CN117793667A - 基于数字孪生的车路协同系统 - Google Patents

Abstract

基于数字孪生的车路协同系统，其中，云控制平台接收路侧端设备的交通设施和周围交通参与车辆信息向车辆司机进行预警；云控制平台还用于协同边缘计算设备进行路侧交通设施和周围交通参与车辆信息的分析处理；云控制平台周期性的接收路侧通信设备RSU发送的路侧感知设备感知的数据；云控制平台根据路侧的实时感知数据筛选出位于当前车辆周边的交叉路口区域的周边车辆；若指定周边车辆和当前车辆的距离小于预设值，将指定周边车辆作为当前车辆的威胁车辆；云控制平台向车载端设备进行威胁车辆预警。本发明满足用户对车路协同高灵活性、高可靠性的要求，降低车辆行驶过程中的风险，安全性高。

Description

基于数字孪生的车路协同系统

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种基于数字孪生的车路协同系统。

背景技术

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。

车路协同是汽车与交通行业发展的重要方向之一，利用无线通信、传感器检测、高精度地图定位、人工智能、计算机等众多技术来获取车辆和道路信息，在实现人、车、路充分协同的同时，从而达到主动提高道路交通安全、最优化利用系统资源、缓解交通拥挤的目标，形成安全、效率、环保的道路交通系统。

随着无线通信、人工智能技术的发展，传统的车路协同处理功能比较单一，车路数字化交通信息交互层次和协同层次低，单纯的依靠路侧边缘计算设备，不能满足用户对车路协同高灵活性、高可靠性的要求，车辆行驶过程中存在的风险较高，安全性差。如何提高车路协同的可靠性和安全性具有现实的应用意义。

发明内容

为此，本发明提供一种基于数字孪生的车路协同系统，解决传统技术中交通信息交互层次和协同层次低导致的风险较高，安全性差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于数字孪生的车路协同系统，包括车载端设备、路侧端设备和云控制平台；所述车载端设备包括车载OBU单元，所述路侧端设备包括路侧感知设备、边缘计算设备和路侧通信设备RSU；

所述车载端设备通过车载OBU单元获取当前车辆位置、状态和驾驶信息；所述路侧端设备通过所述路侧感知设备获取路侧交通设施和周围交通参与车辆信息，所述边缘计算设备用于对路侧交通设施和周围交通参与车辆信息进行分析处理；所述路侧通信设备RSU用于将路侧交通设施和周围交通参与车辆信息进行广播；

所述云控制平台用于接收所述路侧端设备的交通设施和周围交通参与车辆信息向车辆司机进行预警；所述云控制平台还用于协同所述边缘计算设备进行路侧交通设施和周围交通参与车辆信息的分析处理；

所述云控制平台周期性的接收所述路侧通信设备RSU发送的所述路侧感知设备感知的数据；

所述云控制平台根据路侧的实时感知数据筛选出位于当前车辆周边的交叉路口区域的周边车辆；

若指定周边车辆和当前车辆的距离小于预设值，将指定周边车辆作为当前车辆的威胁车辆；

所述云控制平台向所述车载端设备进行威胁车辆预警。

作为基于数字孪生的车路协同系统优选方案，所述车载OBU单元安装在车辆上用于V2X通信，所述车载OBU单元通过PC5接收所述路侧通信设备RSU广播的数据。

作为基于数字孪生的车路协同系统优选方案，所述车载端设备还包括卫星定位模块、信号发射天线、信号接收天线、加速度传感器和陀螺仪；所述卫星定位模块用于获取车辆的位置、时间和速度信息，所述加速度传感器用于获取车辆的加速度信息，所述陀螺仪用于获取车辆的姿态信息。

作为基于数字孪生的车路协同系统优选方案，所述路侧感知设备对交通路口车辆环境感知，监测道路运行的车辆及车道线以外行驶的车辆、路边行人及周边静止物体信息；

所述边缘计算设备对车道线内行驶的车辆位置、速度和交通流信息进行分析统计。

作为基于数字孪生的车路协同系统优选方案，所述路侧感知设备通过毫米波雷达探测前方道路上违章停车、超速、违规并线、应急车道行驶事件；获取当前监视场景中车辆的位置并跟踪所有车辆行驶轨迹。

作为基于数字孪生的车路协同系统优选方案，所述路侧感知设备实时获悉路况信息，通过所述边缘计算设备判别交通道路拥堵、异常事件；

所述路侧感知设备通过高清摄像机对路口停靠区域的行人、非机动车闯入目标进行检测。

作为基于数字孪生的车路协同系统优选方案，所述云控制平台用于对路侧网联设备信息显示、信号灯信息显示、网联汽车个体信息进行展示。

作为基于数字孪生的车路协同系统优选方案，还包括手持终端，所述手持终端用于在线查看车辆信息，在线实时查看车辆实时位置；

所述手持终端还用于对所述路侧端设备进行监控管理、监控模型展示、显示设备总数和异常设备数量。

作为基于数字孪生的车路协同系统优选方案，所述手持终端集成有车路协同APP、小程序或集成车路协同服务的导航APP，通过车路协同APP、小程序或集成车路协同服务的导航APP进行红绿灯信号同步、绿波通行、路侧事件同步、弱势交通参与者预警服务。

作为基于数字孪生的车路协同系统优选方案，所述路侧感知设备通过所述边缘计算设备自动感知交通事故，并将生成的证据链视频通过所述云控制平台存储。

本发明具有如下优点：设有车载端设备、路侧端设备和云控制平台；所述车载端设备包括车载OBU单元，所述路侧端设备包括路侧感知设备、边缘计算设备和路侧通信设备RSU；所述车载端设备通过车载OBU单元获取当前车辆位置、状态和驾驶信息；所述路侧端设备通过所述路侧感知设备获取路侧交通设施和周围交通参与车辆信息，所述边缘计算设备用于对路侧交通设施和周围交通参与车辆信息进行分析处理；所述路侧通信设备RSU用于将路侧交通设施和周围交通参与车辆信息进行广播；所述云控制平台用于接收所述路侧端设备的交通设施和周围交通参与车辆信息向车辆司机进行预警；所述云控制平台还用于协同所述边缘计算设备进行路侧交通设施和周围交通参与车辆信息的分析处理；所述云控制平台周期性的接收所述路侧通信设备RSU发送的所述路侧感知设备感知的数据；所述云控制平台根据路侧的实时感知数据筛选出位于当前车辆周边的交叉路口区域的周边车辆；若指定周边车辆和当前车辆的距离小于预设值，将指定周边车辆作为当前车辆的威胁车辆；所述云控制平台向所述车载端设备进行威胁车辆预警。本发明车路数字化交通信息交互层次和协同层次高，依靠路侧边缘计算设备和云控制平台协同，满足用户对车路协同高灵活性、高可靠性的要求，降低车辆行驶过程中的风险，安全性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述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示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例中提供的基于数字孪生的车路协同系统架构示意图。

图中，1、车载端设备；2、路侧端设备；3、云控制平台；4、车载OBU单元；5、路侧感知设备；6、边缘计算设备；7、路侧通信设备RSU；8、手持终端。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供一种基于数字孪生的车路协同系统，包括车载端设备1、路侧端设备2和云控制平台3；所述车载端设备1包括车载OBU单元4，所述路侧端设备2包括路侧感知设备5、边缘计算设备6和路侧通信设备RSU7；

所述车载端设备1通过车载OBU单元4获取当前车辆位置、状态和驾驶信息；所述路侧端设备2通过所述路侧感知设备5获取路侧交通设施和周围交通参与车辆信息，所述边缘计算设备6用于对路侧交通设施和周围交通参与车辆信息进行分析处理；所述路侧通信设备RSU7用于将路侧交通设施和周围交通参与车辆信息进行广播；

所述云控制平台3用于接收所述路侧端设备2的交通设施和周围交通参与车辆信息向车辆司机进行预警；所述云控制平台3还用于协同所述边缘计算设备6进行路侧交通设施和周围交通参与车辆信息的分析处理；

所述云控制平台3周期性的接收所述路侧通信设备RSU7发送的所述路侧感知设备5感知的数据；

所述云控制平台3根据路侧的实时感知数据筛选出位于当前车辆周边的交叉路口区域的周边车辆；

若指定周边车辆和当前车辆的距离小于预设值，将指定周边车辆作为当前车辆的威胁车辆；

所述云控制平台3向所述车载端设备1进行威胁车辆预警。

本实施例中，所述车载OBU单元4安装在车辆上用于V2X通信，所述车载OBU单元4通过PC5接收所述路侧通信设备RSU7广播的数据；所述车载端设备1还包括卫星定位模块、信号发射天线、信号接收天线、加速度传感器和陀螺仪；所述卫星定位模块用于获取车辆的位置、时间和速度信息，所述加速度传感器用于获取车辆的加速度信息，所述陀螺仪用于获取车辆的姿态信息。

具体的，车载OBU单元4安装在车辆上的可实现V2X通信，支持V2X应用。车载OBU单元4支持数据的接收，包括通过PC5接收RSU广播的数据。车载端设备1的卫星定位模块、信号发射天线、信号接收天线、加速度传感器和陀螺仪可以充分获取车辆运动状态信息。

本实施例中，所述路侧感知设备5对交通路口车辆环境感知，监测道路运行的车辆及车道线以外行驶的车辆、路边行人及周边静止物体信息；所述边缘计算设备6对车道线内行驶的车辆位置、速度和交通流信息进行分析统计。

具体的，路侧感知设备5能够对道路运行的车辆进行实时监测，同时对车道线以外行驶的其他车辆、路边行人以及周边的静止物体信息采集，对车道线内行驶的车辆位置、速度和交通流信息进行分析统计，对于恶劣天气条件下道路的路况信息进行管控，从而确保车辆的行驶安全。

本实施例中，所述路侧感知设备5通过毫米波雷达探测前方道路上违章停车、超速、违规并线、应急车道行驶事件；获取当前监视场景中车辆的位置并跟踪所有车辆行驶轨迹；所述路侧感知设备5实时获悉路况信息，通过所述边缘计算设备6判别交通道路拥堵、异常事件；所述路侧感知设备5通过高清摄像机对路口停靠区域的行人、非机动车闯入目标进行检测。

具体的，路侧感知设备5通过毫米波雷达实现先导区路口路况监测，可探测道路上违章停车、超速、违规并线、应急车道行驶等事件，通过获取当前监视场景中各个车辆的位置并跟踪所有车辆行驶轨迹，同时支持车速、车流量、车道占有率、平均车速等信息，并实时获悉路况信息，从而判别出交通道路拥堵、异常等事件等。

其中，高清摄像机实现对路口停靠区域的行人、非机动车等闯入目标进行检测，并发送给边缘计算设备6，提取视频中的交通目标，包括行人、非机动车、机动车。

本实施例中，云控制平台3展示内容包括路侧网联设备信息显示、信号灯信息显示、网联汽车个体信息展示等。同时云控制平台3的主视图界面包含网联信息查看和处理功能，信号灯信息显示包括信号灯ID，以及所有相应的实时状态信息，包括红绿灯色，倒计时秒数、控制模式等。

本实施例中，还包括手持终端8，所述手持终端8用于在线查看车辆信息，在线实时查看车辆实时位置；所述手持终端8还用于对所述路侧端设备2进行监控管理、监控模型展示、显示设备总数和异常设备数量；所述手持终端8集成有车路协同APP、小程序或集成车路协同服务的导航APP，通过车路协同APP、小程序或集成车路协同服务的导航APP进行红绿灯信号同步、绿波通行、路侧事件同步、弱势交通参与者预警服务。

具体的，通过手持终端8对智能网联车辆或自动驾驶车辆进行管理，可以在线查看车辆信息及在地图层的实时位置。手持终端8还可以对路侧端设备2进行监控，实现路侧监控管理，路侧监控模型展示、显示设备总数和异常设备数量，手持终端8还可以展示V2X通信过程，接收到车辆之间的交互信号时的交互效果，接受车辆与路侧端设备2的交互信号时，展示车辆与路侧端设备2之间的交互效果。

本实施例中，所述路侧感知设备5通过所述边缘计算设备6自动感知交通事故，并将生成的证据链视频通过所述云控制平台3存储。路侧感知设备5配合路侧感知设备5，通过交通仿真、大数据分析并与智慧交通管理业务深度融合，可自动感知交通事故，通过精准车辆轨迹研判事故责任，生成证据链视频，节约出警时间，减少此类事故；提供精准车道级数据，全面分析交通运行状态，实时优化红绿灯配时方案；依据路口规律，对交通组织合理优化。

综上所述，本发明设有车载端设备1、路侧端设备2和云控制平台3；所述车载端设备1包括车载OBU单元4，所述路侧端设备2包括路侧感知设备5、边缘计算设备6和路侧通信设备RSU7；所述车载端设备1通过车载OBU单元4获取当前车辆位置、状态和驾驶信息；所述路侧端设备2通过所述路侧感知设备5获取路侧交通设施和周围交通参与车辆信息，所述边缘计算设备6用于对路侧交通设施和周围交通参与车辆信息进行分析处理；所述路侧通信设备RSU7用于将路侧交通设施和周围交通参与车辆信息进行广播；所述云控制平台3用于接收所述路侧端设备2的交通设施和周围交通参与车辆信息向车辆司机进行预警；所述云控制平台3还用于协同所述边缘计算设备6进行路侧交通设施和周围交通参与车辆信息的分析处理；所述云控制平台3周期性的接收所述路侧通信设备RSU7发送的所述路侧感知设备5感知的数据；所述云控制平台3根据路侧的实时感知数据筛选出位于当前车辆周边的交叉路口区域的周边车辆；若指定周边车辆和当前车辆的距离小于预设值，将指定周边车辆作为当前车辆的威胁车辆；所述云控制平台3向所述车载端设备1进行威胁车辆预警。同时，路侧感知设备5配合路侧感知设备5，通过交通仿真、大数据分析并与智慧交通管理业务深度融合，可自动感知交通事故，通过精准车辆轨迹研判事故责任，生成证据链视频，节约出警时间，减少此类事故；提供精准车道级数据，全面分析交通运行状态，实时优化红绿灯配时方案；依据路口规律，对交通组织合理优化。本发明车路数字化交通信息交互层次和协同层次高，依靠路侧边缘计算设备6和云控制平台3协同，满足用户对车路协同高灵活性、高可靠性的要求，降低车辆行驶过程中的风险，安全性高。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.基于数字孪生的车路协同系统，其特征在于，包括车载端设备（1）、路侧端设备（2）和云控制平台（3）；所述车载端设备（1）包括车载OBU单元（4），所述路侧端设备（2）包括路侧感知设备（5）、边缘计算设备（6）和路侧通信设备RSU（7）；

所述车载端设备（1）通过车载OBU单元（4）获取当前车辆位置、状态和驾驶信息；所述路侧端设备（2）通过所述路侧感知设备（5）获取路侧交通设施和周围交通参与车辆信息，所述边缘计算设备（6）用于对路侧交通设施和周围交通参与车辆信息进行分析处理；所述路侧通信设备RSU（7）用于将路侧交通设施和周围交通参与车辆信息进行广播；

所述云控制平台（3）用于接收所述路侧端设备（2）的交通设施和周围交通参与车辆信息向车辆司机进行预警；所述云控制平台（3）还用于协同所述边缘计算设备（6）进行路侧交通设施和周围交通参与车辆信息的分析处理；

所述云控制平台（3）周期性的接收所述路侧通信设备RSU（7）发送的所述路侧感知设备（5）感知的数据；

所述云控制平台（3）根据路侧的实时感知数据筛选出位于当前车辆周边的交叉路口区域的周边车辆；

若指定周边车辆和当前车辆的距离小于预设值，将指定周边车辆作为当前车辆的威胁车辆；

所述云控制平台（3）向所述车载端设备（1）进行威胁车辆预警。

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的车路协同系统，其特征在于，所述车载OBU单元（4）安装在车辆上用于V2X通信，所述车载OBU单元（4）通过PC5接收所述路侧通信设备RSU（7）广播的数据。

3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的车路协同系统，其特征在于，所述车载端设备（1）还包括卫星定位模块、信号发射天线、信号接收天线、加速度传感器和陀螺仪；所述卫星定位模块用于获取车辆的位置、时间和速度信息，所述加速度传感器用于获取车辆的加速度信息，所述陀螺仪用于获取车辆的姿态信息。

4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的车路协同系统，其特征在于，所述路侧感知设备（5）对交通路口车辆环境感知，监测道路运行的车辆及车道线以外行驶的车辆、路边行人及周边静止物体信息；

所述边缘计算设备（6）对车道线内行驶的车辆位置、速度和交通流信息进行分析统计。

5.根据权利要求4所述的基于数字孪生的车路协同系统，其特征在于，所述路侧感知设备（5）通过毫米波雷达探测前方道路上违章停车、超速、违规并线、应急车道行驶事件；获取当前监视场景中车辆的位置并跟踪所有车辆行驶轨迹。

6.根据权利要求5所述的基于数字孪生的车路协同系统，其特征在于，所述路侧感知设备（5）实时获悉路况信息，通过所述边缘计算设备（6）判别交通道路拥堵、异常事件；

所述路侧感知设备（5）通过高清摄像机对路口停靠区域的行人、非机动车闯入目标进行检测。

7.根据权利要求1所述的基于数字孪生的车路协同系统，其特征在于，所述云控制平台（3）用于对路侧网联设备信息显示、信号灯信息显示、网联汽车个体信息进行展示。

8.根据权利要求1所述的基于数字孪生的车路协同系统，其特征在于，还包括手持终端（8），所述手持终端（8）用于在线查看车辆信息，在线实时查看车辆实时位置；

所述手持终端（8）还用于对所述路侧端设备（2）进行监控管理、监控模型展示、显示设备总数和异常设备数量。

9.根据权利要求8所述的基于数字孪生的车路协同系统，其特征在于，所述手持终端（8）集成有车路协同APP、小程序或集成车路协同服务的导航APP，通过车路协同APP、小程序或集成车路协同服务的导航APP进行红绿灯信号同步、绿波通行、路侧事件同步、弱势交通参与者预警服务。

10.根据权利要求1所述的基于数字孪生的车路协同系统，其特征在于，所述路侧感知设备（5）通过所述边缘计算设备（6）自动感知交通事故，并将生成的证据链视频通过所述云控制平台（3）存储。