任务4.4：闯红灯预警场景搭建及测试（安全类V2I）-学生手册

任务4.4闯红灯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4.4：闯红灯预警场景搭建及测试（安全类V2I）【任务导入】道路上经常会遇到异形、多语义或带倒计时的信号灯，车辆搭载的感知传感器在受到环境影响（遮挡、逆光）或自身感知能力下降（感知失效）的情况下，不能准确识别路口信号灯信息，导致出现闯红灯的现象，严重的情况下会造成交通事故，影响交通安全并且降低交通效率。那有什么方法可以让车辆获取准确的路口信号灯实时数据，快速安全通过路口呢？【学习目标】素质目标培训学生的操作安全意识；通过案例讲授，培养学生的逻辑思维能力；通过实操任务，帮助学生树立爱岗敬业的职业素养。知识目标能阐述闯红灯预警场景的应用定义和预期效果[K59]；能说明闯红灯预警场景的基本原理[K60]；能说出闯红灯预警场景的触发条件[K61]；能说出闯红灯预警场景涉及的MAP参数[K62]。能力目标能正确搭建闯红灯预警场景[A40]；能完成闯红灯预警场景的测试[A41]。【知识准备】闯红灯预警场景闯红灯预警场景的应用定义和预期效果闯红灯预警（RLVW:RedLightViolationWarning）是指，主车（HV）经过有信号控制的交叉口（车道），车辆存在不按信号灯规定或指示行驶的风险时，RLVW应用对驾驶员进行预警。本应用适用于城市及郊区道路及公路的交叉路口、环道的出入口和可控车道、高速路入口和隧道等有信号控制的车道。闯红灯过程如REF_Ref163374776\h图4-4-1所示。RLVW应用辅助驾驶员安全通过信号灯路口，提高信号灯路口的通行安全。图4-4-SEQ图6-4-\*ARABIC1RLVW：闯红灯过程主要场景当前方有大车遮挡视线（REF_Ref163374783\h图4-4-2）或恶劣天气影响视线，或由于其他原因，使HV无法对当前红灯或即刻到来的红灯做出正确判断时，RLVW检测HV当前所处位置和速度等，通过计算预测车头经过路口停止线时信号灯的状态，并向驾驶员进行预警。图4-4-SEQ图6-4-\*ARABIC2RLVW：被公交车遮挡信号灯系统基本原理当HV驶向具有信号控制的交叉路口（车道），遇信号灯即将变红或正处在红灯状态，但车辆未能停止在停止线内而继续前行时，RLVW应用将对该车驾驶员进行预警。触发RLVW功能的HV与路口设置位置关系如REF_Ref163374789\h图4-4-3所示。图4-4-SEQ图6-4-\*ARABIC3RLVW：车辆路口闯红灯预警位置关系RLVW基本工作原理如下：——具有短程、远程通信能力的路侧单元（RSU）定时发送路口地理信息和信号灯实时状态信息；——HV依据本身GNSS地理信息，确定当前受管控信号的相位，并计算其与停止线的距离；——HV依据当前速度和其他交通参数预估到达路口的时间；——RLVW将这些信息与接收到的红灯切换时刻及红灯保留时长信息进行对比分析，决定是否预警。数据交互需求RLVW数据交互需求如REF_Ref163375288\h表4-4-1所示。表4-4-SEQ表6-4-\*ARABIC1RLVW数据交互需求（路侧数据）数据单位备注时刻ms—路口ID——入口ID——车道宽度ms—车道中心线位置——停车线位置——车道属性—左、直、右和掉头车道所属相位——当前灯态—针对该车道每一个车道属性（允许行驶方向）的信号灯状态红变绿剩余时间/绿变红剩余时间s可预测一个周期或两个周期红绿灯配时是否自适应控制—自适应控制时，绿灯剩余时间会改变（周期内或下一个周期）闯红灯预警场景触发条件闯红灯预警场景触发条件如REF_Ref163375295\h表4-4-2所示。表4-4-SEQ表6-4-\*ARABIC2闯红灯预警场景触发条件触发条件（闯红灯预警）路侧单元（RSU）定时发送路口地理信息和信号灯实时状态信息车辆到达停止线时，红绿灯状态为红灯或黄灯速度大于【本车低速阈值】闯红灯预警场景涉及的MAP参数MAP参数MAP消息主体名词对照表如REF_Ref135396175\h表4-4-3所示。表4-4-3MAP消息主体名词对照表消息结构名称数据类型说明应用层确认消息结构timestampdouble时间戳，精确到毫秒，UTC时间nodesList<Node>定义地图点列表Node数据帧nameString节点属性名称idNodeReferenceID节点属性IDrefPosPosition3D节点属性位置inLinksList<Link>节点上下游路段集合NodeReferenceID数据帧regionInteger全局唯一的地区IDidInteger地区内部唯一的节点IDLink数据帧nameString名称upstreamNodeIdNodeReferenceID上游节点IDspeedLimitsList<SpeedLimit>限速集合linkWidthInteger车道宽度，分辨率为1cmpointsList<Position3D>Position3D类型movementsList<Movement>Movement类型lanesList<Lane>定义车道Lane数据帧laneIdInteger车道IDlaneWidthInteger车道宽度,分辨率1cmlaneAttributesobject定义车道属性。包括车道共享情况以及车道本身所属的类别特性。maneuversInteger定义一个（机动车）车道的允许转向行为。例如：如果参数含义表示'允许直行'和'允许右转向'，那么二进制为000000000101，对应十进制为5，该参数值填写5。二进制第x位数字为1对应的含义：1：允许直行2：允许左转向3：允许右转向4：允许掉头转向5：红灯情况下允许左转向6：红灯情况下允许右转向7：允许变道8：不允许停车9：非保护车道状态，如永久黄灯状态10：停车，再前行11：小心前行12：保留数值connectsToArray车道与下游路段车道的连接关系列表speedLimitsArray限速列表pointsArray车道中间点列表Position3D数据帧elevationdouble车辆海拔高程，单位为分米latdouble纬度longdouble经度ReportedSpeedLimittypeString限速类型最小长度：1；最大长度：100speedInteger限速大小，分辨率为0.02m/s最小值：0；最大值：10000points即车道中间点列表。points（一般2个点经纬度，由远及近），2点连成一线为Lane的中心线。如果道路弯曲，可以使用多个点。points这里会涉及MAP地图中的“停止线”的概念，MAP地图会以最后一个点的位置作为停止线，如REF_Ref163374798\h图4-4-4所示。图4-4-SEQ图6-4-\*ARABIC4points与停止线的关系Maneuver定义一个（机动车）车道的允许转向行为。按位处理，直行是第一位，左转第二位，右转第三位，U行（掉头）第四位，所以0x01标识直行，0x08标识U行，0x09标识直行+U行。二进制需转换成十进制。二进制第x位数字为1对应的含义如REF_Ref163375310\h表4-4-3所示：表4-4-SEQ表6-4-\*ARABIC3二进制第x位数字为1对应的含义二进制第x位数字含义1允许直行2允许左转向3允许右转向4允许掉头转向5红灯情况下允许左转向6红灯情况下允许右转向7允许变道8不允许停车9非保护车道状态，如永久黄灯状态10停车，再前行11小心前行例如：如果参数含义表示“允许直行”和“允许右转向”，那么二进制为000000000101，对应十进制为5，该参数值填写5。Connection定义当前车道与下游路段中车道的连接关系。其中一个参数为信号灯相位号（phaseId），此处的相位ID是MAP消息与SPAT消息之间的关联。车辆通过该相位ID数据，查看到SPAT中对应的相位实时状态，从而获得行车过程中的信号灯数据辅助，如REF_Ref163374824\h图4-4-5所示。图4-4-SEQ图6-4-\*ARABIC5车道与下游路段中车道的连接关系示例闯红灯预警场景描述被测车辆匀速（10km/h-70km/h）行驶，前方路口有交通信号灯，通信范围内有RSU持续广播路口信号灯信息（RSU通过信号机获取信号灯相位状态广播SPAT消息），如图4-4-6，被测车以当前速度行驶无法通过路口时，被测车辆RLVW应用发出预警，提醒驾驶员前方红灯。（无法通过路口指车辆当前位置与停止线的纵向距离除以车速小于信号灯可通行的剩余时间）图4-4-6被测车辆前方RSU持续广播信号灯信息测试场景图【任务实施】闯红灯预警场景搭建设备工具准备及检查（1）设备工具准备分类名称数量图例规格要求实训设备路杆设备1套OBU2套含全套线束测试车辆2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（2）设备检查1）检查是否能正常遥控车辆2）检查车辆是否处于急停状态3）检查路杆设备是否锁止、稳定4）检查平板电脑的电量是否充足5）检查场景测试APP是否能够正常使用部署路杆设备及OBU（1）路杆部署穿戴工作服、工作手套，佩戴安全帽。将路杆设备部署到指定位置，锁止路杆设备，如REF_Ref169880451\h图4-4-7所示。图4-4-7路杆部署（2）OBU部署将OBU部署到车辆上，利用移动电源给OBU供电。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，如REF_Ref169880451\h图4-4-8所示。图4-4-8OBU部署启动设备（1）启动路杆设备打开路杆电源开关，如图4-4-9所示。图4-4-9路杆电源开关（2)启动车辆启动测试车辆，将车辆行驶到测试道路上，如图4-4-10所示。图4-4-10测试车辆行驶到测试道路调试OBU无线远程连接OBU1）笔记本电脑连接OBU的WiFi。打开MobaXterm软件，如REF_Ref169880538\h图4-1-11所示，OBU的IP地址：192.168.225.2。图4-4-SEQ图_4-1-\*ARABIC11创建SSH会话2）输入账号：root，成功登录OBU，如图4-4-12所示。图4-4-12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RSU正常广播的SPAT消息观察OBU是否正常接收RSU广播的信号灯消息。在OBU终端输入以下命令开启SPAT消息打印模块：/tmp/obu-pal-debug4在OBU窗口执行以下命令打印日志，查看RSU广播的SPAT消息，如REF_Ref136532612\h图4-4-13所示：journalctl-f-uobu-app图4-4-13OBU接收的SPAT消息闯红灯预警场景测试使用APP登录OBU1）打开平板电脑，在设置界面单击“WLAN”选项，连接OBU的Wi-Fi，如REF_Ref163374962\h图4-4-14所示，OBU的Wi-Fi名称和密码需要查看OBU设备底部的标签。图4-4-14OBU的Wi-Fi2）打开GoXLinkApp，查看GoXLink与OBU是否连接成功，如REF_Ref169880478\h图4-4-15所示。图4-4-15APP成功连接OBU界面APP上查看信号灯消息在GoXLinkApp上查看前方路口红绿灯信息是否与实际红绿灯保持一致，如图4-4-16所示。图4-4-16APP界面闯红灯预警场景测试触发场景一1）车辆停在距离交通信号灯停止线100m（距离可根据实际路况进行调整）的路上，如图4-4-17。图4-4-17车辆停放2）当交通信号灯状态为红灯时，使用遥控器遥控车辆以10km/h-70km/h的车速，匀速沿着路线行驶。3）当车辆以当前车速无法通过路口时，会触发闯红灯预警，查看APP中OBU-V2X演示界面是否展示闯红灯预警信息，如图4-4-18。图4-4-18APP界面闯红灯预警触发场景二1）车辆停在距离交通信号灯停止线100m（距离可根据实际路况进行调整）的路上。2）当交通信号灯状态为绿灯（即将变黄）时，使用遥控器遥控车