一种基于卫星导航系统的绿灯状态通行装置及其使用方法与流程

本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种基于卫星导航系统的绿灯状态通行装置及其使用方法。

背景技术：

随着城市的发展和大量人员、车辆的融入，城市的交通越来越拥堵。为了管控交通拥堵状况，国内目前多采用控制信号灯进行交通疏导，交通信号灯的控制多采用两种模式：单点独立模式和联网控制模式。单点独立模式属于大部分传统的交通信号灯所采用的控制模式，主要由LED信号灯、时钟模块、控制器、电源模块、接口电路等组成，交通信号灯一般根据自身的时钟电路循环红绿灯时间间隔。联网控制模式属于目前智能交通示范道路常用的交通信号灯控制模式，一般依据道路建设时预留的有线接口，实现联网控制，根据车流量反推各个方向信号灯的时长。

但是，单点模式下不同信号灯相对于绝对时间没有参考性，没有统一的准确时间点，时效性差，而联网控制模式下，当某一方向道路通行时间变长，必然导致另一方向道路拥堵。因此这两种模式均不能有效缓解交通拥堵，整体通行效率低。同时，这两种通行模式均由交通信号灯控制，道路交通参与人员只能被动接受信号灯指示，通过信号灯的概率是随机的，通行的灵活性和互动性差，且在雾霾、雨雪等恶劣天气下、前方有遮挡物的情况下或者信号灯故障的情况下，交通参与人员不能随信号灯状态改变做出准确反应，轻则导致道路通行效率整体降低，重则导致交通事故的发生。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于卫星导航系统的绿灯状态通行装置及其使用方法，使交通参与者获取的信号灯状态信息精度确高，进一步地，使交通参与者实时掌握信号灯亮灯剩余时间，进而灵活选择行驶状态，交通通行效率高，时效性强，便捷实用。

本发明采用的技术方案为：

一种基于卫星导航系统的绿灯状态通行装置，包括多个信号灯控制单元、授时单元、中央处理单元和多个移动终端单元，授时单元的通讯端口与多个信号灯控制单元的第一通讯端口分别相连，多个信号灯控制单元的第二通讯端口分别与中央处理单元的第一通讯端口相连，中央处理单元的第二通讯端口与多个移动终端单元的通讯端口分别相连；

信号灯控制单元包括定位模块、信号接收处理模块和信号灯，定位模块和信号接收处理模块均设在信号灯上，授时单元的信号输出端通过第一通信模块连接信号接收处理模块的第一信号输入端，定位模块的信号输出端连接信号接收处理模块的第二信号输入端，信号接收处理模块的第一通讯端口连接信号灯的通讯端口，信号接收处理模块的第二通讯端口通过第二通信模块连接中央处理单元的通讯端口；

中央处理单元包括信息处理模块和信息存储模块，信号接收处理模块的第二通讯端口通过第二通信模块连接信息处理模块的第一通讯端口，信息处理模块的第二通讯端口连接信息存储模块的通讯端口，信息处理模块的第三通讯端口通过第三通信模块与多个移动终端单元的通讯端口分别连接；

移动终端单元包括BD/GPS双模导航模块和移动终端处理模块，信息处理模块的第三通讯端口通过第三通信模块连接移动终端处理模块的第一通讯端口，移动终端处理模块的第二通讯端口连接BD/GPS双模导航模块的通讯端口。

优选地，所述移动终端单元还包括人机界面模块，人机界面模块的通讯端口接入移动终端处理模块的第三通讯端口。

优选地，所述第一通信模块和第三通信模块均为无线通信模块，第二通信模块为有线通信模块。

优选地，所述授时单元为网络授时单元或卫星授时单元。

一种基于卫星导航系统的绿灯状态通行装置的使用方法，包括以下步骤：

A：采用信号接收处理模块对信号灯的坐标信息和时间间隔信息进行标定，获取信号灯的绝对状态信息；包括以下步骤：

A1：分布在不同区域的多个信号灯上的定位模块与卫星或基站建立通信连接，定位模块获取对应信号灯所在位置的坐标信息，并将该坐标信息发送至对应的信号接收处理模块；

A2：授时单元将从卫星或网络获取的标准时间信息发送至信号接收处理模块，对信号接收处理模块进行授时，信号接收处理模块以标准时间为参考时间；

A3：信号接收处理模块检测对应信号灯的实时状态，获取以标准时间为参考时间的信号灯时间间隔信息；

A4：信号接收处理模块将对应信号灯的坐标信息、时间间隔信息和标准时间信息进行组包，即获取了以标准时间为参考时间的信号灯绝对状态信息；

A5：信号接收处理模块将信号灯绝对状态信息发送至信息处理模块，信息处理模块按照信号灯的坐标对不同信号灯的绝对状态信息进行编号，然后发送至信息存储模块进行存储；

B：用户通过BD/GPS双模导航模块设定目的地和选定路线，BD/GPS双模导航模块判断最近一个信号灯的坐标信息，并将该坐标信息通过无线通信方式发送至信息处理模块；

C：根据接收到的坐标信息，信息处理模块调用信息存储模块中对应信号灯的绝对状态信息，然后将该绝对状态信息通过无线通信方式传送至移动终端处理模块；

D：移动终端处理模块对接收到的信号灯绝对状态信息进行解包和提取，并根据提取的以标准时间为参考时间的时间间隔信息与当前时间的关联，判断信号灯当前状态和信号灯的绿灯剩余时间t，BD/GPS双模导航模块判断该信号灯与用户当前位置之间的距离s，移动终端处理模块根据v=s/t计算出绿灯状态下通过路口所需行驶的最低速度v并提示用户；

E：用户根据提示的最低速度v行驶通过路口。

优选地，步骤A中对信号灯的坐标信息和时间间隔信息的标定采用移动终端处理模块，标定后的信息即为信号灯的绝对状态信息；标定过程包括以下步骤：

Aa：BD/GPS双模导航模块将从卫星或网络获取的标准时间信息发送至移动终端处理模块，对移动终端处理模块进行授时，移动终端处理模块以标准时间为参考时间；

Ab：多个用户分别对不同区域内的每个信号灯的时间间隔信息进行采集，然后将所采集的时间间隔信息上传至移动终端处理模块，获取以标准时间为参考时间的信号灯时间间隔信息；

Ac：BD/GPS双模导航模块判断对应信号灯的坐标信息并将该坐标信息发送至移动终端处理模块；

Ad：移动终端处理模块将对应信号灯的坐标信息、时间间隔信息和标准时间信息进行组包，即获取以标准时间为参考时间的信号灯的绝对状态信息；

Ae：移动终端处理模块将信号灯的绝对状态信息发送至信息处理模块，信息处理模块按照信号灯的坐标对不同信号灯的绝对状态信息进行编号，然后传送至信息存储模块进行存储。

本发明通过对信号灯的状态信息进行标定，使用户获取的信号灯状态信息均为以标准时间为参考时间的绝对状态信息，保证了用户获取的信号灯状态的精确度，时效性强；同时，通过配合移动终端单元的使用，使用户能够不受外部环境和距离的影响，准确掌握信号灯绿灯剩余时间和直观获取绿灯通过路口所需行驶速度，提高了用户对信号灯状态的判知力和准确性，保证用户及时高效地通过路口，灵活性强，准确度高，有效提高交通通行效率；通过用户人工采集信号灯的时间间隔信息并通过移动终端处理模块进行标定的方式，提高了用户的互动性，且对现有设备设施改动性小，硬件成本低，智能高效，实用性强，可靠性强。

附图说明

图1为本发明中基于卫星导航系统的绿灯状态通行装置的结构原理框图；

图2为第一种优选实施方式的流程图；

图3为第二种优选实施方式的流程图。

具体实施方式

如图1所示,一种基于卫星导航系统的绿灯状态通行装置,包括多个信号灯控制单元、授时单元、中央处理单元和多个移动终端单元，授时单元的通讯端口与多个信号灯控制单元的第一通讯端口分别相连，多个信号灯控制单元的第二通讯端口分别与中央处理单元的第一通讯端口相连，中央处理单元的第二通讯端口与多个移动终端单元的通讯端口分别相连；

信号灯控制单元包括定位模块、信号接收处理模块和信号灯，定位模块和信号接收处理模块均设在信号灯上，授时单元的信号输出端通过第一通信模块连接信号接收处理模块的第一信号输入端，定位模块的信号输出端连接信号接收处理模块的第二信号输入端，信号接收处理模块的第一通讯端口连接信号灯的通讯端口，信号接收处理模块的第二通讯端口通过第二通信模块连接中央处理单元的通讯端口；

中央处理单元包括信息处理模块和信息存储模块，信号接收处理模块的第二通讯端口通过第二通信模块连接信息处理模块的第一通讯端口，信息处理模块的第二通讯端口连接信息存储模块的通讯端口，信息处理模块的第三通讯端口通过第三通信模块与多个移动终端单元的通讯端口分别连接；

移动终端单元包括BD/GPS双模导航模块和移动终端处理模块，信息处理模块的第三通讯端口通过第三通信模块连接移动终端处理模块的第一通讯端口，移动终端处理模块的第二通讯端口连接BD/GPS双模导航模块的通讯端口。

下面结合附图对本发明做进一步说明。

作为第一种优选的实施方式，定位模块和信号接收处理模块均设在信号灯上，授时单元的信号输出端通过第一无线通信模块连接信号接收处理模块的第一信号输入端，定位模块的信号输出端连接信号接收处理模块的第二信号输入端，信号接收处理模块的第一通讯端口连接信号灯的通讯端口， 信号接收处理模块的第二通讯端口通过第一有线通信模块连接信息处理模块的第一通讯端口，信息处理模块的第二通讯端口连接信息存储模块的通讯端口，信息处理模块的第三通讯端口通过第三无线通信模块连接移动终端处理模块的第一通讯端口，移动终端处理模块的第二通讯端口连接BD/GPS双模导航模块的通讯端口。

信号接收处理模块采用ARM处理器，第一有线通信模块采用485、232等有线接口，第一无线通信模块和第二无线通信模块采用3G、4G等远距离无线网络通信模块，或者采用BT、zigbee或wifi等近距离无线网络通信模块。授时单元用于从北斗导航卫星或GPS导航卫星的信号上获取标准时间信息，采用网络授时单元或卫星授时单元。

如图2所示，基于卫星导航系统的绿灯状态通行装置的使用方法包括以下步骤：

A：采用信号接收处理模块对信号灯的坐标信息和时间间隔信息进行标定，获取信号灯的绝对状态信息；包括以下步骤：

A1：分布在不同区域的多个信号灯上的定位模块与卫星或基站建立通信连接，定位模块获取对应信号灯所在位置的坐标信息，并将该坐标信息发送至对应的信号接收处理模块；

A2：授时单元将从卫星或网络获取的标准时间信息发送至信号接收处理模块，对信号接收处理模块进行授时，信号接收处理模块以标准时间为参考时间；

A3：信号接收处理模块检测对应信号灯的实时状态，获取以标准时间为参考时间的信号灯时间间隔信息；

A4：信号接收处理模块将对应信号灯的坐标信息、时间间隔信息和标准时间信息进行组包，即获取了以标准时间为参考时间的信号灯绝对状态信息；

A5：信号接收处理模块将信号灯绝对状态信息发送至信息处理模块，信息处理模块按照信号灯的坐标对不同信号灯的绝对状态信息进行编号，然后发送至信息存储模块进行存储；

对信号灯的坐标信息和时间间隔信息进行标定后，用户获得以标准时间为参考时间的信号灯绝对状态信息，使用户不仅能够获取信号灯的实时状态，还能获取信号灯当前时刻绿灯状态的精确剩余时间，且时间精度达到微秒级，精确度高，令用户可以准确掌握信号灯的变化，从而及时做出反应以通过路口；

B：用户通过BD/GPS双模导航模块设定目的地和选定路线，BD/GPS双模导航模块判断最近一个信号灯的坐标信息，并将该坐标信息通过无线通信方式发送至信息处理模块；

C：根据接收到的坐标信息，信息处理模块调用信息存储模块中对应信号灯的绝对状态信息，然后将该绝对状态信息通过无线通信方式传送至移动终端处理模块；

D：移动终端处理模块对接收到的信号灯绝对状态信息进行解包和提取，并根据提取的以标准时间为参考时间的时间间隔信息与当前时间的关联，判断信号灯当前状态和信号灯的绿灯剩余时间t，BD/GPS双模导航模块判断该信号灯与用户当前位置之间的距离s，移动终端处理模块根据v=s/t计算出绿灯状态下通过路口所需行驶的最低速度v并提示用户；

E：用户根据提示的最低速度v行驶通过路口。

本发明使交通参与者在因距离信号灯远、雾霾等恶劣天气或前方有遮挡物而无法看清前方信号灯状况的情况下，主动获取前方红绿灯状态，提高交通参与者对前方远距离红绿灯状态的判知力和准确性，提高交通通行效率，且能根据信号灯准确的状态信息判断出信号灯绿灯剩余时间，进而计算出用户在绿灯状态下通过路口所需速度，供用户在行驶中参考，实现了用户在绿灯状态下自主可控通过路口，灵活高效，提高了交通通行的效率和用户行驶的效率。

如图3所示，作为第二种优选的实施方式，与第一种优选实施方式的区别在于还包括人机界面模块，且步骤A中对信号灯的坐标信息和时间间隔信息进行的标定采用移动终端处理模块，以获取标定后的信号灯的绝对状态信息，具体包括以下步骤：

Aa：BD/GPS双模导航模块将从卫星或网络获取标准时间信息发送至移动终端处理模块，对移动终端处理模块进行授时，移动终端处理模块以标准时间为参考时间；

Ab：多个用户分别对不同区域内的每个信号灯的时间间隔信息进行采集，然后将所采集的时间间隔信息上传至移动终端处理模块，获取以标准时间为参考时间的信号灯时间间隔信息；

Ac：BD/GPS双模导航模块判断对应信号灯的坐标信息并将该坐标信息发送至移动终端处理模块；

Ad：移动终端处理模块将对应信号灯的坐标信息、时间间隔信息和标准时间信息进行组包，即获取以标准时间为参考时间的信号灯的绝对状态信息；

Ae：移动终端处理模块将信号灯的绝对状态信息发送至信息处理模块，信息处理模块按照信号灯的坐标对不同信号灯的绝对状态信息进行编号，然后传送至信息存储模块进行存储。

采用移动终端处理模块对信号灯的坐标信息和时间间隔信息进行标定，在提高信号灯状态信息精确度的同时提高交通参与者的互动性，且对现有设备设施改动性较小，硬件成本低。同时，用户在通过人机界面采集信号灯状态信息时，当发现信号灯出现故障或路口出线拥堵等特殊情况时，通过在人机界面操作将对应信号灯的坐标信息和异常信息发送移动终端处理模块，移动终端处理模块进而将对应的坐标信息异常信息发送至中央处理单元的信息处理模块，使远程技术人员能够及时获知异常情况，及时调派人员到达现场进行维修或维护，有效降低了交通拥堵发生的概率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。