交通信号灯信息交互方法、交叉路口预警方法及系统与流程

1.本发明涉及智能交通技术及通信技术领域，更具体地，涉及一种交通信号灯信息交互方法、交叉路口预警方法及系统。


背景技术：

2.随着社会的快速发展、移动互联网、物联网等先进技术的融入，我国交通事业也迎来了快速发展。交通运输部发布国家交通控制网和智慧公路试点通知，包括基础设施数字化、路运一体化车路协同、北斗高精度定位综合应用、基于大数据的路网综合管理、互联网+路网综合服务、新一代国家交通控制网。随着城市交通的智慧化、现代化、科技化发展，交叉路口的交通信号灯也在探索其在新时代交通体系的应用。
3.探索在交叉路口引发交通事故的原因中，驾驶人闯红灯现象是造成交通事故的其中一个主要原因，由闯红灯造成的交通事故呈上升趋势，2017年有近千人在闯红灯事故中丧生，是10年来的最高。在信号交叉口发生的交通事故中，有28％的死亡是驾驶人闯红灯造成的。闯红灯违法行为造成的经济损失也十分巨大。因此，如何减少交叉口闯红灯行为的发生，避免造成严重的后果，是目前亟待解决的交通安全难题。


技术实现要素：

4.提供了本发明以解决现有技术中存在的上述问题。因此，需要一种交通信号灯信息交互方法、交叉路口预警方法及系统，将车联网技术应用于交叉口信号灯，基于车路协同技术为交叉路口车辆提供信号灯的实时信息，为驾驶员提供安全可靠的驾驶建议，是降低交叉口闯红灯行为发生率的一个重要方法。
5.自然危险环境和社会危险环境组成了公路危险环境。自然危险环境存在着不可抗力，只能通过提前预警来降低自然灾害的危害，而社会危险环境主要是人为造成的，可以通过危险场景的提前警示和交通事故的尽早播报来避免交通事故和二次事故的发生。基于上述思路，提出了本发明。车路协同技术在通信上增加了智能车感知信息的能力，车联网平台与交通管理平台和气象部门进行互联互通，实现了智能车对自然危险环境和社会危险环境的提前获取。本发明分别对自然危险环境和社会危险环境分别提出了不同的预警方案。对于自然危险环境，首先气象局发布最新的自然危险环境信息，发布警示路段给车联网平台，然后受灾区域内的路侧单元对警示信息进行广播，广播范围的车载终端最终能够接收到警示信息，从而规避自然危险灾害。对于社会危险环境，首先智能车辆具备感知危险区域的能力，包括右转盲区警示、超速警示，从而尽可能避免事故发生，其次交通管理平台发布最新的交通事故和道路施工信息，发布警示路段给车联网平台，然后事故区域内的路侧单元对警示信息进行广播，广播范围的车载终端最终能够接收到警示信息，从而选择畅通路段。预警方案分别对有人驾驶车辆和无人驾驶车辆产生影响。预警信息对有人驾驶车辆的驾驶行为产生影响，而无人驾驶车辆通过改变通行策略对公路危险环境做出反应。本发明对车路协同的实际应用具有指导性作用，对道路上异质车流的研究也有借鉴意义。
6.根据本发明的第一方案，提供了一种交通信号灯信息交互方法，所述方法包括：
7.获取交通信号灯信息；将获取到交通信号灯信息的时间戳与采集到的交通信号灯信息的时间戳进行比较，通过下式调整信号灯信息：
8.tmodify＝time-(date1-date0)/1000
9.其中tmodify为调整后的交通信号灯剩余时间，time为采集到的交通信号灯剩余时间，date0表示交通采集信号灯信息时间戳的毫秒数，date1表示获取到交通信号灯信息时间戳的毫秒数；若time《(date1-date0)，则按红-绿-黄-红的顺序变换，未减去的秒数再按下一相位的周期时间减去，所得时间与相位即为调整后的交通信号灯信息。
10.进一步，所述获取交通信号灯信息包括：在交通信号控制机内安装交通信号机数据采集系统，所述交通信号机数据采集系统包括数据采集接口、数据处理接口、通讯接口、存储接口；所述数据采集接口配置为实时采集道路交通信号机的静态数据和动态数据，并发送至数据处理接口；所述静态数据包括道路交通信号机基础信息、路口位置信息、交通信号灯周期，所述动态数据包括交通信号灯使用状态、相位信息、剩余时间、时间戳；所述数据处理接口配置为接收数据采集接口采集到的静态数据和动态数据，并进行数据封包得到交通信号灯信息；所述通讯接口配置为接收数据处理接口的交通信号灯信息，并发送至车联网数据服务系统；所述交通信号机数据采集系统实时采集道路交通信号机的静态数据和动态数据，并进行数据封包得到交通信号灯信息，将交通信号灯信息发送至车联网数据服务系统；所述静态数据包括道路交通信号机基础信息、路口位置信息、交通信号灯周期，所述动态数据包括交通信号灯使用状态、相位信息、剩余时间、时间戳；通过所述车联网数据服务系统获取交通信号灯信息。
11.根据本发明的第二技术方案，提供一种交叉路口预警方法，所述方法包括：
12.根据如上所述的交通信号灯信息方法得到调整后的交通信号灯信息；判断前方是否有车；在前方无车的情况下：
13.根据道路交通信号灯的位置信息与本车的经纬度信息计算车辆到达路口的直线距离为d，
14.根据当前车速v，当前加速度a，计算车辆预计到达路口的时间t：
[0015][0016]
若此时相位为红灯或黄灯且t＜tmodify，则发出闯红灯预警；
[0017]
若此时相位为绿灯且t＞tmodify，则发出闯红灯预警；
[0018]
将本车经纬度信息与横向车道头车经纬度信息转化为gps坐标，分别为(x，y)、(xh，yh)，拟合两车的行驶轨迹，计算两车行驶轨迹的交点(xc，yc)；
[0019]
获取横向车道头车的速度vh和加速度ah；
[0020]
通过计算得本车与轨迹交点之间的距离s、横向车道头车与轨迹交点的距离sh，则本车预计到达轨迹交点的时间横向车道头车预计到达轨迹交点的时间若|t
1-th|≤1，发出交叉路口
碰撞预警。
[0021]
进一步，所述方法还包括：在前方有车的情况下：
[0022]
根据道路交通信号灯的位置信息与前车和本车的经纬度信息计算车辆到达路口的直线距离d1、d2，获取本车当前车速v2、本车当前加速度a2、前车当前车速v1，前车当前加速度a1，安全跟车距离为s；
[0023]
计算前车预计到达路口的时间为t1：
[0024][0025]
在此时相位为红灯或黄灯的情况下：
[0026]
当t1＞tmodify时，
[0027]
若并且则发出闯红灯预警；
[0028]
若则发出前车碰撞预警；
[0029]
当t1≤tmodify时，
[0030]
若并且则发出闯红灯预警；
[0031]
若则发出前车碰撞预警；
[0032]
在此时相位为绿灯的情况下：
[0033]
当t1≤tmodify时，
[0034]
若并且则发出闯红灯预警；
[0035]
若则发出前车碰撞预警；
[0036]
当t1＞tmodify时，发出闯红灯预警。
[0037]
根据本发明的第三技术方案，提供一种交通信号灯信息交互系统，所述系统包括车载终端，所述车载终端被配置为：获取交通信号灯信息；将获取到交通信号灯信息的时间戳与采集到的交通信号灯信息的时间戳进行比较，通过下式调整信号灯信息：
[0038]
tmodify＝time-(date1-date0)/1000
[0039]
其中tmodify为调整后的交通信号灯剩余时间，time为采集到的交通信号灯剩余时间，date0表示交通采集信号灯信息时间戳的毫秒数，date1表示获取到交通信号灯信息时间戳的毫秒数；若time《(date1-date0)，则按红-绿-黄-红的顺序变换，未减去的秒数再按下一相位的周期时间减去，所得时间与相位即为调整后的交通信号灯信息。
[0040]
进一步，所述系统还包括交通信号机数据采集系统，所述交通信号机数据采集系统安装在交通信号控制机内，所述交通信号机数据采集系统被配置为实时采集道路交通信号机的静态数据和动态数据，并进行数据封包得到交通信号灯信息，将交通信号灯信息发送至车联网数据服务系统；所述静态数据包括道路交通信号机基础信息、路口位置信息、交通信号灯周期，所述动态数据包括交通信号灯使用状态、相位信息、剩余时间、时间戳；所述车载终端被进一步配置为通过所述车联网数据服务系统获取交通信号灯信息。
[0041]
进一步，所述交通信号机数据采集系统包括数据采集接口、数据处理接口、通讯接口、存储接口；所述数据采集接口被配置为实时采集道路交通信号机的静态数据和动态数据，并发送至数据处理接口；所述静态数据包括道路交通信号机基础信息、路口位置信息、交通信号灯周期，所述动态数据包括交通信号灯使用状态、相位信息、剩余时间、时间戳；所述数据处理接口被配置为接收数据采集接口采集到的静态数据和动态数据，并进行数据封包得到交通信号灯信息；所述通讯接口被配置为接收数据处理接口的交通信号灯信息，并发送至车联网数据服务系统；所述存储接口被配置为将所述数据处理接口处理后得到的交通信号灯信息进行备份。
[0042]
根据本发明的第四技术方案，提供一种交叉路口预警系统，其特征在于，所述系统包括车载终端，所述车载终端包括数据处理模块，所处数据处理模块被配置为：
[0043]
根据如上所述的交通信号灯信息方法得到调整后的交通信号灯信息；判断前方是否有车；在前方无车的情况下：
[0044]
根据道路交通信号灯的位置信息与本车的经纬度信息计算车辆到达路口的直线距离为d，
[0045]
根据当前车速v，当前加速度a，计算车辆预计到达路口的时间t：
[0046][0047]
若此时相位为红灯或黄灯且t＜tmodify，则发出闯红灯预警；
[0048]
若此时相位为绿灯且t＞tmodify，则发出闯红灯预警；
[0049]
将本车经纬度信息与横向车道头车经纬度信息转化为gps坐标，分别为(x，y)、(xh，yh)，拟合两车的行驶轨迹，计算两车行驶轨迹的交点(xc，yc)；
[0050]
获取横向车道头车的速度vh和加速度ah；
[0051]
通过计算得本车与轨迹交点之间的距离s、横向车道头车与轨迹交点的距离sh，则本车预计到达轨迹交点的时间横向车道头车预计到达轨迹交点的时间若|t
1-th|≤1，发出交叉路口碰撞预警。
[0052]
进一步，所述数据处理模块被进一步配置为：在前方有车的情况下：
[0053]
根据道路交通信号灯的位置信息与前车和本车的经纬度信息计算车辆到达路口的直线距离d1、d2，获取本车当前车速v2、本车当前加速度a2、前车当前车速v1，前车当前加速度a1，安全跟车距离为s；
[0054]
计算前车预计到达路口的时间为t1：
[0055][0056]
在此时相位为红灯或黄灯的情况下：
[0057]
当t
＞
tmodify时，
[0058]
若并且则发出闯红灯预警；
[0059]
若则发出前车碰撞预警；
[0060]
当t1≤tmodify时，
[0061]
若并且则发出闯红灯预警；
[0062]
若则发出前车碰撞预警；
[0063]
在此时相位为绿灯的情况下：
[0064]
当t1≤tmodify时，
[0065]
若并且则发出闯红灯预警；
[0066]
若则发出前车碰撞预警；
[0067]
当t1＞tmodify时，发出闯红灯预警。
[0068]
进一步，所述车载终端还包括信息接收模块、自车信息采集模块、车载无线收发模块、摄像头、hud抬头显示模块以及语音报警模块；所述信息接收模块、自车信息采集模块、车载无线收发模块、摄像头、hud抬头显示模块、语音报警模块均与数据处理模块相连；所述信息接收模块利用通讯模组与车联网数据服务系统建立通信连接，其被配置为当车辆驶入服务范围内时，向车联网数据服务系统发送数据请求，接收交通信号灯信息，并将所述交通信号灯信息传输至数据处理模块；所述交通信号灯信息通过车联网数据服务系统将实时信号灯信息数据进行校验和解密后得到；所述自车信息采集模块被配置为采集本车的速度、加速度、航向角信息、经纬度信息，并传输至所述数据处理模块；所述车载无线收发模块被配置为接收前车以及横向车道头车的速度、加速度、经纬度信息，并传输至所述数据处理模块；所述摄像头被配置为获取车道标志信息，并传输至数据处理模块；所述hud抬头显示模块被配置为接收所述数据处理模块发出的交叉路口预警信息，并将所述交叉路口预警信息显示在屏幕上；所述语音报警模块被配置为接收所述数据处理模块发出的交叉路口预警信息，并语音播放所述交叉路口预警信息；所述交叉路口预警信息包括闯红灯预警、交叉路口碰撞预警和前车碰撞预警。
[0069]
根据本发明各个方案的交通信号灯信息交互方法、交叉路口预警方法及系统，根据路口信号灯信息与交通情况，为驾驶员提供安全可靠的驾驶建议与预警信息，降低发生交通事故的风险，保证生命财产安全。
附图说明
[0070]
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
[0071]
图1为交叉路口预警系统架构示意图；
[0072]
图2为交通信号机数据采集系统结构示意图；
[0073]
图3为车载终端预警系统结构示意图。
具体实施方式
[0074]
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本发明的实施例作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。本文中所描述的各个步骤，如果彼此之间没有前后关系的必要性，则本文中作为示例对其进行描述的次序不应视为限制，本领域技术人员应知道可以对其进行顺序调整，只要不破坏其彼此之间的逻辑性导致整个流程无法实现即可。
[0075]
本发明实施例提供一种交通信号灯信息交互方法，如图1所示，是该方法的一个应用场景示意图，通过三个节点实现交通信号机与使用车辆之间的数据传递，分别为道路交通信号控制机、车联网数据服务系统、社会车辆或行业车辆。可以理解的，在社会车辆或行业车辆内通常会匹配有车载终端，车载终端具有处理芯片，通过车载终端搭载的处理芯片以实现本发明实施例提供的交通信号灯信息交互方法。该方法包括以下步骤：
[0076]
步骤s100，获取交通信号灯信息。在该步骤中，通过道路交通信号控制机向车联网数据服务系统发出交通信号灯信息，车载终端进一步通过车联网数据服务系统中获取交通信号灯信息。其中，图1所显示的lte/5g、wifi只是本实施例举例的无线通信方式，本发明还可以采用其他的无线通信方式，例如zigbee、蓝牙等等，本实施例对无线数据的传输方式不作具体限制。
[0077]
步骤s200，将获取到交通信号灯信息的时间戳与采集到的交通信号灯信息的时间戳进行比较，通过下式调整信号灯信息：
[0078]
tmodify＝time-(date1-date0)/1000
[0079]
其中tmodify为调整后的交通信号灯剩余时间，time为采集到的交通信号灯剩余时间，date0表示交通采集信号灯信息时间戳的毫秒数，date1表示获取到交通信号灯信息时间戳的毫秒数；若time《(date1-date0)，则按红-绿-黄-红的顺序变换，未减去的秒数再按下一相位的周期时间减去，所得时间与相位即为调整后的交通信号灯信息。
[0080]
通过上述两个步骤的处理，可以减少通信时延的影响，获取到准确的信号灯信息，
为后续的交叉路口预警提供精确的数据支持。
[0081]
在一些实施例中，通过在交通信号控制机内安装交通信号机数据采集系统，实现道路交通信号机的数据同步，如图2所示，该数据采集系统200包括有数据采集接口201、数据处理接口202、通讯接口203、存储接口204。
[0082]
数据采集接口201实时采集道路交通信号机的静态数据和动态数据，并发送至数据处理接口，静态数据包括道路交通信号机基础信息、路口位置信息、交通信号灯周期，动态数据包括交通信号灯使用状态、相位信息、剩余时间、时间戳。
[0083]
数据处理接口202(mcu)主动接收数据采集接口采集到的数据点，进行数据的简单处理，进而进行数据封包，封装为适合的服务结构体，本方法中的服务结构体支持json格式。
[0084]
通讯接口203设置通讯模组支持lte/5g、wi-fi通讯，接收数据处理接口mcu封装好的数据，内部芯片利用tcp/ip协议将数据发送至指定ip的服务器，即车联网数据服务系统，同时也接收车联网数据服务系统下发的命令，转发给mcu来执行命令。
[0085]
存储接口204将最终处理的数据进行备份，以供查询。
[0086]
车联网数据服务系统无线接收模块接收到道路交通信号机发来的数据进行校验和解密后，将数据推送至队列并缓存至数据库。同时社会车辆与行业车辆通过socket接口向车联网数据服务系统发送数据请求，车联网数据服务系统将所需信息下发至车载终端，用于用户界面展示，提供交通信号灯信息。
[0087]
如图3所示，一种基于道路交通信号灯信息交互方法的交叉路口预警系统，该交叉路口预警系统包括车载终端300，车载终端300包括信息接收模块301、自车信息采集模块302、车载无线收发模块303、摄像头304、数据处理模块305、hud抬头显示模块306、语音报警模块307。所述信息接收模块301、自车信息采集模块302、车载无线收发模块303、摄像头304、hud抬头显示模块306、语音报警模块307均与数据处理模块305相连。
[0088]
该系统在具体实施时，结合图1，道路交通信号机与车联网数据服务系统实现实时数据互联，等待车辆驶入闯红灯预警系统服务范围内。其中判断是否进入服务范围，范围可以应用已有的定位系统来判断，例如gps系统或者北斗系统等等。当车辆驶入闯红灯预警系统服务范围内时，车辆搭载的车载终端300开启车联网数据服务系统连接。
[0089]
所述信息接收模块301利用通讯模组与车联网数据服务系统建立通信连接，当车辆驶入服务范围内时，向车联网数据服务系统发送数据请求，车联网数据服务系统将实时信号灯信息数据进行校验和解密后，下发至车辆客户端，信息接收模块301负责接收交通信号灯信息，并将信息传输至数据处理模块305。
[0090]
所述自车信息采集模块302负责采集本车的速度、加速度、航向角信息、经纬度信息，并将信息传输至数据处理模块305。
[0091]
所述车载无线收发模块303接收前车以及横向车道头车的速度、加速度、经纬度信息。
[0092]
所述摄像头304利用车道线识别算法获取车道标志信息，并将信息传输至数据处理模块305。
[0093]
所述数据处理模块305将道路交通信号灯信息、车辆信息、车道信息进行融合，为交叉路口预警判断提供数据支撑。通过车辆航向角信息、经纬度信息以及车道信息判断本
车所处位置和路口转向信息；通过本车车速、交通信号灯的相位以及剩余时间，判断其是否符合闯红灯预警条件。
[0094]
所述hud抬头显示模块306接收交叉路口预警信息，将预警信息显示在屏幕上，并且语音报警模块307与数据处理模块相连，通过语音报警模块307发出预警信息，警示驾驶员驾驶安全，为驾驶员提供合理的驾驶建议。
[0095]
所述数据处理模块305按照本发明实施例提供的一种交叉路口预警方法来发出对应的预警信息，预警信息包括闯红灯预警及交叉路口碰撞预警。交叉路口预警方法的具体步骤如下：
[0096]
首先，判断前方是否有车辆，判断方式包括但不限于利用摄像头获取前方的影像，根据影像来进行判断。最后根据前方无车以及前方有车两种不同情况，作出相关的预警。
[0097]
下面将详细介绍在前方无车和前方有车的情况下，如何提供预警信息。
[0098]
1.前方无车
[0099]
利用道路交通信号灯的位置信息与本车的经纬度信息计算车辆到达路口的直线距离为d，自车信息采集模块采集到的当前车速为v，当前加速度为a，车辆预计到达路口的时间为t；
[0100][0101]
当此时相位为红灯(红灯和黄灯统一看作红灯)且t＜tmodify时，说明车辆到达路口时无法以绿灯状态通过路口，即触发闯红灯预警，否则车辆可以正常通过交叉路口；
[0102]
当此时相位为绿灯且t＞tmodify时，说明车辆到达路口时无法以绿灯状态通过路口，即触发闯红灯预警，否则车辆可以正常通过交叉路口。
[0103]
所述数据处理模块将本车经纬度信息与横向车道头车经纬度信息转化为gps坐标，分别为(x，y)、(xh，yh)，拟合两车的行驶轨迹，计算其行驶轨迹的交点(xc，yc)。
[0104]
车载无线收发模块接收横向车道头车的速度和加速度为vh、ah。
[0105]
由可计算得本车与轨迹交点之间的距离s、横向车道头车与轨迹交点的距离sh，则本车预计到达轨迹交点的时间横向车道头车预计到达轨迹交点的时间若|t
1-th|≤1，两车在交叉路口有发生碰撞的风险，触发交叉路口碰撞预警，否则不会有发生碰撞的风险。
[0106]
2.前方有车
[0107]
利用道路交通信号灯的位置信息与前车和本车的经纬度信息计算车辆到达路口的直线距离d1、d2，车载无线收发模块接收前车的当前车速为v1，当前加速度为a1，自车信息采集模块采集到本车当前车速v2，当前加速度a2，记安全跟车距离为s。前车预计到达路口的时间为t1：
[0108]
[0109]
当此时相位为红灯(红灯和黄灯统一看作红灯)
[0110]
1)t1＞tmodify时，即前车可以正常通过交叉路口。若并判断下式，当时无法以绿灯状态通过路口，即触发闯红灯预警，当时本车可以正常通过交叉路口；若则会存在前车碰撞风险，提醒车辆减速慢行。
[0111]
2)t1≤tmodify时，前车触发闯红灯预警，若并判断下式，当时无法以绿灯状态通过路口，即触发闯红灯预警，当时本车可以正常通过交叉路口；若则会存在前车碰撞风险，提醒车辆减速慢行。
[0112]
当此时相位为绿灯
[0113]
1)t1≤tmodify时，即前车可以正常通过交叉路口。若并判断下式，当时无法以绿灯状态通过路口，即触发闯红灯预警，当时本车可以正常通过交叉路口；若则会存在前车碰撞风险，提醒车辆减速慢行。
[0114]
2)t1＞tmodify时，前车到达路口时无法以绿灯状态通过路口，本车到达路口时将保持跟车，触发闯红灯预警。
[0115]
此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本发明的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本技术的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
[0116]
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本发明。这不应解释为一种不要求保护的发明的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本发明的主题可以少于特定的发明的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入
具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。