基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法，該方法解決了現(xiàn)有基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集方式中存在的所有車(chē)輛都以固定周期向RSU發(fā)送狀態(tài)消息，當(dāng)車(chē)輛密度增加或?qū)Φ缆窢顟B(tài)需求不高時(shí)，頻繁的發(fā)送狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包會(huì)增加無(wú)線通信信道的占用時(shí)間，造成通信資源的浪費(fèi)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加重的問(wèn)題，隨著交通狀態(tài)的變化，車(chē)輛可動(dòng)態(tài)調(diào)整向路邊基站發(fā)送狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包的周期，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)傳輸數(shù)據(jù)，從而減少信道占用時(shí)間，降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載以及提高交通狀態(tài)評(píng)價(jià)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國(guó)的汽車(chē)數(shù)量迅速增加，道路交通流量的激增導(dǎo)致城市頻繁出現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象。解決交通擁堵較為有效的方法主要是交通控制和交通誘導(dǎo)。而獲得準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地城市道路交通狀態(tài)，是對(duì)城市路網(wǎng)交通進(jìn)行有效控制與誘導(dǎo)的基礎(chǔ)。獲得準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的交通狀態(tài)就需要對(duì)城市道路交通信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，傳統(tǒng)的交通信息采集方式是通過(guò)分布在各道路上的交通信息檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)，如線圈檢測(cè)器、紅外檢測(cè)器、超聲波檢測(cè)器、視頻檢測(cè)器等。但是，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和交通需求不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法逐漸顯示出成本高、信息范圍獲取小、信息量不足等缺點(diǎn)，這在一定程度上限制了智能交通系統(tǒng)的發(fā)展和功能發(fā)揮。
[0003]近年來(lái)，隨著車(chē)路協(xié)同技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)得到眾多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)的重視。車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)以車(chē)車(chē)、車(chē)路通信為基礎(chǔ)，有效實(shí)現(xiàn)了信息在系統(tǒng)內(nèi)部的快速、準(zhǔn)確地傳輸，極大地促進(jìn)了車(chē)車(chē)、車(chē)路之間的信息交互?；谲?chē)路協(xié)同的道路信息采集與傳統(tǒng)的采集方式有本質(zhì)的不同，每個(gè)具備車(chē)間通信功能的車(chē)輛都是一個(gè)移動(dòng)的傳感器，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)豐富的交通狀態(tài)信息，如車(chē)載GPS可以獲取車(chē)輛當(dāng)前位置，車(chē)載速度和加速度計(jì)裝置可以檢測(cè)車(chē)輛當(dāng)前速度與加速度等。道路交通狀態(tài)信息在由車(chē)輛和路旁基站(Roadside Unit, RSU)構(gòu)建的大型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行交互，并在RSU中進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，或利用骨干網(wǎng)傳輸至信息中心進(jìn)行進(jìn)一步處理。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母邔?shí)時(shí)性和交通信息處理的分布式計(jì)算特性，使得基于車(chē)路協(xié)同技術(shù)實(shí)現(xiàn)道路交通信息采集和交通狀態(tài)評(píng)價(jià)更具可靠性，因此能夠更加合理地反映復(fù)雜的交通情況。
[0004]在現(xiàn)有的基于車(chē)路協(xié)同技術(shù)實(shí)現(xiàn)道路交通信息采集方式中，移動(dòng)車(chē)輛向RSU發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通常都以固定周期形式，即每隔一定的時(shí)間段便向RSU發(fā)送道路狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包，鮮有考慮實(shí)際的交通狀態(tài)。這種基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集方式存在如下缺陷:一方面，由于所有車(chē)輛都以固定周期向RSU發(fā)送狀態(tài)消息，當(dāng)車(chē)輛密度增加或?qū)Φ缆窢顟B(tài)需求不高時(shí)(如道路較為暢通時(shí))，頻繁的發(fā)送狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包會(huì)增加無(wú)線通信信道的占用時(shí)間，造成通信資源的浪費(fèi)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載加重，并進(jìn)一步影響其他車(chē)路協(xié)同的應(yīng)用。另一方面，若為降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載而延長(zhǎng)車(chē)輛發(fā)送狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔，當(dāng)路段出現(xiàn)擁堵時(shí)，過(guò)長(zhǎng)的消息發(fā)送周期會(huì)減少RSU收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包數(shù)量，因而會(huì)影響道路交通狀態(tài)評(píng)價(jià)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法，該方法隨著交通狀態(tài)的變化，車(chē)輛可動(dòng)態(tài)調(diào)整向路邊基站發(fā)送狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包的周期，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)傳輸數(shù)據(jù)，從而減少信道占用時(shí)間，降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載以及提高交通狀態(tài)評(píng)價(jià)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法，具體包括以下步驟:
[0008]步驟(1):基于車(chē)路協(xié)同的交通信息獲?。?br> [0009]步驟(2):RSU接收車(chē)輛發(fā)送的道路狀態(tài)消息，對(duì)路段內(nèi)交通擁堵程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)一步給出一種單參量交通擁堵?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)；
[0010]步驟(3):建立車(chē)輛向RSU發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔與單參量交通擁堵?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系模型，該模型直觀反映了消息發(fā)送時(shí)間間隔隨交通狀態(tài)變化的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律；
[0011]步驟(4) =RSU向路段內(nèi)所有車(chē)輛廣播包含有動(dòng)態(tài)周期信息的控制消息，車(chē)輛根據(jù)控制消息的內(nèi)容，自適應(yīng)調(diào)節(jié)下一次向RSU發(fā)送狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包的時(shí)間。
[0012]所述步驟(1)中，車(chē)載GPS、車(chē)載速度計(jì)和加速度計(jì)檢測(cè)到的車(chē)輛行駛狀態(tài)信息，包括車(chē)輛速度、位置、方向交通狀態(tài)信息，這些信息嵌入自定義格式的數(shù)據(jù)包，構(gòu)成狀態(tài)消息，并通過(guò)無(wú)線傳輸裝置傳輸至RSU，狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包格式定義如下:
[0013]〈ID，position, speed, direction〉
[0014]其中，ID表示車(chē)輛的身份標(biāo)識(shí),每個(gè)車(chē)輛都有一個(gè)不同的ID !position表示當(dāng)前車(chē)輛所在的地理位置，由車(chē)載GPS檢測(cè)得到；speed表示車(chē)輛當(dāng)前的行駛速度，由車(chē)載速度傳感器檢測(cè)得到；direction表示車(chē)輛的行駛方向。
[0015]所述步驟(2)中，提出單參量交通擁堵?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)EI，具體步驟如下:
[0016](a)RSU接收到路段內(nèi)車(chē)輛所發(fā)送的狀態(tài)消息，對(duì)路網(wǎng)內(nèi)各路段的交通擁堵程度進(jìn)行初步評(píng)價(jià)；根據(jù)《城市道路交通管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(2012年版)》給出的高峰時(shí)段建成區(qū)主干道平均車(chē)速等級(jí)分布，將道路交通狀態(tài)分為暢通、正常、輕微擁堵、擁堵和嚴(yán)重?fù)矶挛鍌€(gè)等級(jí)；通過(guò)建立因素集、評(píng)判集、權(quán)重集，進(jìn)行單因素模糊評(píng)價(jià)和模糊綜合評(píng)價(jià)得到交通擁堵程度的初步評(píng)價(jià)結(jié)果:B = (bi, b2, b3, b4, b5)；
[0017]其中，B為評(píng)判集，b1； b2，b3，b4，b5分別為為交通狀態(tài)從總體上來(lái)看對(duì)五種等級(jí)模糊子集的隸屬程度；
[0018](b)根據(jù)各路段的交通擁堵程度初步評(píng)價(jià)結(jié)果，建立直觀反映道路交通擁堵程度的評(píng)價(jià)指數(shù)，即單參量交通擁堵?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)EI。
[0019]所述步驟(a)的具體步驟為:
[0020]①建立因素集U，U={Ul, U2, U3I，Ui表示影響評(píng)判對(duì)象的因素，具體分別為道路平均車(chē)速、車(chē)輛密度、行程時(shí)間，i=l，2，3，本發(fā)明采用道路的單向平均車(chē)速、單向車(chē)輛密度、單向行程時(shí)間，由RSU根據(jù)以下方法計(jì)算得到，其中k取值為1、2，分別代表道路的兩個(gè)方向:
[0021]1.單向平均車(chē)速，道路的單向平均車(chē)速記為Vkavg，由以下公式可以計(jì)算得到，其中Nk是RSU根據(jù)車(chē)輛發(fā)送的自身狀態(tài)信息數(shù)據(jù)包中的ID，position和direction確定的道路單向的車(chē)輛數(shù)量，Vik是RSU根據(jù)車(chē)輛發(fā)送的自身狀態(tài)信息數(shù)據(jù)包中的speed確定的單向車(chē)輛速度
[0022]
【權(quán)利要求】
1.一種基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法，其特征是:具體包括以下步驟: 步驟(1):基于車(chē)路協(xié)同的交通信息獲??； 步驟(2):RSU接收車(chē)輛發(fā)送的道路狀態(tài)消息，對(duì)路段內(nèi)交通擁堵程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)一步給出一種單參量交通擁堵?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)； 步驟(3):建立車(chē)輛向RSU發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔與單參量交通擁堵?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系模型，該模型直觀反映了消息發(fā)送時(shí)間間隔隨交通狀態(tài)變化的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律； 步驟(4) =RSU向路段內(nèi)所有車(chē)輛廣播包含有動(dòng)態(tài)周期信息的控制消息，車(chē)輛根據(jù)控制消息的內(nèi)容，自適應(yīng)調(diào)節(jié)下一次向RSU發(fā)送狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包的時(shí)間。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法，其特征是:所述步驟(1)中，車(chē)載GPS、車(chē)載速度計(jì)和加速度計(jì)檢測(cè)到的車(chē)輛行駛狀態(tài)信息，包括車(chē)輛速度、位置、方向交通狀態(tài)信息，這些信息嵌入自定義格式的數(shù)據(jù)包，構(gòu)成狀態(tài)消息，并通過(guò)無(wú)線傳輸裝置傳輸至RSU，狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包格式定義如下:
〈ID，position, speed, direction) 其中，ID表示車(chē)輛的身份標(biāo)識(shí)， 每個(gè)車(chē)輛都有一個(gè)不同的ID position表示當(dāng)前車(chē)輛所在的地理位置，由車(chē)載GPS檢測(cè)得到；speed表示車(chē)輛當(dāng)前的行駛速度，由車(chē)載速度傳感器檢測(cè)得到；direction表示車(chē)輛的行駛方向。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法，其特征是:所述步驟(2)中，提出單參量交通擁堵?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)EI，具體步驟如下: (a)RSU接收到路段內(nèi)車(chē)輛所發(fā)送的狀態(tài)消息，對(duì)路網(wǎng)內(nèi)各路段的交通擁堵程度進(jìn)行初步評(píng)價(jià)；根據(jù)《城市道路交通管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(2012年版)》給出的高峰時(shí)段建成區(qū)主干道平均車(chē)速等級(jí)分布，將道路交通狀態(tài)分為暢通、正常、輕微擁堵、擁堵和嚴(yán)重?fù)矶挛鍌€(gè)等級(jí)；通過(guò)建立因素集、評(píng)判集、權(quán)重集，進(jìn)行單因素模糊評(píng)價(jià)和模糊綜合評(píng)價(jià)得到交通擁堵程度的初步評(píng)價(jià)結(jié)果:B = (Id1, b2, b3, b4, b5)； 其中，B為評(píng)判集，b1； b2，b3，b4，b5分別為交通狀態(tài)從總體上來(lái)看對(duì)五種等級(jí)模糊子集的隸屬程度； (b)根據(jù)各路段的交通擁堵程度初步評(píng)價(jià)結(jié)果，建立直觀反映道路交通擁堵程度的評(píng)價(jià)指數(shù)，即單參量交通擁堵?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)EI。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法，其特征是:所述步驟(a)的具體步驟為: ①建立因素集； ②建立評(píng)判集V，根據(jù)《城市道路交通管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(2012年版)》給出的高峰時(shí)段建成區(qū)主干道平均車(chē)速等級(jí)分布，將道路交通狀態(tài)分為五個(gè)等級(jí)，即V=Iv1, V2, V3, V4, vj，V1, V2, V3, V4, V5分別表示暢通、正常、輕微擁堵、擁堵和嚴(yán)重?fù)矶拢? ③建立權(quán)重集W，對(duì)①中的各個(gè)因素Ui賦予相應(yīng)的權(quán)重，來(lái)表征各個(gè)因素的重要程度，表示為權(quán)向量W=Iw1, w2，W3I，通常各權(quán)重應(yīng)歸一化和滿(mǎn)足非負(fù)性條件，即Wjwdw3=I,本發(fā)明采用經(jīng)驗(yàn)賦值法，分別令
5.如權(quán)利要求3所述的一種基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法，其特征是:所述步驟(b)中，具體步驟如下: 根據(jù)交通狀態(tài)初步評(píng)價(jià)結(jié)果，建立一種更加直觀反映道路交通擁堵程度的評(píng)價(jià)指數(shù)，記為單參量交通擁堵?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)EI，取值為O~1，其值越小時(shí)表明道路交通狀態(tài)越暢通，其值越大時(shí)表明道路交通狀態(tài)越擁堵，計(jì)算模型如下所示:
6.如權(quán)利要求4所述的一種基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法，其特征是:所述步驟①，其具體方法為: 建立因素集U，U=K1U21U3I, Ui表示影響評(píng)判對(duì)象的因素，具體分別為道路平均車(chē)速、車(chē)輛密度、行程時(shí)間，i=l，2，3，本發(fā)明采用道路的單向平均車(chē)速、單向車(chē)輛密度、單向行程時(shí)間，由RSU根據(jù)以下方法計(jì)算得到，其中k取值為1、2，分別代表道路的兩個(gè)方向: i.單向平均車(chē)速，道路的單向平均車(chē)速記為Vkavg，由以下公式可以計(jì)算得到，其中Nk是RSU根據(jù)車(chē)輛發(fā)送的自身狀態(tài)信息數(shù)據(jù)包中的ID, position和direction確定的道路單向的車(chē)輛數(shù)量，Vik是RSU根據(jù)車(chē)輛發(fā)送的自身狀態(tài)信息數(shù)據(jù)包中的speed確定的單向車(chē)輛速度
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法，其特征是:所述步驟(3)中，建立車(chē)輛向RSU發(fā)送狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔與單參量交通擁堵?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)EI之間的函數(shù)關(guān)系模型的具體方法為: 根據(jù)交通狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整車(chē)輛向RSU發(fā)送狀態(tài)消息的時(shí)間間隔，若道路暢通，單參量交通擁堵?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)值較小，適當(dāng)增大車(chē)輛向RSU發(fā)送狀態(tài)消息的時(shí)間間隔，從而減少信道占用時(shí)間，降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載；若道路出現(xiàn)擁堵，單參量交通擁堵?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)值增大，減小狀態(tài)消息發(fā)送的時(shí)間間隔，以提高RSU獲取的實(shí)施狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包數(shù)量，進(jìn)而提高道路交通狀態(tài)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確 度；構(gòu)建車(chē)輛向RSU發(fā)送狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔與單參量交通擁堵?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)指數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系模型如公式(1)，其中參數(shù)a，b，K取決于無(wú)線通信信道的傳輸要求:
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于車(chē)路協(xié)同的道路交通信息采集與狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法，其特征是:所述步驟(4)中，車(chē)輛獲得動(dòng)態(tài)消息發(fā)送周期的過(guò)程為: RSU根據(jù)公式(I)，計(jì)算車(chē)輛下一次向RSU發(fā)送狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔Λ T，即消息發(fā)送周期； RSU將消息發(fā)送周期制定成控制消息，通過(guò)廣播方式將控制消息發(fā)送給路段內(nèi)的車(chē)輛，車(chē)輛接收到控制消息后，根據(jù)控制消息的內(nèi)容調(diào)整下一次向RSU發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)間t，達(dá)到交通信息自適應(yīng)傳輸?shù)哪康?
【文檔編號(hào)】G08G1/01GK103761876SQ201410013399
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】楊立才, 陳霞, 劉海青, 丁四景, 王德偉 申請(qǐng)人:山東大學(xué)