CN107103777A - 一种交互式道路交通信号机及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交互式道路信号灯及服务系统，发明专注采用移动通信技术实现车辆与信号灯基站间的全自动信息交换。经过授权的车辆接近路口信号机时自动入网，车辆向基站定时提供当前卫星定位给出的位置、速度和方向信息，换取在交互式信号灯路口获得优先通过权。实现中如果采用司机携带智能手机代替专用车载交互设备时，更具有车辆无需添加任何硬件设备，成本低和普及推广快的特点。车与信号机的交互过程是通过驾驶员携带的移动智能手机和信号灯基站间信息交互自动完成。
Description
技术领域
本发明专利公开了一种交互式道路信号灯及服务系统。可以广泛应用于道路交通信号灯控制改造，有效帮助改善和提高道路路口车辆通过率，缓解交通拥堵。
背景技术
人类发明汽车已经一百多年，红绿灯做为随汽车出现的衍生品诞生至今一直都是通过人工操作和程序电子控制二种方式管理使用的。随着城市不断发展，汽车数量逐年增加，全世界的大中城市都不同程度出现了交通拥堵现象，合理设置红绿灯放行时间，减少车辆路口等待时间，提高现有道路设施的车辆通行率，解决城市交通拥堵成为全世界城市管理者面临的一个挑战。
能够与车辆进行对话的交互式信号灯可以实现道路口各方向通行时间按需分配。目前在国内外城市路网中都尚未有广泛应用出现。目前市场上最先进的道路交通信号灯系统可以通过连接地感线圈和微波雷达探测方式收集各方向道路上的车流信息，作为参考数据帮助调整改善路口车辆放行时间。同本发明专利公开的技术相比较，存在有安装成本高，工程量大的缺点，不易于广泛普及使用的不足。
智能手机性能越来越强，普及率越来越高，几乎每个驾驶员在驾驶车辆过程中都会同时携带一部智能手机。近年来智能手机应用APP如雨后春笋般出现，涌现出一大批针对细分交通市场的专业化智能手机软件。百度导航，滴滴打车，摩拜自行车软件一出现，用户市场都成井喷状迅速发展壮大，很快形成数百万计用户市场规模，APP方便了百姓生活，推动了社会进步，受到社会青睐。目前市场上尚没有出现一款受到汽车驾驶者追捧和使用的智能手机APP产品。无疑能够减少驾车中遇到的红灯和堵车是车载应用的第一刚需。
采用驾驶员自带智能手机代替在汽车上安装可以实现与信号机交互的专用车载设备，在交互式道路信号机推广普及使用初期，无疑是一个可以低成本迅速推广的最佳选择。
发明内容
本发明公开一种全新交互式智能信号灯服务系统。采用移动通信技术实现车与信号灯基站间的信息自动交换。服务模式为车辆以向信号灯基站提供自己的车辆信息，包括速度和位置信息，换取车辆在该路口可以获得优先通过权。
所述系统由车载设备及专属软件，信号灯路口设备三部分组成。
所述车载设备可以是专用车载设备。要求必须支持安装运行主流智能操作系统包括Unix、Android、iOS和Windows 8；具有卫星定位功能；支持一种以上移动通信，包括无线手机4G通信网络，WIFI技术，蓝牙技术，专用点对点通信技术，且与基站采用技术保持一致；具有全球唯一的硬件MAC地址；车载设备也支持同时运行其他APP软件包括汽车导航，电子地图，实时路况，POl搜索服务。
智能手机自身具有多种通信手段，自带GPS定位系统和方向陀螺，完全满足上述车载设备的所有要求，可以由驾驶员携带作为一种便携式移动车载设备在系统中广泛使用。采用驾驶员携带智能手机作为车载设备更具有用户使用成本低、无需对车辆进行任何改动的显著特点，服务过程变成为驾驶员携带的手机与信号灯路口基站间的信息自动交互过程，为交互式信号机应用的快速普及推广创造了便利条件。
所述专属软件是指运行在车载设备上的软件APP。专属软件可以提供用户登录/注册功能，系统授权后车载设备跟随车辆移动中，App可以不断自动接入和切换由众多路口基站组成的城市智能交通网络，实时上传卫星定位坐标，速度；实时接收并显示前方路口红绿灯状态，限速和等待时间，可以满足自动驾驶汽车采集信号灯信息需要。如果是采用智能手机作为车载设备，信号灯交互模块更可以方便的嵌入传统导航、电子地图APP中，或2个以上APP同时使用。
所述的信号灯路口设备由传统信号灯控制器和路口无线通信交互基站（简称路口基站）组成。相互间可以通过一个通用标准接口如RS232串行接口，LAN网络接口直接互联，也可通过加装一个控制接口转换器互联。因此系统的一个显著特点是与目前的传统信号机系统完全兼容，只需要在现有信号机控制接口上添加一个无线交互基站，就可以将传统信号机升级为交互式信号机，使每个信号机的交互式改造成本远低于采用地感线圈和微波雷达技术方式的成本。
所述的路口无线基站，可以采用任何一种成熟的双向移动通信网络技术，可以是无线手机4G通信网络，WIFI技术，蓝牙技术，专用点对点通信网络。
基站一般可以覆盖以路口为中心，半径100～500米范围区域。当多个路口距离非常近时，根据具体情况可以采用合并为一个复杂路口基站方式，或采用降低基站功率方式区别出不同路口基站。
路口基站支持离线工作，降低了基站使用成本，特别适合在远郊和通信不发达地区的普及使用。
路口基站具有广域网接口可以与其他路口基站和服务中心联网工作，向控制中心发送各方向路口实时路况汇总信息；接收控制中心发布的信号灯联动控制信息。路口基站的广域网接口还可以同时用于连接互联网，向车上乘客提供移动互联网接入增值服务。
使用时当开通服务的车辆接近交叉路口的信号灯基站时，车载设备首先向基站发送用户名和密码，申请加入信号灯路口基站网络。
路口基站采用局域网技术建设，可以离线工作，基站为进入覆盖区的车载设备分配动态地址，回收驶出方向的动态地址，所有基站使相同唯一的网名和密码，相临基站分配明显不同的地址区段，不相临基站地址可以复用。
基站收到请求验证通过后，为新加入网络的车辆分配动态地址。如果系统是采用局域网技术实现，动态地址为IP地址，IP地址的发放和回收管理使用DHCP技术。验证可以通过请求中携带的用户名和唯一MAC地址区分不同用户，检查申请者是否属于已授权用户。
当车辆与基站联网成功后，车辆向路口基站定时发送车辆当前卫星定位的位置、速度和方向信息，卫星定位信息可以来自GPS系统、北斗系统或伽利略系统之一。
路口基站采用电子地图定位技术将通过车载设备发来的车辆位置坐标与路口相关道路link位置坐标进行比较，首先根据方向和坐标数据从中筛选出进入路口车辆，同时把根据坐标把车辆关联定位到与路口相关道路集中的一条进入方向道路link上。
路口基站实时汇总来自各方向车辆情况，包括每个方向上进入车辆的速度和数量，车辆等待绿灯的时间信息，根据交管部门预先制订的红绿灯信号算法要求，向信号灯控制器发出信号灯控制命令。所以路口基站具有根据各方向道路上车辆情况自动调整控制信号灯变化的能力。具备满足车辆“以提供信息换取优先通过”的服务宗旨。
路口基站在每次接收到车辆位置信息的同时，都会向车载设备反馈当前实时红绿灯状态，限速，红灯和绿灯等待时间信息。
附图说明
图1：道路交叉口示意图；
图2：道路交叉口电子地图；
图3：道路交叉口专用拓扑图；
图4：车辆与信号机交互流程图。
具体实施方式
系统建设中，需要预先逐一对每个路口进行路口数据处理。图1实际道路交叉口示意图，图中①是路口信号灯位置。对图1进行GPS道路实际测量后制作成图2的电子地图；或直接利用市场上的电子地图产品剪切处理成图2。电子地图制作规范规定每个方向道路可用细分为进入和退出两根实线③(link)代表，用②箭头代表道路通行方向。道路交叉点用黑色node点④表示。任意一个路口交叉点都可以作为路口基站安装点，图中用较大node点⑤表示路口基站点。⑥为道路线编号。
第二步以无线基站的实际安放位置为中心，将图2处理成图3的路口基站专用拓扑图。⑦代表基站网的覆盖范围，交互式信号灯数据处理中只关注基站安装点和进入基站方向的道路之间的坐标关系。
最后为每条进入道路设置电子围栏。生成路口道路电子围栏数据包。
使用流程见图4
流程（1）为双向通信，车辆进入路口基站网络覆盖区后自动向基站发服务请求，同意后接收到动态地址。
流程（2）车辆向路口基站定时发送车辆位置、速度和方向信息。
流程（3）路口基站处理数据，把车辆坐标匹配到在一条进入方向道路link上。并汇总来自各方向车辆情况，交由红绿灯信号算法程序处理。
流程（4.1）路口基站向车载设备反馈所在link的实时红绿灯状态，限速，红灯和绿灯等待时间信息。
流程（4.2）路口基站根据红绿灯信号算法结果，向信号灯控制器发出信号灯控制命令。
流程（4.3）联网时，路口基站可向网管中心⑩发送所有link方向的实时红绿灯状态，限速，红灯和绿灯等待时间信息。
流程（5）网管理中心⑩，发出联动控制命令给相关路口基站，可以用于多个连续路口信号机联动，开辟高峰期快速绿色通道。
流程（6）路口基站接受网管中心⑩命令后，发出信号灯控制命令。
流程（7）当检测到车辆正在逐渐驶离网络时，基站回收所分配出去的动态地址，结束本区段交互服务。
Claims (10)
1.一种交互式道路信号灯及服务系统，其特征在于，所述系统包括车载设备及专属软件，信号灯路口设备组成，所述车载设备可以是司机携带的移动智能手机或专用车载设备，所述专属软件是运行在车载设备上的软件APP，所述的信号灯路口设备由传统信号灯控制器和路口无线通信交互基站（简称路口基站）组成。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，通过车载设备运行专属APP软件，在车辆接近交叉路口行驶中，车载设备向信号灯路口基站自动发送车辆位置和速度信息，换取车辆在该路口可以获得优先通过权。
3.根据权利要求1所述的路口基站，其特征在于，基站采用一种双向移动通信网络技术，可以采用无线手机4G通信网络，WIFI技术，蓝牙技术，专用点对点通信技术；基站输出功率可调，根据需要可以覆盖以路口为中心，半径100～500米范围区域。
4.根据权利要求1所述的路口基站，其特征在于，路口基站采用局域网技术建设，可以离线工作，基站为进入覆盖区的车载设备分配动态地址，回收驶出方向的动态地址，所有基站使相同唯一的网名和密码，相临基站分配明显不同的地址区段，不相临基站地址可以复用。
5.根据权利要求1所述的路口基站，其特征在于，路口基站具有广域网接口可以与其他路口基站和服务中心联网工作，广域网接口也可以同时连接互联网为车上乘客提供移动互联网接入增值服务也属于本发明专利范畴。
6.根据权利要求1所述的路口基站，其特征在于，路口基站可以与驶入路口车辆上的车载设备自动进行信息交换，接收车载设备发送的入网请求信息包括网络名称，网络密码，用户名，用户MAC地址，接受车载设备的请求后并为其分配动态地址，联网成功后定时接收车辆实时卫星定位坐标，速度，行驶方向信息；向智能设备发送当前实时红绿灯状态，限速，等待时间；向红绿灯控制器发送控制指令；向控制中心发送各方向路口实时路况汇总信息；接收控制中心发布的信号灯联动控制信息。
7.根据权利要求1所述的路口基站，其特征在于，路口基站具有数据处理能力，可以通过接收车载设备MAC地址记录用户使用情况，完成用户授权，计费和交通数据分析； 路口基站数据处理能力特征还在于，路口基站采用电子地图定位技术将通过车载设备发来的车辆位置坐标与路口相关道路link位置坐标进行比较，把全部进入基站车辆位置坐标关联定位到路口相关道路集中的一条进入方向道路link上。
8.根据权利要求1所述的路口基站，其特征在于，路口基站具有根据各相关道路车辆驶入情况自动控制信号灯变化能力，基站能够汇总各进入方向link上的车辆数量，速度，等待时间，根据信号灯控制算法要求，向红绿灯控制器发出控制命令。
9.根据权利要求1所述车载设备可以使用智能手机或专用车载设备，其特征在于，硬件支持安装运行主流智能操作系统包括Unix、Android、iOS和Windows 8；具有卫星定位模块；具有和支持一种以上要求3中提到的移动通信接口；具有全球唯一的MAC地址；车载设备也支持同时运行其他APP软件包括汽车导航，电子地图，实时路况，POl搜索服务。
10.根据权利要求1所述专属软件，其特征在于，专属软件可以提供用户登录/注册功能，系统授权后车载设备跟随车辆移动中，App可以不断自动接入和切换由众多路口基站组成的城市智能交通网络，实时上传卫星定位坐标，速度；实时接收并显示前方路口红绿灯状态，限速和等待时间，可以满足自动驾驶汽车采集信号灯信息需要。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170829 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |