CN106128137B - 一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息灯预警方法及*** - Google Patents

一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息灯预警方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息灯预警方法及***，该方法基于无线发射终端的广泛应用，采用无线收发模块测距，无线接收终端加装定向天线，从而限定了读取范围。同时结合了无线发射终端的安装位置，使得测距更精确。综合考虑当前状态为红灯、绿灯以及前方有无车辆时，为当前车辆提供预警信息，使得当前车辆能够安全快速通过路口。该***包括交通信息采集发射模块、车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块、供电模块以及数据处理模块；整个***结构简单，使用方便，结合所提出的算法准确为车主提前发出判断及预警信息。

Description

一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息灯预警方 法及***
技术领域
本发明属于交通控制领域，特别涉及一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息灯预警方法及***。
背景技术
现今，我国汽车保有量呈快速增长趋势，随之而来的是交通拥堵，交通事故频发，既影响城市空气质量，也造成时间与资源的浪费。由于阳光强烈或者大雾天气，无法直接观察路***通灯，如果能够设计一种车载交通灯显示装置有效帮助驾驶员预先了解前方交叉口的交通灯状态，将极大的降低车辆事故发生率。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号CN105035090 A给出了一种基于交通信号灯的自主驾驶车辆轨迹预测控制方法，该方案通过采集交通灯信息，优化出预测距离内的速度轨迹，使车辆顺利通过交叉路口。但是该方案只考虑了当前为绿灯的情形，同时在计算前车是否影响自车的通过时未考虑与前方车辆保持安全车距，具有一定的局限性。
中国专利申请号CN103996304 A提出了一种基于车路协同的城市平交路口车内信号指示***，该发明的指示***能够在车辆驶向交通信号灯时，在车内的显示端实时显示交通信号灯的信息。但是该发明只是将前方路***通灯的所有信息进行车载显示，而未区分车辆所在车道的交通灯信息。
急需设计一种装置帮助驾驶员预先了解前方交叉口的交通灯和车辆状况，并通过算法帮助驾驶员做出决策是保持速度不变还是加速通过或者减速等待，以尽量避免车辆的频繁启停，从而降低汽车的燃油消耗率，减少尾气排放。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息灯预警方法及***，根据前方路况调整车速，使得车辆能够快速地通过交叉路口，减少停车次数，降低燃油消耗率，同时兼具车距防撞预警的功能。
一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息预警方法，在车辆上设置交通信息采集发射模块、车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块、供电模块以及数据处理模块；
所述车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块及供电模块均与所述数据处理模块相连；
利用交通信息采集发射模块与交通信号控制机和车载无线收发模块进行通信连接，实时获取并发射路口的交通信号；
通过在车载无线收发模块上设置有定向天线，接收交通信息采集发射模块和前车上车载无线收发模块发送的信息；
所述车载无线收发模块通过自车信息采集模块采集自车的速度、加速度以及转向灯信号；
所述车道检测模块用于获取车辆所在车道标志信息；
所述数据处理单元依据车辆所在车道标志信息、路***通信号以及自车与前车的行驶速度和转向灯信号，发出自车路口预警信息。
在车辆上设置前置摄像头，所述车道检测模块与前置摄像头相连，利用前置摄像头获取的车道标志传输至车道检测模块。
在车道上设置车道标志电子标签信息发射器，利用车辆的车载无线收发模块上的定向天线接收所在车道的车道标志电子标签信息发射器发出的车道标志信息，并将其传输至车道检测模块。
所述自车路口预警信息包括减速行驶无法通过、加速行驶通过路口或以当前速度行驶通过路口。
所述数据处理单元依据车辆所在车道标志信息、路***通信号以及自车与前车的行驶速度和转向灯信号，发出自车路口预警信息时，具体过程如下：
获取车辆道所在道路前方路***通信号灯，若为绿灯，则进入a)，否则，进入b)；
a)当前时刻，车辆所在车道的交通信号灯为绿灯
若车载无线收发模块上的定向天线未收到前方车辆信息，则表示当前车辆前方无车，进入1)，否则进入2)；
1)前方无车
判断车辆在绿灯剩余时间内能否通过交叉口：
若tL>d1/v1，则该车以当前速度能通过交叉口；若tL<d1/v1，则该车以当前速度不能通过交叉口，判断当前车辆能否加速通过该交叉口：
若t<tL,则该车以车道最高限速加速通过路口；
若t>tL,则该车不能加速通过，减速行驶；
其中，t表示假定车辆当前所在位置通过路口时所需时间，t＝t1+t2′+t3′+t4；d1为自车车尾到前方交通灯的距离，d1＝S1+R1，S1为自车无线接收终端到前方交通灯的距离，通过无线终端测得距离，R1为自车无线接收终端到车尾的距离，其数据预先存入***中；v1为车辆当前速度，tL为绿灯显示剩余时间，t1为驾驶员的反应时间，t2′为加速踏板动作时间，t3′为加速度增长时间，vx为前方路口限速，t4为车辆以vx行驶的时间，t1、t2′值预先设定，a为自车最大加速度，
2)前方有车
若tL>d1/v1且v1≤v2时，则该车以当前速度能通过交叉口；
若tL>d1/v1且v1>v2时，判断(v1-v2)tL≤d1-d2-s是否成立，若成立，则该车以当前速度能通过交叉口；若不成立，则该车不能通过前方交叉口，应减速行驶；
若tL<d1/v1且t<tL，判断是否成立，若成立，则该车可以加速通过前方交叉口；否则，则该车应减速行驶；
其中，v2为前车车速，s为两车最小安全车距，d2为前车车尾到前方交通灯的距离。
b)当前时刻，车辆所在车道的交通信号灯为黄灯或红灯
若th<dh/v1，则该车以当前车速行驶到达前方路口时，信号灯变为绿灯，以当前车速通过路口；
若th>dh/v1，则该车以当前速度行驶到达前方路口时，信号灯未变绿灯，车辆仍需等待，车辆减速行驶至路口；
其中，th为当前信号灯转换成绿灯所需等待的时间，dh为自车车头距前方交通灯的距离，dh＝Sh-Rh，Sh为自车无线接收终端到前方交通灯的距离，通过车载无线收发模块测得距离，Rh为自车车载无线收发模块到车头的距离，其数据预先存入***中。
所述两车最小安全车距s采用以下公式计算获得：
其中，t2为消除制动间隙时间，t3为制动减速度的增长时间，t2、t3值预先设定。
一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息灯预警***，其特征在于，基于上述的一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息预警方法，包括交通信息采集发射模块、车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块、供电模块以及数据处理模块；
所述车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块及供电模块均与所述数据处理模块相连；
所述交通信息采集发射模块与交通信号控制机和车载无线收发模块进行通信连接，实时获取并发射路口的交通信号；
所述车载无线收发模块上设置有定向天线，接收交通信息采集发射模块和前车上车载无线收发模块发送的信息；
所述车载无线收发模块通过自车信息采集模块采集自车的速度、加速度以及转向灯信号；
所述车道检测模块用于获取车辆所在车道标志信息；
所述数据处理单元依据车辆所在车道标志信息、路***通信号以及自车与前车的行驶速度和转向灯信号，发出自车路口预警信息。
有益效果
本发明提供了一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息灯预警方法及***，该方法基于无线发射终端的广泛应用，采用无线收发模块测距，无线接收终端加装定向天线，从而限定了读取范围。同时结合了无线发射终端的安装位置，使得测距更精确。综合考虑当前状态为红灯、绿灯以及前方有无车辆时，为当前车辆提供预警信息，使得当前车辆能够安全快速通过路口。该***包括交通信息采集发射模块、车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块、供电模块以及数据处理模块；整个***结构简单，使用方便，结合所提出的算法准确为车主提前发出判断及预警信息。
附图说明
图1为本发明所述***的结构示意图；
图2为前后两车距离示意图；
图3为本车与当前路口信号灯距离示意图；
图4为车载显示模块的显示示意图；
图5为本发明所述方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息灯预警***，包括交通信息采集发射模块、车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块、供电模块以及数据处理模块；
所述车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块及供电模块均与所述数据处理模块相连；
所述交通信息采集发射模块与交通信号控制机和车载无线收发模块进行通信连接，实时获取并发射路口的交通信号；
所述车载无线收发模块上设置有定向天线，接收交通信息采集发射模块和前车上车载无线收发模块发送的信息；
所述车载无线收发模块通过自车信息采集模块采集自车的速度、加速度以及转向灯信号；
所述车道检测模块用于获取车辆所在车道标志信息；
所述数据处理单元依据车辆所在车道标志信息、路***通信号以及自车与前车的行驶速度和转向灯信号，发出自车路口预警信息。
所述交通信息采集发射模块包括路口信号采集单元和无线信号发射单元，用于采集和发射所述交通信号灯的实时信息，其中，所述无线信号发射单元包括定向天线，用于将采集到的所述交通信号灯的实时信息在特定范围内发送。
本实施方式中，在自车的固定位置上安装车载无线收发模块，包括无线接收终端和无线发射终端，无线接收终端加装定向天线，使得该终端接收的信息局限于本车道的前方车辆和前方的交通灯。
所述车道检测模块与数据处理模块连接，检测出当前车辆所在车道的道路标志信息(直行、左转、右转)。
所述数据处理模块获取车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块的数据并做出相应处理，跟据预设算法帮助驾驶员做出决策。
如图5的流程图所示，一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息预警方法，在车辆上设置交通信息采集发射模块、车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块、供电模块以及数据处理模块；
所述车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块及供电模块均与所述数据处理模块相连；
利用交通信息采集发射模块与交通信号控制机和车载无线收发模块进行通信连接，实时获取并发射路口的交通信号；
通过在车载无线收发模块上设置有定向天线，接收交通信息采集发射模块和前车上车载无线收发模块发送的信息；
所述车载无线收发模块通过自车信息采集模块采集自车的速度、加速度以及转向灯信号；
所述车道检测模块用于获取车辆所在车道标志信息；
所述数据处理单元依据车辆所在车道标志信息、路***通信号以及自车与前车的行驶速度和转向灯信号，发出自车路口预警信息。
在车辆上设置前置摄像头，所述车道检测模块与前置摄像头相连，利用前置摄像头获取的车道标志传输至车道检测模块。
在车道上设置车道标志电子标签信息发射器，利用车辆的车载无线收发模块上的定向天线接收所在车道的车道标志电子标签信息发射器发出的车道标志信息，并将其传输至车道检测模块。
所述自车路口预警信息包括减速行驶无法通过、加速行驶通过路口或以当前速度行驶通过路口。
所述数据处理单元依据车辆所在车道标志信息、路***通信号以及自车与前车的行驶速度和转向灯信号，发出自车路口预警信息时，具体过程如下：
获取车辆道所在道路前方路***通信号灯，若为绿灯，则进入a)，否则，进入b)；
a)当前时刻，车辆所在车道的交通信号灯为绿灯
若车载无线收发模块上的定向天线未收到前方车辆信息，则表示当前车辆前方无车，进入1)，否则进入2)；
1)前方无车，如图2所示；
判断车辆在绿灯显示剩余时间内能否通过交叉口：
若tL>d1/v1，则该车以当前速度能通过交叉口；若tL<d1/v1，则该车以当前速度不能通过交叉口，判断当前车辆能否加速通过该交叉口：
若t<tL，则该车以车道最高限速加速通过路口；
若t>tL，则该车不能加速通过，减速行驶；
其中，t表示假定车辆当前所在位置通过路口时所需时间，t＝t1+t2′+t3′+t4；d1为自车车尾到前方交通灯的距离，d1＝S1+R1，S1为自车无线接收终端到前方交通灯的距离，通过无线终端测得距离，R1为自车无线接收终端到车尾的距离，其数据预先存入***中；v1为车辆当前速度，tL为绿灯显示剩余时间，t1为驾驶员的反应时间，t2′为加速踏板动作时间，t3′为加速度增长时间，vx为前方路口限速，t4为车辆以vx行驶的时间，t1、t2′值预先设定，a为自车最大加速度，
2)前方有车，如图3所示；
若tL>d1/v1且v1≤v2时，则该车以当前速度能通过交叉口；
若tL>d1/v1且v1>v2时，判断不等式1：(v1-v2)tL≤d1-d2-s是否成立，若成立，则该车以当前速度能通过交叉口；若不成立，则该车不能通过前方交叉口，应减速行驶；
若tL<d1/v1且t<tL，判断不等式2：是否成立，若成立，则该车可以加速通过前方交叉口；否则，则该车应减速行驶；
其中，v1为本车车速，v2为前车车速，s为两车最小安全车距，d2为前车车尾到前方交通灯的距离；
b)当前时刻，车辆所在车道的交通信号灯为黄灯或红灯
若th<dh/v1，则该车以当前车速行驶到达前方路口时，信号灯变为绿灯，以当前车速通过路口；
若th>dh/v1，则该车以当前速度行驶到达前方路口时，信号灯未变绿灯，车辆仍需等待，车辆减速行驶至路口；
其中，th为信号灯转换成绿灯所需等待的时间，dh为自车车头距前方交通灯的距离，dh＝Sh-Rh，Sh为自车无线接收终端到前方交通灯的距离，通过车载无线收发模块测得距离，Rh为自车车载无线收发模块到车头的距离，其数据预先存入***中，v1为车辆当前速度。
所述两车最小安全车距s采用以下公式计算获得：
其中，t2为消除制动间隙时间，t3为制动减速度的增长时间，t2、t3值预先设定，d1为自车车尾到前方交通灯的距离，d1＝S1+R1，S1为自车无线接收终端到前方交通灯的距离，通过无线终端测得距离，R1为自车无线接收终端到车尾的距离，其数据预先存入***中；d2为前车车尾到前方交通灯的距离，d2＝S2+R2，S2为前车无线接收终端到前方交通灯的距离，可以通过无线终端测得距离，R2为前车无线接收终端到车尾的距离，其数据预先存入***中。所述车载显示模块与数据处理模块连接，该模块同步显示车载无线收发模块采集到的前方路***通灯的信息，同时将车辆所处车道方向的交通信号灯状态信息作突出显示；同步显示数据处理单元做出的辅助决策。车载显示屏的设计如图4所示。
任何对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围。

Claims (6)

1.一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息预警方法，其特征在于，在车辆上设置交通信息采集发射模块、车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块、供电模块以及数据处理模块；
所述车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块及供电模块均与所述数据处理模块相连；
利用交通信息采集发射模块与交通信号控制机和车载无线收发模块进行通信连接，实时获取并发射路口的交通信号；
通过在车载无线收发模块上设置有定向天线，接收交通信息采集发射模块和前车上车载无线收发模块发送的信息；所述车载无线收发模块包括无线接收终端和无线发射终端；
所述车载无线收发模块通过自车信息采集模块采集自车的速度、加速度以及转向灯信号；
所述车道检测模块用于获取车辆所在车道标志信息；
所述数据处理单元依据车辆所在车道标志信息、路***通信号以及自车与前车的行驶速度和转向灯信号，发出自车路口预警信息；
所述数据处理单元依据车辆所在车道标志信息、路***通信号以及自车与前车的行驶速度和转向灯信号，发出自车路口预警信息时，具体过程如下：
获取车辆道所在道路前方路***通信号灯，若为绿灯，则进入a)，否则，进入b)；
a)当前时刻，车辆所在车道的交通信号灯为绿灯
若车载无线收发模块上的定向天线未收到前方车辆信息，则表示当前车辆前方无车，进入1)，否则进入2)；
1)前方无车
判断车辆在绿灯显示剩余时间内能否通过交叉口：
若tL>d1/v1，则该车以当前速度能通过交叉口；若tL<d1/v1，则该车以当前速度不能通过交叉口，判断当前车辆能否加速通过该交叉口：
若t<tL，则该车以车道最高限速加速通过路口；
若t>tL，则该车不能加速通过，减速行驶；
其中，t表示假定车辆当前所在位置通过路口时所需时间，t＝t1+t2′+t3′+t4；d1为自车车尾到前方交通灯的距离，d1＝S1+R1，S1为自车无线接收终端到前方交通灯的距离，通过无线终端测得距离，R1为自车无线接收终端到车尾的距离，其数据预先存入***中；v1为车辆当前速度，tL为绿灯显示剩余时间，t1为驾驶员的反应时间，t2′为加速踏板动作时间，t3′为加速度增长时间，vx为前方路口限速，t4为车辆以vx行驶的时间，t1、t2′值预先设定， a为自车最大加速度，
2)前方有车
若tL>d1/v1且v1≤v2时，则该车以当前速度能通过交叉口；
若tL>d1/v1且v1>v2时，判断(v1-v2)tL≤d1-d2-s是否成立，若成立，则该车以当前速度能通过交叉口；若不成立，则该车不能通过前方交叉口，应减速行驶；
若tL<d1/v1且t<tL，判断是否成立，若成立，则该车可以加速通过前方交叉口；否则，则该车应减速行驶；
其中，v2为前车车速，s为两车最小安全车距，d2为前车车尾到前方交通灯的距离；
b)当前时刻，车辆所在车道的交通信号灯为黄灯或红灯
若th<dh/v1，则该车以当前车速行驶到达前方路口时，信号灯变为绿灯，以当前车速通过路口；
若th>dh/v1，则该车以当前速度行驶到达前方路口时，信号灯未变绿灯，车辆仍需等待，车辆减速行驶至路口；
其中，th为当前信号灯转换成绿灯所需等待的时间，dh为自车车头距前方交通灯的距离，dh＝Sh-Rh，Sh为自车无线接收终端到前方交通灯的距离，通过车载无线收发模块测得距离，Rh为自车车载无线收发模块到车头的距离，其数据预先存入***中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在车辆上设置前置摄像头，所述车道检测模块与前置摄像头相连，利用前置摄像头获取的车道标志传输至车道检测模块。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在车道上设置车道标志电子标签信息发射器，利用车辆的车载无线收发模块上的定向天线接收所在车道的车道标志电子标签信息发射器发出的车道标志信息，并将其传输至车道检测模块。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述自车路口预警信息包括减速行驶无法通过、加速行驶通过路口或以当前速度行驶通过路口。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两车最小安全车距s采用以下公式计算获得：
其中，t2为消除制动间隙时间，t3为制动减速度的增长时间，t2、t3值预先设定。
6.一种基于车联网的城市道路交通路口车内交通信息灯预警***，其特征在于，基于权利要求1-5任一项所述的方法，包括交通信息采集发射模块、车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块、供电模块以及数据处理模块；
所述车载无线收发模块、自车信息采集模块、车道检测模块、车载显示模块、声光报警模块及供电模块均与所述数据处理模块相连；
所述交通信息采集发射模块与交通信号控制机和车载无线收发模块进行通信连接，实时获取并发射路口的交通信号；
所述车载无线收发模块上设置有定向天线，接收交通信息采集发射模块和前车上车载无线收发模块发送的信息；
所述车载无线收发模块通过自车信息采集模块采集自车的速度、加速度以及转向灯信号；
所述车道检测模块用于获取车辆所在车道标志信息；
所述数据处理单元依据车辆所在车道标志信息、路***通信号以及自车与前车的行驶速度和转向灯信号，发出自车路口预警信息。
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