V2X通信标准与消息数据结构详解

原创于 2025-08-06 13:26:02 发布 · 225 阅读

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V2X (Vehicle to Everything) 通信标准主要包括国标、欧标、美标和日标。下面我将详细介绍中国国家标准中的五种核心消息类型(BSM、RSI、RSM、SPAT、MAP)的数据结构，并提供相应的C++代码实现。

消息类型概述

BSM：基础安全消息，包含车辆的速度、方向、加速度、刹车状态、转向灯状态以及位置等信息。
RSI：路侧信息，通常由路侧单元（RSU）发布，用于通知附近车辆关于道路施工、限速标志等信息。
RSM：路侧安全消息，主要用于报告交通事故或异常情况，如车辆碰撞、异物闯入等。
SPAT：交通灯相位与时序消息，提供给车辆当前路口的红绿灯状态及其剩余时间，以便进行车速引导和绿波推送。
MAP：地图消息，描述了特定路口的详细布局，包括各车道的信息及其连接关系。

C++数据结构实现

以下是这五种消息的C++数据结构实现：

#include <vector>
#include <string>
#include <cstdint>

// 通用基础类型
struct Position3D {
    double latitude;    // 纬度，单位：度
    double longitude;   // 经度，单位：度
    double elevation;   // 高程，单位：米
};

struct PositionOffset {
    int32_t offsetX;    // X轴偏移量，单位：厘米
    int32_t offsetY;    // Y轴偏移量，单位：厘米
};

struct TimeStamp {
    uint32_t year;      // 年
    uint8_t month;      // 月
    uint8_t day;        // 日
    uint8_t hour;       // 时
    uint8_t minute;     // 分
    uint8_t second;     // 秒
};

// 1. BSM (Basic Safety Message) 基础安全消息
struct VehicleSize {
    uint16_t width;     // 车辆宽度，单位：厘米
    uint16_t length;    // 车辆长度，单位：厘米
    uint16_t height;    // 车辆高度，单位：厘米
};

struct MotionState {
    int16_t speed;              // 速度，单位：0.02米/秒
    int16_t acceleration;       // 加速度，单位：0.1米/秒²
    int16_t steeringAngle;      // 方向盘转角，单位：1.5度
    uint8_t brakeStatus;        // 刹车状态，0-未制动，1-制动
    uint8_t turnSignal;         // 转向灯状态，0-关闭，1-左转，2-右转，3-紧急双闪
};

struct BSM {
    uint32_t msgId;             // 消息ID
    TimeStamp timestamp;        // 时间戳
    Position3D position;        // 车辆位置
    MotionState motion;         // 运动状态
    VehicleSize size;           // 车辆尺寸
    uint8_t vehicleClass;       // 车辆类型
    uint8_t vehicleState;       // 车辆状态
    std::string plateNo;        // 车牌号
};

// 2. RSI (Road Side Information) 路侧信息
struct EventPoint {
    Position3D position;        // 事件位置
    uint16_t eventRadius;       // 事件影响半径，单位：米
};

struct RSI {
    uint32_t msgId;             // 消息ID
    TimeStamp timestamp;        // 时间戳
    EventPoint eventPoint;      // 事件位置信息
    uint8_t eventType;          // 事件类型
    uint8_t eventPriority;      // 事件优先级
    uint16_t validDuration;     // 有效时长，单位：秒
    std::string description;    // 事件描述
};

// 3. RSM (Road Safety Message) 路侧安全消息
struct ParticipantData {
    uint8_t participantType;    // 参与者类型
    uint16_t participantId;     // 参与者ID
    Position3D position;        // 位置信息
    MotionState motion;         // 运动状态
    VehicleSize size;           // 尺寸信息
};

struct RSM {
    uint32_t msgId;             // 消息ID
    TimeStamp timestamp;        // 时间戳
    Position3D rsuPosition;     // RSU位置
    std::vector<ParticipantData> participants; // 参与者列表
    uint8_t eventType;          // 事件类型
    uint8_t confidence;         // 置信度
};

// 4. SPAT (Signal Phase and Timing) 交通灯相位与时序消息
struct PhaseState {
    uint8_t lightId;            // 信号灯ID
    uint8_t currentState;       // 当前状态 (红、绿、黄等)
    uint16_t remainingTime;     // 剩余时间，单位：秒
    uint16_t nextState;         // 下一个状态
    uint16_t nextTime;          // 下一个状态的持续时间
};

struct SPAT {
    uint32_t msgId;             // 消息ID
    TimeStamp timestamp;        // 时间戳
    uint32_t intersectionId;    // 交叉路口ID
    std::vector<PhaseState> phases; // 相位状态列表
    uint8_t timeSyncStatus;     // 时间同步状态
};

// 5. MAP (Map Data) 地图消息
struct Lane {
    uint16_t laneId;            // 车道ID
    uint8_t laneType;           // 车道类型
    uint8_t laneDirection;      // 车道方向
    std::vector<PositionOffset> points; // 车道边界点
};

struct Connection {
    uint16_t incomingLane;      // 进入车道ID
    uint16_t connectingLane;    // 连接车道ID
    uint8_t maneuver;           // 机动类型
};

struct MAP {
    uint32_t msgId;             // 消息ID
    TimeStamp timestamp;        // 时间戳
    uint32_t intersectionId;    // 交叉路口ID
    Position3D referencePoint;  // 参考点
    std::vector<Lane> lanes;    // 车道列表
    std::vector<Connection> connections; // 连接关系
    std::vector<uint16_t> spatIds; // 关联的SPAT ID列表
};

消息应用场景说明

BSM消息:
- 主要用于V2V场景，如变道预警、盲区预警、交叉路口碰撞预警等
- 包含车辆实时运动状态和基本信息
- 典型发送频率: 10Hz (每100ms发送一次)
RSI消息:
- 主要用于V2I场景，如道路施工、限速标志、超速预警等
- 由路侧单元(RSU)发送给车辆
- 包含静态或半静态的道路事件信息
RSM消息:
- 主要用于V2I场景，识别道路异常事件
- 包含检测到的交通参与者信息和异常事件
- 用于车辆事故、异常停车、异物闯入等场景
SPAT消息:
- 与MAP消息配合使用，提供交通信号灯状态
- 用于车速引导、绿波推送等场景
- 包含信号灯当前状态和剩余时间
MAP消息:
- 描述路口拓扑结构
- 包含车道信息和连接关系
- 与SPAT消息配合实现精确的车路协同

欧标消息补充(CAM/DENM)

欧标ETSI定义的两种主要消息类型：

// CAM (Cooperative Awareness Message) 合作感知信息
struct CAM {
    uint32_t stationId;         // 站点ID
    TimeStamp timestamp;        // 时间戳
    Position3D position;        // 位置信息
    MotionState motion;         // 运动状态
    VehicleSize size;           // 车辆尺寸
    uint8_t vehicleClass;       // 车辆类型
    uint8_t vehicleRole;        // 车辆角色
    uint8_t exteriorLights;     // 外部灯光状态
};

// DENM (Decentralized Environmental Notification Message) 分散环境通知信息
struct DENM {
    uint32_t managementId;      // 管理ID
    TimeStamp detectionTime;    // 检测时间
    TimeStamp referenceTime;    // 参考时间
    Position3D eventPosition;   // 事件位置
    uint16_t eventRadius;       // 事件半径
    uint8_t eventType;          // 事件类型
    uint8_t eventPriority;      // 事件优先级
    uint16_t validityDuration;  // 有效时长
    std::string description;    // 事件描述
};

这些数据结构为V2X通信提供了标准化的信息交换格式，确保了不同厂商设备间的互操作性。实际应用中，这些消息会通过ASN.1编码进行序列化传输，以提高传输效率和兼容性。