CN107358810B - 一种车辆接收红绿灯信息的匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于交通信号控制领域，公开了一种车辆接收红绿灯信息的匹配方法，红绿灯利用无线通信模块，周期性广播红绿灯信息；车辆通过车载终端上的GPS模块或北斗模块实现本车经纬度信息的获取；车辆通过车载终端上的无线通信模块接收红绿灯广播发送的各组红绿灯信息；车辆收到红绿灯信息后，结合本车的经纬度位置，通过红绿灯匹配方法，计算出本车行驶方向的红绿灯信息组；车辆取出该红绿灯信息组中的红/绿灯读数，开始语音播报或屏幕显示；并在车辆离开路口后，停止语音播报或屏幕显示。本发明实时性高，用户体验好；自动组网，用户使用方便；车载终端不需要安装地图系统，计算量小。

Description

一种车辆接收红绿灯信息的匹配方法
技术领域
本发明属于交通信号控制领域，尤其涉及一种车辆接收红绿灯信息的匹配方法。
背景技术
在红绿灯控制的道路环境，当车辆被前方大型车辆遮挡、或出现浓雾等低能见度气象条件时，驾驶员由于视线受阻，很容易引发闯红灯或追尾等交通事故。为解决该问题，目前的技术路线主要是基于互联网实现红绿灯状态获取：车载终端在线监测车辆的地理位置信息，在监测到车辆即将驶入路口时，通过互联网向服务器请求前方路口的红绿灯状态信息并显示。然而，在红绿灯状态信息获取的实时性方面，该方法不能保证车载终端上显示的红绿灯时间与路口红绿灯时间保持一致，时延的大小严重依赖于互联网的时延大小和服务器的响应速度，当时延较大时，会给用户带来不好的用户体验，严重情况下甚至引发交通事故；在服务器性能方面，这种集中式控制方式的系统性能瓶颈在服务器端，当车辆数量较大时，对服务器的压力会非常巨大，从来带来较大延时，因此，该方法对服务器端的性能要求较高；另外，该方法需要基于地图系统，以实现车辆行驶方向和前方路口的判定，该方法对车载终端的性能要求较高，从而使得车载终端的成本较高。
综上所述，现有技术存在的问题是：基于互联网实现红绿灯状态获取不能保证车载终端上显示的红绿灯时间与路口红绿灯时间保持一致，当车辆数量较大时，对服务器的压力会非常巨大，从来带来较大延时；需要基于地图系统，对车载终端的性能要求较高，从而使得车载终端的成本较高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种车辆接收红绿灯信息的匹配方法。和基于互联网的方法不同，该方法采用车路协同技术，红绿灯作为路侧设备，通过无线通信技术，与到达路口车辆上的车载终端通信，构成无线自组织网，以实现红绿灯信息的发送和接收。由于路口有多个红绿灯，本发明需要车辆从收到的多组红绿灯信息中提取出本车行驶方向的红绿灯信息，从而实现语音播报或屏幕显示。
本发明是这样实现的，一种车辆接收红绿灯信息的匹配方法，具体包括以下步骤：
步骤一、多组红绿灯利用无线通信模块，周期性广播红绿灯信息；
步骤二、到达路口车辆通过车载终端上的GPS模块或北斗模块进行本车经纬度信息的获取；车辆通过车载终端上的无线通信模块接收多组红绿灯广播发送的各组红绿灯信息；
步骤三、到达路口车辆收到红绿灯信息后，结合本车的经纬度位置，通过红绿灯匹配方法，计算出本车行驶方向的红绿灯信息；
步骤四、到达路口车辆取出计算后的红绿灯信息中的红/绿灯读数，开始语音播报或屏幕显示；并在车辆离开路口后，停止语音播报或屏幕显示。
进一步，所述无线通信模块可以采用蓝牙/ZigBee/WiFi等各种无线通信技术，各组红绿灯单独发送本组红绿灯信息，或由任意一组红绿灯统一发送所有各组红绿灯信息。步骤二中，到达路口车辆通过车载终端上的GPS模块或北斗模块进行本车经纬度信息的获取方法为：读取GPS或北斗模块输出NMEA格式的RMC报文，并从中提取出经度和纬度。
进一步，所述红绿灯匹配方法包括以下步骤：
第一步、红绿灯经纬度位置计算，红绿灯不需要安装GPS模块或北斗模块，其经纬度位置事先根据道路环境设定好并固定；不直接采用红绿灯的实际经纬度位置，而是根据红绿灯在道路的位置进行设置：每个红绿灯经纬度位置位于红绿灯安装位置所在路口的停车线中间点位置，即车辆行驶方向通过路口后的停车线中间点位置；
第二步、辅助点经纬度位置计算，对于每个红绿灯，有一个对应的辅助点，其位置的计算方法为：辅助点位于车辆行驶方向的红绿灯经纬度位置正前方，辅助点经纬度位置与红绿灯经纬度位置的距离为20米－30米；
第三步、车辆经纬度位置计算，利用车辆上的GPS模块或北斗模块实时获取车辆经纬度位置；计算方法为：读取GPS或北斗模块输出NMEA格式的RMC报文，并从中提取出经度和纬度；
第四步、构建4个方向红绿灯位置示意图；由4个方向红绿灯位置示意图获得：S，红绿灯经纬度位置；P，辅助点经纬度位置；C，车辆经纬度位置；SP的长度，LSP；CS的长度，LCS；CP的长度，LCP；设：∠α＝∠PSC，k＝LCP-LCS；
第五步、取出每组红绿灯信息中的红绿灯经纬度位置和辅助点经纬度位置，再加上车辆经纬度位置，组成三角形PSC；对于各个方向的红绿灯，组成的三角形具有不同特性；
第六步、根据收到的红绿灯信息和车辆经纬度信息，实时计算LSP，LCS，LCP，α，k参数，并根据第五步所述特性，得到前红绿灯信息组；
第七步、当车辆离开路口后，停止语音播报或屏幕显示。
进一步，在第五步中，
左红绿灯信息，右红绿灯信息：0＜k＜LSP；随着车辆往前运动，k逐渐增大，α角度逐渐增大；
前红绿灯信息：0＜k≈LSP；随着车辆往前运动，k基本保持稳定，α角度逐渐减小；
后红绿灯信息：-LSP≈k＜0；随着车辆往前运动，k基本保持稳定，α角度逐渐增大。
进一步，在第六步中，
具体为：若k值为负，则该组红绿灯信息为后红绿灯信息组；
若k值为正，则结合k的变化规律和α角度的变化规律，区分左红绿灯信息、右红绿灯信息和前红绿灯信息，得到所匹配的红绿灯信息组：前红绿灯信息组，从而实现红/绿灯读数的语音播报或屏幕显示。
进一步，在第七步中，车辆离开路口的判断方法为：随着车辆往前运动，前红绿灯信息组中的LCS由逐渐减小变成逐渐增大。
本发明另一目的在于提供一种车辆接收红绿灯信息的匹配系统。
本发明的优点及积极效果为：
(1)实时性高，用户体验好。车载终端与红绿灯的直接通信模式保证了红绿灯信息接收和显示的实时性和一致性。采用本发明方法，能够保证车载终端的显示时间与红绿灯的显示时间相差在0.2秒以内。
(2)自动组网，用户使用方便。车载终端和红绿灯自动组建无线自组织网，不需要互联网的支持，因此，不需要用户进行网络配置，也不需要考虑上网流量问题。
(3)不需要安装地图系统，计算量小。和基于互联网的方法不同，本方法不需要地图系统的支持，算法简单，计算量小，因此硬件成本低。同时，不存在地图系统升级问题，灵活性好。
附图说明
图1是本发明实施例提供的有4个红绿灯的道路环境示意图；
图2是本发明实施例提供的有3个红绿灯的道路环境第一种情况示意图；
图3是本发明实施例提供的有3个红绿灯的道路环境第二种情况示意图；
图4是本发明实施例提供的有3个红绿灯的道路环境第三种情况示意图；
图5是本发明实施例提供的有2个红绿灯的道路环境示意图；
图6是本发明实施例提供的有1个红绿灯的道路环境示意图；
图7是本发明实施例提供的左红绿灯位置示意图；
图8是本发明实施例提供的右红绿灯位置示意图；
图9是本发明实施例提供的前红绿灯位置示意图；
图10是本发明实施例提供的后红绿灯位置示意图；
图11是本发明实施例提供的车辆接收红绿灯信息的匹配方法流程图；
图12是本发明实施例提供的红绿灯匹配方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有技术存在的问题是：基于互联网实现红绿灯状态获取不能保证车载终端上显示的红绿灯时间与路口红绿灯时间保持一致，当车辆数量较大时，对服务器的压力会非常巨大，从来带来较大延时；需要基于地图系统，对车载终端的性能要求较高，从而使得车载终端的成本较高。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
本发明实施例提供的一种车辆接收红绿灯信息的匹配方法。和基于互联网的方法不同，该方法采用车路协同技术，红绿灯作为路侧设备，通过无线通信技术，与到达路口车辆上的车载终端通信，构成无线自组织网，以实现红绿灯信息的发送和接收。由于路口有多个红绿灯，本发明需要车辆从收到的多组红绿灯信息中提取出本车行驶方向的红绿灯信息，从而实现语音播报或屏幕显示。
本发明适用于红绿灯数量不大于4个的道路环境。有4个红绿灯的道路环境为十字路口如图1所示，以车辆的行驶方向为基准，红绿灯的位置分别表示为：前、后、左、右。有3个红绿灯的道路环境为T型路口，根据车辆的位置不同，分为3种情况。情况1：车辆前方只能左转或右转，如图2所示，以车辆的行驶方向为基准，红绿灯的位置分别表示为：前、左、右；情况2：车辆前方只能直行或左转，如图3所示，以车辆的行驶方向为基准，红绿灯的位置分别表示为：前、后、右；情况3：车辆前方只能直行或右转，如图4所示，以车辆的行驶方向为基准，红绿灯的位置分别表示为：前、后、左。有2个红绿灯的道路环境为设置人行道等非路口环境，如图5所示，以车辆的行驶方向为基准，红绿灯的位置分别表示为：前、后。只有1个红绿灯的道路环境为特殊场景下的非路口环境，如图6所示，以车辆的行驶方向为基准，红绿灯的位置表示为：前。本发明提出的车辆接收红绿灯信息的匹配方法需要从收到的红绿灯信息中找出方向为前的红绿灯信息。
如图11所示，本发明实施例提供的车辆接收红绿灯信息的方法如下：
S101、红绿灯利用无线通信模块，周期性广播红绿灯信息。广播周期为T，一般情况下，取T＝1秒。红绿灯信息包括：红绿灯ID、红绿灯经纬度位置、辅助点经纬度位置、红/绿灯读数。辅助点是一个抽象的位置点，其经纬度位置由红绿灯经纬度位置决定。
在具体实现方面，无线通信模块可以采用蓝牙/ZigBee/WiFi等各种无线通信技术，各个红绿灯可以单独发送本组红绿灯信息，也可以由某个红绿灯统一发送所有各组红绿灯信息。
S102、车辆通过车载终端上的GPS模块或北斗模块实现本车经纬度信息的获取。
车辆通过车载终端上的无线通信模块接收红绿灯广播发送的各组红绿灯信息。
S103、车辆收到红绿灯信息后，结合本车的经纬度位置，通过红绿灯匹配方法，计算出本车行驶方向的红绿灯信息组。
S104、车辆取出该红绿灯信息组中的红/绿灯读数，开始语音播报或屏幕显示；并在车辆离开路口后，停止语音播报或屏幕显示。
S102中，到达路口车辆通过车载终端上的GPS模块或北斗模块进行本车经纬度信息的获取方法为：读取GPS或北斗模块输出NMEA格式的RMC报文，并从中提取出经度和纬度。
如图12所示，本发明实施例提供的红绿灯匹配方法如下：
S201、红绿灯经纬度位置计算方法。红绿灯不需要安装GPS模块或北斗模块，其经纬度位置事先根据道路环境设定好并固定。本方法中不直接采用红绿灯的实际经纬度位置，而是根据红绿灯在道路的位置进行设置：每个红绿灯经纬度位置位于红绿灯安装位置所在路口的停车线中间点位置，即车辆行驶方向通过路口后的停车线中间点位置。
S202、辅助点经纬度位置计算方法。对于每个红绿灯，有一个对应的辅助点，其位置的计算方法为：辅助点位于车辆行驶方向的红绿灯经纬度位置正前方，辅助点经纬度位置与红绿灯经纬度位置的距离为20－30米。
S203、车辆经纬度位置计算方法。本方法中利用车辆上的GPS模块或北斗模块实时获取车辆经纬度位置。
S204、图7－图10分别给出了4个方向红绿灯位置示意图。在图中，S表示红绿灯经纬度位置，P表示辅助点经纬度位置，C表示车辆经纬度位置，SP的长度用LSP表示，CS的长度用LCS表示，CP的长度用LCP表示。设：∠α＝∠PSC，k＝LCP-LCS。本方法需要从收到的各组红绿灯信息中找出方向为“前”的红绿灯信息组。
S205、取出每组红绿灯信息中的红绿灯经纬度位置和辅助点经纬度位置，再加上车辆经纬度位置，组成三角形PSC。对于各个方向的红绿灯，组成的三角形具有不同特性。
S206、根据收到的红绿灯信息和车辆经纬度信息，实时计算参数：LSP，LCS，LCP，α和k，并根据S205所述特性，得到前红绿灯信息组。
S207、当车辆离开路口后，停止语音播报或屏幕显示。车辆离开路口的判断方法为：随着车辆往前运动，前红绿灯信息组中的LCS由逐渐减小变成逐渐增大。
S205中，左红绿灯信息，右红绿灯信息：0＜k＜LSP；随着车辆往前运动，k逐渐增大，α角度逐渐增大。
前红绿灯信息：0＜k≈LSP；随着车辆往前运动，k基本保持稳定，α角度逐渐减小。
后红绿灯信息：-LSP≈k＜0；随着车辆往前运动，k基本保持稳定，α角度逐渐增大。
S206中，具体为：若k值为负，则该组红绿灯信息为后红绿灯信息；若k值为正，则结合k的变化规律和α角度的变化规律，区分左红绿灯信息、右红绿灯信息和前红绿灯信息，得到所匹配的红绿灯信息组：前红绿灯信息组，从而实现红/绿灯读数的语音播报或屏幕显示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车辆接收红绿灯信息的匹配方法，其特征在于，该车辆接收红绿灯信息的匹配方法采用车路协同技术，多组红绿灯作为路侧设备，通过无线通信技术与到达路口车辆上的车载终端通信，构成无线自组织网；进行多组红绿灯信息的发送和接收；到达路口车辆从收到的多组红绿灯信息中提取出本车行驶方向的红绿灯信息，并进行语音播报或屏幕显示；
所述车辆接收红绿灯信息的匹配方法，具体包括以下步骤：
步骤一、多组红绿灯利用无线通信模块，周期性广播红绿灯信息；
步骤二、到达路口车辆通过车载终端上的GPS模块或北斗模块进行本车经纬度信息的获取；车辆通过车载终端上的无线通信模块接收多组红绿灯广播发送的各组红绿灯信息；
步骤三、到达路口车辆收到红绿灯信息后，结合本车的经纬度位置，通过红绿灯匹配方法，计算出本车行驶方向的红绿灯信息；
步骤四、到达路口车辆取出计算后的红绿灯信息中的红/绿灯读数，开始语音播报或屏幕显示；并在车辆离开路口后，停止语音播报或屏幕显示；
所述红绿灯匹配方法包括以下步骤：
第一步、红绿灯经纬度位置计算；
第二步、辅助点经纬度位置计算，辅助点位于每组红绿灯所对应的车辆行驶方向的红绿灯经纬度位置正前方，辅助点经纬度位置与红绿灯经纬度位置的距离为20米－30米；
第三步、车辆经纬度位置计算，利用车辆上的GPS模块或北斗模块实时获取车辆经纬度位置；
第四步、构建4个方向红绿灯位置示意图；由4个方向红绿灯位置示意图获得：S，红绿灯经纬度位置；P，辅助点经纬度位置；C，车辆经纬度位置；SP的长度，LSP；CS的长度，LCS；CP的长度，LCP；设：∠α＝∠PSC，k＝LCP-LCS；
第五步、取出每组红绿灯信息中的红绿灯经纬度位置和辅助点经纬度位置，再加上车辆经纬度位置，组成三角形PSC；对于各个方向的红绿灯，组成的三角形具有不同特性；
第六步、根据收到的红绿灯信息和车辆经纬度信息，实时计算LSP，LCS，LCP，α，k参数，并根据第五步所述特性，得到前红绿灯信息组；
第七步、当车辆离开路口后，停止语音播报或屏幕显示。
2.如权利要求1所述的车辆接收红绿灯信息的匹配方法，其特征在于，各组红绿灯单独发送本组红绿灯信息，或由任意一组红绿灯统一发送所有各组红绿灯信息；
步骤二中，到达路口车辆通过车载终端上的GPS模块或北斗模块进行本车经纬度信息的获取方法为：读取GPS或北斗模块输出NMEA格式的RMC报文，并从中提取出经度和纬度。
3.如权利要求1所述的车辆接收红绿灯信息的匹配方法，其特征在于，
在第六步中，根据第五步所述特性，得到前红绿灯信息组；
具体为：若k值为负，则该组红绿灯信息为后红绿灯信息组；
若k值为正，则结合k的变化规律和α角度的变化规律，区分左红绿灯信息组、右红绿灯信息组和前红绿灯信息组，得到所匹配的前红绿灯信息组，进行红/绿灯读数的语音播报或屏幕显示。
4.如权利要求1所述的车辆接收红绿灯信息的匹配方法，其特征在于，在第五步中，对于各个方向的红绿灯，组成的三角形具有不同特性，包括：
左红绿灯信息，右红绿灯信息：0＜k＜LSP；随着车辆往前运动，k逐渐增大，α角度逐渐增大；
前红绿灯信息：0＜k≈LSP；随着车辆往前运动，k基本保持稳定，α角度逐渐减小；
后红绿灯信息：-LSP≈k＜0；随着车辆往前运动，k基本保持稳定，α角度逐渐增大。
5.如权利要求1所述的车辆接收红绿灯信息的匹配方法，其特征在于，
车辆离开路口的判断方法为：随着车辆往前运动，前红绿灯信息中的LCS由逐渐减小变成逐渐增大。
6.一种如权利要求1所述车辆接收红绿灯信息的匹配方法的车辆接收红绿灯信息的匹配系统。
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