一种交叉口信号配时控制信息传输方法与流程

技术领域：

本发明涉及道路交通信息传输领域，尤其是一种交叉口信号配时控制信息传输方法。

背景技术：
：

随着我国经济的发展，城市交通需求日趋繁重，与当前整体相对落后的交通体系，交通结构形成了尖锐的矛盾，城市交通交通拥堵及伴生的环境污染和安全等问题已经引起社会的广泛关怀。在上下班的出行高峰期，在许多重要的交叉口节点上，长时间、常态性的交通拥堵也为人们生活和工作带来了极大的不方便。为了避免交叉口拥堵带来交通秩序的混乱从而引发交通安全事故，并加剧交通拥堵，近年来市场上也出现了很多能够对驾驶人行为提出建议的车载系统，而本发明就是一种结合交叉口信号配时控制信息对机动车驾驶人发布语音提示的系统。

想要机动车能够顺畅行驶在城市道路上，驾驶人就必须对城市道路的具体情况有一定了解，除了路面标记和指示标牌信息，必不可少的还有交叉口信号灯状态信息。然而驾驶人常常会因为前方大型车辆的遮挡或大雨大雾等恶劣天气的干扰而导致看不见或看不清信号灯，这对机动车驾驶人造成了一定的困扰，也很容易导致交通堵塞或交通安全事故。

技术实现要素：
：

技术问题：本发明的目的是提供一种将交叉口信号灯状态信息直接通过车载系统传递给机动车驾驶人，以解决因大型车辆遮挡或雨雾等天气原因造成的信号灯不可视问题的技术方案。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出一种交叉口信号配时控制信息传输方法，该方法包括以下步骤：

(1)构建交叉口信号配时控制信息传输系统，包括信号灯状态信息采集装置、信号灯状态信息发布装置、机动车检测装置和车载终端；

信号灯状态信息采集装置采集与各信号灯的信号机相连，采集各信号灯的状态信息和配时信息，并将采集到的状态信息和配时信息分别同步发送给对应信号灯上安装的信号灯状态信息发布装置；

信号灯状态信息发布装置将接收到的信号灯状态信息和配时信息在自身的通信范围内发布；

车载终端实时采集自身所在的机动车车速；并在进入交叉路口时接收对应信号灯状态信息发布装置发布的信号灯状态信息和配时信息；

机动车检测装置设置在每个路口的各条机动车引道进口处，当机动车检测装置检测到有机动车经过其位置时，向该机动车发送引道及车辆信息；引道及车辆信息包括对应机所在的路口编号、机动车引道编号、机动车检测装置与下游停车线之间的距离以及检测到该机动车的时间；

(2)当车载终端接收到机动车检测装置发送的引道及车辆信息，车载终端根据采集到的车速和引道及车辆信息，实时预测机动车到达交叉口停车线的时刻t^*；

(3)车载终端根据预测出的时刻t^*、机动车所在的路口编号、机动车引道编号和接收到的信号灯状态信息和配时信息，判断当机动车在时刻t^*到达所在机动车引道下游交叉口停车线时，机动车所在引道对应的信号灯状态信息，并根据判断出的信号灯状态生成速度调整指令显示给驾驶员以做参考。

进一步的，所述步骤(2)中车载终端根据采集到的车速和引道及车辆信息，实时预测机动车到达交叉口停车线的时刻t^*的方法为：

定义机动车k行驶在第i个路口的第j条车道上，则机动车k的车载终端预测出的机动车k到达交叉口停车线的时刻为：

其中，表示机动车k的车载终端预测的该车到达交叉口停车线的时刻，t0表示机动车检测装置检测到机动车k的时刻，dij表示安装在第i个路口的第j条引道进口处的机动车检测装置与下游停车线之间的距离，vk表示机动车k的车载终端采集到的速度。

进一步的，所述步骤(3)中车载终端根据判断出的时刻t^*的对应信号灯状态信息生成速度调整指令的步骤为：

判断对应的信号灯在时刻t^*是否为绿灯；如果判断结果为绿灯，则车载终端向驾驶员发送机动车前方无阻碍，机动车保持当前车速行驶的指令；如果判断结果不是绿灯，则车载终端比较机动车当前时速v与机动车理想时速v′的大小，v′＝0.8vmax；如果v＞v′，则车载终端向驾驶员发出机动车减速指令；如果v≤v′，则车载终端计算机动车在条件1限制的状态下行驶到达交叉口停车线的时刻t′：

条件1：机动车在当前车速下以加速度a匀加速，速度达到v′后保持匀速行驶；

车载终端判断t′时，对应的信号灯是否为绿灯，如果是绿灯，则车载终端向驾驶员发出按照条件1所述状态行驶的指令；如果t′时，对应的信号灯不为绿灯，则车载终端向驾驶员发出机动车减速信息。

进一步的，所述步骤(3)中车载终端计算机动车在条件1限制的状态下行驶到达交叉口停车线的时刻t′的方法为：

若机动车在到达引道j下游交叉口停车线之前能够加速到理想速度v′，并以v′匀速行驶到达停车线，则t′＝t0+((v′)²-v²)/2av′+dij/v；若机动车还未加速到理想速度v′就已经到达引道j下游交叉口停车线，则t′＝t0+[(v²+2adij)^0.5-v]/a。

进一步的，在安装信号灯状态信息发布装置时，还执行以下步骤：

调节信号灯状态信息发布装置的信号发射角度和发射功率，使发射角度和发射功率的信息发布覆盖长度为l，l＝3×vmax，vmax为交叉口路段的最大限速。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、交叉口信号配时控制信息传输系统可以将交叉口的信号灯状态信息通过车载终端直接传递给机动车驾驶人，在前方有大型车辆遮挡信号灯或大雨大雾等恶劣天气导致视线模糊无法准确辨别信号灯状态的情况下，为机动车驾驶人提供了更加直接明确的信号灯状态信息；

2、车载终端能够根据信号灯状态信息、配时信息和车速生成速度调整指令并发送给驾驶员，对驾驶行为做出建议，减少了因驾驶人判断失误而增加的排队等候时间，提高了交叉口的车辆畅通度，也避免了因意视线受阻导致的交通事故。

附图说明：

图1为本发明的流程框图；

图2为本发明中的机动车车速调整指令生成的流程框图；

图3为实施例中的十字交叉口平面示意图。

具体实施方法：

如图1至2所示为本发明的流程图，包括以下步骤：

步骤一，将交叉口各路口的信号灯状态信息发布装置分别安装在控制各路口车流通行的信号灯上，通过调整信号灯状态信息发布装置的信号发射角度和发射功率，控制各信号灯状态信息发布装置的信息发布覆盖长度为l，l＝3×vmax，vmax为交叉口路段的最大限速，3(秒)为驾驶人平均反应时长。在各路口的每条机动车引道的进口处设置机动车检测装置，将机动车检测装置直接安装在与机动车接触的路面上，定义dij为第i个路口的第j个引道的机动车检测装置与下游停车线之间的距离。

步骤二，将信号灯状态信息采集装置与交叉口信号机相连，实时采集交叉口路口的信号灯状态信息和配时信息，并将实时采集的信号灯状态信息和配时信息同步传输给对应的信号灯状态信息发布装置；

步骤三，信号灯状态信息发布装置接收到信号灯状态信息和配时信息时，将向自身信息发布覆盖范围内同步对应信号灯的状态信息和配时信息；

步骤四，将车载终端安装在机动车仪表盘附近，与机动车的can总线相连，实时采集机动车时速v，当机动车驶入任意一个路口i的信息发布覆盖范围，自动接收路口i处信号灯状态信息发布装置发布的信号灯状态信息和配时信息，并为机动车驾驶人实时显示路口i的信号灯状态信息；

步骤五，当在路口i的第j个引道的入口处的机动车检测装置检测到有机动车经过其位置时，将向该机动车发送引道与车辆信息，包括路口编号i，引道编号j，机动车检测装置和下游停车线之间的距离dij，以及检测到机动车的时刻t0；

步骤六，当机动车的车载终端接收到机动车检测装置发送来的引道与车辆信息时，车载终端根据dij、检测到机动车的时刻t0，以及实时采集的机动车时速v，实时预测机动车到达交叉口停车线的时刻t^*。定义机动车k行驶在第i个路口的第j条车道上，则机动车k的车载终端预测出的机动车k到达交叉口停车线的时刻为：

其中，表示机动车k的车载终端预测的该车到达交叉口停车线的时刻，t0表示机动车检测装置检测到机动车k的时刻，dij表示安装在第i个路口的第j条引道进口处的机动车检测装置与下游停车线之间的距离，vk表示机动车k的车载终端采集到的速度。

步骤七，机动车的车载终端根据实时预测的机动车到达交叉口停车线的时刻t^*，机动车所在的进口编号和引道编号信息，以及信号灯配时信息，判断当机动车在时刻t^*到达所在机动车引道下游交叉口停车线时，机动车所在引道对应的信号灯状态信息，并根据判断出的信号灯状态生成速度调整指令显示给驾驶员，驾驶员可以参考速度调整指令调整车速。

步骤七中提到的车载终端根据判断出的时刻t^*的对应信号灯状态信息生成速度调整指令的步骤为：

判断对应的信号灯在时刻t^*是否为绿灯；如果判断结果为绿灯，则车载终端向驾驶员发送机动车前方无阻碍，机动车保持当前车速行驶的指令；如果判断结果不是绿灯，则车载终端比较机动车当前时速v与机动车理想时速v′的大小，v′＝0.8vmax；如果v＞v′，则车载终端向驾驶员显示机动车减速指令，提醒驾驶员减速行驶；如果v≤v′，则车载终端计算机动车在条件1限制的状态下行驶到达交叉口停车线的时刻t′：

条件1：机动车在当前车速下以加速度a匀加速，速度达到v′后保持匀速行驶；

车载终端判断t′时，对应的信号灯是否为绿灯，如果是绿灯，则车载终端向驾驶员显示按照条件1所述状态行驶的指令；如果t′时，对应的信号灯不为绿灯，则车载终端向驾驶员显示机动车减速指令，提醒驾驶员减速行驶。

车载终端计算机动车在条件1限制的状态下行驶到达交叉口停车线的时刻t′的方法为：若机动车在到达引道j下游交叉口停车线之前能够加速到理想速度v′，并以v′匀速行驶到达停车线，则t′＝t0+((v′)²-v²)/2av′+dij/v；若机动车还未加速到理想速度v′就已经到达引道j下游交叉口停车线，则t′＝t0+[(v²+2adij)^0.5-v]/a。

下面以图3所示的十字交叉口为例，说明该发明的实用性和优势。

该交叉口信号配时控制信息传输方法，包括以下步骤：

(1)采集交叉口的交通流数据和道路数据：交叉口路段的最大限速为：vmax＝60km/h，机动车加速度为a＝2m/s，驾驶人平均反应时长为3秒，第i个路口的第j个引道上安装的机动车检测装置和下游停车线之间的距离dij＝40m；其编号方案如表1所示：

表1

(2)布设装置：根据步骤(1)采集的交通流数据和道路数据，布设信号灯状态信息发布装置、信号灯状态采集装置、机动车检测装置和车载终端；

(2-1)信号灯状态信息发射装置位置：将各路口的信号灯状态信息发布装置分别安装在控制各路口车流通行的信号灯上，通过调整信号灯状态信息发布装置的信号发射角度和发射功率，控制各路口的信息发布覆盖长度为50米；

(2-2)机动车检测装置：在各路口的每条机动车引道的进口处设置机动车检测装置，其中dij为第i个路口的第j个引道的机动车检测装置与下游停车线之间的距离，即第i个路口的第j个引道段的长度；

(2-3)信号灯状态采集装置位置：将交叉口信号灯状态采集装置与交叉口信号机相连；

(2-4)车载终端位置：将车载终端安装在机动车仪表盘附近，与机动车的can总线相连。

(3)同步采集，传输并发布交叉口信号配时方案，交叉口信号配时方案周期时长c＝140(秒)，具体配时方案见表2。

表2

(4)机动车a于进入进口2的信息发布范围，自动接收进口2信号灯状态信息，并为机动车驾驶人实时显示。

(5)当在第2个进口的第3个引道的入口处的车辆检测装置检测到机动车a经过其位置时，向机动车a发送引道与车辆信息，包括进口编号2，引道编号3，车辆检测装置和下游停车线之间的距离d23＝40m，以及检测到机动车的时刻t0＝8:00:10。

(6)车载终端实时采集到的机动车a的当前时速v＝30km/h，车载终端预测机动车a到达交叉口停车线的时刻为8:00:15。

(7)机动车的车载终端根据实时预测机动车a到达交叉口停车线的时刻，即8:00:15，机动车a所在的进口编号2和引道编号3，以及信号灯配时信息，判断机动车a以当前时速v＝30km/h，于8:00:15到达所在引道3下游交叉口停车线时，引道3的信号灯为红灯。

(8)因为机动车a理想时速v′＝0.8vmax＝48km/h，机动车a当前时速v＝30km/h，所以v′＞v，则车载终端预测机动车a以加速度a＝2m/s，匀加速到理想时速v′＝48km/h，到达所在引道3下游交叉口停车线的时刻为8:00:17。

车载终端预测过程为：

机动车a从当前时速v加速到理想时速v’所需时间t1＝(v’-v)/a＝5秒，加速期间行驶过的路程s1＝0.5*at1²＝25米，s1＜d23，所以机动车a在到达所在引道3下游交叉口停车线之前能够加速到理想速度v’，并以v’匀速行驶到达停车线。则机动车a以加速度a＝2米/秒，匀加速到理想时速v’＝48千米/小时，到达所在引道3下游交叉口停车线的时刻tk’＝t0+(v’²-v²)/2av’+d23/v＝8:00:17。

(9)机动车的车载交叉口信号配时控制信息接收装置根据实时预测机动车a加速到理想时速v’到达交叉口停车线的时刻8:00:17，机动车a所在的路口编号2和引道编号3，以及信号灯配时信息，通过机动车车速辅助诱导方法，判断机动车a以加速度a＝2米/小时，加速到理想时速v’＝48千米/小时，于8:00:17到达所在引道3下游交叉口停车线时，引道3的信号灯为红灯，车载交叉口信号配时控制信息接收装置发布语音提醒，表明机动车a需减速停车等待。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。