一种智能网联自动驾驶货运专用道控制系统的制作方法

1.本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种智能网联自动驾驶货运专用道控制系统。


背景技术：

2.智能网联自动驾驶技术具有减少人力成本、提高车辆运行效率以及降低能源消耗等诸多优点。目前，智能网联自动驾驶货运车辆已经在我国多个智能化港口内部实现示范应用，而在社会车辆与货运车辆混行的复杂港口外部道路应用尚属测试阶段，尚未开展大面积的示范应用。既有的车辆端技术，一是需要搭载昂贵的车载设备，二是不同车辆搭载的远程监控系统难以统一兼容，这也阻碍了智能网联自动驾驶车辆商业化应用落地的进程。
3.智能网联自动驾驶货运专用道作为智能的路侧基础设施，可以从道路端加速港口智能网联自动驾驶货车在港外道路的示范应用，实现交通客货分离，提高车辆安全性和效率。已公开的专利（申请号：202111233208.4）提出了一种允许网联车借用公交专用道的动态调控方法，主要从道路空间资源利用的角度判别网联车在公交专用道上行驶的条件，属于车辆端技术。另一件已公开的专利（申请号：202111008693.5）提出了一种下匝道车辆驶离智能网联专用道的车队控制方法，是对专用道瓶颈路段交通服务水平提升的技术，仍属于车辆端技术。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，为智能网联自动驾驶货运车辆提供安全、高效的道路交通运营环境，提供一种实现实时动态控制智能网联自动驾驶货运专用道和货运车辆行驶车道的系统，通过研判港口道路智能网联自动驾驶货运作业分布和道路安全状况，在智能网联自动驾驶货运专用道的控制节点进行道路交通信号控制。本发明侧重道路端技术，并且增加了车辆与专用道间的互通信模块。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种智能网联自动驾驶货运专用道控制系统，包括交通检测模块、事件检测模块、数据传输模块、云控中心模块、专用道控制模块、路侧单元模块和车载通信模块；
7.所述的交通检测模块，包括ai视频交通检测单元、雷达交通检测单元、红外交通检测单元，用于检测智能网联自动驾驶货运专用道所在道路的交通流量、车辆类型、车辆速度、通行时间，通过所述交通检测模块实现信息采集和信息存储；
8.所述的事件检测模块，包括ai视频事件检测单元、雷达事件检测单元、红外事件检测单元，用于检测智能网联自动驾驶货运专用道所在道路的交通事件，交通事件分为普通车道交通事件和专用车道交通事件；交通事件包括但不限于交通拥堵识别、交通事故识别、道路抛洒物识别、危险车辆识别、异常停车识别、行人穿越识别，通过所述事件检测模块实现信息采集、事件分类、事件存储的功能；
9.所述的数据传输模块，为所述智能网联自动驾驶货运专用道控制系统的各模块提
供数据传输和通信服务，包括有dsrc、c-v2x功能；能够实现交通检测模块、事件检测模块与云控中心模块间的交通基础数据传输，以及云控中心模块与专用道控制模块、专用道控制模块与路侧单元模块、路侧单元模块与车载通信模块间的双向通信服务；
10.所述的云控中心模块，包括数据存储单元、数据分析单元、智能决策单元和可视化单元，用于对交通检测数据和事件检测数据的处理分析，自动判别生成智能网联自动驾驶货运专用道开启或关闭的动态控制方案；
11.所述的专用道控制模块，包括车道信号灯、门架、限速板、信息提示板，用于实现对智能网联自动驾驶货运专用道的动态控制；当收到云控中心模块传输的动态控制方案指令时，通过前端设备指示当前专用道的状态为开启还是关闭；
12.所述的路侧单元模块，包括路侧单元rsu、多访问边缘计算单元mecu，用于实现道路与智能网联自动驾驶货运车辆以及智能网联自动驾驶货运车辆之间的信息传递，具有数据感知、数据处理、控制信号传递和信息发布的功能；
13.所述的车载通信模块，配备有车载单元obu，用于实现车辆接受专用道控制信号，显示车辆当前行驶的道路交通信息，具有短信接收、短信发送、语音播报、图像显示功能，能够与路侧单元模块双向通信，路侧单元模块能够接收车载通信模块的信息并传输给云控中心模块形成反馈分析。
14.进一步的，所述动态控制方案包括专用道开启方案和专用道关闭方案，专用道开启方案是指道路不允许非智能网联自动驾驶货运车辆在专用道上行驶，专用道关闭方案是指专用道不受特殊交通管控，所有车型均能够在该专用道上行驶。
15.进一步的，所述的数据存储单元，用于存储交通检测数据和事件检测数据；
16.所述的数据分析单元，包括查询、筛选、清洗功能，用于读取和分析交通检测数据和事件检测数据；
17.所述的智能决策单元，用于自动生成智能网联自动驾驶货运专用道的动态控制方案；
18.所述的可视化单元，用于动态显示控制系统内各模块传输的交通检测数据和事件检测数据、动态控制方案，实现视频、图像、文本数据的可视化呈现。
19.进一步的，所述智能决策单元中，关于自动驾驶货运专用道动态控制的判别方法如下：
20.步骤1.获取当前道路智能网联自动驾驶货运专用道的动态控制方案，确定当前时刻专用道为开启状态还是关闭状态；
21.步骤2.判断当前道路交通服务水平；
22.步骤3.判断当前道路智能网联自动驾驶货运车辆比例；
23.步骤4.判断当前道路是否有交通事件发生；
24.步骤5.判断智能网联自动驾驶货运车辆是否需要变换车道；
25.步骤6.循环上述步骤1-5，判断下一时间段，智能网联自动驾驶货运专用道的动态控制方案。
26.进一步的，步骤2中，将交通服务水平划分为a、b、c三个等级，a等级为自由流运行状态，对应服务水平为舒适状态，b等级为接近饱和交通流运行状态，对应服务水平为一般状态，c等级为饱和交通流运行状态，对应服务水平为拥堵；道路i上t时刻交通服务水平
的计算方法如下：
[0027][0028]
其中，表示道路i上t时刻单位小时全车型交通量，单位：pcu/h；通过控制观测时间按比例放大计算得到；表示道路i的单向理论道路交通通行能力，单位：pcu/h。
[0029]
进一步的，所述的交通量通过将不同车型折算为标准车型来获取；不同车型的标准车型转化系数设置如下：
[0030]
小型客车和货车的转化系数为1，中型货车和大型客车的转化系数为1.5，大型货车的转化系数为3，集装箱卡车的转化系数为4，其他车辆的转化系数为2；
[0031]
其中，小型客车：额定座位≤19座；小型货车：载重量≤2吨；中型货车：2吨《载重量≤7.0吨；大型客车：额定座位》19座；大型货车：7吨《载重量≤14吨；其他车辆：特大型载货汽车、拖挂车、摩托车、拖拉机、非机动车；非机动车包括自行车、三轮车、畜力车；
[0032]
步骤3中，当前道路客货车辆比例按照上述转化系数转化为标准车型，道路i上t时刻智能网联自动驾驶集装箱卡车车辆比例的计算方法如下：
[0033][0034]
其中，表示道路i上t时刻单位小时智能网联自动驾驶集装箱卡车交通量，单位：pcu/h。
[0035]
进一步的，步骤4中，当专用车道检测到交通事件时，若当前智能网联自动驾驶货运专用道为开启状态，则需要判断已经在专用车道行驶的智能网联自动驾驶货运车辆是否需要变道至普通车道。
[0036]
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
[0037]
所述的智能网联自动驾驶货运专用道控制系统包括：交通检测模块、事件检测模块、数据传输模块、云控中心模块、专用道控制模块、路侧单元模块和车载通信模块。本发明通过该系统实现对智能网联自动驾驶货运专用道的动态控制，在系统控制中考虑了道路实时交通量和突发性交通安全事件双重影响因素。整体系统实现了信息采集、数据传输、数据处理与分析、自动化方案设计、动态信号控制和车路双向通信功能，无需人工干预。系统基于交通运行状况和交通事件的检测结果决策是否启用智能网联自动驾驶货运专用道，不仅可以适应常态下交通需求的变化，提升道路整体的服务水平，还能够满足交通事故发生后应急处理的需要，实现交通快速疏散。该系统是面向道路端基础设施智能化的提升技术，可以有效提高港口道路交通安全性和服务水平，并减少交通拥堵和能源消耗。该系统的应用将加速智能网联自动驾驶货运车辆在港口外部道路的应用落地，为智能化绿色化港口基础设施建设提供技术支撑。
附图说明
[0038]
图1是本发明实施例提供的控制系统的应用架构示意图。
[0039]
图2是本实施例中控制系统内各硬件设备布置示意图。
[0040]
图3是本实施例中云控中心模块应用架构示意图。
[0041]
图4是本实施例中自动驾驶货运专用道动态控制的判别方法流程图。
[0042]
图5a和图5b是本实施例中自动驾驶货运专用道动态控制方案。
具体实施方式
[0043]
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0044]
本实施例中，为描述简洁，所涉及的简称对应的技术术语如下：
[0045]
cav：connected autonomous vehicle，网联自动驾驶车辆
[0046]
dsrc：dedicated short range communication，专用短程通信技术
[0047]
c-v2x：cellular vehicle to everything蜂窝网通信技术演进形成的车用无线通信技术；
[0048]
mecu：multi-access edge computing units，多访问边缘计算单元；
[0049]
rsu：road side units，路侧单元；
[0050]
obu：on board unit，车载单元。
[0051]
请参阅图1，本实施例中智能网联自动驾驶货运专用道控制系统系统包括：交通检测模块101、事件检测模块102、数据传输模块103、云控中心模块104、专用道控制模块105、路侧单元模块106和车载通信模块107。图2是本实施例中系统硬件设备布置示意图。
[0052]
交通检测模块101，用于检测智能网联自动驾驶货运专用道所在道路的交通流量、车辆类型、车辆速度、通行时间等，具有信息采集和信息存储的功能。该模块配备ai视频交通检测、雷达交通检测、红外交通检测。
[0053]
优选的，ai视频交通检测设备，可实现人体分析、车辆分析、行为分析、图像分析。
[0054]
优选的，雷达交通检测设备，可对检测区域内各类车辆、行人进行全天候检测，并分析来车方向、来车距离、行驶速度等。
[0055]
优选的，红外交通检测设备，可利用道路上行人、非机动车、机动车产生的不同温度信号呈现出热图像，无需借助任何光源即可正常工作。
[0056]
事件检测模块102，用于检测智能网联自动驾驶货运专用道所在道路的交通事件，交通事件包括但不限于交通拥堵识别、交通事故识别、道路抛洒物识别、危险车辆识别、异常停车识别、行人穿越识别，具有信息采集、事件分类、事件存储的功能。该模块配备ai视频事件检测、雷达事件检测、红外事件检测。
[0057]
优选的，ai视频事件检测设备，可实现在光线良好的白天环境对道路交通各类事件的信息采集、事件分类与存储等功能。
[0058]
优选的，雷达事件检测设备，利用激光、毫米波技术，可全天候实现道路交通各类事件的信息采集、事件分类与存储功能。
[0059]
优选的，红外交通检车设备，利用红外感应技术，可重点对微小的交通事件捕捉，包括但不限于道路抛洒物识别、行人穿越识别。
[0060]
为了减少设备冗余，提高设备利用率，交通检测模块和事件检测模块可根据需求合并为一个模块，交通检测设备和事件检测设备可通过对信息采集、分析、存储功能分区集成布设，设备的种类也可根据实际需要布设其中一种或多种。如图2，优选的，设备采用门架的布设方式，设置在车道的上方，门架的侧面布设路侧单元（rsu），实现对门架上所有的检测设备的数据存储、数据传输/接收、数据分析的功能。
[0061]
数据传输模块103，为连接智能网联自动驾驶货运专用道控制系统的一个或多个实体提供有线/无线数据传输和通信服务，包括dsrc、c-v2x功能。用于实现交通检测模块101、事件检测模块102与云控中心模块104间的交通基础数据传输，以及云控中心模块104与专用道控制模块105、专用道控制模块105与路侧单元模块106、107路侧单元模块与车载通信模块107、智能网联自动驾驶货运车辆间的双向通信服务。
[0062]
优选的，交通检测模块101、事件检测模块102与云控中心模块104的传输距离小于20公里，可以采用光纤进行传输；交通检测模块101、事件检测模块102与云控中心模块104的传输距离大于20公里，且布设数据线与供电不方便时，可以采用4g或5g网络进行无线数据传输，同时采用蓄电池或太阳能电池板对检测设备进行供电。
[0063]
请参阅图3，本实施例中云控中心模块104，用于对交通检测数据和事件检测数据的处理分析，自动判别生成智能网联自动驾驶货运专用道开启或关闭的方案，包括数据存储单元401、数据分析单元402、智能决策单元403、可视化单元404。
[0064]
进一步说明，专用道开启方案是指道路不允许非智能网联自动驾驶货运车辆在专用道上行驶，专用道关闭方案是指专用道不受特殊交通管控，所有车型均可在该车道上行驶。
[0065]
优选的，专用道开启和关闭采用车道灯和可变信息报提示等方式。当车道灯为绿色时，专用道为开启状态，此时只允许智能网联自动驾驶货运车辆在专用道上行驶，已在专用道上行驶的非智能网联自动驾驶货运车辆仍可以在专用道上行驶，或根据系统引导，换道到普通车道，后续不可在驶入专用车道。
[0066]
数据存储单元401，用于存储交通检测数据和事件检测数据。
[0067]
数据分析单元402，包含查询、筛选、清洗功能，用于读取和分析交通检测数据和事件检测数据。
[0068]
智能决策单元403，用于自动生成智能网联自动驾驶货运专用道的动态控制方案。
[0069]
可视化单元404，用于动态显示系统模块传输的交通检测数据和事件检测数据、智能网联自动驾驶货运专用道控制方案，实现视频、图像、文本数据的可视化呈现。
[0070]
优选的，云控中心模块作为智能网联自动驾驶货运专用道控制系统的核心模块，可规划选址设置云控中心，配置专人专岗，实现本区域智能网联自动驾驶货运专用道路的动态控制，或并入至本区域交通控制指挥中心。
[0071]
进一步地，请参阅图4，本实施例给出云控中心模块的智能决策单元403中，自动驾驶货运专用道动态控制的判别方法，具体步骤如下：
[0072]
s4031：获取当前道路智能网联自动驾驶货运专用道的控制方案，确定当前时刻专用道为状态还是关闭状态；
[0073]
s4032：判断当前道路交通服务水平；
[0074]
s4033：判断当前道路智能网联自动驾驶货运车辆比例；
[0075]
s4034：判断当前道路是否有交通事件发生；
[0076]
s4035：判断智能网联自动驾驶货运车辆是否需要变换车道；
[0077]
s4036：循环上述步骤，判断下一时间段，智能网联自动驾驶货运专用道的控制方案。
[0078]
可选的，s4032中，将服务水平划分为a、b、c三个等级，a等级为自由流运行状态，对
应服务水平为舒适状态，b等级为接近饱和交通流运行状态，对应服务水平为一版状态，c等级为饱和交通流运行状态，对应服务水平为拥堵。道路i上t时刻交通服务水平（）的计算方法如下：
[0079][0080]
其中，表示道路i上t时刻单位小时全车型交通量（单位：pcu/h），可通过控制观测时间按比例放大计算得到。表示道路i的单向理论道路交通通行能力（单位：pcu/h）。
[0081]
优选的，本实施例中交通量需要折算为标准车型。不同车型的标准车型转化系数如表1所示。
[0082]
表1 车型划分及车辆折算系数
[0083]
车型小型客车小型货车中型货车大型客车大型货车集卡其他转化系数111.51.5342
[0084]
其中，小型客车：额定座位≤19座；小型货车：载重量≤2吨；中型货车：2吨《载重量≤7.0吨；大型客车：额定座位》19座；大型货车：7吨《载重量≤14吨；其他：特大型载货汽车、拖挂车、摩托车、拖拉机、非机动车（自行车、三轮车、畜力车）等。
[0085]
表2 车型划分及车辆折算系数
[0086]
车型小型客车小型货车中型货车大型客车大型货车集卡其他数量201210108105
[0087]
优选的，观测时间为5分钟或10分钟为宜。具体举例说明：观测时间设定为5分钟，通过ai视频检测设备，检测到5分钟通过的车辆数和车型如表2所示。则可计算出。以双向六车道为例，单向理论道路交通通行能力为3045pcu/h，则。
[0088]
优选的，本实施例定义设定为 a级服务水平，设定为b级服务水平，设定为c级服务水平。
[0089]
优选的，本发明为了充分利用道路交通资源，因此当道路处于a级或c级服务水平时，不开启专用车道；当道路处于b级服务水平时，转到s4033进一步判断。
[0090]
s4033：当前道路客货车辆比例同样需根据表1的折算系数转化为标准车型，道路i上t时刻智能网联自动驾驶集卡车辆比例（）计算方法如下：
[0091][0092]
其中，表示道路i上t时刻单位小时智能网联自动驾驶集卡交通量（单位：pcu/h）。
[0093]
具体的，s4033中，设置了一个智能网联自动驾驶货运专用道动态控制的判别阈值h，当时，不开启专用车道，当时，开启专用车道。优选的，为了充分发挥专用车道的利用率，本实施例将判别阈值h设置为0.5，即道路上智能网联自动驾驶货运车辆超过半数以上，才可考虑开启专用车道。
[0094]
具体的，s4034中，交通事件又分为普通车道交通事件和专用车道交通事件。当专
用车道检测到交通事件时，若当前智能网联自动驾驶专用道为开启状态，则需要需转到s4035判断：已经在专用车道行驶的智能网联自动驾驶货运车辆是否需要变换车道。
[0095]
为了更好的说明自动驾驶货运专用道动态控制的判别方法，请参阅图5a和图5b，在实施例中分别给出了自动驾驶货运专用道为开启状态和关闭状态时，经过判别计算得到的控制方案。
[0096]
优选的，当普通车道检测到交通事件时，若当前交通服务水平为a级，则保持智能网联自动驾驶货运专用道的控制状态；若当前交通服务水平为b级或c级，则设置智能网联自动驾驶货运专用道为关闭状态，以降低普通车道的交通影响。
[0097]
优选的，当专用车道检测到交通事件时，若当前交通服务水平为a级，则智能网联自动驾驶货运专用道为开启状态；若当前交通服务水平为b级或c级，则设置智能网联自动驾驶货运专用道为关闭状态，以降低普通车道的交通影响。
[0098]
专用道控制模块105，用于实现对智能网联自动驾驶货运专用道的动态控制。当收到云控中心模块104传输的专用道控制方案指令时，通过前端设备指示当前专用道的状态为开启还是关闭。该模块需配备但不限于车道信号灯、门架、限速板、信息提示板等。
[0099]
路侧单元模块106，用于实现道路与智能网联自动驾驶货运车辆、智能网联自动驾驶货运车辆间的信息传递，具有数据感知、数据处理、控制信号传递和信息发布的功能。该模块需配备路侧单元（rsu）、多访问边缘计算单元（mecu）等设备。
[0100]
车载通信模块107，用于实现车辆接受专用道控制信号，显示车辆当前行驶的道路交通信息，具有与路侧单元模块双向通信功能，当路侧单元模块接收到车载通信模块时，会传输给云控中心模块形成反馈分析。该模块需配备车载单元（obu）设备，具有但不限于短信接收/发送、语音播报、图像显示等功能。
[0101]
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0102]
虽然本技术提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行。
[0103]
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：
所述智能决策单元中，关于自动驾驶货运专用道动态控制的判别方法如下：步骤1.获取当前道路智能网联自动驾驶货运专用道的动态控制方案，确定当前时刻专用道为开启状态还是关闭状态；步骤2.判断当前道路交通服务水平；步骤3.判断当前道路智能网联自动驾驶货运车辆比例；步骤4.判断当前道路是否有交通事件发生；步骤5.判断智能网联自动驾驶货运车辆是否需要变换车道；步骤6.循环上述步骤1-5，判断下一时间段，智能网联自动驾驶货运专用道的动态控制方案。5.根据权利要求4所述一种智能网联自动驾驶货运专用道控制系统，其特征在于，步骤2中，将交通服务水平划分为a、b、c三个等级，a等级为自由流运行状态，对应服务水平为舒适状态，b等级为接近饱和交通流运行状态，对应服务水平为一般状态，c等级为饱和交通流运行状态，对应服务水平为拥堵；道路i上t时刻交通服务水平的计算方法如下：其中，表示道路i上t时刻单位小时全车型交通量，单位：pcu/h；通过控制观测时间按比例放大计算得到；表示道路i的单向理论道路交通通行能力，单位：pcu/h。6.根据权利要求5所述一种智能网联自动驾驶货运专用道控制系统，其特征在于，所述的交通量通过将不同车型折算为标准车型来获取；不同车型的标准车型转化系数设置如下：小型客车和货车的转化系数为1，中型货车和大型客车的转化系数为1.5，大型货车的转化系数为3，集装箱卡车的转化系数为4，其他车辆的转化系数为2；其中，小型客车：额定座位≤19座；小型货车：载重量≤2吨；中型货车：2吨<载重量≤7.0吨；大型客车：额定座位>19座；大型货车：7吨<载重量≤14吨；其他车辆：特大型载货汽车、拖挂车、摩托车、拖拉机、非机动车；非机动车包括自行车、三轮车、畜力车；步骤3中，当前道路客货车辆比例按照上述转化系数转化为标准车型，道路i上t时刻智能网联自动驾驶集装箱卡车车辆比例的计算方法如下：其中，表示道路i上t时刻单位小时智能网联自动驾驶集装箱卡车交通量，单位：pcu/h。7.根据权利要求4所述一种智能网联自动驾驶货运专用道控制系统，其特征在于，步骤4中，当专用车道检测到交通事件时，若当前智能网联自动驾驶货运专用道为开启状态，则需要判断已经在专用车道行驶的智能网联自动驾驶货运车辆是否需要变道至普通车道。

技术总结
本发明公开一种智能网联自动驾驶货运专用道控制系统，包括交通检测模块，用于实现信息采集和信息存储；事件检测模块，用于检测智能网联自动驾驶货运专用道所在道路的交通事件，实现信息采集、事件分类、事件存储；数据传输模块，用于提供数据传输和通信服务；云控中心模块，用于对交通检测数据和事件检测数据的处理分析，自动判别生成智能网联自动驾驶货运专用道开启或关闭的控制方案；专用道控制模块，用于实现对智能网联自动驾驶货运专用道的动态控制；路侧单元模块，用于实现道路与智能网联自动驾驶货运车辆以及智能网联自动驾驶货运车辆之间的信息传递；车载通信模块，用于实现车辆接受专用道控制信号，显示车辆当前行驶的道路交通信息。驶的道路交通信息。驶的道路交通信息。


技术研发人员：孙峣 马佳兴 白子建 张紫程 胡封疆 齐钦 柯水平 申婵 马红伟 武毅 赵己周 齐心 吕天翔 郭昭 张晨阳
受保护的技术使用者：天津市政工程设计研究总院有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/7/12