CN105788331B

CN105788331B - 交通路口控制相位时间协同方法

Info

Publication number: CN105788331B
Application number: CN201610312357.2A
Authority: CN
Inventors: 吕植勇; 刘友焱; 许晓彤; 李燕霞; 张琼芳; 帅然; 鲁盈利; 罗鹏举; 刘昌伟; 王乐; 陈振康; 龙婷婷
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2036-05-12
Also published as: CN105788331A

Abstract

本发明提供一种交通路口控制相位时间协同方法，当车辆行驶至某条车道的信号发送点，车辆中的OBU发送车辆位置信息给RSU，RSU经过t1接收到该车辆位置信息；RSU根据收到的车辆位置，与预设的车道位置进行比较、判断，确认车辆所处的车道，从交通信号控制器提取该车辆所在车道的相位信息；RSU预先计算出RSU发出信号到该车辆接收信号所经历的时间t2，根据提取的该车辆所在车道的相位信息，计算出该车辆接收到信号时的相位信息，发送给该车辆。通过本发明方法，能够提前获知前方路口信号灯的当前相位信息，解决了大雾、暴雨、车辆、树木遮挡的等环境下造成信号灯不易识别问题。

Description

交通路口控制相位时间协同方法

技术领域

本发明涉及车辆和交通信号灯控制之间的无线通讯，具体涉及一种交通路口控制相位时间协同方法。

背景技术

目前，国内外在智能车路协同研究方面尚处于起步阶段，在国内未见成熟的成果，且大部分都只是针对于车辆较少、或车道数量少的交通环境，并不具有普适性。比较具有通用性的方法主要以Kurt Dresner和Peter Stone提出的基于路口资源预留技术的Multiagent交通中央控制系统、Ghaffarian H.设计的无交通灯的交叉口中央协调控制系统以及王云鹏提出的车车自组织协调的控制模型。

但这些方法也不可避免的存在一些问题：Kurt Dresner和Peter Stone提出的基于路口资源预留技术的Multiagent交通中央控制系统中车辆在交叉口中的运行轨迹在进入交叉口前就已经定好，这和车辆实际运行轨迹之间存在不可避免的运行误差；Ghaffarian H.设计的无交通灯的交叉口中央协调控制系统虽然可以适应任何流量的交通情况，但并不适用于多车道的情况，而且在规划问题的求解上上该方法依然采用排队长度作为车辆通行优先级的判定依据，并不能完全体现车路协同技术的优势；王云鹏提出的车车自组织协调的控制模式通过车车信息交互的方式，实现了不同优先级车辆的相互合作和冲突消解。但该方法在协调过程中，缺乏对交叉口处交通状况的整体考虑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种交通路口控制相位时间协同方法，能够在信号灯肉眼不易识别的情况下，提前知道交通灯信号状况。

本发明为解决上述技术问所采取的技术方案为：一种交通路口控制相位时间协同方法，其特征在于：它利用了ETC系统，路侧设有RSU，车辆装有OBU，DSRC的通讯区域覆盖交叉路口一定范围内的所有车道，每条车道上设有信号发送点A，坐标为A(xA,yA,zA)，设RSU所在位置坐标为E(xE,yE,zE)，RSU在地面的投影位置坐标为D(xD,yD,zD)，RSU距离地面的高度为h；本方法包括以下步骤：

S1、当车辆行驶至某条车道的信号发送点，车辆中的OBU发送车辆位置信息给RSU，RSU经过t1接收到该车辆位置信息；t1＝AE/C，AE为信号发送点与RSU的距离，C为无线电波传播速度；

S2、RSU根据收到的车辆位置，与预设的车道位置进行比较、判断，确认车辆所处的车道，从交通信号控制器提取该车辆所在车道的相位信息；

S3、RSU预先计算出RSU发出信号到该车辆接收信号所经历的时间t2，根据提取的该车辆所在车道的相位信息，计算出该车辆接收到信号时的相位信息，发送给该车辆；

所述的t2通过以下公式确定：

其中

式中：v为该车辆在信号发送点的速度，∠1为AE与地面的夹角，d3为AE在地面的投影。

按上述方法，S1中车辆中的OBU发送给RSU的车辆位置信息带有第一特征码，S3中RSU发送给该车辆的相位信息带有与第一特征码对应的第二特征码。

按上述方法，S2预设的车道位置通过以下方法获得：在每个车道预设若干个定位参照点，每个定位参照点通过定位系统进行定位，这些定位参照点围成的区域即为该车道区域，将车辆位置与每个车道的车道区域比较，落入哪个车道区域即处于那个车道。

本发明的有益效果为：通过本发明方法，驾驶员能够提前获知前方路口信号灯的当前相位信息，解决了大雾、暴雨、车辆、树木遮挡的等环境下造成信号灯不易识别问题，在未来还可以解决色盲、色弱等情况下的交通灯信号识别问题。

附图说明

图1为本发明一实施例的流程图。

图2为车道定位图。

图3为相位信息传递延迟分析示意图。

图4为对t2的计算示意图。

图5是交通路口分布图。

图6是通信协议的包头。

图7是交叉口地理信息部分的数据报文。

图8是交通相位信息。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

RSU为ETC系统中的路侧设备，OBU为车载设备，DSRC为专用短程通信技术，OBU采用DSRC技术建立与RSU之间微波通讯链路。

本发明提供一种交通路口控制相位时间协同方法，如图1所示，它利用了ETC系统，路侧设有RSU，车辆装有OBU，DSRC的通讯区域覆盖交叉路口一定范围内的所有车道，每条车道上设有信号发送点A，坐标为A(xA,yA,zA)，设RSU所在位置坐标为E(xE,yE,zE)，RSU在地面的投影位置坐标为D(xD,yD,zD)，RSU距离地面的高度为h；本方法包括以下步骤：

如图4所示，所述的t2通过以下公式确定：

其中

优选的，S1中车辆中的OBU发送给RSU的车辆位置信息带有第一特征码，S3中RSU发送给该车辆的相位信息带有与第一特征码对应的第二特征码。每辆车的特征码不同，每辆车辆的车载设备OBU不能互相解读其它车辆的相位信息，从而保证每辆车只能接收并解读自身所需的相位信息。

优选的，S2预设的车道位置通过以下方法获得：在每个车道预设若干个定位参照点，每个定位参照点通过定位系统进行定位，这些定位参照点围成的区域即为该车道区域，将车辆位置与每个车道的车道区域比较，落入哪个车道区域即处于那个车道。具体的如图2所示，设L1、L2、L3、L4分别表示四条线段，这四条线段所围成的区域为一条车道，箭头所示方向为车辆行驶方向。设M点为坐标系中一点，若M(x,y)点在此车道中，则应该满足下面的方程组,否则可以判断车辆不在此车道内。

车辆的行进方向可以通过前后两点的定位坐标计算得出,如果由L2到L1方向驾驶为向路口的方向，方向角为L3或L4的斜率φ。车载设备在两个不同的时刻t_m及t_n测得车辆在此车道内的经纬度，其坐标分别为M(x_m,y_m),N(x_n,y_n)。则车辆的行进方向的方向角

两点之间的距离：

|MN|＝[(x_m-x_n)²+(y_m-y_n)²]^1/2 (3)，

可以计算出车辆的行驶速度v为：

在图3所示实施例中，当车辆行驶进入了DSRC的通讯区域之后，OBU与RSU之间建立通讯，当车辆位于通讯区域内行进时，若车载定位系统定位本车所在位置为A点，此时为tA时刻。通过DSRC短程通信原理，车载设备发送tA时刻的车辆位置信息给路侧设备，经t1时间后路侧设备接收到位置信息，在t1时间里车辆前进距离为d1；紧接着路侧设备判断车辆所处车道，该过程历时tB，车辆前进距离dB；然后路侧设备根据车辆所处车道提取车辆所需的相位信息，该过程历时tF，车辆前进距离为dF；最后路侧设备发送对应于该车的相位信息，历时t2时间，车辆前进距离d2，车辆到达K点，并接收到由路侧设备发来的本车在K点所需的相位信息(路侧设备在E点，距地面高度为h)。因此，车辆在DRSC通讯区域内的任意位置的定位时刻至接收到自身所需相位信息的时刻之间存在延迟时间为t1+tB+tF+t2。

路侧设备判断车辆所处车道及提取车辆所需相位信息所花时间tB、tF很短，车辆行驶距离dB、dF很小，从而将上述tB、tF、dB、dF忽略不计，因此可以简化如图4所示，当车辆进入DSRC通信区域后，车载定位动态实时设备定位车辆于A点，路侧设备在E点。

无线电波传播速度为C，可得车辆在A点的速度v(速度可以通过车辆自身获得，也可以采用公式4计算得到)，定位可得坐标A(xA,yA,zA)、E(xE,yE,zE)、D(xD,yD,zD)，通过以t2为未知量解三角形。

可建立方程：

上述方程里仅含未知量t2，从而可通过方程解得t2。

当车辆到达DSRC通信区域内车道中的信号发送点A时，此刻车辆发送带有特征码1的A点位置信息给路侧设备，经t1时间后路侧设备接收到位置信息；路侧设备接收到A点位置信息后，经车道判断，对本车于K点的相位信息进行提取(tB、tF忽略不计)，并给该相位信息标定特征码2，(特征码1与特征码2间存在一一对应关系)，再发送相位信息；从车辆定位经t1+t2时间后车辆到达K点，并接收到tA+t1+t2时刻的本车相位信息。别的车辆由于位置的特征码与本车的特征码不一一对应，别的车辆的车载设备并不能解读本车在K点的相位信息，从而保证每辆车只能接收并解读自身所需的相位信息。

本文根据普通路口的车道分布，建立交叉口信号控制协议，具体包括以下几个步骤：

1：将交叉口信息和相位信息总数据包分为三个部分，第一部分为头文件部分，第二个部分为交叉口信息部分，第三个部分为信号控制方案参数信息部分，并分别定义交叉口信息和信号方案信息的数据类型。据研究表明：信号交叉口在周期时长大于120s以后，通行能力变化不大。而一般情况下，信号交叉口出现超过240s大周期情形更是少之又少。故在定义周期的数据类型时，采用1个字节，即0～255即可以满足。本文定义的数据类型如下表1所示：

表1 数据类型定义表

上表中所有信号灯参数信息均为当前周期参数信息，可以通过RSU和信号机之间进行数据交换获取。

2：在头文件部分，定义交叉口相位开始的时刻和交叉口的分支数；

3：在交叉口信息部分，对交叉口的地理信息进行描述。先在交叉口每个车道预设几个定位参照点，这些参照点可以事先通过差分北斗定位系统进行定位。具体的描述规则为：以交叉口任何一进口道开始，从靠近道路中心线的车道边缘线开始描述(逆时针、顺时针均可)，先描述行进方向靠近中心线的车道左前方经度、纬度，然后是车道左后方的经度、纬度，再描述下一个进口道靠近中心线的车道左前方经度、纬度，车道左后方的经度、纬度，以此类推，当所有进口道中靠近道路中心线的第一个车道描述完之后，再描述最开始描述的进口道靠近道路中心线的第二个车道，直至将交叉口所有进口道车道描述完为止。

4：对信号控制方案参数信息进行描述。按照Step3中描述车道地理信息的顺序描述对应车道相位信息。由于交叉口每个车道必定处于某个相位当中，所以对单个车道的相位信息进行描述可以用下面表达式表示

t_gst_get_yet_ce (6)，

这里，t_gs为相位绿灯时间，t_ge为绿灯相对结束时刻，t_ye为黄灯结束时刻，t_ce为周期相对结束时刻。当然，也可以表达为：相位周期t、绿灯时间tg、黄灯时间ty和红灯时间tr。

需要说明的是，由于交叉口不同分支车道数可能不同，因此车道不存在时，相位信息记为0。在大多数交叉口中，右转车道是不受红绿灯信号控制的，所以如果该车道是不受信号控制的右转车道，则其相位信息记为0，即000000，共6个字节。

为进一步阐述本文信号控制方案编码规则，下面以常见十字路口为例进行说明。

如图5所示，为一常见十字交叉口，其中南北向为双向6车道，东西向为双向6车道，从西进口道开始，按照顺时针的顺序，根据前面所述信息规则编制顺序对整个路口进行描述，则十字路口的数据包头文件部分如图6所示。

这里，hh代表时钟；mm代表分钟；ss代表秒钟；C为该相位绿灯时长；n为交叉口的支数，这里n＝4。交叉口地理信息部分的数据描述如图7所示。

这里，A1，B1，…，H4均为交叉口定位参照点，M为交叉口各支数中车道数的最大值。若将南北方向改为双向四车道，则G2＝H2＝G4＝H4＝0；

相位信息部分的数据描述如图7所示。图7中各符号意义同前。前面提到若右转车道不受红绿灯控制，则对应车道的相位信息全部记为0。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种交通路口控制相位时间协同方法，其特征在于：它利用了ETC系统，路侧设有RSU，车辆装有OBU，DSRC的通讯区域覆盖交叉路口一定范围内的所有车道，每条车道上设有信号发送点A，坐标为A(xA,yA,zA)，设RSU所在位置坐标为E(xE,yE,zE)，RSU在地面的投影位置坐标为D(xD,yD,zD)，RSU距离地面的高度为h；本方法包括以下步骤：

所述的t2通过以下公式确定：

<mrow> <mo>{</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>v</mi> <mn>2</mn> </msup> <msup> <mi>h</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msup> <mi>AE</mi> <mn>2</mn> </msup> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mo>&lsqb;</mo> <mo>&angle;</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>arctan</mi> <mfrac> <mrow> <mi>d</mi> <mn>3</mn> <mo>-</mo> <mi>v</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>t</mi> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>h</mi> </mfrac> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <msup> <mi>v</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>}</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>t</mi> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>=</mo> <mi>d</mi> <msup> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mi>d</mi> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mi>v</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>t</mi> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msup> <mi>h</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow>

其中

2.根据权利要求1所述的交通路口控制相位时间协同方法，其特征在于：S1中车辆中的OBU发送给RSU的车辆位置信息带有第一特征码，S3中RSU发送给该车辆的相位信息带有与第一特征码对应的第二特征码。

3.根据权利要求1所述的交通路口控制相位时间协同方法，其特征在于：S2预设的车道位置通过以下方法获得：在每个车道预设若干个定位参照点，每个定位参照点通过定位系统进行定位，这些定位参照点围成的区域即为该车道区域，将车辆位置与每个车道的车道区域比较，落入哪个车道区域即处于那个车道。