一种基于车联网信标机制的高速公路交通检测方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于车联网信标机制的高速公路交通检测方法与装置，包括车载广播单元、信标接收装置A、信标接收装置B、同步标定模块、RS485总线、数据处理模块、无线传输模块、远程监控系统和数据存储模块。本发明所设计的一种基于车联网信标机制的高速公路交通检测方法与装置通过在高速公路上建立虚拟检测区域，并在该虚拟检测区域内处理接收的信标消息完成对交通流的检测和道路实时交通状况的监控。抗外界干扰能力强、设备简单、成本低、检测准确、易于系统维护，降低了数据处理的复杂性，提高了交通检测速度，能够对交通的管理起到辅助的作用，实现路况信息的快速采集和准确监控。
【专利说明】一种基于车联网信标机制的高速公路交通检测方法与装置【技术领域】
[0001]本发明涉及电子自动检测方法与装置，具体涉及一种基于车联网信标机制的高速公路交通检测方法与装置。
【背景技术】
[0002]交通检测是交通信息采集与处理的一个重要组成部分，是以机动车辆作为检测对象，实时检测交通车辆的运行状况，及时有效的采集道路交通信息(主要包括车速、车流、车型和道路占有率等)，为智能交通控制系统提供足够的信息以便进行最优控制。交通流检测信息是制定道路限速的依据，进行道路改善的依据，设置交通标志的依据，也可用于分析交通事故，促进智能交通系统的快速发展。
[0003]目前，广泛使用的交通检测装置大多以埋入式传感线圈检测为主。该方法利用电磁感应原理检测交通流，当车辆通过环形地埋线圈时，车辆自身的铁质材料切割磁感线，引起线圈回路电感量发生变化，检测出相应的车辆信息。该种感应线圈检测装置对于检测车辆信息是可行的，但是这些检测装置所采用的技术相对较为落后，且线圈的安装和维护花费较大，从而大大的限制了交通检测的可靠性和可扩展性。视频车辆检测系统的使用也比较普及，但视频具有检测稳定性不高、受天气干扰、价格高和图像处理计算量大等缺点。同样，GPS检测依然具有成本高，遮挡地带定位不准确等问题。因此车辆检测需要一种更加简单、便捷的实现方法来解决上述问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的缺陷或者不足，本发明的目的在于提供一种基于车联网信标机制的高速公路交通检测方法与装置，用于及时、有效、准确的检测交通状况信息，实现路况信息的快速采集和准确监控，成本低、检测系统易于维护。
[0005]为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现:
[0006]一种基于车联网信标机制的高速公路交通检测方法，其特征在于，包括车载广播单元、信标接收装置A、信标接收装置B、同步标定模块、RS485总线、数据处理模块、无线传输模块、远程监控系统和数据存储模块，该方法具体按照以下步骤进行:
[0007]步骤一，虚拟检测区域设置:以信标接收装置A和信标接收装置B所在位置点做道路垂线，由两条道路垂线和两条道路最外侧车道线组成的矩形区域作为交通检测的虚拟检测区域；
[0008]步骤二，信标消息采集:信标接收装置A和信标接收装置B采集车辆信标消息；
[0009]步骤三，信标消息处理:将信标接收装置采集的车辆信标消息进行分析处理，完成车辆计数、车辆行驶方向识别和交通流拥堵的检测；
[0010]步骤四，无线数据传输:将交通检测信息通过无线方式传送至远程监控系统；
[0011]步骤五，远程监控系统利用上传的交通检测信息完成交通流统计、远程监控与检测信息存储，车辆检测过程结束。[0012]其中，所述步骤一中的虚拟检测区域的设置包括以下步骤:
[0013]SteplOl:信标接收装置A和信标接收装置B架设在公路两侧且直线距离为dd，设
路面宽为dx，则两信标接收装置的路向距离为
【权利要求】
1.一种基于车联网信标机制的高速公路交通检测方法，其特征在于，包括车载广播单元、信标接收装置A、信标接收装置B、同步标定模块、RS485总线、数据处理模块、无线传输模块、远程监控系统和数据存储模块，所述的车载广播单元分别与信标接收装置A、信标接收装置B实现信息互通，同步标定模块分别与信标接收装置A、信标接收装置B相连通，信标接收装置A、信标接收装置B通过RS485总线与数据处理模块相连通，数据处理模块通过无线传输模块与远程监控系统相连通，远程监控系统和数据存储模块相连通，实现数据的存储与读取，该基于车联网信标机制的高速公路交通检测方法具体按照以下步骤进行: 步骤一，虚拟检测区域设置:以信标接收装置A和信标接收装置B所在位置点做道路垂线，由两条道路垂线和两条道路最外侧车道线组成的矩形区域作为交通检测的虚拟检测区域； 步骤二，信标消息采集:信标接收装置A和信标接收装置B采集车辆信标消息； 步骤三，信标消息处理:将信标接收装置采集的车辆信标消息进行分析处理，完成车辆计数、车辆行驶方向识别和交通流拥堵的检测； 步骤四，无线数据传输:将交通检测信息通过无线方式传送至远程监控系统； 步骤五，远程监控系统利用上传的交通检测信息完成交通流统计、远程监控与检测信息存储，车辆检测过程结束。
2.如权利要求1中所述的基于车联网信标机制的高速公路交通检测方法，其特征在于:所述步骤一中的虚拟检测区域的设置包括以下步骤: SteplOl:信标接收装置A和信标接收装置B架设在公路两侧且直线距离为dd，设路面宽为dx，则两信标接收装置的路向距离为4 = -d；；为避免信标接收干扰,信标接收装置A和B的路向距离Cl1等于2倍车载单元广播距离4—即屯=2払其中^通过简化的无线信号自由空间传播模型求解:
IOlog (Pt) - (32.44+101og (R2) +201og (Fc)) = Sr 公式中log为以10为底的对数，Pt为车载单元发射功率，单位为mW，R为计算得出的车载单元无线广播距离，单位为km，F。为车载单元无线射频信号的中心频率，单位为MHz，Sr为信标接收装置的接收灵敏度, 单位为dBm。在已知发射功率Pt,车载单元无线射频信号的中心频率F。以及信标接收装置的接收灵敏度&的情况下，求解做取整处理后得到4，即J,.= [1000 X/?], dr单位为米，「]为向上取整函数； Stepl02:取信标接收装置A和接收装置B所在的A、B点做与实际道路方向垂直的连线AC 和 BD ； Stepl03:取道路最外侧的车道线作为边界参考线； St印104:连线AC、连线BD及两条边界参考线组成矩形区域ACBD，此时，由两条道路垂线和两条道路最外侧车道线组成的矩形区域ACBD即组成交通检测的虚拟检测区域。
3.如权利要求1中所述的基于车联网信标机制的高速公路交通检测方法，其特征在于:所述步骤二中信标消息采集包括以下步骤: St印201:信标接收装置A和信标接收装置B的输入端连接同步标定模块的输出端，所述同步标定模块用于信标消息的接收时间同步标定，对接收到的信标消息设置时间戳； St印202:信标接收装置A和信标接收装置B的输出端通过RS485总线连接数据处理模块，信标接收装置A和信标接收装置B的路向距离应小于RS485总线的传输距离。
4.如权利要求1中所述的基于车联网信标机制的高速公路交通检测方法，其特征在于:所述步骤三中的信标消息处理由数据处理模块完成，具体包括以下步骤: Step301:车载广播单元安装在行驶车辆内，用于采集和广播车辆的状态信息，每个车载广播单元都设定有一个唯一的64位MAC地址，记作EU1-64 ;信标接收装置接收车载广播单元广播的信标消息并将车辆标识信息En-64、信标消息接收时对应的时间戳、以及信标接收装置名称通过RS485总线传输至数据处理模块； St印302:数据处理模块使用一个特殊的数据结构记录通过虚拟检测区域车辆的相关信息，该数据结构是由若干条记录组成的一张表T，每辆车对应一条记录，每条记录由车辆的标识信息EU1-64、车辆行驶方向信息、第一次接收到信标消息的时间戳、最后一次接收到信标消息的时间戳、信标接收装置接收到的相同EU1-64的信标消息总数五个数据项组成，其中表T初始状态为空； St印303:数据处理模块通过RS485总线传输到的信息动态地对表T进行维护: ①增加记录操作，根据RS485总线收到信息中的车辆标识信息EU1-64信息，检查表T中的每条记录，若无该EU1-64信息，说明一辆新的车辆正驶入虚拟检测区域，则在表T中增加一条新的记录，并设置该记录相应的数据项；其中，EU1-64项为相应的车辆MAC地址值；若此信标的信标接收装置为A,则车辆行驶方向信息项置为A到B,否则置为B到A ;第一次接收到信标消息的时间戳项和最后一次接收到信标消息的时间戳项都置为第一次接收到信标消息的时间戳，信标 接收装置接收到的相同EU1-64的信标消息总数项置为1，完成增加记录操作； ②更新记录操作，根据RS485总线收到信标消息中的EU1-64信息查询表T中已有的每条记录，若已存在该EU1-64信息，则在数据结构中更新该EU1-64信息对应的数据项:将最后一次接收到信标消息的时间戳项置为该信标消息最新的时间戳值，然后对信标接收装置接收到的相同EU1-64信标消息总数项进行更新加I操作； ③删除记录操作，数据处理模块以k= 2dyV周期性的遍历表T中的每一条记录，其中V为高速公路车辆最低限速；在每次遍历开始时，数据处理模块读取并记录下本次遍历操作的开始时间ts ;在遍历过程中，如果表中的某一条记录的最后一次接收到信标消息的时间戳项满足ts —最后一次接收到信标消息的时间戳项>t?则认为该记录对应的车辆已经离开虚拟检测区域，将该条记录通过无线方式上传至远程监控系统，并在传输成功后将其从表T中删除； St印304:正常行驶时，信标接收装置接收到每辆车的信标消息平均次数为C = /(Vxr)]，其中V为高速公路最低限速，T为信标发送周期；数据处理模块每隔一段时间I周期性遍历表T中每一条记录，其中I的大小可以根据交通拥堵检测的实时性需求进行设置，每次遍历时，数据处理模块利用每条记录信标消息总数(Count)对虚拟检测区域中的车辆速度进行估计，如果一条记录的信标消息总数(Count)小于C时，则该记录对应
('XV车辆速度视作V，如果信标消息总数(Count)大于C时，则按照公式求出该记录对应
C Oimt的估计车速；遍历完后，计算表T中所有估计速度的平均速度，即虚拟检测区域内车辆的平均估计速度；当平均估计速度小于用户设置的拥堵速度阈值时，数据处理模块产生拥堵报警信息并将拥堵报警信息传送至远程监控系统。
5.如权利要求1中所述的基于车联网信标机制的高速公路交通检测方法，其特征在于:所述步骤五中的交通流统计包括以下步骤: St印501:每条记录对应一辆车，用每条记录中最后一次接收到信标消息的时间戳项作为车辆通过观测点的时间；远程监控系统对上传的所有记录按照最后一次接收到信标消息的时间戳项排序，然后根据用户设置的交通流量时间段，统计出每一个时间段内的记录总数，得到相应虚拟检测区域总体的交通流量信息；在统计时可以通过测试每条记录的车辆行驶方向信息项完成某一特定方向上的交通流量信息检测； St印502:监控系统中的信息由数据存储模块进行存储，并利用离线车辆平均速度估计公式4dy (LastTime-FirstTime)可以实现车辆在虚拟检测区中的平均速度的离线分析,其中FirstTime为记录中第一次接收到信标消息的时间戳项,LastTime为记录中最后一次接收到信标消息的时间戳。
6.一种基于车联网信标机制的高速公路交通检测装置，其特征在于:包括车载广播单元、信标接收装置A、信标接收装置B、同步标定模块、RS485总线、数据处理模块、无线传输模块、远程监控系统和数据存储模块，所述的车载广播单元分别与信标接收装置A、信标接收装置B实现信息互通，同步标定模块分别与信标接收装置A、信标接收装置B相连通，信标接收装置A、信标接收装置B通过RS485总线与数据处理模块相连通，数据处理模块通过无线传输模块与远程监控系统相连通，远程监控系统和数据存储模块相连通，实现数据的存储与读取。
【文档编号】G08G1/065GK103617733SQ201310654292
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】赵祥模, 马峻岩, 惠飞, 孟强, 马佳荣, 杨洋 申请人:长安大学