本發(fā)明涉及智能交通(intelligenttransportationsystem，簡稱its)領域，尤其涉及一種基于v2x的交通擁堵預警方法、系統(tǒng)、車載單元和路側單元。

背景技術：

隨著城市人口以及城市交通流的增加，在城市特別是在節(jié)假日高速公路和景區(qū)遭遇行車難、路網(wǎng)不暢、交通擁堵的現(xiàn)象已日益突顯，交通擁堵正成為制約經(jīng)濟發(fā)展、降低人民生活質量、削弱經(jīng)濟活力的瓶頸之一。當前人們交通出行前習慣通過類似百度、高德、谷歌等手機地圖app或者收聽交通廣播實時查詢交通路況規(guī)劃出行路線，實時路況的獲得一般是通過裝有gps定位的出租車和公交車、車載導航軟件、裝有地圖app的手機以及路口攝像頭等方式，依靠網(wǎng)絡從程序后臺獲取車輛位置信息、移動速度信息和行駛方向，通過大量的數(shù)據(jù)處理獲得某一段路的路況信息，尤其在發(fā)生車輛事故時只能依靠熱心網(wǎng)友或事故當事人上報標注事故發(fā)生位置，導致事故定位和救援處理響應非常滯后。當路段內車輛信息足夠多的時候，該方法基本能反應真實的路況信息，但是隨著路況的隨時改變，其精確性和時效性卻大打折扣。

因此，我們常常發(fā)現(xiàn)地圖呈現(xiàn)的實時路況與實際路況并不像符，有時還有明顯的信息滯后，給交通出行帶來極大困擾。交通管理部門也迫切需要一種能實時反映路況的技術，便于掌握實時路況信息、及時疏導交通、應急救援、發(fā)布精確的出行指南，提高交通出行效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述駕駛員無法及時準確地了解路況信息的缺陷，提供一種基于v2x的交通擁堵預警方法、系統(tǒng)、車載單元和路側單元。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種基于v2x技術的交通擁堵預警方法，路側單元進行以下步驟：

接收信號覆蓋范圍內的車輛的行駛狀態(tài)信息；

根據(jù)所述車輛的行駛狀態(tài)信息分析交通路況，并在發(fā)生擁堵時，向服務器上報擁堵預警信息，及向周邊車輛廣播擁堵預警信息。

優(yōu)選地，根據(jù)所述車輛的行駛狀態(tài)信息分析交通路況的步驟包括：

根據(jù)所述車輛的行駛狀態(tài)信息確定所述車輛的行駛方向；

根據(jù)所述車輛的行駛狀態(tài)信息計算每個行駛方向上復數(shù)個位置相近車輛的平均速度；

判斷所述平均速度是否小于第一速度閾值；

若小于所述第一速度閾值，則判斷所述平均速度小于所述第一速度閾值的持續(xù)時間是否達到時間閾值；

若達到時間閾值，則確定發(fā)生擁堵。

優(yōu)選地，在確定發(fā)生擁堵的步驟之后，還包括：

根據(jù)所述車輛的行駛狀態(tài)信息確定擁堵路段，所述擁堵路段內的車輛的速度均小于第二速度閾值；

計算所述擁堵路段內最前的車輛與最后的車輛的距離，并根據(jù)所述距離和路段寬度計算擁堵范圍。

優(yōu)選地，在根據(jù)所述距離和路段寬度計算擁堵范圍的步驟之后，還包括：

確定所述擁堵范圍內的車輛總數(shù)；

根據(jù)以下公式計算車輛密度：

其中，ρ為車輛密度，n為擁堵范圍內的車輛總數(shù)，l為擁堵路段內最前的車輛與最后的車輛的距離，w為路段寬度。

優(yōu)選地，根據(jù)所述車輛的行駛狀態(tài)信息確定所述車輛的行駛方向的步驟包括：

獲取所述行駛狀態(tài)信息中的方向角，所述方向角為車輛行駛方向與地球正北方向的夾角；

計算兩車輛的方向角的差值絕對值；

若所述差值絕對值小于等于90度，則確定所述兩車輛的行駛方向相同；若所述差值絕對值大于90度且小于270度，則確定所述兩車輛的行駛方向相反；

或者，根據(jù)所述車輛的行駛狀態(tài)信息確定所述車輛的行駛方向的步驟包括：

獲取所述行駛狀態(tài)信息中的方向角，所述方向角為車輛行駛方向與地球正北方向的夾角；

根據(jù)正態(tài)分布模型分別確定每個行駛方向的平均方向角；

計算所述車輛的方向角分別與每個行駛方向的平均方向角的差值絕對值，并判斷所述差值絕對值是否小于預設角度，所述預設角度的范圍為45度；

將滿足條件的平均方向角所對應的行駛方向確定為所述車輛的行駛方向。

本發(fā)明還構造一種基于v2x技術的交通擁堵預警方法，車載單元進行以下步驟：

獲取本車輛的行駛狀態(tài)信息；

接收路側單元所廣播的擁堵預警信息，其中，所述擁堵預警信息是路側單元根據(jù)其信號覆蓋范圍內的車輛的行駛狀態(tài)信息分析交通路況，并在發(fā)生擁堵時生成的；

根據(jù)所述行駛狀態(tài)信息和所述擁堵預警信息判斷自身是否受影響；

若受影響，則輸出擁堵預警信息。

優(yōu)選地，還包括：

接收周邊車輛的行駛狀態(tài)信息；

根據(jù)自身的行駛狀態(tài)信息及所述周邊車輛的行駛狀態(tài)信息，篩選出與本車輛同向行駛且在本車輛前方的車輛；

計算所篩選出的車輛的平均速度，并根據(jù)所述平均速度及自身的行駛狀態(tài)信息進行碰撞分析；

輸出碰撞分析結果。

優(yōu)選地，根據(jù)以下步驟篩選出與本車輛同向行駛且在本車輛前方的車輛：

計算同向行駛的第一車輛和第二車輛的連線矢量與行駛方向的夾角；

若所述夾角的絕對值小于90度，則確定所述第一車輛在所述第二車輛的后方。

本發(fā)明還構造一種路側單元，包括第一處理器和第一存儲器，其特征在于，所述第一存儲器用于存儲第一程序指令，所述第一程序指令由所述第一處理器加載并執(zhí)行實現(xiàn)以上所述方法的步驟。

本發(fā)明還構造一種車載單元，包括第二處理器和第二存儲器，其特征在于，所述第二存儲器用于存儲第二程序指令，所述第二程序指令由所述第二處理器加載并執(zhí)行實現(xiàn)以上所述方法的步驟。

本發(fā)明還構造一種基于v2x技術的交通擁堵預警系統(tǒng)，其特征在于，包括服務器、以上所述的路側單元、以上所述的車載單元。

實施本發(fā)明的技術方案，采用v2x技術通過監(jiān)測路內車輛的行駛狀態(tài)信息，并根據(jù)行駛狀態(tài)信息分析交通路況，當發(fā)生擁堵時，向服務器上報擁堵預警信息，及向周邊車輛廣播擁堵預警信息，因此，從根本上解決了實時監(jiān)測交通擁堵難、交通路況精確性差、時效性低的問題，極大提高了路況的時效性和精確性，為民眾出行提供了有效的交通信息參考，促進了經(jīng)濟發(fā)展、提高了人民生活質量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。附圖中：

圖1是本發(fā)明基于v2x技術的交通擁堵預警方法實施例一的流程圖；

圖2是本發(fā)明基于v2x技術的交通擁堵預警系統(tǒng)的示意圖；

圖3是車輛行駛時方向角的示意圖；

圖4是本發(fā)明基于v2x技術的交通擁堵預警方法實施例二的流程圖；

圖5是車輛行駛時兩車輛的連線矢量與行駛方向的夾角的示意圖；

圖6是本發(fā)明基于v2x技術的交通擁堵預警系統(tǒng)的邏輯結構圖。

具體實施方式

圖1是本發(fā)明基于v2x技術的交通擁堵預警方法實施例一的流程圖，在該實施例中，路側單元以下步驟：

s11.接收信號覆蓋范圍內的車輛的行駛狀態(tài)信息。

在該步驟中，首先說明的是，結合圖2，本發(fā)明基于v2x的交通擁堵預警系統(tǒng)主要包括車載單元、路側單元和后臺信息服務器。車載單元通過前裝或后裝的方式被強制要求安裝在所有上路行駛車輛中，車載單元能夠實時獲取車輛的行駛狀態(tài)信息，該行駛狀態(tài)信息包括gps定位、行駛方向、行駛速度等bsm(basicsafetymessage，涉及安全方面的基本信息)信息，另外，在發(fā)生事故時，行駛狀態(tài)信息中還包括事故報警信息。在獲取到行駛狀態(tài)信息后，能夠實時向周邊車輛的車載單元和路側單元發(fā)送本車的行駛狀態(tài)信息，同時，還可接收周邊車輛的車載單元發(fā)出的行駛狀態(tài)信息。路側單元安裝在行駛路段的兩側，并且按照通信可覆蓋范圍間隔分布，路側單元能夠實時接收覆蓋范圍內所有車輛的行駛狀態(tài)信息。

s12.根據(jù)所述車輛的行駛狀態(tài)信息分析交通路況，并在發(fā)生擁堵時，向服務器上報擁堵預警信息，及向周邊車輛廣播擁堵預警信息。

在該步驟中，路側單元具有大數(shù)據(jù)處理分析能力，其在接收到車輛的行駛狀態(tài)信息后，可以實時分析計算覆蓋區(qū)域內的交通路況，其中可以理解的，由于路側單元覆蓋范圍較大，發(fā)生擁堵的僅為覆蓋范圍內的部分車輛，所以在判斷發(fā)生擁堵時，還對行駛狀態(tài)中的gps定位信息進行處理，當多個車輛gps定位的位置接近且速度低于第一速度閾值時就認為發(fā)生了擁堵，當判斷發(fā)生擁堵時，一方面，通過專有網(wǎng)絡將擁堵預警信息上報至服務器，然后由服務器提供給交通管理部門以及公眾查詢平臺；另一方面，向周邊車輛的車載單元廣播擁堵預警信息。

在步驟s12中，根據(jù)所述車輛的行駛狀態(tài)信息分析交通路況的步驟具體包括以下步驟：

s121.根據(jù)所述車輛的行駛狀態(tài)信息確定所述車輛的行駛方向；

s122.根據(jù)所述車輛的行駛狀態(tài)信息計算每個行駛方向上復數(shù)個位置相近車輛的平均速度；

s123.判斷所述平均速度是否小于第一速度閾值；

s124.若小于所述第一速度閾值，則判斷所述平均速度小于所述第一速度閾值的持續(xù)時間是否達到時間閾值；

s125.若達到時間閾值，則確定發(fā)生擁堵。

在該實施例中，根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)信息可實時監(jiān)測出是否發(fā)生了擁堵。另外需說明的是，為了避免因為交通信號燈的變化引起錯誤的擁堵信息，還需要對擁堵進行計時，擁堵持續(xù)時間t可以通過對路段內平均速度v連續(xù)達到第一速度閾值的時間統(tǒng)計得到。當擁堵持續(xù)時間t達到設定的時間閾值時，確認發(fā)生擁堵，否則認為是交通燈變化引起的臨時停靠。

進一步地，在步驟s125之后，還可包括：

s126.根據(jù)所述車輛的行駛狀態(tài)信息確定擁堵路段，所述擁堵路段內的車輛的速度均小于第二速度閾值；

s127.計算所述擁堵路段內最前的車輛與最后的車輛的距離，并根據(jù)所述距離和路段寬度計算擁堵范圍。

在該實施例中，在監(jiān)測出發(fā)生擁堵后，還可進一步確定出擁堵范圍。另外需說目的是，由于車載單元發(fā)送的行駛狀態(tài)信息中除攜帶本車的位置、速度、方向信息、事故報警信息(在存在事故時)外，還攜帶有本車的特征id，因此當車輛發(fā)生交通事故時，車載單元發(fā)出事故報警消息，路側單元接收事故報警消息并將事故車輛的gps定位信息和特征id通過服務器及時傳遞給交通管理部門和公眾信息查詢平臺，同時也將事故信息廣播給路段內的所有車輛，交通管理部門根據(jù)事故車輛的gps、id信息及時獲知發(fā)生事故車輛所在位置、車輛型號和車輛所有人的基本信息，公眾也能及時查詢到路段發(fā)生交通事故的具體位置。路段內的行駛車輛也能夠根據(jù)收到的事故報警提醒及時控制車速調整行車路線。這樣就為實施快速有效的交通事故救援、處理提供了技術保障，也為公眾規(guī)劃出行路線、調整車速避開事故提供了及時、準確、可靠的信息參考。

進一步地，在步驟s127之后，還可包括：

s128.確定所述擁堵范圍內的車輛總數(shù)；

s129.根據(jù)以下公式計算車輛密度：

其中，ρ為車輛密度，n為擁堵范圍內的車輛總數(shù)，l為擁堵路段內最前的車輛與最后的車輛的距離，w為路段寬度，對于某一道路，其道路寬度為已知值。

在該實施例中，在監(jiān)測出擁堵范圍后，還進一步確定車輛密度，車輛密度用于反映車輛的擁堵程度，顯然，車輛密度ρ越大說明擁堵車輛越密集，擁堵程度越高。

在一個優(yōu)選實施例中，首先說明的是，任意道路均可看作由不同曲率半徑的圓弧組成，而任意圓弧又可以看作是由若干直線段組成。因此路側單元可以把其通訊覆蓋范圍的路段看作由若干直線路段組成，在同一直線路段判斷該路段內的車輛行駛方向是否為同向或逆向，就可以根據(jù)行駛狀態(tài)信息中的方向角來判斷。具體地，步驟s121包括以下步驟：

s1211.獲取所述行駛狀態(tài)信息中的方向角，所述方向角為車輛行駛方向與地球正北方向的夾角；

s1212.計算兩車輛的方向角的差值絕對值；

s1213.若所述差值絕對值小于等于90度，則確定所述兩車輛的行駛方向相同；若所述差值絕對值大于90度且小于270度，則確定所述兩車輛的行駛方向相反。

在該實施例中，結合圖3，車輛a與車輛b1、b2、b3分別在車道內相對逆向行駛，其中車輛b1直行，車輛b2向右變換車道行駛，車輛b3向左變換車道行駛。由于連續(xù)行駛的車輛將方向盤左/右打到底時，前輪左/右最大偏角不超過45°，因此我們可以認為車輛變道行駛的方向偏角也不超過45°。當車輛b1、b2、b3處于同向行駛時，且車輛b1直行，車輛b2向右變換車道行駛，車輛b3向左變換車道行駛，車輛b1、b2、b3的方向角分別為θ1、θ2、θ3，此時車輛b1與車輛b2、b3的方向角滿足以下不等式：

|θ1-θ2|＜45°

|θ1-θ3|＜45°

|θ2-θ3|＜90°

所以，當路側單元判斷出兩車輛的方向角的差值絕對值小于等于90度時，可確定該兩車輛的行駛方向相同。

車輛a的方向角為θ4，考慮車輛a進行左/右變道行駛，那么車輛a與車輛b1、b2、b3的方向角的差值可分別表示為取方向角的差值絕對值由圖可知車輛a與車輛b1、b2、b3相對逆向行駛時滿足以下不等式：

所以，當路側單元判斷出兩車輛的方向角的差值絕對值在90度和270度之間，可確定兩車輛的行駛方向相逆。

在另一個優(yōu)選實施例中，步驟s121可具體包括以下步驟：

s1214.獲取所述行駛狀態(tài)信息中的方向角，所述方向角為車輛行駛方向與地球正北方向的夾角；

s1215.根據(jù)正態(tài)分布模型分別確定每個行駛方向的平均方向角；

s1216計算所述車輛的方向角分別與每個行駛方向的平均方向角的差值絕對值，并判斷所述差值絕對值是否小于預設角度，所述預設角度的范圍為45度；

s1217.將滿足條件的平均方向角所對應的行駛方向確定為所述車輛的行駛方向。

在該實施例中，路側單元通過采樣大量相同行駛方向車輛的方向角數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)近似服從一個數(shù)學期望為μ、方差為σ²的正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)為：

根據(jù)以上公式求得數(shù)學期望μ，即可得該行駛方向車輛的平均方向角。然后，在預設角度選45度時，路側單元根據(jù)平均方向角與車輛的方向角的差值絕對值是否滿足不等式：

其中，為平均方向角，θi為車輛的方向角，i＝1，2，3…。當判斷出車輛在路上行駛的方向角滿足以上條件時，不等式中平均方向角所對應的行駛方向即為車輛的行駛方向。

圖4是本發(fā)明基于v2x技術的交通擁堵預警方法實施例二的流程圖，在該實施例中，車載單元進行以下步驟：

s21.獲取本車輛的行駛狀態(tài)信息；

在該步驟中，結合圖2，車載單元通過前裝或后裝的方式被強制要求安裝在所有上路行駛車輛中，車載單元能夠實時獲取車輛的行駛狀態(tài)信息，該行駛狀態(tài)信息包括gps定位、行駛方向、行駛速度等bsm(basicsafetymessage，涉及安全方面的基本信息)信息，另外，在發(fā)生事故時，行駛狀態(tài)信息中還包括事故報警信息。

s22.接收路側單元所廣播的擁堵預警信息，其中，所述擁堵預警信息是路側單元根據(jù)其信號覆蓋范圍內的車輛的行駛狀態(tài)信息分析交通路況，并在發(fā)生擁堵時生成的；

在該步驟中，路側單元安裝在行駛路段的兩側，并且按照通信可覆蓋范圍間隔分布，路側單元能夠實時接收覆蓋范圍內所有車輛的行駛狀態(tài)信息，并且具有大數(shù)據(jù)處理分析能力，其在接收到車輛的行駛狀態(tài)信息后，可以實時分析計算覆蓋區(qū)域內的交通路況，當判斷發(fā)生擁堵時，一方面，通過專有網(wǎng)絡將擁堵預警信息上報至服務器，然后由服務器提供給交通管理部門以及公眾查詢平臺；另一方面，向周邊車輛的車載單元廣播擁堵預警信息。

s23.根據(jù)所述行駛狀態(tài)信息和所述擁堵預警信息判斷自身是否受影響；

s24.若受影響，則輸出擁堵預警信息。

在該實施例中，車載單元根據(jù)自身的行駛狀態(tài)信息和所接收到的路側單元廣播的擁堵預警信息，判斷自身是否受影響，并在受影響時，輸出擁堵預警信息，例如，對駕駛員給予語音或文字消息提示，以提醒駕駛員適當控制車速、調整行車路線，避免追尾及時躲避擁堵和事故路段。當然，若不受影響，則可過濾該廣播消息。

在上述實施例的基礎上，進一步地，車載單元還進行以下步驟：

s25.接收周邊車輛的行駛狀態(tài)信息；

s26.根據(jù)自身的行駛狀態(tài)信息及所述周邊車輛的行駛狀態(tài)信息，篩選出與本車輛同向行駛且在本車輛前方的車輛；

s27.計算所篩選出的車輛的平均速度，并根據(jù)所述平均速度及自身的行駛狀態(tài)信息進行碰撞分析；

s28.輸出碰撞分析結果。

在該實施例中，首先說明的是，車載單元在獲取自身的行駛狀態(tài)信息后，還將自身的行駛狀態(tài)信息發(fā)送至周邊車輛的車載單元，同時，也接收周邊車輛的車載單元發(fā)送的行駛狀態(tài)信息。當車載單元接收到周邊車輛的行駛狀態(tài)信息后，首先篩選與本車輛出同向行駛且位于本車前方的車輛，然后，對篩選出的車輛的行駛狀態(tài)信息進行實時分析，以計算前方車輛行駛平均速度，最后進行碰撞可能性的分析，及時提示駕駛人員采取減速避讓措施，引導車輛選擇最佳路線安全行駛。

在一個優(yōu)選實施例中，步驟s26具體包括：

s261.計算同向行駛的第一車輛和第二車輛的連線矢量與行駛方向的夾角；

s262.若所述夾角的絕對值小于90度，則確定所述第一車輛在所述第二車輛的后方。

在該實施例中，結合圖5，車輛a1、a2、a3、a4同向行駛，車輛a1行駛在最前方，車輛a2、a3并行行駛在a1后方，車輛a4行駛在車輛a2、a3后方。車輛a2、a1的連線矢量與行駛方向的夾角為θ1，車輛a3、a1的連線矢量與行駛方向的夾角為θ2，車輛a4、a1的連線矢量與行駛方向的夾角為θ3，車輛a4、a2的連線矢量與行駛方向的夾角為θ4，車輛a4、a3與行駛方向的夾角為θ5，車輛a3、a2與行駛方向的夾角為θ6。由圖可知，行駛在車輛a1后面的所有車輛與a1的連線矢量與行駛方向的夾角的絕對值|θ1|、|θ2|、|θ3|都小于90°，并行行駛的車輛a2、a3的連線矢量與行駛方向的夾角的絕對值|θ6|等于90°，車輛a4與車輛a2、a3的連線矢量與行駛方向的夾角的絕對值|θ4|、|θ5|也都小于90°。據(jù)此可確定出：在同向行駛時，后車與前車的連線矢量與行駛方向的夾角θi滿足以下不等式：

0°＜|θi|＜90°(i＝1，2，3…)

因此，通過計算兩車連線矢量與行駛方向的夾角，只要滿足以上不等式就可以判斷車輛相對所處的前后位置。

圖6是本發(fā)明基于v2x技術的交通擁堵預警系統(tǒng)的邏輯結構圖，該實施例的交通擁堵預警系統(tǒng)包括服務器、路側單元及車載單元。

關于路側單元，其包括有第一處理器和第一存儲器，而且，第一存儲器用于存儲第一程序指令，第一程序指令由第一處理器加載并執(zhí)行實現(xiàn)圖1所示方法的步驟。

關于車載單元，其包括有第二處理器和第二存儲器，而且，第二存儲器用于存儲第二程序指令，第二程序指令由第二處理器加載并執(zhí)行實現(xiàn)圖4所示方法的步驟。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何纂改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內。