本发明涉及基于地面灯板的待行区车辆引导辅助信号控制系统及方法。
背景技术：
传统车辆待行区的设计方法为：首先确定本相位与上一相位冲突点的位置，然后在本相位来车方向预留出安全距离，最后延伸到停车线。这种车辆待行区设计方法能提高交叉口的通行能力，但非常有限。
当车辆待行区设计较短时会存在以下问题，当上一相位绿灯启亮后，排队车辆允许进入车辆待行区，但待行区的长度会逐渐分散到排队车辆之间，只起到前移部分车辆的作用，对于后方排队车辆没有任何作用。
当车辆待行区较长时会有以下问题，当上一相位绿灯启亮后，排队车辆允许进入车辆待行区，排队车辆整体前移但造成了二次停车，这不仅增加了驾驶员的驾驶难度，也造成了环境的污染和资源的浪费。
发明专利《城市交叉口综合待行区优化装置及其控制方法》中提出了一种车辆待行区的设置方法及其控制方法，不过其只适用于特定条件的交叉口，适用性较低，并且增大了驾驶员的驾驶难度以及生心理负荷。
文献《交叉口直行待行区的车辆延迟启动策略分析》提出了一种关于待行区的车辆延迟启动策略，其通过延迟车辆进入待行区的时间以实现减少二次停车的目的，其对于交叉口的控制只起到辅助作用。本发明通过装置以主动调节的方式，实现本相位绿灯启亮后车流以大流率通过交叉口的目的，与传统车辆待行区车辆允许进入的时间相比，车辆存在延迟进入待行区和提前进入待行区两种情况，与所述论文有本质区别。
技术实现要素：
为了解决现有技术的不足，本发明提供了基于地面灯板的待行区车辆引导辅助信号控制系统及方法；
作为本发明的第一方面，
基于地面灯板的待行区车辆引导辅助信号控制系统，包括：
灯板控制器，分别与交叉口信号控制器和灯板连接，所述交叉口信号控制器与交叉口信号灯连接；所述灯板控制器还与若干个线圈检测器连接；所述灯板沿着直行车道的方向，铺设在当前交叉口出口道的直行车道上；若干个线圈检测器成直线形式等间距铺设在交叉口进口道的直行车道上；若干个线圈检测器用于检测车辆排队长度，并将检测结果上传给灯板控制器；灯板控制器根据排队车辆长度，计算灯板绿色区域亮起的实际长度；
灯板控制器根据得到的灯板绿色区域亮起的实际长度和灯板绿色区域启亮的时间，控制灯板绿色区域启亮，进而控制车辆通行；并且通过灯板中红色区域缩短或绿色区域变长的预设速度来引导车辆通过当前交叉口。
作为本发明的进一步改进，所述灯板的起点设置在停车线的靠近交叉口侧，距离停车线第一设定距离；所述灯板的终点设置在停车线的远离交叉口侧，距离停车线第二设定距离。
作为本发明的进一步改进，线圈检测器与线圈检测器之间的间距为一辆车的长度；其中，第一个线圈检测器铺设在灯板的终点，最后一个线圈检测器铺设在当前直行车道的终点。
所述交叉口信号控制器控制交叉口信号灯的红黄绿颜色变换。
作为本发明的进一步改进，所述灯板控制器根据排队车辆长度，计算灯板绿色区域亮起的实际长度：
灯板控制器通过灯板控制器中所采集的当前直行车道最近五个相位的历史车辆排队长度，预测下一相位的直行车辆排队长度；然后计算出排队车辆在待行区中运行的时长；
根据排队车辆在待行区中的运行时长，计算出灯板绿色区域亮起的理论长度；
将排队车辆在绿色区域亮起的理论长度中运行的时长与上一相位绿灯时长进行比较，得到灯板绿色区域亮起的实际长度。
作为本发明的进一步改进，计算待行区绿色区域启亮时间与本相位主信号灯绿灯启亮时间的时间差，本相位主信号灯启亮的时间减去时间差，就是灯板绿色区域启亮的时间。
作为本发明的第二方面，
基于地面灯板的待行区车辆引导辅助信号控制方法，包括：
步骤(1)：铺设在交叉口进口道直行车道上的线圈检测器检测排队车辆长度，并将检测结果传输给灯板控制器；
步骤(2)：灯板控制器根据排队车辆长度，计算灯板绿色区域亮起的实际长度；
步骤(3)：灯板控制器根据得到的灯板绿色区域亮起的实际长度，设置灯板中红色区域的长度；根据灯板绿色区域启亮的时间，控制灯板绿色区域启亮，进而控制车辆通行；并且通过灯板中红色区域缩短或绿色区域变长的预设速度来引导车辆通过当前交叉口；
步骤(4)：车辆启动时，返回步骤(1)，开始下一次的车辆待行区引导。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)的步骤为：
灯板控制器根据线圈检测器采集的最近五个相位的车辆历史排队长度，计算出下一相位的直行车辆排队的长度；计算出排队车辆在待行区内运行的时长；根据排队车辆在待行区内运行的时长，计算出灯板绿色区域亮起的理论长度；将排队车辆在绿色区域亮起的理论长度中运行的时长与上一相位绿灯时长进行比较，得到灯板绿色区域亮起的实际长度。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)中灯板控制器中储存的历史排队长度每5个相位为一组数据，通过一组数据对下一相位排队长度进行预测：
最近五次的历史排队长度为la,lb,lc,ld,le，如果得到新的历史排队长度lf，则下一相位车辆排队长度l0的预测结果为
作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)中，计算出排队车辆在待行区内运行的时长t1为：
其中，k1表示待行区内车辆密度；v1表示预设待行区引导速度；
作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)中灯板绿色区域亮起的理论长度l1的公式为：
l1＝l0-k0l0x；
其中，l0表示下一相位车辆排队长度；k0表示进口道排队车辆密度；x表示一辆车占用的长度；
作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)中，将排队车辆在待行区中运行的时长与上一相位绿灯时长进行比较，得到待行区的实际长度，是指：
如果t1≤t4，则证明排队车辆在上一相位绿灯时长t4时间内能完全实现排队车辆的启动且不造成二次停车，则待行区的起点为本相位与上一相位的冲突点；
如果t1>t4，则证明在上一相位绿灯时长t4时间内排队车辆无法实现排队车辆的启动且不造成二次停车，则待行区的起点为本相位与上数第二个相位的冲突点。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(3)计算待行区绿色区域启亮时间与本相位主信号灯绿灯启亮时间的时间差，本相位主信号灯启亮的时间减去时间差，就是灯板绿色区域启亮的时间。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(3)中，
灯板上红色区域缩短的时间与本相位主信号灯绿灯启亮的时间差t2为：
t表示上两个相位绿灯时长t3与t4之和，其中t4表示上一相位绿灯的时长。t3表示上数第二个相位绿灯的时长。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过控制车辆待行区的长度和排队车辆允许进入待行区的时间，实现了使排队车辆提前启动且整体前移的效果，实现了当本相位绿灯启亮后车流以大流率通过交叉口的目的，且有效减少甚至避免了二次停车。
本发明与发明专利《城市交叉口综合待行区优化装置及其控制方法》相比减少了驾驶员的驾驶难度与生心理负荷，且适用范围更加广泛；本发明与传统待行区相比更加智能化，更加能够适应于多变的交通环境。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的装置连接示意图；
图2为装置安装位置简图；
图3为数据介绍简图；
图4为工作步骤流程简图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
作为本发明的第一个实施例，如图1所示，
基于地面灯板的待行区车辆引导辅助信号控制系统，包括：
灯板控制器，分别与交叉口信号控制器和灯板连接，所述交叉口信号控制器与交叉口信号灯连接；所述灯板控制器还与若干个线圈检测器连接；
所述灯板沿着直行车道的方向，铺设在当前交叉口出口道的直行车道上；所述灯板的起点设置在停车线的靠近交叉口侧，距离停车线第一设定距离；所述灯板的终点设置在停车线的远离交叉口侧，距离停车线第二设定距离；
若干个线圈检测器成直线形式等间距铺设在交叉口进口道的直行车道上；线圈检测器与线圈检测器之间的间距为一辆车的长度；其中，第一个线圈检测器铺设在灯板的终点，最后一个线圈检测器铺设在当前直行车道的终点；线圈检测区用于检测车辆排队长度，并将检测结果上传给灯板控制器；所述交叉口信号控制器控制交叉口信号灯的红黄绿颜色变换；
所述灯板控制器通过灯板控制器中所采集的当前直行车道最近五个相位的历史车辆排队长度，预测下一相位的直行车辆排队长度；然后计算出排队车辆在待行区中运行的时长；
根据排队车辆在待行区中的运行时长，计算出灯板绿色区域亮起的理论长度；
将排队车辆在绿色区域亮起的理论长度中运行的时长与上一相位绿灯时长进行比较，得到灯板绿色区域亮起的实际长度；
灯板控制器根据得到的灯板绿色区域亮起的实际长度，设置灯板中红色区域的长度；计算待行区绿色区域启亮时间与本相位主信号灯绿灯启亮时间的时间差，本相位主信号灯启亮的时间减去时间差，就是灯板绿色区域启亮的时间；根据灯板绿色区域启亮的时间，控制灯板绿色区域启亮，进而控制车辆通行；并且通过灯板中红色区域缩短或绿色区域变长的预设速度来引导车辆通过当前交叉口。
作为本发明的第二个实施例，
基于地面灯板的待行区车辆引导辅助信号控制方法，包括：
步骤(1)：铺设在交叉口进口道直行车道上的线圈检测器检测排队车辆长度，并将检测结果传输给灯板控制器；
步骤(2)：灯板控制器根据线圈检测器采集的最近五个相位的车辆历史排队长度，计算出下一相位的直行车辆排队的长度；
计算出排队车辆在待行区内运行的时长；
根据排队车辆在待行区内运行的时长，计算出灯板绿色区域亮起的理论长度；
将排队车辆在绿色区域亮起的理论长度中运行的时长与上一相位绿灯时长进行比较，得到灯板绿色区域亮起的实际长度；
步骤(3)：灯板控制器根据得到的灯板绿色区域亮起的实际长度，设置灯板中红色区域的长度；计算待行区绿色区域启亮时间与本相位主信号灯绿灯启亮时间的时间差，本相位主信号灯启亮的时间减去时间差，就是灯板绿色区域启亮的时间；根据灯板绿色区域启亮的时间，控制灯板绿色区域启亮，进而控制车辆通行；并且通过灯板中红色区域缩短或绿色区域变长的预设速度来引导车辆通过当前交叉口；
步骤(4)：车辆启动时，返回步骤(1)，开始下一次的车辆待行区引导。
所述步骤(2)中灯板控制器中储存的历史排队长度每5个相位为一组数据，通过一组数据对下一相位排队长度进行预测：
最近五次的历史排队长度为la,lb,lc,ld,le，如果得到新的历史排队长度lf，则下一相位车辆排队长度l0的预测结果为
所述步骤(2)中，计算出排队车辆在待行区内运行的时长t1为：
其中，k1表示待行区内车辆密度；v1表示预设待行区引导速度；
所述步骤(2)中灯板绿色区域亮起的理论长度l1的公式为：
l1＝l0-k0l0x；
其中，l0表示下一相位车辆排队长度；k0表示进口道排队车辆密度；x表示一辆车占用的长度；
所述步骤(2)中，将排队车辆在待行区中运行的时长与上一相位绿灯时长进行比较，得到待行区的实际长度，是指：
如果t1≤t4，则证明排队车辆在上一相位绿灯时长t4时间内能完全实现排队车辆的启动且不造成二次停车，则待行区的起点为本相位与上一相位的冲突点；
如果t1>t4，则证明在上一相位绿灯时长t4时间内排队车辆无法实现排队车辆的启动且不造成二次停车，则待行区的起点为本相位与上数第二个相位的冲突点。
所述步骤(3)中，灯板上红色区域缩短的时间与本相位主信号灯绿灯启亮的时间差t2为：
t表示上两个相位绿灯时长t3与t4之和，其中t4表示上一相位绿灯的时长。t3表示上数第二个相位绿灯的时长。
根据所预测出的排队长度，灯板控制器进行计算后，通过控制地面铺设的led面板的颜色，实现调控下游交叉口车辆待行区的长度和车辆允许进入待行区的时间。目的是通过控制待行区的长度和车辆允许进入的时间使排队车辆全部启动。本发明不仅能够实现传统待行区以空间换取时间的功能，还能保证本相位绿灯启亮时，车流以较大流率通过交叉口；且本发明与传统车辆待行区相比，减少甚至避免了二次停车。一种智能车辆待行区设计及控制方法更加适用于多变的交通环境。
为了实现上述功能本文以传统四相位交叉口中直行待行区为例进行说明。
如图4所示，基于地面灯板的待行区车辆引导辅助信号控制方法，其具体步骤为：
步骤一：灯板控制器通过所储存的上一组数据预测出排队车辆的长度，并且计算出待行区所需的长度，然后计算出排队车辆在待行区中运行的时长t1，并将时长t1与上一相位绿灯时长t4进行比较，
如果t1≤t4则证明排队车辆在t4时长内能完全实现所述功能，则待行区的起点为本相位与上一相位的冲突点(已减去安全距离)，记为起点a；
如果t1>t4则证明在上一相位t4时长内排队车辆无法实现所述功能，则待行区的起点为与上数第二个相位的冲突点的位置(已减去安全距离)，记为起点b。如图3所示。
步骤二：灯板控制器根据得到的灯板绿色区域亮起的实际长度，设置灯板中红色区域的长度；并且通过灯板中红色区域缩短或绿色区域变长的预设速度来引导车辆通过当前交叉口；
步骤三：车辆启动时，铺设在交叉口进口道的直行车道上线圈检测器再次检测排队车辆长度，并将检测结果传输给灯板控制器，开始下一个循环。装置安装位置简图见图1和图2所示；
灯板控制器通过调节led灯板中红色区域的长度来实现调节直行待行区的长度。并且通过led面板中红色区域变绿的时间和速度来引导排队车辆按照一定的速度通过交叉口。工作步骤流程简图见图4；
灯板控制器的计算原理为
待行区内的车辆密度为
排队车辆起动时，起动波波速为
起动波传到队尾的时长为
通过计算的得出车辆在待行区内运行的时长(起动波传播的时长)为
通过计算的得出车辆允许进入待行区的时间较本相位主信号绿灯启亮的时间差为
车辆在待行区所运行的时长为
通过计算的得出待行区的长度为l1＝l0-k0l0x
其中v1表示预设待行区引导速度，w1表示排队车辆启动波传播速度，x表示一车辆所占用的空间(车辆自身的长度加上车辆之间的间距一般取7m)，k0表示进口道排队车辆密度且k0＝kj，k1表示待行区内车辆密度；t1表示起动波传播的时长及车辆在待行区中运行的时长；t2表示车辆允许进入待行区的时间较本相位主信号绿灯启亮的时间差；t表示上两个相位绿灯时长t3与t4之和，其中t4表示上一相位绿灯的时长。t3表示上数第二个相位绿灯的时长。n表示路段内能容纳的车辆数。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。