求1所述的基于智能网联环境的场站节点交通协调方法，其特征在于，所述步骤5的MEC端对该路段范围内的车辆进行队列识别，将满足要求的车辆编入一个通行队列的步骤包括：
计算该路段范围内的车辆距目标节点的距离，将各车辆按距离远近进行排序，得到目标节点所属不同路段上的各车辆的有序车辆列表；
基于所述有序车辆列表，计算其前后车辆的实际距离，并根据车辆状态计算可接受队列间隙，若前后车辆的实际距离小于等于可接受队列间隙，则可将前后车辆编入同一个通行队列。
5.如权利要求1所述的基于智能网联环境的场站节点交通协调方法，其特征在于，所述步骤6中车辆/通行队列到达冲突区的时间ta的计算公式为：
Figure FDA0003816406640000021
式中，wi为冲突区的宽度；ds为车辆之间保留的安全距离；Dc为判定车辆处于节点一定范围的距离阈值，用于判定车辆是否已到达节点冲突区；Te为临时停靠车辆的期望启动时间；vlim为场站节点路段限速；amax为车辆在场站内允许的车辆最大加速度；d(C,nj)为距离节点最近的车辆/通行队列C距节点的距离，其速度为vC。
6.如权利要求1所述的基于智能网联环境的场站节点交通协调方法，其特征在于，所述步骤6中车辆/通行队列离开冲突区的时间以车辆左转离开冲突区的时间计算。
7.如权利要求1所述的基于智能网联环境的场站节点交通协调方法，其特征在于，所述步骤7中基于所述步骤6确定的车辆/通行队列到达和离开其冲突区的时间，确定各个路段范围内的车辆/通行队列的控制策略；发送控制策略给车辆的步骤包括：
若先到达冲突区的车辆/通行队列与随后到达冲突区的车辆/通行队列在时间上不重叠，则对这两个路段上距离节点最近的车辆/通行队列同时放行，给予这些车辆“保持当前车速行驶通过节点”的指令，该节点所属路段上其他车辆给予“到达节点处停车等待”的指令；
若先到达冲突区的车辆/通行队列与随后到达冲突区的车辆/通行队列在时间上重叠，则对先到达的车辆/通行队列给予通行权，下发“保持当前车速行驶通过节点”的指令；该节点所属路段上其他车辆给予“到达节点处停车等待”的指令。
8.如权利要求1所述的基于智能网联环境的场站节点交通协调方法，其特征在于，所述步骤1中，所述MEC端获取智能网联车辆广播的BSM数据的步骤包括：
在场站布设UWB基站，车辆装备的OBU设备与UWB连接，用于获得车辆的定位信息；OBU设备通过CAN口与车辆连接，获取车辆的车辆状态数据后，将其填入BSM数据集并向外广播；
在场站节点路侧部署RSU设备和MEC端，RSU设备通过汇聚交换机接入MEC端；RSU设备通过C-V2X通讯接收到车辆的OBU设备广播的BSM数据后，将其发送给MEC端。
9.如权利要求8所述的基于智能网联环境的场站节点交通协调方法，其特征在于，所述步骤2的PAM数据存储在RSU设备中，并通过汇聚交换机发送至MEC端。
10.一种实现如权利要求1至9中任一项所述的基于智能网联环境的场站节点交通协调方法的系统，其特征在于，包括：
OBU设备，部署在车辆上，用于获取车辆状态数据，并将其填入BSM数据集向外广播，所述车辆状态数据包括车辆的速度、加速度以及航向角；
RSU设备，部署在场站节点路侧，所述RSU设备用于将接收到的OBU设备广播的BSM数据发送给MEC端，所述RSU设备内还存储有PAM数据，所述RSU设备还用于将PAM数据发送至MEC端；其中，所述PAM数据包括场站内部地图信息，所述场站内部地图信息包括拟设定在场站内的多个节点以及每个节点所属的路段；
MEC端，部署在场站节点路侧，用于解析BSM数据和PAM数据，进行车辆所属节点和路段的匹配，并判定目标节点所属路段范围内是否有车辆到达，对该路段范围内的车辆进行队列识别，将满足要求的车辆编入一个通行队列，计算目标节点所属的各个路段范围内的车辆/通行队列到达和离开其冲突区的时间，冲突区为该节点所属的至少两个路段相交汇的区域，基于该时间，确定各个路段范围内的车辆/通行队列的控制策略，发送控制策略给车辆。
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