一种基于M2M的城市交通流车路协同控制方法技术

一种基于M2M的城市交通流车路协同控制方法，具体涉及一种通过人与车、车与车、车与路之间的无线通信和信息交互，实现对城市道路交通流智能化管理与协同控制的方法。该方法利用人与车、车与车、车与路、路与路之间的信息交互来获取城市道路交通流系统中人、车、路、环境等实时信息，并从城市路网全局、驾驶员出行特性等角度对路网交通流进行动态诱导、优化控制，以实现路网交通流的均衡分配和合理负载，提高路网交通流运行效率。本发明专利技术提出的一种基于M2M的城市交通流车路协同控制方法主要由车载装置OBM、路侧装置RSM、中央控制装置CCM等三部分组成。

【技术实现步骤摘要】
一种基于M2M的城市交通流车路协同控制方法
本专利技术涉及城市道路交通流管理与控制
，具体涉及一种通过人与车、车与车、车与路之间的无线通信和信息交互，实现对城市道路交通流智能化管理与协同控制的方法。技术背景近年来，随着我国社会经济的快速发展和城市化进程的不断加快，城市的社会、经济、文化、生活等活动日益频繁，城市机动车保有量持续快速增长，城市道路交通出行需求迅猛增长；与此同时，由于受城市土地资源、建设资金、产业政策等条件的制约和影响，城市道路的改、扩、新建速度远远不能满足城市道路交通出行需求的增长速度，且城市道路交通智能化应用现状、技术水平等相对落后的现实条件使得城市道路交通供给与道路交通出行需求之间的矛盾进一步扩大，城市道路交通拥挤、拥堵问题日益突出，已成为我国许多大中城市面临的主要社会问题；交通拥挤所衍生的交通事故、能源消耗、环境污染等问题大大影响了城市经济建设和社会发展的运行效率，成为制约城市可持续、快速、健康发展的关键因素。随着车联网技术在智能交通领域的深化研究和逐步推广应用，基于车与车、车与路之间的信息交互，构建城市交通流智能化管理系统已成为可能。它基于先进的传感器、无线通信等前沿科学技术，通过车与车、车与路之间的信息交互，完成全时空动态交通信息的采集、融合、分析、挖掘与处理，有效保障车辆在复杂环境下的行驶安全，实现对道路交通流的主动控制，通过均衡路网交通负荷，引导驾驶员避开交通拥挤走最佳行驶路线，有效缓解城市道路交通拥挤、拥堵，对提高城市道路交通系统的安全性、运行效率等具有十分重要的作用和意义。
技术实现思路
M2M(Machine-to-Machine，机器对机器)提供了实时数据在人机之间、设备之间、系统之间建立无线连接的手段，综合了数据采集、数据通信、信息处理、远程监控等技术手段，通过人、车、路之间的智能化、交互式无缝连接，能够实现人与车、车与车、车与路、路与路之间的信息交互、智能管理、优化控制、协同工作。因此，本专利技术提出了一种基于M2M的城市交通流车路协同控制方法，该方法充分利用人与车、车与车、车与路、路与路之间的信息交互来获取城市道路交通流系统中人、车、路、环境等实时信息，并从城市路网全局、驾驶员出行特性等角度对路网交通流进行动态诱导、优化控制，以实现路网交通流的均衡分配和合理负载，提高路网交通流运行效率。本专利技术提出的一种基于M2M的城市交通流车路协同控制方法主要由车载装置(OnBoardMachine，OBM)、路侧装置(RoadSideMachine，RSM)、中央控制装置(CenterControlMachine，CCM)等三部分组成，如图1所示。其中，车载装置OBM安装在驾驶舱仪表盘位置，主要由人机交互、车辆状态感知、位置服务、车车通信、车路通信、信息存储等功能单元组成，具体如图2所示；路侧装置RSM分为主路侧装置Master-RSM和从路侧装置Slave-RSM。主路侧装置Master-RSM安装在关键交叉口位置，从路侧装置Slave-RSM安装在交叉口上游、次要交叉口以及与Master-RSM联调的交叉口(即与关键交叉口距离较近的交叉口)等位置，主路侧装置Master-RSM和从路侧装置Slave-RSM均由车路通信、路路通信、信息存储、信息处理、信息发布等功能单元组成，另外主路侧装置Master-RSM还具有中心通信、协同控制两个功能单元，具体如图3、图4、图5所示；中央控制装置CCM安装在城市交通信息中心或城市交通指挥中心，主要由数据监测、数据共享、数据服务、协同控制、决策支持等功能单元组成，具体如图6所示。本专利技术提出的一种基于M2M的城市交通流车路协同控制方法，其特征主要包括以下步骤：1)车载装置OBM车载装置OBM是安装在车辆驾驶舱仪表盘位置的集成电子装置，由人机交互、车辆状态感知、位置服务、车车通信、车路通信、信息存储等功能单元组成。其中：(1)人机交互单元人机交互单元主要用于获取驾驶员的指令、查询等信息，记录并学习驾驶员的驾驶行为特性和行为习惯，并通过语音、图像、文字等方式向驾驶员提供实时的道路交通信息、预警信息、路径信息、引导信息等，实现人机之间的无缝衔接和信息交互；(2)车辆状态感知单元车辆状态感知单位通过车辆诊断系统(On-BoardDiagnostic，OBD)接口与车辆区域网络控制器(ControllerAreaNetwork，CAN)总线连接，基于.DBC格式文件解析车辆各电子控制单元(ElectronicControlUnit，ECU)在CAN总线传输的信号并实时提取车辆的运动状态、故障状态、油耗状态等信息，实现对车辆状态的实时感知；(3)位置服务单元位置服务单位通过嵌入在其中的卫星定位芯片(GPS或北斗等)，获取车辆的经度、纬度、时间、瞬时速度、方向角等信息，并在地理信息系统(GeographicInformationSystem，GIS)中进行地图匹配，实时获取车辆位置、运动轨迹、路段行程时间、路段行程速度等信息；(4)车车通信单元车车通信单位通过嵌入在其中的测距传感器和无线通信模块，获取同向道路上前车、后车、两侧车辆的相对距离、相对位移、相对速度、相对转向角等，分析车辆可能存在的潜在危险，提前做出预警和驾驶操纵建议。同时，获取对向道路上存储在途径车辆上一定时间范围内的道路交通状态信息；(5)车路通信单元车路通信单元通过专用短程通信模块，向路侧装置RSM提供车辆的类型、长度、速度、综合排放等信息，并接收路侧装置RSM提供的前方交通信号控制、动态路径诱导、交通管制(限行、禁行等)、交通路况等信息；(6)信息存储单元信息存储单元是一个嵌入式小型关系型数据库系统，并与GIS绑定，用于存储车辆属性、车辆位置、运动状态、故障状态、运动轨迹以及途径的道路交通状态信息等。2)路侧装置RSM路侧装置RSM是安装在道路交叉口或交叉口上游的集成化、智能化控制装置，分为主路侧装置Master-RSM和从路侧装置Slave-RSM，主路侧装置Master-RSM安装在关键交叉口位置，从路侧装置Slave-RSM安装在交叉口上游、次要交叉口、联动协调交叉口(即与关键交叉口距离较近的交叉口)等位置。主路侧装置Master-RSM和从路侧装置Slave-RSM均由车路通信、路路通信、信息存储、信息处理、信息发布等功能单元组成，同时，主路侧装置Master-RSM还具有中心通信、协同控制两个功能单元。其中：(1)车路通信单元路侧装置RSM的车路通信单元负责与车载装置OBM中的车路通信单元建立通信，获取OBM车路通信单元提供的车辆类型、长度、速度、综合排放等信息，并向OBM提供车辆通行前方交通信号控制、动态路径诱导、交通管制(限行、禁行等)、交通路况等信息；(2)路路通信单元路路通信单元主要用于与相邻的路侧装置RSM进行交通流量、交通信号、交通诱导、交通状态等信息的交换，为RSM之间的协调控制提供信息共享；(3)信息处理单元路侧装置RSM的信息处理单元主要负责对采集到的车辆运动状态、交通排放、交通状态等信息进行统计、分析和处理，并对错误或缺失数据进行修复；(4)信息存储单元路侧装置RSM中的信息存储单元是一个中型数据库系统，用于存储路侧装置RSM影响范围内路网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于M2M的城市交通流车路协同控制方法，主要由车载装置OBM、路侧装置RSM、中央控制装置CCM等三部分组成。其中，车载装置OBM由人机交互、车辆状态感知、位置服务、车车通信、车路通信、信息存储等功能单元组成；路侧装置RSM分为主路侧装置Master‑RSM和从路侧装置Slave‑RSM，主路侧装置Master‑RSM和从路侧装置Slave‑RSM均由车路通信、路路通信、信息存储、信息处理、信息发布等功能单元组成，另外主路侧装置Master‑RSM还具有中心通信、协同控制两个功能单元；中央控制装置CCM安装在城市交通信息中心或城市交通指挥中心，主要由数据监测、数据共享、数据服务、协同控制、决策支持等功能单元组成。其特征包括以下步骤：1)车载装置OBM：车载装置OBM是安装在车辆驾驶舱仪表盘位置的集成电子装置，由人机交互、车辆状态感知、位置服务、车车通信、车路通信、信息存储等功能单元组成。车载装置OBM在城市交通流车路协同控制中主要承担三个方面的功能：一是作为交通信息采集设备，获取车辆自身状态信息和道路交通状态信息；二是作为车辆安全预警设备，通过分析车辆自身以及相邻车辆的运动状态，评估车辆可能存在的潜在风险，提前进行预警、警示和建议等；三是作为智能终端设备接收并显示交通状态、交通控制、交通诱导、交通管制等信息，通过图文、语音播报等方式引导驾驶员避开拥挤走最佳行驶路线；2)路侧装置RSM：路侧装置RSM是安装在道路交叉口或交叉口上游的集成化、智能化控制装置，分为主路侧装置Master‑RSM和从路侧装置Slave‑RSM，主路侧装置Master‑RSM安装在关键交叉口位置，从路侧装置Slave‑RSM安装在交叉口上游、次要交叉口、联动协调交叉口(即与关键交叉口距离较近的交叉口)等位置。主路侧装置Master‑RSM和从路侧装置Slave‑RSM均由车路通信、路路通信、信息存储、信息处理、信息发布等功能单元组成，同时，主路侧装置Master‑RSM还具有中心通信、协同控制两个功能单元。路侧装置RSM在城市交通流车路协同控制中主要承担三个方面的功能：一是作为交通信息获取与发布装备，获取经过RSM所在道路截面的车辆运动状态信息以及CCM提供的RSM所辖一定路网范围内的道路交通信息，并将RSM所辖一定范围内路网的交通信息发布给经过RSM所在道路截面的车辆；二是作为交通信息处理与状态评估装备，对获取的车辆运动状态信息以及CCM提供的道路交通信息进行分析、处理，并对RSM所辖一定路网范围内的道路交通流运行状态及其发展态势进行评估；三是作为道路交通流协同控制装备，基于RSM所辖一定路网范围内的道路交通流运行状态信息，对所辖一定路网范围内的交通流进行协同控制；3)中央控制装置CCM：中央控制装置CCM是安装在城市交通信息中心或城市交通指挥中心的集群智能交通管理中心平台，主要由数据监测、数据共享、数据服务、协同控制、决策支持等功能单元组成。中央控制装置CCM在城市交通流车路协同控制中主要承担四个方面的功能：一是通过对城市全路网道路、交通、环境等数据的采集，基于交通大数据分析与处理平台，对城市路网内的道路、交通、环境等信息进行集成分析与监测；二是通过对城市全路网动静态道路、交通、环境等信息以及历史信息的集成存储，基于共用信息平台和开放服务平台，实现交通信息在多部门之间的共享以及不同类型的交通信息增值服务；三是通过对城市全路网道路交通流运行状态的判别与预测，进行区域交通信号协调控制策略、区域边界交通信号协调控制策略以及动态交通诱导策略的全局化制定，实现交通信号控制与动态交通诱导的协同；四是针对突发交通事件或大型社会经济活动，对不同环境下、不同道路交通流条件下的交通组织策略进行预案仿真分析，提供最佳交通组织保障方案。...

【技术特征摘要】
1.一种基于M2M的城市交通流车路协同控制装置，由车载装置OBM、路侧装置RSM、中央控制装置CCM三部分组成；其中，车载装置OBM由人机交互单元、车辆状态感知单元、位置服务单元、车车通信单元、车路通信单元、信息存储单元组成；路侧装置RSM分为主路侧装置Master-RSM和从路侧装置Slave-RSM，主路侧装置Master-RSM和从路侧装置Slave-RSM均由车路通信单元、路路通信单元、信息存储单元、信息处理单元、信息发布单元组成，另外主路侧装置Master-RSM还具有中心通信、协同控制两个功能单元；中央控制装置CCM安装在城市交通信息中心或城市交通指挥中心，由数据监测单元、数据共享单元、数据服务单元、协同控制单元、决策支持单元组成；其特征在于：1)车载装置OBM：车载装置OBM是安装在车辆驾驶舱仪表盘位置的集成电子装置，由人机交互单元、车辆状态感知单元、位置服务单元、车车通信单元、车路通信单元、信息存储单元组成；车载装置OBM在城市交通流车路协同控制中主要承担三个方面的功能：一是作为交通信息采集设备，获取车辆自身状态信息和道路交通状态信息；二是作为车辆安全预警设备，通过分析车辆自身以及相邻车辆的运动状态，评估车辆可能存在的潜在风险，提前进行预警、警示和建议；三是作为智能终端设备接收并显示交通状态信息、交通控制信息、交通诱导信息、交通管制信息，通过图文和语音播报的方式引导驾驶员避开拥挤走最佳行驶路线；2)路侧装置RSM：路侧装置RSM是安装在道路交叉口或交叉口上游的集成化、智能化控制装置，分为主路侧装置Master-RSM和从路侧装置Slave-RSM，主路侧装置Master-RSM安装在关键交叉口位置，从路侧装置Slave-RSM安装在交叉口上游、次要交叉口、联动协调交叉口；主路侧装置Master-RSM和从路侧装置Slave-RSM均由车路通信单元、路路通信单元、信息存储单元、信息处理单元、信息发布单元组成，同时，主路侧装置Master-RSM还具有中心通信、协同控制两个功能单元；路侧装置RSM在城市交通流车路协同控制中主要承担三个方面的功能：一是作为交通信息获取与发布装备，获取经过RSM所在道路截面的车辆运动状态信息以及CCM提供的RSM所辖路网范围内的道路交通信息，并将RSM所辖范围内路网的交通信息发布给经过RSM所在道路截面的车辆；二是作为交通信息处理与状态评估装备，对获取的车辆运动状态信息以及CCM提供的道路交通信息进行分析、处理，并对RSM所辖路网范围内的道路交通流运行状态及其发展态势进行评估；三是作为道路交通流协同控制装备，基于RSM所辖路网范围内的道路交通流运行状态信息，对所辖路网范围内的交通流进行协同控制；3)中央控制装置CCM：中央控制装置CCM是安装在城市交通信息中心或城市交通指挥中心的集群智能交通管理中心平台，由数据监测单元、数据共享单元、数据服务单元、协同控制单元、决策支持单元组成；中央控制装置CCM在城市交通流车路协同控制中主要承担四个方面的功能：一是通过对城市全路网道路数据、交通数据、环境数据的采集，基于交通大数据分析与处理平台，对城市路网内的道路信息、交通信息、环境信息进行集成分析与监测；二是通过对城市全路网动静态道路信息、交通信息、环境信息以及历史信息的集成存储，基于共用信息平台和开放服务平台，实现交通信息在多部门之间的共享以及不同类型的交通信息增值服务；三是通过对城市全路网道路交通流运行状态的判别与预测，进行区域交通信号协调控制策略、区域边界交通信号协调控制策略以及动态交通诱导策略的全局化制定，实现交通信号控制与动态交通诱导的协同；四是针对突发交通事件或大型社会经济活动，对不同环境下、不同道路交通流条件下的交通组织策略进行预案仿真分析，提供最佳交通组织保障方案。2.根据权利要求1所述的一种基于M2M的城市交通流车路协同控制装置，其特征在于：OBM中的人机交互单元用于获取驾驶员的指令信息和查询信息，记录并学习驾驶员的驾驶行为特性和行为习惯，通过图形、文字和语音的方式向驾驶员提供实时的道路交通信息、预警信息、路径信息、引导信息，实现人机之间的无缝衔接和信息交互；具体实现过程如下：Step1：驾驶员通过耳麦或触摸屏向人机交互单元输入指令或查询信息INFO_in；Step2：人机交互单元将INFO_in转化成OBM可识别的机器代码Mcode，根据驾驶员的要求，人机交互单元为驾驶员提供“3+1”条满足基本要求的初始信息INFO_init，其中“3”为3条是不同权重侧重的信息，“1”为1条是接近满足驾驶员出行路径偏好的信息；并将信息转化成图形、文字和语音形式的信息INFO_fd，向驾驶员进行播报；Step3：在驾驶过程中，人机交互单元获取车辆经过道路的交通状态TCstatus，道路等级TCroad，路段行程时间TCtime，路段距离TClength，油耗TCcost，交通网络认知度TCnet，以及驾驶员目的地类型DESTtype，统称为驾驶员所处的情境状态；构建DRper＝f(TCstatus,TCroad,TCtime,TClength,TCcost,TCnet,DESTtype)之间的函数关系，DRper为驾驶员的出行路径偏好；学习驾驶员的出行路径偏好与驾驶员所处的情景状态之间的关系，提取驾驶员的出行路径偏好-情境状态之间的关联规则Step4：人机交互单元在为驾驶员提供最优路径或查询信息时，根据驾驶员所处情境状态的不断变化，结合驾驶员的出行路径偏好-情境状态关联规则K，对Step2中提供“1”条信息进行不断修正，并将信息转化成图形、文字和语音形式的信息INFO_out，通过信息辅助INFO_aid进行语音提示和引导，在满足驾驶员出行路径偏好的同时，走最佳行驶路径；Step5：针对驾驶员在驾驶过程出行路径选择是否与人机交互单元提供的INFO_out一致，如果不一致，记录驾驶员所处的情境状态与驾驶员的出行路径选择，更新出行路径偏好-情境状态关联规则Step6：在驾驶过程中，人机交互单元还负责OBM其他功能单元在驾驶过程中产生的预警信息、提示信息和引导信息的发布，将这些信息转化成图形、文字和语音的形式提供给驾驶员。3.根据权利要求1所述的一种基于M2M的城市交通流车路协同控制装置，其特征在于：OBM中的车辆状态感知单位通过OBD接口与CAN总线连接，对ECU在CAN总线之间传输的消息和信号进行解析，实时提取车辆状态信息，具体实现过程如下：Step1：基于.DBC格式数据文件，解析车身控制中CAN总线控制发动机模块的实时数据，提取车辆的转速数据VEHr、油量数据VEHo、油温数据VEHt；Step2：基于.DBC格式数据文件，解析车身控制中CAN总线控制变速箱模块的实时数据，提取车辆的速度数据VEHv、里程数据VEHl、加/减速度数据VEHa、车辆运动状态数据VEHs；Step3：基于.DBC格式数据文件，解析车身控制中各ECU之间的故障码，提取车辆故障类型信息VEHft、故障位置信息VEHfl、故障信息VEHfi；Step4：构建车辆综合排放VEHemission与车辆的转速VEHr、油量VEHo、油温VEHt、速度VEHv、里程VEHl、加/减速度VEHa、车辆运动状态VEHs之间的函数关系VEHemission＝f(VEHr,VEHo,VEHt,VEHv,VEHl,VEHa,VEHs)；Step5：将获取得到的VEHr、VEHo、VEHt、VEHv、VEHl、VEHa、VEHs、VEHemission、VEHft、VEHfl、VEHfi发送到信息存储单元，基于时间序列进行存储；Step6：将车辆的车辆故障类型信息VEHft、故障位置信息VEHfl、故障信息VEHfi分别发送到人机交互单元和车路通信单元；由人机交互单元通过图形、文字和语音的方式告知驾驶员车辆发生故障。4.根据权利要求1所述的一种基于M2M的城市交通流车路协同控制装置，其特征在于：OBM中的车车通信单元通过嵌入在其中的测距传感器和无线通信模块，获取同向道路和对向道路的车辆运动状态信息和道路交通状态信息，根据车辆自身的状态，为驾驶员提供预警信息和操纵建议信息，具体实现过程如下：Step1：通过测距传感器获取与同向相邻车辆之间的相对距离VEH0,i(T,S)；Step2：通过无线通信模块与同向相邻车辆之间实现信息交互，计算相邻车辆之间的相对速度VEH0,i(T,V)，相对转向角Step3：如果车车通信单元通过人机交互单元向驾驶员发出建议降低车速的安全预警信息；如果车车通信单元通过人机交互单元向驾驶员发出预警信息，并建议调整驾驶方向，避免碰撞事故发生；如果与相邻车辆均存在的情况，车车通信单元触发一条高优先级别的请求信息，通过相邻车辆的人机交互单元，请求相邻车辆的前方车辆加速离开或后方车辆降低速度的请求，以避免发生连撞事故；Step4：每辆车的车车通信单元中包含三个信息模块，分别为INFOup，INFOdw，INFOhis；INFOup存储的是车辆行驶方向的途经道路交通信息，INFOdw存储的是车辆行驶方向的途经对向道路交通信息，INFOhis...

【专利技术属性】
技术研发人员：林赐云，龚勃文，
申请(专利权)人：吉林大学，林赐云，
类型：发明
国别省市：吉林;22