[发明专利]一种基于车载自组织网络的城市道路交通状态探测方法

说明书

技术领域

 本发明涉及无线网络通信以及城市道路交通管理等领域，具体涉及用于车载网络中对城市道路交通状态的实时监测。

背景技术

近年来，交通拥塞已经成为城市所面临的一大难题。伴随汽车产业的发展与人们生活水平的提高，私家车的保有量也快速地增长。虽然政府投入了大量的人力、物力、以及财力来提升城市交通系统的运载能力，但依然没有改善人们因交通拥塞而在出行时浪费大量时间这一状况。此外，处于交通拥塞中的车辆还会排放大量尾气，污染环境。

车载自组织网络（Vehicle Ad-hoc Networks, VANETs）的出现为城市交通管理提供了新的技术手段。VANETs致力于提高车辆之间、车辆与路边通信单元（Road Side Unit, RSU）之间的无线通信能力，已逐步成为未来智能交通系统（Intelligent Transformation System, ITS）的重要组成部分。目前，基于VANETs的交通管理应用分为两类。一类是提升道路的安全性，例如借助广播的状态消息来帮助车辆进行避让；另一类则是增强驾驶体验，比如获得周围路段的交通状态信息，为驾驶者规划行程并导航，估算车辆到达目的地的时间等。然而，无论是拥塞避让还是路线导航，都必须以获得道路的实时交通状态为第一步。

目前，已经有一些学者开始关注如何利用VANETs来探测交通状况。StreetSmart方案要求车辆根据周围邻居车辆的速度绘制一张地图，然后通过地图共享帮助每辆车获得每一条道路的预期行驶速度。B. Schunemann等人采用类似的方法，通过计算邻居车辆的平均速度来代替速度地图的绘制。除了速度之外，K. Florian等人还将车辆的位置信息加入到BEACON消息中，将它们作为评价交通状态的数据来源。R. Bauza等人提出的方案通过测量交通流的密度来分析道路所处的交通状态。D. Prajakata等人提出了一个名为CARAVAN的方案，在VANETs的基础上利用虚拟代理协商的方法避免交通拥塞。本申请人在之前的研究中还提出了一种方案，利用红灯期间车辆的等待队列长度来评估十字路口的交通状态。然而，上述研究方案都要求交通流中的所有车辆都自愿加入到交通管理活动中。鉴于现实套件下的个体自私性以及设备装配水平，上述方案难以得到广泛应用。另外，车辆通过指定路段的时间是有别于上述评价指标的另一个重要参数，有助于设计探测城市道路交通状态的方案。

发明内容

本发明目的在于解决城市道路实时交通状态的探测问题，提供一种基于车载自组织网络的城市道路交通状态探测方法。与其它研究方案不同之处在于，本发明选择装备有无线通信设备与全球定位系统（GPS）并愿意参与交通探测的车辆作为“探针”，以下称为探针车辆，克服了之前研究方法需要所有车辆参与的弊端，提高了在实践中的可行性。

本发明利用车载自组织网络实现探针车辆与路边通信单元（RSU）间的通信，RSU根据接收到的状态信息计算出探针车辆通过被测路段时间，并以此评价被测路段的交通状况。为了适应车流不断变化的交通场景，本发明提出了一种自适应的T窗口算法来计算一段时间内所有探针车辆的平均通行时间。

本发明的技术方案：

一种基于车载自组织网络的城市道路交通状态探测方法，该方法在城市路口部署路边通信单元（RSU），将装备有无线通信设备与全球定位系统（GPS）的车辆选作交通状态的“探针”，以下称为探针车辆，利用车载自组织网络实现探针车辆与RSU间的通信，该方法具体包括以下步骤：

第1步、当探针车辆进入一个RSU的无线通信范围内时，会接收到该RSU的BEACON消息，探针车辆根据其中包含的状态信息计算出从自身到该RSU的距离；探针车辆将自身距离该RSU最近的时刻记作通过时刻                                               ，并将该RSU的标识号与时刻加入到自身广播的BEACON消息中；

第2步、随着探针车辆前行，探针车辆进入部署在下一个路口的RSU的无线通信范围；当这个RSU接收到来自探针车辆的BEACON消息时，依然根据距离最近原则记录下探针车辆通过自身的时刻；从BEACON消息提取出该探针车辆通过前一个RSU的时刻，并计算先后通过两个RSU的时间差，即探针车辆在这两个RSU之间路段的通行时间；