[發明專利]一種考慮車車與車路通訊并存的路側單元優化布設方法

在審

• 申請號: 202111501915.7
• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN114186370A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 龔思遠;孫康;趙璐;吳霞;武亞龍;劉鳳琳;趙祥模;丁毓琨;王文靜;張聰麗;孫藝菡;楊蕊
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/20;H04W4/40;H04W16/22
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明提供一種考慮車車與車路通訊并存的路側單元優化布設方法，包括：步驟一：基于圖論將路網離散化為節點與路段的路網拓撲結構G＝(N,A)，其中G為路網，N為路網中節點集合，A為路段集合；步驟二：基于路網拓撲結構，令Z為RSU布設中的候選節點集，路側單元的布設方案z＝[z₁,…,z_i,…z_|Z|]，步驟三：基于交通流?信息流耦合傳播理論，根據信息覆蓋帶來的正向收益、RSU設備安裝成本相關的負向收益及布設方案z，構建RSU優化布設模型；步驟四：求解RSU優化布設模型，得到信息覆蓋帶來的正向收益和RSU設備安裝成本相關的負向收益總和最大時對應的最優路側單元布設方案和最優線網布設方案。該方法可顯著提升信息流覆蓋率和布設后的綜合收益，降低成本。

技術領域

本發明屬于車路協同環境下路側單元布設技術領域，尤其涉及一種考慮車車與車路通訊并存的路側單元優化布設方法。

背景技術

車路協同系統(Cooperative Vehicle Infrastructure System,CVIS)通過感知、計算、通信、控制等技術的一體化融合，實現“人-車-路-云”之間的高可信信息交互與智能協同管控，從而全面提升公路交通的安全、效率、環境友好性和用戶體驗，并給網聯化與智能化汽車提供實時、高可靠的環境感知與控制決策信息。車路協同系統中的信息收發主要通過車路(Vehicle to Infrastructure,V2I)與車車(Vehicle to Vehicle,V2V)兩種通訊模式實現。V2I通訊主要通過安裝于路側節點的路側單元(Road Side Unit,RSU)與網聯/智能車輛的車載單元(On-Board Unit,OBU)共同作用，其信息主要由車路協同系統中的路側感知單元、計算單元及邊-云多級管控設施構成的路側“感知-融合-計算-控制”一體化網絡提供。V2V通訊主要通過OBU與OBU之間的自組網實現。收發的信息包括車輛運行狀態、道路交通狀況、邊-云管控指令、系統識別的異常狀態及車輛決策共享及基于路側信息源的信息轉發等。V2I與V2V共同組成車路協同系統的專用通信網絡，從而實現車路數據交互與車輛信息共享。綜上可以發現，車路協同系統中存在兩個同質性較強的網絡，即路側感知控制網及車輛自組網，RSU在兩者之間起到關鍵中間節點的作用。

在車路協同系統的設計過程中，RSU的布設方案是行業關注的熱點話題之一。現有的設計方案中，較多采用定間隔RSU密布的模式，即采用小于通訊半徑的固定間隔布設。該方法的優點是實現了V2I的低延時全路覆蓋，但隨之帶來的問題是高密度布設及其維護成本。在RSU設備的優化布設方面，學術界也進行了相關研究，并取得了一定的成果。目前面向RSU優化布設的研究主要考慮基于V2I通信的信息覆蓋度，采用盡可能少的RSU數量與最佳的RSU布設位置對服務對象車輛實現最大化覆蓋。與現有工程設計方案相同，現有研究主要基于V2I直連模式，即車路協同系統中的網聯化車輛通過與RSU連接直接獲取信息，并不考慮通過V2V中繼實現RSU與服務對象OBU之間的連接。該假設可能導致RSU布設密度提升和理論覆蓋率偏低等問題，并與現實車路協同系統中的信息傳播機制存在一定偏差。

相關研究指出，車路協同系統的信息傳輸模式是由V2V與V2I組成的混合體。路側系統生成的實時信息經RSU通過V2I發送，并通過V2V在網聯化車輛組成的交通流中傳播。該混合傳輸模式，相對于純V2I或V2V架構，在建設成本、網絡連通性、魯棒性等方面具有一定優勢。由于車路協同系統為典型的“物理-信息系統(Cyber-Physical System)”，其信息流傳播特性與交通環境密切相關。相關學者對于該傳播特性進行了長期的研究，并逐漸形成了“交通流-信息流耦合傳播理論”。該信息傳播理論對RSU布設起到了較好的支撐作用。基于該理論相關學者考慮V2V通信連通性的基礎上，構建了考慮RSU單元布設成本的面向最大覆蓋信息覆蓋率及其魯棒性的RSU優化部署模型，但該研究缺乏對于RSU之間線網成本的相關考量。