专利名称：智能交通系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及交通系统，尤其涉及一种可实现车辆自动驾驶的智能交通系统。
背景技术：
传统的交通系统是驾驶员在道路上自主驾驶车辆。工业化国家大都经历了经济的 发展促进了汽车的发展，而汽车产业的发展又刺激了经济发展的过程，从而让这些国家尽 早实现了汽车化的时代。随着车辆数量的急剧膨胀导致公路资源越来越紧张。尤其对一 些大城市，车辆数量过多以及不少驾驶员的行车能力或行车素质的欠缺会经常引发道路拥 堵。道路拥堵是对整个社会资源的浪费。而且由于驾驶不当，容易引发交通事故，对社会财 产和人生安全造成了相当的威胁。交通堵塞造成的经济损失是巨大的，就连道路设施十分 发达的美国、日本也不得不从以往只靠供给来满足需求的思维模式转向采取供、需两方面 共同管理的技术和方法来改善日益尖锐的交通问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种智能交通系统，减少道路堵塞、环境 污染、事故率和减轻驾驶者负担，达到了保障安全、提高效率、改善环境和节约能源的目的。本发明的技术方案为本发明揭示了一种智能交通系统，包括导入车道和全封闭 车道构成的道路系统、定位系统、通信系统、控制系统以及自动行驶车辆，其中导入车道连接全封闭车道，自动行驶车辆通过导入车道进入全封闭车道，在导入 车道进入全封闭车道之前设置信息采集站，用于采集自动行驶车辆的车辆信息以及行驶信 息，其中车辆信息包括车辆识别码，行驶信息包括出发地和目的地的信息；通信系统用于建立智能交通系统中各个模块之间的通信连接；定位系统，测量自动行驶车辆在道路系统中的位置和速度；控制系统进一步包括流量统计模块、路线规划模块、行驶方向控制模块、车速控制 模块，流量统计模块和定位系统建立通信连接，根据定位系统的测量结果得到道路系统中 每一车道上的车辆流量，路线规划模块与信息采集站和流量统计模块建立通信连接，根据 采集到的包括出发地和目的地的行驶信息以及道路系统中每一车道的车辆流量规划行驶 路线，行驶方向控制模块与路线规划模块和定位系统建立通信连接，根据规划好的行驶路 线以及自动行驶车辆在道路系统中的当前位置确定并控制自动行驶车辆的行驶方向，车速 控制模块与流量统计模块、信息采集站建立通信连接，根据自动行驶车辆所在的当前车道 上的车辆流量、自动行驶车辆的性能、当前车道上的车速限制、当前车道的路况以及天气确 定并控制自动行驶车辆的车速；自动行驶车辆，内设自动驾驶系统，与控制系统建立通信连接，接收来自控制系统 关于行驶方向和车速的控制信息并据此自动行车。根据本发明的智能交通系统的一实施例，通信系统包括3G或4G通信系统。根据本发明的智能交通系统的一实施例，该定位系统包括GPS定位系统。
根据本发明的智能交通系统的一实施例，自动行驶车辆上还设置路线手动设置模块，一方面手动设置行车路线并将该路线上传至控制系统，或者另一方面更改目的地信息 并上传至控制系统，由控制系统根据自动行驶车辆当前位置以及更改后的目的地重新规划 行车路线。根据本发明的智能交通系统的一实施例，在道路系统中还设有半封闭车道，在半 封闭车道和外部车道的交错点设置智能信号灯，智能信号灯与流量统计模块建立通信连 接，根据交错点上的各个车道的流量调节智能信号灯的信号。根据本发明的智能交通系统的一实施例，自动行车车辆上还设置切换模块和自主 驾驶系统，在车辆的自动驾驶系统和自主驾驶系统之间切换。根据本发明的智能交通系统的一实施例，在道路系统中还设置多个服务站点，月艮 务站点提供自动行驶车辆的能量补充以及将出现问题的自动行驶车辆从全封闭车道上做 退出处理。根据本发明的智能交通系统的一实施例，在道路系统的每一车道上间隔一定距离 设置路段感应标识，在每一自动行驶车辆上安装感应设备，感应设备感应车道上的路段感 应标识以获取当前路段的信息以及车辆与车道两侧之间的距离，感应设备还感应周边车辆 的信息以获取与周边车辆的距离。根据本发明的智能交通系统的一实施例，通信系统结合物联网用作通信和/或定 位。根据本发明的智能交通系统的一实施例，车辆的自动驾驶系统运行后，控制系统 基于物联网定义车辆行驶速度等级，且车辆根据道路沿线的物联网、周围车辆的等级自动 选择车道和速度，以减少车辆换道的自动操作。根据本发明的智能交通系统的一实施例，该系统还包括强制广播系统，自动行驶 车辆通过固定的无线频率、或移动通信信道接收强制广播系统发出的广播信息。根据本发明的智能交通系统的一实施例，在自动行驶车辆上安装自动检测系统， 遇到故障迹象时自动向系统申报，或者自动采取故障模式，向外道过渡，寻找最近的服务 站，或者停车在路肩上等待救援。本发明对比现有技术有如下的有益效果本发明采用由导入车道和全封闭车道构 成的道路系统、GPS定位系统、3G或4G的通信系统、控制系统以及自动行驶车辆所构成的智 能交通系统，驾驶员在进入这种智能交通系统之后可放弃自主驾驶，改由系统控制的自动 驾驶行至目的地。本发明的智能交通系统应用了先进的信息技术、数据通讯传输技术、全球 定位技术、地理信息系统技术、电子控制技术以及计算机处理技术，这事一种集信息化、智 能化、社会化的新型运输系统，使交通基础设施发挥最大效能。
图1是本发明的智能交通系统的第一实施例的原理图。图2是本发明的自动行驶车辆的第一实施例的原理图。图3是本发明的智能交通系统的第二实施例的原理图。图4是本发明的自动行驶车辆的第二实施例的原理图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。智能交通系统的第一实施例图1示出了本发明的智能交通系统的第一实施例。请参见图1，本实施例的智能交通系统包括由全封闭车道10和导入车道11构成的道路系统、GPS定位系统13 (也可以是 将来更先进的定位系统)、控制系统14、自动行驶车辆15以及通信系统16。其中图2示出 了自动行驶车辆15的第一实施例的原理。以下是结合图1和图2对本实施例的智能交通 系统的运行原理的描述。全封闭车道10通过导入车道11和外界的传统车道连接。导入车道11类似于传 统高速公路中由普通公路进入全封闭高速公路的匝道。导入车道11通常设置在传统道路 需要接入全封闭车道10的地点。在导入车道11进入全封闭车道10之前设置信息采集站 12。信息采集站12可采集自动行驶车辆的车辆信息和行驶信息，车辆信息包括具有唯一性 的车辆识别码。车辆识别码主要记录了车辆品牌、型号、出厂日期等与车辆本身属性有关的 信息。行驶信息包括出发地和目的地的信息。当然，信息采集站12还可以采集驾驶员的相 关信息，系统为每个驾驶员分配一个驾驶员ID号，通过读取这一驾驶员ID号来获取驾驶员 相关信息。此外，信息采集站12还负责车辆检测的工作，具体地说，信息采集站会判别车辆 中是否装载了自动驾驶系统150以及自动驾驶系统150是否工作正常。在判断出一切正常 的情况下才让车辆进入全封闭车道10并触发自动行驶车辆15开启自动驾驶系统150。驾驶员驾驶本系统中的自动行驶车辆15从传统道路进入导入车道11，在信息采 集站12上传车辆相关信息以及行驶信息至系统。控制系统14通过通信系统16(例如3G 通信系统或者4G通信系统或者更高级的通信系统)与信息采集站12建立通信连接，从信 息采集站12获取包括出发地和目的地的行驶信息。GPS定位系统13用于测量自动行驶车 辆15在整个道路系统(包括全封闭车道10和导入车道11)中的位置和速度。流量统计 模块140从GPS定位系统13中获取了 GPS定位系统13的测量结果，根据GPS定位系统的 测量结果容易计算出道路系统中每一车道上的车辆流量。当然，流量统计模块140除了从 GPS定位的结果得到车辆流量之外，还可以通过在道路上每隔一定距离安装摄像头，根据摄 像头采集到的单位时间内通过的车辆数量来估算道路上的车辆流量。路线规划模块141除了从信息采集站12处获知出发地和目的地信息外，还从流量 统计模块140获知了每条车道上的车辆流量。路线规划模块141根据出发地和目的地以及 每条车道上的车辆流量规划出合理的行驶路线，规划算法可以现有技术中的任一种有关车 辆流量的路径规划的优化算法。行驶方向控制模块142接收来自路线规划模块141的行驶路线以及来自GPS定位 系统13的自动行驶车辆15在道路系统中的当前位置，以此确定车辆的行驶方向，并将有关 行驶方向的控制信息下发到对应的自动行驶车辆15上。自动行驶车辆15中的自动驾驶系 统150接收来自控制系统14的行驶方向的控制指令，自动驾驶系统150中包括一个控制器 连接到方向盘，控制器接收到行驶方向的控制指令后根据这一指令转动方向盘，从而实现 车辆行驶方向的自动控制。车速控制模块143从流量统计模块140处获取车辆所在的当前车道上的车辆流量，并从信息采集站12获取自动行驶车辆的车辆性能，再结合当前车道上的车速限制(如 果有的话，可以是上限、下限或者上限和下限)、当前车道的路况(如道路平整、道路坑坑洼 洼等)以及天气状况(例如下雨、大雾、晴好等)来确定车辆的当前车速。车速控制模块143将确定好的车速以指令方式发送给自动行驶车辆15的自动驾驶系统150。自动驾驶系统 150中设有一个车速控制器，连接到油门踏板和刹车踏板，车速控制器接收到车速控制指令 后根据指令控制油门踏板或是刹车踏板的开合度，从而实现车辆速度的自动控制。在控制系统14和信息采集站12之间、控制系统14和自动行驶车辆15之间都通 过3G或4G或更高级的通信系统实现数据通信。在自动行驶车辆15的内部，当然还设有GPS终端模块(如GPS接收机)、通信终端模块(如GSM手机)。通信系统16可以和未来的物联网结合，既可以用于通信也可以用于定位。基于物联网技术，在车辆15进入自动驾驶状态后，控制系统14定义车辆行驶速度等级，而且车辆 15根据道路沿线的物联网、周围车辆的等级自动选择车道和速度，从而减少车辆换道的自 动操作，这样可以减少车辆15在自动行驶中对控制系统14的依赖。在自动行驶车辆15上安装一个自动检测系统，当遇到故障迹象时自动向智能交通系统的控制系统14申报，或者自动采取故障模式，亦即向外道过渡并寻找最近的服务 站，或者停车在路肩上等待救援。智能交通系统还可以设置一个强制广播系统，自动行驶车辆15通过固定的无线频率、或移动通信信道接收强制广播系统发出的广播信息。当自动行驶车辆15处于自动驾 驶状态时，强制广播系统就处于常开状态，便于通知特殊情况的发生。智能交通系统的第二实施例图3示出了本发明的智能交通系统的第二实施例。请参见图3，本实施例的智能交 通系统包括由全封闭车道30、导入车道31、半封闭车道37构成的道路系统、GPS定位系统 33 (或者更高级的定位系统)、控制系统34、自动行驶车辆35、通信系统36、智能信号灯38。 其中图4示出了自动行驶车辆35的第二实施例的原理。以下是结合图3和图4对本实施 例的智能交通系统的运行原理的描述。全封闭车道30通过导入车道31和外界的传统车道连接，除此之外在道路系统中 还包括一种半封闭车道37。导入车道11类似于传统高速公路中由普通公路进入全封闭高 速公路的匝道。导入车道11通常设置在传统道路需要接入全封闭车道10的地点。在导入 车道11进入全封闭车道10之前设置信息采集站12。信息采集站12可采集自动行驶车辆 的车辆信息和行驶信息，车辆信息包括具有唯一性的车辆识别码。车辆识别码主要记录了 车辆品牌、型号、出厂日期等与车辆本身属性有关的信息。行驶信息包括出发地和目的地的 信息。当然，信息采集站12还可以采集驾驶员的相关信息，系统为每个驾驶员分配一个驾 驶员ID号，通过读取这一驾驶员ID号来获取驾驶员相关信息。半封闭车道37和传统车道是有交错点的，因此需要在交错点处安装智能信号灯 38。这种智能信号灯38不同于普通的固定时间间隔变换信号的交通信号灯，它和流量统计 模块340建立通信连接，根据交错点上各个车道的车辆流量调节智能信号灯的信号。举例来说，当半封闭车道37上车辆流量远大于交错点处的传统车道时，让半封闭车道37上的智 能信号灯38的通行绿灯的时间变长，相反，当交错点处的传统车道的车辆流量远大于半封闭车道37时，让半封闭车道37上的智能信号灯38的红灯的时间变长。此外，信息采集站32还负责车辆检测的工作，具体地说，信息采集站32会判别车辆中是否装载了自动驾驶系统153以及自动驾驶系统153是否工作正常。在判断出一切正 常的情况下才让车辆进入全封闭车道30并触发自动行驶车辆35开启自动驾驶系统153。驾驶员驾驶本系统中的自动行驶车辆35从传统道路进入导入车道31，在信息采 集站32上传车辆相关信息以及行驶信息至系统。控制系统34通过通信系统36 (例如3G通 信系统或者4G通信系统或更高级的通信系统)与信息采集站32建立通信连接，从信息采 集站32获取包括出发地和目的地的行驶信息。GPS定位系统33用于测量自动行驶车辆35 在整个道路系统(包括全封闭车道30、半封闭车道37、导入车道31)中的位置和速度。流量 统计模块340从GPS定位系统33中获取了 GPS定位系统33的测量结果，根据GPS定位系 统的测量结果容易计算出道路系统中每一车道上的车辆流量。当然，流量统计模块340除 了从GPS定位的结果得到车辆流量之外，还可以通过在道路上每隔一定距离安装摄像头， 根据摄像头采集到的单位时间内通过的车辆数量来估算道路上的车辆流量。路线规划模块341除了从信息采集站32处获知出发地和目的地信息外，还从流量 统计模块340获知了每条车道上的车辆流量。路线规划模块341根据出发地和目的地以及 每条车道上的车辆流量规划出合理的行驶路线，规划算法可以现有技术中的任一种有关车 辆流量的路径规划的优化算法。行驶方向控制模块342接收来自路线规划模块341的行驶路线以及来自GPS定位 系统33的自动行驶车辆35在道路系统中的当前位置，以此确定车辆的行驶方向，并将有关 行驶方向的控制信息下发到对应的自动行驶车辆35上。自动行驶车辆35中的自动驾驶系 统153接收来自控制系统34的行驶方向的控制指令，自动驾驶系统153中包括一个控制器 连接到方向盘，控制器接收到行驶方向的控制指令后根据这一指令转动方向盘，从而实现 车辆行驶方向的自动控制。车速控制模块343从流量统计模块340处获取车辆所在的当前车道上的车辆流 量，并从信息采集站32获取自动行驶车辆的车辆性能，再结合当前车道上的车速限制(如 果有的话，可以是上限、下限或者上限和下限)、当前车道的路况(如道路平整、道路坑坑洼 洼等)以及天气状况(例如下雨、大雾、晴好等)来确定车辆的当前车速。车速控制模块343 将确定好的车速以指令方式发送给自动行驶车辆35的自动驾驶系统153。自动驾驶系统 153中设有一个车速控制器，连接到油门踏板和刹车踏板，车速控制器接收到车速控制指令 后根据指令控制油门踏板或是刹车踏板的开合度，从而实现车辆速度的自动控制。在控制系统34和信息采集站32之间、控制系统34和自动行驶车辆35之间、智能 信号灯38和控制系统34之间都通过3G或4G的通信系统实现数据通信。请进一步参见图4，有时候，驾驶员对系统规划的行驶路线不满意或者临时改变目 的地，需要在自动行驶车辆35中设置路线手动设置模块151。路线手动设置模块151设置 行车路线，并将行车路线上传至控制系统34。控制系统34接收到用户自行更新后的行车路 线后，再由其中的行驶方向控制模块342和车速控制模块343根据更新后的行车路线确定 行驶方向和车速，传送指令至对应的自动行驶车辆35，自动行驶车辆35中的自动驾驶系统 153根据指令控制方向盘、油门踏板和刹车踏板。自动行驶车辆35可以是新能源车辆(例如利用太阳能或电能)，也可以是传统使用汽油或柴油的车辆。在道路系统中还设置了很多服务站点，这些服务站点的功能除了为 自动行驶车辆提供能量补充之外，还可以为出现问题的自动行驶车辆从全封闭车道30中退出。此外，考虑到自动行驶车辆35的自动驾驶系统153可能会出现故障(例如无法接 收控制系统的信号)，提供了两种解决方案。第一种是在自动行驶车辆35内部设置切换模 块155和自主驾驶系统157。切换模块155连接自主驾驶系统157和自动驾驶系统153。 当自动驾驶系统153出现问题时，可通过切换模块155切换到自主驾驶系统157，由驾驶员 进行自主操控。第二种解决方法是在道路系统的每一条车道上间隔一定距离设置路段感应 标识(例如磁铁传感器，预埋在路面下方)，在每一辆自动行驶车辆35上安装了感应设备 159。感应设备159可以感应车道上的路段感应标识，获取当前路段的信息(例如路段名称、 路段流量等)以及车辆与车道两侧相隔的距离，同时感应出周边车辆(前车、后车、旁车) 的信息以获取与周边车辆相隔的距离。当前车辆根据感应出的距离信息进行速度和方向上 的控制，避免碰撞的发生。除此之外，还可以在车辆上安装雷达装置以替代车辆上的感应设 备，通过雷达装置拉检测车辆的车速和安全距离。在自动行驶车辆35的内部，当然还设有GPS终端模块(如GPS接收机)、通信终端 模块(如GSM手机)。通信系统36可以和未来的物联网结合，既可以用于通信也可以用于定位。基于物 联网技术，在车辆35进入自动驾驶状态后，控制系统34定义车辆行驶速度等级，而且车辆 35根据道路沿线的物联网、周围车辆的等级自动选择车道和速度，从而减少车辆换道的自 动操作，这样可以减少车辆35在自动行驶中对控制系统34的依赖。在自动行驶车辆35上安装一个自动检测系统，当遇到故障迹象时自动向智能交 通系统的控制系统34申报，或者自动采取故障模式，亦即向外道过渡并寻找最近的服务 站，或者停车在路肩上等待救援。智能交通系统还可以设置一个强制广播系统，自动行驶车辆35通过固定的无线 频率、或移动通信信道接收强制广播系统发出的广播信息。当自动行驶车辆35处于自动驾 驶状态时，强制广播系统就处于常开状态，便于通知特殊情况的发生。上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技 术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而 本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的 最大范围。
权利要求
一种智能交通系统，包括导入车道和全封闭车道构成的道路系统、定位系统、通信系统、控制系统以及自动行驶车辆，其中导入车道连接全封闭车道，自动行驶车辆通过导入车道进入全封闭车道，在导入车道进入全封闭车道之前设置信息采集站，用于采集自动行驶车辆的车辆信息以及行驶信息，其中车辆信息包括车辆识别码，行驶信息包括出发地和目的地的信息；通信系统用于建立智能交通系统中各个模块之间的通信连接；定位系统，测量自动行驶车辆在道路系统中的位置和速度；控制系统进一步包括流量统计模块、路线规划模块、行驶方向控制模块、车速控制模块，流量统计模块和定位系统建立通信连接，根据定位系统的测量结果得到道路系统中每一车道上的车辆流量，路线规划模块与信息采集站和流量统计模块建立通信连接，根据采集到的包括出发地和目的地的行驶信息以及道路系统中每一车道的车辆流量规划行驶路线，行驶方向控制模块与路线规划模块和定位系统建立通信连接，根据规划好的行驶路线以及自动行驶车辆在道路系统中的当前位置确定并控制自动行驶车辆的行驶方向，车速控制模块与流量统计模块、信息采集站建立通信连接，根据自动行驶车辆所在的当前车道上的车辆流量、自动行驶车辆的性能、当前车道上的车速限制、当前车道的路况以及天气确定并控制自动行驶车辆的车速；自动行驶车辆，内设自动驾驶系统，与控制系统建立通信连接，接收来自控制系统关于行驶方向和车速的控制信息并据此自动行车。
2.根据权利要求1所述的智能交通系统，其特征在于，通信系统包括3G或4G通信系统。
3.根据权利要求1所述的智能交通系统，其特征在于，该定位系统包括GPS定位系统。
4.根据权利要求1所述的智能交通系统，其特征在于，自动行驶车辆上还设置路线手 动设置模块，一方面手动设置行车路线并将该路线上传至控制系统，或者另一方面更改目 的地信息并上传至控制系统，由控制系统根据自动行驶车辆当前位置以及更改后的目的地 重新规划行车路线。
5.根据权利要求1所述的智能交通系统，其特征在于，在道路系统中还设有半封闭车 道，在半封闭车道和外部车道的交错点设置智能信号灯，智能信号灯与流量统计模块建立 通信连接，根据交错点上的各个车道的流量调节智能信号灯的信号。
6.根据权利要求1所述的智能交通系统，其特征在于，自动行车车辆上还设置切换模 块和自主驾驶系统，在车辆的自动驾驶系统和自主驾驶系统之间切换。
7.根据权利要求1所述的智能交通系统，其特征在于，在道路系统中还设置多个服务 站点，服务站点提供自动行驶车辆的能量补充以及将出现问题的自动行驶车辆从全封闭车 道上做退出处理。
8.根据权利要求1所述的智能交通系统，其特征在于，在道路系统的每一车道上间隔 一定距离设置路段感应标识，在每一自动行驶车辆上安装感应设备，感应设备感应车道上 的路段感应标识以获取当前路段的信息以及车辆与车道两侧之间的距离，感应设备还感应 周边车辆的信息以获取与周边车辆的距离。
9.根据权利要求2所述的智能交通系统，其特征在于，通信系统结合物联网用作通信 和/或定位。
10.根据权利要求1所述的智能交通系统，其特征在于，车辆的自动驾驶系统运行后， 控制系统基于物联网定义车辆行驶速度等级，且车辆根据道路沿线的物联网、周围车辆的 等级自动选择车道和速度，以减少车辆换道的自动操作。
11.根据权利要求1所述的智能交通系统，其特征在于，该系统还包括强制广播系统， 自动行驶车辆通过固定的无线频率、或移动通信信道接收强制广播系统发出的广播信息。
12.根据权利要求1所述的智能交通系统，其特征在于，在自动行驶车辆上安装自动检测系统，遇到故障迹象时自动向系统申报，或者自动采取故障模式，向外道过渡，寻找最近 的服务站，或者停车在路肩上等待救援。
全文摘要
本发明公开了智能交通系统，减少道路堵塞、环境污染、事故率和减轻驾驶者负担，达到了保障安全、提高效率、改善环境和节约能源的目的。其技术方案为本发明采用由导入车道和全封闭车道构成的道路系统、GPS定位系统、3G或4G的通信系统、控制系统以及自动行驶车辆所构成的智能交通系统，驾驶员在进入这种智能交通系统之后可放弃自主驾驶，改由系统控制的自动驾驶行至目的地。本发明的智能交通系统应用了先进的信息技术、数据通讯传输技术、全球定位技术、地理信息系统技术、电子控制技术以及计算机处理技术，这事一种集信息化、智能化、社会化的新型运输系统，使交通基础设施发挥最大效能。
文档编号G08G1/01GK101799977SQ20091024794
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者姜旭平, 马正方 申请人:马正方;姜旭平