CN103473946B

CN103473946B - 一种基于坐标的路口信号灯状态即时提示方法及系统

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Publication number: CN103473946B
Application number: CN201310256690.2A
Authority: CN
Inventors: 杨其华; 任峻辰; 杨克旦
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2033-06-25
Also published as: CN103473946A

Abstract

本发明属于信息技术领域，公开了一种基于坐标的路口信号灯状态即时提示方法，包括1）控制中心广播发送其所在路口的中心坐标、信号灯相对于路口中心的方位信息、信号灯类型信息、及信号灯即时状态信息；2）车载终端接收控制中心发出的信号，并根据信号中的路口的中心坐标确定该路口在显示屏所显示的地图中的位置，并在地图中该路口所在位置，按信号灯类型及相对于路口中心的方位，显示表征该路口信号灯即时状态的图标。本发明通过在终端地图中相应路口处显示该路口的信号灯即时状态图形的方式，将路口信号灯状态信息传递给终端使用者。以便于使用者提前变更行车计划。

Description

一种基于坐标的路口信号灯状态即时提示方法及系统

技术领域

本发明属于信息技术领域，涉及道路交通状态信息远传显示技术，尤其涉及交通状态信息接收与统计处理，及车辆终端对交通状态信息的接收与显示，本发明的推广和应用，有利于提高道路交通运行的有效性和行车安全性。

背景技术

随着社会产能的增加，私家车的数量逐年的攀升，为控制车辆有序的在道路上的行驶，在各个路口设立信号灯指挥交通，能够有效的改善交通拥挤的状态。

目前使用的公路交通信号灯信号控制系统，常用绿、黄、红三色和带方向性箭头图案的信号灯指挥车辆通行。一般每路口设置一个信号灯控制装置，或通过网络实现对每个信号灯工作状态的控制。同一路口各个方向信号灯分色或分标识的指示时间长短，多由固定时序规律的逻辑控制装置设定，也有利用地面设置感应线圈检测车流量、行人手控开关输入获得路口人流量、网络化车流视频信号处理判定车流量等方法，实现按车流、人流需要的信号灯自适应控制。

上述信号灯系统，在规范人车有序行进和疏导交通方面发挥重要作用的前提，是信号灯必须清晰可视，但在大雨或浓雾气候、强烈日光照射下宽阔的路口、树木或前方车辆阻挡信号灯等情况下，信号灯指挥引导交通的作用将大打折扣，因此违反交通规则，引发交通事故的概率很高。一个理想的解决问题的方法，是将信号灯系统引入汽车驾驶室，将前方和交叉路口不同方位的信号灯状态让驾驶员一目了然。而且，提前预知路口信号灯状态还有利于驾驶员提前选择直行或转弯，以更有效率地到达目的地。

在现有的设计中存在能够将路口的信号灯指示情况进行引入到驾驶室内的相关设计，其目的是将车辆前方路口的信号灯中面向车辆的一组信号灯的状态提供给驾驶员，但是，其设计中只涉及了对于车辆行驶方向的确定，以识别一个路口多组信号灯中，哪一组是面对车辆的，却没有给出如何辨别来自不同路口的信号。因此在现有设计中，当车辆同时接收到来自两个以上路口的信号时，无法识别哪一个路口是车辆行驶前方的路口。如何识别来自于多个路口的信号中哪一个是车辆行驶前方的路口的信号，是实现信号灯引入驾驶室所面临的一个难题。

此外，一个路口的信号灯至少有三组（T形字路口）一般为四组（十字路口），对于行驶中的车辆而言，其即将通过的路口所包含的几组信号灯中，只有一组信号灯的状态对其有参考作用，现有技术中基于车辆移动方向和信号灯方位角来选择与车辆行驶方向相同的一组信号灯显示给驾驶员的方法，存有一个严重缺陷，即当车辆与路口之间存在一段弯路时，例如直角弯，那么，该方法则会错误将相临的另一组信号灯显示给驾驶员，然而实现道路情况复杂多变，现有技术所在存的这一缺陷使得该方法并不适用于实际应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术现状，设计一种服务于驾驶员，进而提高道路利用率充分发挥道路资源的路口交通状态信息收发系统。

为实现上述目的，本发明首先提出一种基于坐标的路口信号灯状态提示方法，包括如下步骤：

1）控制中心（信号采集发送装置）广播发送其所在路口的中心坐标、信号灯相对于路口中心的方位信息、信号灯类型信息、及信号灯即时状态信息；

2）车载终端接收控制中心发出的信号，并根据信号中的路口的中心坐标确定该路口在显示屏所显示的地图中的位置，并在地图中该路口所在位置，按信号灯类型及相对于路口中心的方位，显示表征该路口信号灯即时状态的图标。

所述方位信息、信号灯类型信息、及信号灯即时状态信息在信号中以编码形式存在。

所述信号灯类型信息用于车载终端识别信号灯类型，以调取相应的图标，信号灯的类型包括：无方向指示红绿灯、左转指示灯、调头指示灯、直行指示灯、右转指示灯、时间指示灯、文字提示灯七种。

本发明上述方案通过在终端地图中相应路口处显示该路口的信号灯即时状态图形的方式，将路口信号灯状态信息传递给终端使用者。该方案针对信号灯引入驾驶室所面临的路口识别难题，一改如何实现路口识别的惯常思维，突破性地提出一种不需要路口识别的信号灯提示方案。采用该方案，当车载终端同时接收到多个路口的信号时，只需按照上述方法逐一将信号状态显示到地图上即可，不需要对不同路口进行辨别，该方案不仅简单易于实现，其基于地图的信号灯提示方式也更为直观明了。其于本方案，终端使用者一般可以观察到地图中多个路口的信号灯状态，便于使用者提前变更行车计划。

另外，本发明上述方案也很好地避免了现有技术中从同一路口多组信号灯中筛选与车辆行驶方向相同的一组信号灯的方法所存在的严重缺陷。

在上述方法中，所述控制中心可以是独立于路口交通信号机的一种装置，其与路口交通信号机通过通讯接口连接，控制中心按固定频率从路口交通信号机采集与本路口信号灯即时状态对应的信号。

基于此，本发明提出第一种基于坐标的路口信号灯状态即时提示系统，

包括设置于路口的控制中心和设置于车辆内的车载终端，

所述控制中心包括，

与路口交通信号机连接的信号采集处理模块，用于从交通信号控制装置采集对应路口信号灯即时状态的信号，然后生成包含有与信号灯即时状态对应的信号灯状态编码，以及路口中心坐标、信号灯方位编码、信号灯类型编码的数据包，并将数据包发送给信号广播摸块；

用于存储程序代码，及路口信号灯状态编码，以及路口中心坐标、信号灯方位编码、信号灯类型编码的存储模块；

用于广播发送来自于信号采集处理模块的数据包的信号广播模块，

用于为各用电模块提供电源的电源模块。

所述车载终端包括，信号接收模块、终端处理模块、存储模块、显示驱动模块、显示屏、以及为各用电模块供电源的电源模块，所述接收模块、存储模块、显示驱动模块分别与终端处理模块连接，所述显示驱动模块连接显示屏；

所述信号接收模块接收控制中心广播的数据包；

所述终端处理模块，调取存储模块中的地图数据，通过显示驱动模块在显示屏中显示一块地图区域，

所述终端处理模块，解析信号接收模块所接收的数据包，提取数据包中的路口中心坐标、信号灯方位编码、信号灯类型编码、信号灯状态编码，根据路口中心坐标及信号灯方位确定信号灯的坐标，将信号灯坐标与屏幕显示的地图区域进行匹配，确定信号灯在屏幕显示的地图区域中的位置，从存储模块中调取与信号灯类型和状态对应的提示图标并输出到显示屏，在该信号灯在屏幕显示的地图区域中的位置处显示。

上述第一种提示系统中，所述交通信号控制装置泛指现有设置于路口的各种用于控制路口信号灯按设定规则亮灭的信号灯控制装置，一般由单片机系统配合与信号灯相连的信号灯驱动电路（一般采用串行接口电路）构成，通过向路口各信号灯输出灯示控制信号实现对信号灯的控制。该方案在结合现有交通信号控制装置基础上，加装控制中心实现其功能，充分利用路口交通信号机，不需要对其进行改造，

所述控制中心也可以是在现有的路口交通信号机的基础上通过增加信息处理及发送功能改造形成，控制中心一方面向路口的信号灯发出控制信号，一方面将控制信号转换成相应信号灯的即时状态信息。

基于此，本发明提出第二种基于坐标的路口信号灯状态即时提示系统，

包括设置于路口的控制中心和设置于车辆内的车载终端，

所述控制中心包括，

信号采集处理模块，通过信号灯驱动电路向路口的信号灯输出灯示控制信号，生成包含有与输出的灯示控制信号对应的信号灯状态编码，以及路口中心坐标、信号灯方位编码、信号灯类型编码的数据包，并将数据包发送给信号广播摸块；

用于为各用电模块提供电源的电源模块。

所述信号接收模块接收控制中心广播的数据包；

上述第二种系统，将路口信号灯控制功能与信号状态即时提示功能整合在同一装置中，由同一个处理核心完成路口信号灯的控制和数据包生成输出，成本相对第一种系统更低。

上述两种系统中，所述车载终端还可以包括GPS定位模块，所述GPS定位模块生成车辆当前GPS坐标，所述终端处理模块将车辆当前GPS坐标与屏幕显示的地图区域进行匹配，确定车辆在屏幕显示的地图区域中的位置，并在该位置处显示指示车辆位置的图标。

屏幕显示的地图区域可以由用户选择，在用户不选择的情况下，可以默认显示包含车辆当前GPS坐标的一块地图区域，即所述终端处理模块，调取存储模块中的地图数据，通过显示驱动模块在显示屏中显示包含车辆当前GPS坐标的一块地图区域。

地图在显示屏上的显示以车辆行驶方向为上，地图中车辆当前GPS坐标对应的位置位于屏幕所显示的地图区域的底部。这样可以将更多的显示部分用于显示车辆前方的道路及路口的交通信号状态。

现有路口信号灯中，一个方向指示灯由红、绿两个LED灯或者红、黄、绿三个LED灯组成，本发明所述的信号灯是将两者或三者作为一个整体，称为一个信号灯或指示灯，两种或三种颜色的LED灯的亮灭，被视为一个信号灯的颜色变化。因此对于无方向指示红绿灯和其它方向指示灯来说，本发明所述的即时状态，是指当前该信号灯的颜色，包括红、绿、灰，或红、黄、绿、灰，其中灰是指所有该信号灯中的所有LED灯都不亮。时间指示灯一般由两个数码管组成，每个数码管由七个/组LED灯组成，时间显示由七个/组LED灯按规则亮灭实现，本发明所述信号灯将两个数码管作为一个整体，数码管的LED灯的亮灭被视数码管数字的变化，因此对于时间指示灯来说，本发明所述的即时状态，是指当前数码管所显示的数字。同理，对于文字提示灯来说，本发明所述的即时状态，是指当前LED屏所显示的汉字。

上述两种系统的控制中心可以为用户提供系统配置功能，以提高控制中心的通用性，在路口安装控制中心时，根据路口的交通信号灯的设置情况，在控制中心设置本路口的中心坐标、交通信号灯组数（十字路口一般四组，T字路口一般三组）、各组信号灯相对于路口中心的方位角或者和距离路口中心的距离、每组信号灯中指示灯的数量、各指示灯的类型，用户设置的信息以编码形式存在控制中心的存储模块中。

为了使车载终端在其显示屏上按路口指示灯的实际左右顺序排列显示一组信号灯中的各指示灯，在设置过程中，可以对每组信号灯中的各信号灯按左右顺序依次编号，控制中心获取各信号灯状态信息后，可以分两种处理方式，

其一，将表征信号灯状态的编码按从左到右或从右到左的顺度依次写入数据段中（数据包中，不同类编码分段存在）。车载终端在显示该组各信号灯的状态图标时，依据读取数据的顺序由左到右或由右到左排列显示。

其二，控制中心生成数据包时，在每个指示灯的状态编码中加入序号编码，车载终端读取指示灯的状态编码时，先验证其序号，然后在地图上按顺号，从左到右或从右到左排列显示各信号灯的状态图标。

在上述方法及系统中，方位信息的作用包括：

一、用于确定在地图上显示该组信号灯图标的位置，和倾斜角度（一组信号灯的几个信号灯图标排成一横排，该一横排图标在地图中的倾斜角度），

二、用于识别车辆前方最近路口中哪一组信号灯正对车辆。

确定信号灯图标在地图中的显示位置，可以有两种方式，第一种是直角坐标定位方式，采用这种方式的，控制中心在生成数据包时，可以将信号灯的绝对地理坐标作为方位信息发出，车载终端将信号灯的绝对地理坐标与地图数据进行匹配，确定地图中用于显示信号灯图标的位置。

第二种是极坐标定位方式。

鉴于采用第一种方式时，车载终端从控制中心接收到的是路口中心坐标和信号灯的坐标，需通过进一步计算信号灯坐标到路口中心坐标之间连线的倾角，以确定信号灯图标的倾斜角度，运算量较大，故本发明优选第二种方式。

采用第二种定位方式时，需要一个角度值和一长度值，分别为信号灯相对于路口中心的方位角和信号灯到路口中心的距离。

由于现实中路口的形状各不相同，不同路口的各组信号灯相对于路口中心的方位亦不一致，所以在车载终端的地图数据中预设各个路口的各组信号灯的方位角难度过大。因此，为了确保信号灯图标在终端地图中的显示方位与在路口的实际方位相同，以使终端用户能正确识别地图中每组信号灯图标对应接入路口的哪条道路，并正确识别左转指示灯、右转指示灯，角度值适宜由控制中心，由控制中心发出的方位信息中至少应包括该组信号灯相对于路口中心的方位角，

当然，信号灯到路口中心的距离也可以包含在方位信息中，由控制中心随数据包发出。但是，考虑到，当信号灯在地图上显示的位置偏差不大时，一般不影响信号灯提示效果，因此，为了减少数据传输量，本发明优选控制中心内预设的方位信息不包括该组信号灯到路口中心的距离，在这种方案下，车载终端可以依据该组信号灯的方位角及一个固定距离来确定在地图中显示该组信号灯的位置，如距离路口中心实际距离L处，综合分析各种路口宽度，其中L可以取值8-20米。

如考虑到因路口宽窄差异，通过固定距离确定信号灯显示位置可能影响信号灯显示的外观效果的问题（比如路口很窄，信号灯图标显示到路口边上的建筑物上），为达到一个更好的外观效果，可以将路口按宽窄做一个分级，例如宽35米以上的为特级路口，以参数（编码）0表示，对应特级路口的固定距离为L=20米，宽25-35米的路口为一级路口，以参数（编码）1表示，对应的固定距离为L=15米，宽15-25米的为二级路口，以参数（编码）2表示，对应的固定距离为L=10米。在控制中心设置本路口信号灯各种参数时，同时设定该路口的宽窄级别参数，该参数由控制中心随数据包一起广播发出。车载终端在处理接收自控制中心的数据包时，根据路口宽窄级别编码，选择相应的固定距离，来确定每组信号灯在地图中的显示位置。

图标在地图中的显示方法如下：

图标显示在距路口中心坐标距离L_显处，图标大小及距路口中心坐标的距离L_显同比例缩放，图标缩小到低于门槛值时，如小于1-5个像素时，不再调取图标显示。

判断地图显示比例1/X，根据显示比例调取对应大小的图标，并根据L_显=L·1/X计算图标距路口中心的显示距离，其中L为信号灯到路口中心的实际距离或固定距离，取值8~20m，并设定L显的门槛值，当L_显小于门槛值时，不再调取图标显示。

以前述路口宽窄分级的方案为例，假设当前地图显示比例为1：100，根据

L_显=L·1/100，则二级路口的信号灯图标的显示位置为距离路口中心坐标点10cm处，而特级路口的信号灯图标的显示位置为距离路口中心坐标点20cm处。

设L_显门槛值为1.2cm，则当显示比例为1：1000时，二级路口的信号灯图标不再地图上显示，特级路口的信号灯图标显示位置为距离路口中心坐标点2cm处。

从方位信息的作用可知，对于一组信号灯而言，可以为该组信号灯中的每一个信号灯配备一个方位信息，也可以以组为单位，为一组信号灯配备一个方位信息，车载终端根据一组信号灯的方位在地图中确定一个显示位置，以此显示位置为中心，将该组信号灯的各图标横向排列成一排即可。因此，在上述方法和系统中，所述信号灯的方位信息可以是指该信号灯自身相对于路口中心的方位，也可以是该信号灯所在组相对于路口中心的方位信息。

为了终端用户准确识别左转指示灯、右转指示灯，优选同一组信息灯的各图标的排列方向与信号灯到路口中心的连线垂直，即使不完全垂直，至少偏差要小于90度。

当选择以组为单位为信号灯配备方向信息时，本发明前述提示方法可具体为如下两种。

第一种基于坐标的路口信号灯状态即时提示方法，包括如下步骤：

1）设置于路口的控制中心按固定频率采集本路口各组信号灯的即时状态信息；

2）控制中心将当前采集到的信号灯状态信息与预存的各信号灯的类型信息、各组信号灯相对于路口中心的方位信息、及本路口的中心坐标一并以数据包的形式广播发出；

3）设置于车辆内的车载终端在显示屏上显示包含本车辆当前地理坐标的一块地图区域，收发终端接收到控制中心广播的信号灯即时状态信息后，将中心坐标位于当前所显示的地图区域内的路口的各组信号灯的即时状态以图形的方式按照其相对于路口中心的方位显示到显示屏上。

第二种基于坐标的路口信号灯状态即时提示方法，包括如下步骤：

1）设置于路口的控制中心向路口的信号灯输出灯示控制信号，并按固定频率生成与当前输出的灯示控制信号对应的信号灯状态信息；

2）控制中心将当前生成的的信号灯状态信息与各信号灯的类型信息、各组信号灯相对于路口中心的方位信息、及本路口的中心坐标一并以数据包的形式广播发出；

时间指示灯即倒计时读秒，一般与方向指示灯相互关联，对倒计时信息的处理可以有以下几种处理方式，本发明优选第三种处理方式。

其一，放弃倒计时信息，控制中心仅采集各方向指示灯的状态信息，车载终端用户仅能看到前方路口的红绿灯状态，看不到倒计时信号。

其二，对一组信号灯中的各信号灯的数据信息，进一步分组编码，将倒计时信息与对应的信号灯的其它信息编排入同一组。控制终端在读取该信号灯的信息时，验证其是否包括倒计时信息，对存在倒计时信息的，调取表征该信号灯状态的图标的同时，还调取倒计时数字显示框。

其三，将倒计时指示灯看做一个信号灯，每一个信号灯相关的编码包括类型、和状态两种。其中类型编码用于标识该灯的指向性或是否为倒计时时或文字显示LED屏，比如，类型编码为0的代表该灯无方向性，1-4分别代表左转、直行、右转、调头，5代表该灯为倒计时指示灯，6代表该灯为文字显示LED屏，车载终端根据不同类型编码调取不同类型的图标，再根据状态编码，选择图标的颜色，或倒计时的显示数字，或文字框显示的文字。

车载终端根据类型编码识别信号灯类型，对于带有方向指示的信号灯，如左转指示灯、右转指示灯、直行指示灯、调头指示灯，调用具有相应方向指示效果的图标显示。图标颜色按信号灯实际红绿状态选择；

对于不带方向指示的信号灯，可以以不具有方向性的图标显示，也可以调用三个带有方向性的图标，分别为左转指示图标、直行指示图标、右转指示图标，其中，右转指示图标始终调用绿色图标，左转指示图标与直行指示图标按信号灯实际红绿状态调用相同颜色的图标。

作为对上述两种系统的一种改进，所述显示屏的显示区域包括用于显示地图的地图显示区和与地图显示区相独立的信号灯显示区。

车载终端提取车辆当前所在道路前方最近路口中方位与车辆驶入该路口的方向相同的信号一组信号灯的当前状态，以图形的方式显示在屏幕上的信号灯显示区。

车载终端确定所在道路前方最近路口的方法有很多种，本发明下面提供一种准确率最高的基于路径的路口识别方法。

在数字地图的地图数据中，包含有每条可识别的道路的路径，该路径以等间距的大量坐标点组成，路径的两端分别对应两个节点坐标，该节点坐标即为该道路两端的两个路口的中心坐标。其余非节点坐标则为组成路径的普通路径坐标。要识别车辆前方最近路口，只要先确定车辆当前所在道路，及车辆的在道路上的行驶方向，然后提取与行驶方向相对应的一端的节点坐标即可。具体包括如下步骤：

1）车载终端将地图数据中路径坐标与车辆当前GPS定位坐标进行匹配，确定最接近的一个路径坐标，判断该路径坐标所在路径；

2）根据车辆前后两次GPS定位坐标计算获得车辆行驶方向；

3）选择路径中车辆行驶前方的节点，将该节点坐标作为车辆当前所在道路前方路近路口的中心坐标。

经上述方法确定车辆当前所在道路前方路近路口后，可以通过如下方法确定车辆驶入该路口的方向：

1）提取所述路径中与车辆行驶前方节点坐标相临的路径坐标作为参照坐标

2）计算车辆行驶前方节点相对于参照坐标的方位角，将该方位角作为车辆驶入路口的方向。

本发明的有益效果总体体现在：

本发明通过在各路口设置用于广播发送各路口信号灯状态信息的控制中心，将车辆附近的路口信号灯状态引入驾驶室，使驾驶人员可以在屏上直接看到，附近路口的信号灯状态，以提前做好规范行车准备，或及时调整行驶规划。通过路口中心坐标与地图匹配的方法，在地图上显示信号灯状态，相对更为直观，而且免除了多个路口选择判断过程，方法更为简单。多个路口信号灯状态，同时显示，信息量大，参考价值高。

本发明基于数字地图及GPS坐标对路口信号灯状态进行屏幕显示，可方便基于现有导航软件进行开发，并充分利用现有导航地图数据，及导航定位及路径识别技术。系统实现难度低，开发工作量小。

附图说明

图1一种基于坐标的路口信号灯状态即时提示系统硬件结构示意图。

图2控制中心的工作流程图。

图3车载终端的工作流程图。

图4控制终端的电源模块原理图。

图5控制终端的信号处理模块的原理图。

图6控制终端的信号广播模块原理图。

图7车载终端的电源模块原理图。

图8车载终端的信号处理模块的原理图。

图9车载终端的DGPS模块原理图。

图10车载终端的信号接收模块原理图。

图11面板设计图例。

图12改进形面板设计图例。

具体实施方式

以下参照附图，结合具体实施方式对本发明进一步说明。

图1为信号灯工作状态编码的一种约定形式，而编码方案说明信号灯模式编码3bit、信号灯指示状态2bit编码和倒计时编码6bit。路口信号灯的数量决定了编码串的数量。

(a)信号灯类型：3bit。含红绿灯、右转、左转、直行、掉头、禁行等。

(b)信号灯指示模式：2bit。含红灯、黄灯、绿灯、无灯等。

(c)信号灯倒计时6bit。含0～59六十个整数数字。

(d)信号传送效验码：2bit。实现奇偶校验。

(e)而信号灯编码按路口数量分别发送，由第一组编码中路口数量进行校验。两组编码每数位变化，都要立即重新发送该组编码。

图3为一种基于经纬坐标的路口信号灯状态即时提示方法硬件构成原理图，包括与已有路口交通信号机输出端口连接的控制中心1，和安装于车上的车载终端2。

所述的控制中心1安放于路口交通信号机装置旁，包括信号广播模块11和信息采集处理模块12。

基于第一种方案采样线路直接和路口的信号灯相连，此时控制中心读取的是该灯引脚上的电平信号。通过事先设定的取样优先级，例如将控制中心最近的一个信号灯设置为优先级1，依次按照逆时针的顺序进行优先级为2,3,4….优先级的个数由路口数量决定。接着按照从左往右或者从右往左的顺序依次对每个信号灯的小灯进行取样，读取其中的每个小灯的亮灭情况，获得一组信息并将其存入存储模块，其信息因类似为如下：（类似这样的编码条个数依路口数量而定）

第1位

状态

第2位

状态

第3位

状态

第。。位

状态

0000

0/1

0001

0/1

0010

0/1

00…

0/1

由于优先级是人工设定，当采集完毕以上数据后并对其坐标融合操作。即事先采集每组信号灯的地理坐标（Ｌ,Ｂ）融合后类似为：（类似这样的编码条个数依路口数量而定）

L

B

第1位

状态

第2位

状态

第。。位

状态

837.88

373.22

0000

0/1

0001

0/1

00…

0/1

这样对于每组信号灯以及每组信号灯上的每个小灯的定位将完成了，同时采集了每个小灯的状态。

接下来就是对每位小灯所代表的信号灯类型进行判别和编码设定。

参考如下编码方案：

信号灯模式编码（3bit）：

000	001	010	011	100	101	110	111
								右转	左转	直行	掉头	禁行	圆灯	时间指示灯	文字指示灯

信号灯指示状态编码（2bit）：

00	01	10	11
				绿色	黄色	红色	灰色

信号灯倒计时编码（6 bit）：

000000	000001	000010	000011	000100	000101	000110	000111
								0	1	2	3	4	5	6	7
001000	001001	001010	001011	001100	001101	001110	001111
								8	9	10	11	12	13	14	15
010000	010001	010010	010011	010100	010101	010110	010111
								16	17	18	19	20	21	22	23
011000	011001	011010	011011	011100	011101	011110	011111
								24	25	26	27	28	29	30	31
100000	100001	100010	100011	100100	100101	100110	100111
								32	33	34	35	36	37	38	39
101000	101001	101010	101011	101100	101101	101110	101111
								40	41	42	43	44	45	46	47
110000	110001	110010	110011	110100	110101	110110	110111
								48	49	50	51	52	53	54	55
111000	111001	111010	111011
								56	57	58	59

由于实际上信号灯对于每个方向设置了3个小灯进行状态的改变，例如一个左转向信号，就会有红黄绿三种颜色的小灯对其进行表述。因此这个部分的工作为将上述表格中表示同一方向的三个或四个（倒计时灯）灯的亮灭状态进行统计即可获得该方向的通信状态。例如左转向灯拥有三个小灯，并且现在取到的是第二位的小灯是亮，则可判断出左转向为黄灯,特别的针对时间指示灯的状态为其读秒,此时状态编码变为6位而不是2位。归类后的情况类似为：

L

B

类型

状态

类型

状态

第。。位

状态

837.88

373.22

001

01

002

000000

00…

…

对于不同路口可能信号灯指示不同，有些为箭头有些为圆形，这些都可以事先在控制中心安装时进行设置。

基于第二种方法，直接由路口交通信号机的单片机直接通过串口给控制中心发送信息，该信息即为他给各个信号灯发送的状态编码。这时只需对其编码进行转换，最终的形式还是为

L

B

类型

状态

类型

状态

第。。位

状态

校验码

837.88

373.22

001

01

002

000000

00…

…

信号采集处理模块将上述转换好的编码打包成数据包D1传输给信号广播模块进行广播。

所述的车载终端2包括信号接收模块21、GPS定位模块22、终端处理模块23、显示屏24、存储模块25、电源模块26。

所诉的信号接收模块21实时接收来自控制中心1的数据包D1，并将其传输给终端处理模块23；

所诉的GPS车辆定位模块22实时地将车辆自身的GPS坐标传送给终端处理模块23进行处理；

终端处理模块先对GPS模块传送过来的信息进行解析，然后对数据包D1进行解析。

所述的终端处理模块23实时的将车辆自身的GPS坐标通过以下方式处理。＄GPRMC帧的结构及各字段释义如下:

＄GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>3hh<CR><LF>

<1>UTC时间,hhmmss(时分秒)格式

<2>定位状态,A=有效定位,V=无效定位

<3>纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<4>纬度半球N(北半球)或S(南半球)

<5>经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)

<6>经度半球E(东经)或W(西经)

<7>地面速率(000.0～999.9节,前面的0也将被传输)

<8>地面航向(000.0～359.9度,以真北为参考基准,前面的0也将被传输)

<9>UTC日期,ddmmyy(日月年)格式

<10>磁偏角(000.0～180.0度,前面的0也将被传输)

<11>磁偏角方向,E(东)或W(西)

<12>模式指示（仅NMEA01833.00版本输出,A=自主定位,D=差分,E=估算,N=数据无效。)

要使GPS定位信息正确地显示在数字地图上,必须将GPS定位结果即大地坐标(L,B)转换为本地高斯平面坐标(x,y)。一般要通过两步转换,首先将WGS-84的大地坐标(L,B)转换为对应于WGS-84椭球的高斯坐标平面(x84,y84),然后再经过平面坐标转换,将高斯平面坐标(x84,y84)强制符合到本地高斯平面坐标系统,以实现GPS定位信息在数字地图中的正确匹配。由已知的参心大地坐标系中点的大地纬度和大地经度(L,B),求相应的高斯投影直角坐标(x,y)的公式,称为高斯投影正算公式：

x=X₀ ^B+Ntm₀ ²/2+(5-t²+9n²+4n⁴)Ntm₀ ⁴/24+(6I-58t²+t⁴)Ntm₀ ⁶/720

y=Nm₀+(I-t²+n²)NM3₀+(5-18t²+t⁴+14n²58n²t²)Nm₀ ⁵/120

式中:X^B=C₀B-(C₁ +C₂ +C₃ ),t=,I=L-L₀m₀=I,

N=e/(1-e² )^1/2,n²=e² /(1-e²)L、B为转换前的经纬度坐标;x、y为转换后的高斯坐标;L₀为投影带的中央经线坐标；C₀、C₁、C₂、C₃为与点位无关而只与椭球参数有关的常数。

通过上述的变换之后，通过形成自身车辆的平面坐标数据表示为：（x，y）,，此时，终端处理模块先将此坐标对应的地图通过显示驱动模块显示到显示屏上，再将车辆图片通过驱动模块显示到显示屏上，此时地图中将显示自身车辆在本地地图中的位置。终端处理模块23将接收到的数据包D1进行解析，完成信号灯的显示位置的确定。数据包D1中每条编码的第一二为即为该信号灯的地理坐标，通过上述的公式进行转化成为平面坐标，通过和地图坐标比对之后就能显示在本地地图中。由于信号灯的类型和指示状态的编码都已经存在，只需对应着编码在本地图库中寻找相应的图片进行显示即可。对数据包D1中的每条编码进行解析和显示后即可在车载终端中通过以下方式进行对地图的存储。地图按照：位图文件头、文图信息头、颜色表项、位图图像数据进行存储。由于采用双线性内插法缩放地图时，首先要先对图片进行分割，由于24位色图图像一个像素是3个字节，在存储数据时，如果字节不能被4整除，则末位补0。同时采用“金字塔”式的存储结构。采用常规的方法对信号灯类型、指示状态的图片进行存储。

基于改进的方案，需要对车辆所行使的路径进行判断，可通过算法得到。其他显示方式和第一种方案相同。其算法方法如下：

A*算法：假设要计算的最短路径的起点是Vs,终点是Vt,Vi代表道路网络中的任意一点,fi表示任意一点Vi的代价。在算法中用到两个表,OPEN表和CLOSE表。其中OPEN表用于存放还未搜索过的节点的集合,而CLOSE表用于存放已经搜索过的节点的集合。则A*算法的基本原理如下:

1)将开始节点Vs放入OPEN表中,执行步骤2);

2)从OPEN表中取出一个代价最小的节点Vm,并从OPEN 表删除此节点。若Vm是目标节点,则执行步骤7)；若不是,则搜索Vm的每一个邻接点Vn,若Vn不在OPEN表也不在CLOSE中,执行步骤3)；若Vn在OPEN表中,执行步骤4)；若Vn在CLOSE中,执行步骤5)；

3)求Vn的估价值fn,并将其插入到OPEN表中；

4)计算Vn的估价值fn,并与OPEN表中的已有的该节点的对应节点记为Vnc的估价值fnc比较,若Vn的估价值小于Vnc,则更新Vn节点在OPEN表中的估价值；

5)计算Vn的估价值fn,并与CLOSE表中的已有的该节点的对应节点记为Vnc的估价值fnc比较,若Vn的估价值小于Vnc,则更新Vn节点在CLOSE 表中的估价值,并将此节点从CLOSE表中移入到OPEN表中；

6)将Vm节点插入到CLOSE表中,执行步骤2)；

7)若Vt(终点)已在OPEN表中,表示已找到最短的路径,并将Vt放入到CLOSE表中,并从Vs开始顺序搜索CLOSE表,直到Vt,即为所要求的最短路径。

所述的电源模块26在前级采用英飞凌Infineon公司生产的TLE8366EV50开关电源转换芯片，该芯片允许输出恒定电压5.0V、最大电流1.8A，具有较宽的输入电压范围7.0-45V，适用于工业环境下为系统提供稳定的电源。在次级采用AMS- 1117-3.3线性稳压器，为STM32微处理器提供3.3V的电源电压。

图3是图3所示的控制中心1的工作流程图。该装置的各个功能是实现的具体步骤如下：初始化（T1），获取设定好的路口和信号灯的地理坐标（T2），持续自动扫描获取信号灯状态（T3），数字信号算法处理（T4），异常检测信号（T5），程序复位（T6）。

步骤（T1），初始化。该步骤主要完成基本寄存器默认配置、系统实时时钟默认设置、系统参数默认设置、各通道参数默认设置。

步骤（T2），获取设定好的路口和信号灯的地理坐标。该步骤主要完成对路口的和信号灯地理坐标的获取。

步骤（T3），持续自动扫描获取信号灯状态。该步骤主要完成对路口信号灯状态自动持续性的的读取。

步骤（T4），数字信号算法处理。完成对数据进行编号打包形成数据包D1。

步骤（T5），异常检测信号。该步骤主要是完成确保编码信息的全部输出。若发现异常则中断信号发送，程序复位。若未发现异常信号，则跳转到步骤（T3）重新读取信号。

步骤（T6），程序复位。

图4是图3所示的车载终端2的工作流程图。该装置功能实现的具体步骤如下：初始化(S1),获取GPS车辆定位模块定位信息(S2),数字信号算法处理(S3)，是否存在来自控制中心的信号(B1),接收来自控制中心的信号（B2）,车载屏幕显示前方信号灯状态图(S5),异常检测信号(S6),程序复位(S7)。

步骤（S1），初始化。该步骤主要完成基本寄存器默认配置、系统实时时钟默认设置、系统参数默认设置、各通道参数默认设置、用户用电信息默认设置。

步骤（S2），自动持续获取GPS车辆定位模块定位信息。该步骤主要是完成获取GPS车辆定位模块车辆定位的信息即数据包D2。

步骤（B1），是否存在来自控制中心的信号。该步骤主要是完成判断是否存在来自控制中心的信号。

步骤（B2），接收来自控制中心的信号。该步骤主要是完成对来自控制中心信息的接收和存储。

步骤（S3），数字信号算法处理。该步骤主要是完成对获取的数据包D1、D2进行解析，和自身带存储电子地图进行匹配的过程；通过GPS坐标换算确定当前车辆当前的路口，形成一张带有信号灯指示情况和自身车辆所处位置信息的交通图。

步骤（S4），车载屏幕显示前方信号灯状态图。该步骤是完成显示步骤（S3）完成的交通图。

步骤（S5），异常检测信号。该步骤主要是完成检测终端的工作是否正常。若发现异常则停止工作，程序复位。若未发现异常信号，则跳转到步骤。

步骤（S6），程序复位.

下面是本发明所述系统的一种具体实施例。

控制中心1的信息采集处理模块12选取STM32F103RET6芯片，信号广播模块11选取UTC-1212SE芯片，电源模块13选取TLE8366EV50和LM3117-3.3芯片。车载终端2的终端信号收发模块21选取UTC-1212SE芯片，GPS车辆定位模块22选取UC-915芯片，终端处理模块23选取STM32F103RET6芯片，显示屏24采用迪文科技的DMT48270C043_03W，电源模块26选取TLE8366EV50和LM3117-3.3芯片。

参见图4所示，控制中心1的电源模块13的U7的1端、2端接地，3端分别通过C36或C37和R48接地，4端接VCC，5端通过C35接6端，6端通过L1接VCC或通过D2的阴极接地，7端、8端通过D1的阴极接电源或分别通过C31的阳极或C19接地；U8的1端接地，2端为3.3V电压输出即DV33，3端接VCC或分别通过C38或R49和D5的阳极接地。

参见图5所示，控制中心1的信息采集处理模块12的U3的1端、20端、32端、48端、64端接DV33，12端、18端、31端、47端、63端接地，5端、6端接晶振电路，7端、12端接复位电路，13端通过R50磁珠接DV33或通过C5接地，16端、17端分别通过R33、R34接于无线模块U4的4端、5端。

参见图6所示，控制中心1的信号广播模块12的1端、3端、7端接地，2端接DV33，4端通过D3的阴极接地或通过R33接U3的16端，5端通过D4的阴极接地或通过R34接U3的17端，6端闲置。

参加图7所示，车载终端2的电源模块26的U7的1端、2端接地，3端分别通过C36或C37和R48接地，4端接VCC，5端通过C35接6端，6端通过L1接VCC或通过D2的阴极接地，7端、8端通过D1的阴极接电源或分别通过C31的阳极或C19接地；U8的1端接地，2端为3.3V电压输出即DV33，3端接VCC或分别通过C38或R49和D5的阳极接地。

参见图8所示，车载终端2的终端处理模块23的U3的1端、20端、32端、48端、64端接DV33，12端、18端、31端、47端、63端接地，5端、6端接晶振电路，7端、12端接复位电路，13端通过R50磁珠接DV33或通过C5接地，16端、17端分别通过R33、R34接于无线模块U4的4端、5端，42端、43端分别通过R24、R23接于DGPS模块U5的3端、2端。

参见图9所示，车载终端2的终端信号收发模块21的1端、3端、7端接地，2端接DV33，4端通过D3的阴极接地或通过R33接U3的16端，5端通过D4的阴极接地或通过R34接U3的17端，6端闲置。

参见图10所示，车载终端2的GPS定位模块22的1端接地，5端接VCC，2端通过D6的阴极接地或通过R23接U3的43端，3端通过D7的阴极接地或通过R24接U3的42端，4端、6端闲置。

参见图11为本系统实现的界面，其中自身车辆以蓝色发光显示，处于显示屏的下方的中点处。图中显示了可接收到的信号灯的指示情况。

参见图12作为改进，显示屏上会显示规划的路线，即起点到终点的路线。自身车辆已蓝色发光块显示，在屏幕的正上方空出为显示规划路线上前一个信号灯的指示情况。并且显示的信号灯会高亮，方便驾驶员观察，以便及时更改路线。

Claims

1.一种基于坐标的路口信号灯状态提示方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）控制中心广播发送其所在路口的中心坐标、信号灯相对于路口中心的方位信息、信号灯类型信息、及信号灯即时状态信息；

2.根据权利要求1所述的基于坐标的路口信号灯状态提示方法，其特征在于，所述方位信息、信号灯类型信息、及信号灯即时状态信息在信号中以编码形式存在；所述信号灯类型包括：无方向指示红绿灯、左转指示灯、调头指示灯、直行指示灯、右转指示灯、时间指示灯、文字提示灯七种。

3.根据权利要求1所述的基于坐标的路口信号灯状态提示方法，其特征在于，所述图标显示在距路口中心坐标距离L_显处，图标大小及距路口中心坐标的距离L_显与地图同比例缩放，图标缩小到低于门槛值时，不再调取图标显示；

判断地图显示比例1/X，根据显示比例调取对应大小的图标，并根据L_显=L·1/X计算图标距路口中心的显示距离，其中L为信号灯到路口中心的实际距离或固定距离，并设定L显的门槛值，当L_显小于门槛值时，不再调取图标显示。

4.一种基于坐标的路口信号灯状态即时提示系统，其特征在于，包括设置于路口的控制中心和设置于车辆内的车载终端，

所述控制中心包括：

用于广播发送来自于信号采集处理模块的数据包的信号广播模块；

用于为各用电模块提供电源的电源模块；

所述车载终端包括信号接收模块、终端处理模块、存储模块、显示驱动模块、显示屏、以及为各用电模块供电源的电源模块，所述接收模块、存储模块、显示驱动模块分别与终端处理模块连接，所述显示驱动模块连接显示屏；

所述信号接收模块接收控制中心广播的数据包；

5.根据权利要求4所述的基于坐标的路口信号灯状态即时提示系统，其特征在于，所述车载终端还包括GPS定位模块，所述GPS定位模块生成车辆当前GPS坐标，所述终端处理模块，调取存储模块中的地图数据，通过显示驱动模块在显示屏中显示包含车辆当前GPS坐标的一块地图区域；所述终端处理模块将车辆当前GPS坐标与屏幕显示的地图区域进行匹配，确定车辆在屏幕显示的地图区域中的位置，并在该位置处显示指示车辆位置的图标；地图在显示屏上的显示以车辆行驶方向为上，地图中车辆当前GPS坐标对应的位置位于屏幕所显示的地图区域的底部。

6.根据权利要求4所述的基于坐标的路口信号灯状态即时提示系统，其特征在于，所述显示屏的显示区域包括用于显示地图的地图显示区和与地图显示区相独立的信号灯显示区；车载终端提取车辆当前所在道路前方最近路口中方位与车辆驶入该路口的方向相同的信号一组信号灯的当前状态，以图形的方式显示在屏幕上的信号灯显示区。

7.根据权利要求6所述的基于坐标的路口信号灯状态即时提示系统，其特征在于，所述车载终端判断车辆当前所在道路前方最近路口方法，包括如下步骤：

2）根据车辆前后两次GPS定位坐标计算获得车辆行驶方向；

8.根据权利要求7所述的基于坐标的路口信号灯状态即时提示系统，其特征在于，所述车载终端按如下方法确定车辆驶入该路口的方向：

9.一种基于坐标的路口信号灯状态即时提示方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.一种基于坐标的路口信号灯状态即时提示方法，其特征在于，包括如下步骤：

2）控制中心将当前生成的信号灯状态信息与各信号灯的类型信息、各组信号灯相对于路口中心的方位信息、及本路口的中心坐标一并以数据包的形式广播发出；