CN103198686B - 一种降低车辆闯黄灯概率的车速诱导控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低车辆闯黄灯概率的车速诱导控制方法，包含基本交通数据采集、车辆运行状态检测、车辆运行状态判断、自动车速诱导控制四个步骤。该方法通过车载GPS定位系统实时检测车辆的运行状态并采集车辆的速度与位置信息。通过将车辆的运行数据与下游交叉口的信号配时方案进行比对，预先判断车辆到达交叉口时的可能信号相位，并针对性的诱导车辆以最优的行驶速度行驶通过交叉口或及时采取制动措施，降低车辆闯黄灯的风险。本发明方法无需改变现有的道路网络配置及信号控制方式，投资较少，发明方法便于计算与实际操作，实用性强，可以提升机动车辆在交叉口的运行效率，保障交通安全，具有很大的现实意义。

Description

一种降低车辆闯黄灯概率的车速诱导控制方法

技术领域

本发明属于城市交通运行与组织技术及交通控制领域，涉及一种降低车辆闯黄灯概率的车速诱导控制方法。

背景技术

当前，我国正处在社会经济与城镇化进程高速发展的关键时期，城市规模的不断扩大、人口持续增长、经济发展迅速，私人小汽车保有量不断增加。然而，伴随着小汽车保有量的增加，城市中的交通事故，尤其是路口交通事故也不断增多：据公安部统计数据显示，2012年全年，全国共查处不按交通信号灯指示通行交通违法行为2649万起，平均每天7万多起；接报涉及人员伤亡的路口交通事故4.6万起，造成1.1万人死亡、5万人受伤，分别同比2011年上升17.7%、16.5%和12.3%。为了控制交通事故的数量，降低交通事故对社会造成的危害，严格交通执法，强化执法力度，公安部修订了《机动车驾驶证申领和使用规定》（俗称“新交规”），并于2013年1月1日起施行。新交规中首次明确提出在交叉口闯黄灯行为将会视为交通违法，并作记6分的处罚。虽然之后不久闯黄灯记6分的规定被暂时叫停，但是很多机动车驾驶员已经开始注意自己的驾驶行为，避免冲闯黄灯信号。

然而，由于很少有城市的交叉口设置有倒计时式的信号灯，因而在驾驶员实际驾驶的过程中，为避免冲闯黄灯信号，往往采取提前减速的措施。这样虽然降低了驾驶员闯黄灯的风险，但是一些不必要的制动策略则降低了交通系统的运行效率，在高峰时刻甚至可能造成一定的交通拥堵。此外，如果车辆以较高的速度行驶时突然遇到黄灯，此时若驾驶员紧急制动以避免冲闯黄灯信号，很可能诱发后车的追尾，造成交通事故。

发明内容

技术问题：为解决以上提到的在驾驶员驾驶车辆的过程中，为避免闯黄灯而引发的一系列问题，本发明提供一种诱导车辆以最优的行驶速度行驶通过交叉口或及时采取制动措施，从而降低车辆闯黄灯概率的车速诱导控制方法。

技术方案：本发明的降低车辆闯黄灯概率的车速诱导控制方法，实时检测车辆的运行状态，以获取车辆的实时速度与位置信息。通过将车辆的运行与下游交叉口的信号配时方案进行比对，预判车辆到达交叉口时的信号相位，诱导车辆以最优的行驶速度行驶通过交叉口或采取制动措施，降低车辆闯黄灯的风险。包括依次进行的基本交通数据采集步骤、车辆运行状态检测步骤、车辆运行状态判断步骤和自动车速诱导控制步骤；

基本交通数据采集步骤中，采集以下三类数据：道路网信息数据、信号交叉口配时方案数据和车辆参数，道路网信息数据包含道路网络中信号交叉口的数量M及位置、路段的数量N及各个路段的限速值其中，i为路段的序号，i=1,2…N；信号交叉口配时方案数据包括道路网络中各个信号交叉口的信号周期时长、相位设置及各个相位的起止时刻；车辆参数包括车辆的最大加速度a、最大减速度b；

车辆运行状态检测步骤中，每0.5秒通过车载GPS导航系统检测并记录车辆在路网中运行的状态，车辆在路网中运行的状态包括记录的时刻T、时刻T时车辆位置D^T、时刻T时车辆行驶速度v^T与该车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的转向选择：直行、左转或右转；

车辆运行状态判断步骤中，通过预测车辆行驶到下游第一个信号交叉口的时间区间，并与下游第一个信号交叉口的信号配时方案进行比对，判断车辆到达下游第一个信号交叉口的信号相位状态，具体包含以下步骤：

1）预测车辆到达下游第一个信号交叉口的时间区间：

根据车辆运行状态检测步骤中获取的车辆运行状态及基本交通数据采集步骤中采集的道路网信息数据，确定时刻T时车辆所在的路段序号i^T、车辆行驶方向下游第一个信号交叉口的序号j^T，其中j^T=1,2...M，车辆距离行驶方向下游第一个信号交叉口的距离L^T，得到车辆到达车辆行驶方向下游第一个信号交叉口的预测时间区间为其中，为路段i^T的限速值；

2）判断车辆到达下游第一个信号交叉口的信号状态：

根据所述步骤1）得到的车辆到达行驶方向下游第一个信号交叉口的预测时间区间及基本交通数据采集步骤中采集的编号为j^T的信号交叉口的信号周期时长、相位设置及各个相位的起止时刻，以及车辆运行状态检测步骤中得到的车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的转向选择，判断车辆到达信号交叉口时的信号状态，具体为：

若信号交叉口j^T在时间区间内在转向选择方向的信号均为黄灯信号，则车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的运行状态为全黄状态；

若信号交叉口j^T在时刻时在转向选择方向的信号为黄灯信号，且在时间区间内，在转向选择方向的信号不全为黄灯信号，则车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的运行状态为黄灯可诱导状态，记在时间区间内在转向选择方向最迟的一个黄灯信号开始时刻为黄灯可诱导状态下车速诱导的目标时刻，记为

若信号交叉口j^T在时间区间内在转向选择方向存在绿灯信号，则车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的运行状态为绿灯诱导状态，记在时间区间内在转向选择方向最早的一个绿灯信号开始时刻为绿灯诱导状态下车速诱导的目标时刻，记为

若信号交叉口j^T在时间区间内仅存在转向选择方向的红灯信号，或者同时存在红灯和黄灯信号，则车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的运行状态为全红状态；

自动车速诱导控制步骤中，根据车辆运行状态判断步骤中判断的车辆到达下游第一个信号交叉口的信号状态，得到自动车速诱导策略，具体为：

当信号状态为全黄状态时，T时刻全黄状态下车辆的诱导减速度为此时若满足则车速诱导策略为立刻以的减速度减速并在转向选择方向所对应的车道停车线前停止；否则，车速诱导策略为诱导车辆采用最大的加速度a加速行驶，其中，为T时刻全黄状态下车辆的诱导减速度；

当信号状态为黄灯可诱导状态时，T时刻黄灯可诱导状态下车辆的诱导减速度为 $b_{\mathrm{YP}}^T=\frac{{\left(v^T\right)}^2}{{2L}^T}.$ 此时若满足式 $b_{\mathrm{YP}}^T>b,$ 或者满足 $v^T(T_Y^T-T)+\frac{1}{2}a{(T_Y^T-T)}^2-L^T>0,$ 则车速诱导策略为立刻诱导车辆采用最大的加速度a加速行驶；否则车速诱导策略为立刻诱导车辆以的减速度减速并在转向选择方向对应的车道停车线前停止，其中，为T时刻黄灯可诱导状态下车辆的诱导减速度；

当信号状态为绿灯诱导状态时，车速诱导策略为诱导车辆采用的速度行驶，其中，为T时刻绿灯诱导状态下车辆的诱导车速；

当信号状态为全红状态时，车速诱导策略为立刻以的减速度减速并在转向选择方向对应的车道停车线前停止，其中，为T时刻全红状态下车辆的诱导减速度。

有益效果：本发明提出的一种降低车辆闯黄灯概率的车速诱导控制方法，该方法充分考虑了驾驶员的驾驶行为与交叉口信号配时方案的特性，通过对车辆行驶状态的检测与预测，提出有针对性的车速诱导策略，降低车辆冲闯黄灯的概率。通过本发明的实施，可以最大限度的提升机动车辆在交叉口的运行效率，保障交叉口处的交通安全，优化城市交通流组织。

与现有的车辆行驶速度诱导方法中常常将黄灯信号忽略，或者将黄灯信号并入绿灯信号一同处理的做法相比，本发明方法特别将时长较短的黄灯信号也纳入车辆车速诱导可能遇到的交叉口信号控制状态中，充分考虑信号灯由绿灯信号转变为黄灯信号的实际情况，并根据车载GPS定位系统实时检测车辆的运行状态并采集车辆的速度与位置信息细分黄灯信号的状态：全黄状态或者黄灯可诱导状态，并针对性的诱导车辆以最优的行驶速度行驶通过交叉口或及时采取制动措施，降低了车辆闯黄灯的风险。

与现有方法相比，本发明可以大大降低车辆在信号交叉口闯黄灯行为发生的概率。并且，本发明方法无需额外的设备及资金投入，仅需在充分利用现有方法设备的基础上对现有方法进行技术改进。

附图说明

图1为本发明方法的总体流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种降低车辆闯黄灯概率的车速诱导控制方法的总体流程图。下面结合图1对本发明方法作更进一步的说明。

本发明的降低车辆闯黄灯概率的车速诱导控制方法，实时检测车辆的运行状态，并采集车辆的速度与位置信息。通过将车辆的运行与下游交叉口的信号配时方案进行比对，预判车辆到达交叉口时的信号相位，诱导车辆以最优的行驶速度行驶通过交叉口或采取制动措施，降低车辆闯黄灯的风险。包含依次进行的基本交通数据采集步骤、车辆运行状态检测步骤、车辆运行状态判断步骤和自动车速诱导控制步骤；

基本交通数据采集步骤为本发明方法的基础，采集的数据将为后续步骤提供支撑。在该步骤中将采集以下三类数据：道路网信息数据、信号交叉口配时方案数据和车辆参数，道路网信息数据包含道路网络中信号交叉口的数量M及位置、路段的数量N及各个路段的限速值其中，i为路段的序号，i=1,2…N；信号交叉口配时方案数据包括道路网络中各个信号交叉口的信号周期时长、相位设置及各个相位的起止时刻；车辆参数包括车辆的最大加速度a、最大减速度b；

对于基本交通数据采集中的道路网信息数据可以直接从该城市的建设局、规划局或者交通局获取，而信号交叉口配时方案数据则可以从交巡警队处获取。车辆参数由汽车本身决定，可从汽车的生产商处获取。可以看出，本发明基本交通数据的采集均较容易，无需进行大规模的交通调查，这也降低了本发明实施的难度。

车辆运行状态检测步骤中，每0.5秒通过车载GPS导航系统检测并记录车辆在路网中运行的状态，车辆在路网中运行的状态包括记录的时刻T、时刻T时车辆位置D^T、时刻T时车辆行驶速度v^T与该车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的转向选择：直行、左转或右转；

车辆运行状态判断步骤中，通过预测车辆行驶到下游第一个信号交叉口的时间区间，并与下游第一个信号交叉口的信号配时方案进行比对，判断车辆到达下游第一个信号交叉口的信号相位状态，具体包含以下步骤：

1）预测车辆到达下游第一个信号交叉口的时间区间：

根据车辆运行状态检测步骤中获取的车辆运行状态及基本交通数据采集步骤中采集的道路网信息数据，确定时刻T时车辆所在的路段序号i^T、车辆行驶方向下游第一个信号交叉口的序号j^T，其中j^T=1,2…M，车辆距离行驶方向下游第一个信号交叉口的距离L^T，得到车辆到达车辆行驶方向下游第一个信号交叉口的预测时间区间为其中，为路段i^T的限速值；

2）判断车辆到达下游第一个信号交叉口的信号状态：

根据所述步骤1）得到的车辆到达行驶方向下游第一个信号交叉口的预测时间区间及基本交通数据采集步骤中采集的编号为j^T的信号交叉口的信号周期时长、相位设置及各个相位的起止时刻，以及车辆运行状态检测步骤中得到的车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的转向选择，判断车辆到达信号交叉口时的信号状态，具体为：

若信号交叉口j^T在时间区间内在转向选择方向的信号均为黄灯信号，则车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的运行状态为全黄状态；

若信号交叉口j^T在时刻时在转向选择方向的信号为黄灯信号，且在时间区间内，在转向选择方向的信号不全为黄灯信号，则车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的运行状态为黄灯可诱导状态，记在时间区间内在转向选择方向最迟的一个黄灯信号开始时刻为黄灯可诱导状态下车速诱导的目标时刻，记为

若信号交叉口j^T在时间区间内在转向选择方向存在绿灯信号，则车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的运行状态为绿灯诱导状态，记在时间区间内在转向选择方向最早的一个绿灯信号开始时刻为绿灯诱导状态下车速诱导的目标时刻，记为

若信号交叉口j^T在时间区间内仅存在转向选择方向的红灯信号，或者同时存在红灯和黄灯信号，则车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的运行状态为全红状态；

通过上述步骤的处理，可以得到车辆到达信号交叉口时的信号状态，主要分为全黄状态、黄灯可诱导状态、绿灯诱导状态、红灯信号状态四种，为之后确定自动车速诱导策略提供信号状态的依据。

自动车速诱导控制步骤中，根据车辆运行状态判断步骤中判断的车辆到达下游第一个信号交叉口的信号状态，得到自动车速诱导策略，具体为：

当信号状态为全黄状态时，T时刻全黄状态下车辆的诱导减速度为此时若满足则车速诱导策略为立刻以的减速度减速并在转向选择方向所对应的车道停车线前停止；否则，车速诱导策略为诱导车辆采用最大的加速度a加速行驶，其中，为T时刻全黄状态下车辆的诱导减速度；

当信号状态为黄灯可诱导状态时，T时刻黄灯可诱导状态下车辆的诱导减速度为 $b_{\mathrm{YP}}^T=\frac{{\left(v^T\right)}^2}{{2L}^T}.$ 此时若满足式 $b_{\mathrm{YP}}^T>b,$ 或者满足 $v^T(T_Y^T-T)+\frac{1}{2}a{(T_Y^T-T)}^2-L^T>0,$ 则车速诱导策略为立刻诱导车辆采用最大的加速度a加速行驶；否则车速诱导策略为立刻诱导车辆以的减速度减速并在转向选择方向对应的车道停车线前停止，其中，为T时刻黄灯可诱导状态下车辆的诱导减速度；

当信号状态为绿灯诱导状态时，车速诱导策略为诱导车辆采用的速度行驶，其中，为T时刻绿灯诱导状态下车辆的诱导车速；

当信号状态为全红状态时，车速诱导策略为立刻以的减速度减速并在转向选择方向对应的车道停车线前停止，其中，为T时刻全红状态下车辆的诱导减速度。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种降低车辆闯黄灯概率的车速诱导控制方法，其特征在于，该方法包括依次进行的基本交通数据采集步骤、车辆运行状态检测步骤、车辆运行状态判断步骤和自动车速诱导控制步骤；

所述基本交通数据采集步骤中，采集以下三类数据：道路网信息数据、信号交叉口配时方案数据和车辆参数，所述道路网信息数据包含道路网络中信号交叉口的数量M及位置、路段的数量N及各个路段的限速值其中，i为路段的序号，i＝1,2...N；所述信号交叉口配时方案数据包括道路网络中各个信号交叉口的信号周期时长、相位设置及各个相位的起止时刻；所述车辆参数包括车辆的最大加速度a、最大减速度b；

所述车辆运行状态检测步骤中，每0.5秒通过车载GPS导航系统检测并记录车辆在路网中运行的状态，所述车辆在路网中运行的状态包括记录的时刻T、时刻T时车辆位置D^T、时刻T时车辆行驶速度v^T与该车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的转向选择：直行、左转或右转；

所述车辆运行状态判断步骤中，通过预测车辆行驶到下游第一个信号交叉口的时间区间，并与下游第一个信号交叉口的信号配时方案进行比对，判断车辆到达下游第一个信号交叉口的信号相位状态，具体包含以下两个步骤：

1)预测车辆到达下游第一个信号交叉口的时间区间：

根据所述车辆运行状态检测步骤中获取的车辆运行状态及所述基本交通数据采集步骤中采集的道路网信息数据，确定时刻T时车辆所在的路段序号i^T、车辆行驶方向下游第一个信号交叉口的序号j^T，其中j^T＝1,2...M，车辆距离行驶方向下游第一个信号交叉口的距离L^T，得到车辆到达车辆行驶方向下游第一个信号交叉口的预测时间区间为其中，为路段i^T的限速值；

2)判断车辆到达下游第一个信号交叉口的信号状态：

根据所述步骤1)得到的车辆到达行驶方向下游第一个信号交叉口的预测时间区间及所述基本交通数据采集步骤中采集的编号为j^T的信号交叉口的信号周期时长、相位设置及各个相位的起止时刻，以及所述车辆运行状态检测步骤中得到的车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的转向选择，判断车辆到达信号交叉口时的信号状态，具体为：

若信号交叉口j^T在时间区间内在所述转向选择方向的信号均为黄灯信号，则车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的运行状态为全黄状态；

若信号交叉口j^T在时刻时在所述转向选择方向的信号为黄灯信号，且在时间区间内，在所述转向选择方向的信号不全为黄灯信号，则车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的运行状态为黄灯诱导状态，记在时间区间内在所述转向选择方向最迟的一个黄灯信号开始时刻为黄灯诱导状态下车速诱导的目标时刻，记为

若信号交叉口j^T在时间区间内在所述转向选择方向存在绿灯信号，则车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的运行状态为绿灯诱导状态，记在时间区间内在所述转向选择方向最早的一个绿灯信号开始时刻为绿灯诱导状态下车速诱导的目标时刻，记为

若信号交叉口j^T在时间区间内仅存在所述转向选择方向的红灯信号，或者同时存在红灯和黄灯信号，则车辆在行驶方向下游第一个信号交叉口的运行状态为全红状态；

所述自动车速诱导控制步骤中，根据所述车辆运行状态判断步骤中判断的车辆到达下游第一个信号交叉口的信号状态，得到自动车速诱导策略，具体为：

当信号状态为全黄状态时，T时刻全黄状态下车辆的诱导减速度为此时若满足则车速诱导策略为立刻以的减速度减速并在所述转向选择方向所对应的车道停车线前停止；否则，车速诱导策略为诱导车辆采用最大的加速度a加速行驶，其中，为T时刻全黄状态下车辆的诱导减速度；

当信号状态为黄灯诱导状态时，T时刻黄灯诱导状态下车辆的诱导减速度为 $b_{\mathrm{YP}}^T=\frac{{\left(v^T\right)}^2}{{2L}^T},$ 此时若满足式 $b_{\mathrm{YP}}^T>b,$ 或者满足 $v^T(T_T^T-T)+\frac{1}{2}a{(T_T^T-T)}^2-L^T>0,$ 则车速诱导策略为立刻诱导车辆采用最大的加速度a加速行驶；否则车速诱导策略为立刻诱导车辆以的减速度减速并在所述转向选择方向对应的车道停车线前停止，其中，为T时刻黄灯诱导状态下车辆的诱导减速度；

当信号状态为绿灯诱导状态时，车速诱导策略为诱导车辆采用的速度行驶，其中，为T时刻绿灯诱导状态下车辆的诱导车速；

当信号状态为全红状态时，车速诱导策略为立刻以的减速度减速并在所述转向选择方向对应的车道停车线前停止，其中，为T时刻全红状态下车辆的诱导减速度。