一种无信号交叉口车辆引导装置及引导方法与流程

本发明属于智能交通安全控制领域，具体是一种无信号交叉口车辆引导装置及引导方法。

背景技术：

随着经济的高速发展和人民生活水平的提高，机动车保有量大幅度增加，道路不断扩建。在此过程中不可避免的出现了数量可观的无信号管理与控制的平面交叉口。这些交叉口由于交通量小，使得有的驾驶员驾驶速度快，当交叉口其他方向来车时往往难以避让从而产生交通事故；同时部分驾驶员行车谨慎，行驶速度慢，导致了不必要的延误。

针对这一问题对现有专利进行检索发现：

申请号为“201210214879.0”的专利“无信号交叉口车车协同避撞系统”，该专利的特点是通过判断无信号交叉口各方向车辆的驾驶意图来判断是否有冲突发生，当判断有冲突发生时，控制车辆制动或给驾驶员预警预告；

申请号为“201510549687.9”的专利“车辆协同环境下无信号交叉口车辆通行引导系统和方法”，该专利的特点是根据目标范围内车头时距和目标空挡前后车辆运行状态，所得各车运行状态分析得出穿插通行方案并发送到车载设备；

申请号“201510065215.6”的专利“车路协同环境下的无信号交叉口优化控制方法和系统”，该专利的特点是根据预设的交叉口信息优化模型计算车辆路权信息和速度引导信息并由路侧设备把信息发送给对应的车辆。

现有的文献多关注到了车辆装载车载设备情况下对机动车驾驶员进行引导的方法。但并未考虑到：

(1)没有安装车载信息的车辆通过无信号交叉口时针对每一辆车发送引导信息的问题。

(2)引导车辆通过无信号交叉口时何时应该给予建议车速引导以及何时给制动引导的问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种无信号交叉口车辆引导装置及引导方法，用于引导车辆安全快速的通过交叉口，特别适用于无信号交叉口，在确保车辆安全的情况下尽可能的提高无信号交叉口的通行能力。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无信号交叉口车辆引导装置，包括：无信号交叉口车辆信息采集模块、无信号交叉口车辆信息处理模块和无信号交叉口车辆引导模块；

所述无信号交叉口车辆信息采集模块，由摄像机和磁感应线圈组成，摄像机用于获取在交叉口感应距离d内的车辆与交叉口进口道停车线的距离以及各个车辆的行驶速度；

所述无信号交叉口车辆信息处理模块，包括：处理器，用于对在交叉口感应距离d内的车辆通过交叉口的时间进行预测，并计算出车辆行驶时的最大警戒速度和最小警戒速度；

所述无信号交叉口车辆引导模块，包括：布置在车道右侧的移动投影系统和布置于交叉口进口道停车线旁的动态显示屏；移动投影系统，用于引导车辆在交叉口感应距离d和制动距离l之间行驶，动态显示屏用于引导车辆在制动距离l内行驶。

其中：交叉口感应距离d为交叉口进口道道路设定位置与交叉口进口道停车线之间的距离，为设定值。驾驶员能够分辨出前方有交叉口时，车辆与交叉口的距离。

所述摄像机安装在交叉口各个方向进口道停车线处，所述感应线圈埋设在交叉口各个方向进口道道路设定位置，距离交叉口进口道停车线距离是d。

移动投影系统由移动投影轨道和若干个移动投影仪组成。移动投影轨道安装在道路右侧。移动投影系统安装在交叉口各个方向道路的右侧。移动投影仪安装在链条上，每根链条通过对应的电机来带动，链条设置在移动投影轨道中，这样，电机带动链条转动，从而带动移动投影仪沿着移动投影轨道方向运动。所述链条为封闭式链条，如果链条带动的移动投影仪从交叉口感应距离d处移动到交叉口处，移动投影仪就完成了投影工作，移动投影仪会随着链条的转动，再次回到交叉口感应距离d处，等待下次使用。

移动投影仪能够在移动投影轨道中移动，当d处的磁感应线圈检测到有车辆经过时，磁感应线圈将检测信号发送给处理器，处理器控制摄像机采集车辆当前行驶速度，车辆信息处理模块将车辆当前行驶速度传输给移动投影系统的控制器，控制器控制对应的电机运转，每个电机带动对应的链条转动，每个链条上安装一个移动投影仪，移动投影仪在对应链条的带动下在移动投影轨道上运动，移动投影仪的运动速度与对应车辆当前行驶速度一致。电机与链条之间的关系是一一对应的，每个电机只带动一根链条转动，链条与移动投影仪之间的关系是一一对应的，每根链条只带动一个移动投影仪的运动，移动投影仪与车辆之间的关系也是一一对应的，每个移动投影仪只负责与一个车辆的行驶速度同步。

移动投影仪利用全息投影，在空中投影出当前车辆建议行驶速度范围或提示当前车辆加速行驶或提示车辆减速行驶的图像，引导当前车辆前进。

动态显示屏利用投影灯使得只有在动态显示屏感应距离l处的车辆能够看到显示屏中的信息，信息分为红色字体“停”和绿色字体“行”。

一种无信号交叉口车辆引导方法，包括以下步骤：

步骤(1)：无信号交叉口车辆信息采集模块中，在交叉口感应距离d处埋上磁感应线圈，采集车辆到达感应范围时的信息，磁感应线圈将检测信号发送给处理器，处理器控制摄像机检测交叉口感应距离d中的车辆与交叉口停车线的距离xi和车辆的行驶速度vi。

步骤(2)：无信号交叉口车辆信息处理模块中，根据交叉口各个方向的车辆与交叉口停车线的距离xi和行驶速度vi来确定各个车辆行驶时的最大警戒速度、最小警戒速度以及动态显示屏的引导范围l。

步骤(3)：无信号交叉口引导模块中，交叉口感应距离d中的磁感应线圈感应到有车辆通过时，摄像机采集车辆当前行驶速度，车辆信息处理模块将车辆当前行驶速度传输给移动投影系统的控制器，控制器控制对应的电机运转，每个电机带动对应的链条转动，每个链条上安装一个移动投影仪，移动投影仪在对应链条的带动下在移动投影轨道上运动，移动投影仪的运动速度与对应车辆当前行驶速度一致，从而移动投影系统中滑出的投影仪引导车辆行驶；当车辆行驶至制动距离处时，移动投影仪关闭投影信息，此时动态显示屏根据车辆信息处理模块中计算出的引导范围l，利用投影灯在引导范围l内投影出相应的信息，引导车辆通过无信号交叉口。

所述步骤(1)中，交叉口感应距离d根据驾驶员能够分辨出前方有交叉口时与交叉口的距离来计算，计算公式为：

其中：d表示驾驶员当前行驶方向的交叉口宽度；θ表示驾驶员的视觉分辨率，为设定值。

所述步骤(2)中，警戒速度根据车辆经过d处的感应线圈时的速度计算。当d处感应线圈未检测到车辆经过时，交叉口其他方向各感应范围内的车辆警戒速度不变；当d处感应线圈检测到有车辆n1到达时，记录下车辆速度v1,分别计算出当前时间车辆n1按当前速度经过交叉口出口、入口所需要的时间t1c、t1r，公式为：

同时，计算出与车辆n1所在方向有冲突的方向在交叉口感应距离内的所有车辆按当前速度经过交叉口出口、入口所需要的时间t2ic、t2ir，公式为：

式中：x2i为与车辆n1所在方向有冲突的方向的车辆i与交叉口进口道停车线的距离；v2i为与车辆n1所在方向有冲突的方向的车辆i当前的速度。

当t2ir＞t1r时，则对于车辆i有最大建议车速vi(max)；

vi(max)＝min(v′i(max),v⁰i(max))；(6)

式中，v⁰i(max)为d处的磁感应线圈感应到车辆n1到达交叉口入口前的最大建议车速，为设定值，v′i(max)为车辆n1到达交叉口出口时，车辆i刚好到达交叉口入口时的速度，计算公式为：

对于车辆n1有最小建议车速vn1(min)，计算公式如下：

vn1(min)＝max{vn11(min),vn12(min),…,vn1i(min)}；(8)

式中，ti1为车辆i加速到v′i(max)的时间；ti2为车辆i以速度v′i(max)行驶到进口道停车线的时间；vn1i(min)为车辆i通过无信号交叉口出口时，车辆n1刚好到达交叉口入口的速度，ai为车辆i的制动加速度。

当t2ir≤t1r时，则对于车辆i的有最小建议车速vi(min)；

vi(min)＝max(v′i(min),v⁰i(min))；(12)

式中，v⁰i(min)为d处的磁感应线圈感应到车辆n1到达交叉口入口前的建议最小车速，v⁰i(min)设定值为0，v′i(min)为车辆n1到达交叉口入口时，车辆i刚好到达交叉口出口时的速度，计算公式为：

对于车辆n1有最大建议车速vn1(max)，计算公式如下：

vn1(max)＝min{vn11(max),vn12(max),…,vn1i(max)}；(14)

式中ti3为车辆i减速到vi(min)的时间；ti4为车辆i以速度vi(min)行驶至进口道停车线的时间；vn1i(max)为车辆i通过无信号交叉口出口时，车辆n1刚好到达交叉口入口的速度。

所述步骤(2)中，当车辆行驶时不按建议车速行驶，若当前车速小于最小车速，则投影仪显示加速信号提醒车辆加速，若当前车速大于最大车速，则投影仪显示减速信号提醒车辆减速。

所述步骤(3)中，当车辆n1行驶至制动距离处时，计算出车辆n1通过进口道停车线需要的时间t1nt以及非同向行驶的车辆需要的时间t2it，

当t1nt小于t2it的最小值时，动态显示屏显示绿色的“行”，

当t1nt大于t2it的最小值时，动态显示屏显示红色的字体“停”。

所述步骤(3)中，动态显视屏的引导范围l根据车辆的制动距离计算，公式为：

式中v0为驾驶员在制动距离l处的行驶速度；a为车辆行驶的加速度；t1为驾驶员到达引导范围l到看到显示屏信息后采取反应的时间，为设定值，t1包括驾驶员从注意移动投影仪切换到注意动态显示屏的时间和驾驶员看到动态显视屏信息后到采取反应的时间。

在两种引导装置转换时，移动投影仪投影的信息与动态显示屏显示的信息不同，对驾驶员的刺激也不同。一般来说，移动投影仪投影信息为加速、动态显示屏为“行”与移动投影仪投影信息为加速、动态显示屏信息为“停”相比后者驾驶员动作强度更大。驾驶员观测到动态显示屏时，按当前速度v0到达交叉口所需时间的不同，对驾驶员的刺激强度也不同。公式如下：

式中：a指车辆行驶的加速度；kpj指动态显示屏信息为p和移动投影仪信息为j时，驾驶员的反应强度系数，为确保安全,在计算kpj时，假定动态显示屏信息p与移动投影信息j相适应，降低kpj的绝对值。

动态显视屏的引导范围l为：

当车辆n1行驶至动态显示屏的引导范围内时，无信号交叉口车辆信息处理模块计算出车辆n1通过进口道停车线需要的时间t1nt以及非同向行驶的车辆到达该方向进口道停车线需要的时间t2it，

当t1nt小于t2it的最小值时，显示屏显示绿色的“行”，

当t1nt大于t2it的最小值时，显示屏显示红色的字体“停”。

本发明的有益效果为：

(1)本发明将车辆未进入无信号交叉口前的行驶车速进行车速建议，做到防患于未然的车辆预警。

(2)对将进入无信号交叉口的车辆进行双重引导，根据车辆在交叉口位置的不同，引导装置分为建议车速引导和行、停标志引导，使得车辆安全快速的通过无信号交叉口。

(3)根据车辆到达感应范围内的速度等特性，对建议车速进行更新，使之设计值更为合理。

(4)充分考虑无信号交叉口的交通环境下，引导信息转换时驾驶员心理活动等因素造成的驾驶行为的变化。

附图说明

图1为车辆引导装置的示意图；

图2为移动投影仪显示减速信息的示意图；

图3为移动投影仪显示建议车速的示意图；

图4为移动投影仪显示加速信息的示意图；

图5为本发明系统逻辑图；

图6为本发明的硬件连接关系图；

其中：1表示移动投影轨道；2表示移动投影仪；3表示动态显示屏。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图5、图6所示，一种无信号交叉口车辆引导装置设计方法，包括以下步骤：

步骤1：在交叉口各个方向，距离交叉口进入道d处埋上磁感应线圈，采集车辆到达感应范围时的速度等信息。

磁感应线圈放置位置d的计算公式为：

其中：d表示该方向的交叉口宽度；θ表示驾驶员的视觉分辨率。

步骤2：用摄像机检测感应范围d中的车辆与交叉口停车线的距离xi和行驶速度vi。所述摄像机安装在交叉口进口道停车线位置的竖杆上，交叉口每个方向均设有一台摄像机；

步骤3:当磁感应线圈检测到有车辆通过时，若交叉口其他方向的交通量为0时，移动投影仪跟随车辆行驶，不显示引导信息。

当磁感应线圈检测到有车辆通过时，若交叉口其他方向的交通量不为0时，移动投影仪2沿移动投影轨道1跟随车辆行驶，并投影出建议车速。

建议速度根据车辆经过d处的感应线圈时的速度计算。当d处感应线圈检测到有车辆n1到达时，记录下车辆速度v1,分别计算出此时该车辆按当前速度经过交叉口出入口的时间t1c、t1r，公式为：

同时计算出与车辆n1所在方向有冲突的方向在动态控制路段内的所有车辆按其当前速度经过交叉口出、入口的时间t2ic、t2ir，公式为：

式中：x2i为与车辆n1所在方向有冲突的方向的车辆i与交叉口出口停车线的距离；v2i为车辆n1所在方向有冲突的方向的车辆i当前的速度。

当t2ir＞t1r时，则对于车辆i的有最大建议车速vmax

vi(max)＝min(v′i(max),v⁰i(max))；(6)

式中v⁰i(max)为d处的磁感应线圈感应到车辆n1到达前的建议最大车速，v′i(max)为车辆n1到达交叉口出口时，车辆i刚好到达交叉口入口时的速度，计算公式为：

对于车辆n1有建议最小车速vn1(min)，计算公式如下：

vn1(min)＝max{vn11(min),vn12(min),…,vn1i(min)}；(8)

式中ti1、ti2分别为车辆i加速到v′i(max)的时间和车辆i以速度v′i(max)行驶到进口道停车线的时间；vn1i(min)为车辆i通过无信号交叉口入口时，车辆n1刚好到达交叉口出口的速度。

式中ai为车辆i的行驶加速度。

当t2ir≤t1r时，则对于车辆i的有建议最小车速vi(min)

vi(min)＝max(v′i{min),v⁰i(min))；(12)

式中v⁰i(min)为d处的磁感应线圈感应到车辆n1到达前的建议最小车速，v′i(min)为车辆n1到达交叉口入口时，车辆i刚好到达交叉口出口时的速度，计算公式为：

对于车辆n1有最大建议车速vn1(max)，计算公式如下：

vn1(max)＝min{vn11(max),vn12(max),…,vn1i(max)}；(14)

式中ti3、ti4分别为车辆i减速到vi(min)的时间和车辆i以速度vi(min)行驶至进口道停车线的时间；vn1i(max)为车辆i通过无信号交叉口出口时，车辆n1刚好到达交叉口入口的速度。

如图2、图3、图4所示，当车辆行驶时不按建议车速行驶，即小于最小车速时，投影仪显示加速信号提醒车辆加速，当大于最大车速时，投影仪显示减速信号提醒车辆减速。

步骤4：在交叉口进口道停车线处放置动态显示屏3引导车辆通过无信号交叉口，动态显示屏利用多棱镜技术使得在距离交叉口进口道停车线l以内的车辆能够看到显示屏中的信息，信息分为红色字体“停”和绿色字体“行”。同时利用错觉技术在显示屏信息为“停”时，于交叉口停车线处投影出多个欺骗性高的立体小石墩。

其中动态显示屏的引导范围l根据车辆的制动距离计算，公式为：

式中v0为驾驶员在制动距离l处的行驶速度；a为车辆行驶的加速度；t1为驾驶员到达引导范围l到看到显示屏信息后采取反应的时间包括驾驶员从注意移动投影仪切换到注意动态显示屏的时间和驾驶员看到动态显视屏信息后到采取反应的时间。

在两种引导装置转换时，移动投影仪投影的信息与动态显示屏显示的信息不同，对驾驶员的刺激也不同。一般来说，移动投影仪投影信息为加速、动态显示屏为“行”与移动投影仪投影信息为加速、动态显示屏信息为“停”相比前者驾驶员动作强度更大。驾驶员观测到动态显示屏时按当前速度v0到达交叉口所需时间的不同，对驾驶员的刺激强度也不同。公式如下：

式中：a指行驶加速度；kpj指动态显示屏信息为p和移动投影仪信息为j时，驾驶员的反应强度系数，为确保安全,在计算kpj时，假定动态显示屏信息p与移动投影信息j相适应，降低kpj的绝对值。

动态显示屏的引导范围l为：

当车辆n行驶至动态显示屏的引导范围内时，信息处理模块计算出车辆n通过进口道停车线需要的时间t1nt以及冲突方向的车辆到达该方向进口道停车线需要的时间t2it，当t1nt小于t2it的最小值时，显示屏显示绿色的“行”，当t1nt大于t2it的最小值时，显示屏显示红色的字体“停”

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。