基于车路协同的紧急车辆优先通行新方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能交通领域，公开了一种基于车路协同的紧急车辆优先通行新方法 及系统。
【背景技术】
[0002] 救护车、消防车等紧急车辆作为城市交通流中的组成部分，如何在提高其运行效 率、可靠性、安全性的同时，降低紧急车辆对社会常规交通流产生的不利影响，是近年来智 能交通领域研宄的热点和难点。交通信号控制作为调控交通流、提高安全性、缓解交叉口阻 塞的主要措施，往往因其造成的排队车辆而使得紧急救援车辆行驶受到阻碍。
[0003] 目前，已经出现了使用专用短程通信（DedicatedShortRangeCommunication， DSRC)或其他无线通信方式构建的交叉口紧急车辆优先通行系统，可有效提高紧急车辆的 通行效率。但是，这些系统针对紧急车辆进行抢占式的交叉口信号优先控制策略，通常会对 常规社会交通流产生较大影响。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的问题是：提供一种基于车路协同的紧急车辆优先通行新方法及 系统，通过信号控制和车速引导使紧急车辆优先通过，并与前方排队车辆不发生冲突，以提 高紧急车辆通过交叉路口的效率和安全性。
[0005] 本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
[0006] 本发明提供的基于车路协同的紧急车辆优先通行系统，包括路侧单元和车载单 元。该车载单元用于在紧急车辆进入DSRC通信范围内时，将本车辆的实时动态信息反馈给 路侧单元，并接收来自路侧单元的实时车速引导信息；该车载单元包括由PC机内部提供的 数据处理与显示模块、定位模块，以及通过DSRC与路侧单元通信设备进行通信的车载单元 通信设备。
[0007] 所述的定位模块是用于车辆位置粗略定位以及车辆速度的获取。
[0008] 本发明提供的基于车路协同的紧急车辆优先通行方法，该方法是：通过提供紧急 车辆与路侧单元之间的实时信息交互，使得紧急车辆进入交叉口通信范围内时，路侧信号 控制系统能够根据当前信号相位与进道口排队车辆的实际情况，生成相应的紧急车辆优先 通行方案，即在避免车辆冲突的前提下，进行信号配时及车速引导，以达到紧急车辆优先通 行，并减少优先通行控制对常规社会交通流的影响。
[0009] 本发明提供的上述基于车路协同的紧急车辆优先通行方法，包括以下步骤：
[0010] (1)当紧急车辆进入DSRC通信范围内时，路侧单元和车载单元开始建立无线通信 连接；
[0011] (2)车载单元实时获取车辆的信息，该信息包括车速、位置，并将其发送到路侧单 元，路侧单元获取当前相位信息的数据；
[0012] (3)路侧单元根据所得数据进行信号配时，将车速引导信息发送至紧急车辆，实现 绿灯优先通行、红灯优先通行的信号控制策略，以避免车辆行驶冲突。
[0013] 上述紧急车辆优先通行方法中，所述的绿灯优先通行的信号控制策略是：
[0014] 紧急车辆发出通行请求时信号灯当前相位为绿灯，剩余时间为t(t< g(l)，即仍需 t才能消散当前车队；为了保证紧急车辆在t时间内不会与车队发生冲突，临界条件下，设 经过时间，车队与紧急车辆的距离满足以下约束条件：
[0015]
【主权项】
1. 一种基于车路协同的紧急车辆优先通行系统，包括路侧单元，其特征在于设有车载 单元，用于在紧急车辆进入车路无线通信范围内时，将本车辆的实时动态信息反馈给路侧 单元，并接收来自路侧单元的实时车速引导信息；该车载单元包括由PC机内部提供的数据 处理与显示模块、定位模块，以及与路侧单元通信设备进行无线通信的车载单元通信设备。
2. 根据权利要求1所述的基于车路协同的紧急车辆优先通行系统，其特征在于定位模 块是用于车辆位置粗略定位以及车辆速度的获取。
3. -种基于车路协同的紧急车辆优先通行方法，其特征在于通过提供紧急车辆与路侧 单元之间的实时信息交互，使得紧急车辆进入交叉口通信范围内时，路侧信号控制系统能 够根据当前信号相位与进道口排队车辆的实际情况，生成相应的紧急车辆优先通行方案， 即在避免车辆冲突的前提下，进行信号配时及车速引导，以达到紧急车辆优先通行，并减少 优先通行控制对常规社会交通流的影响。
4. 根据权利要求3所述的紧急车辆优先通行方法，其特征在于该方法包括以下步骤： (1) 当紧急车辆进入车路无线通信范围内时，路侧单元和车载单元开始建立无线通信 连接； (2) 车载单元实时获取车辆的信息，该信息包括车速、位置，并将其发送到路侧单元，路 侧单元获取当前相位信息的数据； (3) 路侧单元根据所得数据进行信号配时，将车速引导信息发送至紧急车辆，实现绿灯 优先通行、红灯优先通行的信号控制策略，以避免车辆行驶冲突。
5. 根据权利要求4所述的紧急车辆优先通行方法，其特征在于绿灯优先通行的信号控 制策略是： 紧急车辆发出通行请求时信号灯当前相位为绿灯，剩余时间为t(t<g(l)，即仍需t才 能消散当前车队；为了保证紧急车辆在t时间内不会与车队发生冲突，临界条件下，设经过 时间，车队与紧急车辆的距离满足以下约束条件：
式中：心一临界冲突状态下的时间；Vl-排队车辆的整体速度；U-排队车辆长度；&1一 排队车辆加速度；-紧急车辆发出通行请求时的车速；U-紧急车辆发出通行请求时距 离停车线的距离。 ① 若t说明经过t时间后，紧急车辆并未与排队车辆冲突，且排队车辆已经悉数 通过停车线，此种情况下紧急车辆保持匀速通行即可，此时得到绿灯延时：
式中：t一紧急车辆发出通行请求时绿灯剩余时间。 ② 若t't说明若以当前状态行驶，紧急车辆就可能在排队车辆消散之前与其发生冲 突，为了避免这种冲突，须对紧急车辆进行车速引导；此时紧急车辆的加速度a。与加速时间 h需满足以下两个约束条件：
式中：Vl-排队车辆的整体速度；U-排队车辆长度；ai-排队车辆加速度；h-对紧急 车辆进行车速引导的加速时间；％-对紧急车辆的引导加速度；V(l-紧急车辆发出通行请 求时的车速；U-紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离。 即在紧急车辆与排队车队达到相同速度之前，两者之间的位移关系不能冲突，求解：
由此求得紧急车辆的减速速度范围上限V，
式中：v-紧急车辆的减速速度范围上限；Vl-排队车辆的整体速度；U-排队车辆长 度；ai-排队车辆加速度；Vd-紧急车辆发出通行请求时的车速；L一紧急车辆发出通行请 求时距离停车线的距离。 即紧急车辆应在满足％与t^的约束关系下，将速度减至v以下，这样可以成功避免冲 突；在车辆完成减速后，已通过的路程如下：
为避免在剩余路段与车队发生冲突，紧急车辆以速度v匀速通过，时间为：
式中：t2-紧急车辆匀速行驶过停车线的时间；Vl-排队车辆的整体速度；1^一排队车 辆长度％-排队车辆加速度；Vd-紧急车辆发出通行请求时的车速；L一紧急车辆发出通 行请求时距离停车线的距离。 因此，绿灯延时为： Se=t〇+t2-t 式中：h-对紧急车辆进行车速引导的加速时间；t2-紧急车辆匀速行驶过停车线的 时间；t一紧急车辆发出通行请求时绿灯剩余时间。
6.根据权利要求4所述的紧急车辆优先通行方法，其特征在于红灯优先通行的控制策 略是： 紧急车辆发出通行请求时信号灯当前相位为红灯，排队长度为U的车队消散时间为g(l，因此采用下述公式获得临界状态下的h的值：
式中：ai-排队车辆加速度；h-临界状态下的时间值；L一紧急车辆发出通行请求时 距离停车线的距离；U-排队车辆长度；V(l-紧急车辆发出通行请求时的车速。 ① 若ti，说明切断红灯后，车队消散完全时紧急车辆仍然未到停车线，不会发生冲 突，此时绿灯延时为：
式中：U-紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；V(l-紧急车辆发出通行请求 时的车速。 ② 若gpti，说明切断红灯后，紧急车辆在车队未完全消散时可能发生冲突，此时进行车 速引导，引导车速计算如下：
式中：ai-排队车辆加速度；Li一排队车辆长度；％-对紧急车辆进行车速引导的加速 度；h-对紧急车辆进行车速引导的加速时间；U-紧急车辆发出通行请求时距离停车线 的距离；-紧急车辆发出通行请求时的车速。 在紧急车辆与排队车队达到相同速度之前，两者之间的位移关系不能冲突，求解得：
由此求得紧急车辆的减速范围上限v:
即紧急车辆应在满足％与％的约束关系下，将紧急车辆速度减至v以下，这样可以成 功避免冲突；在车辆完成减速后，通过的位移为：
为避免在剩余路段与车队发生冲突，紧急车辆以速度V匀速通过停车线的时间为：
式中：t2-紧急车辆匀速行驶过停车线的时间；ai-排队车辆加速度；Li一排队车辆长 度；U-紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；V(l-紧急车辆发出通行请求时的车 速。 此时绿灯延时为： Se=t0+t2 式中：h-对紧急车辆进行车速引导的加速时间；t2-紧急车辆匀速行驶过停车线的 时间。
7.根据权利要求4所述的紧急车辆优先通行方法，其特征在于在信号控制策略中，系 统根据紧急车辆实时位置和速度，预估车辆到达时刻，在考虑交叉口各方向最小绿灯时间 的前提下，选择最佳时机切换信号灯，并设置黄灯和全红信号结合的缓冲时间，保证行车安 全。当紧急车辆通过交叉口后，路口信号控制器结束优先通行模式，并恢复为常态。
【专利摘要】本发明涉及智能交通领域，公开了一种基于车路协同的紧急车辆优先通行新方法及系统，尤其是一种交叉口信号配时和车速引导的紧急车辆优先通行新方法。其中，本发明的系统包括路侧单元、车载单元。本发明利用车路协同方法，通过紧急车辆与路侧信号控制系统之间的实时信息交互，使得紧急车辆进入交叉口通信范围内时，路侧信号控制系统能够根据当前信号相位与进道口排队车辆的实际情况，生成相应的紧急车辆优先通行方案。即在避免车辆冲突的前提下，进行信号配时及车速引导，以达到紧急车辆优先通行的目的。同时，利用该新方法，亦能降低紧急车辆优先通行对社会常规交通流产生的不利影响。
【IPC分类】G08G1-087
【公开号】CN104575039
【申请号】CN201510026164
【发明人】褚端峰, 王小宇, 龙文民, 施辉, 胡超伟, 王磊, 彭顺
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月19日