CN105139671A - 限定可视区域的智能交通控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种限定可视区域的智能交通控制系统及其控制方法，该系统包括第一组投射信号灯等，第一组投射信号灯、第二组投射信号灯、通用信号灯、感应线圈、同步控制接口都与信号灯控制系统连接；以信号灯控制系统为核心配置了第一组投射信号灯、第二组投射信号灯以及一组通用信号灯，还配置了一组用于检测车辆的感应线圈以及与其他系统联动控制的同步控制接口。本发明能够将路面车流进行分割调度控制，实现了路面资源的高效利用，不仅可以应用在公交专用信号灯领域，还可以应用在其他对交通流量有特殊要求的智能交通路面控制中。

Description

限定可视区域的智能交通控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制系统及其控制方法，特别是涉及一种限定可视区域的智能交通控制系统及其控制方法。

背景技术

随着经济的发展，车辆增多，交通变得越发的拥挤，为了提高通行效率，许多城市在发展智能交通系统，其中智能公交系统得到了快速发展，基于公交优先原则，不仅设置了公交专用道，同时还配置了公交专用信号灯，在红灯临近结束时，公交车道的专用信号灯绿灯首先亮起，一般提前10秒左右，将公交专用道上的车辆优先放行，然后才是社会车辆信号灯变绿放行，保障了公交的通行速度和效率。在公交车优先放行期间，社会车辆对应的信号灯仍然是红灯，从驾驶者的角度看去，前方路口出现了绿灯，在多个车道的路口，虽然公交专用信号灯上方挂有明显的公交专用标志，但在雨天等光线不足视况不佳以及路况不熟悉情况下，社会车辆的驾驶者在面对公交专用信号灯变绿时由于前方信号灯不唯一，往往无法及时识别，在看到公交信号灯变绿时就错误的驱车通过，结果造成闯红灯而被电子警察拍照，根据目前的交通法规需对闯红灯者扣分罚款。另外为了保证公交通行效率，公交专用道为独占式车道，不允许社会车辆进入公交车道行驶，在拥挤的路口，公交专用道的独占专用不可避免的降低了车道的使用效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种限定可视区域的智能交通控制系统及其控制方法，其能够将路面车流进行分割调度控制，实现了路面资源的高效利用，不仅可以应用在公交专用信号灯领域，还可以应用在其他对交通流量有特殊要求的智能交通路面控制中。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种限定可视区域的智能交通控制系统，其特征在于，其包括第一组投射信号灯、第二组投射信号灯、通用信号灯、感应线圈、同步控制接口、信号灯控制系统，第一组投射信号灯、第二组投射信号灯、通用信号灯、感应线圈、同步控制接口都与信号灯控制系统连接；以信号灯控制系统为核心配置了第一组投射信号灯、第二组投射信号灯以及一组通用信号灯，还配置了一组用于检测车辆的感应线圈以及与其他系统联动控制的同步控制接口，其中第一组投射信号灯和通用信号灯共同安装在路口的交通信号灯支架上方，第二组投射信号灯则安装在公交专用车道后方的支架上；感应线圈安装在公交专用道的路面下方，感应线圈由单个线圈铺设或多个线圈间隔布置组成；同步控制接口则用来与其他信号灯联动，互相传送信号灯的状态以及接收外部控制命令以便进行控制使用。

优选地，所述第一组投射信号灯由公交车道定向投射公交专用信号灯组成，公交车道定向投射公交专用信号灯、社会车辆通用信号灯都安装在一个支撑结构上，公交车道定向投射公交专用信号灯在路面上所投射的光线形成第一光斑的覆盖范围；第二组投射信号灯由第二信号灯组成，作为控制社会车辆借用公交专用道通行的投射信号灯，第二信号灯在路面上所投射的光线形成第二光斑的覆盖范围。

优选地，所述第一组投射信号灯的内部光源、第二组投射信号灯的内部光源都采用通用激光管，将其发出的平行光束经反射及光学透镜转换后，投射光斑由原来的圆点变为一字线形光线，再经过一组凹透棱镜的光学变换，对一字线形光线的宽度进行展宽，最后经过分光栅的漏光消除处理。

优选地，所述分光栅是一个不透光的喇叭形壳体，其内部有很许多平行于一字线形光束方向的分光片组成的分光孔。

本发明还提供一种限定可视区域的智能交通控制系统的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：

第一步：当公交车道定向投射公交专用信号灯、社会车辆通用信号灯为红灯时，第二信号灯变为红灯，此时路口的公交车专用道区域只允许公交车驶入，变成公交专用车道，其他社会车辆禁止驶入；

第二步：当公交车道定向投射公交专用信号灯变绿灯，开始优先放行公交车辆，此时公交车道上的公交车开始驶出车道，通过路口，此时第一组信号灯中的社会车辆通用信号灯以及第二信号灯仍为红灯；

第三步：公交优先放行时间为提前m秒，在公交优先放行期间，根据公交车道区域内车辆状态，动态的调整第二信号灯变为绿灯以及公交车道定向投射公交专用信号灯关闭投射的时刻；当公交优先放行结束时，社会车辆通用信号灯变为绿灯，此时如果公交车道定向投射公交专用信号灯未被提前关闭投射，则在社会车辆通用信号灯变为绿灯的同时关闭公交车道定向投射公交专用信号灯，此时路况由社会车辆通用信号灯控制，三个车道中的车辆开始依次直行通过路口，m为自然数；

第四步：在社会车辆通用信号灯绿灯即将结束时，提前n秒将第二信号灯变为红灯，禁止车流继续驶入公交车专用道，已驶入的车辆继续前行陆续通过路口，驶出公交专用道区域，公交专用道区域内的车辆被清空，n为自然数；

第五步：社会车辆通用信号灯变为红灯，本方向禁止直行，由于第二信号灯已变为红灯，此时只允许公交车驶入公交专用道内等待下一次的公交优先放行；

至此完成本周期的信号灯控制，跳回到前面的第二步重新开始，重复进行第二步到第五步的内容。

优选地，所述第三步中，动态调整第二信号灯变为绿灯以及公交车道定向投射公交专用信号灯变为红灯的时刻，具体方法为：在公交专用车道两端路面下方埋了一组车辆检测线圈，通过这组线圈识别公交专用车道区域内车辆状态，判断公交专用道区域内的车辆是否已清空，当发现公交车道定向投射公交专用信号灯变为绿灯而社会车辆通用信号灯仍为红灯，由于公交车辆的优先放行，驶出车道而形成公交车道内无车辆时，立即将第二信号灯变为绿灯，将公交专用道开放给社会车辆使用，允许社会车辆驶入，同时为了避免误导驾驶者错误的驶出车道，将第一组信号灯中的公交专用信号灯同时关闭投射，这样车辆提前驶入空闲的公交专用道区域内等待社会车辆通用信号灯变绿灯后放行。

优选地，所述第三步中，当左转或右转的公交车辆驶入公交专用道，等待左转或右转放行信号时，在绿灯直行期间，公交车将此公交专用道独占使用，后面车辆无法通行，此时由于检测到公交专用道区域内车辆未被清空，第二信号灯将一直保持为红灯，在这个直行绿灯周期内只有当检测到公交专用道区域内车辆被清空，直行绿灯剩余时间大于k秒时才将第二信号灯变绿灯，开放公交专用道给社会车辆使用，否则按照信号灯的控制调度方法，进入下一个红绿灯周期进行识别处理，k为自然数。

优选地，所述第二信号灯红灯期间，所有进入公交专用道区域内车辆均被电子摄像头拍照识别车牌并发送到交通控制中心记录，根据数据库的车牌匹配结果识别当前为公交车驶入，否则予以记录违章；当第二信号灯变为绿灯时，将暂停电子摄像头的拍照，所有驶入公交专用道的车辆不予记录，与相邻红绿灯以及电子摄像头的同步控制通过同步控制接口实现。

优选地，所述m=10，n=3，k=3；

本发明的积极进步效果在于：本发明通过对激光投射以及光学原理的分析应用，配以具有专用分光栅的信号灯，设计了一种限定可视区域的投射交通信号灯及智能交通控制方法，由主动投射信号灯发射出来的信号灯光线只能在路面上指定的区域内可以看到，如只能在特定专用车道内看到，而左右相邻车道的车辆则看不到，在专用车道上的车辆优先放行时，相邻车道的车辆看到的仍然是红灯，看不到专用车道对应的专用绿灯，这样就不会对驾驶者造成干扰，不仅可以应用在公交专用信号灯领域，还可以应用在其他对交通流量有特殊要求的智能交通路面控制中。采用此信号灯控制的路面，由于其在驾驶者视野中信号灯的唯一性，有效避免由于未能区分专用车道信号灯而错误的驱车通过造成的闯红灯拍照，同时提高了行驶的安全性，也可以用于智能驾驶技术，大大降低自动驾驶以及辅助驾驶系统中的前方信号灯识别算法的难度，提高了识别正确率和行车可靠性。通过智能交通控制方法将路面车流进行分割调度控制，分时复用，实现了路面车道资源的高效利用，在不拓宽路面、不增加车道的情况下以较低的信号系统改造费用实现了路面使用率的大幅提高，可以有效提高了路口的车辆通过数量，舒缓了城市道路拥挤情况。

附图说明

图1为本发明限定可视区域的智能交通控制系统的原理框图。

图2为路口公交优先信号灯工作流程图。

图3为信号灯安装位置及工作原理示意图。

图4为定向投射信号灯内部组成及光路示意图。

图5为避免光线泄漏到相邻车道的分光栅结构示意图。

图6为分光栅工作原理。

图7信号灯控制逻辑示意图。

图8信号灯时序逻辑示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

本发明可以应用在交通信号控制中，下面具体以公交优先通行调度应用领域进行阐述说明，本发明能够在保证公交优先通行的前提下提高路面车道的使用效率。

基于公交优先原则，为了避免路口拥堵导致的公交车无法快速通过，城市道路中在路口设置了公交专用道，同时还配置了公交专用信号灯，在红灯临近结束时，公交车道的专用信号灯绿灯首先亮起，一般提前10秒左右，将公交专用道上的车辆优先放行，然后才是社会车辆信号灯变绿放行，保障了公交的通行速度和效率。在公交车优先放行期间，社会车辆对应的信号灯仍然是红灯，为了保证公交通行效率，现有公交专用道为独占式设计，不允许社会车辆进入公交车道行驶，否则将被电子警察拍照记录，在拥挤的路口，公交专用道的独占专用不可避免的降低了车道的使用效率。

本发明限定可视区域的智能交通控制系统如图1所示，本发明限定可视区域的智能交通控制系统包括第一组投射信号灯、第二组投射信号灯、通用信号灯、感应线圈、同步控制接口、信号灯控制系统，第一组投射信号灯、第二组投射信号灯、通用信号灯、感应线圈、同步控制接口都与信号灯控制系统连接；以信号灯控制系统为核心配置了两组投射信号灯（第一组投射信号灯、第二组投射信号灯）以及一组通用信号灯，还配置了一组用于检测车辆的感应线圈以及与其他系统联动控制的同步控制接口，其中第一组投射信号灯和通用信号灯共同安装在路口的交通信号灯支架上方，第二组投射信号灯则安装在公交专用车道后方的支架上，即路口公交专用道起始位置；感应线圈安装在公交专用道的路面下方，感应线圈可由单个线圈铺设或多个线圈间隔布置组成；同步控制接口则用来与其他信号灯联动，互相传送信号灯的状态以及接收外部控制命令以便进行控制使用。感应线圈的输出信号反馈到信号灯控制系统中，信号灯控制系统根据感应线圈的输出信号识别公交专用道区域内车辆的状态。第一组投射信号灯内部光源只有绿色，第二组投射信号灯内部光源有红、绿、黄三色。

在设置了公交专用道的路口，第一组投射信号灯用来作为公交专用信号灯，公交专用信号灯和通用信号灯的工作流程如图2所示，在红灯亮起时，信号灯控制系统自动判断第一延时T1是否结束，如未结束，则等待，保持当前信号灯状态，如第一延时T1结束，则公交车道对应的专用投射信号灯启动，在指定公交专用车道上投射出绿色光斑，此车道的驾驶员看到前方出现路灯后公交车道开始优先放行，之后继续判断第二延时T1是否结束，如未结束，则保持信号灯状态不变，如第二延时T2结束，则社会车辆对应的通用信号灯由原来的红灯变为绿灯，其他车道的车辆开始陆续通过路口，此时公交车道专用信号灯也保持为绿色，根据设定的红绿灯间隔时间，第三延时T3结束后社会车辆对应的通用信号灯由绿灯变为红灯，同时公交专用信号灯也关闭，信号灯控制系统中恢复第一延时T1的延时计数初始值、第二延时T2的延时计数初始值，之后开始判断第一延时T1是否结束，如此往复循环。

路口信号灯的安装位置以及工作原理如图3中所示，第一组投射信号灯由公交车道定向投射公交专用信号灯301组成，公交车道定向投射公交专用信号灯301、社会车辆通用信号灯302都安装在支撑结构303上，第一社会车辆车道304、第二社会车辆车道306、公交专用道305为路口相邻的三个车道，公交车道定向投射公交专用信号灯301在路面上所投射的光线形成第一光斑307的覆盖范围；第二组投射信号灯由第二信号灯308组成，安装在支撑结构311上，作为控制社会车辆借用公交专用道通行的投射信号灯，第二信号灯308在路面上所投射的光线形成第二光斑309的覆盖范围。其中公交专用道305只是借用了中间车道的临近路口的一段车道，如图3中网格所覆盖那部分区域，不是占用整条车道，在此区域之外，公交车和社会车辆共享路面的三条车道。

由于国内车辆采用左侧操作，驾驶者在车辆的左侧，两组投射信号灯为了确保车道内车辆驾驶者获得最佳的可视效果，同时避免由于光线衍射进入两侧车道车辆驾驶者的眼睛而错误的视觉成像，将图3中公交车道定向投射公交专用信号灯301、第二信号灯308所分别投射的第一光斑307、第二光斑309偏向所在车道的左侧，同时光斑的宽度也小于车道的宽度。

采用上述定向投射信号灯的路口，在社会车辆通用信号灯302变为红灯时，车辆停止等待绿灯放行，在红灯临近结束时，根据设定的倒计时间隔，公交车道定向投射公交专用信号灯301启动，开始投射出绿色线形光斑，线形光斑内的公交车辆驾驶者这时可以看到前方路口出现了绿灯，收到绿灯放行信号后，公交车辆驾驶者驱动车辆通过路口，而对于不在投射区域内的其他车辆的驾驶者而言，这时前方路口仍然为红灯，由于看不到绿灯，这样就避免了因错误通行而导致的闯红灯拍照。

第一组投射信号灯的内部光源、第二组投射信号灯的内部光源都采用通用激光管，将其发出的平行光束经反射及光学透镜转换后，投射在指定区域的光斑由原来的圆点变为一字线形光线，再经过一组凹透棱镜的光学变换，对一字线形光线的宽度进行展宽，最后经过分光栅的漏光消除处理，这时可视区域的角度非常小，只有在投射区域内才能看到此光源。由于将圆点式光源扩展为线形光斑，并经过透镜等光衰后，激光的光照强度已大大降低，同时在信号灯内部还可以装设根据环境光线自动控制激光功率的控制电路，通过合理的控制激光的输出功率，直接目视时进入眼睛的光线强度控制在安全范围以内，对视力不会造成任何伤害。

两组投射信号灯（第一组投射信号灯、第二组投射信号灯）内部组成及光路如图4所示，根据需要可以选择红、绿、黄单个或多个组合以及其他颜色的激光管401作为光源，激光管能够发出高亮度的单色平行光，并且光束的发散度极小，寿命长，可以长时间使用而无需更换，激光管401发射出来的圆形光束经反射镜402反射后进入第一组透镜403中，由其将光束转换为一字线形光线，然后进入第二组透镜组404中对一字线形光线宽度进行展宽为一字线形光束，展宽后的光束经过分光栅405投射在路面指定区域内，第二组透镜404由多个透镜组合而成，本次采用两个柱面透镜的组合实现，通过调节第二组透镜404中两个透镜之间的间距，可以实现投射在路面上的可视区域光斑宽度的调整，从而适应不同安装状态。

图4中的激光管401采用通用工业激光管，不仅可以降低造价，同时在其出现光衰或故障而影响使用时，可以快速的通过更换激光管予以维护修理，降低了后期的维护成本。将圆形光束转变为条形光线或线激光的第一组透镜403可以采用鲍威尔棱镜（powelllenses）实现，也可以采用经过平移对称变形拉伸处理的柱面菲涅尔透镜实现。

虽然通过透镜的组合，在路面上实现线形光斑的投射，将信号灯发出的光线投射在指定区域内，但由于光线在透镜边缘的衍射，相邻车道仍或多或少的还是可以可到一些泄漏的光线，为了避免泄漏光线对相邻车道的干扰，采用了如图5所示的分光栅，分光栅是一个不透光的喇叭形壳体501，其内部有很许多平行于一字线形光束方向的分光片502组成的分光孔503，为了不影响一字线形光束的通过，分光孔503的两侧大小存在差异，分光孔503靠近光源侧较小，而另一侧则较大，呈现入端小出端大的喇叭口特征。分光栅的工作原理如图6所示，经过第二组透镜404展宽后的一字线形光束通过分光栅中的分光孔503时，被分光栅中的分光片502分割后，边缘泄漏光线导致的可视角度变小，分光栅内部以及分光片两侧涂刷弱反射或不反射信号灯光的材料，这样只允许平行于分光片的光线通过，衍射等导致的不平行于分光片的光线被反射吸收无法通过，实现了可视区域的精确控制，降低了对两侧相邻车道车辆的干扰，分光栅中分光片的具体数量、分光孔大小以及分光片长度可以根据信号灯的型号和应用场合而定。经过第二组透镜404展宽的一字线形光束虽然经过分光栅投射在路面，但由于分光栅的分光片厚度较小并且在超过一定距离后，分光片边缘部分形成的阴影由于光线在空气中的衍射而变得模糊，对视觉成像无影响。

上述定向投射信号灯实现了信号灯可视区域范围的限定与控制，可以将它用于智能交通控制中，根据公交车专用道内的车辆状态灵活对车道进行智能调度，如图3所示公交专用道路面下方埋了一组车辆检测线圈（即感应线圈）310，可由一个或多个检测线圈间隔布置组成，用于公交车道内的车辆检测，检测线圈的输出信号反馈到信号灯控制系统中，由信号灯控制系统识别公交专用道区域内车辆的状态，根据内置的信号灯控制算法，对公交车专用道进行综合调度，以提高路面车道的使用率，舒缓交通拥堵情况。

下面以常见的城市三车道路面为例进行智能交通控制方法的描述和实施，三车道中左侧为直行及左转车道，中间原为直行车道，为了提高公交出行优先权，在接近路口时变为公交专用车道，右侧车道为直行及右转车道，在原有的交通控制中，由于中间公交专用道不允许社会车辆通行，这样就导致了绿灯期间经常出现公交车道空无一车，而两侧车道拥堵不堪的情况，为了提高路口公交车专用道的使用率，信号灯的控制调度方法如下：

第一步：当路口第一组信号灯（公交车道定向投射公交专用信号灯301、社会车辆通用信号灯302）为红灯时，第二信号灯308变为红灯，此时路口的公交车专用道区域只允许公交车驶入，变成公交专用车道，其他社会车辆禁止驶入；

第二步：当第一组信号灯中公交车道定向投射公交专用信号灯301变绿灯，开始优先放行公交车辆，此时公交车道上的公交车开始驶出车道，通过路口，此时第一组信号灯中的社会车辆通用信号灯302以及第二信号灯308仍为红灯；

第三步：公交优先放行时间一般为提前10秒，在公交优先放行期间，根据公交车道区域内车辆状态，动态的调整第二信号灯308变为绿灯以及第一组信号灯中公交车道定向投射公交专用信号灯301关闭投射的时刻；当公交优先放行结束时，第一组信号灯中的社会车辆通用信号灯302变为绿灯，此时如果公交车道定向投射公交专用信号灯301未被提前关闭投射，则在社会车辆通用信号灯302变为绿灯的同时关闭公交车道定向投射公交专用信号灯301，此时路况由社会车辆通用信号灯302控制，三个车道中的车辆开始依次直行通过路口；

第四步：在社会车辆通用信号灯302绿灯即将结束时，提前3秒将第二信号灯308变为红灯，禁止车流继续驶入公交车专用道，已驶入的车辆继续前行陆续通过路口，驶出公交专用道区域，公交专用道区域内的车辆被清空；

第五步：社会车辆通用信号灯302变为红灯，本方向禁止直行，由于第二信号灯308已变为红灯，此时只有公交车可以驶入公交专用道内等待下一次的公交优先放行；

至此完成本周期的信号灯控制，跳回到前面的第二步重新开始，重复进行第二步到第五步的内容。

第二信号灯308由于为投射式限制了可视区域，当红灯亮起时，不会干扰影响左右两侧车道的正常驾驶通行，中间车道的车流发现前方为红灯时，此段路面车道两侧内虚线外实线的路面标线允许向两侧车道的单向变更车道，中间车道的车辆逐渐被分流到两侧车道中，车流中的公交车也非常顺利的进入了公交专用道区域内等候，第二信号灯308为红灯时社会车辆不会影响公交车的路口优先通过。为了避免中间车道的车辆在第二信号灯308中的红灯时停车等候变绿灯，造成中间车道积压而影响公交车驶入公交专用道区域，在公交车道后方的中间车道的一段路面上喷涂表示禁停的黄色网格，提醒车流要根据路面情况尽快分流到两侧车道，不要在黄色网格内停车等候，同时也可以通过电子拍照系统进行违章记录。

在上述第三步中，动态调整第二信号灯308变为绿灯以及公交车道定向投射公交专用信号灯301变为红灯的时刻，具体方法为：在公交专用车道两端路面下方埋了一组车辆检测线圈310，通过这组线圈可以识别公交专用车道区域内车辆状态，判断公交专用道区域内的车辆是否已清空，当发现公交车道定向投射公交专用信号灯301变为绿灯而社会车辆通用信号灯302仍为红灯，由于公交车辆的优先放行，驶出车道而形成公交车道内无车辆时，立即将第二信号灯308变为绿灯，将公交专用道开放给社会车辆使用，允许社会车辆驶入，同时为了避免误导驾驶者错误的驶出车道，将第一组信号灯中的公交专用信号灯301同时关闭投射，这样车辆可以提前驶入空闲的公交专用道区域内等待社会车辆通用信号灯302变绿灯后放行，这样能够在充分利用公交专用道，在绿灯周期内通过更多的车辆，提高路口的通行效率。当左转或右转的公交车辆驶入公交专用道，等待左转或右转放行信号时，在绿灯直行期间，公交车将此公交专用道独占使用，后面车辆无法通行，此时由于检测到公交专用道区域内车辆未被清空，第二信号灯308将一直保持为红灯，在这个直行绿灯周期内只有当检测到公交专用道区域内车辆被清空，直行绿灯剩余时间大于3秒时才将第二信号灯308变绿灯，开放公交专用道给社会车辆使用，否则按照前述的信号灯控制调度方法，进入下一个红绿灯周期进行识别处理。

在第二信号灯308红灯期间，所有进入公交专用道区域内车辆均被电子摄像头拍照识别车牌并发送到交通控制中心记录，根据数据库的车牌匹配结果，如发现为公交车则自动剔除不予记录，否则识别为社会车辆驶入公交专用道并记录本次违章。当第二信号灯308变为绿灯时，将暂停电子摄像头的拍照，所有驶入公交专用道的车辆不予记录，与相邻红绿灯以及电子摄像头的同步控制通过同步控制接口实现。

信号灯控制逻辑如图7所示，只有满足条件时第二组信号灯才变为绿灯，允许社会车辆使用公交专用道，否则为红灯，禁止社会车辆驶入，恢复为公交专用车道。以比较常见的公交车少而社会车辆多的路面情况为例进行说明，由于公交车较少，在公交优先放行期间公交专用道上的车辆很快被清空，将各个信号灯的时序逻辑如图8所示绘出，其中曲线说明如下：

A：公交车道定向投射公交专用信号灯301；

B：社会车辆通用信号灯302；

C：第二信号灯308。

由图8可以看出在公交专用信号灯301变为绿灯后，社会车辆通用信号灯302变为绿灯前，由于此时公交专用车道内的车辆已清空，满足图7所示的控制逻辑，将公交车道定向投射公交专用信号灯301关闭，并将第二组信号灯变为绿灯，允许社会车辆驶入公交专用道区域内等待社会车辆通用信号灯302变为绿灯后放行通过，在通用信号灯变为红灯前3秒，提前将第二组信号灯变为红灯，避免通用信号灯变为红灯时，由于社会车辆未能及时通过而造成在公交专用道区域内的积压，影响公交车的通行效率。

通过信号灯以及检测线圈的配合，充分利用了公交专用道的空闲时段，避免了资源的闲置浪费，从图8中可以看出，在直行绿灯期间，公交专用道被直行社会车辆使用的时间为T4而不是之前禁止使用时的零秒，这样车道的分割调度和分时使用，在不拓宽路面、不增加车道的情况下以较低的信号系统改造费用实现了路面使用率的大幅提高，可以有效提高了路口的车辆通过数量，舒缓了城市道路拥挤情况。

上述智能交通控制方法是对现有交通规则及交通信号标志的组合利用，通过应用专用的可以控制可视范围的定向投射交通信号灯，不仅实现了路口的公交优先通行控制，避免了公交信号灯对社会车辆驾驶者的干扰，同时也实现了公交专用道的分时复用，提高了路面车道的通行效率。本发明中无新的交通规则产生，驾驶者无需任何培训学习，按照交通规则，根据信号灯的引导控制即可顺利驾驶通过，不会给驾驶者形成困惑，对驾驶体验无任何影响。

另外，本发明不仅仅可以应用于公交车道信号灯，也可以应用在其他交通信号灯领域，信号灯中光源的颜色可用但不限于红、绿、黄颜色，可以为发出单色或为多种颜色组合光线；在图4的光路中可以设置透射镜片，通过选择使用不同的投射镜片，能够控制投射出来的光斑中的投影形状，这样就可以实现目前常见的信号灯图形在驾驶者眼中的成像效果，如左右转向、直行、转弯、调头等信号灯标志以及文字信息，实现各行其道的道路交通控制。

本发明能够将路面车流进行分割调度控制，实现了路面资源的高效利用，不仅可以应用在公交专用信号灯领域，还可以应用在其他对交通流量有特殊要求的智能交通路面控制中。采用此信号灯控制的路面，由于其在驾驶者视野中信号灯的唯一性，有效提高了行驶的安全性，同时还可以用于智能驾驶技术，大大降低自动驾驶以及辅助驾驶系统中的前方信号灯识别算法的难度，提高了识别正确率和行车可靠性。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种限定可视区域的智能交通控制系统，其特征在于，其包括第一组投射信号灯、第二组投射信号灯、通用信号灯、感应线圈、同步控制接口、信号灯控制系统，第一组投射信号灯、第二组投射信号灯、通用信号灯、感应线圈、同步控制接口都与信号灯控制系统连接；以信号灯控制系统为核心配置了第一组投射信号灯、第二组投射信号灯以及一组通用信号灯，还配置了一组用于检测车辆的感应线圈以及与其他系统联动控制的同步控制接口，其中第一组投射信号灯和通用信号灯共同安装在路口的交通信号灯支架上方，第二组投射信号灯则安装在公交专用车道后方的支架上；感应线圈安装在公交专用道的路面下方，感应线圈由单个线圈铺设或多个线圈间隔布置组成；同步控制接口则用来与其他信号灯联动，互相传送信号灯的状态以及接收外部控制命令以便进行控制使用。

2.如权利要求1所述的限定可视区域的智能交通控制系统，其特征在于，所述第一组投射信号灯由公交车道定向投射公交专用信号灯组成，公交车道定向投射公交专用信号灯、社会车辆通用信号灯都安装在一个支撑结构上，公交车道定向投射公交专用信号灯在路面上所投射的光线形成第一光斑的覆盖范围；第二组投射信号灯由第二信号灯组成，作为控制社会车辆借用公交专用道通行的投射信号灯，第二信号灯在路面上所投射的光线形成第二光斑的覆盖范围。

3.如权利要求1所述的限定可视区域的智能交通控制系统，其特征在于，所述第一组投射信号灯的内部光源、第二组投射信号灯的内部光源都采用通用激光管，将其发出的平行光束经反射及光学透镜转换后，投射光斑由圆点变为一字线形光线，再经过一组凹透棱镜的光学变换，对一字线形光线的宽度进行展宽，最后经过分光栅的漏光消除处理。

4.如权利要求3所述的限定可视区域的智能交通控制系统，其特征在于，所述分光栅是一个不透光的喇叭形壳体，其内部有很许多平行于一字线形光束方向的分光片组成的分光孔。

5.一种限定可视区域的智能交通控制系统的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：

第一步：当公交车道定向投射公交专用信号灯、社会车辆通用信号灯为红灯时，第二信号灯变为红灯，此时路口的公交车专用道区域只允许公交车驶入，变成公交专用车道，其他社会车辆禁止驶入；

第二步：当公交车道定向投射公交专用信号灯变绿灯，开始优先放行公交车辆，此时公交车道上的公交车开始驶出车道，通过路口，此时第一组信号灯中的社会车辆通用信号灯以及第二信号灯仍为红灯；

第三步：公交优先放行时间为提前m秒，在公交优先放行期间，根据公交车道区域内车辆状态，动态的调整第二信号灯变为绿灯以及公交车道定向投射公交专用信号灯关闭投射的时刻；当公交优先放行结束时，社会车辆通用信号灯变为绿灯，此时如果公交车道定向投射公交专用信号灯未被提前关闭投射，则在社会车辆通用信号灯变为绿灯的同时关闭公交车道定向投射公交专用信号灯，此时路况由社会车辆通用信号灯控制，三个车道中的车辆开始依次直行通过路口，m为自然数；

第四步：在社会车辆通用信号灯绿灯即将结束时，提前n秒将第二信号灯变为红灯，禁止车流继续驶入公交车专用道，已驶入的车辆继续前行陆续通过路口，驶出公交专用道区域，公交专用道区域内的车辆被清空，n为自然数；

第五步：社会车辆通用信号灯变为红灯，本方向禁止直行，由于第二信号灯已变为红灯，此时只允许公交车驶入公交专用道内等待下一次的公交优先放行；

至此完成本周期的信号灯控制，跳回到前面的第二步重新开始，重复进行第二步到第五步的内容。

6.如权利要求5所述的限定可视区域的智能交通控制系统的控制方法，其特征在于，所述第三步中，动态调整第二信号灯变为绿灯以及公交车道定向投射公交专用信号灯变为红灯的时刻，具体方法为：在公交专用车道两端路面下方埋了一组车辆检测线圈，通过这组线圈识别公交专用车道区域内车辆状态，判断公交专用道区域内的车辆是否已清空，当发现公交车道定向投射公交专用信号灯变为绿灯而社会车辆通用信号灯仍为红灯，由于公交车辆的优先放行，驶出车道而形成公交车道内无车辆时，立即将第二信号灯变为绿灯，将公交专用道开放给社会车辆使用，允许社会车辆驶入，同时为了避免误导驾驶者错误的驶出车道，将第一组信号灯中的公交专用信号灯同时关闭投射，这样车辆提前驶入空闲的公交专用道区域内等待社会车辆通用信号灯变绿灯后放行。

7.如权利要求5所述的限定可视区域的智能交通控制系统的控制方法，其特征在于，所述第三步中，当左转或右转的公交车辆驶入公交专用道，等待左转或右转放行信号时，在绿灯直行期间，公交车将此公交专用道独占使用，后面车辆无法通行，此时由于检测到公交专用道区域内车辆未被清空，第二信号灯将一直保持为红灯，在这个直行绿灯周期内只有当检测到公交专用道区域内车辆被清空，直行绿灯剩余时间大于k秒时才将第二信号灯变绿灯，开放公交专用道给社会车辆使用，否则按照信号灯的控制调度方法，进入下一个红绿灯周期进行识别处理，k为自然数。

8.如权利要求5所述的限定可视区域的智能交通控制系统的控制方法，其特征在于，所述第二信号灯红灯期间，所有进入公交专用道区域内车辆均被电子摄像头拍照识别车牌并发送到交通控制中心记录，根据数据库的车牌匹配结果识别当前为公交车驶入，否则予以记录违章；当第二信号灯变为绿灯时，将暂停电子摄像头的拍照，所有驶入公交专用道的车辆不予记录，与相邻红绿灯以及电子摄像头的同步控制通过同步控制接口实现。

9.如权利要求5所述的限定可视区域的智能交通控制系统的控制方法，其特征在于，所述m=10，n=3。

10.如权利要求7所述的限定可视区域的智能交通控制系统的控制方法，其特征在于，所述k=3。