一种减少信号交叉口停车的车速引导系统及方法与流程

本发明涉及一种减少信号交叉口停车的车速引导系统及方法，属于交通管理与控制技术领域。

背景技术：

信号交叉口的服务水平是根据车辆在信号交叉口受阻情况确定的。控制延误包括由于信号灯引起的停车延误以及排队车辆停止和起动经历的减、加速延误。信号交叉口由控制信号引发的停车不仅会导致额外的能源消耗和排放污染，同时也会降低驾驶体验，对驾驶员的驾驶心理造成影响。

为了提高城市主干道的行车速度和交叉口的绿灯利用率，绿波控制应运而生。所谓“绿波控制”，即是指把主干道上一批相邻的交叉路口的交通信号连接起来，加以协调控制，使主干道上的车辆通过这些交叉口时尽可能地遇到绿灯，减少干道上的延误和停车率，以保证干道上的车辆畅通。从实际效果来看，绿波带的确能够获得较好的效果，按照设定车速行驶的车辆，基本能够实现“一路绿灯”。

然而，绿波控制受到实施条件的限制。实施绿波控制的道路，应为城市主干道，且要求路口的交通量相近，路段交通秩序较好。即便是实施了绿波控制的道路，由于部分车辆驾驶员不能很好地感知和采用合适的速度，从而无法利用绿波。据统计，真正按照绿波行驶的车辆，只占交通量的一半左右。

目前，针对车速引导系统方面的研究，各专利提出了不同的实现方法。如专利cn103794063a提出将速度引导信息显示在交通引导显示屏上；然而，上述专利没有考虑对左转和右转车辆的速度引导，而做好路径规划是实现实时、准确的车速引导的前提。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术难于控制减少信号交叉口停车的问题，提供了一种减少信号交叉口停车的车速引导系统及方法。

本发明所述一种减少信号交叉口停车的车速引导系统，包括：

交通信号控制子系统，用于根据实时交通状况对信号灯的相位进行实时控制，接收来自车速引导设备的交通信号相位请求信息，并将对应的交通信号相位信息反馈给车速引导设备；

车速引导设备，设置在车辆上，与交通信号控制子系统进行实时通信，通过通信以一定的频率向交通控制子系统发送交通信号相位信息请求，并接收来自交通信号控制子系统的反馈信息，根据反馈信息给车辆提供建议速度值。

进一步的，所述交通信号控制子系统包括：车辆信息接收器、信号系统管理服务器、信号系统区域服务器、信号机前端设备以及信号信息发送器；

车辆信息接收器，与信号系统管理服务器连接，接收来自车速引导设备的调取交通信号相位信息请求，并将调取请求发送至信号系统管理服务器；

信号系统管理服务器，根据来自车辆信息接收器的调取请求，从信号系统区域服务器中调取对应的交通信号相位信息，并将该交通信号相位信息发送至信号信息发送器；

信号系统区域服务器，用于对区域内的信号机前端设备进行统一的协调控制与监控，获取区域内各个信号交叉口信号机前端设备的交通信号相位信息，接收信号系统管理服务器发送的调取交通信号相位信息请求，并将对应的交通信号相位信息反馈给信号系统管理服务器；

信号机前端设备，接收来自信号系统区域服务器的控制指令，并按照控制指令进行工作；

信号信息发送器，与信号系统管理服务器连接，将来自信号系统管理服务器的交通信号相位信息发送给车速引导设备。

进一步的，所述信号机前端设备包括信号机下位机和信号灯，所述的信号机下位机与所述的信号灯相连接，且该信号机下位机用于对相应的信号灯进行相位实时控制。

进一步的，所述车速引导设备包括通信模块、运算模块以及地图导航模块；

所述地图导航模块精确定位车速引导设备所在车辆的实时位置，结合起始点和目的地信息进行路径规划，分析判断所述车辆将要通过的下一个信号交叉口并传送至运算模块；

所述运算模块，接收地图导航模块传递的车辆将要通过的下一个信号交叉口信息并传送给通信模块，通过获取通信模块接收的反馈信息，计算出建议速度值并反馈给驾驶员；

所述通信模块接收运算模块传送的车辆将要通过的下一个信号交叉口信息，向交通信号控制子系统发送调取对应信号交叉口的交通信号相位信息的请求，并接收来自交通信号控制子系统的反馈信息。

本发明所述一种减少信号交叉口停车的车速引导方法，通过以下技术方案实现：

s1、驾驶员将出行起始点和目的地输入到车速引导设备上，地图导航模块根据路网当前的交通状况，给出最佳的路径规划；

s2、地图导航模块根据路径规划信息和获得的车辆实时位置信息，分析判断将要通过的下一个信号交叉口，通信模块向交通信号控制子系统的车辆信息接收器发送调取下一信号交叉口交通信号相位信息请求；

s3、车辆信息接收器将接收到的调取请求发送给与之连接的信号系统管理服务器；

s4、信号系统管理服务器接收到车辆信息接收器发来的调取请求后，判断是否能够从信号系统区域服务器调取下一信号交叉口交通信号相位信息，若能够，从信号系统区域服务器中调取对应的交通信号相位信息，发送给信号信息发送器；若不能，驳回请求，由驾驶员自主选择车速，并进入步骤s8；

s5、信号信息发送器将从信号系统管理服务器中发出的交通信号相位信息发送到车速引导设备上；

s6、车速引导设备的通信模块接收到该交通信号相位信息后，传递到运算模块，运算模块根据车辆当前位置到下一信号交叉口停车线的距离和所在路段的交通状况，计算出最佳的建议速度值，并将最佳的建议速度值反馈给车辆驾驶员；

s7、车辆根据所述最佳的建议速度值行驶；

s8、车辆通过交叉口后，地图导航模块判断车辆是否偏离原规划路径；若偏离，则根据车辆当前位置重新进行路径规划，并提示驾驶员；

s9、重复上述步骤s2至s8，直至到达目的地。

进一步的，计算出最佳的建议速度值的具体步骤包括：

s61、运算模块从地图导航模块获得车辆当前位置到下一信号交叉口停车线的距离d；

s62、通信模块接收到信号信息发送器发来的交通信号相位信息，包括当前相位、当前相位剩余时长、从当前相位结束至行驶方向的绿灯相位启亮的时间间隔和行驶方向的绿灯相位时长，并将交通信号相位信息传递到运算模块；其中，当前相位剩余时长为t0，从当前相位结束至行驶方向的绿灯相位启亮的时间间隔为t1，行驶方向的绿灯相位时长为t2；设立安全时长，记为ts，设立排队消散时长，记为td；

s63、若当前相位恰为行驶方向的绿灯相位，则基准建议速度值若当前相位不是行驶方向的绿灯相位，则第一建议速度值第二建议速度值为

s64、运算模块判断v0、v1、v2是否属于速度区间[vmin,vmax]；其中，vmin是速度下限，vmax是速度上限，速度上限为该道路最高限速值；

s65、若v0、v1、v2中只有一个值属于速度区间[vmin,vmax]，则该值即为最佳的建议速度值；若有多于1个值属于速度区间[vmin,vmax]，则运算模块从中选取最接近当前路段平均车速的值作为最佳的建议速度值；若v0、v1、v2都不属于速度区间[vmin,vmax]，则运算模块提示驾驶员按路况自己判定，并做好在前方停车的准备。

进一步的，步骤s62中，安全时长ts＝3s，排队消散时长td＝5s。

进一步的，步骤s64中，速度下限vmin为15km/h。

本发明最为突出的特点和显著的有益效果是：

本发明涉及一种以减少交叉口停车为目的的车速引导系统，其中包括交通信号控制系统和车速引导设备，本发明还涉及一种基于该系统实现车速诱导的方法。采用该种以减少交叉口停车为目的的车速引导系统及其方法，将信号机前端设备与车速引导设备通过交通信号控制系统进行连接，实现了对车辆驾驶员的实时速度引导，减少了不必要的延误损耗和排放污染，提高了交叉口的安全性和绿灯利用率，能够减少70％左右的交叉口停车时长。具有如下优点：

适用范围广，智能化程度高。本发明的应用路况不仅仅局限于绿波带道路，凡是信号机与信号系统服务器联网并安装了车辆信息接收器和发送器的道路，都可使用该发明进行导航，极大地扩展了适用范围；同时，本发明可以根据实时路径提供针对性与精准化的导航信息，智能化程度高。

价格低廉，易于实现。本发明不需要对车辆进行额外的改装，只需要在交通信号控制系统安装车辆信息接收器和信号信息发送器，同时在现有手机的基础上实现车速的实时引导。

精度高，反应快。借助于手机地图软件精确的定位技术和高速的通信技术，本发明可以精确、快速地给予驾驶员以合理的建议速度值。

安全性高。由于播报方式为语音播报，因此驾驶员在驾驶过程中可以将视线集中在驾车上，因此提高了安全性能。同时由于安全时长ts的存在，减少了驾驶员闯黄灯的可能性。

节约能源，易于维护。本发明不需要在路侧安装led车速引导板等信息，因而降低了能源消耗，且维护工作主要集中在服务器，在交通控制中心即可完成维护工作。

升级空间大，应用人群广。本系统的部分功能优化通过软件的升级即可完成，给升级改造留下了极大的空间。手机地图软件如今已成为人们日常出行不可或缺的工具，因此本发明的应用人群极广，能带来巨大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明方法流程图；

其中，1.信号系统管理服务器，2.信号系统区域服务器，3.车辆信息接收器，4.信号信息发送器，5.信号机前端设备，6.车速引导设备。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种减少信号交叉口停车的车速引导系统，包括：

交通信号控制子系统，用于根据实时交通状况对信号灯的相位进行实时控制，接收来自车速引导设备6的交通信号相位请求信息，并将对应的交通信号相位信息反馈给车速引导设备6；

车速引导设备6，设置在车辆上，与交通信号控制子系统进行实时通信，通过通信以一定的频率向交通控制子系统发送交通信号相位信息请求，并接收来自交通信号控制子系统的反馈信息，根据反馈信息给车辆提供合理的建议速度值。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述交通信号控制子系统包括：车辆信息接收器3、信号系统管理服务器1、信号系统区域服务器2、信号机前端设备5以及信号信息发送器4；

车辆信息接收器3，与信号系统管理服务器1连接，接收来自车速引导设备6的调取(下一信号交叉口)交通信号相位信息请求，并将调取请求发送至信号系统管理服务器1；

信号系统管理服务器1，接收来自车辆信息接收器3的调取(下一信号交叉口)交通信号相位信息请求，根据车辆期望获取的交通信号相位信息从信号系统区域服务器2中调取对应的交通信号相位信息，并将该交通信号相位信息发送至信号信息发送器4；

信号系统区域服务器2，用于对区域内的信号机前端设备5进行统一的协调控制与监控，获取区域内各个信号交叉口信号机前端设备5的交通信号相位信息；接收信号系统管理服务器1发送的调取(下一信号交叉口)交通信号相位信息请求，并将对应的交通信号相位信息反馈给信号系统管理服务器1；

信号机前端设备5，接收来自信号系统区域服务器2的控制指令，并按照控制指令控制信号灯工作；控制指令包括相位周期、初始相位等信息；

信号信息发送器4，与信号系统管理服务器1连接，将来自信号系统管理服务器1的交通信号相位信息发送给车速引导设备6。

其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是，所述信号机前端设备5包括信号机下位机和信号灯，所述的信号机下位机与所述的信号灯相连接，且该信号机下位机用于对相应的信号灯进行相位实时控制。

其他步骤及参数与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是，所述车速引导设备6包括通信模块、运算模块以及地图导航模块；

所述地图导航模块精确定位车速引导设备6所在车辆的实时位置，结合起始点和目的地信息进行路径规划，分析判断所述车辆将要通过的下一个信号交叉口并传送至运算模块；

所述运算模块，接收地图导航模块传递的车辆将要通过的下一个信号交叉口信息并传送给通信模块，通过获取通信模块接收的反馈信息，计算出建议速度值并反馈给驾驶员；

所述通信模块接收运算模块传送的车辆将要通过的下一个信号交叉口信息，向交通信号控制子系统发送调取对应信号交叉口的交通信号相位信息的请求，并接收来自交通信号控制子系统的反馈信息。

其他步骤及参数与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是，所述车速引导设备6为安装有地图导航软件的联网智能手机，其应具备的功能包括：

高速的通信功能，能够将请求的交通信号相位信息及时地发送给交通信号控制子系统中的车辆信息接收器3，同时及时接收信号信息发送器4发送过来的下一交叉口的交通信号相位信息。针对目前的通信技术，可使用4g网络进行通信，未来还可以采用5g等速度更快的通信技术。

精确的定位功能，对车辆的实时位置进行高精度的定位；

路径实时规划功能，在出行开始前即根据当前的交通状况，给与驾驶员最优的规划路径，且在出行过程中能够根据驾驶员的实际驾驶路径和交通状况的实时变化，对路径进行实时规划；

od存储功能，将驾驶员经常性的od(始发地、目的地)信息予以存储，方便驾驶员的调用；

高速的运算处理功能，根据接收到的下一交叉口的信号信息和位置信息，快速地计算出最佳的建议速度值；

实时获取路况信息功能，包括路段交通量、平均车速等，为实时路径规划和建议车速甄选提供参考依据。

语音播报功能，将路径与车速引导信息通过语音的形式告知驾驶员。

其他步骤及参数与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图2对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种减少信号交叉口停车的车速引导方法，具体包括以下步骤：

s1、驾驶员将出行起始点和目的地输入到车速引导设备6上，地图导航模块根据路网当前的交通状况，给出最佳的路径规划；

s2、地图导航模块根据路径规划信息和获得的车辆实时位置信息，分析判断将要通过的下一个信号交叉口，通信模块向交通信号控制子系统的车辆信息接收器3发送调取下一信号交叉口交通信号相位信息请求；

s3、车辆信息接收器3将接收到的调取请求发送给与之连接的信号系统管理服务器1；

s4、信号系统管理服务器1接收到车辆信息接收器3发来的调取下一信号交叉口交通信号相位信息请求后，判断是否能够从信号系统区域服务器2调取下一信号交叉口交通信号相位信息，即相位信息的可获取性(因为有的信号交叉口的信号机前端设备5虽然能够由地图导航信模块检测到，却未接入交通信号控制子系统，信号系统区域服务器2并不能获得其相位信息)，若能够，从信号系统区域服务器2中调取对应的交通信号相位信息(信号系统区域服务器2实时获取区域内各个信号交叉口信号机前端设备5的交通信号相位信息)，发送给信号信息发送器4；若不能，驳回请求，由驾驶员自主选择车速，并进入步骤s8；

s5、信号信息发送器4将从信号系统管理服务器1中发出的交通信号相位信息发送到车速引导设备6上；

s6、车速引导设备6的通信模块接收到该交通信号相位信息后，传递到运算模块，运算模块根据车辆当前位置到下一信号交叉口停车线的距离和所在路段的交通状况，计算出最佳的建议速度值，并将最佳的建议速度值反馈给车辆驾驶员，本实施方式中采用语音形式播报给驾驶员；

s7、车辆根据所述最佳的建议速度值行驶；

s8、车辆通过信号交叉口后，地图导航模块判断车辆是否偏离原规划路径；若偏离，则根据车辆当前位置重新进行路径规划，并提示驾驶员；

s9、重复上述步骤s2至s8，直至到达目的地。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是，步骤s6中，计算出最佳的建议速度值的具体步骤包括：

s61、运算模块从地图导航模块获得车辆当前位置到下一信号交叉口停车线的距离d；

s62、通信模块接收到信号信息发送器4发来的交通信号相位信息，包括当前相位、当前相位剩余时长、从当前相位结束至行驶方向的绿灯相位启亮的时间间隔和行驶方向的绿灯相位时长，并将交通信号相位信息传递到运算模块；其中，当前相位剩余时长为t0，从当前相位结束至行驶方向的绿灯相位启亮的时间间隔为t1，行驶方向的绿灯相位时长为t2；为保证车辆在绿灯结束前顺利安全地通过交叉口，设立一个安全时长，记为ts，设立一个排队消散时长，记为td；

s63、若当前相位恰为行驶方向的绿灯相位，则基准建议速度值若当前相位不是行驶方向的绿灯相位，则第一建议速度值第二建议速度值为

s64、运算模块判断v0、v1、v2是否属于速度区间[vmin,vmax]；其中，vmin是速度下限，vmax是速度上限，速度上限为该道路最高限速值；

s65、若v0、v1、v2中只有一个值属于速度区间[vmin,vmax]，则该属于速度区间[vmin,vmax]的值即为最佳的建议速度值；若有多于1个值属于速度区间[vmin,vmax]，则运算模块从中(v0、v1、v2中属于速度区间[vmin,vmax]的值)选取最接近当前路段平均车速的值作为最佳的建议速度值；若v0、v1、v2都不属于速度区间[vmin,vmax]，则运算模块提示驾驶员按路况自己判定，并做好在前方停车的准备。

其他步骤及参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是，步骤七s62中，安全时长ts＝3s，排队消散时长td＝5s。

其他步骤及参数与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八同的是，步骤s64中，速度下限为综合考虑驾驶员心理及低速对交通流干扰的速度值，可取速度下限vmin为15km/h。

其他步骤及参数与具体实施方式八相同。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。