一种基于车联网和跟驰行为的隧道车辆定位和预警系统及其方法

摘要

本发明公开了一种基于车联网和跟驰行为的隧道车辆定位和预警系统及其方法，在隧道内搭建分段射频识别系统和路侧单元，获取网联车辆的车道通过信息；网联汽车通过车载毫米波雷达，探测前后非网联汽车的位置和速度信息，此外，网联汽车通过智能车载单元将自身的运行信息，发送给路侧单元，传送至边缘工控机和云平台，由此实现隧道内网联和非网联汽车的位置估计。然后，结合隧道内各分段区间的车辆速度变化情况，对车辆进行预警。本发明能够实现在无GNSS信号的条件下，实时分析网联和非网联汽车的运行情况，对提高隧道内交通安全水平具有重要作用。

说明书

技术领域

本发明涉及智能交通数据处理技术领域，尤其涉及一种基于车联网和跟驰行为的隧道 车辆定位和预警系统及其方法。

背景技术

随着机动化进程的加快，交通拥堵和交通安全问题越来越受到世界各国的高度重视。 当前，车联网技术快速发展，为实现车端、路端、云端的信息互联互通，提供了重要的技术支撑。近年来，车辆的智能化水平逐步提高，各类传感器(GPS、摄像机、毫米波雷达、 电子标签等)在车辆上的安装使用率逐步上升，为实现车辆运行的智能管控提供了重要的 信息。

在隧道内，由于没有全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)信号，无法实现车辆的定位，当隧道内发生交通事故等突发情况时，无法进行及时 的交通预警和诱导。中国专利文献CN 111586632A公布了一种基于通信传感异步数据融合 的协作邻居车辆定位方法，该方法周期性测量自身车辆和邻居车辆的状态信息，利用V2V 通信广播自身的状态测量信息，然而，在隧道、高架桥下，全球导航卫星系统GNSS信号 会受到严重干扰，无法实现车辆的准确定位。另外，受购置成本的影响，很多车辆为普通 车辆，这些车辆并没有安装相关的通讯和传感设备，这些车辆的感知和监测需要加强。 中国专利文献CN 111770451A公布了一种基于车路协同的道路车辆定位及感知方法和装 置，车载端获得车辆自身的状态信息，发送到路侧端，路侧端将车辆信息与道路环境信息 进行时间、空间同步，再反馈给车载端。中国专利文献CN111624550A公布了一种车辆定 位方法、装置及存储介质，该方法对获取的参考车辆信息和目标车辆信息进行时间同步处 理，从所述参考车辆中确定所述目标车辆的匹配车辆，之后根据匹配车辆的位置信息，确 定所述目标车辆的位置信息。中国专利文献CN112019997A公布了一种车辆定位方法及装 置，该方法通过路侧节点发送车辆的位置校准信息，在无GNSS信号时，通过车辆的惯性 测量单元采集车辆加速度信息，从而确定车辆的位置信息。

发明内容

本发明提供了一种基于车联网和跟驰行为的隧道车辆定位和预警系统及其方法，解决 了针对无GNSS信号情景，车辆的位置信息较难定位，同时在车辆是普通车辆(无车载单 元、无惯性测量单元等)时，此类车辆并未安装相关的感知和通讯传感器，较难确定其运行信息，进而无法定位和预警，造成车辆拥堵的技术问题。

本申请实施例第一方面提供了一种基于车联网和跟驰行为的隧道车辆定位系统和预 警方法，所述方法包括：

构建隧道数字地图，标注至少一组车道信息和车辆信号识别采集系统；

射频识别系统位置信息读取网联车辆的通过信息，将网联车辆所在车道信息，发送给 云平台；

以射频识别系统安装断面里程位置为起点，网联车辆通过车辆电子控制单元获取网联 车辆的轮速信息，智能车载单元计算累计通过的里程，确定车辆所在隧道车道位置；

网联车辆通过毫米波雷达单元，探测周边的普通车辆的相对距离和相对速度，并转化 成普通车辆的位置和速度信息；

网联车辆将自身的和周边普通车辆的位置信息和速度信息，通过智能车载单元，以无 线电通讯方式，发送给路侧单元，路侧单元以无线电通讯方式，发动给云平台；

在隧道数字地图的不同车道上，云平台实时获得网联车辆和普通车辆位置和速度信 息；

云平台计算不同隧道断面的车流速度平均值，当速度均值低于设定阈值时，判断隧道 内有突发情况，进行预警。

进一步，所述以射频识别系统安装断面里程位置为起点，网联车辆通过车辆电子控制 单元获取网联车辆的轮速信息，智能车载单元计算累计通过的里程，确定车辆所在隧道车 道位置，包括：

网联汽车的电子标签通过射频识别系统阅读器，得到网联汽车的通过时刻、速度，以 该射频识别系统阅读器的安装位置为基础；

根据射频识别系统位置信息读取网联车辆的通过信息得到实时车速，对车速-时间进 行积分累加，获得实时的网联汽车位置信息；

当网联汽车通过下一个射频识别系统阅读器时，重新校正参考位置，以此射频识别系 统阅读器的安装位置为基础，对车速-时间进行积分累加，获得此时的网联汽车位置信息。

进一步，网联车辆通过毫米波雷达单元，探测周边的普通车辆的相对距离和相对速度， 并转化成普通车辆的位置和速度信息，包括：

网联汽车通过毫米波雷达，探测周围车辆的相对位置、相对速度、方位信息，上述信 息传输给智能车载单元；

智能车载单元根据已确定的车速、位置信息，推算普通汽车的车速、位置信息；

当一辆普通汽车有多辆网联汽车探测时，以距离普通车同车道的、不同车道时距离最 近的网联汽车探测信息为准。

进一步，构建隧道数字地图，标注至少一组车道信息和车辆信号识别采集系统，包括：

构建隧道的数字地图，明确车道的宽度、数量、线形，在地图上标注射频识别系统、路侧单元、边缘工控机的位置，隧道的数字地图存储在边缘工控机上。

进一步，云平台计算不同隧道断面的车流速度平均值，当速度均值低于设定阈值时， 判断隧道内有突发情况，进行预警，包括：

预警形式包括广播、灯光、向智能车载单元显示终端发送预警信息、电话等形式。

本申请实施例第二方面提供了一种基于车联网和跟驰行为的隧道车辆定位和预警系 统，所述系统应用于至少一个第一方面任一项所述的方法，所述系统包括设置在隧道内的 至少一组车辆信号识别采集系统，用于采集网联汽车位置信息和普通汽车位置信息；

云平台，接收车辆信号识别采集系统上传的信息，分析也向车辆信号识别采集系统发 送相关信息；

网联汽车位置信息定位系统，用于得到网联汽车的通过时刻、速度，并进行预警；

普通汽车位置信息定位系统，通过网联汽车位置信息系统推算得到普通汽车的通过时 刻、速度。

进一步，所述车辆信号识别采集系统包括有射频识别系统、路侧单元和边缘工控机；

所述射频识别系统，用于读取网联车辆通过的信息，并校正参考位置；

所述路侧单元，通过专用短程通信DSRC、WIFI，与网联车辆上的智能车载单元，建立 车-路的信息交互；

所述边缘工控机，用于接收路侧单元和射频识别系统的信息，将处理后的信息反馈给 路侧单元，并上传至云平台。

进一步，所述网联汽车位置信息系统包括有智能车载单元、电子标签单元；

所述智能车载单元，通过车辆电子控制单元获取实时轮速传感器的轮速信息，并与路 侧单元进行实时的信息交互；

所述电子标签单元，通过射频识别系统，得到网联汽车的通过时刻、速度。

进一步，所述普通汽车位置信息定位系统包括有毫米波雷达单元及网联汽车位置信息 系统；

所述毫米波雷达单元均设置在网联汽车上，用于探测周围车辆的相对位置、相对速度、 方位信息，并传输至网联汽车位置信息系统中。

进一步，所述云平台可接收边缘工控机上传的信息，也向边缘工控机发送相关信息。

附图说明

图1为本发明隧道内网联车辆定位和预警流程的流程图；

图2为本发明隧道内普通车辆定位和预警流程图；

图3为本发明隧道内传感器布设示意情况图；

图4为本发明网联汽车和云平台的信息交互情况图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没做出创造性劳动前提下所获得的所其他实施 例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例一：

图1是根据本申请第一实施例中提供的一种基于车联网和跟驰行为的隧道车辆定位系 统和预警方法的流程示意图，如图1所示，本申请实施例的执行主体为网联车辆在隧道如 何定位和预警，本实施例提供的隧道网联车辆定位系统和预警方法包括包括以下步骤：

步骤101，构建隧道数字地图，标注至少一组车道信息和车辆信号识别采集系统；

本实施例中，构建隧道的数字地图，明确车道的宽度、数量、线形，在地图上标注RFID 阅读器、路侧单元、边缘工控机的位置，隧道的数字地图存储在边缘工控机上。其中，隧 道的数字地图分别存储在云平台和边缘工控机上。

步骤102，射频识别系统位置信息读取网联车辆的通过信息，将网联车辆所在车道信 息，发送给云平台；

步骤103，以射频识别系统安装断面里程位置为起点，网联车辆通过车辆电子控制单 元获取网联车辆的轮速信息，智能车载单元计算累计通过的里程，确定车辆所在隧道车道 位置；

本实施例中，网联汽车的电子标签通过射频识别系统阅读器，得到网联汽车的通过时 刻、速度，以该射频识别系统阅读器的安装位置为基础；

本实施例中，根据射频识别系统位置信息读取网联车辆的通过信息得到实时车速，对 车速-时间进行积分累加，获得实时的网联汽车位置信息；

本实施例中，当网联汽车通过下一个射频识别系统阅读器时，重新校正参考位置，以 此射频识别系统阅读器的安装位置为基础，对车速-时间进行积分累加，获得此时的网联 汽车位置信息。

步骤104，网联车辆将自身的位置信息和速度信息，通过智能车载单元，以无线电通 讯方式，发送给路侧单元，路侧单元以无线电通讯方式，发动给云平台；

步骤105，在隧道数字地图的不同车道上，云平台实时获得网联车辆和普通车辆位置 和速度信息；

步骤106，云平台计算不同隧道断面的车流速度平均值，当速度均值低于设定阈值时， 判断隧道内有突发情况，进行预警。

本实施例中，预警形式包括广播、灯光、向智能车载单元显示终端发送预警信息、电 话等形式。

本发明实施例二：

图2是根据本申请第二实施例中提供的一种基于车联网和跟驰行为的隧道车辆定位系 统和预警方法的流程示意图，如图2所示，本申请实施例的执行主体为普通车辆在隧道如 何定位和预警，是在本申请实施例一提供的隧道网联车辆定位系统和预警方法的基础上， 对步骤101-106进行细化，则本实施例提供的普通车辆定位系统和预警方法包括如下步骤，

步骤201，构建隧道数字地图，标注至少一组车道信息和车辆信号识别采集系统；

本实施例中，构建隧道的数字地图，明确车道的宽度、数量、线形，在地图上标注RFID 阅读器、路侧单元、边缘工控机的位置，隧道的数字地图存储在边缘工控机上。其中，隧 道的数字地图分别存储在云平台和边缘工控机上。

具体的，本实施例中，在隧道入口布设射频识别系统即射频识别RFID阅读器，然后沿着车流方向，按照不同间隔设置n个RFID阅读器。此外，在隧道边上设置m个路侧单 元，并设置若干个边缘工控机。

步骤202，射频识别系统位置信息读取网联车辆的通过信息，将网联车辆所在车道信 息，发送给云平台；

步骤203，以射频识别系统安装断面里程位置为起点，网联车辆通过车辆电子控制单 元获取网联车辆的轮速信息，智能车载单元计算累计通过的里程，确定车辆所在隧道车道 位置；

本实施例中，网联汽车的电子标签通过射频识别系统阅读器，得到网联汽车的通过时 刻、速度，以该射频识别系统阅读器的安装位置为基础；

本实施例中，根据射频识别系统位置信息读取网联车辆的通过信息得到实时车速，对 车速-时间进行积分累加，获得实时的网联汽车位置信息；

本实施例中，当网联汽车通过下一个射频识别系统阅读器时，重新校正参考位置，以 此射频识别系统阅读器的安装位置为基础，对车速-时间进行积分累加，获得此时的网联 汽车位置信息。

具体的，本实施例中，从车辆ECU处获得实时的车速，实时计算网联汽车在隧道内的位置，实时的位置等于第一个RFID阅读器的位置加实时行驶过的里程。通过第二个RFID阅读器后，则重新校正网联车辆的位置起点。

如图3所示，网联车辆31通过RFID阅读器1的时刻为t1，RFID阅读器1的位置里 程为S1，则网联车辆31的实时位置可表述为：

当网联车辆31在t2时刻通过RFID阅读器2时，则网联车辆31的实时位置可表述为：

步骤204，网联车辆通过毫米波雷达单元，探测周边的普通车辆的相对距离和相对速 度，并转化成普通车辆的位置和速度信息；

本实施例中，网联汽车通过毫米波雷达，探测周围车辆的相对位置、相对速度、方位 信息，上述信息传输给智能车载单元；

本实施例中，智能车载单元根据已确定的车速、位置信息，推算普通汽车的车速、位 置信息；

本实施例中，当一辆普通汽车有多辆网联汽车探测时，以距离普通车同车道的、不同 车道时距离最近的网联汽车探测信息为准。

具体的，本实施例中，如图3所示，网联汽车的毫米波雷达实时探测周围的普通车辆， 获得普通车辆的速度、所在车道、以及与其的相对距离。如图2所示，网联汽车31探测普通车31、32，网联汽车11探测普通车21、11，网联汽车21探测普通车31、12、11、21，网联汽车3i探测普通车1i。当一辆普通车被多辆网联汽车探测到时，以距离普通车同 车道的、不同车道时距离最近的网联汽车探测信息(速度、位置)为准。

步骤205，网联车辆将自身的和周边普通车辆的位置信息和速度信息，通过智能车载 单元，以无线电通讯方式，发送给路侧单元，路侧单元以无线电通讯方式，发动给云平台；

具体的，本实施例中，网联汽车的智能车载单元OBU将毫米波雷达探测到的普通车辆信息、自身的位置和车速信息，发送给路侧单元，路侧单元将各类汽车的信息发送给边缘工控机，边缘工控机将汽车的位置、车速，实时显示在数字地图当中，用于隧道内的交 通监控。

步骤206，在隧道数字地图的不同车道上，云平台实时获得网联车辆和普通车辆位置 和速度信息；

步骤207，云平台计算不同隧道断面的车流速度平均值，当速度均值低于设定阈值时， 判断隧道内有突发情况，进行预警。

本实施例中，预警形式包括广播、灯光、向智能车载单元显示终端发送预警信息、电 话等形式。

基于采集到的交通运行信息，开展车辆的运行状态分析。当个体车辆的运行车速低于 设定阈值(如隧道限速值的35％-50％)，且持续时间大于设定阈值(如15秒)，则认为该车辆属于非正常行驶状态。

具体的，本实施例中，在隧道数字地图中，设置不同的交通运行监控区段，该区段既 可以是不同RFID阅读器构成的断面，如图2中的断面1和断面2之间的道路，也可以是 自行设定的道路区段(100-300米)。依据隧道的数字地图信息，找出处于该监控区段的 运行车辆，计算它们的平均运行车速。例如，在断面1和断面2构成的区段中，网联车21、 普通车11、普通车12、普通车31在该区段行驶，计算它们的平均车速。当该区段的车辆 因为车辆故障、交通事故等原因减速或停驶时，必要会造成附近和下游的车辆减速运行。

在计算周期内(如3分钟)，当监控区段的车辆速度均值小于等于设定阈值(如20km/h) 时，则判断该区段有交通事件发生。边缘工控机生成交通预警策略，向该区段的下游车辆 发出交通预警，预警形式包括广播、灯光、向智能车载单元显示终端发送预警信息等。

通过采用上述的车联网技术和隧道内的车辆跟驰行驶状况，可以实现隧道内网联汽 车和普通汽车的位置定位，并根据采集到的车辆运行速度信息，进行交通事件的判别与交 通预警，由此提高道路交通安全水平。

本发明实施例三：

如图4所示，本实施例提供的一种基于车联网和跟驰行为的隧道车辆定位和预警系统， 所述系统包括设置在隧道内的至少一组车辆信号识别采集系统，用于采集网联汽车位置信 息和普通汽车位置信息；

云平台，接收车辆信号识别采集系统上传的信息，分析也向车辆信号识别采集系统发 送相关信息；

网联汽车位置信息定位系统，用于得到网联汽车的通过时刻、速度，并进行预警；

普通汽车位置信息定位系统，通过网联汽车位置信息系统推算得到普通汽车的通过时 刻、速度。

本实施例中，所述车辆信号识别采集系统包括有射频识别系统、路侧单元和边缘工控 机；

具体的，所述射频识别系统，用于读取网联车辆通过的信息，并校正参考位置；

具体的，所述路侧单元，通过专用短程通信DSRC、WIFI，与网联车辆上的智能车载单 元，建立车-路的信息交互；

具体的，所述边缘工控机，用于接收路侧单元和射频识别系统的信息，将处理后的信 息反馈给路侧单元，并上传至云平台。

本实施例中，所述网联汽车位置信息系统包括有智能车载单元、电子标签单元；

具体的，所述智能车载单元，通过车辆电子控制单元获取实时轮速传感器的轮速信息， 并与路侧单元进行实时的信息交互；

具体的，所述电子标签单元，通过射频识别系统，得到网联汽车的通过时刻、速度。

本实施例中，所述普通汽车位置信息定位系统包括有毫米波雷达单元及网联汽车位置 信息系统；

具体的，所述毫米波雷达单元均设置在网联汽车上，用于探测周围车辆的相对位置、 相对速度、方位信息，并传输至网联汽车位置信息系统中。

本实施例中，所述云平台可接收边缘工控机上传的信息，也向边缘工控机发送相关信 息；

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解 在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变 型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。