一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统技术方案

本发明专利技术公开了一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统，包括车载终端、车载定位模块、路侧设备，其中车载定位模块获取车辆位置、速度、加速度等信息，通过车载定位模块中的发送模块，将上述信息发送至路侧设备；车载终端包括显示模块、发送模块、接收模块、车载导航，其中车载终端中的发送模块将车载导航中该车辆安全行驶所需的车道信息和系统启动指令传输至路侧设备，车载终端中的接收模块接收路侧设备发送的超车轨迹方案，显示模块在车载终端屏幕上显示超车轨迹；路侧设备中的中央计算模块根据超车轨迹算法获得最佳超车轨迹方案，路侧设备的发送模块将最佳超车轨迹方案发送至车载终端。

A Dynamic Overtaking Trajectory Planning System Based on GPS in Vehicle-Road Cooperative Environment

【技术实现步骤摘要】
一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统
本专利技术涉及智能交通信息工程领域，具体是一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统。
技术介绍
超车轨迹规划系统，其基本思想是运用车路协同理论，利用网络通信、GPS定位等技术，实现车辆在长直路段的超车轨迹规划功能，从而大大提高道路利用率，降低车辆因跟驰与排队行为而产生的延误。跟车行驶是道路上车辆的一种常见行驶状态。在该行驶状态下，道路上速度较低前车的延误容易向后方传递，造成跟驰行驶的车辆也产生一定的延误，降低了路网通行效率以及道路利用率。现有的研究多是理论方法，对移动车辆的位置及状态参数等数据缺乏充分利用，难以在实际中进行应用。在车路协同环境下，利用GPS传感器可实时获取车辆的位置、速度等信息，通过无线通讯技术，将信息传输至路侧设备，路侧设备根据车辆对超车的需求情况，按优先级顺序进行超车轨迹规划。为此，本专利技术基于车路协同理论，利用GPS传感器以及控制逻辑提出一种智能超车轨迹规划系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统，以实现超车行为轨迹提示与选择，提高超车安全性与道路利用率。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统，其特征在于：包括设置于车辆中的车载终端、车载定位模块，以及设置在路侧的路侧设备，其中：路侧设备包括中央计算模块，以及连接中央计算模块的接收模块、发送模块和存储模块；车载终端包括车载导航，以及连接车载导航的接收模块、发送模块和显示模块；车载定位模块包括相互连接的GPS传感器和发送模块；所述车载终端中，车载导航通过连接的发送模块将车辆安全行驶所需的车道信息和系统启动指令向路侧设备发送；同时车载定位模块中，GPS传感器获取车辆的位置、速度、加速度信息数据后通过连接的发送模块向路侧设备发送；路侧设备中的中央计算模块设置有动态超车轨迹规划算法程序，中央计算模块通过连接的接收模块接收车载终端发出的系统启动指令、车辆安全行驶所需的车道信息，以及接收车载定位模块发出的车辆位置、速度、加速度信息数据，并由中央计算模块将系统启动指令、车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、速度、加速度信息数据存储在存储模块中，中央计算模块中的动态超车轨迹规划算法程序从存储模块读取系统启动指令后，再从存储模块中读取车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、速度、加速度信息数据，最终由动态超车轨迹规划算法程序根据车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、速度、加速度信息数据计算获得最佳超车轨迹方案信息，中央计算模块将最佳超车轨迹方案信息通过连接的发送模块向车载终端发送；车载终端的车载导航通过连接的接收模块，接收路侧设备发出的超车轨迹方案，并由车载导航将超车轨迹方案送入显示模块进行显示。所述的一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统，其特征在于：车载终端中的车载导航将最佳超车轨迹方案信息转换为动态图像数据和语音数据，车载终端通过显示模块显示相应的动态图像以及播放相应的语音提示。所述的一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统，其特征在于：所述动态超车轨迹规划算法程序的工作流程如下：(1)超车优先级包含在系统启动指令内，系统启动后，首先根据车辆超车优先级顺序生成引导方案，即优先级高的超车车辆优先生成最佳超车轨迹方案信息，其中车辆的优先级可根据需要预先设定；(2)划分车辆优先级：设超车车辆为Bi，超车车辆优先级为p(Bi)，超车车辆优先级p(Bi)与超车数量Qi、超车距离si、允许超车空间mi有关，i＝1、2、3……，其中超车车辆优先级p(Bi)与超车数量Qi、超车距离si成反比，与允许超车空间mi成正比，即p(Bi)＝F(Qi,si,mi)，对于每次可能变道的位置，称为一个可能变道点；其中，F(Qi,si,mi)为关于超车数量Qi、超车距离si与允许超车空间mi的超车概率分布函数，根据概率分布函数的大小确定车辆优先级；(3)确定超车数量Qi：根据所述车载定位模块获得车辆的位置，路侧设备根据所接收的车载定位模块信息的数量，得到超车车辆Bi所需要超过的车辆数量，即超车数量Qi；(4)确定超车距离si：设被超越车辆为A，当超车车辆Bi仅超越单个被超越车辆A时，超车距离si的计算公式为：当超车车辆Bi超越多个被超越车辆为A时，超车距离si的计算公式为：公式(1)、(2)中，s1为超越车车辆B加速换道行驶距离；s2为超车车辆Bi匀速并道行驶距离；hA、hB分别为车辆间跟驰安全间距；hi为第i个车辆空隙的安全车距；lA、lB分别为超车车辆B和被超越车辆A的车身长度；li为第i车辆的车身长度；为超车车辆Bi换道开始时的初始速度，a为超车车辆Bi的加速度，超车车辆Bi的超车速度vA为被超越车辆A的车速(假设该车辆车速不变)；(5)确定允许超车空间mi：通过GPS定位系统获取超车车辆周围动态信息，经过分析处理，得到允许超车空间mi；(6)根据步骤(3)、(4)、(5)所得的超车数量Qi、超车距离si与允许超车空间mi，通过步骤(2)判断所有超车车辆的优先级p(Bi)，优先级高的车辆优先生成超车轨迹。当超车条件mi>si满足时，将该可能变道点标示为1，不满足时，将节点标示为0，所有标示为1的可能变道点相连接即为最佳超车轨迹。与现有技术相比，本专利技术优点为：(1)本专利技术通过超车轨迹规划系统中的控制程序计算出车辆超车所需的安全距离及建议行驶车速，生成超车轨迹，以实现超车车辆的安全行驶，减少道路上的车辆延误，提高道路通行能力。本专利技术在一定程度上缓解了交通拥堵，提高了道路运输效率。(2)本专利技术可实现实时监测，实时传输诱导信息，并且可根据当前交通状况做出实时改变，灵活性强。(3)本专利技术基于车路协同环境，将车载GPS设备与远程控制模块相连，实现远程实时监控系统的工作状态。附图说明图1是本专利技术系统计算流程图。图2是本专利技术的系统模块组成框图。图3是本专利技术超车场景示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。如图2所示，一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统，包括设置于车辆中的车载终端、车载定位模块，以及设置在路侧的路侧设备，其中：路侧设备包括中央计算模块，以及连接中央计算模块的接收模块、发送模块和存储模块；车载终端包括车载导航，以及连接车载导航的接收模块、发送模块和显示模块；车载定位模块包括相互连接的GPS传感器和发送模块；如图1所示，车载终端中，车载导航通过连接的发送模块将车辆安全行驶所需的车道信息和系统启动指令向路侧设备发送；同时车载定位模块中，GPS传感器获取车辆的位置、速度、加速度信息数据后通过连接的发送模块向路侧设备发送；路侧设备中的中央计算模块设置有动态超车轨迹规划算法程序，中央计算模块通过连接的接收模块接收车载终端发出的系统启动指令、车辆安全行驶所需的车道信息，以及接收车载定位模块发出的车辆位置、速度、加速度信息数据，并由中央计算模块将系统启动指令、车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、速度、加速度信息数据存储在存储模块中，中央计算模块中的动态超车轨迹规划算法程序从存储模块读取系统启动指令后，再从存储模块中读取车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统，其特征在于：包括设置于车辆中的车载终端、车载定位模块，以及设置在路侧的路侧设备，其中：路侧设备包括中央计算模块，以及连接中央计算模块的接收模块、发送模块和存储模块；车载终端包括车载导航，以及连接车载导航的接收模块、发送模块和显示模块；车载定位模块包括相互连接的GPS传感器和发送模块；所述车载终端中，车载导航通过连接的发送模块将车辆安全行驶所需的车道信息和系统启动指令向路侧设备发送；同时车载定位模块中，GPS传感器获取车辆的位置、速度、加速度信息数据后通过连接的发送模块向路侧设备发送；路侧设备中的中央计算模块设置有动态超车轨迹规划算法程序，中央计算模块通过连接的接收模块接收车载终端发出的系统启动指令、车辆安全行驶所需的车道信息，以及接收车载定位模块发出的车辆位置、速度、加速度信息数据，并由中央计算模块将系统启动指令、车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、速度、加速度信息数据存储在存储模块中，中央计算模块中的动态超车轨迹规划算法程序从存储模块读取系统启动指令后，再从存储模块中读取车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、速度、加速度信息数据，最终由动态超车轨迹规划算法程序根据车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、速度、加速度信息数据计算获得最佳超车轨迹方案信息，中央计算模块将最佳超车轨迹方案信息通过连接的发送模块向车载终端发送；车载终端的车载导航通过连接的接收模块，接收路侧设备发出的超车轨迹方案，并由车载导航将超车轨迹方案送入显示模块进行显示。...

【技术特征摘要】
1.一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统，其特征在于：包括设置于车辆中的车载终端、车载定位模块，以及设置在路侧的路侧设备，其中：路侧设备包括中央计算模块，以及连接中央计算模块的接收模块、发送模块和存储模块；车载终端包括车载导航，以及连接车载导航的接收模块、发送模块和显示模块；车载定位模块包括相互连接的GPS传感器和发送模块；所述车载终端中，车载导航通过连接的发送模块将车辆安全行驶所需的车道信息和系统启动指令向路侧设备发送；同时车载定位模块中，GPS传感器获取车辆的位置、速度、加速度信息数据后通过连接的发送模块向路侧设备发送；路侧设备中的中央计算模块设置有动态超车轨迹规划算法程序，中央计算模块通过连接的接收模块接收车载终端发出的系统启动指令、车辆安全行驶所需的车道信息，以及接收车载定位模块发出的车辆位置、速度、加速度信息数据，并由中央计算模块将系统启动指令、车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、速度、加速度信息数据存储在存储模块中，中央计算模块中的动态超车轨迹规划算法程序从存储模块读取系统启动指令后，再从存储模块中读取车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、速度、加速度信息数据，最终由动态超车轨迹规划算法程序根据车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、速度、加速度信息数据计算获得最佳超车轨迹方案信息，中央计算模块将最佳超车轨迹方案信息通过连接的发送模块向车载终端发送；车载终端的车载导航通过连接的接收模块，接收路侧设备发出的超车轨迹方案，并由车载导航将超车轨迹方案送入显示模块进行显示。2.根据权利要求1所述的一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统，其特征在于：车载终端中的车载导航将最佳超车轨迹方案信息转换为动态图像数据和语音数据，车载终端通过显示模块显示相应的动态图像以及播放相应的语音提示。3.根据权利要求1所述的一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统，其特征在于：所述动态超车轨迹规划算法程序的工作流程如下：(1)超车优先级包含在系统启动指令内，系统启动后...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁恒，刘余洁，黄瑞文，周翔宇，夏开南，钱宇，郑小燕，柏海舰，张卫华，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34