CN104575039A - 基于车路协同的紧急车辆优先通行新方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能交通领域，公开了一种基于车路协同的紧急车辆优先通行新方法及系统，尤其是一种交叉口信号配时和车速引导的紧急车辆优先通行新方法。其中，本发明的系统包括路侧单元、车载单元。本发明利用车路协同方法，通过紧急车辆与路侧信号控制系统之间的实时信息交互，使得紧急车辆进入交叉口通信范围内时，路侧信号控制系统能够根据当前信号相位与进道口排队车辆的实际情况，生成相应的紧急车辆优先通行方案。即在避免车辆冲突的前提下，进行信号配时及车速引导，以达到紧急车辆优先通行的目的。同时，利用该新方法，亦能降低紧急车辆优先通行对社会常规交通流产生的不利影响。

Description

基于车路协同的紧急车辆优先通行新方法及系统

技术领域

本发明涉及智能交通领域，公开了一种基于车路协同的紧急车辆优先通行新方法及系统。

背景技术

救护车、消防车等紧急车辆作为城市交通流中的组成部分，如何在提高其运行效率、可靠性、安全性的同时，降低紧急车辆对社会常规交通流产生的不利影响，是近年来智能交通领域研究的热点和难点。交通信号控制作为调控交通流、提高安全性、缓解交叉口阻塞的主要措施，往往因其造成的排队车辆而使得紧急救援车辆行驶受到阻碍。

目前，已经出现了使用专用短程通信(Dedicated Short Range Communication，DSRC)或其他无线通信方式构建的交叉口紧急车辆优先通行系统，可有效提高紧急车辆的通行效率。但是，这些系统针对紧急车辆进行抢占式的交叉口信号优先控制策略，通常会对常规社会交通流产生较大影响。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种基于车路协同的紧急车辆优先通行新方法及系统，通过信号控制和车速引导使紧急车辆优先通过，并与前方排队车辆不发生冲突，以提高紧急车辆通过交叉路口的效率和安全性。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的基于车路协同的紧急车辆优先通行系统，包括路侧单元和车载单元。该车载单元用于在紧急车辆进入DSRC通信范围内时，将本车辆的实时动态信息反馈给路侧单元，并接收来自路侧单元的实时车速引导信息；该车载单元包括由PC机内部提供的数据处理与显示模块、定位模块，以及通过DSRC与路侧单元通信设备进行通信的车载单元通信设备。

所述的定位模块是用于车辆位置粗略定位以及车辆速度的获取。

本发明提供的基于车路协同的紧急车辆优先通行方法，该方法是：通过提供紧急车辆与路侧单元之间的实时信息交互，使得紧急车辆进入交叉口通信范围内时，路侧信号控制系统能够根据当前信号相位与进道口排队车辆的实际情况，生成相应的紧急车辆优先通行方案，即在避免车辆冲突的前提下，进行信号配时及车速引导，以达到紧急车辆优先通行，并减少优先通行控制对常规社会交通流的影响。

本发明提供的上述基于车路协同的紧急车辆优先通行方法，包括以下步骤：

(1)当紧急车辆进入DSRC通信范围内时，路侧单元和车载单元开始建立无线通信连接；

(2)车载单元实时获取车辆的信息，该信息包括车速、位置，并将其发送到路侧单元，路侧单元获取当前相位信息的数据；

(3)路侧单元根据所得数据进行信号配时，将车速引导信息发送至紧急车辆，实现绿灯优先通行、红灯优先通行的信号控制策略，以避免车辆行驶冲突。

上述紧急车辆优先通行方法中，所述的绿灯优先通行的信号控制策略是：

紧急车辆发出通行请求时信号灯当前相位为绿灯，剩余时间为t(t≤g₀)，即仍需t才能消散当前车队；为了保证紧急车辆在t时间内不会与车队发生冲突，临界条件下，设经过t₁时间，车队与紧急车辆的距离满足以下约束条件：

$V_1{t}_1+\frac{1}{2}{a}_1{t_1}^2+(L_0-L_1)=v_0{t}_1$

式中：t₁—临界冲突状态下的时间；v₁—排队车辆的整体速度；L₁—排队车辆长度；a₁—排队车辆加速度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离。

①若t₁≥t说明经过t时间后，紧急车辆并未与排队车辆冲突，且排队车辆已经悉数通过停车线，此种情况下紧急车辆保持匀速通行即可，此时得到绿灯延时：

$g_e=\frac{L_0}{v_0}-t$

式中：t—紧急车辆发出通行请求时绿灯剩余时间。

②若t₁<t说明若以当前状态行驶，紧急车辆就可能在排队车辆消散之前与其发生冲突，为了避免这种冲突，须对紧急车辆进行车速引导；此时紧急车辆的加速度a₀与加速时间t₀需满足以下两个约束条件：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_0+a_0{t}_0=v_1+a_1{t}_0\\ v_0{t}_0+\frac{1}{2}{a}_0{t}_0^2\&le;v_1{t}_0+\frac{1}{2}{a}_1{t}_0^2+(L_0-L_1)\end{array}\right.$

式中：v₁—排队车辆的整体速度；L₁—排队车辆长度；a₁—排队车辆加速度；t₀—对紧急车辆进行车速引导的加速时间；a₀—对紧急车辆的引导加速度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离。

即在紧急车辆与排队车队达到相同速度之前，两者之间的位移关系不能冲突，求解：

$\left\{\begin{array}{c}{a}_0\&le;a_1-\frac{{(v_0-v_1)}^2}{2(L_0-L_1)}\\ t_0\&le;\frac{2(L_0-L_1)}{v_0-v_1}\end{array}\right.$

由此求得紧急车辆的减速速度范围上限v，

$v\&le;v_0+a_0{t}_0=\frac{2a_1(L_0-L_1)}{v_0-v_1}+v_1$

式中：v—紧急车辆的减速速度范围上限；v₁—排队车辆的整体速度；L₁—排队车辆长度；a₁—排队车辆加速度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离。

即紧急车辆应在满足a₀与t₀的约束关系下，将速度减至v以下，这样可以成功避免冲突；在车辆完成减速后，已通过的路程如下：

$L_2=\frac{2v_0(L_0-L_1)(v_0-v_1)+2a_1{L}_0^2}{{(v_0-v_1)}^2}+(L_0-L_1)$

为避免在剩余路段与车队发生冲突，紧急车辆以速度v匀速通过，时间为：

$t_2=\frac{(2L_0-L_1){(v_0-v_1)}^2-2(L_0-L_1)[v_0(v_0-v_1)+a_1(L_0-L_1)]}{2a_1(L_0-L_1)(v_0-v_1)+v_1{(v_0-v_1)}^2}$

式中：t₂—紧急车辆匀速行驶过停车线的时间；v₁—排队车辆的整体速度；L₁—排队车辆长度；a₁—排队车辆加速度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离。

因此，绿灯延时为：

g_e＝t₀+t₂-t

式中：t₀—对紧急车辆进行车速引导的加速时间；t₂—紧急车辆匀速行驶过停车线的时间；t—紧急车辆发出通行请求时绿灯剩余时间。

上述紧急车辆优先通行方法中，所述的红灯优先通行的控制策略是：

紧急车辆发出通行请求时信号灯当前相位为红灯，排队长度为L₁的车队消散时间为g₀，因此采用下述公式获得临界状态下的t₁的值：

$\frac{1}{2}{a}_1{t_1}^2+(L_0-L_1)=v_0{t}_1$

式中：a₁—排队车辆加速度；t₁—临界状态下的时间值；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；L₁—排队车辆长度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速。

①若g₀≤t₁，说明切断红灯后，车队消散完全时紧急车辆仍然未到停车线，不会发生冲突，此时绿灯延时为：

$g_e=\frac{L_0}{v_0}$

式中：L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速。

②若g₀>t₁，说明切断红灯后，紧急车辆在车队未完全消散时可能发生冲突，此时进行车速引导，引导车速计算如下：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_0+a_0{t}_0=a_1{t}_0\\ v_0{t}_0+\frac{1}{2}{a}_0{t}_0^2\&le;\frac{1}{2}{a}_1{t}_0^2+(L_0-L_1)\end{array}\right.$

式中：a₁—排队车辆加速度；L₁—排队车辆长度；a₀—对紧急车辆的引导加速度；t₀—对紧急车辆进行车速引导的加速时间；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速。

在紧急车辆与排队车队达到相同速度之前，两者之间的位移关系不能冲突，求解得：

$\left\{\begin{array}{c}{a}_0\&le;a_1-\frac{{v_0}^2}{2(L_0-L_1)}\\ t_0\&le;\frac{2(L_0-L_1)}{v_0}\end{array}\right.$

由此求得紧急车辆的减速范围上限v：

$v\&le;v_0+a_0{t}_0=\frac{2a_1(L_0-L_1)}{v_0}$

即紧急车辆应在满足a₀与t₀的约束关系下，将紧急车辆速度减至v以下，这样可以成功避免冲突；在车辆完成减速后，通过的位移为：

$L_2=\frac{2a_1{(L_0-L_1)}^2}{{v_0}^2}+(L_0-L_1)$

为避免在剩余路段与车队发生冲突，紧急车辆以速度v匀速通过停车线的时间为：

$t_2=\frac{{v_0}^2{L}_1-2a_1{(L_0-L_1)}^2}{2a_1{v}_0(L_0-L_1)}$

式中：t₂—紧急车辆匀速行驶过停车线的时间；a₁—排队车辆加速度；L₁—排队车辆长度；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速。

此时绿灯延时为：

g_e＝t₀+t₂

式中：t₀—对紧急车辆进行车速引导的加速时间；t₂—紧急车辆匀速行驶过停车线的时间。

上述紧急车辆优先通行方法中，所述的信号控制策略是：系统根据紧急车辆实时位置和速度，预估车辆到达时刻，在考虑交叉口各方向最小绿灯时间的前提下，选择最佳时机切换信号灯，并设置黄灯和全红信号结合的缓冲时间，保证行车安全。当紧急车辆通过交叉口后，路口信号控制器结束优先通行模式，并恢复为常态。

本发明具有以下主要的优点：

利用车路协同方法，通过紧急车辆与路侧信号控制系统之间的实时信息交互，使得紧急车辆进入交叉口通信范围内时，路侧信号控制系统能够根据当前信号相位与进道口排队车辆的实际情况，生成相应的紧急车辆优先通行方案。即在避免车辆冲突的前提下，进行信号配时及车速引导，以达到紧急车辆优先通行的目的。同时，利用该新方法，亦能降低紧急车辆优先通行对社会常规交通流产生的不利影响。

附图说明

图1为基于车路协同的紧急车辆优先通行控制系统架构图。

图2为基于车路协同的紧急车辆优先通行示意图。

图3为基于车路协同的紧急车辆优先通行控制方法流程图。

图中：1.电源；2.信号控制系统模块；3.路侧单元通信设备；4.信号灯模块；5.显示模块；6.定位模块；7.车载单元通信设备；8.信号灯；9.停止线；10.路侧系统。

具体实施方式

本发明基于车路协同方法，采用DSRC这种具备低延迟、高可靠性、高吞吐量特点的无线通信技术，构建一种用于紧急车辆的交叉口优先通行系统。该系统通过提供紧急车辆与路侧信号控制系统之间的实时信息交互，使控制方(信号机)与被控制方(紧急车辆)建立即时交流，在紧急车辆通行过程中，控制方能够获得紧急车辆更为细粒的交通控制信息，并据此生成最适合当前紧急车辆优先通行的交通信号控制方案。同时，被控制方也能获取到速度引导等信息服务，使得信号优先控制方案的可执行程度大大提高，并减少优先通行控制对常规社会交通流的影响。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供的基于车路协同的紧急车辆优先通行交通控制系统，参见图1，由路侧单元和车载单元组成。

所述路侧单元为现有技术，用于在紧急车辆进入DSRC通信范围内时，与车载单元建立数据连接，并向车载单元提供实时车速引导信息。该路侧单元包括电源1、信号控制系统模块2、路侧单元通信设备3和信号灯模块4。

所述车载单元用于将本车的实时动态信息反馈给路侧单元，并接收来自路侧单元的实时车速引导信息。该车载单元包括由PC机内部提供的数据处理与显示模块5、定位模块6，以及通过DSRC与路侧单元通信设备3进行通信的车载单元通信设备7。其中定位模块是用于车辆位置粗略定位以及车辆速度的获取。

本发明还提供了一种基于车路协同的紧急车辆优先通行新方法，其利用上述系统实现，该方法包括如下步骤：

1.当紧急车辆进入DSRC通信范围内时，路侧单元和车载单元开始建立无线通信连接；

2.车载单元实时获取车辆的信息，如车速、位置等，并将其发送到路侧单元，路侧单元获取当前相位信息；

3.路侧单元根据所得数据进行信号配时，同时将车速引导信息发送至紧急车辆，具体算法如下：

(1)绿灯优先通行控制策略：

紧急车辆发出通行请求时信号灯当前相位为绿灯，剩余时间为t(t≤g₀),即仍需t才能消散当前车队。为了保证紧急车辆在t时间内不会与车队发生冲突，临界条件下，设经过t₁时间，车队与紧急车辆的距离满足以下约束条件：

$V_1{t}_1+\frac{1}{2}{a}_1{t_1}^2+(L_0-L_1)=v_0{t}_1$

式中：t₁—临界冲突状态下的时间；v₁—排队车辆的整体速度；L₁—排队车辆长度；a₁—排队车辆加速度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离。

①若t₁≥t说明经过t时间后，紧急车辆并未与排队车辆冲突，且排队车辆已经悉数通过停车线，此种情况下紧急车辆保持匀速通行即可。此时得到绿灯延时：

$g_e=\frac{L_0}{v_0}-t$

式中：t—紧急车辆发出通行请求时绿灯剩余时间。

②若t₁<t说明若以当前状态行驶，紧急车辆就可能在排队车辆消散之前与其发生冲突。为了避免这种冲突，须对紧急车辆进行车速引导。此时紧急车辆的加速度a₀与加速时间t₀需满足以下两个约束条件：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_0+a_0{t}_0=v_1+a_1{t}_0\\ v_0{t}_0+\frac{1}{2}{a}_0{t}_0^2\&le;v_1{t}_0+\frac{1}{2}{a}_1{t}_0^2+(L_0-L_1)\end{array}\right.$

式中：v₁—排队车辆的整体速度；L₁—排队车辆长度；a₁—排队车辆加速度；t₀—对紧急车辆进行车速引导的加速时间；a₀—对紧急车辆的引导加速度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离。

即在紧急车辆与排队车队达到相同速度之前，两者之间的位移关系不能冲突。求解：

$\left\{\begin{array}{c}{a}_0\&le;a_1-\frac{{(v_0-v_1)}^2}{2(L_0-L_1)}\\ t_0\&le;\frac{2(L_0-L_1)}{v_0-v_1}\end{array}\right.$

由此求得紧急车辆的减速速度范围上限。

$v\&le;v_0+a_0{t}_0=\frac{2a_1(L_0-L_1)}{v_0-v_1}+v_1$

式中：v—紧急车辆的减速速度范围上限；v₁—排队车辆的整体速度；L₁—排队车辆长度；a₁—排队车辆加速度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离。

即紧急车辆应在满足a₀与t₀的约束关系下，将速度减至v以下，这样可以成功避免冲突。在车辆完成减速后，已通过的路程如下：

$L_2=\frac{2v_0(L_0-L_1)(v_0-v_1)+2a_1{L}_0^2}{{(v_0-v_1)}^2}+(L_0-L_1)$

为避免在剩余路段与车队发生冲突，紧急车辆以速度v匀速通过，时间为：

$t_2=\frac{(2L_0-L_1){(v_0-v_1)}^2-2(L_0-L_1)[v_0(v_0-v_1)+a_1(L_0-L_1)]}{2a_1(L_0-L_1)(v_0-v_1)+v_1{(v_0-v_1)}^2}$

式中：t₂—紧急车辆匀速行驶过停车线的时间；v₁—排队车辆的整体速度；L₁—排队车辆长度；a₁—排队车辆加速度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离。

因此，绿灯延时为：

g_e＝t₀+t₂-t

式中：t₀—对紧急车辆进行车速引导的加速时间；t₂—紧急车辆匀速行驶过停车线的时间；t—紧急车辆发出通行请求时绿灯剩余时间。

(2)红灯优先通行控制策略：

紧急车辆发出通行请求时信号灯当前相位为红灯，排队长度为L₁的车队消散时间为g₀。同上理，可知：

$\frac{1}{2}{a}_1{t_1}^2+(L_0-L_1)=v_0{t}_1$

式中：a₁—排队车辆加速度；t₁—临界状态下的时间值；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；L₁—排队车辆长度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速。

即可得到临界状态下的t₁的值。

①若g₀≤t₁，说明切断红灯后，车队消散完全时紧急车辆仍然未到停车线，不会发生冲突。此时绿灯延时为：

$g_e=\frac{L_0}{v_0}$

式中：L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速。

②若g₀>t₁，说明切断红灯后，紧急车辆在车队未完全消散时可能发生冲突。此时进行车速引导，引导车速计算如下：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_0+a_0{t}_0=v_1+a_1{t}_0\\ v_0{t}_0+\frac{1}{2}{a}_0{t}_0^2\&le;\frac{1}{2}{a}_1{t}_0^2+(L_0-L_1)\end{array}\right.$

式中：a₁—排队车辆加速度；L₁—排队车辆长度；a₀—对紧急车辆进行车速引导的加速度；t₀—对紧急车辆进行车速引导的加速时间；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速。

在紧急车辆与排队车队达到相同速度之前，两者之间的位移关系不能冲突。求解得：

$\left\{\begin{array}{c}{a}_0\&le;a_1-\frac{{v_0}^2}{2(L_0-L_1)}\\ t_0\&le;\frac{2(L_0-L_1)}{v_0}\end{array}\right.$

由此求得紧急车辆的减速范围上限：

$v\&le;v_0+a_0{t}_0=\frac{2a_1(L_0-L_1)}{v_0}$

即紧急车辆应在满足a₀与t₀的约束关系下，将速度减至v以下，这样可以成功避免冲突。在车辆完成减速后，通过的位移为：

$L_2=\frac{2a_1{(L_0-L_1)}^2}{{v_0}^2}+(L_0-L_1)$

式中：a₁—排队车辆加速度；L₁—排队车辆长度；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速。

为避免在剩余路段与车队发生冲突，紧急车辆以速度v匀速通过停车线的时间为：

$t_2=\frac{{v_0}^2{L}_1-2a_1{(L_0-L_1)}^2}{2a_1{v}_0(L_0-L_1)}$

式中：t₂—紧急车辆匀速行驶过停车线的时间；a₁—排队车辆加速度；L₁—排队车辆长度；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速。

此时绿灯延时为：

g_e＝t₀+t₂

式中：t₀—对紧急车辆进行车速引导的加速时间；t₂—紧急车辆匀速行驶过停车线的时间。

值得注意的是，在信号控制策略中，系统根据紧急车辆实时位置和速度，预估车辆到达时刻，在考虑交叉口各方向最小绿灯时间的前提下，选择最佳时机切换信号灯，并设置黄灯和全红信号结合的缓冲时间，保证行车安全。当紧急车辆通过交叉口后，路口信号控制器结束优先通行模式，并恢复为常态。

Claims (7)

1.一种基于车路协同的紧急车辆优先通行系统，包括路侧单元，其特征在于设有车载单元，用于在紧急车辆进入车路无线通信范围内时，将本车辆的实时动态信息反馈给路侧单元，并接收来自路侧单元的实时车速引导信息；该车载单元包括由PC机内部提供的数据处理与显示模块、定位模块，以及与路侧单元通信设备进行无线通信的车载单元通信设备。

2.根据权利要求1所述的基于车路协同的紧急车辆优先通行系统，其特征在于定位模块是用于车辆位置粗略定位以及车辆速度的获取。

3.一种基于车路协同的紧急车辆优先通行方法，其特征在于通过提供紧急车辆与路侧单元之间的实时信息交互，使得紧急车辆进入交叉口通信范围内时，路侧信号控制系统能够根据当前信号相位与进道口排队车辆的实际情况，生成相应的紧急车辆优先通行方案，即在避免车辆冲突的前提下，进行信号配时及车速引导，以达到紧急车辆优先通行，并减少优先通行控制对常规社会交通流的影响。

4.根据权利要求3所述的紧急车辆优先通行方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)当紧急车辆进入车路无线通信范围内时，路侧单元和车载单元开始建立无线通信连接；

(2)车载单元实时获取车辆的信息，该信息包括车速、位置，并将其发送到路侧单元，路侧单元获取当前相位信息的数据；

(3)路侧单元根据所得数据进行信号配时，将车速引导信息发送至紧急车辆，实现绿灯优先通行、红灯优先通行的信号控制策略，以避免车辆行驶冲突。

5.根据权利要求4所述的紧急车辆优先通行方法，其特征在于绿灯优先通行的信号控制策略是：

紧急车辆发出通行请求时信号灯当前相位为绿灯，剩余时间为t(t≤g₀)，即仍需t才能消散当前车队；为了保证紧急车辆在t时间内不会与车队发生冲突，临界条件下，设经过t₁时间，车队与紧急车辆的距离满足以下约束条件：

$v_1{t}_1+\frac{1}{2}{a}_1{t_1}^2+(L_0-L_1)=v_0{t}_1$

式中：t₁—临界冲突状态下的时间；v₁—排队车辆的整体速度；L₁—排队车辆长度；a₁—排队车辆加速度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离。

①若t₁≥t说明经过t时间后，紧急车辆并未与排队车辆冲突，且排队车辆已经悉数通过停车线，此种情况下紧急车辆保持匀速通行即可，此时得到绿灯延时：

$g_e=\frac{L_0}{v_0}-t$

式中：t—紧急车辆发出通行请求时绿灯剩余时间。

②若t₁<t说明若以当前状态行驶，紧急车辆就可能在排队车辆消散之前与其发生冲突，为了避免这种冲突，须对紧急车辆进行车速引导；此时紧急车辆的加速度a₀与加速时间t₀需满足以下两个约束条件：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_0+a_0{t}_0=v_1+a_1{t}_0\\ v_0{t}_0+\frac{1}{2}{a}_0{t}_0^2\&le;v_1{t}_0+\frac{1}{2}{a}_1{t}_0^2+(L_0-L_1)\end{array}\right.$

式中：v₁—排队车辆的整体速度；L₁—排队车辆长度；a₁—排队车辆加速度；t₀—对紧急车辆进行车速引导的加速时间；a₀—对紧急车辆的引导加速度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离。

即在紧急车辆与排队车队达到相同速度之前，两者之间的位移关系不能冲突，求解：

$\left\{\begin{array}{c}{a}_0\&le;a_1-\frac{{(v_0-v_1)}^2}{2(L_0-L_1)}\\ t_0\&le;\frac{2(L_0-L_1)}{v_0-v_1}\end{array}\right.$

由此求得紧急车辆的减速速度范围上限v，

$v\&le;v_0+a_0{t}_0=\frac{2a_1(L_0-L_1)}{v_0-v_1}+v_1$

式中：v—紧急车辆的减速速度范围上限；v₁—排队车辆的整体速度；L₁—排队车辆长度；a₁—排队车辆加速度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离。

即紧急车辆应在满足a₀与t₀的约束关系下，将速度减至v以下，这样可以成功避免冲突；在车辆完成减速后，已通过的路程如下：

$L_2=\frac{2v_0(L_0-L_1)(v_0-v_1)+2a_1{L}_0^2}{{(v_0-v_1)}^2}+(L_0-L_1)$

为避免在剩余路段与车队发生冲突，紧急车辆以速度v匀速通过，时间为：

$t_2=\frac{(2L_0-L_1){(v_0-v_1)}^2-2(L_0-L_1)[v_0(v_0-v_1)+a_1(L_0-L_1)]}{2a_1(L_0-L_1)(v_0-v_1)+v_1{(v_0-v_1)}^2}$

式中：t₂—紧急车辆匀速行驶过停车线的时间；v₁—排队车辆的整体速度；L₁—排队车辆长度；a₁—排队车辆加速度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离。

因此，绿灯延时为：

g_e＝t₀+t₂-t

式中：t₀—对紧急车辆进行车速引导的加速时间；t₂—紧急车辆匀速行驶过停车线的时间；t—紧急车辆发出通行请求时绿灯剩余时间。

6.根据权利要求4所述的紧急车辆优先通行方法，其特征在于红灯优先通行的控制策略是：

紧急车辆发出通行请求时信号灯当前相位为红灯，排队长度为L₁的车队消散时间为g₀，因此采用下述公式获得临界状态下的t₁的值：

$\frac{1}{2}{a}_1{t_1}^2+(L_0-L_1)=v_0{t}_1$

式中：a₁—排队车辆加速度；t₁—临界状态下的时间值；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；L₁—排队车辆长度；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速。

①若g₀≤t₁，说明切断红灯后，车队消散完全时紧急车辆仍然未到停车线，不会发生冲突，此时绿灯延时为：

$g_e=\frac{L_0}{v_0}$

式中：L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速。

②若g₀>t₁，说明切断红灯后，紧急车辆在车队未完全消散时可能发生冲突，此时进行车速引导，引导车速计算如下：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_0+a_0{t}_0=a_1{t}_0\\ v_0{t}_0+\frac{1}{2}{a}_0{t}_0^2\&le;\frac{1}{2}{a}_1{t}_0^2+(L_0-L_1)\end{array}\right.$

式中：a₁—排队车辆加速度；L₁—排队车辆长度；a₀—对紧急车辆进行车速引导的加速度；t₀—对紧急车辆进行车速引导的加速时间；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速。

在紧急车辆与排队车队达到相同速度之前，两者之间的位移关系不能冲突，求解得：

$\left\{\begin{array}{c}{a}_0\&le;a_1-\frac{{v_0}^2}{2(L_0-L_1)}\\ t_0\&le;\frac{2(L_0-L_1)}{v_0}\end{array}\right.$

由此求得紧急车辆的减速范围上限v：

$v\&le;v_0+a_0{t}_0=\frac{2a_1(L_0-L_1)}{v_0}$

即紧急车辆应在满足a₀与t₀的约束关系下，将紧急车辆速度减至v以下，这样可以成功避免冲突；在车辆完成减速后，通过的位移为：

$L_2=\frac{2a_1{(L_0-L_1)}^2}{{v_0}^2}+(L_0-L_1)$

为避免在剩余路段与车队发生冲突，紧急车辆以速度v匀速通过停车线的时间为：

$t_2=\frac{{v_0}^2{L}_1-2a_1{(L_0-L_1)}^2}{2a_1{v}_0(L_0-L_1)}$

式中：t₂—紧急车辆匀速行驶过停车线的时间；a₁—排队车辆加速度；L₁—排队车辆长度；L₀—紧急车辆发出通行请求时距离停车线的距离；v₀—紧急车辆发出通行请求时的车速。

此时绿灯延时为：

g_e＝t₀+t₂

式中：t₀—对紧急车辆进行车速引导的加速时间；t₂—紧急车辆匀速行驶过停车线的时间。

7.根据权利要求4所述的紧急车辆优先通行方法，其特征在于在信号控制策略中，系统根据紧急车辆实时位置和速度，预估车辆到达时刻，在考虑交叉口各方向最小绿灯时间的前提下，选择最佳时机切换信号灯，并设置黄灯和全红信号结合的缓冲时间，保证行车安全。当紧急车辆通过交叉口后，路口信号控制器结束优先通行模式，并恢复为常态。