基于V2X技术的隧道交通信息动态显示方法及智能交通标志与流程

基于v2x技术的隧道交通信息动态显示方法及智能交通标志
技术领域
1.本技术涉及智慧交通技术领域，特别涉及一种基于v2x技术的隧道交通信息动态显示方法及智能交通标志。


背景技术：

2.在我国的一些山区，存在一些交通条件比较复杂的典型中长隧道区域，这些中长隧道区域存在光线暗和“黑白洞效应”严重等特征，一些商用卡车等大型车辆在这些中长隧道区域行驶时视距严重不足。同时，商用卡车本身又存在载货多、惯性大等特征，在进入隧道区域行驶前，对隧道区域信息比较“陌生”，不能及时调整车辆状态(速度)，容易导致车辆在进入隧道后发生碰撞。通过分析某地区公路隧道区域2001
‑
2017年发生的事故，发现事故发生率与运输量存在正比关系，可见一些商用卡车等大型车辆进入隧道区域时给隧道区域交通安全管理带来了极大的挑战。
3.目前，大部分隧道区域仅仅依靠传统智能交通标志进行管理，智能交通标志牌是利用图形、颜色、符号对交通进行指示、管理和控制的一种交通管理设施，然而由于智能交通标志的静态局限性，驾驶员不能及时获取隧道区域内的交通管理信息，在进入隧道时不能及时调整车辆的速度。尤其是商用卡车，由于其载货多、惯性大，调整行驶速度的时间较长，易导致交通事故，严重影响了隧道区域内的通行效率和安全。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明实施例提供一种基于v2x技术的隧道交通信息动态显示方法及智能交通标志。本发明实施例以v2x技术为手段，通过obu和rsu，同时利用pc5接口引入mec技术；实现在隧道区域外实时显示隧道区域内的交通量、速度等信息；准备进入隧道区域的商用车辆，能够及时获取隧道区域内交通信息，在进入隧道之前完成减速过程，调整自身行驶状态，以诱导速度匀速驶入隧道区域内，避免商用卡车由于惯性大，在进入隧道区域后不能及时减速而发生交通事故，进而使其能够与隧道区域内的商用车辆进行有效协同行驶，快速、高效、安全的通过隧道区域。
5.本发明实施例采用以下技术方案：
6.一种基于v2x技术的隧道交通信息动态显示方法，包括以下步骤：
7.(1)信息采集：基于v2x技术和mec技术，通过obu采集隧道内部的商用车辆的状态信息，并将所述状态信息传输至rsu，rsu将所述状态信息传输至mec服务器；所述状态信息包括采集隧道内部的商用车辆的数量、行驶速度和位置信息；
8.(2)信息处理：通过mec服务器对从rsu传输过来的所述状态信息进行汇总和分类，生成隧道区域商用车辆实时通行信息；所述隧道区域商用车辆实时通行信息包括所述状态信息和引导商用车辆在隧道内与其他商用车辆协同行驶的诱导速度；
9.(3)信息发布：通过mec服务器将所述隧道区域商用车辆实时通行信息分别传输至智能交通标志和obu，以使即将进入隧道的商用车辆通过智能交通标志获取隧道内的交通
状况，隧道内行驶的商用车辆通过obu获取隧道内的交通状况。
10.本发明实施例的进一步说明，所述mec服务器通过pc5接口与rsu单元连接；所述mec服务器与智能交通标志进行无线通讯；所述rsu和obu进行无线通信。
11.本发明实施例的进一步说明，通过mec服务器对从rsu传输过来的所述状态信息进行汇总和分类，生成隧道区域商用车辆实时通行信息，包括：
12.在所述mec服务器接收到rsu传输的状态信息时，将接收到的状态信息发送至upf，以通过ulcl引流对所述状态信息进行解析和规则适配，生成隧道区域商用车辆实时通行信息，mec服务器与upf通过mp2进行状态信息传输；
13.所述对状态信息进行解析和规则适配的方法如下：
14.1)获取在隧道区域内布置的mec服务器的个数
[0015][0016]
其中，n
mec
为mec服务器的个数，d
blind
为预警区域长度，r
c
为mec服务器的通讯范围，[x]为取整函数；
[0017]
2)mec服务器对隧道内的车辆进行筛选，采集同向车辆的所述状态信息生成所述隧道区域商用车辆实时通行信息；其筛选的标准为计算相邻两个时间点的同一车辆的位置经纬度的矢量，得到同一车辆的位置变化信息，以根据各所述车辆的位置变化信息筛选同向车辆。
[0018]
本发明实施例的进一步说明，所述mec服务器对状态信息处理时，采用排队模型和0
‑
1规划降低状态信息的处理时延；
[0019]
所述mec服务器降低信息处理时延的方法如下：
[0020]
1)所述时延包括所述状态信息的信息源到mec服务器传输的时延、所述状态信息在mec服务器中等待处理的时延和mec服务器对所述状态信息进行处理的时延；
[0021]
2)所述状态信息的信息源到mec服务器传输的时延为
[0022][0023]
其中，q
ij
为第i个mec服务器接收j车辆的状态信息大小，v
ij
为第i个mec服务器到j车辆之间的传输速率；
[0024]
3)所述状态信息在mec服务器中等待处理的时延采用m/m/i/j/∞的排队模型来计算；其中，μ和λ为参数；i为服务器的个数；j为一个时间点内mec服务器中的最大可容纳信息数；
[0025]
服务强度为
[0026][0027]
mec服务器无状态信息需要处理的概率为
[0028][0029]
mec服务器内出现同时处理j个状态信息的概率为
[0030][0031]
在mec服务器中，待处理的状态信息排队长度为
[0032][0033]
在mec服务器汇总的排队延误为
[0034][0035]
4)所述mec服务器对状态信息进行处理的时延为
[0036][0037]
总时延为
[0038][0039]
5)将给各车辆j的状态信息处理分配给第i个mec服务器的问题转化为0
‑
1规划问题，以根据规划结果为所述mec服务器分配对应的所述状态信息：
[0040][0041][0042][0043][0044]
s4：x
ijt
∈{0,1}
[0045]
其中，其中，x
ijt
为t时间内imec服务器到j车辆的分配决策变量，r
ij
为imec处理j车辆数据的速率，d
ijt
为t时间内imec处理j车辆的总延误，v
i
为隧道环境下mec服务器累计可用通信资源；r
i
为mec服务器累计可用计算资源；i＝{1,2，...，i}分别表示不同位置的mec
服务器。
[0046]
本发明实施例还提供了一种智能交通标志，应用于上述基于v2x技术的隧道交通信息动态显示方法中，主要包括信息接收模块、信息读取模块、led驱动模块和显示模块；所述信息接收模块的输出端口与信息读取模块连接，输入端口接收mec服务器传输过来的状态信息；所述信息读取模块包括stm32单片机和字库芯片；所述stm32单片机设置有uart接口、spi接口ⅰ和spi接口ⅱ；所述uart接口的输入端口与信息接收模块连接，输出端口与spi接口ⅰ的输入端口连接；所述字库芯片通过spi接口ⅰ与stm32单片机相互传输状态信息；所述spi接口ⅰ的输出端口与spi接口ⅱ的输入端口连接，spi接口ⅱ的输出端与led驱动模块连接；所述led驱动模块包括cpld(complex programming logic device)和flash存储器；所述cpld设置有spi接口ⅲ、flash控制器、led驱动单元和gpio接口；所述spi接口ⅲ的输入端与spi接口ⅱ连接，输出端与flash控制器的输入端连接；所述flash存储器通过flash控制器进行状态信息的读取和写入；所述flash控制器的输出端与led驱动单元的输入端连接，所述led驱动单元的输出端与gpio接口的输入端连接，所述gpio接口的输出端与显示模块连接。
[0047]
优选的，所述信息接收模块采用esp8266无线信息接收模块。
[0048]
优选的，所述显示模块采用led显示屏。
[0049]
本发明实施例的优点：
[0050]
1.本发明实施例以v2x技术为手段，通过obu和rsu，引入mec技术，实现感应隧区域内速度、交通量等信息。
[0051]
2.本发明实施例通过结合通信技术和电子信息技术，设置了智能交通标志，实现在隧道区域外实时显示隧道区域内的交通量、速度等信息。
[0052]
3.本发明实施例通过改进智能交通标志使进入隧道区域的车辆，能够及时获取隧道区域内交通信息，以诱导速度匀速驶入隧道区域内，避免商用卡车由于惯性大，在进入隧道区域后不能及时减速而发生交通事故，调整自身车辆状态，进而使其能够与隧道区域内的车辆进行有效协同行驶，快速、高效、安全的通过隧道区域。
[0053]
4.本发明实施例通过upf分流，同时引入ulcl引流方式，构建“mec服务器 upf”边缘架构，缓解终端或路侧智能设施的计算与存储压力，保证信息传输的实时性和准确性。
[0054]
5.本发明实施例采用排队模型和0
‑
1规划降低时延，保证隧道区域与智能交通标志实时交互，使mec服务器处理隧道内外的交通信息的时延达到最优。
附图说明
[0055]
下面结合附图和实施例对本技术进一步地说明。
[0056]
图1是本发明实施例提供的一种基于v2x技术的隧道交通信息动态显示方法的应用环境示意图。
[0057]
图2是本发明实施例的智能交通标志的结构框架示意图。
具体实施方式
[0058]
下面结合具体实施例和附图对本发明实施例进一步说明。
[0059]
为使本技术方案更容易被理解，下述对本技术中涉及的部分概念做出解释：
[0060]
v2x(vehicle to everything)技术：车联网技术，即车与万物互联，主要是指借助新一代信息通信技术将车与一切事物相连接，从而实现车辆与车辆(vehicle to vehicle)、车辆与路侧基础设施(vehicle to infrastructure)、车辆与行人等弱势交通参与者(vehicle to pedestrian)、车辆与云服务平台(vehicle to network)的全方位连接和信息交互。
[0061]
rsu(road side unit)：直译就是路侧单元的意思，安装在路侧，采用dsrc(dedicated short range communication)技术，与车载单元(obu，on board unit)进行通讯，实现车辆身份识别。
[0062]
mec(mobile edge computing)技术：移动边缘计算技术，包括了用户状态信息平面功能以及边缘计算平台功能；mec服务器可以看作是一个运行在移动网络边缘的、运行特定任务的云服务器。
[0063]
upf(user port function)：用户端口功能，将特定的uni要求适配到核心功能和系统管理功能。用户端口功能主要有：a/d转换；信令转换；uni功能的终接；uni的激活/去激活；uni载荷通路/承载能力的处理；uni的测试、维护、管理、控制功能。
[0064]
ulcl(uplink classifier)：上行分类器，可以基于目的地址进行本地分流ul
‑
cl的机制。根据边缘计算业务需求，当ue移动到某个位置时smf插入本地的upf进行分流，upf根据smf下发的分流规则过滤上行状态信息包ip地址，将符合规则的状态信息包分流到本地dn。
[0065]
如图1所示，是本发明实施例提供的一种基于v2x技术的隧道交通信息动态显示方法的应用环境示意图，其中，obu用于基于v2x技术和mec技术采集隧道内部的商用车辆的状态信息。rsu用于将所述状态信息传输至mec服务器。mec服务器用于对从rsu传输过来的所述状态信息进行汇总和分类，生成隧道区域商用车辆实时通行信息后，将将所述隧道区域商用车辆实时通行信息分别传输至智能交通标志和obu。智能交通标志和obu用于展示隧道区域商用车辆实时通行信息。
[0066]
下面，将通过几个具体的实施例对本技术实施例提供的基于v2x技术的隧道交通信息动态显示方法进行详细介绍和说明。
[0067]
实施例1：
[0068]
一种基于v2x技术的隧道交通信息动态显示方法，包括以下步骤：
[0069]
(1)信息采集：基于v2x技术和mec技术，通过obu采集隧道内部的商用车辆的状态信息，并将所述状态信息传输至rsu，rsu将所述状态信息传输至mec服务器；所述状态信息包括采集隧道内部的商用车辆的数量、行驶速度和位置信息。
[0070]
(2)信息处理：通过mec服务器对从rsu传输过来的所述状态信息进行汇总和分类，生成隧道区域商用车辆实时通行信息；所述隧道区域商用车辆实时通行信息包括所述状态信息和引导商用车辆在隧道内与其他商用车辆协同行驶的诱导速度。
[0071]
其中，诱导速度可由状态信息从预设的映射表中进行匹配到后得到，映射表中预设有状态信息与诱导速度的对应关系，可根据实际需求进行预先设置。
[0072]
(3)信息发布：通过mec服务器将所述隧道区域商用车辆实时通行信息分别传输至智能交通标志和obu，以使即将进入隧道的商用车辆通过智能交通标志获取隧道内的交通状况，隧道内行驶的商用车辆通过obu获取隧道内的交通状况。
[0073]
通过mec服务器将所述隧道区域商用车辆实时通行信息传输至智能交通标志，从而使即将进入隧道的商用车辆可通过智能交通标志获取隧道内的交通状况，进而使即将进入隧道的商用车辆能够根据获取到的交通状况调整自身行驶状态，完成减速—匀速行驶的过程，与隧道区域内行驶的商用车辆进行协同行驶。同时，通过mec服务器将所述隧道区域商用车辆实时通行信息传输至obu，从而使隧道内行驶的商用车辆通过obu获取隧道内的交通状况，进而使隧道内行驶的商用车辆能够根据获取到的交通状况实时调整自身行驶状态，在隧道内以诱导速度与其他商用车辆协同行驶。
[0074]
实施例2：
[0075]
该实施例与实施例1的不同之处在于：所述mec服务器通过pc5接口与rsu单元连接；所述mec服务器与智能交通标志进行无线通讯；所述rsu和obu进行无线通信。
[0076]
实施例3：
[0077]
该实施例与实施例2的不同之处在于：所述mec服务器与rsu传输状态信息时，引入upf，并采用ulcl引流方式对状态信息进行解析和规则适配，生成隧道区域商用车辆实时通行信息，mec服务器与upf通过mp2进行状态信息传输。
[0078]
所述对状态信息进行解析和规则适配的方法如下：
[0079]
1)需要在隧道区域内布置的mec服务器的个数
[0080][0081]
其中，n
mec
为mec服务器的个数，d
blind
为预警区域长度，r
c
为mec服务器的通讯范围，[x]为取整函数；
[0082]
2)mec服务器对隧道内的车辆进行筛选，采集同向车辆的所述状态信息生成所述隧道区域商用车辆实时通行信息；其筛选的标准为计算相邻两个时间点的同一车辆的位置经纬度的矢量，得到同一车辆的位置变化信息，以根据各所述车辆的位置变化信息筛选同向车辆，然后将同向车辆的状态信息，和根据同向车辆的状态信息从预设的映射表中匹配到的诱导速度，作为隧道区域商用车辆实时通行信息。
[0083]
示例性的，根据各所述车辆的位置变化信息筛选同向车辆，即将在相邻两个时间点，矢量的方向相同的所有车辆标记为同向车辆。
[0084]
实施例4：
[0085]
该实施例与实施例3的不同之处在于：所述mec服务器对状态信息处理时，采用排队模型和0
‑
1规划降低信息处理时延；所述mec服务器降低信息处理时延的方法如下：
[0086]
1)所述信息处理时延包括信息源到mec服务器传输的时延、信息在mec服务器中等待处理的时延和mec服务器对信息进行处理的时延。
[0087]
2)所述信息源到mec服务器传输的时延为
[0088][0089]
其中，q
ij
为第i个mec服务器接收j车辆的状态信息大小，v
ij
为第i个mec服务器到j车辆之间的传输速率；
[0090]
3)所述信息在mec服务器中等待处理的时延采用m/m/i/j/∞的排队模型来计算；
其中，μ和λ为参数；i为服务器的个数；j为一个时间点内mec服务器中的最大可容纳信息数。
[0091]
服务强度为
[0092][0093]
mec服务器无状态信息需要处理的概率为
[0094][0095]
mec服务器内出现同时处理j个状态信息的概率为
[0096][0097]
在mec服务器中，待处理的状态信息排队长度为
[0098][0099]
在mec服务器汇总的排队延误为
[0100][0101]
4)所述mec服务器对信息进行处理的时延为
[0102][0103]
总时延为
[0104][0105]
5)将给各车辆j的信息处理分配给第i个mec服务器的问题转化为0
‑
1规划问题，以根据规划结果为所述mec服务器分配对应的所述状态信息，即
[0106][0107][0108]
[0109][0110]
s4：x
ijt
∈{0,1}
[0111]
其中，x
ijt
为t时间内imec服务器到j车辆的分配决策变量，r
ij
为imec处理j车辆数据的速率，d
ijt
为t时间内imec处理j车辆的总延误，v
i
为隧道环境下mec服务器累计可用通信资源；r
i
为mec服务器累计可用计算资源；i＝{1,2，...，i}分别表示不同位置的mec服务器。
[0112]
实施例5：
[0113]
在一实施例中，如图2所示，上述各实施例中的智能交通标志包括信息接收模块、信息读取模块、led驱动模块和显示模块；所述信息接收模块的输出端口与信息读取模块连接，输入端口接收mec服务器传输过来的状态信息；所述信息读取模块包括stm32单片机和字库芯片；所述stm32单片机设置有uart接口、spi接口ⅰ和spi接口ⅱ；所述uart接口的输入端口与信息接收模块连接，输出端口与spi接口ⅰ的输入端口连接；所述字库芯片通过spi接口ⅰ与stm32单片机相互传输状态信息；所述spi接口ⅰ的输出端口与spi接口ⅱ的输入端口连接，spi接口ⅱ的输出端与led驱动模块连接；所述led驱动模块包括cpld和flash存储器；所述cpld设置有spi接口ⅲ、flash控制器、led驱动单元和gpio接口；所述spi接口ⅲ的输入端与spi接口ⅱ连接，输出端与flash控制器的输入端连接；所述flash存储器通过flash控制器进行状态信息的读取和写入；所述flash控制器的输出端与led驱动单元的输入端连接，所述led驱动单元的输出端与gpio接口的输入端连接，所述gpio接口的输出端与显示模块连接。
[0114]
以下所述一种智能交通标志的工作原理：
[0115]
所述uart接口接收mec服务器处理后的信息并传输给spi接口ⅰ，同时spi接口ⅰ与字库芯片之间通过计算点阵在芯片中的地址，从该地址连续读出字符点阵信息，实现取模、转换过程；然后，驱动模块通过spi接口ⅱ接收stm32单片机处理的信息，同时flash控制器与flash存储器之间进行读写过程，状态信息信息由flash控制器传输给led驱动单元，等待led驱动单元进行驱动，gpio接口接收led驱动单元的驱动指令，将信息传输给显示模块；显示模块将接收到的信息显示出来。
[0116]
实施例6：
[0117]
该实施例与实施例5的不同之处在于：所述信息接收模块采用esp8266无线信息接收模块。
[0118]
实施例7：
[0119]
该实施例与实施例6的不同之处在于：所述显示模块采用led显示屏。
[0120]
以上实施例仅为本发明实施例的示例性实施例，不用于限制本发明实施例，本发明实施例的保护范围由权利要求书限定。本领域人员可以在本发明实施例的实质和保护范围内，对本发明实施例做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明实施例的保护范围内。