任务 4.2：弱势交通参与者碰撞预警场景搭建及测试（安全类 V2I）-学生手册

任务4.2弱势交通参与者碰撞预警场景搭建及测试（安全类V2I）-学生手册项目四：应用场景搭建与测试任务4.2：弱势交通参与者碰撞预警场景搭建及测试（安全类V2I）【任务导入】道路上经常会遇到这样的现象：本车在前车的遮挡下，难以观察到前车前方的道路信息，如REF_Ref171605309\h图4-2-1所示。假设行人（P）突然从侧前方出现，主车的驾驶员不能及时发现，很容易造成交通事故。假设你是某家车联网通信产品公司的测试工程师，现在需要你完成弱势交通参与者碰撞预警场景搭建及测试，让车辆提前获取到不在自身视野范围内的弱势交通参与者信息？辅助车辆做出正确的驾驶决策，减少交通事故和二次伤害，提高行车安全或通行效率。图4-2-SEQ图4-2-\*ARABIC1主车驾驶员的视觉盲区中的行人【学习目标】素质目标激发学生对智能化的研究兴趣；引导学生形成科学的思维方式和积极的求知态度；培养学生的逻辑思维能力。知识目标能阐述弱势交通参与者碰撞预警场景的应用定义与预期效果[K53]；能说明弱势交通参与者碰撞预警场景的基本原理和触发条件[K54]；能画出RSM消息体的数据结构[K55]。能力目标能正确搭建弱势交通参与者碰撞预警场景[A34]；能分析RSU广播的RSM消息[A35]；能完成弱势交通参与者碰撞预警场景的测试[A36]。【知识准备】弱势交通参与者碰撞预警场景应用定义和预期效果弱势交通参与者碰撞预警（VRUCW:VulnerableRoadUserCollisionWarning）是指，HV在行驶中，与周边行人（P，Pedestrian。含义拓展为广义上的弱势交通参与者，包括行人、自行车、电动自行车等，以下描述以行人为例）存在碰撞危险时，VRUCW应用将对车辆驾驶员进行预警，也可对行人进行预警。本应用适用于城市及郊区普通道路及公路的碰撞危险预警。VRUCW应用辅助驾驶员避免或减轻与侧向行人（P）碰撞危险，提高车辆及行人通行安全。主要场景VRUCW包括如下主要场景：①HV行进时行人（P）从侧前方出现（REF_Ref171605325\h图4-2-2）：HV在行进时，P从侧前方出现，HV的视线可能被出现在路边的RV所遮挡；HV和P需具备短程无线通信能力，RV是否具备短程无线通信能力不影响应用场景的有效性；HV接近P时，如果检测到可能发生碰撞的危险，VRUCW应用对HV驾驶员发出预警，同时也可对P发出预警，提醒驾驶员与侧向P存在碰撞危险；预警时机需确保HV驾驶员收到预警后，能有足够时间采取措施，避免与P发生碰撞。图4-2-SEQ图4-2-\*ARABIC2VRUCW：HV行进时P从侧前方出现②HV倒车预警（REF_Ref171605330\h图4-2-3）：HV在倒车时，P从HV侧后方出现，HV的视线可能被两侧车辆遮挡，也可能由于是盲区等原因，使得HV的驾驶员不能及时发现；HV和P需具备短程无线通信能力，周边RV是否具备该能力不影响预警效果；HV接近P时，如果检测到可能存在碰撞的危险，VRUCW应用对HV驾驶员发出预警，也可以同时对P发出预警，提醒驾驶员这一危险；预警时机需确保HV驾驶员收到预警后，能有足够时间采取措施，避免与P发生碰撞。图4-2-SEQ图4-2-\*ARABIC3VRUCW：HV倒车预警③通过路侧设备（I）检测行人并对车辆预警：在场景①、②的基础上，如果P不具备通信能力，路侧设备（I）可通过摄像头、微波雷达等传感器检测周边行人（P），并广播行人（P）的相关信息，VRUCW应用对可能发生碰撞的车辆驾驶员发出预警。基本工作原理VRUCW基本工作原理如下：HV分析接收到的行人（P）消息，筛选出与车辆行驶方向上可能发生冲突的行人；进一步筛选处于一定距离或者时间范围内的行人作为潜在威胁行人；计算与每一个（或者成组）行人的碰撞时间TTC（time-to-collision），筛选出存在碰撞威胁的行人；若存在多个威胁行人（或行人组），则筛选出最紧急的威胁行人（或行人组）；系统对HV驾驶员进行相应的碰撞预警。通信方式HV和P需具备短程无线通信能力，车辆信息通过短程无线通信在HV和P之间传递（V2P）；或利用路侧感知系统对行人信息进行感知，通过路侧设备发给车辆（V2I）。基本性能要求VRUCW基本性能要求如下：主车车速范围（0～70）km/h；——通信距离≥150m；——信号更新频率典型值5Hz；——系统延迟≤100ms；——定位精度≤1.5m。数据交互需求VRUCW数据交互需求见REF_Ref171605566\h表4-2-1、REF_Ref171605570\h表4-2-2和REF_Ref171605575\h表4-2-3。表4-2-SEQ表4-2-\*ARABIC1VRUCW数据交互需求（车辆数据）数据单位备注时刻ms—位置（经纬度）deg—位置（海拔）m—车头方向角deg—车体尺寸（长、宽）m—速度m/s—纵向加速度m/s2—横摆角速度deg/s—驾驶行为类型—ENUM重量kg—车辆类型—ENUM历史路径—SEQUENCE路径预测—SEQUENCE事件类型—INTEGER表4-2-SEQ表4-2-\*ARABIC2VRUCW数据交互需求（行人数据）数据单位备注时刻ms—行人位置（经纬度）deg—行人位置（海拔）m—行进方向角deg—速度m/s—基本类型—ENUM。行人、自行车、道路工作者、动物……位置精确度——四轴加速度——历史路径—SEQUENCE路径预测—SEQUENCE动力—STRING。人力、动物、电动……使用状态—STRING。打字、听音乐、打电话、阅读……人群—STRING人群半径m—职业类型—ENUM。拖车人员、救火人员、急救人员……道路工作人员类型—STRING。道路施工、指挥交通、设置标志……指挥交通工作类型—STRING行人被辅助类型—STRING。视力、听力、行动、认知……通过街道请求—BOOLEAN通过街道状态—BOOLEAN用户身材—STRING其他个人信息：比如健康状况等—集合注：V2P场景，数据信息由P主动发出表4-2-SEQ表4-2-\*ARABIC3VRUCW数据交互需求（路侧数据）数据单位备注时刻ms—行人位置（经纬度）deg—行人位置（海拔）m—行人方向角deg—行人速度m/s—基本类型—ENUM消息总数—INTEGER位置精确度—N/A行人四轴加速度—N/A历史路径—SEQUENCE路径预测—SEQUENCE动力—STRING人力、动物、电动……人群—STRING人群半径m—通过街道请求—BOOLEAN通过街道状态—BOOLEAN行人身材—STRING注：I2V场景，数据信息由路侧设备I检测并发出触发条件本节任务主要介绍弱势交通参与者中的行人，部署及测试的场景：HV行进时，行人（P）从侧前方出现，由于行人是不具备通信能力，因此采用I2V场景，数据信息由路侧设备I检测并广播给周围具备通信能力的车辆。触发条件见REF_Ref171605591\h表4-2-4。表4-2-SEQ表4-2-\*ARABIC4弱势交通参与者碰撞预警场景触发条件弱势交通参与者碰撞预警场景触发条件路侧设备可通过摄像头、雷达等传感器检测周边行人（P），并广播行人（P）的相关信息主车的速度在【被测车辆速度阈值】范围内——10km/h～70km/h行人速度在【VRU速度阈值】范围内——5km/h～15km/h被测车辆与VRU到达碰撞点的时间差值小于【交汇时间差值阈值】——0.5sRSM消息体定义路侧安全消息。路侧单元通过路侧本身拥有的相应检测手段，得到的其周边交通参与者的实时状态信息（这里交通参与者包括路侧单元本身、周围车辆、非机动车、行人等），并将这些信息整理成本消息体所定义的格式，作为这些交通参与者的基本安全状态信息（类似于Msg_BSM），广播给周边车辆，支持这些车辆的相关应用。Msg_RSM消息的存在，使得车辆对于周围环境的感知不仅仅依赖于Msg_BSM消息。路侧单元基于路侧传感器，帮助车辆对其周围的环境进行了探测，并将实时信息通过Msg_RSM消息传递给车辆。RSM消息结构RSM消息的结构类型为有序成员固定结构（SEQUENCE），数据结构如REF_Ref171605356\h图4-2-4所示。其中数据帧（DF:DataFrame）是消息体的组成部分，REF_Ref171605356\h图4-2-4中以蓝色方框表示。数据帧由其他数据元素（DE:DataElement）或数据类型组合而成，具有特定的实际意义，REF_Ref171605356\h图4-2-4中以红色方块表示。RSM消息中为可选项的数据帧或数据元素在REF_Ref171605356\h图4-2-4中以虚线方框表示。图4-2-SEQ图4-2-\*ARABIC4RSM消息体数据结构RSM消息体中涉及的重要数据帧DF_Position3DPosition3D描述了RSU的三维坐标位置，包括纬度、经度和海拔高程。ASN.1代码如下：Position3D::=SEQUENCE{latLatitude,longLongitude,elevationElevationOPTIONAL}DF_ParticipantData定义交通参与者的基本安全信息，包括RSU自身以及RSU依靠感知手段获取的机动车、非机动车等交通参与者。该参与者数据帧相当于OBU车辆自身广播的BSM消息，它由RSU感知并发送给周边网联车辆。当该参与者信息来源于RSU收到的BSM消息时，其中的id字段必须与BSM中的车辆id字段一致。ParticipantData::=SEQUENCE{ptcTypeParticipantType,ptcIdINTEGER(0..65535),--temporaryIDsetbyRSU--0isRSUitself--1..255representparticipantsdetectedbyRSU--ptcIdofdifferentparticipantneedstobeuniqueinRSUsourceSourceType,idOCTETSTRING(SIZE(8))OPTIONAL,--temperaryvehicleIDfromBSMsecMarkDSecond,posPositionOffsetLLV,posConfidencePositionConfidenceSet,transmissionTransmissionStateOPTIONAL,speedSpeed,headingHeading,angleSteeringWheelAngleOPTIONAL,motionCfdMotionConfidenceSetOPTIONAL,accelSetAccelerationSet4WayOPTIONAL,sizeVehicleSize,--Sizeofparticipantincludingmotor/non-motor/pedestrian/rsu--isrepresentedbyDE_VehilceSizevehicleClassVehicleClassificationOPTIONAL,...}DF_VehicleSizeVehicleSize定义车辆尺寸大小。由车辆长宽高三个维度来定义尺寸，其中高度数值为可选项。VehicleSize::=SEQUENCE{ widthVehicleWidth, lengthVehicleLength, heightVehicleHeightOPTIONAL}DF_VehicleClassificationVehicleClassification定义车辆的分类，从多个维度对车辆类型进行定义，包含车辆基本类型，以及燃料动力类型。VehicleClassification::=SEQUENCE{ classificationBasicVehicleClass, fuelTypeFuelTypeOPTIONAL, ...}RSM消息体中涉及的重要数据元素DE_MsgCountMsgCount定义当发送方为自己时，发送的同类消息的消息编号。数据类型为整型（INTEGER），编号数值为0~127，循环使用。该数据字段用于接收方对来自同一发送方的同一类消息，进行连续收包的监控和丢包的统计。ASN.1代码如下：MsgCount::=INTEGER(0..127)DE_LatitudeLatitude定义纬度数值。数据分辨率为1e-7º（1/10微度），有效范围是-90~+90º，北纬为正，南纬为负。Latitude::=INTEGER(-900000000..900000001)DE_LongitudeLongitude定义经度数值。数据分辨率为1e-7º（1/10微度），有效范围是-180~+180º，东经为正，西经为负。Longitude::=INTEGER(-1799999999..1800000001)DE_ElevationElevation定义海拔高程。数据分辨率为0.1m，有效范围是-409.5~+6143.9，数值-4096表示无效数值。Elevation::=INTEGER(-4096..61439)DE_ParticipantType路侧单元检测到的交通参与者类型。ParticipantType::=ENUMERATED{unknown(0),--Unknownmotor(1),--motornon-motor(2),--non-motorpedestrian(3),--pedestrianrsu(4),--rsu...}DE_SourceType定义交通参与者数据的来源。包括以下类型。unknown：未知数据源类型；selfinfo：RSU自身信息；v2x：来源于参与者自身的v2x广播消息；video：来源于视频传感器；microwaveRadar：来源于微波雷达传感器；loop：来源于地磁线圈传感器；lidar：来源于激光雷达传感器；integrated：2类或以上感知数据的融合结果。SourceType::=ENUMERATED{unknown(0),selfinfo(1),v2x(2),video(3),microwaveRadar(4),loop(5),lidar(6),integrated(7),...}DE_DSecondDSecond定义1分钟内的毫秒级时刻。数据分辨率为1ms，有效范围是0~59999。数值60000及以上表示未知或无效数值。DSecond::=INTEGER(0..65535)DE_SpeedSpeed描述交通参与者的速度大小。数据分辨率为0.02m/s。数值8191表示无效数值。Speed::=INTEGER(0..8191)DE_HeadingHeading描述了交通参与者的航向角，定义为运动方向与正北方向的顺时针夹角。数据分辨率为0.0125°，有效范围是0~359.9875°。Heading::=INTEGER(0..28800)DE_VehicleWidthVehicleWidth定义车辆车身宽度。分辨率为1cm，数值0为无效数据。VehicleWidth::=INTEGER(0..1023)DE_VehicleLengthVehicleLength定义车辆车身长度。分辨率为1cm，数值0为无效数据。VehicleLength::=INTEGER(0..4095)DE_VehicleHeightVehicleHeight定义车辆车身高度。分辨率为5cm。数值0表示无效数据。VehicleHeight::=INTEGER(0..127)DE_BasicVehicleClass定义车辆基本类型，具体类型说明见REF_Ref171605602\h表4-2-5。表4-2-SEQ表4-2-\*ARABIC5车辆基本类型数值含义数值含义0未知类型或不可用52快速公交（BRT）1特殊类型车辆53快递运输货车10通用类型的乘用车54公交巴士11其他类型的乘用车55校车20通用类型的轻型货车56有轨列车21其他类型的轻型货车57辅助公交25通用类型的卡车58辅助救援车辆26其他类型的卡车60通用类型的紧急车辆27单机组2轴6轮卡车61其他类型的紧急车辆28单机组3轴卡车62消防轻型车辆29单机组4轴（或多余4轴）卡车63消防重型车辆304轴（或少于4轴）单挂拖车64消防辅助救护车辆315轴（或少于5轴）单挂拖车65消防救护车326轴（或多于6轴）单挂拖车66警用轻型车辆335轴（或少于5轴）多挂拖车67警用重型车辆346轴多挂拖车68其他紧急情况响应车辆357轴（或多于7轴）多挂拖车69其他紧急情况救护车40通用类型的摩托车80未知交通参与者41其他类型的摩托车81其他交通参与者42标准巡航车82行人43无涂层运动摩托车83视力障碍人士44运动旅行摩托车84身体残障人士45超级运动摩托车85自行车46旅行摩托车86道路施工人员47三轮摩托车90未知类型的基础设施48载客摩托车91固定的基础设施50通用类型的客车92可移动的基础设施51其他类型的客车93配备货物拖车【任务实施】弱势交通参与者碰撞预警场景搭建设备工具准备按REF_Ref171605611\h表4-2-6准备任务实施所需要的设备、线束、防护用品。表4-2-SEQ表4-2-\*ARABIC6设备清单分类名称数量图例规格要求实训设备路杆设备1套—OBU1套含全套线束测试车辆1辆—低速无人小车或乘用车笔记本电脑（含鼠标和充电线）1套Windows7以上系统平板电脑1套安装GoXLinkApp工具移动电源1套12V输出，配DC5521接口转接线防护用品工作服1套—安全帽1个—工作手套1双—辅助材料无纺布1张—部署车辆及路杆设备①穿戴工作服、工作手套，佩戴安全帽。②将测试车辆行驶到测试道路上。③将OBU部署到车辆上（注意：请利用工具将OBU固定好，防止OBU在车辆运动过程中移动或掉落），利用车载电源或移动电源给OBU供电。④将路杆设备移动到标定点上（注意：请确保路杆设备的位置和朝向是正确的）。整体的部署方案如REF_Ref171605459\h图4-2-5所示，图中以低速无人小车作为测试车辆。图4-2-SEQ图4-2-\*ARABIC5VRUCW场景部署实例调试OBU和RSU以下是调试OBU的步骤。RSU同样需要按以下步骤进行调试，需要注意RSU的WiFi名称为ZLITS-7900E1-RSU、WiFi密码为1234567890、IP地址为192.168.2.1。无线远程连接OBU笔记本电脑连接OBU的WiFi。打开MobaXterm软件，单击“Session”按钮创建会话，单击“SSH”按钮使用SSH工具，在“Remotehost”栏输入无线SSH连接OBU的IP地址：192.168.225.2。单击“BookmarkSetting”标签页，在“Sessionname”栏为当前会话重命名，单击“OK”确认，如REF_Ref171605476\h图4-2-6所示。图4-2-SEQ图4-2-\*ARABIC6创建SSH会话输入账号：root，成功登录OBU，如REF_Ref171605486\h图4-2-7所示。图4-2-SEQ图4-2-\*ARABIC7远程登录OBU测试OBU定位功能在OBU会话窗口执行以下命令测试定位功能，如果有坐标信息，并且坐标信息正常，则说明OBU定位功能正常。kinematics-sample-client-a测试PC5模组状态在OBU会话窗口执行以下命令测试PC5模组状态。V2X接收和发送状态必须为1才是正常状态：V2Xrx_status=1,tx_status=1，其他值（0/2）都属于异常。cv2x-config--get-v2x-status确认感知系统是否正常检测交通参与者在OBU会话窗口中执行以下命令开启RSM打印模块。/tmp/obu-pal-debug3然后执行以下命令打印日志，OBU正常接收RSM消息时，会打印出RSM消息。journalctl-f-uobu-app查看OBU接收到的RSM消息，找到其中名为“participants”的交通参与者列表数据帧，确认其中名为“ptcType”的交通参与者类型数据元素的数值是否与现场实际的交通参与者类型一致。以REF_Ref171605496\h图4-2-8截取到的RSM消息体为例，“ptcType:3(pedestrian)”表示交通参与者类型为行人，对其中的其他重要数据帧和数据元素的解析见REF_Ref171605625\h表4-2-7。图4-2-SEQ图4-2-\*ARABIC8RSM消息体实例表4-2-SEQ表4-2-\*ARABIC7RSM消息体实例解析数据帧数据元素数值解析—msgCnt115消息编号为115—idD9B7C7CBAC53F9E2车辆临时编号为D9B7C7CBAC53F9E2poslat229078190纬度为22.907819ºlong1133036020经度为113.303602ºelevation0海拔高程为0mParticipants→ParticipantDataptcType3交通参与者类型为行人ptcId10358交通参与者ID为10358source7数据来源为2类或以上感知数据的融合结果secMark29760时刻为当前分钟数中的第29760msspeed50速度为50m/sheading13176航向角为164.7ºParticipants→ParticipantData→sizewidth208车辆宽度为208cmlength179车辆长度为179cmParticipants→ParticipantData→vehicleClassclassification10车辆基本类型为通用类型的乘用车（此参数为细分类，以粗分类ptcType为准）在OBU会话窗口中执行以下命令关闭RSM打印模块。/tmp/obu-pal-debug0最后执行“exit”命令，退出设备文件系