CN105702066B - 一种色盲可移动无障碍通行信号灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种色盲可移动无障碍通行信号灯，包括设于十字路口的用于根据普通信号灯的变化而投射文字或数字或图像的远灯投影装置，在道路侧边设置的沿道路方向可移动的近灯投影装置，远灯投影装置、近灯投影装置均与普通信号灯的信号控制器分别单独连接。本发明的有益效果是：提高了色盲人士开车的可能性；减少了色弱人群因交通信号识别错误造成的交通事故，有力的保证了人民群众的生命财产及安全以及方便快捷的通过交叉路口，减少交通堵塞现象的发生；打破传统的最佳速度预测定值，根据计算出的速度区间上下限，界定最优速度区间，从而提高交叉口通行能力，有效减缓交叉口拥堵，降低行车延误时间；有望提高了色盲人士在社会中的地位。

Description

一种色盲可移动无障碍通行信号灯

技术领域

本发明涉及交通信号领域，具体涉及一种色盲可移动无障碍通行信号灯。

背景技术

随着城市道路交通发展，汽车保有量的攀升，城市交叉口越来越多，信号灯数量逐渐增加。交通信号灯在城市道路中起着非常重要的作用，然而传统的交通信号控制使用定时的红黄绿三色灯进行交通流的通行限制，只适用于普通大众，忽略了色盲、色弱。

众所周知，开车是现代人必备技能，生活中必不可少的。但是在中国还有七千万(这只是最保守估计)的人是不允许开车的，这群人就是色盲，并且我国交通法明确规定:红绿色盲患者不允许驾驶机动车，主要原因是红绿色盲患者不能或不容易分清应用普遍的红绿交通信号灯，只有色弱的人才可以勉强上路，但是因其对颜色的敏感强度低于正常人，也易于发生车祸，存在较大的交通安全隐患。再则由于正常驾驶员在交叉口处难以掌握信号灯周期，无法顺畅的通过交叉口，进而引起车辆排队，导致车辆比行驶过程中排放更多的尾气，污染大气。这些问题普通的信号灯无法解决。

近年来，最大绿波带法图解法是最常用的一种解决干线信号协调控制的方法。图解法的基本思想为通过几何作图的方式，利用干线系统的时距图，初步确定交叉口采用同步式还是交互式协调，再调整交叉口的绿信比和相位差，最后得到较为理想的双向绿波带带宽。而图解法虽然能形象具体地描述干线信号协调控制的基本原理，但道路状态是动态变化的，它并没有考虑道路现状，并且实现的理论性较差，控制起来较困难。

通过检索发现，目前在中国关于色盲交通领域的专利少之又少，比如色盲交通信号灯还是以前的“图形”信号灯、“字体”信号灯。例如中国发明《一种色盲信号灯》专利号【CN201788590U】中，设红灯为一组形成“红”字型的发光管，所述绿灯为一组形成“绿”字型的发光管，所述黄灯为一组形成“黄”字型的发光管，虽然色盲可以通过字体实现感知信号灯的变化，但是改变了人们的习惯，并且没有与中国的社会大背景相结合；中国发明《色盲信号灯》专利号【CN202422433U】中，国际通用直行信号灯组的红灯部分由红色圆灯作为背景，在红色圆灯上制有黑色直行箭头标志，所述的国际通用转弯信号灯组由红色矩形灯及其上的绿色转弯箭头标志两部分组成，绿色转弯箭头标志发光时表示通行，红色矩形灯发光时表示禁止通行，并没有考虑中国的现状，直接沿用国际通用信号灯，只能因为文化、社会的不同被人们排斥，无法解决现有交通问题。以及中国发明《色盲信号灯》专 利号【CN201796502U】中，灯箱内分别装有左行信号指示灯和直行信号指示灯，中间装有时间显示器，左行信号指示灯内分别设有星状左行红色信号灯、环状左行黄色信号灯、箭头左行绿色信号灯，直行信号指示灯内分别设有星状直行红色信号灯、环状直行黄色信号灯、箭头直行绿色信号灯，过多的信号灯功能图形造成了功能的紊乱，影响人们辨别信号灯的能力。还有李丹，张大宁等的《关爱色弱、色盲群体，解决机动车驾驶问题》在其中提出解决办法，例如改变信号灯颜色，改变信号等形状以及设计成可翻转的样式，还有王超等人的《城市交通信号灯人性化设计》提出用LED板表示箭头，圆形来代表红绿信号灯。对于交叉口干线信号协调控制优化问题，还处于起步阶段。在中国发明《带有推荐通行速度的交通提示牌及其控制方法》专利号【CN1928944A】中，有描述带有推荐通行速度的交通提示牌及通行方法，但方法并没有和道路现状结合，以及推荐通行的速度方法思路与之不同。另外，在中国发明《一种连续交叉路口车辆通行控制方法及装置》专利【CN104794915A】中，叙述一种交叉口车辆通行控制方法及装置，但也没有考虑道路现状，并且专利是提供一个移动端，和信号灯是无关的。

综上所述，现研究在一定程度上可以解决色盲、色弱开车上路的问题，但是这些专利里面都有一个最大的缺陷，那就是存在人们认知上的颠覆，颠覆了交通规则，改变了传统；另外一个若遇到突发状况，肯定因为紧张，忘记信号灯的图形代表的含义，发生危险。另外，上述专利中可能解决连续交叉口通行问题，但并没有和道路现状结合，并且没有运用到信号灯上，适用范围很小。

发明内容

本发明的色盲信号灯在不改变原型的基础上加以改进创新，远灯投影装置和近灯投影装置显示数字、文字或者图像，双重变换辅助色盲色弱进行辨别，使色觉正常的人既可以通过字体变换来识别交通信号灯，也可以通过摆正装置的颜色来识别交通信号灯。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种色盲可移动无障碍通行信号灯，包括设于十字路口的用于根据普通信号灯的变化而投射文字或数字或图像的远灯投影装置，在道路侧边设置的沿道路方向可移动的近灯投影装置，远灯投影装置、近灯投影装置均与普通信号灯的信号控制器分别单独连接。远灯投影装置用于提示离普通信号灯距离较远的驾驶员，近灯投影装置用于提示近处的驾驶员，二者协调配合，为普通驾驶员、色盲驾驶员过路口提供方便，及时根据信号的变化做出动作，而不是依靠前车的动作来动作。

进一步地，所述近灯投影装置与摆动装置连接，摆动装置带动远灯投影装置摆动，以更好地提醒驾驶员。

进一步地，所述远灯投影装置与为3D全息投影，有效保证二者的一致性，同时动作，同时，远灯投影装置与近灯投影装置均设于各自的灯箱内，最好是透明灯箱。

进一步地，所述近灯投影装置同样为全息投影，在道路侧边设有轨道，近灯投影装置的灯杆在动力源驱动下沿着轨道来回行驶。

进一步地，在远灯投影装置或近灯投影装置的一侧设有用于显示设定距离内最优通行速度的显示装置，显示装置与控制器连接，控制器与设于近灯投影装置灯杆的距离传感器连接用以测量该灯杆所在位置距离十字路口的距离L，该距离传感器可以是红外线测距离传感器，在近灯投影装置灯杆设置红外发射装置，在十字路口处设置接收信号，控制器与信号控制器的计时装置、近灯投影装置分别单独连接，此外，控制器也可控制灯杆的移动移动摆动装置的摆动。

进一步地，所述摆动装置为步进电机带动的摆杆，所述远灯投影装置固定在摆杆上，步进电机的旋转周期与普通信号灯变换周期相同，当普通信号灯为红色时，摆杆从竖直中心线向一侧摆动后返回竖直中心线，当普通信号灯变为绿色时，摆杆从数值中心线向另一侧摆动后返回，当普通信号灯为黄色时，摆杆保持不动。

进一步地，最优通行速度V₂根据公式(1)计算：

式中：L为当前十字路口与下一十字路口的距离，x₁为当前交叉口纵向长度，x₂为下一交叉口纵向长度，ρ为当前交叉口的通行能力削减系数，n为当前的信号灯周期个数(n＝1,2,3...)，T为周期(为当前信号灯相位改变时距下一信号灯绿灯的时间)，t为当前相位剩余时间，t₀为当前交叉口下一交叉口绿灯相位时长，t₁为当前交叉口的固定延误时间。

进一步地，远灯投影装置所成像的移动速度即远灯投影装置的移动速度V_像根据公式(2)计算：

式中：L_像为固定的成像移动距离，V_像为固定成像移动速度，T_像为高峰时段安全行驶时间。

进一步地，固定的成像移动距离L_像的根据公式(3)计算：

其中，H为远灯投影装置或近灯投影装置信号灯杆高，M为远灯投影装置或近灯投影装置的成像相对于H的高度；α为第二服务区内驾驶员的最佳仰角(平均值)，β为第二服务区内驾驶员的最大仰角(平均值)。

进一步地，待定行驶十字路口内的安全驾驶时间T_像根据公式(4)进行计算：

其中，L₁为当前汽车到进口停车线的待定行驶距离，V₁为待定行驶十字路口内的汽车中位速度；

控制器根据公式(4)计算出选定的时段内的安全驾驶时间T_像，与所剩信号灯时间作比较，若为绿灯时间，T_像〉T_绿(计算时间大于绿灯时间)，则汽车不能通过，此时控制器控制投影装置用字体的闪烁来表示，提示时间不够用，可以减速。若为红灯时间，T_像〉T_红，这时字体闪烁，则告诉司机红灯即将结束可以预备提速，两次字体闪烁的频率不同。

本发明的工作原理是：普通人看得到颜色发生变化会很快做出反应，刹车或者启动，但是由于色盲隔得远，有可能看不清字体变化，会做不出正确反应，但是驾驶员的后面的、前面的车已经做出反应，这个时候驾驶员才会意识到，信号灯变了，驾驶员要做出反应，减速或者加速，这种情况在雾天、雨天更容易发生，而本发明中的信号灯，打破色盲、色弱不能开车上路的传统，以图像原理代替色盲和色弱的视觉感知功能，满足他们开车上路的渴望；以可移动的图像消除排队司机(远离停车线)的反应时间，达到“零启动”的境界；运用公式计算出交叉口的最佳通行速度，通过道路环境实测数据与计算公式的结合，得到一组速度值，取最大与最小的值构成最有速度范围。只要汽车速度在这个范围之内，那么交叉口就可以在最短的时间内倾泻最多的排队车辆；通过可移动的静态二维图像，使后排司机提前感知交通信号，避免因为紧张、慌乱认错信号含义从而导致交通事故的产生。

本发明的有益效果是：

1)提高了色盲人士开车的可能性。

2)减少了色弱人群因交通信号识别错误造成的交通事故，有力的保证了人民群众的生 命财产及安全以及方便快捷的通过交叉路口，减少交通堵塞现象的发生。

3)打破传统的最佳速度预测定值，根据计算出的速度区间上下限，界定最优速度区间，从而提高交叉口通行能力，有效减缓交叉口拥堵，降低行车延误时间。

4)有望提高了色盲人士在社会中的地位。

附图说明

图1为本发明中的整体结构示意图；

图2为本发明中的控制器控制图；

图3为本发明中路段示意图；

图4为本发明中近灯投影装置的示意图。

其中，1.近灯投影装置，2.车辆，3.远灯投影装置，4.停车线，5.近灯投影装置灯杆，6.支撑杆，7.步进电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

具体实施方式如下：

(一)组装好信号控制器，根据线路连接图用电线连接的转换器，组装用的电线都是最好的电线，耐磨耐腐蚀。信号控制器的作用就是把普通信号灯的信号变换变成电信号，然后传送给远灯投影装置3、近灯投影装置1以及摆动装置，信号控制器在信号灯的体内，起着至关重要的，一切信号传输都是它在工作，是一个必不可少的桥梁。一旦信号控制器停止工作，势必引起信号不同步，引起混乱。

(二)把近灯投影装置和摆动装置连接在一起，让摆动装置带动投影装置，已达到投影在空中移动的效果，并且旋转装置已经预设好周期，采用机械转动方式，近灯投影装置灯杆5的底部设有滑轨，近灯投影装置在滑轨内滑动，可以由电机或其他推动装置推动滑动，在近灯投影装置灯杆5顶部通过支撑杆支撑步进电机7，步进电机7带动摆杆旋转，摆杆的底部或者中部固定设置近灯投影装置1，控制器在普通信号灯变化时，及时控制步进电机7旋转，同时，控制近灯投影装置投影代表红灯或绿灯或黄灯的文字或其他。

(三)组装好微型投影设备，将其放在灯箱内部，有两个投影装置，一为近灯，二为远灯。投影装置放置在灯箱内，起到保护的作用，增加设备的使用寿命，检修时也比较方便。但是在安放仪器时需要实地考察一下，找出接触灰尘机会最少的地方，来安放机器。 不要小看灰尘。

本发明的特征是以成像原理来代替色盲人群的视觉，只要是认识字或者数字或者图像，如红灯用1表示，绿灯用2表示，黄灯用3表示；上过学就可以轻松识别信号，并且由于没有改变人们从小养成的看信号灯习惯，所以不存在转变思维的概念，且中国人的定式思维很重，不是那么容易改变的。鉴于人的眼睛的特殊性，3D比2D更容易接受信息，但是考虑交叉口特性，只能以2D的像来实现3D的像，鉴于此，添加远近灯，近灯的像可以自由移动，服务后五十米处，远灯静止不动，成像在灯箱上部。再调整一定角度，利用人的视觉错觉营造一种立体影像。

将车流分为三个层次，以停车线4为基准零点，从0—50米为第一服务区；50—100为第二服务区；100—150为第三服务区，近灯初始投影在第一与第二服务区交界处，末期近灯投影服务于第二与第三区，远灯服务于第一区，近灯以一定的速度在第二区内移动。

在远灯投影装置3或近灯投影装置1的一侧设有用于显示设定距离内最优通行速度的显示装置，显示装置与控制器连接，控制器与设于近灯投影装置灯杆的距离传感器连接用以测量该灯杆所在位置距离十字路口的距离L，控制器与信号控制器的计时装置、近灯投影装置分别单独连接。

进一步地，所述摆动装置为步进电机带动的摆杆，所述远灯投影装置3固定在摆杆上，步进电机的旋转周期与普通信号灯变换周期相同，当普通信号灯为红色时，摆杆从竖直中心线向一侧摆动后返回竖直中心线，当普通信号灯变为绿色时，摆杆从数值中心线向另一侧摆动后返回，当普通信号灯为黄色时，摆杆保持不动。

最优通行速度V₂根据公式(1)计算：

式中：L为当前十字路口与下一十字路口的距离，x₁为当前交叉口纵向长度，x₂为下一交叉口纵向长度，ρ为当前交叉口的通行能力削减系数，n为当前的信号灯周期个数(n＝1,2,3...)，T为周期(为当前信号灯相位改变时距下一信号灯绿灯的时间)，t为当前相位剩余时间，t₀为当前交叉口下一交叉口绿灯相位时长，t₁为当前交叉口的固定延误时间。

远灯投影装置所成像的移动速度即远灯投影装置的移动速度V_像根据公式(2)计算：

式中：L_像为固定的成像移动距离，V_像为固定成像移动速度，T_像为高峰时段安全行驶时间。

固定的成像移动距离L_像的根据公式(3)计算：

其中，H为远灯投影装置或近灯投影装置信号灯杆高，M为远灯投影装置或近灯投影装置的成像相对于H的高度；α为第二服务区内车辆2中驾驶员的最佳仰角(平均值)，β为第二服务区内驾驶员的最大仰角(平均值)。

选定的时段内的安全驾驶时间T_像根据公式(4)进行计算：

其中，L₁为当前汽车到进口停车线的待定行驶距离，V₁为待定行驶十字路口内的汽车中位速度；

控制器根据公式(4)计算出选定的时段内的安全驾驶时间T_像，与所剩信号灯时间作比较，若为绿灯时间，T_像〉T_绿(计算时间大于绿灯时间)，则汽车不能通过，此时控制器控制投影装置用字体的闪烁来表示，提示时间不够用，可以减速。若为红灯时间，T_像〉T_红，这时字体闪烁，则告诉司机红灯即将结束可以预备提速，两次字体闪烁的频率不同。

以上所述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 (5)

1.一种色盲可移动无障碍通行信号灯，其特征在于，包括设于十字路口的用于根据普通信号灯的变化而投射文字或数字或图像的远灯投影装置，在道路侧边设置的沿道路方向可移动的近灯投影装置，远灯投影装置、近灯投影装置均与普通信号灯的信号控制器分别单独连接；

所述远灯投影装置为3D全息投影；

所述近灯投影装置同样为全息投影，在道路侧边设有轨道，近灯投影装置的灯杆在动力源驱动下沿着轨道来回行驶；

在远灯投影装置或近灯投影装置的一侧设有用于显示设定距离内最优通行速度的显示装置，显示装置与控制器连接，控制器与设于近灯投影装置灯杆的距离传感器连接用以测量该灯杆所在位置距离十字路口的距离L，控制器与信号控制器的计时装置、近灯投影装置分别单独连接；

最优通行速度V₂根据公式(1)计算：

式中：L为当前十字路口与下一十字路口的距离，x₁为当前交叉口纵向长度，x₂为下一交叉口纵向长度，ρ为当前交叉口的通行能力削减系数，n为当前的信号灯周期个数(n＝1,2,3...)，T为周期(为当前信号灯相位改变时距下一信号灯绿灯的时间)，t为当前相位剩余时间，t₀为当前交叉口下一交叉口绿灯相位时长，t₁为当前交叉口的固定延误时间。

2.如权利要求1所述的色盲可移动无障碍通行信号灯，其特征在于，所述近灯投影装置与摆动装置连接。

3.如权利要求2所述的色盲可移动无障碍通行信号灯，其特征在于，所述摆动装置为步进电机带动的摆杆，所述近灯投影装置固定在摆杆上，步进电机的旋转周期与普通信号灯变换周期相同，当普通信号灯为红色时，摆杆从竖直中心线向一侧 摆动后返回竖直中心线，当普通信号灯变为绿色时，摆杆从数值中心线向另一侧摆动后返回，当普通信号灯为黄色时，摆杆保持不动。

4.如权利要求2所述的色盲可移动无障碍通行信号灯，其特征在于，远灯投影装置所成像的移动速度即远灯投影装置的移动速度V_像根据公式(2)计算：

式中：L_像为固定的成像移动距离，V_像为固定成像移动速度，T_像为高峰时段安全行驶时间。

5.如权利要求1或3所述的色盲可移动无障碍通行信号灯，其特征在于，选定的时段内的安全驾驶时间T_像根据公式(4)进行计算：

其中，L₁为当前汽车到进口停车线的待定行驶距离，V₁为待定行驶十字路口内的汽车中位速度；

计算出选定的时段内的安全驾驶时间T_像，与所剩信号灯时间作比较，若为绿灯时间，T_像>T_绿(计算时间大于绿灯时间)，则汽车不能通过，超出的时间则用字体的闪烁来表示，提示时间不够用，可以减速；若为红灯时间，T_像>T_红，这时字体闪烁，则告诉司机红灯即将结束可以预备提速。