一种智能车道导引系统及其控制方法与流程

本发明涉及智能车道变换技术领域，具体涉及一种智能车道导引系统及其控制方法。

背景技术：

城市重点区域关键路口上下班高峰或出现恶劣天气造成交通拥堵，城市道路在交通拥堵时，经常会出现一个方向的车道非常的拥堵，而对面车道却无车的尴尬境地。进而提高车道的利用率变得十分重要。

其中驾驶员无法预知前方车道的车辆数的情况，进而无法选择最优路线从而导致更加拥堵。有些道路施工、限行不能及时将信息告知给驾驶员，造成时间与燃料的浪费。若发生紧急事务救援车辆在如此拥堵的车道无法及时到达现场，容易造成巨大的损失。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种智能车道导引系统及其控制方法；能有效的解决上述的技术问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种智能车道导引系统,包括正向行驶车道和反向行驶车道；位于所述的正向行驶车道和反向行驶车道之间设置有可用于变通的双向变通行驶车道；在双向变通行驶车道的两端分别设置有用于导向的led导引光带，所述的led导引光带与主控制器信号连接，通过接收主控制器的信号进行亮或灭，来控制双向变通行驶车道为正向行驶车道或反向行驶车道；在正向行驶车道、反向行驶车道和双向变通行驶车道的路面上均设置有用于检测车道上行驶车辆数量的地磁传感器和红外计数传感器；所述的地磁传感器和红外计数传感器与主控制器的输入端信号连接，主控制器的输出端信号连接有显示屏。

进一步的，所述的主控制器设置有三种工作模式，包括智能模式、手动模式和应急模式；所述智能模式的应用场景为正常道路状况下；手动模式的应用场景为道路施工或者交警现场指挥交通的状况下；应急模式的应用场景为应急救援服务；所述的主控制器通过无线网络与终端程序实现通信，进行远程控制双向变通行驶车道的状态。

进一步的，所述的显示屏通过倒u型吊架安装在路面的上方，屏幕可显示各个车道的通行状态、各个车道的车辆数、车道的限行时间、施工提醒、事故提醒的功能。

进一步的，所述的显示屏通过主控制器信号连接，主控制器通过无线网络模块与地磁传感器与红外计数器连接，利用地磁传感器与红外计数器相结合对所有车道的行驶车辆和候车车辆进行计数，并将计数数据通过屏幕实时共享至显示屏，为其他车道的车主提供可靠数据，从而可以提前规划行驶路径减少拥堵状况。

进一步的，所述的红外计数器包括信号发射端和信号接收端，所述的信号发射端安装在各个车道上方的倒u型吊架底面，所述的信号接收端安装在车道的路面上与信号发射端相对应的位置处。

进一步的，所述的地磁传感器安装在沿车道前进方向的导向实线的末端和起始点位置处。

进一步的，所述的地磁传感器和红外计数器的接收端在安装时，在路面开设小洞，将其安装在小洞处。

一种智能车道导引系统的控制方法，所述的主控制器通过接收到地磁传感器和红外计数传感器传送的数据后，对数据进行整合，将整合后的数据分别对正向行驶车道和/或反向行驶车道的车辆数进行预比较；当正向行驶车道和/或反向行驶车道的比较值大于前期输入的预设值时，控制器将控制双向变通行驶车道变为正向行驶车道或反向行驶车道；具体的操作步骤如下：

步骤1：启动系统，运行程序；

步骤2：选择运行模式，分为智能模式、手动模式和应急模式，默认状态为智能模式；

步骤3：地磁传感器检测通过其上方车辆的数据，并将其检测到的数据通过无线传输模块发送给控制器；红外计数器检测经过车道起始端和末端的车辆数据，并将其检测到的数据通过无线传输模块发送给控制器；控制器通过融合地磁传感器和红外计数器的数据判断车辆有没有候车车辆，控制器通过融合红外计数器的数据判断车道上的准确数量；

步骤4：控制器将步骤3中融合后的红外计数器和地磁传感器数据，传送给显示屏；通过显示屏显示车道内等候车辆的数据；

步骤5：控制器将步骤3融合后的各个车道上的车辆计数信息传输给显示屏，通过显示屏显示各个车道行驶的车辆数；

步骤6：将步骤4和步骤5得到的正向行驶车道和/或反向行驶车道的车辆数与之前输入的数值进行预比较；

当正向行驶车道和/或反向行驶车道的车辆数小于之前输入的数值时，则操作直接完成，系统回到步骤1，进行循环计数；

当正向行驶车道和/或反向行驶车道的车辆数大于之前输入的数值时，控制器控制变换双向变通行驶车道上的led导引光带，变换双向变通行驶车道的行驶方向，并将车道变换的信息传送给显示屏，通过显示屏显示双向变通行驶车道的行驶方向；

然后再操作完成，系统回到步骤1，进行循环计数。

进一步的，步骤3所述的控制器融合数据的具体操作步骤如下：

步骤a：每个车道安装4个传感器分别为安装在车道末端的1号红外计数器β，和安装在车道起始端的4号红外计数器γ，以及安装在车道前进方向的导向实线的末端和起始点位置处的2号地磁传感器η和3号地磁传感器α；

步骤b：1号红外计数器负责检测离开车道的车辆，当有车辆经过1号红外计数器时，控制器记录β1、β2……βn；

4号红外计数器负责检测进入车道的车辆，当有车辆经过4号红外计数器时，控制器记录γ1、γ2……γn；控制器通过公式（1）得到当前的车道车辆总数，具体的公式（1）如下：

γn-βn=θn（1）；

步骤c：2地磁传感器和3号地磁传感器分别与1号红外计数器结合，对进入车道后需要候车的车辆进行计数；

1号红外计数器与2号地磁传感器相结合，用于对候车数量较少时的判断；控制器将经过2号地磁传感器的车辆记录为η1、η2……ηn；控制器通过公式（2）得到当前的车道候车数量，具体的公式（2）如下：

ηn-βn=λn（2）；

1号红外计数器与3号地磁传感器相结合，用于对候车数量较多时的判断；当候车车辆数较多时，2号传感器被等候车辆覆盖，无法进行准确的计数；则采用3号地磁传感器对候车车辆进行判断；控制器将经过3号地磁传感器的车辆记录为α1、α2……αn；控制器通过公式（3）得到当前的车道候车数量，具体的公式（3）如下：

αn-βn=λn（3）。

有益效果

本发明提出的一种智能车道导引系统及其控制方法，与传统的能车道导引系统及其控制方法相比较，其具有以下有益效果：

（1）本技术方案通过设置在正向行驶车道和反向行驶车道之间的可用于变通的双向变通行驶车道，可以在一个方向处于比较拥堵状态时，将双向变通行驶车道变为较为拥堵方向的行驶车道；增加车道的使用率，减缓道路拥堵。

（2）本技术方案通过设置在双向变通行驶车道两端的用于导向的led导引光带，当双向变通行驶车道作为正向行驶车道或反向行驶车道时，其起始端的led导引光带亮起，其末端的led导引光带不亮，为行人起到导向的作用。

（3）本技术方案通过安装在地面的地磁传感器与红外计数器结合对车道实现计数，根据获取的数据对需要变道的车道实现变道。并将变道信息、车道状态、车道的车流量、红绿灯信息、施工道路、限行时间等通过安装在倒u型吊架的屏幕实时显示。有利于驾驶员提前对道路进行规划，避免出现拥堵与浪费资源。

附图说明

图1是本发明中带有可变车道的整体布局示意图。

图2是本发明中倒u型吊架的结构示意图。

图3是本发明中路面上传感器的位置布局示意图。

图4是本发明中控制器与终端的电路连接示意图。

图5是本发明中控制器的操作流程示意图。

图6是本发明中控制器的数据融合流程示意图。

附图中的标记为：1-正向行驶车道、2-反向行驶车道、3-双向变通行驶车道、4-led导引光带、5-地磁传感器、51-2号地磁传感器、52-3号地磁传感器、6-显示屏、7-倒u型吊架、8-红外计数器、81-1号红外计数器接收端、82-4号红外计数器接收端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，一种智能车道导引系统,包括正向行驶车道和反向行驶车道；位于所述的正向行驶车道和反向行驶车道之间设置有可用于变通的双向变通行驶车道；在正向行驶车道的起始端、反向行驶车道的起始端和双向变通行驶车道的两端分别设置有用于导向的led导引光带，所述的led导引光带与主控制器信号连接，通过接收主控制器的信号进行亮或灭，从而控制双向变通行驶车道为正向行驶车道或反向行驶车道。

通过设置在正向行驶车道的起始端、反向行驶车道的起始端和双向变通行驶车道两端的用于导向的led导引光带，当双向变通行驶车道作为正向行驶车道或反向行驶车道时，其起始端的led导引光带亮起，其末端的led导引光带不亮，为行人起到导向的作用。

主控制器设置有三种工作模式，包括智能模式、手动模式和应急模式；所述智能模式的应用场景为正常道路状况下；手动模式的应用场景为道路施工或者交警现场指挥交通的状况下；应急模式的应用场景为应急救援服务；所述的主控制器通过无线网络与终端程序实现通信，进行远程控制双向变通行驶车道的状态。

智能模式的应用场景是正常道路状况下，如图1所示的状态一与状态二；手动模式则在道路施工或者交警现场指挥交通的状况下；应急模式则用于应急救援服务，通过网络通信模块实现远程控制车道状态，如图1所示的状态三。图中的所有变道信息、前方的施工提醒、限行时间段、车道的实时车辆数都将通过屏幕显示。车道变道信息还将同时利用led导引光带作为辅助提示，如图1所示led导引光带安装在每个车道的开始。从而可提高驾驶员对于车道的正确的选择。避免驶入其他车道导致在车道内随意变道，从而降低碰撞事故的发生并且可保证每个车道测量数据的准确性。

在正向行驶车道、反向行驶车道和双向变通行驶车道的路面上均设置有用于检测车道上行驶车辆数量的地磁传感器和红外计数传感器；通过地磁传感器与红外计数器相结合对所有车道的车辆进行计数；所述的地磁传感器和红外计数传感器与主控制器的输入端信号连接，将所计的车辆排队信息发送给控制器，主控制器的输出端信号连接有显示屏。将所计的车辆排队信息利用屏幕显示模块实时显示并共享与其他车道；有利于为其他车道的车辆提供最优路线规划。

所述的红外计数器包括信号发射端和信号接收端，所述的信号发射端安装在各个车道上方的倒u型吊架底面，所述的信号接收端安装在车道的路面上与信号发射端相对应的位置处。所述的地磁传感器安装在沿车道前进方向的导向实线的末端和起始点位置处。地磁传感器和红外计数器的接收端在安装时，在路面开设小洞，将其安装在小洞处。

地磁传感器是利用地球磁场在铁磁物体通过时的变化来检测，无线安装只需要在路面打一个直径55毫米深150毫米的洞，对路面破坏小，维修时检测点不易遭到破坏。将它安装在每个车道的车道导向实线的开始处如图4所示；为了准确的对车道的候车数量、车流量的准确计数。本系统将红外计数器与地磁传感器分别安装于不同地点以满足对车流量的准确监控。如图4所示将红外计数器分别安装于车道的1号与4号位置，地磁传感器安装于车道的2号和3号位置。1号红外计数器与2号地磁传感器相结合可用于对车道候车数量较少时的准确计数，1号红外计数器与3号地磁传感器用于候车数量较多时的计数。1号与4号红外计数器对整个车道的车流量实时监控，将车流量信息实时传送到屏幕实现共享。即可对每车道实现实时计数功能。还可以对地磁传感器的灵敏度进行设置，从而可以识别铁磁性物体的大小，可以大致判断出车辆的类型。同时对非铁磁性物体没有反应，因此可以有效地减少误计数。将上述的地磁与红外计数器相结合实现更加精确的计数，红外计数器安装在倒u型吊架上如图3所示。可利用红外计数器的反射原理，由红外计数器向下发射红外光线，当车辆行驶通过时吊架时红外线被遮挡实现计数。

显示屏通过倒u型吊架安装在路面的上方，示屏通过主控制器信号连接，主控制器通过无线网络模块与地磁传感器与红外计数器连接，利用地磁传感器与红外计数器相结合对所有车道的行驶车辆和候车车辆进行计数，并将计数数据通过屏幕实时共享至显示屏，为其他车道的车主提供可靠数据，从而可以提前规划行驶路径减少拥堵状况。

并利用数据对双向车道的车辆数进行预比较；当比较值大于预设值时将进行变道。屏幕可显示各个车道的通行状态、各个车道的车辆数、车道的限行时间、施工提醒、事故提醒、红绿灯信息等功能。同时led导引光带可以辅助提供车道状态。当发生应急事务时可启用应急服务功能；利用网络通信模块将可变车道通过屏幕显示模块禁止其他车辆驶入车道。

工作原理：当系统启动时车道模式自动进入智能模式，mt8901at-ss型号地磁传感器利用磁场进行检测铁磁物体，对汽车经过时改变了周围的磁场从而可以准确的计数。tty020-ca6型号红外计数器利用红外线的发射与反射的原理，通过安装在倒u型吊架上的红外发射头发射红外线与安装于地面的接收头相配合，当汽车经过时遮挡发射光线从而完成计数功能。将每个车道的车辆数进行汇总，进行比较每个车道的候车数与通过的效率。当遇到车道拥堵时，智能模式下能够自动实现可变车道的功能。提高通行效率，并且通过无线通讯方式将数据共享给其他车道，可让驾驶员提前规划最优行径路线；从驾驶员角度显得更加的人性化。

下方屏幕采用滚动方式对信息切换。滚动信息包括车道限行时间、车道当前候车数、变道提醒、施工信息提醒、红绿灯时间提示。irm-8601m2型号的红外遥控器作为手动模式的近程通讯方式。当发生交通事故时，交警需要现场指挥交通。本系统加入了远程控制模块，可通过网络对智能车道导引系统进行控制。本系统还提供应急模式，当发生应急救援事故时，可变车道关闭，禁止其他车辆驶入。提高应急救援效率。

在本实施例中，所述的地磁传感器采用的是市面上直接购买的mt8901at-ss型号地磁传感器，安装于地面如图4所示。由于体积小，便于安装，不会破坏地面等优点。红外计数器采用tty020-ca6型号发射与接收相结合，系统识别红外线是否被遮挡，从而产生高低电平起到计数功能。安装在倒u型吊架，如图3所示。系统控制处理器是型号为stc89c52rc的控制单片机芯片；ft231x型号zigbee模块作为各个模块的通讯。无线网络通信采用型号cc1101rtk实现对本系统的控制。屏幕显示模块安装在倒u型吊架上采用ug-9616tlbbg02型号屏幕作为显示屏。红外遥控作为近程通讯采用型号irm-8601m2红外遥控器。led导引光带采用节能的2a5y3ud09led型号的光带。如图5所示，电路连接示意图将各个模块进行通讯连接。

实施例2：

一种智能车道导引系统的控制方法，所述的主控制器通过接收到地磁传感器和红外计数传感器传送的数据后，对数据进行整合，将整合后的数据分别对正向行驶车道和/或反向行驶车道的车辆数进行预比较；当正向行驶车道和/或反向行驶车道的比较值大于前期输入的预设值时，控制器将控制双向变通行驶车道变为正向行驶车道或反向行驶车道；具体的操作步骤如下：

步骤1：启动系统，运行程序；

步骤2：选择运行模式，分为智能模式、手动模式和应急模式，默认状态为智能模式；

步骤3：地磁传感器检测通过其上方车辆的数据，并将其检测到的数据通过无线传输模块发送给控制器；红外计数器检测经过车道起始端和末端的车辆数据，并将其检测到的数据通过无线传输模块发送给控制器；控制器通过融合地磁传感器和红外计数器的数据判断车辆有没有候车车辆，控制器通过融合红外计数器的数据判断车道上的准确数量；

所述的控制器融合数据的具体操作步骤如下：

步骤a：每个车道安装4个传感器分别为安装在车道末端的1号红外计数器β，和安装在车道起始端的4号红外计数器γ，以及安装在车道前进方向的导向实线的末端和起始点位置处的2号地磁传感器η和3号地磁传感器α；

步骤b：1号红外计数器负责检测离开车道的车辆，当有车辆经过1号红外计数器时，控制器记录β1、β2……βn；

4号红外计数器负责检测进入车道的车辆，当有车辆经过4号红外计数器时，控制器记录γ1、γ2……γn；控制器通过公式（1）得到当前的车道车辆总数，具体的公式（1）如下：

γn-βn=θn（1）；

步骤c：2地磁传感器和3号地磁传感器分别与1号红外计数器结合，对进入车道后需要候车的车辆进行计数；

1号红外计数器与2号地磁传感器相结合，用于对候车数量较少时的判断；控制器将经过2号地磁传感器的车辆记录为η1、η2……ηn；控制器通过公式（2）得到当前的车道候车数量，具体的公式（2）如下：

ηn-βn=λn（2）；

1号红外计数器与3号地磁传感器相结合，用于对候车数量较多时的判断；当候车车辆数较多时，2号传感器被等候车辆覆盖，无法进行准确的计数；则采用3号地磁传感器对候车车辆进行判断；控制器将经过3号地磁传感器的车辆记录为α1、α2……αn；控制器通过公式（3）得到当前的车道候车数量，具体的公式（3）如下：

αn-βn=λn（3）；

步骤4：控制器将步骤3中融合后的红外计数器和地磁传感器数据，传送给显示屏；通过显示屏显示车道内等候车辆的数据；

步骤5：控制器将步骤3融合后的各个车道上的车辆计数信息传输给显示屏，通过显示屏显示各个车道行驶的车辆数；

步骤6：将步骤4和步骤5得到的正向行驶车道和/或反向行驶车道的车辆数与之前输入的数值进行预比较；

当正向行驶车道和/或反向行驶车道的车辆数小于之前输入的数值时，则操作直接完成，系统回到步骤1，进行循环计数；

当正向行驶车道和/或反向行驶车道的车辆数大于之前输入的数值时，控制器控制变换双向变通行驶车道上的led导引光带，变换双向变通行驶车道的行驶方向，并将车道变换的信息传送给显示屏，通过显示屏显示双向变通行驶车道的行驶方向；

然后再操作完成，系统回到步骤1，进行循环计数。