本發(fā)明屬于交通控制領域，特別涉及一種基于車聯(lián)網的城市道路交通路口車內交通信息燈預警方法及系統(tǒng)。

背景技術：

現(xiàn)今，我國汽車保有量呈快速增長趨勢，隨之而來的是交通擁堵，交通事故頻發(fā)，既影響城市空氣質量，也造成時間與資源的浪費。由于陽光強烈或者大霧天氣，無法直接觀察路口交通燈，如果能夠設計一種車載交通燈顯示裝置有效幫助駕駛員預先了解前方交叉口的交通燈狀態(tài)，將極大的降低車輛事故發(fā)生率。

經對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)朇N105035090A給出了一種基于交通信號燈的自主駕駛車輛軌跡預測控制方法，該方案通過采集交通燈信息，優(yōu)化出預測距離內的速度軌跡，使車輛順利通過交叉路口。但是該方案只考慮了當前為綠燈的情形，同時在計算前車是否影響自車的通過時未考慮與前方車輛保持安全車距，具有一定的局限性。

中國專利申請?zhí)朇N103996304A提出了一種基于車路協(xié)同的城市平交路口車內信號指示系統(tǒng)，該發(fā)明的指示系統(tǒng)能夠在車輛駛向交通信號燈時，在車內的顯示端實時顯示交通信號燈的信息。但是該發(fā)明只是將前方路口交通燈的所有信息進行車載顯示，而未區(qū)分車輛所在車道的交通燈信息。

急需設計一種裝置幫助駕駛員預先了解前方交叉口的交通燈和車輛狀況，并通過算法幫助駕駛員做出決策是保持速度不變還是加速通過或者減速等待，以盡量避免車輛的頻繁啟停，從而降低汽車的燃油消耗率，減少尾氣排放。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于車聯(lián)網的城市道路交通路口車內交通信息燈預警方法及系統(tǒng)，根據(jù)前方路況調整車速，使得車輛能夠快速地通過交叉路口，減少停車次數(shù)，降低燃油消耗率，同時兼具車距防撞預警的功能。

一種基于車聯(lián)網的城市道路交通路口車內交通信息預警方法，在車輛上設置交通信息采集發(fā)射模塊、車載無線收發(fā)模塊、自車信息采集模塊、車道檢測模塊、車載顯示模塊、聲光報警模塊、供電模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊；

所述車載無線收發(fā)模塊、自車信息采集模塊、車道檢測模塊、車載顯示模塊、聲光報警模塊及供電模塊均與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連；

利用交通信息采集發(fā)射模塊與交通信號控制機和車載無線收發(fā)模塊進行通信連接，實時獲取并發(fā)射路口的交通信號；

通過在車載無線收發(fā)模塊上設置有定向天線，接收交通信息采集發(fā)射模塊和前車上車載無線收發(fā)模塊發(fā)送的信息；

所述車載無線收發(fā)模塊通過自車采集模塊采集自車的速度、加速度以及轉向燈信號；

所述車道檢測模塊用于獲取車輛所在車道標志信息；

所述數(shù)據(jù)處理單元依據(jù)車輛所在車道標志信息、路口交通信號以及自車與前車的行駛速度和轉向燈信號，發(fā)出自車路口預警信息。

在車輛上設置前置攝像頭，所述車道檢測模塊與前置攝像頭相連，利用前置攝像頭獲取的車道標志傳輸至車道檢測模塊。

在車道上設置車道標志電子標簽信息發(fā)射器，利用車輛的車載無線收發(fā)模塊上的定向天線接收所在車道的車道標志電子標簽信息發(fā)射器發(fā)出的車道標志信息，并將其傳輸至車道檢測模塊。

所述自車路口提示信息包括減速行駛無法通過、加速行駛通過路口或以當前速度行駛通過路口。

所述數(shù)據(jù)處理單元依據(jù)車輛所在車道標志信息、路口交通信號以及自車與前車的行駛速度和轉向燈信號，發(fā)出自車路口提示信息時，具體過程如下：

獲取車輛道所在道路前方路口交通信號燈，若為綠燈，則進入a)，否則，進入b)；

a)當前時刻，車輛所在車道的交通信號燈為綠燈

若車載無線收發(fā)模塊上的定向天線未收到前方車輛信息，則表示當前車輛前方無車，進入1)，否則進入2)；

1)前方無車

判斷車輛在綠燈剩余時間內能否通過交叉口：

若t_L>d₁/v₁，則該車以當前速度能通過交叉口；若t_L<d₁/v₁，則該車以當前速度不能通過交叉口，判斷當前車輛能否加速通過該交叉口：

若t<t_L,則該車以車道最高限速加速通過路口；

若t>t_L,則該車不能加速通過，減速行駛；

其中，t表示假定車輛當前所在位置通過路口時所需時間，t＝t₁+t₂′+t₃′+t₄；d₁為自車車尾到前方交通燈的距離，d₁＝S₁+R₁，S₁為自車無線接收終端到前方交通燈的距離，通過無線終端測得距離，R₁為自車無線接收終端到車尾的距離，其數(shù)據(jù)預先存入系統(tǒng)中；v₁為車輛當前速度，t_L為綠燈顯示剩余時間，t₁為駕駛員的反應時間，t₂′為加速踏板動作時間，t₃′為加速度增長時間，v_x為前方路口限速，t₄為車輛以v_x行駛的時間，t₁、t₂′值預先設定，a為自車最大加速度，

2)前方有車

若t_L>d₁/v₁且v₁≤v₂時，則該車以當前速度能通過交叉口；

若t_L>d₁/v₁且v₁>v₂時，判斷(v₁-v₂)t_L≤d₁-d₂-s是否成立，若成立，則該車以當前速度能通過交叉口；若不成立，則該車不能通過前方交叉口，應減速行駛；

若t_L<d₁/v₁且t<t_L，判斷是否成立，若成立，則該車可以加速通過前方交叉口；否則，則該車應減速行駛；

其中，v₂為前車車速，s為兩車最小安全車距，d₂為前車車尾到前方交通燈的距離。

b)當前時刻，車輛所在車道的交通信號燈為黃燈或紅燈

若t_h<d_h/v₁，則該車以當前車速行駛到達前方路口時，信號燈變?yōu)榫G燈，以當前車速通過路口；

若t_h>d_h/v₁，則該車以當前速度行駛到達前方路口時，信號燈未變綠燈，車輛仍需等待，車輛減速行駛至路口；

其中，t_h為當前信號燈轉換成綠燈所需等待的時間，d_h為自車車頭距前方交通燈的距離，d_h＝S_h-R_h，S_h為自車無線接收終端到前方交通燈的距離，通過車載無線收發(fā)模塊測得距離，R_h為自車車載無線收發(fā)模塊到車頭的距離，其數(shù)據(jù)預先存入系統(tǒng)中。

所述兩車最小安全車距s采用以下公式計算獲得：

$s=\frac{1}{3.6}(t_1+t_2+t_3/2)v_1+\frac{v_1^2}{25.92a_1}-\frac{v_2^2}{25.92a_2}+v_1*(t_1+t_2)$

其中，t₂為消除制動間隙時間，t₃為制動減速度的增長時間，t₂、t₃值預先設定。

一種基于車聯(lián)網的城市道路交通路口車內交通信息燈預警系統(tǒng)，其特征在于，基于上述的一種基于車聯(lián)網的城市道路交通路口車內交通信息預警方法，包括交通信息采集發(fā)射模塊、車載無線收發(fā)模塊、自車信息采集模塊、車道檢測模塊、車載顯示模塊、聲光報警模塊、供電模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊；

所述車載無線收發(fā)模塊、自車信息采集模塊、車道檢測模塊、車載顯示模塊、聲光報警模塊及供電模塊均與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連；

所述交通信息采集發(fā)射模塊與交通信號控制機和車載無線收發(fā)模塊進行通信連接，實時獲取并發(fā)射路口的交通信號；

所述車載無線收發(fā)模塊上設置有定向天線，接收交通信息采集發(fā)射模塊和前車上車載無線收發(fā)模塊發(fā)送的信息；

所述車載無線收發(fā)模塊通過自車采集模塊采集自車的速度、加速度以及轉向燈信號；

所述車道檢測模塊用于獲取車輛所在車道標志信息；

所述數(shù)據(jù)處理單元依據(jù)車輛所在車道標志信息、路口交通信號以及自車與前車的行駛速度和轉向燈信號，發(fā)出自車路口預警信息。

有益效果

本發(fā)明提供了一種基于車聯(lián)網的城市道路交通路口車內交通信息燈預警方法及系統(tǒng)，該方法基于無線發(fā)射終端的廣泛應用，采用無線收發(fā)模塊測距，無線接收終端加裝定向天線，從而限定了讀取范圍。同時結合了無線發(fā)射終端的安裝位置，使得測距更精確。綜合考慮當前狀態(tài)為紅燈、綠燈以及前方有無車輛時，為當前車輛提供預警信息，使得當前車輛能夠安全快速通過路口。該系統(tǒng)包括交通信息采集發(fā)射模塊、車載無線收發(fā)模塊、自車信息采集模塊、車道檢測模塊、車載顯示模塊、聲光報警模塊、供電模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊；整個系統(tǒng)結構簡單，使用方便，結合所提出的算法準確為車主提前發(fā)出判斷及預警信息。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為前后兩車距離示意圖；

圖3為本車與當前路口信號燈距離示意圖；

圖4為車載顯示模塊的顯示示意圖；

圖5為本發(fā)明所述方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。

如圖1所示，一種基于車聯(lián)網的城市道路交通路口車內交通信息燈預警系統(tǒng)，包括交通信息采集發(fā)射模塊、車載無線收發(fā)模塊、自車信息采集模塊、車道檢測模塊、車載顯示模塊、聲光報警模塊、供電模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊；

所述車載無線收發(fā)模塊、自車信息采集模塊、車道檢測模塊、車載顯示模塊、聲光報警模塊及供電模塊均與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連；

所述交通信息采集發(fā)射模塊與交通信號控制機和車載無線收發(fā)模塊進行通信連接，實時獲取并發(fā)射路口的交通信號；

所述車載無線收發(fā)模塊上設置有定向天線，接收交通信息采集發(fā)射模塊和前車上車載無線收發(fā)模塊發(fā)送的信息；

所述車載無線收發(fā)模塊通過自車采集模塊采集自車的速度、加速度以及轉向燈信號；

所述車道檢測模塊用于獲取車輛所在車道標志信息；

所述數(shù)據(jù)處理單元依據(jù)車輛所在車道標志信息、路口交通信號以及自車與前車的行駛速度和轉向燈信號，發(fā)出自車路口預警信息。

所述交通信息采集發(fā)射模塊包括路口信號采集單元和無線信號發(fā)射單元，用于采集和發(fā)射所述交通信號燈的實時信息，其中，所述無線信號發(fā)射單元包括定向天線，用于將采集到的所述交通信號燈的實時信息在特定范圍內發(fā)送。

本實施方式中，在自車的固定位置上安裝車載無線收發(fā)模塊，包括無線接收終端和無線發(fā)射終端，無線接收終端加裝定向天線，使得該終端接收的信息局限于本車道的前方車輛和前方的交通燈。

所述車道檢測模塊與數(shù)據(jù)處理模塊連接，檢測出當前車輛所在車道的道路標志信息(直行、左轉、右轉)。

所述數(shù)據(jù)處理模塊獲取車載無線收發(fā)模塊、自車信息采集模塊、車道檢測模塊的數(shù)據(jù)并做出相應處理，跟據(jù)預設算法幫助駕駛員做出決策。

如圖5的流程圖所示，一種基于車聯(lián)網的城市道路交通路口車內交通信息預警方法，在車輛上設置交通信息采集發(fā)射模塊、車載無線收發(fā)模塊、自車信息采集模塊、車道檢測模塊、車載顯示模塊、聲光報警模塊、供電模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊；

所述車載無線收發(fā)模塊、自車信息采集模塊、車道檢測模塊、車載顯示模塊、聲光報警模塊及供電模塊均與所述數(shù)據(jù)處理模塊相連；

利用交通信息采集發(fā)射模塊與交通信號控制機和車載無線收發(fā)模塊進行通信連接，實時獲取并發(fā)射路口的交通信號；

通過在車載無線收發(fā)模塊上設置有定向天線，接收交通信息采集發(fā)射模塊和前車上車載無線收發(fā)模塊發(fā)送的信息；

所述車載無線收發(fā)模塊通過自車采集模塊采集自車的速度、加速度以及轉向燈信號；

所述車道檢測模塊用于獲取車輛所在車道標志信息；

所述數(shù)據(jù)處理單元依據(jù)車輛所在車道標志信息、路口交通信號以及自車與前車的行駛速度和轉向燈信號，發(fā)出自車路口預警信息。

在車輛上設置前置攝像頭，所述車道檢測模塊與前置攝像頭相連，利用前置攝像頭獲取的車道標志傳輸至車道檢測模塊。

在車道上設置車道標志電子標簽信息發(fā)射器，利用車輛的車載無線收發(fā)模塊上的定向天線接收所在車道的車道標志電子標簽信息發(fā)射器發(fā)出的車道標志信息，并將其傳輸至車道檢測模塊。

所述自車路口提示信息包括減速行駛無法通過、加速行駛通過路口或以當前速度行駛通過路口。

所述數(shù)據(jù)處理單元依據(jù)車輛所在車道標志信息、路口交通信號以及自車與前車的行駛速度和轉向燈信號，發(fā)出自車路口提示信息時，具體過程如下：

獲取車輛道所在道路前方路口交通信號燈，若為綠燈，則進入a)，否則，進入b)；

a)當前時刻，車輛所在車道的交通信號燈為綠燈

若車載無線收發(fā)模塊上的定向天線未收到前方車輛信息，則表示當前車輛前方無車，進入1)，否則進入2)；

1)前方無車，如圖2所示；

判斷車輛在綠燈顯示剩余時間內能否通過交叉口：

若t_L>d₁/v₁，則該車以當前速度能通過交叉口；若t_L<d₁/v₁，則該車以當前速度不能通過交叉口，判斷當前車輛能否加速通過該交叉口：

若t<t_L，則該車以車道最高限速加速通過路口；

若t>t_L，則該車不能加速通過，減速行駛；

其中，t表示假定車輛當前所在位置通過路口時所需時間，t＝t₁+t₂′+t₃′+t₄；d₁為自車車尾到前方交通燈的距離，d₁＝S₁+R₁，S₁為自車無線接收終端到前方交通燈的距離，通過無線終端測得距離，R₁為自車無線接收終端到車尾的距離，其數(shù)據(jù)預先存入系統(tǒng)中；v₁為車輛當前速度，t_L為綠燈顯示剩余時間，t₁為駕駛員的反應時間，t₂′為加速踏板動作時間，t₃′為加速度增長時間，v_x為前方路口限速，t₄為車輛以v_x行駛的時間，t₁、t₂′值預先設定，a為自車最大加速度，

2)前方有車，如圖3所示；

若t_L>d₁/v₁且v₁≤v₂時，則該車以當前速度能通過交叉口；

若t_L>d₁/v₁且v₁>v₂時，判斷不等式1：(v₁-v₂)t_L≤d₁-d₂-s是否成立，若成立，則該車以當前速度能通過交叉口；若不成立，則該車不能通過前方交叉口，應減速行駛；

若t_L<d₁/v₁且t<t_L，判斷不等式2：是否成立，若成立，則該車可以加速通過前方交叉口；否則，則該車應減速行駛；

其中，v₁為本車車速，v₂為前車車速，s為兩車最小安全車距，d₂為前車車尾到前方交通燈的距離；

b)當前時刻，車輛所在車道的交通信號燈為黃燈或紅燈

若t_h<d_h/v₁，則該車以當前車速行駛到達前方路口時，信號燈變?yōu)榫G燈，以當前車速通過路口；

若t_h>d_h/v₁，則該車以當前速度行駛到達前方路口時，信號燈未變綠燈，車輛仍需等待，車輛減速行駛至路口；

其中，t_h為信號燈轉換成綠燈所需等待的時間，d_h為自車車頭距前方交通燈的距離，d_h＝S_h-R_h，S_h為自車無線接收終端到前方交通燈的距離，通過車載無線收發(fā)模塊測得距離，R_h為自車車載無線收發(fā)模塊到車頭的距離，其數(shù)據(jù)預先存入系統(tǒng)中，v₁為車輛當前速度。

所述兩車最小安全車距s采用以下公式計算獲得：

$s=\frac{1}{3.6}(t_1+t_2+t_3/2)v_1+\frac{v_1^2}{25.92a_1}-\frac{v_2^2}{25.92a_2}+v_1*(t_1+t_2)$

其中，t₂為消除制動間隙時間，t₃為制動減速度的增長時間，t₂、t₃值預先設定，d₁為自車車尾到前方交通燈的距離，d₁＝S₁+R₁，S₁為自車無線接收終端到前方交通燈的距離，通過無線終端測得距離，R₁為自車無線接收終端到車尾的距離，其數(shù)據(jù)預先存入系統(tǒng)中；d₂為前車車尾到前方交通燈的距離，d₂＝S₂+R₂，S₂為前車無線接收終端到前方交通燈的距離，可以通過無線終端測得距離，R₂為前車無線接收終端到車尾的距離，其數(shù)據(jù)預先存入系統(tǒng)中。所述車載顯示模塊與數(shù)據(jù)處理模塊連接，該模塊同步顯示車載無線收發(fā)模塊采集到的前方路口交通燈的信息，同時將車輛所處車道方向的交通信號燈狀態(tài)信息作突出顯示；同步顯示數(shù)據(jù)處理單元做出的輔助決策。車載顯示屏的設計如圖4所示。

任何對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者對部分技術特征進行等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神，均應涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術方案范圍。