基于智能车载设备的无信号交叉口通行权分配系统及方法与流程

本发明属于智能交通领域，具体涉及一种基于智能车载设备的无信号交叉口通行权分配系统及方法。

背景技术：

无信号交叉口通行权是指交通参与者利用相关的时间资源和空间资源通过交叉口的权利。在实际道路交通网络中，存在大量的通行权限相近的或通行权限不明确的无信号交叉口，在这些交叉口，常常发生交通冲突，出现交通拥堵或交通事故，降低了交叉口的通行效率和通行安全，因此无信号交叉口通行权分配已成为迫在眉睫的问题。我们希望车辆在无信号交叉口运行过程中，刚好不发生交通冲突为佳，为此人们需要一种设备能够提前检测到无信号交叉口周边的车辆运行信息和环境信息，给出车辆运行的变化建议，以避免与其他车辆发生交通冲突或交通事故。

当前机动车在无信号交叉口运行的情况是靠车辆驾驶员观察周边车辆运行信息和交通环境信息，来建立相应的驾驶决策，调整车辆的运行，但驾驶员对周边车辆运行信息的判断存在较强的不确定性，且驾驶员的视野会受到交叉口处车辆、树木等客体的遮挡，难以采取快速有效的应对措施，易于引起车辆运行延误，且在紧急情况下存在安全隐患。

目前，在智能车路协同研究方面我国仍处于起步阶段，而针对交叉口车辆安全通行方面的研究也仅限于危险环境感知、智能信号控制等。比如基于自然排队思想，采用路中时间提醒装置使驾驶员获得无信号交叉口通行信息，对车队进行主动调整，达到自然排队的效果，从而在交叉口形成有序交通流。采用这种方法，虽然能够避免车辆间的碰撞，但没有实现无信号交叉口车辆通行权的优化和重新分配，不能提高交叉口车辆的通行效率；没有对交叉口车辆的速度进行引导，达不到节省时间的效果；并且也没有考虑到驾驶员的适应性。

基于以上问题，本发明以网联式自动驾驶技术为基础，在汽车上搭载传感器、控制器、执行器等装置，并结合现代通信与网络技术，实现道路交通感知，通过v2x进行信息交换和共享，从而获得周边所有的动态信息。在车辆接近无信号控制交叉口时每辆车都能掌握到交叉口范围内的全局信息，并做出最优决策，从而实现自动驾驶动能，安全、高效、有序的通过无信号控制交叉口。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于智能车载设备的无信号交叉口车辆通行权分配系统，包括车辆与路侧管理中心，所述车辆包括安装在车内的gps传感器、车载执行器，显示屏以及无线通信设备，所述路侧管理中心包括通用计算机与摄像设备。所述计算机中包含无线通信单元，所述计算机中还存储着车速引导模型；

所述gps传感器、车载执行器以及显示屏均与无线通信设备连接，所述无线通信设备与通用计算机通过无线通信单元实现信号传输，所述摄像设备与通用计算机连接；

所述gps传感器用于对车辆状态信息与车辆位置信息进行采集；

所述显示屏用于显示路权信息；

所述车载执行器在接收到路权信息后执行目标速度与加速度；

所述通用计算机用于实现无线通信单元与车速引导模型的信息传输；

所述无线通信设备用于将采集的车辆状态信息与车辆位置信息发送给路侧管理中心的无线通信单元，并接收无线通信单元发送的控制信息；

所述摄像设备用于捕捉收集车辆周围路况环境信息；

所述车速引导模型通过gps传感器与摄像设备采集的信息进行计算得出相位绿灯时长及最大绿灯时长，再通过相位绿灯时长及最大绿灯时长与路权请求车辆预计到达停止线的行驶时间比较得出路权分配结果以及车辆引导信息，然后通过无线通信单元发送给每一个路权请求车辆。

所述车辆状态信息包括速度、加速度、方向盘转角、发送机转速、油耗；

所述车辆位置信息包括绝对位置信息和相对位置信息；

所述绝对位置信息为以交叉口进口道上停车线为参照物，进口道上行驶车辆的位置信息；

所述相对位置信息为进口道上某一辆行驶车辆相对于其他行驶车辆的位置信息。

所述路况环境信息包括道路状况、周围车辆、行人、交通标志、障碍物。

所述路权信息为绿色代表获得路权，红色代表没有获得路权以及车辆引导信息；

所述车辆引导信息包括目标速度与加速度。

一种基于智能车载设备的无信号交叉口通行权分配方法，采用前述的一种基于智能车载设备的无信号交叉口通行权分配系统，包括以下步骤：

步骤1、车辆i进入交叉口范围内，车载通信设备自动向路侧管理中心发送路权请求；

步骤2、路侧管理中心的无线通信单元在接收到每辆车的路权请求后，将信息传输给通用计算机，通用计算机运行车速引导模型，将路权请求最多的车道确定为关键车道、统计该交叉口的关键车道的总流量q、计算总流量比y、计算最合适的周期长度c0及最小周期cm、计算第j相位绿灯时长gcj及其最大绿灯时长gcjmax；

其中qj为第j相位关键车道的流量；

其中s＝1800pcu/h；当y＞0.85时交叉口进入饱和状态；

其中l为一个信号周期内，所有相位的损失时间之和；

其中关键车道是指各相位中流量最大的车道；j∈(1,∞)；

步骤3、假设某一个交叉口的进口道上距路口距离为li某一车辆i，其预计到达停止线的行驶时间tp为：

如果tp≤gcj，车辆i在优化绿灯相位期间将通过交叉口，则引导该车辆匀速或加速通过交叉口；

如果gcj＜tp<gcjmax，如果不进行速度优化，车辆i将在优化绿灯相位时间结束后到达交叉口，可引导车辆减速行驶，最后在停车线处停车等待；如果进行速度优化，车辆i在优化绿灯相位期间将通过交叉口，则引导该车辆加速通过交叉口；

如果tp≥gcjmax，车辆i在优化绿灯相位期间将不能通过交叉口，需减速停车；

其中，vi为车辆i的速度；

步骤4、车速引导模型将计算出的路权信息通过无线通信单元发送给车辆，车辆将路权信息显示在显示屏上，车载执行器在接收到路权信息后执行对应的速度与加速度。

有益技术效果：

1、本发明能够预先判断无信号交叉口内是否存在交通冲突，为车辆快速、安全通过交叉口提供判断依据。无信号交叉口车辆通行权分配系统的提出，能够解决该类交叉口车辆冲突以及交通安全问题，为智能交通工程应用和推广提供必要技术保障。

2、本发明能够针对无信号交叉口冲突，提出基于车速引导的无信号交叉口优化控制方法，可有效避免出现交通信号灯中“两难区"的情况，安全性较交通灯控制会更高。

附图说明

图1为未安装智能车载设备的无信号交叉口交通冲突示意图；

图2为本发明实施例的系统框图；

图3为本发明实施例的车路协同系统示意图；

图4为本发明实施例的车上安装的智能装备示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明做进一步说明：

如图1所示，在实际道路交通网络中，存在大量的通行权限相近的或通行权限不明确的无信号交叉口，在这些交叉口，常常发生交通冲突，出现交通拥堵或交通事故，降低了交叉口的通行效率和通行安全。

如图2所示，本发明系统包括车辆与路侧管理中心，车辆包括安装在车内的gps传感器、车载执行器，显示屏以及无线通信设备，路侧管理中心包括通用计算机与摄像设备。计算机中包含无线通信单元，计算机中还存储着车速引导模型；

gps传感器、车载执行器以及显示屏均与无线通信设备连接，无线通信设备与通用计算计通过无线通信单元实现信号传输，摄像设备与通用计算机连接。

计算机用于实现无线通信单元与车速引导模型的信息传输。

步骤1、车辆i进入交叉口范围内，车载通信设备自动向路侧管理中心发送路权请求，首先，利用gps对汽车进行数据采集，包括车辆自身状态信息包括速度、加速度、方向盘转角、发送机转速、油耗；车辆位置信息，包括绝对位置信息和相对位置信息。

然后，通过无线通信设备将收集处理后的信息发送给路侧管理中心。路侧管理中心本身带有摄像设备，能够及时的捕捉收集车辆周围路况、环境信息包括道路状况、周围车辆、行人、交通标志、障碍物等。

步骤2、在接收到实时的车辆信息和采集到路况信息后，路侧管理中心在基于车速引导的基础上，对无信号交叉口进行优化控制，得出路权分配结果以及车辆引导信息，然后发送给每一个路权请求车辆。

通用计算机运行车速引导模型，将路权请求最多的车道确定为关键车道、统计该交叉口的关键车道的总流量q、计算总流量比y、计算最合适的周期长度c0及最小周期cm、计算第j相位绿灯时长gcj及其最大绿灯时长gcjmax；

其中qj为第j相位关键车道的流量；

其中s＝1800pcu/h；当y＞0.85时交叉口进入饱和状态；

其中l为一个信号周期内，所有相位的损失时间之和；

其中关键车道是指各相位中流量最大的车道；j∈(1,∞)；

步骤3、假设某一个交叉口的进口道上距路口距离为li某一车辆i，其预计到达停止线的行驶时间tp为：

如果tp≤gcj，车辆i在优化绿灯相位期间将通过交叉口，则引导该车辆匀速或加速通过交叉口；

如果gcj＜tp<gcjmax，如果不进行速度优化，车辆i将在优化绿灯相位时间结束后到达交叉口，可引导车辆减速行驶，最后在停车线处停车等待；如果进行速度优化，车辆i在优化绿灯相位期间将通过交叉口，则引导该车辆加速通过交叉口；

如果tp≥gcjmax，车辆i在优化绿灯相位期间将不能通过交叉口，需减速停车；

其中，vi为车辆i的速度；

步骤4、车速引导模型将计算出的路权信息通过无线通信单元发送给车辆，车辆将路权信息显示在显示屏上，车载执行器在接收到路权信息后执行对应的速度与加速度。

车辆车载单元接到控制信息解析后，在车内显示屏上显示路权信息“绿色”代表获得路权，“红色”代表没有获得路权以及车辆引导信息目标速度、加速度等。另外，只有获得道路使用权的车辆才允许进入交叉口。

该方法是将交叉口道路使用权以控制命令的方式通过信息交互点对点发送给各车辆，这样做的优势在于各车辆在进入交叉口前就能明确自身是应该在停车线前等待，亦或是以某一安全速度直接通过交叉口，该方法可有效避免出现交通信号灯中“两难区"的情况，安全性较交通灯控制会更高。

如图3所示，在通行权限不明确的无信号交叉路口设置路侧管理中心。路侧管理中心包括通用计算机与摄像设备。计算机中还存储着无线通信单元与车速引导模型；

无线通信设备用于将采集的车辆状态信息与车辆位置信息发送给路侧管理中心的无线通信单元；

摄像设备用于捕捉收集车辆周围路况环境信息；所述路况环境信息包括道路状况、周围车辆、行人、交通标志、障碍物；

车速引导模型将gps传感器与摄像设备采集的信息进行优化控制，得出路权分配结果以及车辆引导信息，然后发送给每一个路权请求车辆。

如图4所示，车辆上包括gps导航，无线通讯设备、显示屏以及车载执行器；在各车内安装gps导航系统、无线通信设备以及显示屏。当车辆逐渐到达交叉口排队时，gps导航系统对汽车的位置及速度信息进行采集，然后通过无线通信设备将收集处理后的信息发送给路侧管理中心。路侧管理中心本身带有摄像设备，能够及时的捕捉收集周围的路况信息。在接收到实时的车辆信息和采集到路况信息后，路侧管理中心在基于车速引导的基础上，对无信号交叉口进行优化控制，得出路权分配结果以及车辆引导信息，通过无线通行单元发送给每一个路权请求车辆。