CN103035129B - 基于gps的特殊车辆信号优先控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GPS的特殊车辆信号优先控制方法。所述方法基于信号优先路线配置信息和实时GPS数据，利用GIS技术，通过电子围栏自动判别需要执行信号优先控制方案的信号交叉口，通过路段地图匹配和解锁延时器自动判别需要恢复正常信号控制方案的信号交叉口，兼顾考虑多信号优先任务并存的数据处理方法。本发明能灵活地为各类特殊车辆提供自主式、智能化的信号优先服务，对提高特殊车辆信号优先服务水平，实现城市交通管理的信息化和智能化有着积极的意义。

Description

基于GPS的特殊车辆信号优先控制方法

技术领域

本发明涉及智能交通信号控制领域，具体涉及一种基于GPS定位数据的特殊车辆交通信号优先控制方法。

背景技术

特殊车辆，诸如消防车、救护车、抢险车、警车等，其执行的特殊使命直接关系到人民群众的生命财产安全，因此保障其道路行驶路权，一直是城市交通管理者重要的职责之一。

传统信号优先任务的执行，需要提前调度大量警力至优先车辆途径的信号交叉口，通过执勤交警间的协作，人为调整信号机工作状态，为特殊车辆开辟信号优先路径。随着分布式城市交通信号控制系统的普及，前端信号机的远程控制得以实现，使得指挥中心执勤民警可直接通过操作后台信号控制系统设置信号优先方案，有效降低了路口执勤交警的工作量，但是特殊车辆行进的实时位置及状态仍需要人工辅助确认，在缺乏精确信息支持的条件下，信号优先控制方案执行和撤销时机无法准确把握，由此容易对城市道路常规交通流造成不良的影响。

国内外关于信号优先控制方面的研究主要是针对公交车辆，而对于特殊车辆的信号优先控制的研究相对较少。传统方法由于特殊车辆到达交叉口的时间不确定性，使得无法为特殊车辆提供合适的优先信号时机和恢复交叉口信号相序的时机，从而导致的信号优先控制效果过低；而且当前对特殊车辆的信号优先控制的研究主要集中在单特殊车辆通行信号交叉口的信号优先控制，而对于多特殊车辆同时段到达信号交叉口的信号优先控制研究较少。

综观当前特殊车辆信号优先控制方法的研究和应用，存在的不足及问题主要有：

1．算法实时性和可靠性较差。一般信号优先方法仅将车辆行驶方向下游单个交叉口为控制对象，在车辆快速通行的条件下，未充分考虑到数据处理及信号控制系统切换状态等因素导致的延时；

2. 没有较好的方法确定特殊车辆到达交叉口或通过交叉口的确定时间，无法提供合适的优先通行信号或恢复信号相位的时机，从而导致信号控制效率过低；

3. 未充分考虑多辆特殊车辆的冲突性，即当存在多辆特殊车辆同时需要锁定交叉口信号相位，应对这些特殊车辆有条件主动信号控制。

发明内容

针对现有传统特殊车辆信号优先控制方法无法提供合适的优先信号时机和恢复交叉口信号相序的时机而导致的信号优先控制效果过低，对于多特殊车辆同时段到达信号交叉口的信号优先控制无法给予有条件信号优先控制的现象，本发明提出了一种基于GPS的特殊车辆信号优先控制方法。其目的在于能够自动判别需要执行信号优先控制方案（即相位锁定）和需要恢复正常信号控制方案（即方案恢复）的信号交叉口，同时还兼顾考虑了多信号优先任务并存等特殊情况下的数据处理方法，对提高特殊车辆信号优先服务水平，实现城市交通管理的信息化和智能化有着积极的意义。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于GPS的特殊车辆信号优先控制的方法，所述方法步骤包括：

1）实时获取特殊车辆信号优先控制任务配置参数，并构建优先路线交叉口的信号优先信息表；

2）判断任务是否结束，若否，则转入步骤3），否则进行步骤8）

3）实时获取当前任务特殊车辆的GPS数据；

4）结合电子地图数据，将GPS定位点匹配到相应的路段上，以该路段为基准，划分优先路线的下游交叉口集和上游交叉口集；

5）确定下游候选阶段锁定交叉口集和上游候选解锁交叉口集：

5-1）基于下游交叉口集的电子围栏，确定下游候选阶段锁定交叉口集；

5-2）取上游交叉口集作为上游候选解锁交叉口集；

6）确定需锁定阶段的交叉口集和需解除阶段锁定的交叉口集：

6-1）根据下游候选阶段锁定交叉口集的信号优先信息表，确定需锁定阶段的交叉口集；

6-2）根据上游候选解锁交叉口集的信号优先信息表，确定需解除阶段锁定的交叉口集；

7）根据需锁定阶段的交叉口集和需解除阶段锁定的交叉口集，向信号控制系统下达相应交叉口阶段锁定和解锁指令；

8）根据优先路线交叉口的信号优先信息表，解除该优先路线上相应的交叉口的阶段锁定，然后结束当前任务。

发明内容还包括：

步骤1）中，特殊车辆信号优先控制任务配置参数，主要包括优先路线、优先等级、车队包含车辆数、优先相位；交叉口信号优先信息表用于临时存储信号优先任务的相关信息以及解锁延时计时器，若该表为空，则说明该交叉口未处于阶段锁定状态，若非空，则说明该交叉口处于被一个或多个优先任务同时锁定阶段的状态；

步骤2）中，判断任务结束的条件为：用户在任务结束后或者在任务执行途中发送任务结束指令；

步骤4）中，将GPS定位点匹配到相应路段的方法，包含如下步骤：

a）以优先路线各路段中心线为基准作缓冲区，其范围为路段宽度与GPS定位误差之和；

b）选取包含GPS定位点的缓冲区所对应的路段作为初选匹配路段；

c）若初选匹配路段唯一，则该路段即为GPS定位点的匹配路段，并以垂直投影点为车辆位置匹配点，若不唯一，则取其中的上游路段作为GPS定位点的匹配路段，以匹配路段的终点为车辆位置匹配点；

步骤5-1）中，下游候选阶段锁定交叉口集的确定包括如下步骤：

a）根据任务优先等级确定电子围栏的辐射半径；

b）以下游交叉口集为基准，生成电子围栏；

c）选取包含GPS定位点的电子围栏所对应的交叉口作为候选阶段锁定交叉口集；

步骤6-1）中，确定需锁定阶段的交叉口集，包括如下步骤：

a）若候选阶段锁定交叉口的信号优先信息表为空，则添加当前任务相关信息至该表中，并将该交叉口加入需锁定阶段的交叉口集，转入步骤d），否则，进行步骤b）；

b）若信号优先信息表未包含当前任务信息，则判断当前任务锁定阶段是否与其他任务锁定阶段相同，若是，则添加当前任务相关信息至该表中，转入步骤d），否则，进行步骤c）；

c）若当前任务优先等级大于表内其他任务的优先等级，则判断其他任务优先车辆距当前交叉口的距离是否大于或等于安全停车距离，若是，则清空信号优先信息表，添加当前任务相关信息至该表中，并将该交叉口加入需锁定阶段的交叉口集，转入步骤d），否则，转入步骤d）；

d）重复步骤a）至步骤c），处理候选阶段锁定交叉口集中的每一个交叉口，即得需锁定阶段的交叉口集；

步骤6-2）中，确定需解除阶段锁定的交叉口集，包括如下步骤：

a）判断候选解锁交叉口的信号优先信息表包含当前任务，若是，则转入步骤b），否则进行步骤e）；

b）若信号优先信息表所包含任务唯一，则转入步骤c），否则，进行步骤d）；

c）判断解锁延迟计时器时间是否大于或等于车队通过时间，若是，则清空信号优先信息表，并将该交叉口加入需解除阶段锁定的交叉口集，转入步骤e），否则，进入步骤e）；

d）移除信号优先信息表中当前任务信息，进入步骤e）；

e）重复步骤a）至步骤d），处理候选解锁交叉口集中的每一个交叉口，即得需解除阶段锁定的交叉口集；

步骤8)中，解除该优先路线上相应的交叉口的阶段锁定，包括如下步骤：

a）若优先路线交叉口的信号优先信息表包含当前任务且唯一，则将该交叉口加入需解除阶段锁定的交叉口集，转入步骤c），否则进入步骤b）；

b）若信号优先信息表包含当前任务，则移除该表中的当前任务信息，转入步骤3），否则进入步骤c）；

c）重复步骤a）至b），处理优先路线包含的每个交叉口，即得需解除阶段锁定的交叉口集，进入步骤d）；

d）根据需解除阶段锁定的交叉口集解除该优先路线上相应的交叉口的阶段锁定；然后结束当前任务。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

1. 依托于移动定位设备而不是传统的路测传感设备来实现特殊车辆的信号优先控制，因此对于较大规模的城市路网来说，建设成本大大降低，且后期设备维护简单；

2. 实现对特殊车辆行驶状况的实时监视，能够确保特殊车辆及时获得信号优先通行权，同时还考虑了在车辆快速通行的条件下数据处理及信号控制系统切换状态等因素导致的延时；

3. 能够自动判别需要执行信号优先控制方案（即相位锁定）和需要恢复正常信号控制方案（即方案恢复）的信号交叉口，提高了信号优先控制的效率，同时也减少了对其他车辆的负面影响；

4. 充分考虑了多特殊车辆同时段到达交叉口的可能情况，能够根据特殊车辆的优先等级，实现对多特殊车辆进行有条件地主动式信号优先控制。

附图说明

图1为本发明实施例的信号优先控制流程图；

图2为本发明实施例的确定需锁定阶段的交叉口集流程图；

图3为本发明实施例的确定需解除阶段锁定的交叉口集流程图；

图4为本发明实施例的行驶路线上路段缓冲区区域示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示为基于GPS的特殊车辆信号优先控制方法流程图，具体实施步骤如下：

1）实时获取特殊车辆信号优先控制任务配置参数，并构建优先路线交叉口的信号优先信息表；

特殊车辆信号优先控制任务配置参数，主要包括优先路线、优先等级、车队包含车辆数、优先相位；交叉口信号优先信息表用于临时存储信号优先任务的相关信息以及解锁延时计时器，若该表为空，则说明该交叉口未处于阶段锁定状态，若非空，则说明该交叉口处于被一个或多个优先任务同时锁定阶段的状态。

2）判断任务是否结束，即用户在任务结束后或者在任务执行途中是否发送任务结束指令，若否，则转入步骤3），否则进行步骤8）。

3）实时获取当前任务特殊车辆的GPS数据。

4）结合电子地图数据，如图4所示将GPS定位点匹配到相应的路段上，以该路段为基准，划分优先路线的下游交叉口集和上游交叉口集，包含如下步骤：

a）以优先路线各路段中心线为基准作缓冲区，其范围为路段宽度与GPS定位误差之和；

b）选取包含GPS定位点的缓冲区所对应的路段作为初选匹配路段；

c）若初选匹配路段唯一，则说明该路段即为GPS定位点的匹配路段，并以垂直投影点为车辆位置匹配点，若不唯一，则说明车辆未完全通过交叉口，即取其中的上游路段作为GPS定位点的匹配路段，以匹配路段的终点为车辆位置匹配点。

5）确定下游候选阶段锁定交叉口集和上游候选解锁交叉口集：

5-1）基于下游交叉口集的电子围栏，确定下游候选阶段锁定交叉口集，包括如下步骤：

a）根据任务优先等级确定电子围栏的辐射半径；

b）以下游交叉口集为基准，生成电子围栏；

c）选取包含GPS定位点的电子围栏所对应的交叉口作为候选阶段锁定交叉口集；

5-2）取上游交叉口集作为上游候选解锁交叉口集。

6）确定需锁定阶段的交叉口集和需解除阶段锁定的交叉口集：

6-1）根据下游候选阶段锁定交叉口集的信号优先信息表，确定需锁定阶段的交叉口集，如图2所示，包括如下步骤：

a）若候选阶段锁定交叉口的信号优先信息表为空，则说明该交叉口处于非锁定状态，添加当前任务相关信息至该表中，并将该交叉口加入需锁定阶段的交叉口集，转入步骤d），否则，进行步骤b）；

b）若信号优先信息表未包含当前任务信息，则判断当前任务锁定阶段是否与其他任务锁定阶段相同，若是，则说明当前任务能够与其他任务同时段获得信号优先通行权，添加当前任务相关信息至该表中，转入步骤d），否则，进行步骤c）；

c）若当前任务优先等级大于表内其他任务的优先等级，则判断其他任务优先车辆距当前交叉口的距离是否大于或等于安全停车距离，若是，则说明可以切换交叉口阶段锁定，给予高优先等级的特殊车辆信号优先通行权，清空信号优先信息表，添加当前任务相关信息至该表中，并将该交叉口加入需锁定阶段的交叉口集，转入步骤d），否则，转入步骤d）；

d）重复步骤a）至步骤c），处理候选阶段锁定交叉口集中的每一个交叉口，即得需锁定阶段的交叉口集；

6-2）根据上游候选解锁交叉口集的信号优先信息表，确定需解除阶段锁定的交叉口集，如图3所示，包括如下步骤：

a）判断候选解锁交叉口的信号优先信息表包含当前任务，则转入步骤b），否则进行步骤e）；

b）若信号优先信息表所包含任务唯一，则说明该交叉口只由当前任务锁定，转入步骤c），否则，进行步骤d）；

c）判断解锁延迟计时器时间是否大于或等于车队通过时间，若是，则说明车队已经完全通过交叉口，清空信号优先信息表，并将该交叉口加入需解除阶段锁定的交叉口集，转入步骤e），否则，进入步骤e）；

d）移除信号优先信息表中当前任务信息，进入步骤e）；

e）重复步骤a）至步骤d），处理候选解锁交叉口集中的每一个交叉口，即得需解除阶段锁定的交叉口集。

7）根据需锁定阶段的交叉口集和需解除阶段锁定的交叉口集，向信号控制系统下达相应交叉口阶段锁定和解锁指令。

8）根据优先路线交叉口的信号优先信息表，解除该优先路线上相应的交叉口的阶段锁定，包括如下步骤：

a）若优先路线交叉口的信号优先信息表包含当前任务且唯一，则将该交叉口加入需解除阶段锁定的交叉口集，转入步骤c），否则进入步骤b）；

b）若信号优先信息表包含当前任务，则移除该表中的当前任务信息，转入步骤3），否则进入步骤c）；

c）重复步骤a）至b），处理优先路线包含的每个交叉口，即得需解除阶段锁定的交叉口集；

d）根据需解除阶段锁定的交叉口集解除该优先路线上相应的交叉口的阶段锁定；然后结束当前任务。

Claims (7)

1.一种基于GPS的特殊车辆信号优先控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1）实时获取特殊车辆信号优先控制任务配置参数，并构建优先路线交叉口的信号优先信息表；

2）判断任务是否结束，若否，则转入步骤3），否则进行步骤8）；

3）实时获取当前任务特殊车辆的GPS数据；

4）结合电子地图数据，将GPS定位点匹配到相应的路段上，以GPS定位点匹配到的路段为基准，划分优先路线的下游交叉口集和上游交叉口集；

5）确定下游候选阶段锁定交叉口集和上游候选解锁交叉口集：

5-1）基于下游交叉口集的电子围栏，确定下游候选阶段锁定交叉口集；

5-2）取上游交叉口集作为上游候选解锁交叉口集；

6）确定需锁定阶段的交叉口集和需解除阶段锁定的交叉口集：

6-1）根据下游候选阶段锁定交叉口集的信号优先信息表，确定需锁定阶段的交叉口集；

6-2）根据上游候选解锁交叉口集的信号优先信息表，确定需解除阶段锁定的交叉口集；

7）根据需锁定阶段的交叉口集和需解除阶段锁定的交叉口集，向信号控制系统下达相应交叉口阶段锁定和解锁指令；

8）根据优先路线交叉口的信号优先信息表，解除所述优先路线上相应的交叉口的阶段锁定，然后结束当前任务。

2.根据权利要求1所述的基于GPS的特殊车辆信号优先控制方法，其特征在于，所述步骤1）中，

特殊车辆信号优先控制任务配置参数，包括优先路线、优先等级、车队包含车辆数、优先相位；

交叉口信号优先信息表用于临时存储信号优先任务的相关信息以及解锁延时计时器，若交叉口信号优先信息表为空，则说明所述交叉口未处于阶段锁定状态，若非空，则说明所述交叉口处于被一个或多个优先任务同时锁定阶段的状态。

3.根据权利要求1所述的基于GPS的特殊车辆信号优先控制方法，其特征在于，所述步骤2）中，

判断任务结束的条件为：用户在任务结束后或者在任务执行途中发送任务结束指令。

4.根据权利要求1所述的基于GPS的特殊车辆信号优先控制方法，其特征在于，所述步骤4）中，

将GPS定位点匹配到相应路段的方法，包含如下步骤：

a）以优先路线各路段中心线为基准作缓冲区，缓冲区范围为路段宽度与GPS定位误差之和；

b）选取包含GPS定位点的缓冲区所对应的路段作为初选匹配路段；

c）若初选匹配路段唯一，则初选匹配路段即为GPS定位点的匹配路段，并以垂直投影点为车辆位置匹配点，若不唯一，则取其中的上游路段作为GPS定位点的匹配路段，以匹配路段的终点为车辆位置匹配点。

5.根据权利要求1所述的基于GPS的特殊车辆信号优先控制方法，其特征在于：所述步骤5-1）中，

下游候选阶段锁定交叉口集的确定包括如下步骤：

a）根据任务优先等级确定电子围栏的辐射半径；

b）以下游交叉口集为基准，生成电子围栏；

c）选取包含GPS定位点的电子围栏所对应的交叉口作为候选阶段锁定交叉口集。

6.根据权利要求1所述的基于GPS的特殊车辆信号优先控制方法，其特征在于：所述步骤6-1）中，

确定需锁定阶段的交叉口集，包括如下步骤：

a）若候选阶段锁定交叉口的信号优先信息表为空，则添加当前任务相关信息至信号优先信息表中，并将所述交叉口加入需锁定阶段的交叉口集，转入步骤d），否则，进行步骤b）；

b）若信号优先信息表未包含当前任务信息，则判断当前任务锁定阶段是否与其他任务锁定阶段相同，若是，则添加当前任务相关信息至该表中，转入步骤d），否则，进行步骤c）；

c）若当前任务优先等级大于表内其他任务的优先等级，则判断其他任务优先车辆距当前交叉口的距离是否大于或等于安全停车距离，若是，则清空信号优先信息表，添加当前任务相关信息至该表中，并将所述交叉口加入需锁定阶段的交叉口集，转入步骤d），否则，转入步骤d）；

d）重复步骤a）至步骤c），处理候选阶段锁定交叉口集中的每一个交叉口，即得需锁定阶段的交叉口集。

7.根据权利要求1所述的基于GPS的特殊车辆信号优先控制方法，其特征在于，所述步骤6-2）中，

确定需解除阶段锁定的交叉口集，包括如下步骤：

a）判断候选解锁交叉口的信号优先信息表包含当前任务，若是，则转入步骤b），否则进行步骤e）；

b）若信号优先信息表所包含任务唯一，则转入步骤c），否则，进行步骤d）；

c）判断解锁延迟计时器时间是否大于或等于车队通过时间，若是，则清空信号优先信息表，并将该交叉口加入需解除阶段锁定的交叉口集，转入步骤e），否则，进入步骤e）；

d）移除信号优先信息表中当前任务信息，进入步骤e）；

e）重复步骤a）至步骤d），处理候选解锁交叉口集中的每一个交叉口，即得需解除阶段锁定的交叉口集。

8. 根据权利要求1所述的基于GPS的特殊车辆信号优先控制方法，其特征在于：所述步骤8)中，

解除优先路线上相应的交叉口的阶段锁定，包括如下步骤：

a）若优先路线交叉口的信号优先信息表包含当前任务且唯一，则将该交叉口加入需解除阶段锁定的交叉口集，转入步骤c），否则进入步骤b）；

b）若信号优先信息表包含当前任务，则移除信号优先信息表中的当前任务信息，转入步骤3），否则进入步骤c）；

c）重复步骤a）至b），处理优先路线包含的每个交叉口，即得需解除阶段锁定的交叉口集，进入步骤d）；

d）根据需解除阶段锁定的交叉口集解除所述优先路线上相应的交叉口的阶段锁定；然后结束当前任务。

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