基于车联网的单行道优先通行系统及方法与流程

1.本发明属于车辆优先通行和车联网技术领域，尤其涉及基于车联网的单行道优先通行系统及方法。


背景技术：

2.单行道是指只允许一个方向行驶的车道。单向交通作为一种投资少、见效快、操作简便的交通管理措施，已得到广泛采用。近年来，我国许多城市也积极采用单向交通，把部分双行道路直接改成单行线，很大程度上缓解了道路交通压力，减少了拥堵情况。单行道是解决城市交通拥挤、增加交通容量的最直接、最有效、最经济的一种办法，它是以局部的限制来保障全局的畅通。
3.事物总是在有其利的同时会有其弊。比如，如果要到达的目的地与单行道所允许行驶的方向相反，则车辆可能需要绕行比较远的其它道路，这会给车辆带来某些不便。对普通的社会车辆而言，多花些时间和能耗成本尚可接受，但对于执行任务的分秒必争的特种车辆（比如救护车、消防车、警车、工程抢险车等）的行动会造成一定的影响。虽然根据相关法律和规定，上述执行任务的特种车辆可以不受行驶速度、行驶路线、行驶方向和指挥灯信号的限制，在保证安全的情况下在单行道上逆行，但由于目前车与路、其它车辆以及行人等交通参与者之间并没有很好的沟通和协调机制，执行任务的特种车辆在单行道上逆行很容易造成交通堵塞和/或事故。
4.如何在目前车联网技术大发展的背景下，实现执行任务的特种车辆在单行道上安全快速地逆行，是急需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，从而提供基于车联网的单行道优先通行系统及方法，通过运用数字公钥证书认证技术，并结合车联网技术，使得进行基于车联网的单行道优先通行既安全可靠、又简单高效。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明一方面提出基于车联网的单行道优先通行系统，包括云端服务器、至少一个路侧端和至少一个车端；所述云端服务器与所述路侧端通信连接；所述云端服务器与所述车端无线通信连接；所述云端服务器用于对车端的通行权限进行存储和/或验证，所述通行权限包括允许逆向通行和不允许逆向通行；当所述车端为因执行任务而需要在单行道逆行的特种车辆时，对应的通行权限为允许逆向通行；当所述车端不是因执行任务而需要在单行道逆行的特种车辆时，对应的通行权限为不允许逆向通行；还用于计算所述车端的地理位置与所述单行道的终止点的地理位置之间的距离；以及识别单行道标牌图像，从中识别并提取出与所述单行道对应的路侧端编号；所述车端用于向云端服务器发出优先通行请求信息，并根据云端服务器的反馈进
行相应的操作，当收到云端服务器发送的允许逆向通行的信息，则在单行道上逆行通过，否则不允许在单行道上逆行通过；所述车端还响应云端服务器向车端发送要求实时持续提供所述车端的地理位置信息的要求，实时持续地采集车端的地理位置并发送给所述云端服务器；所述路侧端包括交通信号控制机、优先信息显示牌和标线投影模块；所述交通信号控制机用于改变道路交通信号顺序、调节配时并控制道路交通信号灯运行；所述优先信息显示牌用于显示在单行道上需逆向优先通行的车端相关信息，车端相关信息包括所述车端的行驶方向和速度、离当前优先信息显示牌的距离；所述标线投影模块用于向车端需要逆向优先通行的单行道的路面区域投射逆向通行信息，所述逆向通行信息包括与原单行道通行方向相反的逆行方向指示标线和车端相关信息。
7.进一步地，所述车端包括车端安全模块、车端摄像模块和车端定位模块；所述车端安全模块用于为所述车端提供密码服务功能和安全存储功能，所述密码服务功能包括生成随机数、数字签名运算、数字签名验签运算、加解密运算、生成会话密钥、生成数字摘要、数字证书验证和数字证书撤销列表查询；所述车端摄像模块用于采集单行道标牌图像；所述车端定位模块用于获取所述车端的实时地理位置信息。
8.进一步地，所述路侧端还包括路侧端安全模块、智能道钉、语音提示模块；所述路侧端安全模块用于为所述路侧端提供密码服务功能和安全存储功能；所述智能道钉用于根据车端相关信息在所述车端需要逆向优先通行的单行道的路面和/或路边区域指示所述车端的逆向优先通行的方向；所述语音提示模块用于播报所述车端的车端相关信息，以便于社会车辆和行人了解当前和即将驶入的所述车端的情况，所述社会车辆是指除需要逆行通过单行道的所述车端以外的其它车辆。
9.进一步地，所述云端服务器包括数字证书模块、云端安全模块和云端存储模块；所述数字证书模块用于分别为云端服务器、路侧端和车端生成公钥证书并保存；还用于通过离线或在线方式将路侧端的公钥证书和云端服务器的根证书写入路侧端安全模块内、将车端的公钥证书和云端服务器的根证书写入车端安全模块内；所述路侧端和所述车端的公钥证书由所述云端服务器的根证书签发；所述云端服务器、路侧端和车端各自保存与其相应公钥证书中的公钥相对应的私钥；所述云端安全模块用于为所述云端服务器提供密码服务功能和安全存储功能；所述云端存储模块用于预置和存储车端的车辆号牌和/或车辆识别码，所述车端在所述单行道的通行权限，路侧端编号，路侧端编号对应的路侧端的地理位置信息，路侧端所对应的单行道的地理位置信息，以及所述单行道的起始点和/或终止点的地理位置信息与所述路侧端的地理位置信息和路侧端编号的对应关系。
10.进一步地，所述单行道至少包括两个车道，将单行道原通行方向的最左侧车道设为可变通行方向车道；当没有需要逆向优先通行的车端需要逆行通过时，所述最左侧车道与其它车道保持一致的通行方向；当有需要逆向优先通行的车端需要逆行通过时，最左侧
车道变为与原通行方向相反的车道，此时所述最左侧车道改为需要逆向优先通行的车端的专用逆行车道，社会车辆则通过所述其它车道继续按原有方向通行。
11.本发明另一方面还提出基于车联网的单行道优先通行方法，包括：车端通过车端摄像模块获取得到单行道标牌图像；然后，通过车端定位模块实时获取所述车端的地理位置信息；进而，向云端服务器发送优先通行请求信息；所述优先通行请求信息包括车端相关信息和所述单行道标牌图像；所述车端相关信息包括所述车端的地理位置信息；所述云端服务器收到所述优先通行请求信息后，对单行道标牌图像进行图像识别，从中提取出路侧端编号，然后根据路侧端编号查找到路侧端所对应的单行道的地理位置信息；并根据所述优先通行请求信息获得所述车端在所述单行道的通行权限；如果所述车端的通行权限是不允许逆向通行，则云端服务器将该不允许逆向通行的通行权限发送给所述车端，所述车端收到后不能在所述单行道上逆行通过；如果所述车端的通行权限是允许逆向通行，则云端服务器计算所述车端的地理位置与单行道的终止点的地理位置之间的距离；当所述距离达到或低于设定的阈值时，云端服务器将允许逆向通行的通行权限发送给所述车端，所述车端在保证安全的情况下在所述单行道上逆行通过；所述云端服务器同时还将所述车端相关信息发送给所述单行道所对应的路侧端，然后，所述路侧端根据所述车端相关信息控制交通信号控制机、优先信息显示牌和标线投影模块，以反映所述车端相关信息，提示社会车辆和行人采取避让措施；当所述距离未达到或高于所述阈值时，云端服务器向所述车端发送要求实时持续提供所述车端的地理位置信息的要求；所述车端收到所述要求后，实时持续地采集车端的地理位置并发送给云端服务器；云端服务器收到所述车端的地理位置信息后，也实时计算所述车端的地理位置与所述单行道的终止点的地理位置之间的距离，直到所述距离达到或低于所述阈值时才停止采集和计算。
12.进一步地，根据所述优先通行请求信息获得所述车端在所述单行道的通行权限，具体包括：云端服务器根据优先通行请求信息内的车端相关信息中车辆号牌和/或车辆识别码，与云端存储模块内预置和存储的车辆号牌和/或车辆识别码进行比对，如果查找到相关的车辆号牌和/或车辆识别码，再查找与所述车辆号牌和/或车辆识别码所对应的车端在所述单行道的通行权限；如果未在云端存储模块内查找到相关的车辆号牌和/或车辆识别码，云端服务器直接向车端返回不允许逆向通行的通行权限。
13.进一步地，所述车端向所述云端服务器发出的优先通行请求信息还包括所述车端的地理位置信息以及所述车端在采集所述车端的地理位置信息时的时间信息；当多个车端向所述云端服务器发出优先通行请求信息时，云端服务器根据各车端的地理位置与单行道的终止点的地理位置的距离的远近以及所述时间信息内时间的先后关系来对车端的优先通行请求信息进行排队，然后，所述云端服务器根据排队的先后次序确定车端在所述单行道的通行权限的查询顺序；所述的对车端的优先通行请求信息进行排队是先按各车端的地理位置与所述单行道的终止点的地理位置的距离的远近来排队，距离近的排在前面；如果距离相同，则按各车端中发送请求信息的时间来排队，时间早的排在前面。
14.进一步地，所述车端向所述云端服务器发出的优先通行请求信息还包括所述车端
用车端的私钥对所述车端相关信息的数字签名信息；在云端服务器根据优先通行请求信息内的车端相关信息中车辆号牌和/或车辆识别码，与云端存储模块内预置和存储的车辆号牌和/或车辆识别码进行比对前，云端服务器用车端的公钥证书中的公钥对所述车端相关信息的数字签名信息进行验签；如果验签失败，则向所述车端返回不允许逆向通行的通行权限；在云端服务器向所述车端返回所述通行权限前，云端服务器用自身私钥对通行权限进行数字签名，生成通行权限数字签名，然后，将通行权限和通行权限数字签名一起返回给所述车端；所述车端在收到所述通行权限和所述通行权限数字签名后，先用云端服务器的公钥证书中的公钥对所述通行权限数字签名进行验签；如果验签不成功，则所述车端向云端服务器发送要求重新生成和发送通行权限和通行权限数字签名的请求；如果验签成功，则所述车端再根据所述通行权限进行相应的操作；在所述云端服务器同时还将所述车端相关信息发送给所述单行道所对应的路侧端前，云端服务器用自身私钥对所述车端相关信息进行数字签名，生成车端相关信息数字签名，然后，将所述车端相关信息和所述车端相关信息数字签名一起发送给路侧端；路侧端在收到所述车端相关信息和所述车端相关信息数字签名后，先用云端服务器的公钥证书中的公钥对所述车端相关信息数字签名进行验签；如果验签不成功，则路侧端向云端服务器发送要求重新生成和发送所述车端相关信息和所述车端相关信息数字签名的请求；如果验签成功，则路侧端再根据所述车端相关信息进行相应的操作。
15.进一步地，所述车端、云端服务器和路侧端在互发信息时，还可以加入时间戳和随机数，并在接收方进行相应的验证，以防止信息被重放攻击。
16.与现有技术相比，本发明具有的有益效果：第一，本发明云端服务器、路侧端和车端通过对数字签名进行验证保证了信息发送方的身份及所发信息的真实和完整性，防止信息被非法篡改，还可通过在发送的信息中应用时间戳和随机数，以防止信息被重放攻击，保证信息的安全。
17.第二，通过应用车联网及网络技术，在实现了信息安全传递的同时，可实现在单行道上通过交通信号控制机、优先信息显示牌、标线投影模块、智能道钉、语音提示模块等模块，使社会车辆和行人了解当前和/或即将驶入的车端的情况，及时调整自身的位置、方向和/或避让，使得所述车端可以安全顺利地实现优先通行。
18.第三，云端服务器可根据车端上报的定位信息和时间信息，更好更智能地确定优先服务车端，进一步提高了优先通行效率。
附图说明
19.图1为本发明实施例基于车联网的单行道优先通行系统的架构示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释说明：如图1所示，基于车联网的单行道优先通行系统，包括云端服务器、至少一个路侧端和至少一个车端；所述云端服务器与所述路侧端通信连接；所述云端服务器与所述车端
无线通信连接。
21.所述云端服务器用于对车端的通行权限进行存储和/或验证；所述通行权限是指所述车端具不具有在单行道上逆行的权限，其中，当所述车端具体是指因执行任务而需要在单行道逆行的特种车辆时，对应的通行权限为允许逆向通行；当所述车端不是因执行任务而需要在单行道逆行的特种车辆时，对应的通行权限为不允许逆向通行；所述云端服务器还用于计算所述车端的地理位置与所述单行道的终止点的地理位置之间的距离；所述云端服务器还用于识别单行道标牌图像，从中识别并提取出与所述单行道对应的路侧端编号。
22.所述车端用于向所述云端服务器发出优先通行请求信息，并根据所述云端服务器的反馈进行相应的操作；所述车端如果收到所述云端服务器返回的允许逆向通行的信息，则所述车端在保证安全的情况下在所述单行道上逆行通过；所述车端如果收到所述云端服务器返回的不允许逆向通行的信息，则所述车端不能在所述单行道上逆行通过，而是自行选择其它道路绕行通过；所述车端还响应所述云端服务器向所述车端发送要求实时持续提供所述车端的地理位置信息的要求，实时持续地采集车端的地理位置并实时发送给所述云端服务器。
23.所述路侧端包括交通信号控制机、优先信息显示牌和标线投影模块；具体地，所述路侧端具有路侧端编号；所述路侧端编号用于唯一标识所述路侧端；所述路侧端编号存储于所述路侧端的路侧端安全模块的安全存储区内；所述路侧端还存储有该路侧端的地理位置信息以及该路侧端所在的单行道的地理位置信息。
24.所述交通信号控制机用于改变道路交通信号顺序、调节配时并控制道路交通信号灯运行；交通信号控制机是交通信号控制系统的核心组成部分，是交通信号控制系统中位于道路现场的执行单元，其核心功能是实现道路交通信号控制，兼有交通信息采集、通信、交叉口监控等功能；所述交通信号控制机控制交通信号灯；所述交通信号灯设置于单行道出口和/或入口处，单行道的整个路段也可根据实际需要设置更多交通信号灯，比如在路段中间有人行横道的位置可以设置交通信号灯；所述交通信号灯包括但不限于用于指示社会车辆和行人的红绿灯和用于指示逆向优先通行的红绿灯；所述社会车辆是指除需要逆行通过单行道的所述车端以外的其它车辆；所述优先信息显示牌用于显示所述车端的车端相关信息，以便于社会车辆和行人了解当前和/或即将驶入的车端的情况，及时调整自身的位置、方向和/或避让，具体信息可包括所述车端的行驶方向和速度、离本优先信息显示牌的距离等；所述优先信息显示牌设置于单行道出口和/或入口处，单行道的整个路段也可根据实际需要设置更多优先信息显示牌，比如在路段中间有人行横道的位置可以设置优先信息显示牌；所述标线投影模块用于向车端需要逆向优先通行的单行道的路面区域投射逆向通行信息；所述逆向通行信息包括但不限于与原单行道通行方向相反的逆行方向指示标线和所述车端的车端相关信息；所述逆行方向指示标线用于临时覆盖或替换原单行道路面上的原单行道通行方向的指示标线；所述车端相关信息被投影在所述逆行方向指示标线旁边，以便于社会车辆和行人通过所述逆向通行信息及时了解正在和/或即将逆向通行的所述车端的相关信息，及时调整自身的位置、方向和/或避让；所述标线投影模块设置于单行道出口和/或入口处，单行道整个路段也可根据实际需要设置更多标线投影模块，比如在路
段中间有人行横道的位置附近可以设置标线投影模块；所述标线投影模块包括但不限于投影灯；所述投影灯可以是激光投影灯和/或led投影灯；所述标线投影模块主要用于夜晚或白天弱光的自然条件下向路面投影所述逆向通行信息；所述逆行方向指示标线被所述投影灯以适当亮度和颜色投射出来，其亮度和大小要足够覆盖或替换原单行道通行方向的指示标线，以便于为需要逆向优先通过单行道的车端指示其应该通行的车道和逆行方向，同时也可以对其它社会车辆和行人起到提示将有车端要在作述逆行方向指示标线所指示的车道和方向上逆行的作用，便于社会车辆和行人即时调整自身的位置、方向，及时避让。
25.具体地，所述路侧端根据所述云端服务器发来的所述车端相关信息控制交通信号控制机、优先信息显示牌和标线投影模块，以反映所述车端相关信息，提示社会车辆和行人采取避让措施，所述避让措施包括但不限于原地等待、让行和/或绕行。
26.具体地，所述单行道具有单行道标牌；所述单行道标牌是一种交通标志；所述单行道标牌包括但不限于单行道名称和与所述单行道对应的路侧端编号；所述单行道标牌设置于所述单行道的起始点和/或终止点附近；所述交通标志是用文字或符号传递引导、限制、警告或指示信息的道路设施，又称道路标志或道路交通标志，交通标志是实施交通管理、保证道路交通安全、顺畅的重要措施。
27.进一步地，所述车端包括车端安全模块、车端摄像模块和车端定位模块；所述车端安全模块用于为所述车端提供密码服务功能和安全存储功能；所述车端定位模块用于获取所述车端的地理位置信息；所述车端摄像模块用于采集所述单行道标牌图像。
28.具体地，所述车端具有车辆识别码；所述车辆识别码由车辆生产方在车辆出厂前内置于所述车端的所述车端安全模块的安全存储区内，所述车辆识别码在内置于所述车端安全模块的安全存储区内后，只提供只读功能，车辆使用方不能更改内置于所述车端安全模块的安全存储区内的车辆识别码；所述车辆识别码（vehicle identification number,或称车架号码，简称vin），是一组由若干个字母和/或数字组成，用于汽车上的一组独一无二的号码，可以识别汽车的生产商、引擎、底盘序号及其它性能等资料。
29.具体地，所述车端还具有车辆号牌；所述车辆号牌，俗称牌照、车牌，是分别悬挂在车子前后的板材，通常使用的材质是铝、铁皮、塑料或纸质，在上面刻印车子的登记号码、登记地区或其它的相关信息。
30.具体地，所述车端具有车端相关信息；所述车端相关信息包括所述车端的车辆号牌、车辆识别码、车端的通行方向和/或车端的地理位置信息等信息；所述车端相关信息还可以包括所述车端的车身颜色、车辆类型、车辆速度等信息。
31.进一步地，所述路侧端还包括路侧端安全模块；所述路侧端安全模块用于为所述路侧端提供密码服务功能和安全存储功能。
32.进一步地，所述路侧端还包括智能道钉；所述智能道钉用于根据所述车端的车端相关信息在所述车端需要逆向优先通行的单行道的路面和/或路边区域指示所述车端的逆向优先通行的方向，比如可以以发光的颜色或发光的带颜色的箭头指示所述车端的逆向优先通行的方向，所述颜色可以是红色、绿色或其它颜色；所述智能道钉可以包括发光部件；所述发光部件可以是彩色led发光材料。
33.进一步地，所述路侧端还包括语音提示模块；所述语音提示模块用于播报所述车
端的车端相关信息，以便于社会车辆和行人了解当前和即将驶入的所述车端的情况；所述语音提示模块设置于单行道出口和/或入口处，单行道整个路段也可根据实际需要设置更多语音提示模块，比如在路段中间有人行横道的位置可以设置语音提示模块。
34.进一步地，所述云端服务器包括数字证书模块、云端安全模块和云端存储模块；所述数字证书模块分别为所述云端服务器、所述路侧端和所述车端生成公钥证书并保存；所述数字证书模块通过离线或在线方式将所述路侧端的公钥证书和所述云端服务器的根证书写入所述路侧端的路侧端安全模块内；所述数字证书模块通过离线或在线方式将所述车端的公钥证书和所述云端服务器的根证书写入所述车端的车端安全模块内；所述路侧端和所述车端的公钥证书是由所述云端服务器的根证书签发的；所述云端安全模块用于为所述云端服务器提供密码服务功能和安全存储功能；所述云端存储模块用于预置和存储车端的车辆号牌和/或车辆识别码，以及所述车端的车辆号牌和/或车辆识别码所对应的单行道的通行权限，以供所述云端服务器查询和调用；所述单行道通过所述单行道的地理位置信息、单行道编号和/或单行道名称来确定；所述云端存储模块还用于存储路侧端编号；所述云端存储模块还用于存储所述路侧端编号所对应的路侧端的地理位置信息；所述云端存储模块还用于存储所述路侧端所对应的单行道的地理位置信息；所述单行道的地理位置信息包括但不限于所述单行道的起始点和/或终止点的地理位置信息；所述地理位置信息包括但不限于地理坐标；所述云端服务器预设和维护有所述单行道的起始点和/或终止点的地理位置信息与所述路侧端的地理位置信息和路侧端编号的对应关系，使得通过一方的地理位置信息和/或编号可以找到另一方的信息。
35.进一步地，所述云端安全模块、所述路侧端安全模块和所述车端安全模块内分别设置安全存储区；安全存储区可用于存储数字证书、私钥和其它重要信息和数据；所述其它重要信息和数据包括但不限于车辆识别码和/或路侧端编号；所述密码服务功能包括但不限于生成随机数、数字签名运算、数字签名验签运算、加解密运算、生成会话密钥、生成数字摘要、数字证书验证和数字证书撤销列表查询；数字证书也称为公钥证书。
36.进一步地，所述云端服务器、所述路侧端和所述车端各自保存与其相应公钥证书中的公钥相对应的私钥；所述云端服务器的私钥保存在所述数字证书模块或所述云端安全模块的安全存储区内；所述路侧端的私钥保存在所述路侧端安全模块的安全存储区内；所述车端的私钥保存在所述车端安全模块的安全存储区内。
37.具体地，所述云端服务器内预置有路侧端编号与路侧端的公钥证书的对应关系，使得通过路侧端编号能够检索和获得路侧端的公钥证书。
38.具体地，所述云端服务器内预置有车辆识别码与车辆号牌的对应关系，使得通过车辆识别码能够检索和获得车端的车辆号牌信息，通过车辆号牌也能够检索和获得车端的车辆识别码信息；所述云端服务器内还预置有车辆识别码和/或车辆号牌与所述车端的公钥证书的对应关系，使得通过车辆识别码和/或车辆号牌能够检索和获得车端的公钥证书。
39.作为一种可实施方式，所述云端安全模块、所述路侧端安全模块和所述车端安全模块均为安全智能芯片，所述安全智能芯片支持的商用密码算法包括但不限于sm1、sm2、sm3、sm4和sm9中的一种或几种、支持的国际常用密码算法包括但不限于3des、aes、rsa、sha-1和sha-256中的一种或几种；所述安全智能芯片支持存储数字证书；所述安全智能芯
片提供安全存储区域，支持重要信息的安全存储；所述安全智能芯片支持随机数的生成；所述数字证书模块还维护证书撤销列表，提供证书撤销列表查询功能。
40.作为一种可实施方式，所述车端摄像模块包括第一摄像头、第二摄像头、单行道标牌识别模块、光感应模块和补光模块；所述第一摄像头用于采集所述车端驾驶时的视频信息；所述第二摄像头用于对单行道标牌进行拍照，以获得单行道标牌图像；所述单行道标牌识别模块对所述第一摄像头采集的所述视频信息进行实时识别，如果在所述视频信息内识别到单行道标牌视频信息，则调用所述第二摄像头对所述单行道标牌识别模块进行专门拍照；所述光感应模块用于在所述第二摄像头拍照时感应光线的强弱是否合适，并根据需要调用所述补光模块进行补光；所述补光模块用于在所述第二摄像头拍照时进行补光。
41.作为一种可实施方式，所述单行道至少包括两个车道，将单行道原通行方向的最左侧车道设为可变通行方向车道；当没有需要逆向优先通行的车端需要逆行通过时，所述最左侧车道与其它车道保持一致的通行方向；当有需要逆向优先通行的车端需要逆行通过时，最左侧车道变为与原通行方向相反的车道，此时所述最左侧车道改为需要逆向优先通行的车端的专用逆行车道，社会车辆则通过所述其它车道继续按原有方向通行；所述最左侧车道与用于指示逆向优先通行的红绿灯进行对应，所述其它车道与用于指示社会车辆和行人的红绿灯相对应，所述用于指示逆向优先通行的红绿灯在没有需要逆向优先通行的车端需要逆行通过时，其红绿灯的交通信号顺序、调节配时与所述用于指示社会车辆和行人的红绿灯一致；所述用于指示逆向优先通行的红绿灯在有需要逆向优先通行的车端需要逆行通过时，其红绿灯的交通信号顺序、调节配时用配合所述需要逆向优先通行的车端逆行通过，具体可以是为所述需要逆向优先通行的车端显示绿灯，为原通行方向上的社会车辆和行人显示红灯；当有需要逆向优先通行的车端需要逆行通过时，所述标线投影模块向所述最左侧车道投射逆向通行信息。
42.作为一种可实施方式，所述最左侧车道上不预先预置表示单行道通行方向的指示标线；所述预先预置表示单行道通行方向的指示标线是指通过热熔的方式直接在单行道路面喷涂而形成的道路标线；当没有需要逆向优先通行的车端需要逆行通过时，由所述标线投影模块向所述最左侧车道以光影的形式投射原单行道通行方向的指示标线，此时，该单行道通行方向的指示标线所指示的方向与所述其它车道上预先预置的表示单行道通行方向的指示标线所指示的方向保持一致；当有需要逆向优先通行的车端需要逆行通过时，所述标线投影模块向所述最左侧车道投射逆向通行信息，此时，该单行道上由所述标线投影模块投射的通行方向的指示标线所指示的方向与所述其它车道上预先预置的表示单行道通行方向的指示标线所指示的方向相反。
43.在上述实施例的基础上，本发明还提出基于车联网的单行道优先通行方法，包括以下步骤：车端通过车端摄像模块获取得到单行道标牌图像；然后，所述车端通过所述车端定位模块实时获取所述车端的地理位置信息；然后，所述车端向所述云端服务器发送优先通行请求信息；所述优先通行请求信息包括但不限于车端相关信息和所述单行道标牌图像；所述车端相关信息还包括所述车端的地理位置信息；所述云端服务器收到所述优先通行请求信息后，对所述单行道标牌图像进行图像
识别，从中提取出路侧端编号，然后根据所述路侧端编号查找到所述路侧端所对应的单行道的地理位置信息；所述云端服务器根据所述优先通行请求信息获得所述车端在所述单行道的通行权限；如果所述车端的通行权限是不允许逆向通行，则所述云端服务器将该不允许逆向通行的通行权限发送给所述车端，所述车端收到后不能在所述单行道上逆行通过，而是自行选择其它道路绕行通过；如果所述车端的通行权限是允许逆向通行，则所述云端服务器计算所述车端的地理位置与所述单行道的终止点的地理位置之间的距离；当所述距离达到或低于一个阈值时，所述云端服务器将允许逆向通行的通行权限发送给所述车端，所述车端在保证安全的情况下在所述单行道上逆行通过；所述云端服务器同时还将所述车端相关信息发送给所述单行道所对应的路侧端，然后，所述路侧端根据所述车端相关信息控制交通信号控制机、优先信息显示牌和标线投影模块，以反映所述车端相关信息，提示社会车辆和行人采取避让措施，所述避让措施包括但不限于原地等待、让行和/或绕行；优选地，所述路侧端还控制智能道钉和/或语音提示模块，以反映所述车端相关信息，提示社会车辆和行人采取避让措施，所述避让措施包括但不限于原地等待、让行和/或绕行；当所述距离未达到或高于所述阈值时，所述云端服务器向所述车端发送要求实时持续提供所述车端的地理位置信息的要求；所述车端收到所述要求后，实时持续地采集车端的地理位置并实时发送给所述云端服务器；所述云端服务器收到所述车端的地理位置信息后，也实时计算所述车端的地理位置与所述单行道的终止点的地理位置之间的距离，直到所述距离达到或低于所述阈值时才停止采集和计算；当所述距离达到或低于所述阈值时，所述云端服务器执行前述距离达到或低于所述阈值时的操作，分别向所述车端和所述路侧端发送如前所述的相应的信息。具体地，所述阈值由相关部门事先规定或指定，并设置在所述车端内；所述相关部门包括但不限于交通管理部门；作为一种可实施方式，所述阈值可以是200米、100米、50米或其它距离。
44.进一步地，所述云端服务器根据所述优先通行请求信息获得所述车端在所述单行道的通行权限，具体包括：所述云端服务器根据所述优先通行请求信息内含的所述车端相关信息内的车辆号牌和/或车辆识别码，与所述云端存储模块内预置和存储的车辆号牌和/或车辆识别码进行比对，如果查找到相关的车辆号牌和/或车辆识别码，再查找与所述车辆号牌和/或车辆识别码所对应的车端在所述单行道的通行权限；如果未在所述云端存储模块内查找到相关的车辆号牌和/或车辆识别码时，所述云端服务器直接向所述车端返回不允许逆向通行的通行权限。
45.在上述基于车联网的单行道优先通行方法的一个实施例中，所述车端向所述云端服务器发出的优先通行请求信息还包括所述车端在采集所述车端的地理位置信息时的时间信息；当车端为多个时，当多个车端向所述云端服务器发出的要在所述单行道逆向优先通行的优先通行请求信息时，所述云端服务器可以根据各车端的地理位置与所述单行道的终止点的地理位置的距离的远近以及所述时间信息内时间的先后关系来对车端的优先通行请求信息进行排队，然后，所述云端服务器根据排队的先后次序确定先查询哪个车端的在所述单行道的通行权限；所述的对车端的优先通行请求信息进行排队是先按各车端的地理位置与所述单行道的终止点的地理位置的距离的远近来排队，距离近的排在前面；如果
距离相同，则按各车端中发送请求信息的时间来排队，时间早的排在前面。
46.在上述基于车联网的单行道优先通行方法的一个实施例中，所述车端向所述云端服务器发出的优先通行请求信息还包括所述车端用车端的私钥对所述车端相关信息的数字签名信息；作为一种能可实施方式，在所述云端服务器根据所述优先通行请求信息内含的所述车端相关信息内的车辆号牌和/或车辆识别码，与所述云端存储模块内预置和存储的车辆号牌和/或车辆识别码进行比对前，所述云端服务器用车端的公钥证书中的公钥对所述车端相关信息的数字签名信息进行验签；如果验签失败，则直接向所述车端返回不允许逆向通行的通行权限。
47.在上述基于车联网的单行道优先通行方法的一个实施例中，所述云端服务器向所述车端返回所述通行权限前，所述云端服务器用自身私钥对所述通行权限进行数字签名，生成通行权限数字签名，然后，将所述通行权限和所述通行权限数字签名一起返回给所述车端；作为一种能可实施方式，所述车端在收到所述通行权限和所述通行权限数字签名后，先用所述云端服务器的公钥证书中的公钥对所述通行权限数字签名进行验签；如果验签不成功，则所述车端向所述云端服务器发送要求重新生成和发送通行权限和通行权限数字签名的请求；如果验签成功，则所述车端再根据所述车端的通行权限进行相应的操作。
48.在上述基于车联网的单行道优先通行方法的一个实施例中，在所述云端服务器同时还将所述车端相关信息发送给所述单行道所对应的路侧端前，所述云端服务器用自身私钥对所述车端相关信息进行数字签名，生成车端相关信息数字签名，然后，将所述车端相关信息和所述车端相关信息数字签名一起发送给所述路侧端；作为一种能可实施方式，所述路侧端在收到所述车端相关信息和所述车端相关信息数字签名后，先用所述云端服务器的公钥证书中的公钥对所述车端相关信息数字签名进行验签；如果验签不成功，则所述路侧端向所述云端服务器发送要求重新生成和发送所述车端相关信息和所述车端相关信息数字签名的请求；如果验签成功，则所述路侧端再根据所述车端相关信息进行相应的操作。
49.进一步地，所述车端、所述云端服务器和所述路侧端在互发信息时，还可以加入时间戳和随机数，并在收方进行相应的验证，以防止信息被重放攻击。
50.综上，本发明云端服务器、路侧端和车端通过对数字签名进行验证保证了信息发送方的身份及所发信息的真实和完整性，防止信息被非法篡改，还可通过在发送的信息中应用时间戳和随机数，以防止信息被重放攻击，保证信息的安全。本发明通过应用车联网及网络技术，在实现了信息安全传递的同时，可实现在单行道上通过交通信号控制机、优先信息显示牌、标线投影模块、智能道钉、语音提示模块等模块，使社会车辆和行人了解当前和/或即将驶入的车端的情况，及时调整自身的位置、方向和/或避让，使得所述车端可以安全顺利地实现优先通行。云端服务器可根据车端上报的定位信息和时间信息，更好更智能地确定优先服务于哪个或哪些车端，进一步提高了优先通行效率。
51.以上所示仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.基于车联网的单行道优先通行系统，其特征在于，包括云端服务器、至少一个路侧端和至少一个车端；所述云端服务器与所述路侧端通信连接；所述云端服务器与所述车端无线通信连接；所述云端服务器用于对车端的通行权限进行存储和/或验证，所述通行权限包括允许逆向通行和不允许逆向通行；当所述车端为因执行任务而需要在单行道逆行的特种车辆时，对应的通行权限为允许逆向通行；当所述车端不是因执行任务而需要在单行道逆行的特种车辆时，对应的通行权限为不允许逆向通行；还用于计算所述车端的地理位置与所述单行道的终止点的地理位置之间的距离；以及识别单行道标牌图像，从中识别并提取出与所述单行道对应的路侧端编号；所述车端用于向云端服务器发出优先通行请求信息，并根据云端服务器的反馈进行相应的操作，当收到云端服务器发送的允许逆向通行的信息，则在单行道上逆行通过，否则不允许在单行道上逆行通过；所述车端还响应云端服务器向车端发送要求实时持续提供所述车端的地理位置信息的要求，实时持续地采集车端的地理位置并发送给所述云端服务器；所述路侧端包括交通信号控制机、优先信息显示牌和标线投影模块；所述交通信号控制机用于改变道路交通信号顺序、调节配时并控制道路交通信号灯运行；所述优先信息显示牌用于显示在单行道上需逆向优先通行的车端相关信息，车端相关信息包括所述车端的行驶方向和速度、离当前优先信息显示牌的距离；所述标线投影模块用于向车端需要逆向优先通行的单行道的路面区域投射逆向通行信息，所述逆向通行信息包括与原单行道通行方向相反的逆行方向指示标线和车端相关信息。2.根据权利要求1所述的基于车联网的单行道优先通行系统，其特征在于，所述车端包括车端安全模块、车端摄像模块和车端定位模块；所述车端安全模块用于为所述车端提供密码服务功能和安全存储功能，所述密码服务功能包括生成随机数、数字签名运算、数字签名验签运算、加解密运算、生成会话密钥、生成数字摘要、数字证书验证和数字证书撤销列表查询；所述车端摄像模块用于采集单行道标牌图像；所述车端定位模块用于获取所述车端的实时地理位置信息。3.根据权利要求2所述的基于车联网的单行道优先通行系统，其特征在于，所述路侧端还包括路侧端安全模块、智能道钉、语音提示模块；所述路侧端安全模块用于为所述路侧端提供密码服务功能和安全存储功能；所述智能道钉用于根据车端相关信息在所述车端需要逆向优先通行的单行道的路面和/或路边区域指示所述车端的逆向优先通行的方向；所述语音提示模块用于播报所述车端的车端相关信息，以便于社会车辆和行人了解当前和即将驶入的所述车端的情况，所述社会车辆是指除需要逆行通过单行道的所述车端以外的其它车辆。4.根据权利要求3所述的基于车联网的单行道优先通行系统，其特征在于，所述云端服务器包括数字证书模块、云端安全模块和云端存储模块；所述数字证书模块用于分别为云端服务器、路侧端和车端生成公钥证书并保存；还用
于通过离线或在线方式将路侧端的公钥证书和云端服务器的根证书写入路侧端安全模块内、将车端的公钥证书和云端服务器的根证书写入车端安全模块内；所述路侧端和所述车端的公钥证书由所述云端服务器的根证书签发；所述云端服务器、路侧端和车端各自保存与其相应公钥证书中的公钥相对应的私钥；所述云端安全模块用于为所述云端服务器提供密码服务功能和安全存储功能；所述云端存储模块用于预置和存储车端的车辆号牌和/或车辆识别码，所述车端在所述单行道的通行权限，路侧端编号，路侧端编号对应的路侧端的地理位置信息，路侧端所对应的单行道的地理位置信息，以及所述单行道的起始点和/或终止点的地理位置信息与所述路侧端的地理位置信息和路侧端编号的对应关系。5.根据权利要求1所述的基于车联网的单行道优先通行系统，其特征在于，所述单行道至少包括两个车道，将单行道原通行方向的最左侧车道设为可变通行方向车道；当没有需要逆向优先通行的车端需要逆行通过时，所述最左侧车道与其它车道保持一致的通行方向；当有需要逆向优先通行的车端需要逆行通过时，最左侧车道变为与原通行方向相反的车道，此时所述最左侧车道改为需要逆向优先通行的车端的专用逆行车道，社会车辆则通过所述其它车道继续按原有方向通行。6.基于权利要求1-5任一所述基于车联网的单行道优先通行系统的基于车联网的单行道优先通行方法，其特征在于，包括：车端通过车端摄像模块获取得到单行道标牌图像；然后，通过车端定位模块实时获取所述车端的地理位置信息；进而，向云端服务器发送优先通行请求信息；所述优先通行请求信息包括车端相关信息和所述单行道标牌图像；所述车端相关信息包括所述车端的地理位置信息；所述云端服务器收到所述优先通行请求信息后，对单行道标牌图像进行图像识别，从中提取出路侧端编号，然后根据路侧端编号查找到路侧端所对应的单行道的地理位置信息；并根据所述优先通行请求信息获得所述车端在所述单行道的通行权限；如果所述车端的通行权限是不允许逆向通行，则云端服务器将该不允许逆向通行的通行权限发送给所述车端，所述车端收到后不能在所述单行道上逆行通过；如果所述车端的通行权限是允许逆向通行，则云端服务器计算所述车端的地理位置与单行道的终止点的地理位置之间的距离；当所述距离达到或低于设定的阈值时，云端服务器将允许逆向通行的通行权限发送给所述车端，所述车端在保证安全的情况下在所述单行道上逆行通过；所述云端服务器同时还将所述车端相关信息发送给所述单行道所对应的路侧端，然后，所述路侧端根据所述车端相关信息控制交通信号控制机、优先信息显示牌和标线投影模块，以反映所述车端相关信息，提示社会车辆和行人采取避让措施；当所述距离未达到或高于所述阈值时，云端服务器向所述车端发送要求实时持续提供所述车端的地理位置信息的要求；所述车端收到所述要求后，实时持续地采集车端的地理位置并发送给云端服务器；云端服务器收到所述车端的地理位置信息后，也实时计算所述车端的地理位置与所述单行道的终止点的地理位置之间的距离，直到所述距离达到或低于所述阈值时才停止采集和计算。7.根据权利要求6所述的基于车联网的单行道优先通行方法，其特征在于，根据所述优
先通行请求信息获得所述车端在所述单行道的通行权限，具体包括：云端服务器根据优先通行请求信息内的车端相关信息中车辆号牌和/或车辆识别码，与云端存储模块内预置和存储的车辆号牌和/或车辆识别码进行比对，如果查找到相关的车辆号牌和/或车辆识别码，再查找与所述车辆号牌和/或车辆识别码所对应的车端在所述单行道的通行权限；如果未在云端存储模块内查找到相关的车辆号牌和/或车辆识别码，云端服务器直接向车端返回不允许逆向通行的通行权限。8.根据权利要求6所述的基于车联网的单行道优先通行方法，其特征在于，所述车端向所述云端服务器发出的优先通行请求信息还包括所述车端的地理位置信息以及所述车端在采集所述车端的地理位置信息时的时间信息；当多个车端向所述云端服务器发出优先通行请求信息时，云端服务器根据各车端的地理位置与单行道的终止点的地理位置的距离的远近以及所述时间信息内时间的先后关系来对车端的优先通行请求信息进行排队，然后，所述云端服务器根据排队的先后次序确定车端在所述单行道的通行权限的查询顺序；所述的对车端的优先通行请求信息进行排队是先按各车端的地理位置与所述单行道的终止点的地理位置的距离的远近来排队，距离近的排在前面；如果距离相同，则按各车端中发送请求信息的时间来排队，时间早的排在前面。9.根据权利要求7所述的基于车联网的单行道优先通行方法，其特征在于，所述车端向所述云端服务器发出的优先通行请求信息还包括所述车端用车端的私钥对所述车端相关信息的数字签名信息；在云端服务器根据优先通行请求信息内的车端相关信息中车辆号牌和/或车辆识别码，与云端存储模块内预置和存储的车辆号牌和/或车辆识别码进行比对前，云端服务器用车端的公钥证书中的公钥对所述车端相关信息的数字签名信息进行验签；如果验签失败，则向所述车端返回不允许逆向通行的通行权限；在云端服务器向所述车端返回所述通行权限前，云端服务器用自身私钥对通行权限进行数字签名，生成通行权限数字签名，然后，将通行权限和通行权限数字签名一起返回给所述车端；所述车端在收到所述通行权限和所述通行权限数字签名后，先用云端服务器的公钥证书中的公钥对所述通行权限数字签名进行验签；如果验签不成功，则所述车端向云端服务器发送要求重新生成和发送通行权限和通行权限数字签名的请求；如果验签成功，则所述车端再根据所述通行权限进行相应的操作；在所述云端服务器同时还将所述车端相关信息发送给所述单行道所对应的路侧端前，云端服务器用自身私钥对所述车端相关信息进行数字签名，生成车端相关信息数字签名，然后，将所述车端相关信息和所述车端相关信息数字签名一起发送给路侧端；路侧端在收到所述车端相关信息和所述车端相关信息数字签名后，先用云端服务器的公钥证书中的公钥对所述车端相关信息数字签名进行验签；如果验签不成功，则路侧端向云端服务器发送要求重新生成和发送所述车端相关信息和所述车端相关信息数字签名的请求；如果验签成功，则路侧端再根据所述车端相关信息进行相应的操作。10.根据权利要求9所述的基于车联网的单行道优先通行方法，其特征在于，所述车端、云端服务器和路侧端在互发信息时，还可以加入时间戳和随机数，并在接收方进行相应的验证，以防止信息被重放攻击。

技术总结
本发明公开基于车联网的单行道优先通行系统及方法，该系统包括云端服务器、路侧端和车端；云端服务器与路侧端通信连接；云端服务器与车端无线通信连接；云端服务器用于对车端的通行权限进行存储和/或验证；还用于计算车端的地理位置与单行道的终止点的地理位置之间的距离；以及识别单行道标牌图像，从中识别并提取出与单行道对应的路侧端编号；车端用于向云端服务器发出优先通行请求信息，并根据云端服务器的反馈进行相应的操作；还实时持续地采集车端的地理位置并发送给云端服务器；路侧端包括交通信号控制机、优先信息显示牌和标线投影模块。本发明通过运用数字公钥证书认证及车联网技术，使得基于车联网的单行道优先通行安全可靠。安全可靠。安全可靠。


技术研发人员：廖正赟 刘长河 李鑫 李平 周小欠 王佳
受保护的技术使用者：郑州信大捷安信息技术股份有限公司
技术研发日：2022.11.23
技术公布日：2023/7/6