基于车路协同技术的智能公交系统及方法
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域，特别是一种基于车路协同技术的智能公交系统及方法。
背景技术
随着物联网、5G、车路协同等新一代信息技术和通信技术的快速发展，城市公交系统运营管理与服务方式正在发生变化，如何提高公交运营效率，提升公众服务水平，是当前公交运营管理者亟待解决的问题。
目前智能公交的运营管理主要存在以下问题：
(1)公交车辆运行安全保障不足问题，交通运行事件预警精确度低，亟需技术手段提升车辆运行的安全性。
(2)公交服务信息发布手段单一，对公众服务水平提升问题，亟需解决公交服务信息准确度低问题，提升服务品质和竞争力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于车路协同技术的智能公交系统及方法，解决目前公交车辆运行安全保障不足、公共服务信息发布手段单一等问题。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于车路协同技术的智能公交系统，包括智能路侧系统、智能车载系统、智能信号灯系统、路侧发布系统、站台发布系统、云端管理系统；
智能路侧系统用于检测路段运行状态信息，采集智能信号灯播发的信号相位信息，并通过无线通信方式与智能车载系统保持通信；
智能车载系统用于接收智能路侧系统播发的路段运行状态信息，将数据实时展示给驾驶员，提醒其安全驾驶；根据信号灯相位数据分析车辆通过交叉口的安全建议车速，并向云端管理系统实时上传车辆运行信息，智能车载系统与智能路侧系统适配相应的通信方式；
智能信号灯系统用于播发信号灯相位数据，并与智能路侧系统实时数据交互；
路侧发布系统用于向城市交通弱势参与者发布风险预警信息；
站台发布系统，用于接收云端管理系统发布的车辆到站信息，为公众提供乘车服务；
云端管理系统，用于接收公交车辆上报的运行信息，实时监测公交运行状况，并结合站台分布信息，将车辆到站信息发送至站台发布系统。
进一步的，所述路段运行状态信息包括抛洒物事件信息、路段拥堵信息。
进一步的，所述智能路侧系统包含视频、雷达检测设备，用于检测抛洒物事件信息、路段拥堵信息，并接受智能信号灯系统播发的信号相位信息；智能路侧系统兼容4G/5G、LTE-V、DSRC通信方式中的任意2种以上，与路侧发布系统、智能车载系统进行实时交互。
进一步的，所述智能车载系统接收智能路侧系统播发的交通运行状况信息、信号灯相位信息，完成自车运行信息的实时采集，并根据运行信息分析通过信号灯的最佳行驶速度；同时展示相关交通运行状况信息、建议车速；智能路侧系统兼容4G/5G、LTE-V、DSRC通信方式中的任意2种以上，与智能路侧系统进行实时交互。
进一步的，所述路侧发布系统安装于交叉路口或视距受限路段，用于向城市交通弱势参与者发布风险预警信息，所述城市交通弱势参与者包括行人、非机动车；预警形式为地灯、LED屏或广播。
进一步的，所述车辆到站信息包括车辆距离当前站台的车站数与预估行驶时间。
进一步的，所述云端管理系统用于实时接收公交车辆上报的运行信息，运行信息包括车辆位置，行驶速度、方向，实时监测城市公交运行状况，并结合站台分布信息，将车辆报站信息发送至站台发布系统，根据工作人员下发的调度指令发送至车载终端，实现公交车辆的智能调度。
一种基于车路协同技术的智能公交系统的实现方法，包括以下步骤：
(1)使用智能车载系统采集车辆的运行状态数据，包括车辆行驶速度、方向、位置，并上报至云端管理系统；
(2)使用智能路侧系统检测路段运行状态信息，包括抛洒物事件信息、路段拥堵信息，采集智能信号灯播发的信号相位信息，并通过无线通信方式与智能车载系统保持实时通信；
(3)使用智能信号灯系统播发信号灯相位数据，智能路侧系统接收到信号灯相位数据后播发至智能车载系统，智能车载系统根据其所处路段位置计算车辆不停车通过路口的安全行驶车速；
(4)智能车载系统向驾驶员发布安全驾驶预警信息和通过交叉口的建议车速信息；
(5)路侧发布系统接收车辆播发的定位数据，实时计算交叉口弱势交通参与者与车辆的碰撞风险，及时发出告警；
(6)站台发布系统实时接收云端管理系统发布的车辆到站信息，将到站信息在站台发布系统上进行展示；根据工作人员下发的调度指令发送至车载终端，实现公交车辆的智能调度。
进一步的，步骤(3)中检测路段运行状态信息通过安装在路侧的雷达检测设备和视频检测设备获取；
信号灯系统播发的相位数据，智能车载系统接收到智能路侧系统播发的相位信息后，根据车辆当前位置，进行车速引导算法的计算，最终获得车辆通过交叉口的安全通行车速；
步骤(4)发布的安全驾驶预警信息包含弱势交通参与者的风险预警、车速过快预警信息。
进一步的，所述车速引导算法为：
当车辆距离路口S0小于阈值S，车头时距大于阈值H，且信号灯颜色为绿色时，设备启动计算功能，根据车辆距离路口S0除以汽车行驶速度V0得到时间T，若T不大于绿灯剩余时间时，车辆正常行驶，否则，计算得到车辆通过路口所需车速Vt；在Vt小于路段限速的情况下提示驾驶员建议车速为Vt；
当车辆距离路口小于阈值S，车头时距大于阈值H，且信号灯为红色时，则根据车辆距离路口长度和红灯相位时长，计算车辆不停车车速Vtt，并提示驾驶员推荐车速Vtt；
当车辆距离路口大于等于阈值S，或者车头时距小于等于阈值H，不进行车速引导。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明基于智能路侧系统和智能车载系统，借助车路协同技术获取公交车辆运行和路段交通运行信息，智能路侧系统可向公交车辆和行人发布动态信息，智能车载系统可接收智能路侧系统播发的路段运行信息和云端管理系统的控制信息等，以提高驾驶员行车安全性和车辆运行效率；(2)本发明提升公交车辆通行效率采用的车速引导处理算法，能有效结合信号灯相位信息，预防与前车碰撞，避免风险发生；(3)路侧发布系统对弱势交通参与者的预警与对驾驶员的安全预警方式类似，通过获取的公交车辆与驾驶员的碰撞风险，提醒弱势交通参与者注意安全；(4)站台发布系统，针对等候公交车辆的乘客，发布各个路线车辆到达本站的站数和时间，以免乘客错过当前班次，提高公交服务水平。
附图说明
图1为本发明基于车路协同技术的智能公交系统构成示意图。
图2为基于车路协同的智能公交系统运行流程图。
图3为基于车路协同的公交车车辆车速引导处理示意图。
图4位基于车路协同的公交车车辆与弱势交通参与者碰撞风险处理示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于车路协同技术的智能公交系统，包括智能路侧系统、智能车载系统、智能信号灯系统、路侧发布系统、站台发布系统、云端管理系统；智能车载系统与智能路侧系统、智能信号灯系统通过无线通信进行数据交换；
智能路侧系统用于检测路段运行状态信息，包括抛洒物事件信息、路段拥堵信息等，采集智能信号灯播发的信号相位信息，并通过无线通信方式与智能车载系统保持通信，通信方式可以是4G/5G、LTE-V、DSRC等新一代通信技术，并可兼容以上2种通信方式。
智能车载系统主要用于接收智能路侧系统播发的路段运行信息和事件信息，提醒驾驶员安全驾驶，并根据信号灯相位数据给出车辆通过交叉口的安全建议车速，提高车辆行驶安全性和车辆运行效率，并向云端管理系统实时上传车辆运行信息，智能车载系统可根据智能路侧系统适配相应的通信方式。
智能信号灯系统是智能公交系统不可分割一部分，用于播发信号灯相位数据，用于提升公交车辆通行效率。
路侧发布系统用于向城市交通弱势参与者发布风险预警信息，比如行人、非机动车等，提升弱势交通参与者通行安全性。
站台发布系统，用于接收云端管理系统发布的车辆到站信息，为公众提供乘车服务。
云端管理系统，用于接收公交车辆上报的运行信息，包括车辆位置，行驶速度、方向等信息，实时监测公交运行状况，并结合站台分布信息，将车辆到站信息发送至站台发布系统。
一种基于车路协同技术的智能公交系统的运行方法，如图2所示，包括以下处理流程：
(1)使用智能车载系统采集车辆的运行状态数据，包括车辆行驶速度、方向、位置等，并上报至云端管理系统；
(2)使用智能路侧系统检测路段运行状态信息，包括抛洒物事件信息、路段拥堵信息等，采集智能信号灯播发的信号相位信息，并通过无线通信方式与智能车载系统保持实时通信。
(3)使用智能信号灯系统播发信号灯相位数据，智能路侧接收到信号灯相位数据后播发至智能车载系统，智能车载系统根据其所处路段位置计算车辆不停车通过路口的安全行驶车速。
(4)使用智能车载系统接收智能路侧系统发布的路段运行状态信息，并向驾驶员发布安全驾驶预警信息和通过交叉口的建议车速等信息；
(5)路侧发布系统接收车辆播发的定位数据，实时计算交叉口弱势交通参与者(行人、非机动车)与车辆的碰撞风险，及时发出告警，提升安全性。
(6)站台发布系统实时接收云端管理系统发布的车辆到站信息，将到站信息在站台发布系统上进行展示。根据工作人员下发的调度指令发送至车载终端，实现公交车辆的智能调度。
上述处理流程步骤(4)发布的安全驾驶预警信息包含弱势交通参与者的风险预警、车速过快预警等信息。风险预警信息通过智能路侧系统上报的路段运行状态信息与车辆运行信息综合分析后得到。
上述处理流程步骤(2)检测路段运行状态信息，可通过安装在路侧的雷达检测设备和视频检测设备进行算法分析实现。
上述处理流程步骤(3)信号灯系统播发的相位数据，智能车载系统接收到智能路侧系统播发的相位信息后，根据车辆当前位置，进行车速引导算法的计算，最终获得车辆通过交叉口的安全通行车速。
上述处理流程步骤(5)路侧发布系统对弱势交通参与者的预警与对驾驶员的安全预警方式类似，通过获取的公交车辆与驾驶员的碰撞风险，提醒弱势交通参与者注意安全。
上述处理流程步骤(6)站台发布系统，针对等候公交车辆的乘客，发布各个路线车辆到达本站的站数和时间，以免乘客错过当前班次，提高公交服务水平。
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细说明。
实施例
一种基于车路协同技术智能公交系统，如图1所示，包括：智能路侧系统、智能车载系统、智能信号灯系统、路侧发布系统、站台发布系统、云端管理系统，其运行过程如图2所示。
所述的智能路侧系统，由安装于路侧的硬件设备，软件处理系统和通信模块组成，用于接收信号机播发的信号相位数据，利用雷达、视频等设备检测路段的运行状态数据，智能路侧系统具备边缘计算能力和算法处理能力，在采集汇聚数据的基础上进行碰撞时间与预先设定阈值进行分析，得出公交车辆与弱势交通参与者的碰撞风险，从而进行预警提示等，处理方法如图4所示。智能路侧系统的通信模块应能支持4G/5G、LTE-V、DSRC等新一代通信技术，并可兼容以上2种通信方式。
所述的智能车载系统，由安装于车辆的硬件设备，嵌入式处理软件和通信模块组成，用于采集车辆的运行状态信息，接收智能路侧系统播发的信号相位数据、路段运行状态数据等。具备算法处理分析能力，可对车辆的行驶速度进行监测，分析得出车辆与弱势交通参与者的碰撞风险，从而进行预警提示等，处理方法如图4所示。接收智能路侧系统的信号灯相位数据，智能车载系统根据其所处路段位置计算车辆不停车通过路口的安全行驶车速，如图3所示，处理方法如下：
(1)当公交车驶进路口时，设备激活；
(2)智能路侧系统发布信号灯相位信息；
(3)智能车载系统获取信号灯相位信息和自身的车速V0及自身位置信息；
(4)当车辆距离路口S0小于阈值S，车头时距大于阈值H，且红绿灯颜色为绿色时，设备启动计算功能，根据S0除以汽车行驶速度V0得到时间T，若T大于绿灯剩余时间T绿时，得到车辆通过路口所需车速Vt＝S0/T绿。在Vt小于路段限速的情况下提示驾驶员建议车速为Vt；
(5)当车辆距离路口小于阈值S，车头时距大于阈值H，且信号灯为红色时，则根据车辆距离路口长度和红灯相位时长，计算车辆不停车车速Vtt，并提示驾驶员推荐车速Vtt；
(6)其他情况下车辆正常行驶，无提示发生。
智能车载系统的通信模块能与智能路侧系统进行通信，与智能路侧系统的通信方式相匹配，兼容4G/5G、LTE-V、DSRC等新一代通信技术。
所述的智能信号灯系统，是基于车路协同技术的智能公交系统至关重要的一部分，公交车辆通行效率除受限于路段状态外，还受限于交叉口的信号相位情况。智能信号灯系统能够实时播发信号相位数据，满足标准通信协议，满足智能路侧系统实时接收和转发的要求。
所述的路侧发布系统，用于提升弱势交通参与者的安全性，接收智能路侧系统播发的预警信息，及时向弱势交通参与者发布提示预警。
所述的站台发布系统，用于发布公交车辆的到站信息，如车辆距离本站的站点数、预计到达时间等，提升公众出行的服务水平。
所述的云端管理系统，用于对城市公交的运行情况进行监测，能够根据智能车载系统上报的公交车辆定位数据，根据站台分布数据实时向站台发布系统发布车辆到站信息。结合智能路侧上报的路段交通运行状态数据，宏观了解总体运行状况，实时分析公交运行的相关评价指标，提升公交的管理水平。
