基于合作机制的车辆拥塞检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于合作机制的车辆拥塞检测方法，该方法将车道边号加入传输消息用于计算车辆密度并判断是否保存位置，给出一种全面的距离计算方法，然后将检测错误抽象成干扰模型以求得准确的密度值，在合作检测时通过采用基于路径长短排序的分块方法将所有车辆的拥塞程度都综合考虑。该方法适用于所有道路的交通状况检测，对于车辆规模很大的场景也能很好检测。该方法的主要优势在于：不会考虑与检测车辆行驶方向不同的其他车辆，减少了误判情况的发生；利用去除干扰的方法可以获得准确的车辆密度值，拥塞判断准确性高；合作检测可以在不增加通信负载的情况下综合考虑所有车辆的拥塞情况，对拥塞队列有一个全面的了解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于智能交通领域。
技术介绍
现代社会，车辆数目在不断攀升，由此带来的交通问题也日益严重。在平常的交通 管理中，如果能够实时地知道各个路段的路况，交通现状，并可以实时地通知各个车辆，就 可以帮助驾驶者做出正确的判断，以避免交通拥塞乃至交通事故的发生。用于实现这种交 通监测技术的有效方法是智能交通系统，而基于车载自组网的智能交通则是一种没有地域 局限性的智能交通实现方法。 R. Bauza, J. Gozalvez 2〇13 年发表在第 36 期《Journal of Network and Computer Applications〉〉上的〈〈Traffic congestion detection in large-scale scenarios using vehicle-to-vehicle communications》中，提出了一个合作检测机制，首先进行车辆自身 的检测，然后是合作检测。自身检测部分用的是一个公式求密度，通过发送的beacon消息 来计算车辆的数目和距离。检测出车辆自身的拥塞后，因为无线网络的特性，检测结果可能 不准确，同时仅通过取所得车辆数目的60%来实现精确的过程，误差较大。检测完自身拥塞 后，仅仅通过广播信息进行车辆间的合作检测，并没有做出处理。 合作车辆拥塞检测（CoTEC)是一种新颖的在车载网中用于有效检测道路拥塞状 况的技术，该技术是基于V2V通信实现的。CoTEC使用密度和速度来判断道路的拥塞情况， 这个判断是通过beacon的传输来实现的，但是CoTEC中的beacon消息无法判断车辆来自 于哪个车道、哪条边，会造成误判。为了求得密度值，还需求出车辆之间的距离，而CoTEC中 并没有给出这一方法。用公式计算得到的车辆密度和实际通过仿真得到的车辆密度之间有 一定差距，而这种差距是由于突发性的误检测造成的，不对这种突发错误进行处理会造成 拥塞判断的不准确。 自身拥塞检测达到一定程度需要实行合作拥塞检测，CoTEC采用的方法只是将传 输CTE消息的车辆拥塞情况加以考虑，并没有考虑拥塞队列内的其余车辆，在车辆通信范 围较大的情况下，该距离内车辆的拥塞情况变化也可能较大，若只是考虑传输CTE的车辆， 对整个拥塞队列的整体拥塞情况的认识会有偏差。 基于以上介绍可知，为了获得精确的车辆拥塞程度且能够全面合作检测拥塞队列 所有车辆，必须采用一种求解正确车辆密度并且能够减少突发错误、拥塞队列所有车辆都 进行合作检测的精确、全面的拥塞检测方法。该方法可以在大规模交通仿真中获得精确的 密度求解值并利用该值判断车辆的准确拥塞状况，采用合作检测后可以在不增加通信负载 的前提下考虑所有车辆的拥塞情况，向靠近拥塞队列的车辆提供一个全面准确的拥塞信 息，帮助其做出正确的判断。目前在智能交通领域，尚没有一种基于合作机制的方案能够获 得准确车辆密度并且合作传输所有车辆的拥塞状况。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，该方 法分为车辆自身拥塞检测和车辆合作拥塞检测两个方面。在车辆自身拥塞检测方面主要分 为两个部分：周围车辆密度的估算；一种基于干扰模型的车辆密度优化过程。而在车辆合 作拥塞检测方面：一种基于路径长短排序的分块方法，将所有车辆的自身拥塞情况都进行 合作检测。在车载网拥塞控制中，求得更为准确的车辆密度以确定该车辆的拥塞程度，并且 在合作检测的过程中考虑所有车辆的拥塞情况，使得后方靠近拥塞的车辆获得一个准确全 面的拥塞状况。 本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案： 本专利技术提供一种，该方法分为车辆自身拥塞检 测和车辆合作拥塞检测两个方面； 首先，进行车辆自身拥塞检测，包括车辆密度的估算、基于干扰模型的车辆密度优 化，具体为： D通过公式ηλν/.来估算车辆密度，其中Density为车辆密度，N为检测 D X NL 车辆在其通信范围内检测到的车辆数目，D为在检测车辆前、后方分别检测到的最远车辆与 检测车辆之间的距离之和，NL为车辆行驶车道的边数目； 2)对估算得到的车辆密度进行优化：将影响车辆密度估算结果的突发性错误检 测过程抽象成一种干扰模型，通过图形拟合求解这个干扰模型，再根据得到的干扰分布状 况去除干扰； 其次，当车辆自身拥塞检测到的拥塞程度超过设定阈值时，基于路径长短排序的 分块方法进行车辆合作拥塞检测，具体为： A，根据车辆的通信范围给定一个分块距离值； B，根据路径长短将车辆按距离排序，在给定的分块距离值内的车辆形成一个分 块，且确定该分块内最前方的车辆为块头结点； C，每个分块内的其余车辆将自己的拥塞情况发送给块头节点，每个块头节点对接 收到的拥塞情况求取均值； D，每个分块的块头节点按照基于中位数的合作估计方法传输拥塞情况。 作为本专利技术的进一步优化方案，在检测车辆前、后方分别能检测到的最远车辆与 检测车辆之间的距离之和D的计算过程是，将仿真界面抽象成直角坐标系，通过计算检测 车辆与被检测车辆在X轴和y轴上的相对距离获得两车之间的实际距离。 作为本专利技术的进一步优化方案，通过图形拟合求解干扰模型后所得的干扰分布通 过极大似然估计法进行验证。 作为本专利技术的进一步优化方案，若通过图形拟合求解干扰模型后所得的干扰分布 是有规律的分布模型，则去除干扰的方法为中值滤波，否则为均值滤波。 作为本专利技术的进一步优化方案，车辆之间的通信采用消息形式，消息的内容包括： 发送车辆的地址、发送车辆的位置信息、发送车辆所在车边道号、发送车辆自身检测到的密 度值。 作为本专利技术的进一步优化方案，基于路径长短排序的分块通过最短路径算法来实 现。 作为本专利技术的进一步优化方案，给定的分块距离值，确保每个分块内最前方的车 辆以及至多10%的其余车辆在前一个分块内最前方的车辆的通信范围内。 本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，通过过滤行驶方向不符车辆，求解车 辆之间最远距离值以求得周围车辆密度，并通过干扰模型获得准确密度值；一旦密度符合 条件，通过分块传输的方式获得的车辆拥塞状况可以反应拥塞队列中车辆的真实拥塞状 况，并且可以全面反应拥塞队列的整体拥塞状况，而且不会造成额外的通信负载；具有以下 技术效果： 1)该方法定义车辆之间的通信消息为bealon消息，包含了车辆行驶车道的边号， 通过车辆的车边道号可以判断两辆车是否处于同一车道的同一行驶方向，避免误判的发 生；由此可以得到准确的检测车辆周围车辆数目，在求解距离时也去除了那些不符合要求 的车辆；同时包含了车辆的密度信息，车辆会不停地计算密度并将当前时刻的密度与前一 时刻密度求取平均值作为当前密度保存，密度的加入更方便车辆的合作检测； 2)该方法采用直角坐标系中计算两点之间距离的方法将仿真界面抽象成直角坐 标系，通过将行使方向分成四种情况考虑分别求得两辆车在X方向和y方向的差值求解车 辆之间的距离值；同时使用变量存放距离检测车辆最远的车辆的位置信息，有新的车辆时 进行比较，始终保证将最远车辆的位置信息保存在变量中，保证求解距离的实时性和准确 性； 3)该方法将密度误差抽象成干扰模型，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于合作机制的车辆拥塞检测方法，其特征在于，该方法分为车辆自身拥塞检测和车辆合作拥塞检测两个方面；首先，进行车辆自身拥塞检测，包括车辆密度的估算、基于干扰模型的车辆密度优化，具体为：1)通过公式来估算车辆密度，其中Density为车辆密度，N为检测车辆在其通信范围内检测到的车辆数目，D为在检测车辆前、后方分别检测到的最远车辆与检测车辆之间的距离之和，NL为车辆行驶车道的边数目；2)对估算得到的车辆密度进行优化：将影响车辆密度估算结果的突发性错误检测过程抽象成一种干扰模型，通过图形拟合求解这个干扰模型，再根据得到的干扰分布状况去除干扰；其次，当车辆自身拥塞检测到的拥塞程度超过设定阈值时，基于路径长短排序的分块方法进行车辆合作拥塞检测，具体为：A，根据车辆的通信范围给定一个分块距离值；B，根据路径长短将车辆按距离排序，在给定的分块距离值内的车辆形成一个分块，且确定该分块内最前方的车辆为块头结点；C，每个分块内的其余车辆将自己的拥塞情况发送给块头节点，每个块头节点对接收到的拥塞情况求取均值；D，每个分块的块头节点按照基于中位数的合作估计方法传输拥塞情况。

【技术特征摘要】
1. 基于合作机制的车辆拥塞检测方法，其特征在于，该方法分为车辆自身拥塞检测和 车辆合作拥塞检测两个方面； 首先，进行车辆自身拥塞检测，包括车辆密度的估算、基于干扰模型的车辆密度优化， 具体为：来估算车辆密度，其中Density为车辆密度，N为检测车辆 在其通信范围内检测到的车辆数目，D为在检测车辆前、后方分别检测到的最远车辆与检测 车辆之间的距离之和，NL为车辆行驶车道的边数目； 2)对估算得到的车辆密度进行优化：将影响车辆密度估算结果的突发性错误检测过 程抽象成一种干扰模型，通过图形拟合求解这个干扰模型，再根据得到的干扰分布状况去 除干扰； 其次，当车辆自身拥塞检测到的拥塞程度超过设定阈值时，基于路径长短排序的分块 方法进行车辆合作拥塞检测，具体为： A，根据车辆的通信范围给定一个分块距离值； B，根据路径长短将车辆按距离排序，在给定的分块距离值内的车辆形成一个分块，且 确定该分块内最前方的车辆为块头结点； C，每个分块内的其余车辆将自己的拥塞情况发送给块头节点，每个块头节点对接收到 的拥塞情况求取均值； D，每个分块的块头节点按照基于中位数的合作估计方法传输拥塞情况。2. 根据权利要求1所述的基于合作机制的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭国平，谭林风，曹磊，朱燕丹，李岳衡，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32