一种基于车联网的信号交叉口车速引导系统与方法与流程

本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种基于车联网的信号交叉口车速引导系统与方法。

背景技术：

在城市道路驾驶环境中，由于驾驶员无法预知前方交叉口信号灯的实时变化，只能选择盲目驾驶，可能会导致车速控制不当，造成不必要的停车次数增加，这意味着更多的交通拥堵，大量的燃油浪费，甚至会引发交通事故。

针对该问题，目前存在两种主要手段，一种是基于自适应车流量的交通信号灯控制技术来优化绿灯分配时间，另一种方式是车联网环境下的交叉路口车速引导技术(glosa，greenlightoptimalspeedadvisory)。车联网环境是指采用先进的无线通信、传感器和互联网等技术实现车辆之间(v2v，vehicletovehicle)、车辆与交通基础设施之间(v2i，vehicletoinfrastructure)动态信息实时交互，并在其基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理。v2i技术需要布设路侧设备，广泛应用于交通状态信息发布。基于车联网的交叉路口车速引导技术通过v2i使得交通信号灯控制机的相位与时序信息(spat，signalphaseandtiming)、道路行车安全限制、车速变化限制等信息与车辆共享，glosa结合车辆自身的位置及行驶状态信息，为驾驶员提供建议速度，引导驾驶员在绿灯时通过交叉路口。

现有一种方法,利用智能手机gps与惯性导航传感器ins融合生成路线图、拍摄视频来推断交通灯信号调度，并发布到网联车辆中。尽管这可以显著降低路口基础设施的成本，但它的缺点在于由于图像处理，传感器融合及传播延迟，识别的信号时间表存在几秒的延迟；还存在一种结合车辆动力传动系统详细状态的车速引导系统，但该方法以交叉口为中心，侧重于交叉口总吞吐量，造成没必要的加速，增加燃料消耗量及事故的可能性；并且提供的是路段上的建议平均车速，这可能会分散驾驶员的注意力，以检查其是否符合glosa的速度建议，降低了驾驶的安全性。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提出一种基于车联网的信号交叉口车速引导系统与方法，解决现有技术中传感器传递信号延迟、驾驶员的注意力被分散而导致驾驶安全性不足、燃料消耗量大及容易发生交通事故的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于车联网的信号交叉口车速引导系统，包括信号采集模块、无线传输模块、信号处理模块和多媒体视频/语音播报模块；

所述信号采集模块用于在信号交叉口的引导路段内通过路侧单元rsu采集行驶路段的道路信息和信号控制机状态信息，还通过车载单元obu采集车辆的行驶信息，所述引导路段为停车线前上游区域的300m-500m内；

所述无线传输模块利用短程通信技术dsrc将rsu和obu连接，并把信号采集模块采集到的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息传输至信号处理模块中；

所述信号处理模块设置在智能手机内，包括预处理模块和车速引导建议模块，所述车速引导模块包括导向车道建议模块和加速/制动建议模块；

所述预处理模块用于将行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息储存并预处理后，得到处理后的交通信息，根据储存的车辆的行驶信息和处理后的交通信息，判断车辆是否允许变道，若是，则进入导向车道建议模块，否则进入加速/制动建议模块；

所述导向车道建议模块用于根据储存的车辆的行驶信息，判断车辆在交叉路口的行驶方向，规定目标车道，并建议车辆变换到目标车道，然后进入加速/制动建议模块；

所述加速/制动建议模块用于根据储存的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息和处理后的交通信息，建立参考移动模型，利用dc-glosa算法选择车辆此时的加速度，确定即时加速/制动策略；

所述多媒体视频/语音播报模块根据加速/制动建议模块给出的即时加速/制动策略为驾驶员提供行车建议。

进一步的，所述信号采集模块包括如下子模块：

模块1.1：当车辆驶入引导路段时，在引导路段内，rsu采集行驶路段的道路信息和信号控制机状态信息，所述行驶路段的道路信息包括交叉口i的位置信息pi和行驶路段规定的车速区间iv＝[vmin,vmax]，所述信号控制机状态信息包括交叉口处信号控制机的相位和时序信息spat，其中，vmin为车辆的最小速度，vmax为车辆的最大速度，所述引导路段为停车线前上游区域的300m-500m内。

模块1.2：rsu将获取的交叉口i的位置信息pi、交叉口处信号控制机的相位和时序信息spat、行驶路段规定的车速区间iv＝[vmin,vmax]等信息通过dsrc共享给引导路段中的obu,obu通过gps和ins融合采集车辆的行驶信息，所述车辆的行驶信息包括车辆的位置信息pu、速度信息vcur、航向信息route、平稳加速度控制区间ia＝[amin,amax]和即将驶入的交叉口i，其中，amin为车辆的最小加速度且amin<0，amax为车辆的最大加速度；

进一步的，所述预处理模块包括如下子模块：

模块2.1：将obu采集到的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息通过蓝牙传输至信号处理模块中储存，并在智能手机中进行信息预处理，得到预处理后的交通信息，所述与处理后的交通信息包括车辆的上行距离d以及绿灯时间窗口gw＝[tstart,tend]，其中，所述tstart是绿灯窗口的开始时间，所述tend是绿灯窗口的结束时间；

模块2.1：根据模块2.1中储存的车辆的行驶信息和模块2.1得到的处理后的交通信息，所述车辆的行驶信息包括信号交叉口位置pi，所述处理后的交通信息包括上行距离d，以信号交叉口位置pi为中心，规定禁止变道范围r，如果d>r，上行区域允许变换车道，则进入导向车道建议模块，如果d≤r，上行区域车辆禁止变换车道，则进入加速/制动建议模块，其中，r取值的范围为[20,200]m。

更进一步的，模块2.1中所述的绿灯窗口时间gw＝[tstart,tend]的计算方法如下：

当obu采集到信号控制机状态信息的相位和时序信息spat时，利用式(1)、式(2)和式(3)计算tstart和tend，

t＝tred+tgreen+tamber(1)

式(1)中，t表示信号交叉口的红绿灯时间、tred,tgreen,tamber分别是红色，绿色和琥珀色灯光的持续时间，式(2)、式(3)中，phase为当前时刻车道的信号灯状态，tpc为信号控制机状态信息的下一相位对应的时刻。

进一步的，所述导向车道建议模块包括如下子模块：

模块3.1：根据储存的车辆的行驶信息，所述车辆的行驶信息包括obu通过gps和ins融合采集的车辆的位置信息pu和航向信息route，预判车辆将驶入的下一路段nextroad；

模块3.2：分析当前路段road、nextroad以及即将驶入的交叉路口之间的关系，判断车辆在进入路口后的行驶方向，所述行驶方向包括：左转、直行或右转；

模块3.3：将模块3.2选择的行驶方向设定为驾驶员规定车辆的目标车道，提示驾驶员及时换至目标车道。

进一步的，所述加速/制动建议模块包括如下子模块：

模块4.1：根据储存的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息和处理后的交通信息，建立参考移动模型，所述移动参考模型包括距离参数dstop和五个从当前时刻到通过路口所需的时间参数ttc，所述处理后的交通信息包括车辆的上行距离d以及绿灯时间窗口gw＝[tstart,tend]，车辆的行驶信息包括车辆速度信息vcur；

模块4.2：依据模块4.1建立的参考移动模型，得到车辆的ttc时间窗口wttc＝[tminttc,tmaxttc]，其中，tminttc为车辆的时间参数的最小值，tmaxttc为车辆的时间参数的最大值；

模块4.3：利用dc-glosa算法，比较模块4.2得到的wttc＝[tminttc,tmaxttc]和gw＝[tstart,tend]之间的关系，根据得到的关系确定即时加速/制动策略。

更进一步的，模块4.1中根据储存的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息和处理后的交通信息，建立参考移动模型，所述移动参考模型包括距离参数dstop和五个从当前时刻到通过路口所需的时间参数ttc是指：

(1)最大加速度模型ma：使用车辆最大加速度amax提高速度直至当前的最大速度vmax，然后以最大速度vmax匀速行驶，对应于最小的ttc，即tminttc：

(2)恒定加速模型ca，以恒定加速度adec加速行驶，使得在tend时车速达到当前的最大速度vmax，ca模型下的ttc记作tdecttc：

(3)恒速模型cs，保持当前车速直到通过交叉路口，cs模型下的ttc记作tcurttc：

(4)恒定制动模型cb，保持恒定的加速度进行减速制动，使得车辆在tstart时车速降至vmin，cb模型下的ttc记作tincttc，该恒定制动加速度记作ainc：

(5)最大制动模型mb，使用amin降低车速直至达到vmin，然后以恒定的最小速度vmin行驶，对应于最大的ttc，即tmaxttc：

(6)减速滑行模型ds，以恒定加速度amin减速，直到车辆完全停在路口附近，相应的停车距离记作dstop，所述dstop小于d：

进一步的，模块4.3中利用dc-glosa算法，比较模块4.2得到的wttc＝[tminttc,tmaxttc]和gw＝[tstart,tend]之间的关系，根据得到的关系确定即时加速/制动策略是指：

(1)当tmin>tend，减速制动并低速滑行，在下一个绿灯窗口时通过交叉路口，其中，当dstop>d，给出策略：紧急制动；当dstop<d，采用ds模型，给出策略：进行制动并低速滑行；

(2)当tmin<tend<tdec，给出策略：控制加速度为[adec,amax]；

(3)当tdec<tend<tcur，给出策略：控制加速度为[0,adec]；

(4)当tcur<tstart<tinc，给出策略：控制加速度为[ainc,0]；

(5)当tinc<tstart<tmax，给出策略：控制加速度为[amin,ainc]；

(6)当tmax<tstart，信号灯为红色或琥珀色，其中，当dstop>d，给出策略：紧急制动；当dstop<d，采用ds模型，给出策略：制动并低速滑行；

(7)在其他情况下，不提供加速/制动策略。

进一步的，所述多媒体视频/语音播报模块根据加速/制动建议模块给出的即时加速/制动策略为驾驶员提供行车建议是指：

所述多媒体视频/语音播报模块根据加速/制动建议模块给出的即时加速/制动策略，将该策略传输至视频/音频接口，通过视频/音频为驾驶员播报行车建议。

一种基于车联网的信号交叉口车速引导方法，包括如下步骤：

步骤1：当车辆驶入一个信号交叉口的引导路段时，在引导路段内通过路侧单元rsu采集行驶路段的道路信息和信号控制机状态信息，利用短程通信技术dsrc将rsu和车载单元obu连接，obu接收rsu采集到的行驶路段的道路信息和信号控制机状态信息，obu采集车辆的行驶信息，所述引导路段为停车线前上游区域的300m-500m内；

步骤2：将obu采集到的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息传输至智能手机中并储存，同时在智能手机中进行信息预处理，得到处理后的交通信息，根据储存的车辆的行驶信息和步骤2得到的处理后的交通信息，判断车辆是否允许变道，若是，则进入步骤3，否则进入步骤4；

步骤3：根据步骤1获得的车辆的行驶信息，判断车辆在交叉路口的行驶方向，规定目标车道，并建议车辆变换到目标车道，进入步骤4；

步骤4：根据步骤2储存的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息和步骤2得到的处理后的交通信息，建立参考移动模型，利用dc-glosa算法选择车辆此时的加速度，确定即时加速/制动策略；

步骤5：智能手机根据步骤4的加速/制动策略，为驾驶员提供行车建议，当车辆进入下一个交叉口的引导路段时，返回步骤1，更新消息栈。

本发明能产生以下的有益效果：

本发明以驾驶员的偏好为中心，提出一种dc-glosa算法，通过比较当前车辆的行驶状态和六种参考移动模型，利用智能手机周期性地即时为驾驶员提供细微程度适中的行车建议，通过控制踏板的推力来把握车辆即时加速/制动的程度。避免了信号延迟，设备简单、成本低、交互性强、降低了驾驶员的操作复杂度，能够实现在信号交叉口处减少停车次数、提高燃油效率和驾驶舒适性，并使驾驶员集中精力操纵车辆进行安全驾驶。

附图说明

图1为本发明的结构框架示意图；

图2为本发明的工作流程图；

图3为本发明的通信技术框架示意图；

图4为本发明的绿灯窗口时间示意图；

图5为本发明的车速引导工作示意图；

图6为本发明的六个参考移动模型示意图；

图7为本发明的dc-glosa算法流程图；

图8为本发明的仿真交通场景图；

图9为本发明的仿真网络通信模型图；

图10为本发明的仿真车流车速引导场景图；

图11为本发明的仿真车辆速度—时间变化对比图；

图12为本发明的仿真车辆瞬时油耗—时间变化对比图；

图13为本发明的仿真车辆区间油耗总量对比图；

具体实施方式

以下结合实施例与附图对本发明做进一步的详细说明：

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于车联网的信号交叉口车速引导系统，包括信号采集模块、无线传输模块、信号处理模块和多媒体视频/语音播报模块；

所述信号采集模块用于在信号交叉口的引导路段内通过路侧单元rsu采集行驶路段的道路信息和信号控制机状态信息，还通过车载单元obu采集车辆的行驶信息，所述引导路段为停车线前上游区域的300m-500m内；

所述无线传输模块利用短程通信技术dsrc将rsu和obu连接，并把信号采集模块采集到的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息传输至信号处理模块中；

所述信号处理模块设置在智能手机内，包括预处理模块和车速引导建议模块，所述车速引导模块包括导向车道建议模块和加速/制动建议模块；

所述预处理模块用于将行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息储存并预处理后，得到处理后的交通信息，根据储存的车辆的行驶信息和处理后的交通信息，判断车辆是否允许变道，若是，则进入导向车道建议模块，否则进入加速/制动建议模块；

所述导向车道建议模块用于根据储存的车辆的行驶信息，判断车辆在交叉路口的行驶方向，规定目标车道，并建议车辆变换到目标车道，然后进入加速/制动建议模块；

所述加速/制动建议模块用于根据储存的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息和处理后的交通信息，建立参考移动模型，利用dc-glosa算法选择车辆此时的加速度，确定即时加速/制动策略；

所述多媒体视频/语音播报模块根据加速/制动建议模块给出的即时加速/制动策略为驾驶员提供行车建议。

本发明以驾驶员的偏好为中心，提出一种dc-glosa算法，通过比较当前车辆的行驶状态和六种参考移动模型，利用智能手机周期性地即时为驾驶员提供细微程度适中的行车建议，通过控制踏板的推力来把握车辆即时加速/制动的程度。避免了信号延迟，设备简单、成本低、交互性强、降低了驾驶员的操作复杂度，能够实现在信号交叉口处减少停车次数、提高燃油效率和驾驶舒适性，并使驾驶员集中精力操纵车辆进行安全驾驶。

具体的，所述信号采集模块包括如下子模块：

模块1.1：当车辆驶入引导路段时，在引导路段内，rsu采集行驶路段的道路信息和信号控制机状态信息，所述行驶路段的道路信息包括交叉口i的位置信息pi和行驶路段规定的车速区间iv＝[vmin,vmax]，所述信号控制机状态信息包括交叉口处信号控制机的相位和时序信息spat，其中，vmin为车辆的最小速度，vmax为车辆的最大速度，所述引导路段为停车线前上游区域的300m-500m内。

模块1.2：rsu将获取的交叉口i的位置信息pi、交叉口处信号控制机的相位和时序信息spat、行驶路段规定的车速区间iv＝[vmin,vmax]等信息通过dsrc共享给引导路段中的obu,obu通过gps和ins融合采集车辆的行驶信息，所述车辆的行驶信息包括车辆的位置信息pu、速度信息vcur、航向信息route、平稳加速度控制区间ia＝[amin,amax]和即将驶入的交叉口i，其中，amin为车辆的最小加速度且amin<0，amax为车辆的最大加速度；

具体的，所述预处理模块包括如下子模块：

模块2.1：将obu采集到的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息通过蓝牙传输至信号处理模块中储存，并在智能手机中进行信息预处理，得到预处理后的交通信息，所述与处理后的交通信息包括车辆的上行距离d以及绿灯时间窗口gw＝[tstart,tend]，其中，所述tstart是绿灯窗口的开始时间，所述tend是绿灯窗口的结束时间；

模块2.1：根据模块2.1中储存的车辆的行驶信息和模块2.1得到的处理后的交通信息，所述车辆的行驶信息包括信号交叉口位置pi，所述处理后的交通信息包括上行距离d，以信号交叉口位置pi为中心，规定禁止变道范围r，如果d>r，上行区域允许变换车道，则进入导向车道建议模块，如果d≤r，上行区域车辆禁止变换车道，则进入加速/制动建议模块，其中，r取值的范围为[20,200]m。

优选的，模块2.1中所述的绿灯窗口时间gw＝[tstart,tend]的计算方法如下：

当obu采集到信号控制机状态信息的相位和时序信息spat时，利用式(1)、式(2)和式(3)计算tstart和tend，

t＝tred+tgreen+tamber(1)

式(1)中，t表示信号交叉口的红绿灯时间、tred,tgreen,tamber分别是红色，绿色和琥珀色灯光的持续时间，式(2)、式(3)中，phase为当前时刻车道的信号灯状态，tpc为信号控制机状态信息的下一相位对应的时刻。

具体的，所述导向车道建议模块包括如下子模块：

模块3.1：根据储存的车辆的行驶信息，所述车辆的行驶信息包括obu通过gps和ins融合采集的车辆的位置信息pu和航向信息route，预判车辆将驶入的下一路段nextroad；

模块3.2：分析当前路段road、nextroad以及即将驶入的交叉路口之间的关系，判断车辆在进入路口后的行驶方向，所述行驶方向包括：左转、直行或右转；

模块3.3：将模块3.2选择的行驶方向设定为驾驶员规定车辆的目标车道，提示驾驶员及时换至目标车道。

具体的，所述加速/制动建议模块包括如下子模块：

模块4.1：根据储存的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息和处理后的交通信息，建立参考移动模型，所述移动参考模型包括距离参数dstop和五个从当前时刻到通过路口所需的时间参数ttc，所述处理后的交通信息包括车辆的上行距离d以及绿灯时间窗口gw＝[tstart,tend]，车辆的行驶信息包括车辆速度信息vcur；

模块4.2：依据模块4.1建立的参考移动模型，得到车辆的ttc时间窗口wttc＝[tminttc,tmaxttc]，其中，tminttc为车辆的时间参数的最小值，tmaxttc为车辆的时间参数的最大值；

模块4.3：利用dc-glosa算法，比较模块4.2得到的wttc＝[tminttc,tmaxttc]和gw＝[tstart,tend]之间的关系，根据得到的关系确定即时加速/制动策略。

优选的，模块4.1中根据储存的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息和处理后的交通信息，建立参考移动模型，所述移动参考模型包括距离参数dstop和五个从当前时刻到通过路口所需的时间参数ttc是指：

(1)最大加速度模型ma：使用车辆最大加速度amax提高速度直至当前的最大速度vmax，然后以最大速度vmax匀速行驶，对应于最小的ttc，即tminttc：

(2)恒定加速模型ca，以恒定加速度adec加速行驶，使得在tend时车速达到当前的最大速度vmax，ca模型下的ttc记作tdecttc：

(3)恒速模型cs，保持当前车速直到通过交叉路口，cs模型下的ttc记作tcurttc：

(4)恒定制动模型cb，保持恒定的加速度进行减速制动，使得车辆在tstart时车速降至vmin，cb模型下的ttc记作tincttc，该恒定制动加速度记作ainc：

(5)最大制动模型mb，使用amin降低车速直至达到vmin，然后以恒定的最小速度vmin行驶，对应于最大的ttc，即tmaxttc：

(6)减速滑行模型ds，以恒定加速度amin减速，直到车辆完全停在路口附近，相应的停车距离记作dstop，所述dstop小于d：

具体的，模块4.3中利用dc-glosa算法，比较模块4.2得到的wttc＝[tminttc,tmaxttc]和gw＝[tstart,tend]之间的关系，根据得到的关系确定即时加速/制动策略是指：

(1)当tmin>tend，减速制动并低速滑行，在下一个绿灯窗口时通过交叉路口，其中，当dstop>d，给出策略：紧急制动；当dstop<d，采用ds模型，给出策略：进行制动并低速滑行；

(2)当tmin<tend<tdec，给出策略：控制加速度为[adec,amax]；

(3)当tdec<tend<tcur，给出策略：控制加速度为[0,adec]；

(4)当tcur<tstart<tinc，给出策略：控制加速度为[ainc,0]；

(5)当tinc<tstart<tmax，给出策略：控制加速度为[amin,ainc]；

(6)当tmax<tstart，信号灯为红色或琥珀色，其中，当dstop>d，给出策略：紧急制动；当dstop<d，采用ds模型，给出策略：制动并低速滑行；

(7)在其他情况下，不提供加速/制动策略。

具体的，所述多媒体视频/语音播报模块根据加速/制动建议模块给出的即时加速/制动策略为驾驶员提供行车建议是指：

所述多媒体视频/语音播报模块根据加速/制动建议模块给出的即时加速/制动策略，将该策略传输至视频/音频接口，通过视频/音频为驾驶员播报行车建议。

一种基于车联网的信号交叉口车速引导方法，包括如下步骤：

步骤1：当车辆驶入一个信号交叉口的引导路段时，在引导路段内通过路侧单元rsu采集行驶路段的道路信息和信号控制机状态信息，利用短程通信技术dsrc将rsu和车载单元obu连接，obu接收rsu采集到的行驶路段的道路信息和信号控制机状态信息，obu采集车辆的行驶信息，所述引导路段为停车线前上游区域的300m-500m内；

步骤2：将obu采集到的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息传输至智能手机中并储存，同时在智能手机中进行信息预处理，得到处理后的交通信息，根据储存的车辆的行驶信息和步骤2得到的处理后的交通信息，判断车辆是否允许变道，若是，则进入步骤3，否则进入步骤4；

步骤3：根据步骤1获得的车辆的行驶信息，判断车辆在交叉路口的行驶方向，规定目标车道，并建议车辆变换到目标车道，进入步骤4；

步骤4：根据步骤2储存的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息和步骤2得到的处理后的交通信息，建立参考移动模型，利用dc-glosa算法选择车辆此时的加速度，确定即时加速/制动策略；

步骤5：智能手机根据步骤4的加速/制动策略，为驾驶员提供行车建议，当车辆进入下一个交叉口的引导路段时，返回步骤1，更新消息栈。

本发明以驾驶员的偏好为中心，提出一种dc-glosa算法，通过比较当前车辆的行驶状态和六种参考移动模型，利用智能手机周期性地即时为驾驶员提供细微程度适中的行车建议，通过控制踏板的推力来把握车辆即时加速/制动的程度。避免了信号延迟，设备简单、成本低、交互性强、降低了驾驶员的操作复杂度，能够实现在信号交叉口处减少停车次数、提高燃油效率和驾驶舒适性，并使驾驶员集中精力操纵车辆进行安全驾驶。

具体的，步骤1包括如下子步骤：

步骤1.1：当车辆驶入引导路段时，在引导路段内，rsu采集行驶路段的道路信息和信号控制机状态信息，所述行驶路段的道路信息包括交叉口i的位置信息pi和行驶路段规定的车速区间iv＝[vmin,vmax]，所述信号控制机状态信息包括交叉口处信号控制机的相位和时序信息spat，其中，vmin为车辆的最小速度，vmax为车辆的最大速度，所述引导路段为停车线前上游区域的300m-500m内。

步骤1.2：，rsu将获取的交叉口i的位置信息pi、交叉口处信号控制机的相位和时序信息spat、行驶路段规定的车速区间iv＝[vmin,vmax]等信息通过dsrc共享给引导路段中的obu,obu通过gps和ins融合采集车辆的行驶信息，所述车辆的行驶信息包括车辆的位置信息pu、速度信息vcur、航向信息route、平稳加速度控制区间ia＝[amin,amax]和即将驶入的交叉口i，其中，amin为车辆的最小加速度且amin<0，amax为车辆的最大加速度；

优选的，rsu以表的形式存储信号控制机的spat信息；以八相位交通信号控制机为例，周期为90s，相位状态分别代表从北侧顺时针方向各车道的信号灯状态，每个车道方向均为从右向左，路口连接4条路段，每个路段有3条入口车道，共12条车道，即12个信号。建立如表1所示的spat信息表：

表1：

具体的，步骤2包括如下子步骤：

步骤2.1：智能手机作为驾驶员与obu之间的通信中继，将obu采集到的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息通过蓝牙传输至智能手机中，并在智能手机中进行信息预处理，得到预处理后的交通信息，所述与处理后的交通信息包括车辆的上行距离d以及绿灯时间窗口gw＝[tstart,tend]，其中，所述tstart是绿灯窗口的开始时间，所述tend是绿灯窗口的结束时间；

优选的，步骤2.1中所述的绿灯窗口时间gw＝[tstart,tend]的计算方法如下：

当obu采集到信号控制机状态信息的相位和时序信息spat时，利用式(1)、式(2)和式(3)计算tstart和tend，

t＝tred+tgreen+tamber(1)

式(1)中，t表示信号交叉口的红绿灯时间、tred,tgreen,tamber分别是红色，绿色和琥珀色灯光的持续时间，式(2)、式(3)中，phase为当前时刻车道的信号灯状态，tpc为信号控制机状态信息的下一相位对应的时刻。

步骤2.2：根据步骤2.1中储存的车辆的行驶信息和步骤2.1得到的处理后的交通信息，所述车辆的行驶信息包括信号交叉口位置pi，所述处理后的交通信息包括上行距离d，以信号交叉口位置pi为中心，规定禁止变道范围r，如果d>r，上行区域允许变换车道，则进入步骤4，如果d≤r，上行区域车辆禁止变换车道，则进入步骤5，其中，r取值的范围为[20,200]m。

具体的，步骤3包括以下子步骤：

步骤3.1：根据步骤1获得的车辆的行驶信息，所述车辆的行驶信息包括obu通过gps和ins融合采集的车辆的位置信息pu和航向信息route，预判车辆将驶入的下一路段nextroad；

步骤3.2：分析当前路段road、nextroad以及即将驶入的交叉路口之间的关系，判断车辆在进入路口后的行驶方向，所述行驶方向包括：左转、直行或右转；

步骤3.3：将步骤3.2选择的行驶方向设定为驾驶员规定车辆的目标车道，提示驾驶员及时换至目标车道。

具体的，步骤4包括以下子步骤：

步骤4.1：根据步骤2储存的行驶路段的道路信息、信号控制机状态信息和车辆的行驶信息和步骤2得到的处理后的交通信息，建立参考移动模型，所述移动参考模型包括距离参数dstop和五个从当前时刻到通过路口所需的时间参数ttc，所述处理后的交通信息包括车辆的上行距离d以及绿灯时间窗口gw＝[tstart,tend]，车辆的行驶信息包括车辆速度信息vcur；

步骤4.2：依据步骤4.1建立的参考移动模型，得到车辆的ttc时间窗口wttc＝[tminttc,tmaxttc]，其中，tminttc为车辆的时间参数的最小值，tmaxttc为车辆的时间参数的最大值；

步骤4.3：利用dc-glosa算法，比较步骤4.2得到的wttc＝[tminttc,tmaxttc]和gw＝[tstart,tend]之间的关系，根据得到的关系确定即时加速/制动策略。

优选的，步骤4.1包括以下子步骤：

所述移动参考模型包括从当前时刻到通过路口所需的五个时间参数ttc和距离参数dstop是指：

(1)最大加速度模型ma：使用车辆最大加速度amax提高速度直至当前的最大速度vmax，然后以最大速度vmax匀速行驶，对应于最小的ttc，即tminttc：

(2)恒定加速模型ca，以恒定加速度adec加速行驶，使得在tend时车速达到当前的最大速度vmax，ca模型下的ttc记作tdecttc：

(3)恒速模型cs，保持当前车速直到通过交叉路口，cs模型下的ttc记作tcurttc：

(4)恒定制动模型cb，保持恒定的加速度进行减速制动，使得车辆在tstart时车速降至vmin，cb模型下的ttc记作tincttc，该恒定制动加速度记作ainc：

(5)最大制动模型mb，使用amin降低车速直至达到vmin，然后以恒定的最小速度vmin行驶，对应于最大的ttc，即tmaxttc：

(6)减速滑行模型ds，以恒定加速度amin减速，直到车辆完全停在路口附近，相应的停车距离记作dstop，所述dstop小于d：

为保证行驶安全，dstop应小于d，否则，车辆可能会在路口处与前车或行人相撞，此时，驾驶员应强力推动制动板进行紧急制动，使车辆完全减速停车。

优选的，步骤4.3中利用dc-glosa算法，比较步骤4.2得到的wttc＝[tminttc,tmaxttc]和gw＝[tstart,tend]之间的关系，根据得到的关系确定即时加速/制动策略是指：

(1)当tmin>tend，此时信号灯为绿色，但车辆即使以最大加速度amax加速，也不能在绿灯结束前通过路口，需要减速制动并低速滑行，在下一个绿灯窗口时通过交叉路口，其中，

(1a)当dstop>d，驾驶员应紧急制动；

(1b)当dstop<d，驾驶员应采用ds模型，进行制动并低速滑行。

(2)当tmin<tend<tdec，车辆在绿灯结束时间附近驶入交叉路口，剩余时间紧张，当前车速过慢，为保证在绿灯结束前通过路口，车辆应将加速度控制在[adec,amax]，建议驾驶员积极加速；

(3)当tdec<tend<tcur，车辆在绿灯结束时间附近驶入交叉路口，剩余时间略微紧张，当前车速稍慢，为使车辆在绿灯结束前通过路口，车辆只需将加速度控制在[0,adec]，即建议驾驶员轻微加速即可；

(4)当tcur<tstart<tinc，车辆在绿灯开始时间附近驶入交叉路口，当前车速稍快，距绿灯开始时间稍长，为使车辆在绿灯开始后通过路口，车辆只需将制动加速度控制在[ainc,0]，即建议驾驶员轻微制动即可；

(5)当tinc<tstart<tmax，车辆在绿灯开始时间附近驶入交叉路口，当前车速过快，距绿灯开始时间长，为保证车辆在绿灯开始后通过路口，车辆应将制动加速度控制在[amin,ainc]，建议驾驶员积极制动；

(6)当tmax<tstart，车辆到达路口时，信号灯为红色或琥珀色，需要减速制动并低速滑行，在绿灯窗口来时通过路口，其中，

(6a)当dstop>d，驾驶员应紧急制动；

(6b)当dstop<d，驾驶员应采用ds模型，进行制动并低速滑行；

(7)在其他情况下，车辆保持原状态继续行驶即可在绿灯窗口内通过交叉路口，不提供加速/制动策略。

具体的，步骤5包括如下子步骤：

步骤5.1：智能手机得到步骤4的加速/制动建议后，将该建议转送到多媒体视频/语音播报模块；

步骤5.2：通过视频/音频接口为驾驶员播报行车建议；

步骤5.3：当车辆进入下一个交叉口的引导路段时，返回步骤1，更新消息栈，以达到为驾驶员播报最新的行车建议的效果。

其中，由于视频/语音消息通常需要几秒钟来播放，因此，在智能手机仍播放该消息时，可能会产生新的通知。为避免误导驾驶员，新生成的消息会推迟到当前播报结束。当有多条消息时，本发明利用一种特殊的数据结构，即消息栈s来暂存所有未播报的消息。选择最新的消息进行播报，并将所有剩余的建议丢弃。消息栈s的结构如表2所示：

表2：

如图2所述，本发明提出了一种基于车联网的信号交叉口车速引导系统，包括路侧单元rsu、车载单元obu、无线传输模块和智能手机；

所述路侧单元rsu设置在道路两侧及信号灯交叉口处，用于获取行驶路段的道路信息、从信号控制机处实时获取时间调度表，通过无线传输模块与obu进行通讯；

所述无线传输模块，用于通过专用短程通信技术dsrc将引导路段内的obu和rsu连接，进行实时的数据交互；

所述车载单元obu用于获取车辆的行驶信息，以及从无线传输模块接收的行驶路段的道路信息和时间调度表，所述车辆行驶信息包含车辆位置信息、航向信息和车速信息；

所述智能手机包含导向车道建议模块和加速/制动建议模块；能够收集并处理车载单元obu处传来的行驶路段的道路信息、时间调度表和车辆的行驶信息，判断车辆是否在允许变道的范围内，并为驾驶员提供导向车道建议和加速/制动建议；具体的，所述车辆行驶信息包含车辆位置信息、航向信息和车速信息。

所述车速引导建议模块包括导向车道建议模块和加速/制动建议模块，用于当车辆驶入引导路段时，依据行驶路段道路信息、信号控制机状态信息、车辆行驶信息，判断车辆是否在允许变道的范围内，并为驾驶员提供导向车道建议和加速/制动建议；

所述导向车道建议模块，用于当车辆在允许变道范围内，获取车辆的航向信息，判断车辆在交叉路口的行驶方向，规定其导向车道，建议车辆在保证安全情况下变换到目标车道上；

所述导向车道建议模块中引导路段范围为停车线前上游区域300m—500m的任意车道；

具体的，所述加速/制动建议模块包括六个参考移动模型，基于车辆当前行驶状态的分类，利用驾驶员为中心的车速引导算法dc-glosa(drivercentric-glosa)，相应地匹配一种移动模型为驾驶员提供适当的即时加速/制动建议。

以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1

仿真实例采用由无线网络仿真器omnet++和微观交通仿真器sumo(simulationofurbanmobility)双向耦合的开源车联网仿真框架veins，仿真内容主要是信号交叉口的车速引导，使车辆不停车通过交叉路口。

交通场景为双向6车道的十字路口，车道限速为iv＝[20,60](km/h)，仿真通信采用车联网专用的ieee802.11p无线通信标准，具体交通仿真场景如图8所示，参数如表3所示。

表3：

网络通信主要采用基于车辆移动自组织网络(vanet)的网络仿真模型，可以精确地模拟车联网的网络通信场景，如图9所示。模型中各通信模块及其功能如表4所示。

表4：

根据仿真参数设置，仿真中每辆车在驶入引导范围后，根据判断的导向车道，在允许变道范围内变至规定车道；执行dc-glosa算法，结合移动参考模型算出适当的即时加速/制动建议。假设车辆在距路口90m处，信号灯为绿色，gw＝[0,3]，wttc＝[8,20]，dstop＝20，tmin>tend，d>dstop，即车辆在绿灯结束时也无法通过交叉路口，但可以在减速制动并保持制动后的速度低速滑行至停车线。因此，建议车辆采用ds模型，减速制动并保持低速滑行，在下一个绿灯时刻到来时通过路口。车辆通过信号交叉路口时的交通仿真场景如图10所示。

图11为仿真车辆在引导区间内的速度—时间变化对比图。其中(a)为“无建议”，即cs模型下的引导车辆和非引导车辆速度对比，引导车辆的速度曲线比非引导车辆的更加稳定；(b)为ds模型下的引导车辆和非引导车辆速度对比，引导车辆先制动减速，后匀速滑行，而非引导车辆会在路口停车，等待下一绿灯相位；(c)为mb、cb模型下的引导车辆和非引导车辆速度对比，其中引导车辆的建议先是采用mb模型，然后采用cb模型，最后是cs模型匀速行驶，而非引导车辆则会在路口停车，等待下一绿灯相位(d)为ca模型下的引导车辆和非引导车辆速度对比，引导车辆先加速，后匀速，而非引导车辆速度曲线始终在抖动。

图12为上述四个车辆的瞬时油耗—时间变化对比图。如图所示，车辆的瞬时油耗与车辆速度的变化程度，即加速度成正比。引导车辆的速度曲线比非引导车辆的更平稳，因此，引导车辆的瞬时油耗与非引导车辆相比，曲线更平稳。

图13为仿真车辆区间油耗总量对比图。图中，1-4组分别对应上述的a-d车辆。每一组中，左侧是引导车辆的区间油耗总量，右侧是非引导车辆的区间油耗总量。可以明显看出，引导车辆的区间油耗总量比非引导车辆的小。

本发明所设计的一种基于车联网的信号交叉口车速引导方法，以驾驶员的偏好为中心，提出一种dc-glosa算法，通过比较当前车辆的行驶状态和六种参考移动模型，利用智能手机的多媒体ui周期性地为驾驶员提供细微程度适中的行车建议，通过控制踏板的推力来把握车辆即时加速/制动的程度。设备简单、成本低、交互性强、降低了驾驶员的操作复杂度，能够实现在信号交叉口处减少停车次数、提高燃油效率和驾驶舒适性，并使驾驶员集中精力操纵车辆进行安全驾驶。