交通拥堵预警方法、系统、车载单元和路侧单元与流程

本发明涉及智能交通(intelligenttransportationsystem，简称its)领域，尤其涉及一种基于v2x的交通拥堵预警方法、系统、车载单元和路侧单元。

背景技术：

随着城市人口以及城市交通流的增加，在城市特别是在节假日高速公路和景区遭遇行车难、路网不畅、交通拥堵的现象已日益突显，交通拥堵正成为制约经济发展、降低人民生活质量、削弱经济活力的瓶颈之一。当前人们交通出行前习惯通过类似百度、高德、谷歌等手机地图app或者收听交通广播实时查询交通路况规划出行路线，实时路况的获得一般是通过装有gps定位的出租车和公交车、车载导航软件、装有地图app的手机以及路口摄像头等方式，依靠网络从程序后台获取车辆位置信息、移动速度信息和行驶方向，通过大量的数据处理获得某一段路的路况信息，尤其在发生车辆事故时只能依靠热心网友或事故当事人上报标注事故发生位置，导致事故定位和救援处理响应非常滞后。当路段内车辆信息足够多的时候，该方法基本能反应真实的路况信息，但是随着路况的随时改变，其精确性和时效性却大打折扣。

因此，我们常常发现地图呈现的实时路况与实际路况并不像符，有时还有明显的信息滞后，给交通出行带来极大困扰。交通管理部门也迫切需要一种能实时反映路况的技术，便于掌握实时路况信息、及时疏导交通、应急救援、发布精确的出行指南，提高交通出行效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述驾驶员无法及时准确地了解路况信息的缺陷，提供一种基于v2x的交通拥堵预警方法、系统、车载单元和路侧单元。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于v2x技术的交通拥堵预警方法，路侧单元进行以下步骤：

接收信号覆盖范围内的车辆的行驶状态信息；

根据所述车辆的行驶状态信息分析交通路况，并在发生拥堵时，向服务器上报拥堵预警信息，及向周边车辆广播拥堵预警信息。

优选地，根据所述车辆的行驶状态信息分析交通路况的步骤包括：

根据所述车辆的行驶状态信息确定所述车辆的行驶方向；

根据所述车辆的行驶状态信息计算每个行驶方向上复数个位置相近车辆的平均速度；

判断所述平均速度是否小于第一速度阈值；

若小于所述第一速度阈值，则判断所述平均速度小于所述第一速度阈值的持续时间是否达到时间阈值；

若达到时间阈值，则确定发生拥堵。

优选地，在确定发生拥堵的步骤之后，还包括：

根据所述车辆的行驶状态信息确定拥堵路段，所述拥堵路段内的车辆的速度均小于第二速度阈值；

计算所述拥堵路段内最前的车辆与最后的车辆的距离，并根据所述距离和路段宽度计算拥堵范围。

优选地，在根据所述距离和路段宽度计算拥堵范围的步骤之后，还包括：

确定所述拥堵范围内的车辆总数；

根据以下公式计算车辆密度：

其中，ρ为车辆密度，n为拥堵范围内的车辆总数，l为拥堵路段内最前的车辆与最后的车辆的距离，w为路段宽度。

优选地，根据所述车辆的行驶状态信息确定所述车辆的行驶方向的步骤包括：

获取所述行驶状态信息中的方向角，所述方向角为车辆行驶方向与地球正北方向的夹角；

计算两车辆的方向角的差值绝对值；

若所述差值绝对值小于等于90度，则确定所述两车辆的行驶方向相同；若所述差值绝对值大于90度且小于270度，则确定所述两车辆的行驶方向相反；

或者，根据所述车辆的行驶状态信息确定所述车辆的行驶方向的步骤包括：

获取所述行驶状态信息中的方向角，所述方向角为车辆行驶方向与地球正北方向的夹角；

根据正态分布模型分别确定每个行驶方向的平均方向角；

计算所述车辆的方向角分别与每个行驶方向的平均方向角的差值绝对值，并判断所述差值绝对值是否小于预设角度，所述预设角度的范围为45度；

将满足条件的平均方向角所对应的行驶方向确定为所述车辆的行驶方向。

本发明还构造一种基于v2x技术的交通拥堵预警方法，车载单元进行以下步骤：

获取本车辆的行驶状态信息；

接收路侧单元所广播的拥堵预警信息，其中，所述拥堵预警信息是路侧单元根据其信号覆盖范围内的车辆的行驶状态信息分析交通路况，并在发生拥堵时生成的；

根据所述行驶状态信息和所述拥堵预警信息判断自身是否受影响；

若受影响，则输出拥堵预警信息。

优选地，还包括：

接收周边车辆的行驶状态信息；

根据自身的行驶状态信息及所述周边车辆的行驶状态信息，筛选出与本车辆同向行驶且在本车辆前方的车辆；

计算所筛选出的车辆的平均速度，并根据所述平均速度及自身的行驶状态信息进行碰撞分析；

输出碰撞分析结果。

优选地，根据以下步骤筛选出与本车辆同向行驶且在本车辆前方的车辆：

计算同向行驶的第一车辆和第二车辆的连线矢量与行驶方向的夹角；

若所述夹角的绝对值小于90度，则确定所述第一车辆在所述第二车辆的后方。

本发明还构造一种路侧单元，包括第一处理器和第一存储器，其特征在于，所述第一存储器用于存储第一程序指令，所述第一程序指令由所述第一处理器加载并执行实现以上所述方法的步骤。

本发明还构造一种车载单元，包括第二处理器和第二存储器，其特征在于，所述第二存储器用于存储第二程序指令，所述第二程序指令由所述第二处理器加载并执行实现以上所述方法的步骤。

本发明还构造一种基于v2x技术的交通拥堵预警系统，其特征在于，包括服务器、以上所述的路侧单元、以上所述的车载单元。

实施本发明的技术方案，采用v2x技术通过监测路内车辆的行驶状态信息，并根据行驶状态信息分析交通路况，当发生拥堵时，向服务器上报拥堵预警信息，及向周边车辆广播拥堵预警信息，因此，从根本上解决了实时监测交通拥堵难、交通路况精确性差、时效性低的问题，极大提高了路况的时效性和精确性，为民众出行提供了有效的交通信息参考，促进了经济发展、提高了人民生活质量。

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。附图中：

图1是本发明基于v2x技术的交通拥堵预警方法实施例一的流程图；

图2是本发明基于v2x技术的交通拥堵预警系统的示意图；

图3是车辆行驶时方向角的示意图；

图4是本发明基于v2x技术的交通拥堵预警方法实施例二的流程图；

图5是车辆行驶时两车辆的连线矢量与行驶方向的夹角的示意图；

图6是本发明基于v2x技术的交通拥堵预警系统的逻辑结构图。

具体实施方式

图1是本发明基于v2x技术的交通拥堵预警方法实施例一的流程图，在该实施例中，路侧单元以下步骤：

s11.接收信号覆盖范围内的车辆的行驶状态信息。

在该步骤中，首先说明的是，结合图2，本发明基于v2x的交通拥堵预警系统主要包括车载单元、路侧单元和后台信息服务器。车载单元通过前装或后装的方式被强制要求安装在所有上路行驶车辆中，车载单元能够实时获取车辆的行驶状态信息，该行驶状态信息包括gps定位、行驶方向、行驶速度等bsm(basicsafetymessage，涉及安全方面的基本信息)信息，另外，在发生事故时，行驶状态信息中还包括事故报警信息。在获取到行驶状态信息后，能够实时向周边车辆的车载单元和路侧单元发送本车的行驶状态信息，同时，还可接收周边车辆的车载单元发出的行驶状态信息。路侧单元安装在行驶路段的两侧，并且按照通信可覆盖范围间隔分布，路侧单元能够实时接收覆盖范围内所有车辆的行驶状态信息。

s12.根据所述车辆的行驶状态信息分析交通路况，并在发生拥堵时，向服务器上报拥堵预警信息，及向周边车辆广播拥堵预警信息。

在该步骤中，路侧单元具有大数据处理分析能力，其在接收到车辆的行驶状态信息后，可以实时分析计算覆盖区域内的交通路况，其中可以理解的，由于路侧单元覆盖范围较大，发生拥堵的仅为覆盖范围内的部分车辆，所以在判断发生拥堵时，还对行驶状态中的gps定位信息进行处理，当多个车辆gps定位的位置接近且速度低于第一速度阈值时就认为发生了拥堵，当判断发生拥堵时，一方面，通过专有网络将拥堵预警信息上报至服务器，然后由服务器提供给交通管理部门以及公众查询平台；另一方面，向周边车辆的车载单元广播拥堵预警信息。

在步骤s12中，根据所述车辆的行驶状态信息分析交通路况的步骤具体包括以下步骤：

s121.根据所述车辆的行驶状态信息确定所述车辆的行驶方向；

s122.根据所述车辆的行驶状态信息计算每个行驶方向上复数个位置相近车辆的平均速度；

s123.判断所述平均速度是否小于第一速度阈值；

s124.若小于所述第一速度阈值，则判断所述平均速度小于所述第一速度阈值的持续时间是否达到时间阈值；

s125.若达到时间阈值，则确定发生拥堵。

在该实施例中，根据车辆的行驶状态信息可实时监测出是否发生了拥堵。另外需说明的是，为了避免因为交通信号灯的变化引起错误的拥堵信息，还需要对拥堵进行计时，拥堵持续时间t可以通过对路段内平均速度v连续达到第一速度阈值的时间统计得到。当拥堵持续时间t达到设定的时间阈值时，确认发生拥堵，否则认为是交通灯变化引起的临时停靠。

进一步地，在步骤s125之后，还可包括：

s126.根据所述车辆的行驶状态信息确定拥堵路段，所述拥堵路段内的车辆的速度均小于第二速度阈值；

s127.计算所述拥堵路段内最前的车辆与最后的车辆的距离，并根据所述距离和路段宽度计算拥堵范围。

在该实施例中，在监测出发生拥堵后，还可进一步确定出拥堵范围。另外需说目的是，由于车载单元发送的行驶状态信息中除携带本车的位置、速度、方向信息、事故报警信息(在存在事故时)外，还携带有本车的特征id，因此当车辆发生交通事故时，车载单元发出事故报警消息，路侧单元接收事故报警消息并将事故车辆的gps定位信息和特征id通过服务器及时传递给交通管理部门和公众信息查询平台，同时也将事故信息广播给路段内的所有车辆，交通管理部门根据事故车辆的gps、id信息及时获知发生事故车辆所在位置、车辆型号和车辆所有人的基本信息，公众也能及时查询到路段发生交通事故的具体位置。路段内的行驶车辆也能够根据收到的事故报警提醒及时控制车速调整行车路线。这样就为实施快速有效的交通事故救援、处理提供了技术保障，也为公众规划出行路线、调整车速避开事故提供了及时、准确、可靠的信息参考。

进一步地，在步骤s127之后，还可包括：

s128.确定所述拥堵范围内的车辆总数；

s129.根据以下公式计算车辆密度：

其中，ρ为车辆密度，n为拥堵范围内的车辆总数，l为拥堵路段内最前的车辆与最后的车辆的距离，w为路段宽度，对于某一道路，其道路宽度为已知值。

在该实施例中，在监测出拥堵范围后，还进一步确定车辆密度，车辆密度用于反映车辆的拥堵程度，显然，车辆密度ρ越大说明拥堵车辆越密集，拥堵程度越高。

在一个优选实施例中，首先说明的是，任意道路均可看作由不同曲率半径的圆弧组成，而任意圆弧又可以看作是由若干直线段组成。因此路侧单元可以把其通讯覆盖范围的路段看作由若干直线路段组成，在同一直线路段判断该路段内的车辆行驶方向是否为同向或逆向，就可以根据行驶状态信息中的方向角来判断。具体地，步骤s121包括以下步骤：

s1211.获取所述行驶状态信息中的方向角，所述方向角为车辆行驶方向与地球正北方向的夹角；

s1212.计算两车辆的方向角的差值绝对值；

s1213.若所述差值绝对值小于等于90度，则确定所述两车辆的行驶方向相同；若所述差值绝对值大于90度且小于270度，则确定所述两车辆的行驶方向相反。

在该实施例中，结合图3，车辆a与车辆b1、b2、b3分别在车道内相对逆向行驶，其中车辆b1直行，车辆b2向右变换车道行驶，车辆b3向左变换车道行驶。由于连续行驶的车辆将方向盘左/右打到底时，前轮左/右最大偏角不超过45°，因此我们可以认为车辆变道行驶的方向偏角也不超过45°。当车辆b1、b2、b3处于同向行驶时，且车辆b1直行，车辆b2向右变换车道行驶，车辆b3向左变换车道行驶，车辆b1、b2、b3的方向角分别为θ1、θ2、θ3，此时车辆b1与车辆b2、b3的方向角满足以下不等式：

|θ1-θ2|＜45°

|θ1-θ3|＜45°

|θ2-θ3|＜90°

所以，当路侧单元判断出两车辆的方向角的差值绝对值小于等于90度时，可确定该两车辆的行驶方向相同。

车辆a的方向角为θ4，考虑车辆a进行左/右变道行驶，那么车辆a与车辆b1、b2、b3的方向角的差值可分别表示为取方向角的差值绝对值由图可知车辆a与车辆b1、b2、b3相对逆向行驶时满足以下不等式：

所以，当路侧单元判断出两车辆的方向角的差值绝对值在90度和270度之间，可确定两车辆的行驶方向相逆。

在另一个优选实施例中，步骤s121可具体包括以下步骤：

s1214.获取所述行驶状态信息中的方向角，所述方向角为车辆行驶方向与地球正北方向的夹角；

s1215.根据正态分布模型分别确定每个行驶方向的平均方向角；

s1216计算所述车辆的方向角分别与每个行驶方向的平均方向角的差值绝对值，并判断所述差值绝对值是否小于预设角度，所述预设角度的范围为45度；

s1217.将满足条件的平均方向角所对应的行驶方向确定为所述车辆的行驶方向。

在该实施例中，路侧单元通过采样大量相同行驶方向车辆的方向角数据，这些数据近似服从一个数学期望为μ、方差为σ²的正态分布，其概率密度函数为：

根据以上公式求得数学期望μ，即可得该行驶方向车辆的平均方向角。然后，在预设角度选45度时，路侧单元根据平均方向角与车辆的方向角的差值绝对值是否满足不等式：

其中，为平均方向角，θi为车辆的方向角，i＝1，2，3…。当判断出车辆在路上行驶的方向角满足以上条件时，不等式中平均方向角所对应的行驶方向即为车辆的行驶方向。

图4是本发明基于v2x技术的交通拥堵预警方法实施例二的流程图，在该实施例中，车载单元进行以下步骤：

s21.获取本车辆的行驶状态信息；

在该步骤中，结合图2，车载单元通过前装或后装的方式被强制要求安装在所有上路行驶车辆中，车载单元能够实时获取车辆的行驶状态信息，该行驶状态信息包括gps定位、行驶方向、行驶速度等bsm(basicsafetymessage，涉及安全方面的基本信息)信息，另外，在发生事故时，行驶状态信息中还包括事故报警信息。

s22.接收路侧单元所广播的拥堵预警信息，其中，所述拥堵预警信息是路侧单元根据其信号覆盖范围内的车辆的行驶状态信息分析交通路况，并在发生拥堵时生成的；

在该步骤中，路侧单元安装在行驶路段的两侧，并且按照通信可覆盖范围间隔分布，路侧单元能够实时接收覆盖范围内所有车辆的行驶状态信息，并且具有大数据处理分析能力，其在接收到车辆的行驶状态信息后，可以实时分析计算覆盖区域内的交通路况，当判断发生拥堵时，一方面，通过专有网络将拥堵预警信息上报至服务器，然后由服务器提供给交通管理部门以及公众查询平台；另一方面，向周边车辆的车载单元广播拥堵预警信息。

s23.根据所述行驶状态信息和所述拥堵预警信息判断自身是否受影响；

s24.若受影响，则输出拥堵预警信息。

在该实施例中，车载单元根据自身的行驶状态信息和所接收到的路侧单元广播的拥堵预警信息，判断自身是否受影响，并在受影响时，输出拥堵预警信息，例如，对驾驶员给予语音或文字消息提示，以提醒驾驶员适当控制车速、调整行车路线，避免追尾及时躲避拥堵和事故路段。当然，若不受影响，则可过滤该广播消息。

在上述实施例的基础上，进一步地，车载单元还进行以下步骤：

s25.接收周边车辆的行驶状态信息；

s26.根据自身的行驶状态信息及所述周边车辆的行驶状态信息，筛选出与本车辆同向行驶且在本车辆前方的车辆；

s27.计算所筛选出的车辆的平均速度，并根据所述平均速度及自身的行驶状态信息进行碰撞分析；

s28.输出碰撞分析结果。

在该实施例中，首先说明的是，车载单元在获取自身的行驶状态信息后，还将自身的行驶状态信息发送至周边车辆的车载单元，同时，也接收周边车辆的车载单元发送的行驶状态信息。当车载单元接收到周边车辆的行驶状态信息后，首先筛选与本车辆出同向行驶且位于本车前方的车辆，然后，对筛选出的车辆的行驶状态信息进行实时分析，以计算前方车辆行驶平均速度，最后进行碰撞可能性的分析，及时提示驾驶人员采取减速避让措施，引导车辆选择最佳路线安全行驶。

在一个优选实施例中，步骤s26具体包括：

s261.计算同向行驶的第一车辆和第二车辆的连线矢量与行驶方向的夹角；

s262.若所述夹角的绝对值小于90度，则确定所述第一车辆在所述第二车辆的后方。

在该实施例中，结合图5，车辆a1、a2、a3、a4同向行驶，车辆a1行驶在最前方，车辆a2、a3并行行驶在a1后方，车辆a4行驶在车辆a2、a3后方。车辆a2、a1的连线矢量与行驶方向的夹角为θ1，车辆a3、a1的连线矢量与行驶方向的夹角为θ2，车辆a4、a1的连线矢量与行驶方向的夹角为θ3，车辆a4、a2的连线矢量与行驶方向的夹角为θ4，车辆a4、a3与行驶方向的夹角为θ5，车辆a3、a2与行驶方向的夹角为θ6。由图可知，行驶在车辆a1后面的所有车辆与a1的连线矢量与行驶方向的夹角的绝对值|θ1|、|θ2|、|θ3|都小于90°，并行行驶的车辆a2、a3的连线矢量与行驶方向的夹角的绝对值|θ6|等于90°，车辆a4与车辆a2、a3的连线矢量与行驶方向的夹角的绝对值|θ4|、|θ5|也都小于90°。据此可确定出：在同向行驶时，后车与前车的连线矢量与行驶方向的夹角θi满足以下不等式：

0°＜|θi|＜90°(i＝1，2，3…)

因此，通过计算两车连线矢量与行驶方向的夹角，只要满足以上不等式就可以判断车辆相对所处的前后位置。

图6是本发明基于v2x技术的交通拥堵预警系统的逻辑结构图，该实施例的交通拥堵预警系统包括服务器、路侧单元及车载单元。

关于路侧单元，其包括有第一处理器和第一存储器，而且，第一存储器用于存储第一程序指令，第一程序指令由第一处理器加载并执行实现图1所示方法的步骤。

关于车载单元，其包括有第二处理器和第二存储器，而且，第二存储器用于存储第二程序指令，第二程序指令由第二处理器加载并执行实现图4所示方法的步骤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。