一种基于5G通信架构的紧急车辆预警系统及其预警方法与流程

一种基于5g通信架构的紧急车辆预警系统及其预警方法
技术领域
1.本发明涉及智慧交通技术领域，具体而言，涉及一种基于5g通信架构的紧急车辆预警系统及其预警方法。


背景技术：

2.为了实现智能车辆自动驾驶，可依托于5g的低延时、高可靠、大容量的通信，建设基于移动边缘计算的5g路侧网络系统，同时，建设车路协同环境下的管控系统。车路协同能够有效弥补感知上的盲点，让自动驾驶由过去的单兵作战转变为有组织的高效协同合作。在车路协同环境下，如何实现处理流程在各个系统节点上的数据处理、实现感知融合的数据处理以及高效、准确、低延时的数据交换，提供给网联车进行准确、快速的紧急车辆预警处理成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明解决的问题是如何实现现有技术中车路协同系统各节点上的数据处理、实现感知融合的数据处理以及高效、准确、低延时的数据交换的问题。
4.为解决上述问题，本发明第一方面提供一种基于5g通信架构的紧急车辆预警系统，包括车载端设备、路侧端设备以及智能网联云控平台，车载端设备包括5g车载处理单元和车载提示单元，路侧端设备包括路侧采集单元、5g路侧客户前提设备、5g移动边缘计算单元、5g路侧单元，其中，所述路侧采集单元用于采集道路的车道级实时视频流数据和激光雷达点云数据，并将所述视频流数据和所述点云数据发送给路侧客户前提设备；所述路侧客户前提设备用于向移动边缘计算单元发送所述视频流数据和所述点云数据；所述移动边缘计算单元用于对所述视频流数据和所述点云数据进行融合处理，提取道路中的紧急车辆信息，并将所述紧急车辆信息发送给所述路侧单元和所述智能网联云控平台；所述路侧单元用于向所述车载处理单元发送所述紧急车辆信息；所述车载处理单元用于获取本车的实时状态信息，并根据所述本车的实时状态信息以及所述紧急车辆信息进行紧急车辆预警处理，生成第一预警信息和第二预警信息，将所述第一预警信息发送给所述智能网联云控平台，将第二预警信息发送给所述车载提示单元；所述智能网联云控平台用于对所述第一预警信息和所述紧急车辆信息进行处理生成页面展示信息；所述车载提示单元用于根据所述第二预警信息生成预警提示，以提示本车驾驶员进行紧急车辆避让。
5.可选地，所述移动边缘计算单元包括：
融合处理单元，用于对所述视频流数据和所述点云数据进行融合处理，生成道路中的紧急车辆的结构化数据帧，其中，所述紧急车辆的结构化数据帧至少包括：所述紧急车辆的结构化数据帧的数据帧id、秒级时间戳、精确时间戳、发布所述紧急车辆的结构化数据帧的所述移动边缘计算单元的节点id、事件唯一标识id、数据来源类型id、紧急车辆类型id、预警提示信息id、紧急车辆的车牌信息、紧急车辆的车速、紧急车辆的当前状态、紧急车辆所在经度信息、紧急车辆所在纬度信息以及紧急车辆的高度信息；发送单元，用于将所述紧急车辆的结构化数据帧发送给所述路侧单元和所述智能网联云控平台。
6.可选地，所述移动边缘计算单元还包括：第一标准化模块，用于将所述紧急车辆的结构化数据封装成rsi消息；所述发送单元还用于将所述rsi消息发送给所述路侧单元和所述智能网联云控平台。
7.可选地，所述第一标准化模块包括：高精度地图模块，用于存储地图信息；所述发送单元还用于将所述地图信息发送给路侧单元。
8.可选地，所述车载处理单元包括第二标准化模块、短程无线通信模块和紧急车辆预警处理模块，其中，所述第二标准化模块用于对本车实时状态信息进行标准化封装处理，生成本车bsm消息；所述短程无线通信模块用于接收所述rsi消息和所述地图信息；所述紧急车辆预警处理模块用于根据所述本车bsm消息、rsi消息以及所述地图信息进行紧急车辆预警处理生成第一预警信息的结构化数据帧和第二预警信息的结构化数据帧，并将所述第一预警信息的结构化数据帧发送给所述智能网联云控平台，将所述第二预警信息的结构化数据帧发送给所述车载提示单元。
9.可选地，所述第一预警信息的结构化数据帧包括：所述第一预警信息的结构化数据帧id信息、秒级时间戳、精确时间戳、数据来源id、事件唯一标识id、数据来源id、特殊车辆类型id、提示信息类型以及紧急车辆车牌信息；和/或，所述第二预警信息的结构化数据帧至少包括：所述第二预警信息的结构化数据帧id、精确时间戳、紧急车辆位置信息、紧急车辆行驶属性、紧急车辆方位属性、本车距紧急车辆的实际距离、本车距紧急车辆的安全距离、紧急车辆的当前速度、紧急车辆所在路段名称、紧急车辆转向属性。
10.本发明第二方面提供一种应用于如前述的紧急车辆预警系统的紧急车辆预警方法，包括：路侧采集单元采集道路的车道级实时视频流数据和激光雷达点云数据，并将所述视频流数据和所述点云数据发送给5g路侧客户前提设备；所述5g路侧客户前提设备向5g移动边缘计算单元发送所述视频流数据和所述点云数据；所述5g移动边缘计算单元对所述视频流数据和所述点云数据进行融合处理，提取道路中的紧急车辆信息，并将所述紧急车辆信息发送给5g路侧单元和智能网联云控平台；所述5g路侧单元向5g车载处理单元发送所述紧急车辆信息；
所述5g车载处理单元获取本车的实时状态信息，并根据所述本车的实时状态信息以及所述紧急车辆信息进行紧急车辆预警处理，生成第一预警信息和第二预警信息，将所述第一预警信息发送给所述智能网联云控平台，将第二预警信息发送给车载提示单元；所述智能网联云控平台对所述第一预警信息和所述紧急车辆信息进行处理生成页面展示信息；所述车载提示单元根据所述第二预警信息生成预警提示，以提示本车驾驶员进行紧急车辆避让。
11.可选地，所述5g车载处理单元获取本车的实时状态信息，并根据所述本车的实时状态信息以及所述紧急车辆信息进行紧急车辆预警处理，生成第一预警信息和第二预警信息，将所述第一预警信息发送给所述智能网联云控平台，将所述第二预警信息发送给车载提示单元具体包括：对所述视频流数据和所述点云数据进行融合处理，生成道路中的紧急车辆的结构化数据帧，其中，所述紧急车辆的结构化数据帧至少包括：所述紧急车辆的结构化数据帧的数据帧id、秒级时间戳、精确时间戳、发布所述紧急车辆的结构化数据帧的所述移动边缘计算单元的节点id、事件唯一标识id、数据来源类型id、紧急车辆类型id、预警提示信息id、紧急车辆的车牌信息、紧急车辆的车速、紧急车辆的当前状态、紧急车辆所在经度信息、紧急车辆所在纬度信息以及紧急车辆的高度信息；将所述紧急车辆的结构化数据封装成rsi消息，并将所述rsi消息发送给所述路侧单元和所述智能网联云控平台。
12.可选地，所述5g车载处理单元获取本车的实时状态信息，并根据所述本车的实时状态信息以及所述紧急车辆信息进行紧急车辆预警处理，生成第一预警信息和第二预警信息，将所述第一预警信息发送给所述智能网联云控平台，将所述第二预警信息发送给车载提示单元具体包括：获取本车实时状态信息，并对所述本车实时状态信息进行标准化封装处理，生成本车bsm消息；接收地图信息以及所述rsi消息；根据所述本车bsm消息、所述rsi消息以及所述地图信息进行紧急车辆预警处理，生成第一预警信息的结构化数据帧和第二预警信息的结构化数据帧，并将所述第一预警信息的结构化数据帧发送给所述智能网联云控平台，将所述第二预警信息的结构化数据帧发送给所述车载提示单元。
13.可选地，所述第一预警信息的结构化数据帧包括：所述第一预警信息的结构化数据帧id信息、秒级时间戳、精确时间戳、数据来源id、事件唯一标识id、数据来源id、特殊车辆类型id、提示信息类型以及紧急车辆车牌信息，和/或，所述第二预警信息的结构化数据帧至少包括：所述第二预警信息的结构化数据帧id、精确时间戳、紧急车辆位置信息、紧急车辆行驶属性、紧急车辆方位属性、本车距紧急车辆的实际距离、本车距紧急车辆的安全距离、紧急车辆的当前速度、紧急车辆所在路段名称、紧急车辆转向属性。
14.本发明的有益效果：本发明的紧急车辆预警系统通过路侧采集单元采集道路视频流数据和点云数据，并通过5g路侧客户前提设备将采集的数据发送给5g移动边缘计算单元
进行融合处理，提取紧急车辆的结构化数据，并将其发送给车载单元，5g车载处理单元基于本车的实时状态信息以及紧急车辆信息进行紧急车辆预警处理，生成对应的预警结构化数据，分别用于提示本车驾驶员和车辆监管人员。本发明实施例提供了基于5g通信架构的紧急车辆预警系统，其具备强大的移动边缘计算能力，为道路跨媒体多源异构信息融合及数据处理提供了算力，使得数据交互更加高效、准确、低时延，从而提高了紧急车辆预警的准确性和实时性。
附图说明
15.图1为本发明实施例一的一种基于5g通信架构的紧急车辆预警系统的结构示意图；图2为本发明实施例二的一种应用于实施例一的紧急车辆预警系统的紧急车辆预警方法的流程示意图。
具体实施方式
16.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
17.本发明实施例一提供一种基于5g通信架构的紧急车辆预警系统，如图1所示该系统包括：车载端设备、路侧端设备以及智能网联云控平台6，车载端设备包括5g车载处理单元5、5g车载客户前提设备7和车载提示单元8，路侧端设备包括路侧采集单元1、5g路侧客户前提设备2、5g移动边缘计算单元3和5g路侧单元4。其中，所述路侧采集单元1用于采集道路的车道级实时视频流数据和激光雷达点云数据，并将所述视频流数据和点云数据发送给5g路侧客户前提设备2；所述5g路侧客户前提设备2用于接收并向5g移动边缘计算单元3发送所述视频流数据和点云数据；所述5g移动边缘计算单元3用于接收所述视频流数据和点云数据，并对所述视频流数据和点云数据进行融合处理，提取道路中的紧急车辆信息，并将所述紧急车辆信息发送给5g路侧单元4和智能网联云控平台6；所述5g路侧单元4用于接收并向5g车载处理单元5发送所述紧急车辆信息；所述5g车载处理单元5用于获取本车的实时状态信息，并接收所述紧急车辆信息，根据所述实时状态信息以及所述紧急车辆信息进行紧急车辆预警处理，生成第一预警信息和第二预警信息，将所述第一预警信息发送给智能网联云控平台6，并通过所述5g车载客户前提设备7将第二预警信息发送给车载提示单元8；所述智能网联云控平台6用于接收所述第一预警信息和所述紧急车辆信息并进行匹配处理生成第一提示信息；所述车载提示单元8接收第二预警信息，并根据所述第二预警信息生成预警提示，提示本车驾驶员进行紧急车辆避让处理。
18.路侧采集单元1包括车载高清摄像头和激光雷达，通过安装在车辆前端的高清摄像头获取道路的车道级实时视频流数据，通过激光雷达采集车道级实时点云数据。优选地，实时视频流为flv格式，点云数据为bin格式。
19.5g路侧客户前提设备2作为5g终端设备，内置5g通信模块，可插入5g物联专网卡，支持网口连接摄像头和激光雷达等前端设备，将路侧采集单元1的数据通过5g gnb推送到5g移动边缘计算单元3，其中，路侧客户前提设备对应的英文名称为customer premise equipment，简称cpe。
20.5g移动边缘计算单元3为高性能5g专网服务器，内部集成感知融合算法模块，负责将实时视频流数据、点云数据进行融合处理，并提取数据流中紧急车辆的结构化数据，移动边缘计算单元对应的英文名称为mobile edge computing，简称mec，其中，一帧紧急车辆结构化数据格式如下表1所示：表1 紧急车辆结构化数据帧的格式其中，数据帧id：1 byte，取值范围：0~255，每发一帧id 1，255后从0开始循环；秒级时间戳：4 byte，unix时间精确到秒。
21.精确时间戳：2 byte，取值范围：0~1000，表示数据帧在这一秒内的毫秒时刻。
22.数据来源id：13byte，为消息发布的边缘计算mec单元节点id。
23.事件唯一标识id：4 byte ，传输10位unix时间戳。
24.数据来源：电警0x01，卡口0x02，智慧路灯摄像头0x03， 微波0x04，地磁0x05，激光雷达0x06，红外热成像0x07。
25.特殊车辆类型：救护车0x01，消防车0x02，两客一危0x03，公务车0x04，其中，两客一危车辆指从事旅游的包车、三类以上班线客车和运输危险化学品、烟花爆竹、民用爆炸物品的道路专用车辆。
26.提示信息类型：提前让道0x01，提前避行0x02。
27.车牌信息：9 byte，为车辆的车牌信息。
28.车速：2 byte，取值范围：0~8191；默认分辨率0.02m/s。
29.车辆状态：正常0x01，着火0x02，故障0x03。
30.紧急车辆所在经度：4 byte，取值范围：
‑
1799999999~1800000001；为原始gps（g84坐标系）*10^7。
31.紧急车辆所在纬度：4 byte，取值范围：
‑
900000000~900000001；为原始gps（ g84坐标系） *10^7。
32.紧急车辆所在高度：4 byte，取值范围：
‑
900000000~900000001；为原始gps （g84坐标系） *10^7。
33.优选地，5g移动边缘计算单元3具有接收单元、融合处理单元和发送单元，其中接收单元用于接收所述视频流数据和点云数据；融合处理单元用于对所述视频流数据和点云数据进行融合处理，提取道路中的紧急车辆的结构化数据，其中，一帧紧急车辆的结构化数据至少包括：所述紧急车辆的结构化数据帧的数据帧id、秒级时间戳、精确时间戳、发布所述紧急车辆的结构化数据帧的5g移动边缘计算单元3的节点id、事件唯一标识id、数据来源类型id、特殊车辆类型id、预警提示信息id、紧急车辆的车牌信息、紧急车辆的车速、紧急车辆的当前状态、紧急车辆所在经度信息、紧急车辆所在纬度信息以及紧急车辆的高度信息；发送单元用于将所述紧急车辆的结构化数据发送给5g路侧单元4和智能网联云控平台6。
34.优选地，5g移动边缘计算单元3还包括第一标准化模块，在5g移动边缘计算单元3提取结构化数据后，标准化模块按照中国汽车工程协会出版的《csae 53
‑
2020 合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准（第一阶段）》定义的数据进行标准化封装为rsi消息，封装过程依次经过uper编码和dsmp封装，详细请参考《合作式智能运输系统 专用短程通信 第3部分：网络层和应用层规范》。
35.优选地，第一标准化模块包括高精度地图模块，高精度地图模块用于存储地图信息，发送单元还用于将所述地图信息发送给5g路侧单元4，其中，路侧单元对应的英文名称为road side unit， 简称rsu。
36.5g移动边缘计算单元3单元一方面将封装后的rsi消息通过5g gnb发送给5g路侧单元4，5g路侧单元4将接收的信息发送给5g车载处理单元5，另一方面5g移动边缘计算单元3通过网口将紧急车辆的结构化数据发送给智能网联云控平台6。
37.5g 路侧单元4具备无线短程通信模块，其中，无线短程通信模块的工作频率在5905~5925mhz之间，通信制式可选用dsrc或lte
‑
v，负责将封装后的rsi消息、map消息广播出去。
38.通过在5g移动边缘计算单元3中集成有标准模块，可以提升数据处理效率，减少5g移动边缘计算单元3和5g路侧单元4之间的数据交互。
39.需要说明的是，5g移动边缘计算单元3集成的标准化模块还可以集成在5g路侧单元4中。
40.5g车载处理单元5 对应的英文名称为on board unit，简称obu，其中，5g车载处理单元5包括第二标准化处理模块、无线短程通信模块和紧急车辆预警算法处理模块。
41.其中，第二标准化处理模块用于对本车实时状态信息进行标准化封装处理，生成本车bsm消息，其中，本车实时状态信息具体包括：本车gps位置信息、车辆行驶方向角信息、车辆速度、车辆行驶历史gps位置信息等。
42.其中，生成本车bsm消息具体包括：将原始数据流进行asn格式数据的uper编码，然后封装数据包头，包头格式采用dsm封装格式，封装方法参考团体标准《合作式智能运输系统 专用短程通信 第3部分：网络层和应用层规范》《csae 157
‑
2020 合作式智能运输系统 车用通信系统应用层及应用数据交互标准（第二阶段）》。
43.其中，无线短程通信模块用于与5g路侧单元4进行通信，用于获取5g 移动边缘计算单元3经过5g路侧单元4推送的rsi消息以及map信息，并实现实时存储。
44.本发明实施例的系统通过设置第一标准化处理模块和第二标准化处理模块，使得在系统中的通信数据采用标准化格式进行处理，从而使得不同类型的车辆以及不同的路侧端设备均能够很好的接入该系统平台中进行运行，提高了系统的兼容性。
45.其中，紧急车辆预警算法处理模块根据所述本车bsm消息、rsi消息以及所述地图信息进行紧急车辆预警处理，生成第一预警信息的结构化数据帧和第二预警信息的结构化数据帧，并将所述第一预警信息的结构化数据帧发送给所述云控显示平台，将所述第二预警信息的结构化数据帧发送给车载提示单元8。其中，第一预警信息的结构化数据帧的格式如下表2：表2 第一预警信息的结构化数据帧格式其中，第二预警信息的结构化数据帧格式如下表3所示：表3第二预警信息的结构化数据帧格式
其中，表3中：数据帧id：1 byte，取值范围：0~255，每发一帧id 1，255后从0开始循环；秒级时间戳：4 byte，unix时间精确到秒。
46.精确时间戳：2 byte，取值范围：0~1000，表示数据帧在这一秒内的毫秒时刻，表示数据帧在当前分钟内拆分60000毫秒的时刻，达到毫秒级的信息精度。
47.经度：4 byte，取值范围：
‑
1799999999~1800000001；为原始gps*10^7。
48.纬度：4 byte，取值范围：
‑
900000000~900000001；为原始gps *10^7。
49.高度：2 byte，取值范围：
‑
4096~61439；为原始gps *10。
50.紧急车辆行驶属性：1 byte，0x01 直到跟驰，0x02 直道对向，0x03 弯道跟驰，0x04 弯道对向，0x05 交叉口对向。
51.紧急车辆方位属性：1 byte，0x00 无意义，0x01 前方，0x02 后方。
52.距紧急车辆的实际距离：2 byte，取值范围0
‑
65535，分辨率为1 cm；距紧急车辆的安全距离：2 byte，取值范围0
‑
65535，分辨率为1 cm；紧急车辆速度：1 byte，取值范围：0~255，单位：km/h；紧急车辆所在路段名称：30 byte，采用utf
‑
8格式，例如：“福中三路
”ꢀ
。
53.紧急车辆所在车道转向属性：1 字节（byte），字节中的每一位的设置具体如下表4所示：表4 紧急车辆所在车道转向属性设置
左转设置为1表示紧急车辆在左转车道；直行设置为1表示紧急车辆在直行车道；右转设置为1表示紧急车辆在右转车道；调头设置为1表示紧急车辆在调头车道；智能网联云控平台6为紧急车辆预警的业务展示平台，分别通过5g移动边缘计算单元3和5g车载客户前提设备7两种路径获取到紧急车辆的结构化数据以及第一预警提示信息的结构化数据，由于上述两种结构化数据中均含有紧急车辆的相关信息，因而对上述两种结构化数据进行实时匹配后生成页面展示图像，展示给车辆监管人员。
54.本发明实施例的紧急车辆预警系统通过路侧采集单元采集道路视频流数据和点云数据，并通过5g路侧客户前提设备将采集的数据发送给5g移动边缘计算单元进行融合处理，提取紧急车辆的结构化数据，并将其发送给5g车载处理单元，5g车载处理单元基于本车的实时状态信息以及紧急车辆信息进行紧急车辆预警处理，生成对应的预警结构化数据，分别用于提示本车驾驶员和车辆监管人员。本发明实施例提供了基于5g通信架构的紧急车辆预警系统，其具备强大的移动边缘计算能力，为道路跨媒体多源异构信息融合及数据处理提供了算力，使得数据交互更加高效、准确、低时延，从而提高了紧急车辆预警的准确性和实时性。
55.基于本发明实施例一，本发明实施例二提供一种应用于前述的紧急车辆预警系统的紧急车辆预警方法，如图2所示，该方法包括：s1、路侧采集单元采集道路的车道级实时视频流数据和激光雷达点云数据，并将所述视频流数据和所述点云数据发送给5g路侧客户前提设备；s2、所述5g路侧客户前提设备向5g移动边缘计算单元发送所述视频流数据和所述点云数据；s3、所述5g移动边缘计算单元对所述视频流数据和所述点云数据进行融合处理，提取道路中的紧急车辆信息，并将所述紧急车辆信息发送给5g路侧单元和智能网联云控平台；s4、所述5g路侧单元向5g车载处理单元发送所述紧急车辆信息；s5、所述5g车载处理单元获取本车的实时状态信息，并根据所述本车的实时状态信息以及所述紧急车辆信息进行紧急车辆预警处理，生成第一预警信息和第二预警信息，将所述第一预警信息发送给智能网联云控平台，将所述第二预警信息发送给车载提示单元；s6、所述智能网联云控平台对所述第一预警信息和所述紧急车辆信息进行处理生成页面展示信息；以及所述车载提示单元根据所述第二预警信息生成预警提示，以提示本车驾驶员进行紧急车辆避让。
56.其中，步骤s5具体包括：对所述视频流数据和所述点云数据进行融合处理，生成道路中的紧急车辆的结构化数据帧，其中，所述紧急车辆的结构化数据帧至少包括：所述紧急车辆的结构化数据帧的数据帧id、秒级时间戳、精确时间戳、发布所述紧急车辆的结构化数据帧的所述5g移动边缘
计算单元的节点id、事件唯一标识id、数据来源类型id、紧急车辆类型id、预警提示信息id、紧急车辆的车牌信息、紧急车辆的车速、紧急车辆的当前状态、紧急车辆所在经度信息、紧急车辆所在纬度信息以及紧急车辆的高度信息；将所述紧急车辆结构化数据封装成rsi消息，并将所述rsi消息发送给所述5g路侧单元和所述智能网联云控平台。
57.步骤s5具体包括：获取本车实时状态信息，并对所述本车实时状态信息进行标准化封装处理，生成本车bsm消息；接收所述rsi消息以及地图信息；根据所述本车bsm消息、rsi消息以及所述地图信息进行紧急车辆预警处理生成第一预警信息的结构化数据帧和第二预警信息的结构化数据帧，并将所述第一预警信息的结构化数据帧发送给所述智能网联云控平台，将所述第二预警信息的结构化数据帧发送给车载提示单元。
58.其中，所述第一预警信息的结构化数据帧包括：第一预警信息的结构化数据帧id信息、秒级时间戳、精确时间戳、数据来源id、事件唯一标识id、数据来源id、特殊车辆类型id、提示信息类型以及紧急车辆车牌信息，和/或，所述第二预警信息的结构化数据帧至少包括：第二预警信息的结构化数据帧id、精确时间戳、紧急车辆位置信息、紧急车辆行驶属性、紧急车辆方位属性、本车距紧急车辆的实际距离、本车距紧急车辆的安全距离、紧急车辆的当前速度、紧急车辆所在路段名称、紧急车辆转向属性。
59.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。