基于车路交互协调的电动车占道管控系统和路口管控方法与流程

本发明涉及一种道路交通管控技术领域，尤其涉及基于车路交互协调的管控系统和方法。

背景技术：

随着城市建设发展速度的不断增加，城市交通状况日益严重，交通事故逐渐多发，尤其是电动车作为城市公共交通的重要组成部分，机动车与电动车的冲突日益显现。

电动车在交通路口超出斑马线的位置等候红绿灯，或是直接闯过红灯都会使机动车需要避让电动车从而造成路口通行效率大大降低，加剧了路口处的交通混乱。由于电动车体积小，视野开阔，行驶较为灵活多变，违章成本较低，对其违章行驶的处罚较难以实现，因而电动车在交通路口处的违章行为更加普遍。

目前已经出现针对电动车占用机动车道的措施：中国专利号cn106971542a公开了一种基于rfid的监控非机动车非法驶入机动车道的系统及其方法，主要利用了物联网的技术对非机动车感应识别监控然后记录违章信息。电动车闯入铺设有地感线圈的机动车道，触发路边的设备对其信息进行识别记录，并将违章信息发送给电动车车主。

中国专利号cn105046969a公开了一种电动车闯红灯智能罚时控制系统，利用交通信号灯的状态与地面发射器和监控器等设施相协调，电动车上安装的控制器在接收到路口位置的监测器信号，判定为闯红灯后，控制器调控与之连接的电瓶车电源断电，一段时间后使电源重新接通。此方法实现了对闯红灯行为的限时处罚。

中国专利号cn105857277a公开了一种用于电动车的红绿灯控制装置，利用电动车上加装的速度和加速度传感器和路面检测系统将信息发往主微处理器，当主微处理器判定为闯红灯行为后，电车启动报警装置并进行紧急制动，以此方法降低事故发生的可能性。

我国城市中人口众多，电动车数量众多，很多人上下班的通勤路上需要依靠电动车，上下班高峰时段电动车非常密集，十字路口处电动车闯红灯现象事实上难以杜绝。上述现有的管控措施没有进行机动车、电动车以及信号灯等道路设施的三方交互，机动车未参与其中，在路口没有机动车而电动车很多时，仍然会对电动车进行断电等管控，不能做到仅记录而不管控。这样，在路口没有机动车而电动车很多时，上述现有的方法会加重路口的拥堵现象，不能有效地缓解交通压力。由于机动车未参与其中，因此，在路口没有机动车时，现有的管控方法不能做到事后处罚，只能当场限行，因此可能会使得本来不拥堵的路口因为管控而变得拥堵起来，使众多电动车在路口停下，影响后续到达的机动车的顺畅通行。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于车路交互协调的电动车占道管控系统，在电动车路口闯红灯违法事实上不能杜绝的情况下，保证路口道路通行参与者能够更安全、更有效率地通过路口。

为实现上述目的，本发明的基于车路交互协调的电动车占道管控系统用于十字路口交通协调，十字路口包括东西向西侧分路口、东西向东侧分路口、南北向南侧分路口和南北向北侧分路口，共计四个分路口；四个分路口之间围成中央区域；东西向西侧分路口和东西向东侧分路口互为对向分路口，南北向南侧分路口和南北向北侧分路口互为对向分路口；

每个分路口的地面设置有与中央区域相接的人行横道；每个分路口中，以指向中央区域中心处的方向为内向，以远离中央区域中心处的方向为外向；以站在分路口且面向中央区域中心处时的左侧为左向、相反方向为右向；

每个分路口的人行横道外侧由左至右设有对向来车非机动车道、对向来车机动车道、去往对向机动车道和去往对向非机动车道，各车道之间的地面上分别设有车道标线，每个分路口的各车道组成该分路口的总路面；

相邻两个分路口的总路面之间围成路角区域，路角区域包括位于中央区域西北角的西北路角区域、位于中央区域东北角的东北路角区域、位于中央区域东南角的东南路角区域和位于中央区域西南角的西南路角区域；

每个分路口的人行横道外侧地面设有车辆停止线，车辆停止线为各车道标线的终止线；

包括机动车车载机构、电动车车载机构和设置于每个分路口的分路口机构，分路口机构包括交通信号灯装置、地感线圈控制器、机动车地感线圈和电动车地感线圈；交通信号灯装置通过连接线与地感线圈控制器相连接，地感线圈控制器通过连接线与机动车地感线圈和电动车地感线圈相连接；

一个分路口机构的交通信号灯装置设置于该分路口正对的分路口的对向来车机动车道与对应的车辆停止线相接处的上方，该分路口机构的交通信号灯装置的交通信号灯朝向该分路口；

地感线圈控制器位于与该分路口相邻的路角区域的地面下方；机动车地感线圈位于分路口的人行横道地面下方；电动车地感线圈位于车辆停止线外侧5米处的对向来车非机动车道和去往对向非机动车道的地面下方；机动车地感线圈和电动车地感线圈均具有工作模式和睡眠模式，处于工作模式时，机动车地感线圈和电动车地感线圈均向上辐射磁场；处于睡眠模式时，机动车地感线圈和电动车地感线圈均停止辐射磁场；

机动车车载机构包括机动车ecu和车载雷达，机动车ecu连接有机动车磁检测传感器、机动车蓄电池、雷达控制器和网络协调器，机动车ecu通过连接线分别连接车载雷达和雷达控制器，雷达控制器通过连接线连接车载雷达；网络协调器用于建立无线个域网；

电动车车载机构包括电动车ecu，电动车ecu连接有电动车磁检测传感器、电动车蓄电池、角度传感器和无线路由器，无线路由器用于加入网络协调器建立的无线个域网，角度传感器用于测量电动车的转向角度，电动车ecu内预存有角度阈值和时间阈值。

东西向西侧分路口的地感线圈控制器位于西南路角区域，东西向东侧分路口的地感线圈控制器位于东北路角区域；南北向南侧分路口的地感线圈控制器位于东南路角区域，南北向北侧分路口的地感线圈控制器位于西北路角区域。

所述无线路由器采用zigbee无线路由器，所述网络协调器采用zigbee网络协调器。

所述车载雷达包括朝向机动车前方的前向雷达、朝向机动车侧方的侧向雷达和朝向机动车后方的后向雷达；车载雷达的探测距离为2±0.1米；角度阈值为25度，时间阈值为10分钟。

本发明还公开了使用上述基于车路交互协调的电动车占道管控系统的路口管控方法，该方法是：

东西向西侧分路口和东西向东侧分路口交通信号灯同步变化，南北向南侧分路口和南北向北侧分路口的交通信号灯同步变化；地感线圈控制器通过连接线接收到交通信号灯装置的信号，分为红灯信号、黄灯信号和绿灯信号；

四个分路口中，各交通信号灯装置不断发出交通信号灯信号，交通信号灯信号包括红灯信号、绿灯信号和黄灯信号；

各分路口机构中的地感线圈控制器分别接收相应分路口机构中的交通信号灯装置发出的交通信号灯信号；

地感线圈控制器接收到绿灯信号时控制相应的分路口机构中的机动车地感线圈进入工作模式并开始向上辐射磁场，同时控制相应的分路口机构中的电动车地感线圈进入休眠模式并停止向上辐射磁场；

地感线圈控制器接收到红灯信号时控制相应的分路口机构中的机动车地感线圈进入休眠模式并停止向上辐射磁场，同时控制相应的分路口机构中的电动车地感线圈进入工作模式并开始向上辐射磁场；

通过路口的机动车的机动车磁检测传感器检测到机动车地感线圈向上发射的磁场后，将检测到磁场的信号传递给机动车ecu；机动车ecu启动网络协调器，同时启动车载雷达探测机动车周围的电动车，开始对通过路口的电动车进行管控；

电动车在通过电动车地感线圈时，电动车磁检测传感器检测到电动车地感线圈向上发射的磁场后，将检测到磁场的信号传递给电动车ecu；电动车ecu启动无线路由器和角度传感器；角度传感器不断将检测到的角度信号传递给电动车ecu；

网络协调器启动后构建无线个域网；道路上行驶的电动车进入无线个域网的范围后，无线路由器与网络协调器进行无线通讯，无线路由器接受网络协调器为其分配的通信地址，加入该网络协调器构建的无线个域网中；

电动车在十字路口遇到红灯时，首先要通过电动车地感线圈后才能越过车辆停止线和人行横道进入中央区域；此时可能出现三种情况：

情况一：如果电动车在车辆停止线外侧停下，则由于车载雷达在通过人行横道处的机动车地感线圈向上发射的磁场后才启动，因此车载雷达检测不到该电动车，该电动车也并未进入通过中央区域的机动车的网络协调器所构建的无线个域网范围，因此该电动车不受通过中央区域的机动车的管控；

情况二：如果电动车未在车辆停止线外侧停下并进入中央区域或人行横道中，则该电动车进入正在通过中央区域的机动车的网络协调器所构建的无线个域网范围，由于距离最近的网络协调器的信号最强，因此该电动车通过其无线路由器加入到距离其最近的机动车的网络协调器所构建的无线个域网中；

然后，电动车ecu通过无线路由器将该电动车的电动车磁检测传感器检测到的信号传送给距离最近的机动车的网络协调器，网络协调器将该信号传送给机动车ecu；与此同时，该机动车的车载雷达探测到该电动车并将探测信号传递给机动车ecu；

当机动车ecu同时收到网络协调器传送的电动车磁检测传感器检测到的信号以及车载雷达探测到电动车的信号时，机动车ecu通过网络协调器、无线路由器向电动车ecu发出停止指令；如果电动车的角度传感器检测到的角度小于角度阈值，电动车ecu判断电动车在直行，电动车ecu控制电动车动力系统失电停止前进，停止前进的时间为所述时间阈值；

情况三：如果电动车的角度传感器检测到的角度大于等于角度阈值，则电动车ecu判断电动车在进行右拐弯，此时如果发生机动车ecu通过网络协调器、无线路由器向电动车ecu发出停止指令的情况，电动车ecu不予执行该停止指令，保障电动车顺利完成右拐弯动作；

进入十字路口的机动车驶离中央区域、经过对向分路口处的人行横道时，该机动车的机动车磁检测传感器检测到对向分路口处的机动车地感线圈所发射的磁场，机动车磁检测传感器将检测到磁场的信号传递给机动车ecu，机动车ecu关闭网络协调器，同时关闭车载雷达，从而不再管控通过路口的电动车。

网络协调器构建的无线个域网的范围是以网络协调器为圆心、半径为5±0.5米的圆。

本发明具有如下的优点：

本发明在通过路口的机动车、通过路口的电动车和路口道路设施（各分路口机构）之间建立三方互动，使机动车在通过十字路口时临时获得管控电动车的权限，保障了机动车在路口处的正常通行权不被灵活机动的电动车所侵犯，保障了路口通行安全，同时在没有机动车通过路口时只记录而不干预电动车的通行，从而可以事后处罚电动车违法，而不是当场限行，避免使本来不拥堵的路口变得拥堵起来。

本发明的机动车车载机构、电动车车载机构和分路口机构结构简单，运用现有技术组成了基于车路交互协调的电动车占道管控系统，实现了路口处机动车、电动车和路口道路设施的三方互动，对路口处的电动车进行更加合理地管控。

本发明能够在电动车闯红灯进入路口（中央区域及人行横道范围内）后，在距离机动车很近（2±0.1米以内）时，切断电动车的动力系统的供电，从而避免电动车利用其灵活性争夺通行权，保障机动车正常的道路通行权。

使用本发明后，电动车在路口无法利用其灵活性强行争夺道路通行权，保障了交通规则的实施，在道路拥挤时有利于保障道路通行秩序，提高道路畅通程度。

同时，在路口没有机动车通过时，只利用路口现有监控设备对闯红灯的电动车进行拍照记录但并不对其断电，从而避免在没有机动车通过时也使众多电动车停在路口、反而不利于实现提高道路畅通程度的目标。

本发明由之前单一的交通信号灯管控电动车增加了机动车管控因素：在无线个域网下，本发明各装置之间进行无线通信，机动车在绿灯时刻驶入路口检测到地感线圈辐射的电磁波时其机动车车载机构开始对路口电动车进行临时管控，当机动车探测到周围存在电动车时，该机动车会通过无线个域网对探测到的占道电动车发出停止前进的控制指令，机动车驶离路口后该权限立即取消，机动车本身也受到交通信号灯的监管控制。本发明对电动车占道行为进行了有效的遏制，且适应于交通路口各个时段各种路况，对电动车的管控更加合理。

本发明只需在路口入口处铺设一些感应线圈和搭载少许车载硬件，成本低廉；车载雷达可以利用现有的机动车防碰撞车载雷达，不需要另外搭建，从而大大降低了系统成本，总体成本较低，路口管控效果相较以往效果提升明显，保障机动车正常的路口通行权不被灵活机动的电动车所侵犯，又避免对电动车过度管控增加路口拥堵现象，具有很大的市场潜力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明在十字路口的布置图。

具体实施方式

本发明中的左右方向以面朝向中央区域6时的左侧为左向，右侧为右向。

如图1至图2所示，本发明的基于车路交互协调的电动车占道管控系统用于十字路口交通协调，十字路口包括东西向西侧分路口1、东西向东侧分路口2、南北向南侧分路口3和南北向北侧分路口4，共计四个分路口；四个分路口之间的人行横道5围成中央区域6；东西向西侧分路口1和东西向东侧分路口2互为对向分路口，南北向南侧分路口3和南北向北侧分路口4互为对向分路口；

每个分路口的地面设置有与中央区域6相接的所述人行横道5；每个分路口中，以指向中央区域6中心处的方向为内向，以远离中央区域6中心处的方向为外向；以站在分路口且面向中央区域6中心处时的左侧为左向、相反方向为右向；

每个分路口的人行横道5外侧由左至右设有对向来车非机动车道7、对向来车机动车道8、去往对向机动车道9和去往对向非机动车道10，各车道之间的地面上分别设有车道标线11，每个分路口的各车道组成该分路口的总路面；

每个分路口中，对向来车非机动车道7和对向来车机动车道8位于去往对向机动车道9和去往对向非机动车道10的左方，对向来车非机动车道7和对向来车机动车道8用于对向分路口中的车辆以及右拐至本分路的车辆向本分路口行驶，去往对向机动车道9和去往对向非机动车道10用于本分路口中的车辆去往对向分路口或者右拐。

相邻两个分路口的总路面之间围成路角区域，路角区域包括位于中央区域6西北角的西北路角区域12、位于中央区域6东北角的东北路角区域13、位于中央区域6东南角的东南路角区域14和位于中央区域6西南角的西南路角区域15；

每个分路口的人行横道5外侧地面设有车辆停止线16，车辆停止线16为各车道标线11的终止线；

本发明的基于车路交互协调的电动车占道管控系统包括机动车车载机构、电动车车载机构和设置于每个分路口的分路口机构，分路口机构与分路口一一对应设置；

分路口机构包括交通信号灯装置17、地感线圈控制器18、机动车地感线圈19和电动车地感线圈20；交通信号灯装置17通过连接线与地感线圈控制器18相连接，地感线圈控制器18通过连接线与机动车地感线圈19和电动车地感线圈20相连接；

一个分路口机构的交通信号灯装置17设置于该分路口180度正对的分路口的对向来车机动车道8与对应的车辆停止线16相接处的上方，该分路口机构的交通信号灯装置17的交通信号灯朝向该分路口；即，东西向西侧分路口1的交通信号灯装置17设置于东西向东侧分路口2的对向来车机动车道8与车辆停止线16相接处的上方，该交通信号灯装置17朝向东西向西侧分路口1设置。

地感线圈控制器18位于与该分路口相邻的路角区域的地面下方；机动车地感线圈19位于分路口的人行横道5地面下方；电动车地感线圈20位于车辆停止线16外侧5米处的对向来车非机动车道7和去往对向非机动车道10的地面下方（图2仅为示意图，未按实际比例绘图，因此图2中显示的电动车地感线圈20与车辆停止线16之间的距离较短）；机动车地感线圈19和电动车地感线圈20均具有工作模式和睡眠模式（睡眠模式即待机模式），处于工作模式时，机动车地感线圈19和电动车地感线圈20均向上辐射磁场；处于睡眠模式时，机动车地感线圈19和电动车地感线圈20均停止辐射磁场；

机动车车载机构包括机动车ecu21和车载雷达22，机动车ecu21连接有机动车磁检测传感器23、机动车蓄电池24、雷达控制器25和网络协调器26，机动车ecu21通过连接线分别连接车载雷达22和雷达控制器25，雷达控制器25通过连接线连接车载雷达22；机动车磁检测传感器23用于检测机动车地感线圈19是否向外辐射磁场。网络协调器26用于建立无线个域网；

电动车车载机构包括电动车ecu27，电动车ecu27连接有电动车磁检测传感器28、电动车蓄电池29、角度传感器30和无线路由器31，无线路由器31用于加入网络协调器26建立的无线个域网，角度传感器30用于测量电动车的转向角度。电动车ecu27内预存有角度阈值和时间阈值；

东西向西侧分路口1的地感线圈控制器18位于西南路角区域15，东西向东侧分路口2的地感线圈控制器18位于东北路角区域13；南北向南侧分路口3的地感线圈控制器18位于东南路角区域14，南北向北侧分路口4的地感线圈控制器18位于西北路角区域12。

其中，机动车磁检测传感器23、雷达控制器25和网络协调器26分别通过串口通信与机动车ecu21相连接。角度传感器30、无线路由器31分别通过串口通信与电动车ecu27相连接。机动车ecu21和电动车ecu27均采用51单片机。

所述无线路由器31优选采用zigbee无线路由器，所述网络协调器26优选采用zigbee网络协调器。

zigbee网络协调器26组建的是基于ieee802.15.4协议的无线个人局域网，简称无线个域网，它是一种近距离低功耗双向无线通信技术。zigbee网络协调器26使用cc2530芯片、8051微处理器、rf收发器和2.4g载频棒状天线。

所述车载雷达22包括朝向机动车前方的前向雷达、朝向机动车侧方的侧向雷达和朝向机动车后方的后向雷达；车载雷达22的探测距离为2±0.1米；角度阈值为25度，时间阈值为10分钟。

本发明还公开了使用上述基于车路交互协调的电动车占道管控系统的路口管控方法，该方法是：

东西向西侧分路口1和东西向东侧分路口2交通信号灯同步变化，南北向南侧分路口3和南北向北侧分路口4的交通信号灯同步变化；地感线圈控制器18通过连接线接收到交通信号灯装置17的信号，分为红灯信号、黄灯信号和绿灯信号；

四个分路口中，各交通信号灯装置17不断发出交通信号灯信号（180度相对的两个分路口的交通信号灯的信号总是同步的），交通信号灯信号包括红灯信号、绿灯信号和黄灯信号；

各分路口机构中的地感线圈控制器18分别接收相应分路口机构中的交通信号灯装置17发出的交通信号灯信号；

地感线圈控制器18接收到绿灯信号时控制相应的分路口机构中的机动车地感线圈19进入工作模式并开始向上辐射磁场，同时控制相应的分路口机构中的电动车地感线圈20进入休眠模式并停止向上辐射磁场；

地感线圈控制器18接收到红灯信号时控制相应的分路口机构中的机动车地感线圈19进入休眠模式并停止向上辐射磁场，同时控制相应的分路口机构中的电动车地感线圈20进入工作模式并开始向上辐射磁场；

通过路口的机动车的机动车磁检测传感器23检测到机动车地感线圈19向上发射的磁场后，将检测到磁场的信号传递给机动车ecu21；机动车ecu21通过串口通信启动zigbee网络协调器26，同时启动车载雷达22（包括前向雷达、侧向雷达和后向雷达）探测机动车周围的电动车，开始对通过路口的电动车进行管控；

电动车在通过电动车地感线圈20时，电动车磁检测传感器28检测到电动车地感线圈20向上发射的磁场后，将检测到磁场的信号传递给电动车ecu27；电动车ecu27通过串口通信启动zigbee无线路由器31和角度传感器30；角度传感器30不断将检测到的角度信号传递给电动车ecu27；

zigbee网络协调器26启动后构建无线个域网；道路上行驶的电动车进入无线个域网的范围后，zigbee无线路由器31与zigbee网络协调器26进行无线通讯，zigbee无线路由器31接受zigbee网络协调器26为其分配的通信地址，加入该zigbee网络协调器26构建的无线个域网中；

电动车在十字路口遇到红灯时，首先要通过电动车地感线圈20后才能越过车辆停止线16和人行横道5进入中央区域6；此时可能出现三种情况：

情况一：如果电动车在车辆停止线16外侧停下，则由于车载雷达22在通过人行横道5处的机动车地感线圈19向上发射的磁场后才启动，因此车载雷达22检测不到该电动车，该电动车也并未进入通过中央区域6的机动车的zigbee网络协调器26所构建的无线个域网范围，因此该电动车不受通过中央区域6的机动车的管控；

情况二：如果电动车未在车辆停止线16外侧停下并进入中央区域6或人行横道5中，则该电动车进入正在通过中央区域6的机动车的zigbee网络协调器26所构建的无线个域网范围，由于距离最近的zigbee网络协调器26的信号最强，因此该电动车通过其zigbee无线路由器31加入到距离其最近的机动车的zigbee网络协调器26所构建的无线个域网中；

然后，电动车ecu27通过zigbee无线路由器31将该电动车的电动车磁检测传感器28检测到的信号传送给距离最近的机动车的zigbee网络协调器26，zigbee网络协调器26将该信号传送给机动车ecu21；与此同时，该机动车的车载雷达22探测到该电动车并将探测信号传递给机动车ecu21；

当机动车ecu21同时收到zigbee网络协调器26传送的电动车磁检测传感器28检测到的信号以及车载雷达22探测到电动车的信号时，机动车ecu21通过zigbee网络协调器26、zigbee无线路由器31向电动车ecu27发出停止指令；如果电动车的角度传感器30检测到的角度小于角度阈值，电动车ecu27判断电动车在直行，电动车ecu27控制电动车动力系统失电停止前进，停止前进的时间为所述时间阈值；

情况三：如果电动车的角度传感器30检测到的角度大于等于角度阈值，则电动车ecu27判断电动车在进行右拐弯，此时如果发生机动车ecu21通过zigbee网络协调器26、zigbee无线路由器31向电动车ecu27发出停止指令的情况，电动车ecu27不予执行该停止指令，保障电动车顺利完成右拐弯动作；

进入十字路口的机动车驶离中央区域6、经过对向分路口处的人行横道5时，该机动车的机动车磁检测传感器23检测到对向分路口处的机动车地感线圈19所发射的磁场，机动车磁检测传感器23将检测到磁场的信号传递给机动车ecu21，机动车ecu21通过串口通信关闭zigbee网络协调器26，同时关闭车载雷达22，从而不再管控通过路口的电动车。

zigbee网络协调器26构建的无线个域网的范围是以zigbee网络协调器26为圆心、半径为5±0.5米的圆。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。