基于车路协同的时间闭塞交叉口车速引导系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及智能交通领域。更具体地，设及一种基于车路协同的时间闭塞交叉口 车速引导系统及方法。
【背景技术】
[0002] 近年，随着通信技术、传感器技术的发展，车路协同技术成为交通领域的研究热 点。利用车路协同技术可有效提高城市道路尤其是交叉口的通行效率，实时共享交叉口信 号配时信息和车辆行驶状态信息，交叉口速度引导可为驶入车辆高效、安全通过交叉口提 供技术支持。
[0003] 交叉口是城市道路中交通事故多发区，据调查数据统计，我国发生在交叉口的交 通事故约占道路交通事故的1/3。交叉口闯红灯是造成事故发生的重要原因，包括车辆抢行 高速通过的故意闯红灯违章行为和无法预测绿灯或黄灯结束时间而引起的无意闯红灯违 章行为。同时，由于驾驶员无法预测绿灯期间是否能顺利通过交叉口，存在驾驶员犹豫现 象，影响了交叉口的通行效率。车路协同环境中车速引导是一种解决交叉口通行安全、效率 的有效方法。
[0004] 在交叉口车速引导方面，目前通常利用所获得的交叉口配时信息和车辆行驶信 息，建立车速引导模型使得车辆保持安全距离通过交叉口。现有方法存在两方面不足，一方 面车速引导模型侧重于车辆通过交叉口的效率或安全，无法实现交叉口通行效率和安全两 者均衡的精准车速引导；另一方面，现有方法所需要的输入参数较多，导致引导模型复杂， 计算效率低。
[0005] 因此，需要提供一种基于车路协同的时间闭塞交叉口车速引导系统及方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的一个目的在于提供一种基于车路协同的时间闭塞交叉口车速引导系统。
[0007] 本发明的另一个目的在于提供一种基于车路协同的时间闭塞交叉口车速引导方 法。
[000引为达到上述目的，借鉴高速铁路智能列车闭塞控制思想，在交叉口引入"时间闭 塞"约束方法，将交叉口绿灯持续时间按照安全车头时距进行划分成多个闭塞时间段，每个 闭塞时间段可安排一辆车通过交叉口。基于"时间闭塞"的交叉口车速引导方法，在保证驶 入车辆安全、高效通过交叉口时，简化了车速引导方法。
[0009] 本发明采用下述技术方案：
[0010] -种基于车路协同的时间闭塞交叉口车速引导系统，该车速引导系统包括路侧单 元和车载单元。路侧单元，包括路侧信息采集模块、路侧定位模块和信息通讯模块，其中路 侧信息采集模块，用于采集所侧单元所在交叉口当前的信号灯配时信息;路侧定位模块，用 于采集路侧单元所在交叉口信号灯GI^位置信息;路侧信息通讯模块，用于将信号灯配时信 息和所述信号灯GPS位置信息传输给车载单元。车载单元，包括车载信息采集模块、车载定 位模块、车载信息通讯模块、数据处理模块和信息显示模块，其中车载信息采集模块，用于 采集驶入交叉口车辆的速度和加速度信息;车载定位模块，用于采集驶入交叉口车辆的GPS 位置信息；车载信息通讯模块，用于接收所述路侧信息通讯模块传输的信息；数据处理模 块，用于将所述车载信息采集模块和车载信息通讯模块中的数据信息进行处理，基于时间 闭塞约束方法得到建议速度;信息显示模块，用于将经过所述数据处理模块处理的信息进 行显示。
[0011] 优选地，交叉口信号灯配时信息为绿灯相位剩余持续时间Tg。
[0012] 优选地，路侧信息通讯模块和车载信息通讯模块为互相匹配的无线通讯模块，无 线通讯模块包括但不限于采用WiFi或LiFi无线通讯模块。
[0013] 优选地，路侧单元安装在路侧交叉口信号灯横臂或立柱上。
[0014] 优选地，车载数据处理模块为单片机系统。
[0015] 优选地，信息显示模块为车辆仪表板显示装置。
[0016] 优选地，信息显示模块为外接到车辆仪表板上的显示装置。
[0017] 优选地，信息显示模块为外接到车辆仪表板上并将显示信息W虚拟形式显示到车 辆前挡风玻璃上的显示装置。
[0018] -种基于车路协同的时间闭塞交叉口车速引导系统进行车速引导的方法，该方法 约束条件包括：
[0019] (1)、最终分配通过时刻处于绿灯相位期间；
[0020] (2)、最终引导速度不得高于道路限速。
[0021] 该方法将路侧信息采集模块和车载信息采集模块采集的信息输入车速引导模型 中，计算出可供参考的建议速度，通过信息显示模块辅助驾驶员在当前绿灯相位顺利通过 交叉口。该方法具体包括如下步骤：
[0022] SI:路侧信息采集模块采集所述路侧单元所在交叉口当前的绿灯相位剩余持续时 间Tgo
[0023] S2:路侧定位模块采集所述路侧单元所在交叉口信号灯GI^位置信息，获得信号灯 GPS位置坐标为U，yL)，XL为其横坐标，yi为其纵坐标，并将该位置信息作为所述交叉口停 车线位置信息。
[0024] S3:路侧信息通讯模块将所述信号灯配时信息绿灯相位剩余持续时间Tg和所述信 号灯GI^位置坐标(XL，)传输给所述车载单元。
[0025] S4:车载信息采集模块采集驶入交叉口第j辆车的速度Voj和加速度曰。
[0026] S5:车载定位模块采集驶入交叉口第j辆车GPS位置信息，获得驶入交叉口第j辆车 GPS位置坐标(XV，yv)，XV为其横坐标，yv为其纵坐标。
[0027] S6:数据处理模块将所述车载信息采集模块和车载信息通讯模块中的数据信息进 行处理，基于时间闭塞约束方法得到建议速度，其中，基于时间闭塞约束方法包括如下步 骤：
[00巧]S601:计算第j辆车距离交叉口停车线的距离^
[0029]
[0030] S602:从当前绿灯相位时刻To起，W安全车头时距ts为间隔将当前绿灯相位持续时 间Tg进行划分，形成n个闭塞时间段，每个闭塞时间段存在I辆车或不存在车，第i个时间段 结束时刻Ti为：
[0031] Ti = T〇-i*ts
[0032] 形成的闭塞时间段[To，Tl]、[Tl，T2]、…、[Ti-l，Ti]、…、[Tn-l，Tn]作为车辆通过交叉 口的备选时段，其中，0 < i < n，0 < Ti < To;
[0033] S603:判断时刻To距离交叉口最近的第I辆车是否处于停车状态：
[0034] 若是，则To = Tg-ts-tq，tq为停驶车辆的启动损失时间，否则，To = Tg-ts;
[0035] S604:对于第1辆车来说，闭塞时间段[To, Tl]为其通过交叉口的备选时段，判断该 备选时段内车辆能否W不超过限速Vmax的速度通过交叉口，满足条件则W建议速度通过交 叉口，否则选择停车或W下一闭塞时间段作为新的备选时段;对于后续第j辆车，选择闭塞 时间段[Tl,Ti-ts]作为通过交叉口的备选时段引导车辆通过交叉口，其中，Tl为第j-1辆车 通过交叉口所占用的闭塞时段结束时刻；
[0036] S605:判断Tl时刻是否仍然是绿灯相位，若是，则进行下一步判断；否则，为了防止 其闯红灯发生危险，引导其在停车线前停车；
[0037] S606:判断第j辆车按原有速度行驶是否早于Tl时刻通过交叉口停车线，即 [00；3 引
[0039] 若是，则为了防止其与前车发生碰撞，需进行减速引导，确保其在[Tl,Ti-ts]时段 通过交叉口停车线，引导速度为：
[0040]
[OOW 式中，Voj为驶入交叉口第j辆车的速度，a为驶入交叉口第j辆车的加速度，t功第j 辆车按照分配闭塞时段通过交叉口停车线的时间，且ti = T0-Ti;
[0042] 否则，为了提高车辆通过效率，需进行加速引导，确保其在Tl时刻通过交叉口停车 线，引导速度为：
[0043]
[0044] S607:判断车速引导模型所得建议速度是否低