一种基于5G网络和车联网的车辆控制系统及其控制方法

本发明涉及车辆控制领域，特别是一种基于5g网络和车联网的车辆控制系统及其控制方法。

背景技术：

随着我国城市化进程的加快，交通拥堵和污染问题日益加剧。

以有轨电车为例，有轨电车具有适应性强、灵活度高、安全舒适、节能环保等优点，成为城市可持续交通系统中的新选项。

传统有轨电车在运营过程主要存在以下问题：1、混行路权安全风险大，有轨电车运营独立路权少，半混合路权和混合路权多，平交叉路口多。有轨电车通过平面交叉口时，对其他车辆和行人的安全有一定威胁。2、电车驾驶员工作量大，有轨电车采用人工驾驶，工作量大，操作繁琐，线路全线情况技术参数要全部记牢，并且要处理应对各种紧急情况，包括地面一些行车设备的操作。对驾驶员身体素质、心理素质、技术能力要求非常高。3、设备安全隐患多，目前有轨电车控制系统以中心控制为主，系统复杂，标准不统一，故障率高，运维费用高。建设过程没有完全遵照城市轨道交通建设流程及全生命周期安全评估，给后期设备运营带来很多安全隐患。4、设备故障率较高，有轨电车由于核心设备信号系统及车辆设备等采用国外进口设备，或者从地铁的cbtc(communicationbasedtraincontrolsystem)系统，即基于通讯的列车自动控制系统简单改造而来，故障率非常高，维修困难。

技术实现要素：

本说明书实施例的目的在于，提供了一种基于5g网络和车联网的车辆控制系统及其控制方法，本发明结合5g车联网通信、人工智能、大数据、云计算和北斗高精度定位等先进技术，研究开发的基于5g车车通信的轨道交通综合控制系统能有效保障轨道交通运营安全、提高运输效率及改善司机工作条件。

为达到上述目的，一方面，本说明书实施例提供了一种基于5g网络和车联网的车辆控制系统，包括：

车载控制装置，所述车载控制装置包括第一通信模块，所述第一通信模块包括第一5g通信模块和第一车联网通信模块；

对象控制装置，所述对象控制装置包括第二通信模块，所述第二通信模块包括第二5g通信模块和第二车联网通信模块；

云平台监控装置，所述云平台监控装置包括第三通信模块，所述第三通信模块包括第三5g通信模块；

所述车载控制装置之间通过所述第一通信模块进行数据收发；

所述车载控制装置与所述对象控制装置之间通过所述第一通信模块和所述第二通信模块进行数据收发；

所述车载控制装置与所述云平台监控装置之间通过所述第一通信模块和所述第三通信模块进行数据收发；

所述对象控制装置与所述云平台监控装置之间通过所述第二通信模块和所述第三通信模块进行数据收发。

另一方面，本说明书实施例还提供了一种基于5g网络和车联网的车辆控制方法，包括：

设置车载控制装置的第一通信模块；

设置对象控制装置的第二通信模块；

设置云平台监控装置的第三通信模块；

在所述第一通信模块中设置第一5g通信模块和第一车联网通信模块；

在所述第二通信模块中设置第二5g通信模块和第二车联网通信模块；

在所述第三通信模块中设置第三5g通信模块；

基于所述第一通信模块在所述车载控制装置之间进行数据收发；

基于所述第一通信模块和所述第二通信模块在所述车载控制装置与所述对象控制装置之间进行数据收发；

基于所述第一通信模块和所述第三通信模块在所述车载控制装置与所述云平台监控装置之间进行数据收发；

基于所述第二通信模块和所述第三通信模块，在所述对象控制装置与所述云平台监控装置之间进行数据收发。

由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本发明基于5g和车联网(v2x)通信系统实现车-车、车-地的信息交互，以车载控制装置(ivobc)为中心的控制模式，减少系统间接口，降低系统复杂度，实现低时延高可靠的车车通信及先进的车联网通信，提供专用轻量级定制化网络协议，具备列车防碰撞功能，有效提高运营安全，提升了信息交互能力及车辆智能感知能力，简化地面控制设备。云平台监控装置(比如tias装置)深度集成ats、pscada、bas及通信系统等弱电系统，实现多专业系统数据共享，降低建设成本和维护成本，提高系统可靠性，提升安全运营能力。

附图说明

图1为本说明书一些实施例的基于5g网络和车联网的有轨电车控制系统的结构示意图。

图2为本说明书一些实施例的基于5g网络和车联网的车载控制装置的结构示意图。

图3为本说明书一些实施例的基于5g网络和车联网的对象控制装置的结构示意图。

图4为本说明书一些实施例的基于5g网络和车联网的车辆控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

如图1所示，本说明书一些实施例中提供了一种基于5g网络和车联网的车辆控制系统，包括:

车载控制装置，车载控制装置包括第一通信模块，第一通信模块包括第一5g通信模块和第一车联网通信模块；

对象控制装置，对象控制装置包括第二通信模块，第二通信模块包括第二5g通信模块和第二车联网通信模块；

云平台监控装置，云平台监控装置包括第三通信模块，第三通信模块包括第三5g通信模块；

车载控制装置之间通过第一通信模块进行数据收发；

车载控制装置与对象控制装置之间通过第一通信模块和第二通信模块进行数据收发；

车载控制装置与云平台监控装置之间通过第一通信模块和第三通信模块进行数据收发；

对象控制装置与云平台监控装置之间通过第二通信模块和第三通信模块进行数据收发。

在本说明书一些实施例中，车载控制装置还包括，中央处理模块；

中央处理模块，用于与第一通信模块进行第一数据的收发，第一数据包括，车载控制装置与其他车载控制装置之间收发的数据，和/或与对象控制装置之间收发的数据，和/或与云平台监控装置之间收发的数据。

在本说明书一些实施例中，第一数据具体包括车辆信息数据和/或控制命令数据和/或道路状况数据和/或路侧单元数据。

在本说明书一些实施例中，车载控制装置还包括，环境感知模块；环境感知模块，用于感知环境中的待感知物的第二数据，并将感知到的第二数据发送给中央处理模块，第二数据包括环境中的障碍物类型和/或障碍物位置。

在本说明书一些实施例中，车载控制装置还包括，卫星定位模块；卫星定位模块，用于获取车辆的定位数据，并将定位数据发送给中央处理模块。

在本说明书一些实施例中，车载控制装置还包括，操作终端模块；操作终端模块，用于显示中央处理模块发送的待显示数据和/或车辆操控和/或报警。

在本说明书一些实施例中，对象控制装置还包括，设备控制及状态采集模块，用于采集和控制道路状态和/或路侧单元的状态。

在本说明书一些实施例中，车载控制装置设置于轨道交通上。第一数据和第二数据具体包括，轨道交通及前后轨道交通的位置、和/或运行速度及方向，和/或线路前方路口信号机状态，和/或进路状态，和/或道岔及平交路口信号状态信息；车载控制装置，具体用于对轨道交通进行自主运行控制，并基于轨道交通的本地运行计划和前后轨道交通的位置，主动申请进路办理和/或平交路口优先控制权；对象控制装置，具体用于获取道岔及平交路口信号状态数据和/或轨旁设备状态数据，并通过第一通信模块传输给中央处理单元，并基于接收的车载控制装置的控制命令，对道岔和/或平交路口和/或信号机进行控制；云平台监控装置，具体用于获取行车调度数据，和/或临时限速数据，和/或线路状态数据，并通过第一通信模块传输给中央处理单元；云平台监控装置为tias装置，tias装置包括弱电集成模块，弱电集成模块包括ats模块和/或pis模块和/或cctv模块和/或供电scada模块等。

如图4所示，本说明书一些实施例中还提供了一种基于5g网络和车联网的车辆控制方法，该方法包括：

设置车载控制装置的第一通信模块；

设置对象控制装置的第二通信模块；

设置云平台监控装置的第三通信模块；

在第一通信模块中设置第一5g通信模块和第一车联网通信模块；

在第二通信模块中设置第二5g通信模块和第二车联网通信模块；

在第三通信模块中设置第三5g通信模块；

基于第一通信模块在车载控制装置之间进行数据收发；

基于第一通信模块和第二通信模块在车载控制装置与对象控制装置之间进行数据收发；

基于第一通信模块和第三通信模块在车载控制装置与云平台监控装置之间进行数据收发；

基于第二通信模块和第三通信模块，在对象控制装置与云平台监控装置之间进行数据收发。

在本说明书一些实施例中，基于第一5g通信模块进行通信的优先级高于基于第一车联网通信模块进行通信的优先级；基于第二5g通信模块进行通信的优先级高于基于第二车联网通信模块进行通信的优先级；当第一5g通信模块通信故障时，降级基于第一车联网通信模块进行通信；当第二5g通信模块通信故障时，降级基于第二车联网通信模块进行通信。

在本说明书一些实施例中，第一5g通信模块、第二5g通信模块、第三5g通信模块均基于5g切片架构进行通信。

在本说明书一些实施例中，基于车载控制装置的中央处理模块，与第一通信模块进行第一数据的收发，第一数据包括，车载控制装置与其他车载控制装置之间收发的数据，和/或与对象控制装置之间收发的数据，和/或与云平台监控装置之间收发的数据。

在本说明书一些实施例中，第一数据具体包括车辆信息数据和/或控制命令数据和/或道路状况数据和/或路侧单元数据。

在本说明书一些实施例中，基于车载控制装置的环境感知模块，获取环境中的待感知物的第二数据，并将感知到的第二数据发送给中央处理模块，第二数据包括环境中的障碍物类型和/或障碍物位置。

在本说明书一些实施例中，基于车载控制装置的卫星定位模块，获取车辆的定位数据，并将定位数据发送给中央处理模块。

在本说明书一些实施例中，基于车载控制装置的操作终端模块，显示中央处理模块发送的显示数据和/或车辆操控和/或报警。

在本说明书一些实施例中，设置车载控制装置于轨道交通上。

进一步，当车辆为轨道交通时，在本说明书一些实施例中，第一数据和第二数据具体包括，轨道交通及前后轨道交通的位置、和/或运行速度及方向，和/或线路前方路口信号机状态，和/或进路状态，和/或道岔及平交路口信号状态信息。

进一步，当车辆为轨道交通时，在本说明书一些实施例中，基于车载控制装置，对轨道交通进行自主运行控制，基于轨道交通的本地运行计划和前后轨道交通的位置，主动申请进路办理和/或平交路口优先控制权。

进一步，当车辆为轨道交通时，在本说明书一些实施例中，基于对象控制装置，获取道岔及平交路口信号状态数据和/或轨旁设备状态数据，并通过第一通信模块传输给中央处理单元；基于对象控制装置接收的车载控制装置的控制命令，对道岔和/或平交路口进行控制。

进一步，当车辆为轨道交通时，在本说明书一些实施例中，基于云平台监控装置，获取行车调度数据，和/或临时限速数据，和/或线路状态数据，并通过第一通信模块传输给中央处理单元。

进一步，当车辆为轨道交通时，在本说明书一些实施例中，设置云平台监控装置为tias装置，tias装置包括弱电集成模块，弱电集成模块包括ats模块和/或pis模块和/或cctv模块和/或供电scada模块等。

下面以有轨电车基于5g和车联网的车辆控制系统及方法为例，结合图1至图4具体说明如下：

总体来说，传统有轨电车通信信号控制系统主要从地铁cbtc(communicationbasedtraincontrolsystem)改建，以地面控制为主，存在系统复杂、造价高等问题，本发明实施例提供一种基于5g车车通信的有轨电车综合控制系统，对传统有轨电车控制系统改进和升级，采用5g结合车联网(v2x)通信系统、车车通信及弱电系统深度集成等先进技术实现以车载控制为中心的控制模式。

如图1所示，本实施例公开了一种基于5g车车通信的有轨电车综合控制系统，可包括如下组成部分：基于5g和车联网的通信系统(5g+v2x(vehicletoeverything)通信系统)、智能车载控制单元(ivobc)、对象控制器(oc)及有轨电车智能监控系统(tias(trafficcontrolintergratedautomationsystem))，需要指出，下文中智能车载控制单元(ivobc)等同于上文中的车载控制装置，下文中的对象控制器(oc)等同于上文中对象控制装置，下文中有轨电车智能监控系统(tias)等同于上文中的云平台监控装置。

其中，5g+v2x通信系统、oc及tias为地面设备，5g+v2x通信系统为有轨电车综合控制系统提供低时延、高可靠、高速率的数据传输通道，提供专用轻量级定制化网络协议，具备列车防碰撞功能。oc实现道岔、信号机及平交路口信号控制。tias系统深度集成ats、pscada、bas及通信系统等弱电系统，实现多专业系统数据共享，降低建设成本和维护成本。

在有轨电车控制系统中的各组成装置的连接关系如下：

tias系统、oc通过5g网络与ivobc通信连接；oc通过5g网络与tias系统通信连接；各ivobc之间通过5g网络通信连接。当5g传输网络出现故障时，降级采用v2x保证车车通信(v2v)和ivobc与oc通信(v2i)。

下面针对各组成装置的具体说明如下：

5g+v2x通信系统，用于有轨电车的车-车、车-地的信息交互，具备5g通信功能和v2x及时通信功能。

ivobc系统通过oc系统、tias系统及其他列车ivobc系统进行信息交互，实现数据及控制命令收发、有轨电车辅助驾驶及决策等功能。

oc系统包括道岔、信号机及平交路口信号控制，接收ivobc系统及tias系统发送的控制信息，实现道岔及平交路口信号，反馈轨旁设备状态信息。

tias系统采用云平台深度集成ats系统、pscada系统、bas系统及通信系统等弱电系统，构建有轨电车运营综合自动化系统，实现数据共享，降低维护成本，提升运营安全。

在本实施例中，5g+v2x通信系统采用5g网络切片技术，为有轨电车特定的业务和网络场景提供定制的网络切片服务，实现网络拓扑、网络架构和网络协议的定制化，为有轨电车综合控制系统提供低时延、高可靠、高速率的数据传输通道，有效降低运营成本，提升驾乘体验。

5g+v2x通信系统根据有轨电车信号系统特殊需求，为ivobc、oc以及tias系统信息交互提供专用低时延高可靠轻量级定制化协议。

5g+v2x通信系统提供t2t通信，用于有轨电车车载系统间通信，实现低时延高可靠的车车通信，具备列车防碰撞功能，有效提高运营安全。

5g+v2x通信系统提供t2i通信，用于有轨电车车载设备与轨旁设备间通信，实现平交路口控制、道岔控制等功能，提高运营效率，降低运营成本。

图2示出了智能车载控制单元(ivobc)结构示意图，ivobc可以包括中央处理单元、dmi操作终端、北斗定位系统、5g+v2x车车通信设备及车辆环境感知系统等，具备超速防护、信号冒进防护、进路请求及平交路口优先控制等功能。

ivobc系统实现有轨电车基于资源管理的列车自主运行控制，根据本地运行计划主动申请进路办理，避免多车同时办理进路；根据本地运行计划主动申请平交路口优先控制，避免多车同时申请平交路口控制权；有轨电车根据前后车位置主动申请进路及平交路口控制权，避免前后车进路办理顺序错乱及平交路口开放顺序错乱。

中央处理单元实现有轨电车状态及控制命令收发，实现列车位置、运行速度及控制命令等信息处理，根据本车的当前运行信息和前后车列车的运行信息实现有轨电车辅助驾驶及决策等功能。

中央处理单元根据前后车位置、速度等实时交互信息、线路前方路口信号机、进路状态等，实现非安全参考制动曲线计算，通过dmi实时报警，辅助司机驾驶。

中央处理单元处理车辆环境感知系统传输的障碍物类型、障碍物位置、列车运行前方信号机状态识别等信息，将识别结果通过dmi实时报警，辅助司机驾驶。

北斗定位系统采用北斗卫星定位，可与速度传感器、电子标签等多种组合构成。

dmi操作终端为司机提供显示、操作及辅助驾驶界面。

dmi操作终端显示内容包括：早晚点信息、到站信息、目的地信息、系统时间、列车运营信息、设备运行状态、司机操作反馈信息、速度信息及报警信息等。

5g+v2x车车通信设备实现与oc系统、tias系统及其他列车ivobc系统数据收发。获取前后有轨电车运行方向、运行速度、位置信息、车辆状态信息等实时的运行信息，并将数据传输给中央处理单元。获取oc系统的道岔及平交路口信号状态信息，并将数据传输给中央处理单元。获取tias系统行车调度、临时限速、线路状态等信息，并将数据传输给中央处理单元。

车辆环境感知系统基于视频、雷达等传感设备实现有轨电车障碍物感知、信号机状态识别等，并将数据传输给中央处理单元。障碍物感知主要包括障碍物类型及障碍物位置等信息。

在本实施例中，ivoc系统具有对oc正线道岔控制系统发送进路控制命令的功能。

ivoc系统具有对oc平交路口信号控制系统人工发送优先请求信息功能。

ivoc系统与tias系统进行实时信息交互，主要内容包括：列车识别号、列车位置、列车速度、车载系统设备工作状态、车载tcms、车载pis、车载pa及车载cctv等信息。

图3示出了目标控制器oc结构示意图，包括设备控制及状态采集、5g+v2x通信设备、现地操作设备等构成。

设备控制及状态采集包括道岔、信号机及平交路口等设备，接收ivobc系统及tias系统发送的控制信息，实现道岔、信号机及平交路口信号控制，反馈道岔、信号机及平交路口信号设备状态信息。

oc系统通过5g+v2x通信设备，实现与ivobc系统及tias系统信息交互。

在本实施例中，tias系统通过网络和集成软件有机地将有轨电车弱电系统连接在一起，建成一个信息共享平台，统一对多个子系统进行集中管理。tias系统深度集成ats系统、pis系统、cctv系统、供电scada系统、环境监控、给排水、消防供水、电梯控制、出入口闸机、照明控制等系统弱电系统。tias系统实现不同工况下各专业系统的联动，通过信息高度共享和系统的自主决策提升有轨电车运营安全。tias系统可通过云平台提供有轨电车多专业系统数据的存储、计算、调度、指挥和网络资源整合，通过大数据分析实现有轨电车多专业系统数据、清洗、整合、分析及应用。tias系统实现多专业系统数据共享，降低建设成本和维护成本，提高系统可靠性，提升安全运营能力。

综上，本发明基于5g和车联网(v2x)通信系统实现车-车、车-地的信息交互，以车载控制装置(ivobc)为中心的控制模式，减少系统间接口，降低系统复杂度，实现低时延高可靠的车车通信及先进的车联网通信，提供专用轻量级定制化网络协议，具备列车防碰撞功能，有效提高运营安全，提升了信息交互能力及车辆智能感知能力，简化地面控制设备。云平台监控装置(比如tias装置)深度集成ats、pscada、bas及通信系统等弱电系统，实现多专业系统数据共享，降低建设成本和维护成本，提高系统可靠性，提升安全运营能力。

虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。本发明是参照根据本发明实施例的方法的流程图和/或方框图来描述的。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于装置实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。以上仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。