CN105702060B

CN105702060B - 基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向方法及系统

Info

Publication number: CN105702060B
Application number: CN201610123788.4A
Authority: CN
Inventors: 陈坚; 吴佩洁; 何义团; 何航宇; 王延鹏; 覃渝程
Original assignee: Chongqing Jiaotong University
Current assignee: Chongqing City Integrated Transportation Hub Group Co ltd
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2018-06-12
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: CN105702060A

Abstract

本发明公开一种基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向系统及方法，本发明将日益成熟的全息投影技术应用到交通领域，实现了交叉口信号二维控制向三维控制的转化，并且创新性地将全息投影技术与交通信号控制结合在一起，从而实现对即将陷入“两难区”的车辆进行投影警示的功能，为解决交叉口安全事故频发的实际问题，提供了一种新的思路与新的解决方法。并且，本发明将在一定程度上减少信号交叉口交通安全事故的发生，保障驾驶员与行人的生命安全，从而营造出一种“和谐交通”的安全氛围。

Description

基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向方法及系统

技术领域

本发明涉及一种基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向方法及系统。

背景技术

信号交叉口是城市道路交通系统中重要的组成部分，在道路交通的衔接中起着关键的作用。但是，由于交叉口是各类交通流相互穿行、存在直接冲突的地带，并且具有高聚集性和冲突性，使得其成为整个城市路网的交通瓶颈。交叉口的科学管理对保障交叉口的安全有着重要的作用，其中信号灯是目前一种有效的管理与控制手段。然而，在我国现实生活中，信号交叉口普遍存在着目标车辆或行人闯红灯的现象，而且全国各地都因驾驶员在交叉口处闯红灯、抢黄灯而发生了多起严重的交通事故，给行人以及目标车辆的安全造成了巨大的威胁。根据2004、2005两年的北京市交通事故统计数据显示，50％以上的市区交通事故发生在交叉口，超过30％的郊区交通事故发生在交叉口。近些年，为了解决交叉口目标车辆闯红灯的问题，国内外学者对此进行了大量的研究，随着对这一问题背后原因的深入分析，本发明发现驾驶员陷入“两难区”是导致驾驶员无意闯红灯的主要原因。

信号交叉口处发生的交通安全事故主要有以下三类：①抢黄灯、闯红灯；②在有导向车道的交叉路口，违章变更车道；③左转弯目标车辆以及右转弯目标车辆的驶入。其中，驾驶员抢黄灯、闯红灯所引发的交通事故所占比例最大，而且，在闯红灯的事故中驾驶员无意闯红灯占绝大多数。

导致驾驶员无意闯红灯的原因有：①信号灯配时不合理，黄灯时间过短。不少驾驶员认为黄灯是转变红灯的前奏，是合法快速通过交叉口的“信号”，见到黄灯就加油提速，往往还未行驶到路口停车线，黄灯变为红灯，这时又忙于紧急制动使后方目标车辆措手不及，从而发生追尾事故；②驾驶员在某些情况下离交叉口太近而不能及时安全停车，同时，离交叉口太远而不能顺利通过，这种陷入“两难区”的进退两难的局面，使得驾驶员往往很难避免闯红灯违规行为的发生；③驾驶员因注意力不集中而忽略了红绿灯的指示。

其中，驾驶员陷入“两难区”的情况占驾驶员无意闯红灯的大多数。因此，如果能有效地提醒驾驶员避免陷入“两难区”，则将会在一定程度上减少驾驶员无意闯红灯的次数，提高信号交叉口的安全性。

在中国大城市中，针对驾驶员闯红灯的现象，所采取的解决措施主要有以下四种方法：①安装“电子警察”违章抓拍等电子设施；②配置交通协管员和交警进行现场的执法与管理；③加大对驾驶员闯红灯的执法与惩罚力度④设置合理的信号灯周期。

在有关信号交叉口处防止驾驶员违章闯红灯的研究中，同济大学的储浩、杨晓光等人分析了交叉口“两难区”所产生的原因，提出了基于智能车路系统(车路协调技术)的解决方案，给出了智能车路系统解决实际主动交通安全的实例，从而达到避免冲突产生、提高交叉口安全性的目的。在本研究中，他们提出的解决交叉口“两难区”的方案主要是通过延长绿灯时间来解决“两难区”问题并且通过车载设备对驾驶员进行警示，但仍然存在系统相关参数较多、方法较复杂、车载设备未真正普及到每辆车等不足之处。

长安大学的李聪颖等人提出了机动车闯红灯判别模型，利用Logistic回归与神经网络方法建立判别模型，以预测机动车停止-通过行为，并且通过采集上海城市某些道路交叉口的相关数据，得出此判别模型正确判别率达到90％以上的研究结论。此项研究中提出的闯红灯判别模型，因为其选择的变量易于获取，所以不仅可以运用到闯红灯目标车辆警告系统，也可用于车载车速检测器。

王金梅通过对西安部分城市交叉口机动目标车辆违规行为实际调查，分析了闯红灯违规的特点，给出了黄灯信号期通过交叉口目标车辆的微观仿真建模及其实验结果，得出了安装自动闯红灯监测系统可以明显减少闯红灯行为的发生的研究结论^[4]。此项研究中指出了多数驾驶员并不是故意要闯红灯，而是由于处于“两难区”而导致无意闯红灯。

美国VII系统(Vehicle Infrastructure Integration)，利用目标车辆与目标车辆、目标车辆与路边装置的信息交流实现某些功能，从而提高交通的安全和效率。其功能主要有提供天气信息、路面状况、交叉口防碰撞、电子收费等功能。

欧洲主要CVIS系统(Cooperative Vehicle Infrastructure System)，它有60多个合作者，由布鲁塞尔的ERTICO组织统筹，其目标是开发出集硬件和软件于一体的综合交流平台，这个平台能运用到目标车辆和路边装置提高交通管理效率。另外，欧洲还有一个名叫PREVENT的综合发明，这个发明主要是对主动安全的应用性进行研究，最终达到预防事故，主动安全的目的。

日本主要的系统是UTMS 21(Universal Traffic Management System For The21st Century)，本系统是以ITS为基础的综合系统概念，由NPA(National Police Agency)等5个相关部门和机构共同开发的，是继20世纪90年代初UTMS系统以来的第2代交通管理系统，DSSS是UTMS 21中保障安全的核心发明，用于提高目标车辆与过街行人的安全，DSSS中的子系统有：信号控制交叉口危险区避免系统；停车提醒系统；正面相撞提醒系统；危险弯道和窄路来车信息提供系统；防止右转事故系统；行人帮助系统。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种对目标车辆的提前预警以及安全导向，从而减小驾驶员闯红灯的可能性的基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向方法与系统。

为达到上述目的，本发明基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向方法，包括：

获取目标车辆运行参数以及交通信号灯变灯参数；

判断目标车辆是否有进入“两难区”的趋势，

若有，则计算全息投影仪器投影的方位和投影时长，启动全息投影仪器向该目标车辆驾驶员输出警示图案的全息图像；

若没有，则不做处理。

进一步地，判断目标车辆是否有进入“两难区”趋势的方法具体包括：

获取目标车辆运行参数，包括：目标车辆的车速v、目标车辆距停车线的距离L、预设驾驶员反应时间t、目标车辆平均加速度a、交叉口宽度W、目标车辆平均车长I；

获取交通信号灯实变灯参数，包括：绿灯剩余时长Tg、黄灯时长Ty；

计算黄灯启亮时目标车辆距停车线的距离S，公式如下：S＝L-Tg×v；

计算目标车辆最小安全停车距离S₁，公式如下：

黄灯期间目标车辆可通行距离S₂，公式如下：S₂＝Ty×v；

若S＞0，则该目标车辆没有陷入“两难区”的趋势，在绿灯期间；

若S＞0，则该目标车辆没有陷入“两难区”的趋势，在安全停车期间；

若S＜S₁、S₂＜S+W+l，则该目标车辆有陷入“两难区”的趋势。

进一步地，全息投影仪器投影的方位和投影时长的计算方法包括：

获取目标车辆距停车线的距离L、投影高度h、目标车辆的车速v、车辆平均加速度a，预设的投影面距车前的距离L₀；

计算投影时长，计算公式如下：

计算投影结束时投影光与投影杆同一面的夹角θ₂，计算公式如下：

计算全息投影仪器需要转动的角度θ₃，计算公式如下：

θ₃＝θ₁-θ₂。

为达到上述发明目的，本发明基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向系统，包括：

输入单元，用于获取目标车辆运行参数以及交通信号灯实时参数；

中央处理器，用于根据所述的目标车辆运行参数以及交通信号灯实时参数，判断目标车辆是否有进入“两难区”的趋势，

若有，则计算全息投影仪器投影的方位和投影时长，输出相应的方位和投影时长数据至输出单元；

若没有，则输出不做处理指令；

输出单元，用于根据相应的方位和投影时长数据启动全息投影仪器向该目标车辆驾驶员输出警示图案的全息图像。

进一步地，所述输入单元包括：

毫米波测速测距雷达，用于获取目标车辆的车速v、目标车辆距停车线的距离L、预设驾驶员反应时间t、目标车辆平均加速度a、交叉口宽度W、目标车辆平均车长I；

变灯传感器，用于获取绿灯剩余时长Tg、黄灯时长Ty。

进一步地，所述中央处理单元包括：

第一计算模块，用于计算黄灯启亮时目标车辆距停车线的距离S，公式如下：S＝L-Tg×v；

第二计算模块，用于计算黄灯期间目标车辆可通行距离S₂，公式如下：S₂＝Ty×v；

“两难区”的趋势判断模块，用于判断目标车辆是否有进入“两难区”趋势，

进一步地，所述中央处理单元还包括：

投影方位、时长模块，用于计算全息投影仪器投影的方位和投影时长，其中，

投影时长计算公式如下：

投影结束时投影光与投影杆同一面的夹角θ₂，计算公式如下：

全息投影仪器需要转动的角度θ₃，计算公式如下：

θ₃＝θ₁-θ₂；

其中，L为标车辆距停车线的距离；

h为投影高度；

v为目标车辆的车速；

a为目标车辆平均加速度；

L₀为预设的投影面距车前的距离。

进一步地，所述输出单元为全息投影设备，所述全息投影设备设置在门式投影架上。

进一步地，交叉路口处的各车道上至少对应有一部所述全息投影设备。

进一步地，所述全息投影设备包括转向台以上设置在所述转向台上的全息投影仪器。

有益效果

本发明基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向方法及系统与现有技术具备如下有益效果：

结合全息投影技术的优势以及现有信号交叉口所存在的实际交通问题，本发明提出将全息投影技术应用到城市信号交叉口管控中，借助全息投影形象生动的警示图案对即将陷入“两难区”的目标车辆提前预警，从而对驾驶员起到安全导向的作用。

附图说明

图1是全息投影原理示意图；

图2是本发明基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向系统框架示意图；

图3是基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向系统运行流程；

图4是本发明基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向系统的投影设备设置在门式投影架上的示意图；

图5是本发明基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向系统的全息投影设备示意图；

图6是本发明基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向系统“两难区”示意图；

图7是本发明基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向方法“两难区”的判别流程图；

图8是本发明基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向系统的投影方位和时长示意图；

图9是本发明基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向方法的投影方位和时长计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

全息投影技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实三维图像的技术。该技术第一步是利用干涉原理记录物体光波信息(如图1所示)：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束，另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图。第二步是利用衍射原理再现物体光波信息：全息图在相干激光照射下，衍射光波一般可给出两个象一原始象和共轭象，再现被拍摄物体的真实图像。

再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。

全息投影技术具有立体感强，投影物体真实形象的优势，而现在的城市交叉口所普遍采用的红绿灯却存在信号灯配时方案不合理，安装位置较高或者被其他物体遮盖的不足之处，因此，在现在红绿灯的管制下，驾驶员经常会因为注意力不集中或视线被前面大货车遮挡等原因而导致驾驶员无意闯红灯，而在驾驶员无意闯红灯的原因中，陷入两难区是导致驾驶员无意闯红灯的主要原因之一。

“两难区”是指在黄灯期间，驾驶员既不能安全舒适地停在停车线前，又不能顺利通过交叉口的尴尬情况。驾驶员一旦陷入“两难区”的话，要么紧急刹车，增大目标车辆追尾的可能性，要么闯了红灯，增加交叉口事故的可能性。另外，通过之前的交叉口事故原因分析，目标车辆陷入“两难区”是驾驶员无意闯红灯的主要因素，因此本系统通过解决“两难区”的问题，从而实现交叉口安全性的提高。

近些年来，全息投影技术越来越成熟，并且逐步走进人们的日常生活中，在各种演唱会、服装展览会等舞台上，全息投影被频繁运用到舞台效果的营造工作上，并且凭借全息投影独有的生动真实的影像效果取得了很好的成效，也越来越受到观众们的喜爱与追捧，因此全息投影技术具有良好的发展前景以及开发潜力。另外，信号交叉口现有的红绿灯管理控制方法已不能很好地解决现有交通问题，也不能满足人们对安全交通的需求，因此，基于全息投影技术的信号交叉口安全导向系统如果能应用到交叉口的管控上，将会有效地改善现有交通状况，将在一定程度让减少安全交通事故，减少车与车、车与人的冲突与碰撞，提高信号交叉口的安全性，从而营造出“和谐交通”的安全氛围，促进“和谐交通”的进一步发展。

实施例1

本实施例基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向方法，包括：

获取目标车辆运行参数以及交通信号灯变灯参数；

判断目标车辆是否有进入“两难区”的趋势，

若没有，则不做处理。

本实施例主要有以下两个：①是否陷入“两难区”的判别方法；②对目标车辆的投影方位和时长的方法。另外，本实施例这两个方法都是基于车辆匀速行驶的前提条件下进行判断和计算。

第一、实现提前判断该车辆是否陷入“两难区”，如果经过该方法判断出该车辆即将陷入“两难区”，则需要计算对该车投影的方位和时长；如果经过该方法判断出该车辆不会陷入“两难区”，则不需要对该车进行投影警示。

第二、可以实现对需要投影警示的车辆(即目标车辆)，计算出对该目标车辆需要投影的方位和投影时长的功能。当计算出投影方位和投影时长的结果后，全息投影转向器则可以根据投影方位调整自身的角度，并在目标车辆前方2米的距离上，对驾驶员投影出一幅有警示图案的全息投影(投影与目标车辆位于同一车道上)，从而预先警告驾驶员注意控制好车速，减速停在停车线前。

本实施例中具体地，判断目标车辆是否有进入“两难区”趋势的算法具体包括：

计算目标车辆最小安全停车距离S₁，公式如下：

黄灯期间目标车辆可通行距离S₂，公式如下：S₂＝Ty×v；

本实施例中两个变量为：在绿灯剩余时长为Tg时，车辆当前车速v和车辆距停车线的距离L，这两个参数是由毫米波测速测距雷达动态收集得到。需要求解的参数是S₁、S₂，其中S₁是车辆最小安全停车距离，S₂是黄灯期间车辆可通行的距离。

假设条件：车辆一直匀速通过交叉路口，绿灯剩余时长Tg＝10s，黄灯时长Ty＝3s，驾驶员反应时间t＝0.7s，车辆平均加速度a＝3.4m/s²，交叉口宽度W＝35m，车辆平均车长I＝4.5m

计算公式：

S＝L-Tg×v

S₂＝Ty×v

陷入两难区：S＜S₁

S₂＜S+W+l

S——黄灯启亮时车辆距停车线的距离

S₁——车辆最小安全停车距离

S₂——黄灯期间车辆可通行距离

本实施例中具体地，全息投影仪器投影的方位和投影时长的算法包括：

计算投影时长，计算公式如下：

计算全息投影仪器需要转动的角度θ₃，计算公式如下：

θ₃＝θ₁-θ₂。

本实施例中，有三个变量为：目标车辆距停车线的距离L，投影杆高度h，目标车辆的车速。需要求解的参量是投影时长t，开始投影时投影光与投影杆同一面的夹角θ₁，投影结束时投影与投影杆同一面的夹角θ₂，转向器需要转动的角度θ₃

假设条件：目标车辆一直匀速通过交叉路口，车辆平均加速度a＝3.4m/s²，投影面距车前的距离L₀＝2m(固定值)。

本算法可以对即将陷入“两难区”的车辆进行投影警示，投影图像为带有警示效果的全息立体图案：“减速慢行”的交通标志图以及提醒字样(其中，选用黄色是因为黄色具有警示效果，可以有效提醒驾驶员，引起驾驶员的注意)。通过对目标车辆的警示投影，可以安全引导驾驶员减速慢行，安全停在停车线前面，避免陷入“两难区”，从而减少驾驶员无意闯红灯的次数。

实施例2

本实施例基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向系统，包括：

若没有，则输出不做处理指令；

具体地，所述输入单元包括：

变灯传感器，用于获取绿灯剩余时长Tg、黄灯时长Ty。

具体地，所述中央处理单元包括：

具体地，所述中央处理单元还包括：

投影时长计算公式如下：

全息投影仪器需要转动的角度θ₃，计算公式如下：

θ₃＝θ₁-θ₂；

其中，L为标车辆距停车线的距离；

h为投影高度；

v为目标车辆的车速；

a为目标车辆平均加速度；

L₀为预设的投影面距车前的距离。

本系统主要由输入单元、中央处理单元和输出单元三个部分组成。

输入单元：主要由毫米波测速测距雷达和变灯传感器组成。其中，毫米波雷达与其他雷达相比较，有体积小、质量轻、空间分辨率高、全天候(大雨天除外)全天时的优点。变灯传感器则是与交叉口的红绿灯控制系统相连接的装置，可以准确地获得信号交叉口的信号灯配时情况，如：黄灯时长、绿灯剩余时长等。毫米波雷达在绿灯的某一时刻(一般系统设置的绿灯剩余时长为10秒)检测车辆的当前车速v和车辆距停车线的距离L，然后把监测到的车辆参数传输到中央处理单元进行数据的处理。

中央处理单元：主要由逻辑部件、寄存器、控制部件组成，以实现数据的处理、分析、判断的功能。本单元将车辆参数代入交叉口“两难区”程序中，判断是否需要对该车辆进行投影警示，如果经过判断，该车辆有陷入“两难区”的趋势，则将该车辆锁定为目标车辆，随后，把目标车辆的参数继续代入投影方位和时长的程序中，计算得出需要对目标车辆投影的角度和时长，最后把投影角度和时长传输到输入单元。如果经过判断，该车辆没有陷入“两难区”的趋势，则返回到输入单元，重新监测另外一辆车。

输出单元：主要由全息投影设备组成，输出单元接到中央处理单元传输过来的投影角度和时长的信息后，马上启动全息投影设备，对目标车辆进行投影以警示驾驶员减速行驶，控制好车速。

本系统，由毫米波测速测距雷达、全息投影仪(连接转向器)、变灯传感器、门式架杆几大构件组成。门式架杆的横杆部分为仪器安装部分，上杆架设毫米波测速测距雷达，下侧架设全息投影仪，如图4所示。系统框架还需要根据交叉口一个方向的车道数量，来决定毫米波测速测距雷达和全息投影仪器的个数，以确保每个车道配置一个雷达测速仪器以及一个全息投影仪器，例如：图4所示的框架是为三车道而设计的。

另外，全息投影仪通过一个转向器(由转架与基座构成)与门式架杆连接固定，以实现全息投影仪器的角度转动，方便对动态的目标车辆进行投影警示，全息投影仪的转向器的示意图，如图5所示。

本发明首先通过毫米波雷达测速测距装置，采集车辆的相关参数(当前车速v和车辆距停车线的距离L)，然后对车辆参数进行数据的处理、分析、判断，如果经过系统判断该车辆有即将陷入“两难区”的趋势，则将锁定该车辆为目标车辆，并启动全息投影仪器，来对目标车辆投影有警示图案的全息图像，以警示目标车辆上的驾驶员减速行驶，从而实现主动引导驾驶员安全行驶，避免陷入“两难区”的功能。该系统将使驾驶员无意闯红灯的概率在一定程度上降低，提高了信号交叉口的安全性，并且还能辅助现有的红绿灯系统，实现对目标车辆的提前预警。

本发明将会使驾驶员无意闯红灯次数减少至少一半，将挽回接近40％的由于驾驶员闯红灯而引发交通事故所造成的的生命及财产安全。

以下选择了一个实际交叉路口，在非高峰与高峰时段，对该交叉口的车流量、车速、误闯红灯数量进行了交通调查。通过对实例交叉路口的数据整理与分析，将本发明理论上的模型运用到实际交叉口管理中。

1、实例信号交叉口基本状况

表1 实例信号交叉口基本情况调查表

2、实例信号交叉口的安全导向系统设计

(一)实例信号交叉口的交通调查：

针对该实例交叉口，我们首先需要对该交叉口做一个实地交通调查，从而才能了解到该交叉口大致的交通量、平均车速以及驾驶员无意闯红灯的数量。因此，我们小组对该实例交叉口进行了实地的交通调查，实地调研的交通调查报告请见附录1。

交通调查方法：

1.调查交通量

选择一个非高峰时段(中午11:30～12:30)和高峰时段(下午5:00～6:00)进行调查，各为1个小时的观察时间。本发明采用“人工计数法”，观测员站在各个进口道的停车线处，以15分钟为一个时间间隔，每隔15分钟记录下通过该停车线的小型车、中型车和大型车的数量，最后通过交通量的统一单元PCU(Passenger Car Unit)对各种车型进行相对应的换算，最后得出各进口道一个小时的交通量。

2.调查平均车速

本发明采用“人工测速法”，在拟测地点选择一小路段并测量其长度I(m)，然后实测通过该路段车辆所需时间t(s)，然后根据v＝(I/t)*3.6(km/h)的计算公式得出车辆平均车速。本次调查所取的长度为30米，车辆通过时间用秒表进行记录，取10个车辆的速度取平均值，更接近真实的平均速度，减小误差。

3.调查误闯红灯数量

一名组员专门站在停车线位置，观察车辆在黄灯期间的行驶状态。如果发现车辆在红灯启亮时未能及时停在停车线处，则计作误闯红灯。

本次交通调查的数据统计：

表2 非高峰时段与高峰时段的交通调查表格

调查时间段：11：30～12：30am(非高峰时段)

调查时间段：5：00～6：00pm(高峰时段)

注明：进口1和进口2是主干道上的两个进口，进口3和进口4是支路上的两个进口。

调查结论：

在交通量方面：在非高峰时段，进口1、进口2的总交通量是进口3、进口4的总交通量的7.57倍；在高峰时段，进口1、进口2的总交通量是进口3、进口4的交通量的5.75倍；高峰时段的进口1与进口2的交通量比非高峰时段的交通量分别增加了23.03％，35.30％；高峰时段的进口3与进口4的交通量比非高峰时段的交通量分别增加了75.31％，60.80％。另外，在驾驶员误闯红灯数量方面：进口3与进口4驾驶员误闯红灯数量均为0，而进口1与进口2的误闯红灯数量较多，高峰时段进口1与进口2的误闯红灯数量比非高峰时段分别增加了49.02％，85％。

从本发明对该实例交叉口的实地调研的数据分析中，我们可以得出以下结论：在主干道上驾驶员更容易无意闯红灯并且数量较多、误闯红灯的现象比较普遍，而在交通量小并且车速普遍偏低的支路上驾驶员基本上不会误闯红灯。另外，在高峰时段，车流量比较大的情况下，驾驶员更容易误闯红灯，而在非高峰时段，车流量相对较小的情况下，驾驶员误闯红灯的数量有所下降。

(二)实例信号交叉口安全导向系统方案设计

针对该实例交叉口的实际交通情况，我们只需要在该交叉口的主干道上安装我们的全息投影的安全导向系统所需仪器即可。

具体设计方案：在该实例信号交叉口的主干道的两条停车线正上方分别架设一个门式架杆，因为该实例交叉口有绿化带，所以门式架杆比较适合于此交叉口。又因为此实例交叉口是一个双向三车道的交叉口，因此我们需要在每个投影杆上安置3个全息投影仪(附带转向器)以及3个毫米波测速测距雷达，以实现每个车道配备1个全息投影仪和1个雷达测速仪的设计标准。

将物理前沿理论全息投影技术首次应用于交叉口交通管控中。

目前全息投影技术主要应用在舞台上，营造出令人震撼的演出效果，但在本发明中，此技术是首次应用于信号交叉口交通管控中，来达到安全引导驾驶员正确行驶，以免陷入“两难区”，从而达到提高交叉口安全性，营造“和谐交通”的安全氛围。

分析了驾驶员在交叉口陷入“两难区”状态的形成机理与过程，并提出了适用于本系统的两种算法。

本发明从解决交叉口“两难区”这一角度为研究出发点，详细地分析了驾驶员陷入“两难区”的原因与形成机理，提出了一种更加简单可行的“两难区”判别算法和投影方位与时长的算法，使此安全导向系统能起到对驾驶员的提前预警的作用并且解决了实际交通问题，为解决现代交通问题提供了一种新的思路和新的解决方法。

设计了利用全息投影技术的城市信号交叉口安全导向的具体方案。

本发明通过对实例交叉口实际交通情况的调查以及数据的分析，设计了一套适用与本实例交叉口的信号交叉口安全导向系统，使此系统能与实际紧密结合，证明了此方案的可行性。

在对交叉口“两难区”理论分析的基础上，提出了驾驶员陷入交叉口“两难区”的算法与投影方位与时长的算法，并结合全息投影技术，开发设计了一套信号交叉口安全导向系统。该系统能对即将陷入“两难区”的驾驶员进行预警，使驾驶员能及时减慢车速，避免陷入“两难区”，从而达到减小驾驶员无意闯红灯的可能性，提高信号交叉口的安全性。

重庆市某信号交叉口驾驶员无意闯红灯交通调查报告

表1 实例信号交叉口基本情况调查表

表2 非高峰时段与高峰时段的交通调查表格

调查时段：11:30～12:30(非高峰时段)

调查时段：17:00～18:00(高峰时段)

注明：进口1和进口2位于主干道上，进口3和进口4位于支路上。

“两难区”的判别算法的C语言编程

全息投影仪器投影的方位和投影时长算法的C语言编程

对本发明应当理解的是，以上所述的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细的说明，以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限定本发明，凡是在本发明的精神原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims

1.一种基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向方法，其特征在于，包括：

获取目标车辆运行参数以及交通信号灯变灯参数；

判断目标车辆是否有进入“两难区”的趋势，

若没有，则不做处理；

判断目标车辆是否有进入“两难区”趋势的方法具体包括：

获取目标车辆运行参数，包括：目标车辆的车速v、目标车辆距停车线的距离L、预设驾驶员反应时间t、目标车辆平均加速度a、交叉口宽度W、目标车辆平均车长l；

计算目标车辆最小安全停车距离S₁，公式如下：

黄灯期间目标车辆可通行距离S₂，公式如下：S₂＝Ty×v；

若S>0,则该目标车辆没有陷入“两难区”的趋势，在绿灯期间；

若S>0,则该目标车辆没有陷入“两难区”的趋势，在安全停车期间；

若S＜S₁、S₂＜S+W+l，则该目标车辆有陷入“两难区”的趋势；

全息投影仪器投影的方位和投影时长的计算方法包括：

计算投影时长，计算公式如下：

计算开始投影时投影光与全息投影仪器同一面的夹角θ₁，计算公式如下：

计算全息投影仪器需要转动的角度θ₃，计算公式如下：

θ₃＝θ₁-θ₂。

2.一种基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向系统，其特征在于，包括：

若没有，则输出不做处理指令；

输出单元，用于根据相应的方位和投影时长数据启动全息投影仪器向该目标车辆驾驶员输出警示图案的全息图像；

所述输入单元包括：

毫米波测速测距雷达，用于获取目标车辆的车速v、目标车辆距停车线的距离L、预设驾驶员反应时间t、目标车辆平均加速度a、交叉口宽度W、目标车辆平均车长l；

变灯传感器，用于获取绿灯剩余时长Tg、黄灯时长Ty；

所述中央处理单元包括：

第二计算模块，用于计算目标车辆最小安全停车距离S₁，公式如下：

所述中央处理单元还包括：

投影时长计算公式如下：

开始投影时投影光与全息投影仪器同一面的夹角θ₁，计算公式如下：

全息投影仪器需要转动的角度θ₃，计算公式如下：

θ₃＝θ₁-θ₂；

其中，L为标车辆距停车线的距离；

h为投影高度；

v为目标车辆的车速；

a为目标车辆平均加速度；

L₀为预设的投影面距车前的距离。

3.根据权利要求2所述的基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向系统，其特征在于，所述输出单元为全息投影设备，所述全息投影设备设置在门式投影架上。

4.根据权利要求3所述的基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向系统，其特征在于，交叉路口处的各车道上至少对应有一部所述全息投影设备。

5.根据权利要求4所述的基于全息投影技术的城市信号交叉口安全导向系统，其特征在于，所述全息投影设备包括转向台以上设置在所述转向台上的全息投影仪器。