一种交叉路口分区同步通行控制系统及方法与流程

1.本发明涉及交通控制方法领域。


背景技术：

2.随着人们生活发展与汽车的普及，城市道路上的汽车越来越多，道路也变得越来越拥挤并造成堵车，堵车原因其一是由于匀速行驶的车队中个别驾驶员突然减速致使该车后方车辆被迫减速，使得整个车队蠕动前行，其二是前方驾驶员在接收到红绿灯信号作出反应时，后车仅能通过前方车辆的运行状态进行操作蠕动前行，该蠕动前进是追尾事故以及交通堵塞的重要原因，目前国内外学者针对城市交通堵塞问题做出了一些研究，部分学者认为引起交通堵塞原因为城市交通布局不合理，而当前通过扩宽车道、限号通行并不能长期缓解道路堵塞。针对上述存在的问题，本发明从交通拥堵的成因入手，研究设计出一种新型的交叉路口分区同步通行控制系统及方法，来克服交通堵塞的问题。


技术实现要素：

3.为了解决现有的城市交通存在的上述问题，本发明提供了一种交叉路口分区同步通行控制系统及方法。
4.本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种交叉路口分区同步通行控制系统，包括车载控制系统、地面控制系统和云端控制系统；
5.所述车载控制系统包括车载信息收集模块、车载信号发射接收器和自动驾驶控制平台，所述车载信息收集模块用于收集车辆附近其他车辆的实时信息，所述车载信号发射接收器用于接收车辆附近其他车辆的实时信息，并传送给所述地面控制系统，所述自动驾驶控制平台用于控制车辆行驶；
6.所述地面控制系统包括信号灯系统、车辆识别系统和路口通信总模块，所述信号灯系统用于通过信号灯控制车辆和行人通过的时间，所述车辆识别系统用于识别车辆信息，所述路口通信总模块用于接收所述车载信号发射接收器和所述车辆识别系统所发送的信息，并传送给所述云端控制系统；
7.所述云端控制系统用于根据接收到的信息进行计算，将车辆行驶的区域划分成通行区、缓冲区和等候区，同时向所述地面控制系统和所述车载控制系统发出控制指令。
8.优选的，所述车载信息收集模块包括车载视觉模块和车载测距模块，所述车载视觉模块和所述车载测距模块均安装在车辆的前方，所述车载视觉模块用于监控车辆附近其他车辆号牌信息和车辆指示灯信息，所述车载测距模块用于测量本车与前方和侧方车辆间距离。
9.优选的，所述车载控制系统还包括中控面板，所述中控面板设置于车辆内部的前方，所述中控面板用于显示车载信息收集模块所检测到的车辆附近其他车辆的实时信息，并将所述云端控制系统的控制指令传递给驾驶员。
10.优选的，所述信号灯控制系统包括道路信号灯和斑马线信号灯，所述道路信号灯
设置于路口处，所述斑马线信号灯设置于斑马线两端，所述道路信号灯根据所述云端控制系统的控制指令调节颜色和时间以此来调节车辆通行时间，所述斑马线信号灯根据所述云端控制系统的控制指令调节颜色和时间以此来调节行人通行时间。
11.优选的，所述车辆识别系统包括通行区摄像头、缓冲区摄像头、等候区摄像头和闪光灯，所述通行区摄像头与所述闪光灯均设置于路口处，所述缓冲区摄像头设置于所述缓冲区的两侧，所述等候区摄像头设置于所述等候区的两侧，所述通行区摄像头用于实时定位所述通行区内的车辆位置、识别车辆号牌信息、车长信息、车辆运行速度和车队长度，所述缓冲区摄像头用于实时定位所述缓冲区内的车辆位置、识别车辆号牌信息、车长信息、车辆运行速度和车队长度，所述等候区摄像头用于实时定位所述等候区内的车辆位置、识别车辆号牌信息、车长信息、车辆运行速度和车队长度，所述闪光灯用于辅助所述通行区摄像头、缓冲区摄像头和等候区摄像头夜间拍摄。
12.优选的，所述地面控制系统还包括行人识别传感器、围栏信号接收器和隔离护栏，所述行人识别传感器、围栏信号接收器和隔离护栏均设置于斑马线两端，所述行人识别传感器用于检测斑马线上有无行人，所述围栏信号接收器用于接收所述云端控制系统的控制指令，并控制所述隔离护栏关闭以隔离行人。
13.本发明还提供了一种交叉路口分区同步通行控制方法，包括如下步骤：
14.s1.所述车载控制系统和车辆识别系统识别和收集信息，并将信息传送给所述路口通信总模块；
15.s2.所述路口通信总模块将接收到的来自所述车载控制系统和车辆识别系统的信息传送给所述云端控制系统；
16.s3.所述云端控制系统接收到信息并进行计算后，将车辆行驶区域划分成所述通行区、缓冲区和等候区，同时向所述信号灯系统下达控制指令，调整所述道路信号灯和斑马线信号灯的时间与颜色，并向所述通行区的车辆下达启动指令，向所述缓冲区的车辆下达前进指令，向所述等待区的车辆下达减速行驶指令。
17.优选的，所述步骤s3中，所述通行区为所述云端控制系统根据所述通行区摄像头和缓冲区摄像头所检测的车辆间距和速度的信息而划分的区域，所述通行区内的车辆已经完成变道和间距的调整且随时等待起步，所述通行区区域大小根据路口内车辆拥堵情况实时改变，在信号灯倒计时结束时，所述缓冲区的车辆经加速、减速补充至前一所述通行区，所述云端控制系统将车队内最后一台停止车辆所在位置划为新一轮的所述通行区；
18.所述缓冲区为所述云端控制系统根据所述缓冲区摄像头所检测的车辆间距和速度的信息而划分的区域，所述缓冲区区域大小根据路口内车辆拥堵情况实时改变，所述缓冲区内车辆处于停止或蠕动状态，所述云端控制系统根据不同路口情况设定不同的车辆蠕动速度v
r
，车辆速度在0
‑
v
r
内的所有车辆均划分为新一轮的所述缓冲区；
19.所述等候区为车辆即将进入交叉路口的区域，所述等候区通过所述等候区摄像头判断车队长度、车队行驶速度和车流量信息，所述等候区区域大小根据路口内车辆拥堵情况实时改变，所述等候区内车辆处于蠕动或低速慢行状态，所述云端控制系统将速度大于所述车辆蠕动速度v
r
车队的后部车辆划分为新一轮的所述等候区。
20.优选的，所述步骤s3中，所述云端控制系统根据接收的信息为所述通行区的车辆设定起步速度v1，通行速度v1，经计算所述通行区长度和通行速度v1确定新一轮所述道路信
号灯的持续时间t1，同时将起步速度v1和通行速度v1等驾驶参数信息下达给所述自动驾驶系统，且实时显示在所述中控面板上，并通过语音提示驾驶员下一步操作情况；
21.所述云端控制系统根据所述缓冲区的车队长度和所述通行区的车队长度，对所述缓冲区内已经停止的车辆下达起步速度v2、加速时间t2、缓冲区最高通行速度v2、通行时间t2和减速时间t3使得所述通行区车辆离开后，所述缓冲区的车辆前进至所述通行区内，所述缓冲区最高通行速度v2等于所述车辆蠕动速度v
r
；
22.所述云端控制系统根据所述缓冲区的车队长度向所述等候区内对应长度的区间内的车辆下达减速指令，使所述等候区对应长度区间内的最后一辆车进入所述缓冲区时行驶速度保持为所述车辆蠕动速度v
r
。
23.优选的，还包括步骤s4，所述云端控制系统将控制指令显示在所述中控面板上提示所述驾驶员，所述驾驶员人为操控汽车，所述驾驶员人为操纵汽车时无法超出所述云端控制系统所规定的速度区间。
24.本发明的一种交叉路口分区同步通行控制系统及方法，从车辆启停反应及车辆间的协同启动入手，改变当前车辆启停动作需逐步传递给车队后车的现状，控制交通路口处车辆在一定时间范围内同时启停，缩短车辆反应时间，解决车队蠕动前行的问题，从而缓解高峰期十字路口处的交通堵塞，减少追尾事故，同时缩短高峰期车辆的通行时间。
附图说明
25.图1是本发明实施例交叉路口分区同步通行系统的整体布局示意图；
26.图2是本发明实施例车载视觉模块、车载激光模块和车载模块布置示意图；
27.图3是本发明实施例车辆信息识别系统示意图；
28.图4是本发明实施例各系统间通信示意图；
29.图5是理想情况下各区域内车辆运行速度折线图。
30.图中：1、道路信号灯，2、斑马线信号灯，3
‑
1、通行区摄像头，3
‑
2、缓冲区摄像头，3
‑
3、等候区摄像头，4、闪光灯，5、路口通信总模块，6、车载视觉模块，7、车载测距模块，8、自动驾驶控制平台，9、车载信号发射接收器，10、中控面板，11、云端控制系统，12、行人识别传感器，13、围栏信号接收器，14、隔离护栏，15、通行区，16、缓冲区，17、等候区，18、驾驶员。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
32.本发明的一种交叉路口分区同步通行控制系统如图1
‑
4所示，包括车载控制系统、地面控制系统和云端控制系统11，车载控制系统包括车载信息收集模块、车载信号发射接收器9和自动驾驶控制平台8，车载信息收集模块用于收集车辆附近其他车辆的实时信息，车载信息收集模块包括车载视觉模块6和车载测距模块7，车载视觉模块6和车载测距模块7均可以安装在车辆的前方，车载视觉模块6用于监控车辆附近其他车辆号牌信息和车辆指示灯信息，车载测距模块7用于测量本车与前方和侧方车辆间距离，车载信号发射接收器9用于接收车辆附近其他车辆的实时信息，并传送给地面控制系统，自动驾驶控制平台8用于控制车辆行驶，负责在车辆接近路口处时控制车辆减速、提速、变道、刹车、起步，其目的是
使得各车间运动状态同步，协同通过路口。
33.车载控制系统还可以设有中控面板10，中控面板10可以设置于车辆内部的前方，用于显示车载信息收集模块所检测到的车辆附近其他车辆的实时信息，并将云端控制系统11的控制指令传递给驾驶员18，使驾驶员18了解和掌握附近车辆的信息。
34.地面控制系统包括信号灯系统、车辆识别系统和路口通信总模块5，信号灯系统通过信号灯控制车辆和行人通过的时间，信号灯控制系统包括道路信号灯1和斑马线信号灯2，道路信号灯1设置于路口处，斑马线信号灯2设置于斑马线两端，道路信号灯1根据云端控制系统11的控制指令调节颜色和时间以此来调节车辆通行时间，斑马线信号灯2根据云端控制系统11的控制指令调节颜色和时间以此来调节行人通行时间。车辆识别系统用于识别车辆信息，车辆识别系统包括通行区摄像头3
‑
1、缓冲区摄像头3
‑
2、等候区摄像头3
‑
3和闪光灯4，通行区摄像头3
‑
1与闪光灯4均设置于路口处，缓冲区摄像头3
‑
2设置于缓冲区16的两侧，等候区摄像头3
‑
3设置于等候区17的两侧，通行区摄像头3
‑
1用于实时定位通行区15内的车辆位置、识别车辆号牌信息、车长信息、车辆运行速度和车队长度，缓冲区摄像头3
‑
2用于实时定位缓冲区16内的车辆位置、识别车辆号牌信息、车长信息、车辆运行速度和车队长度，等候区摄像头3
‑
3用于实时定位等候区17内的车辆位置、识别车辆号牌信息、车长信息、车辆运行速度和车队长度，闪光灯4用于辅助通行区摄像头3
‑
1、缓冲区摄像头3
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2和等候区摄像头3
‑
3的夜间拍摄。路口通信总模块5用于接收车载信号发射接收器9和车辆识别系统所发送的信息，并将接收到的信息传送给云端控制系统11。
35.地面控制系统还可以设有行人识别传感器12、围栏信号接收器13和隔离护栏14，行人识别传感器12、围栏信号接收器13和隔离护栏14均设置于斑马线两端，行人识别传感器12用于检测斑马线上有无行人，围栏信号接收器13用于接收云端控制系统11的控制指令，并控制隔离护栏14关闭以隔离行人，保证行人的安全，同时也保证在车辆行驶时不会有行人突然出现，影响车辆行驶。
36.云端控制系统11用于接收信息并根据接收到的信息进行计算后，将车辆行驶的区域划分成通行区15、缓冲区16和等候区17，同时向地面控制系统和车载控制系统发出控制指令，系统间的通信可以采用5g网络。
37.本发明的一种交叉路口分区同步通行控制方法，包括如下步骤：
38.s1.车载控制系统和车辆识别系统识别和收集信息，并将信息传给路口通信总模块5；
39.s2.路口通信总模块5将接收到的来自车载控制系统和车辆识别系统的信息传送给云端控制系统11；
40.s3.云端控制系统接收到信息并进行计算后，将车辆行驶区域划分成通行区、缓冲区和等候区，同时向信号灯系统下达控制指令，调整道路信号灯和斑马线信号灯的时间与颜色，并向通行区的车辆下达启动指令，向缓冲区的车辆下达前进指令，向等待区的车辆下达减速行驶指令；
41.如图5所示，通行区15为云端控制系统11根据通行区摄像头3
‑
1和缓冲区摄像头3
‑
2所检测的车辆间距和速度的信息而划分的区域，通行区15内的车辆已经完成变道和间距的调整且随时等待起步，通行区15区域大小根据路口内车辆拥堵情况实时改变，在信号灯倒计时结束时，缓冲区16的车辆经加速、减速补充至前一通行区15，云端控制系统11将车队
内最后一台停止车辆所在位置划为新一轮的通行区15；
42.缓冲区16为云端控制系统11根据缓冲区摄像头3
‑
2所检测的车辆间距和速度的信息而划分的区域，缓冲区16区域大小根据路口内车辆拥堵情况实时改变，缓冲区16内车辆处于停止或蠕动状态，云端控制系统11根据不同路口情况设定不同的车辆蠕动速度v
r
，车辆速度在0
‑
v
r
内的所有车辆均划分为新一轮的缓冲区16；
43.等候区17为车辆即将进入交叉路口的区域，等候区17通过等候区摄像头3
‑
3判断车队长度、车队行驶速度和车流量信息，等候区17区域大小根据路口内车辆拥堵情况实时改变，等候区17内车辆处于蠕动或低速慢行状态，云端控制系统11将速度大于车辆蠕动速度v
r
车队的后部车辆划分为新一轮的等候区17；
44.云端控制系统11根据接收的信息为通行区15的车辆设定起步速度v1，通行速度v1，经计算通行区长度和通行速度v1确定新一轮道路信号灯1的持续时间t1，同时将起步速度v1和通行速度v1等驾驶参数信息下达给自动驾驶系统8，且实时显示在中控面板10上，并通过语音提示驾驶员18下一步操作情况；
45.云端控制系统11根据缓冲区16的车队长度和通行区15的车队长度，对缓冲区16内已经停止的车辆下达起步速度v2、加速时间t2、缓冲区最高通行速度v2、通行时间t2和减速时间t3使得通行区15车辆离开后，缓冲区16的车辆前进至通行区15内，缓冲区16最高通行速度v2等于车辆蠕动速度v
r
；
46.云端控制系统11根据缓冲区16的车队长度向等候区17内对应长度的区间内的车辆下达减速指令，使等候区17对应长度区间内的最后一辆车进入缓冲区16时行驶速度保持为车辆蠕动速度v
r
。
47.本方法还可以包括步骤s4，云端控制系统11可以将控制指令显示在中控面板10上提示驾驶员18，驾驶员18人为操控汽车，但驾驶员18人为操纵汽车时无法超出云端控制系统11所规定的速度区间，这样保证了驾驶员18的安全。
48.本发明从车辆拥堵源头入手，将道路实时路况同步至交通路口附近的车辆中，将前方车辆运动信号提前告知驾驶员18，并通过车辆控制系统，使车辆启停动作尽可能同步以缩短车辆反应时间，缓解交通堵塞、减少追尾事故、缩短高峰期通行时间。
49.本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。