CN1074547A - 城市交通灯状态预测及指示装置 - Google Patents

Abstract

一种城市道路交通灯状态预测及指示装置，用于 向驾驶员揭示前方交叉路口交通灯的状态和适宜行 驶的速度范围。它是由计算机根据交通灯变化规律、 车辆地理位置、行驶方向、行驶速度和标准时间等参 数求得的。

Description

本发明提出一种城市道路交叉路口交通灯状态予测及指示装置，用于向车辆驾驶员提示前方交叉路口交通灯的状态和适宜行驶的速度范围。它依赖于本人同时申请的另一个发明专利“城市交通灯控制方案及装置”的实施。

目前，在公路行驶的车辆上，没有配备前方交通灯状态予测和指示装置，驾驶员对于车辆将要驶达的交叉路口交通灯的状态心中无数，只有临近路口时，才能根据所看到的交通灯状态，得知能否通过，若不能通过，也难於予测何时才能允许通过。为此，驾驶员只能被动地服从交通灯的指挥，不能利用车辆驶达路口前一段时间内速度的合理变化，来减少车辆在交叉路口的等待次数和时间，这是造成城市交通拥挤的一个原因。

本发明的目的是提出一种交通灯状态予测和指示的装置，当驾驶员输入本车当前所处地理位置的信号后，本装置就能连续予测和显示出前方交叉路口交通灯的状态，并给出当前适宜本车行驶的速度范围，按此范围内的速度行驶，能避免到交叉路口时遇红灯而仃车，从而减少车辆在交叉路口的等待次数和时间，提高交叉路口的车辆通过能力。

本发明的目的是这样实现的：借助于计算机的处理能力，将各城市交叉路口的相对地理位置和确定的交通灯变化规律用二进制代码描述，这些描述的数据资料以一定的结构形式存入计算机的存储器，驾驶员在任意时刻输入能确定该车当前所处地理位置的信号后，计算机就可根据车辆的行驶方向，查询存储的资料，得出前方交叉路口的名称和交通灯的变化规律，然后根据该车的当前速度，计算出它与前方交叉路口的理论距离，再根据机内的标准时间和交通灯的变化规律，计算出本方向交通灯的当前状态和持续的时间，综合考虑车辆行驶路线的误差后，即可求得此时适宜本车行驶的速度范围，按此范围内的速度行驶，能避免到达交叉路口时遇红灯而仃车。

本装置以计算机为核心，配备专用的输入输出设备，驾驶员在行驶过程中可接收计算机提供的信息和进行人机对话，以便确认前方交叉路口的名称和距离，了解其交通灯的状态和持续的时间，并尽可能按计算机所指示的适宜速度行驶。必要时还可重新输入车辆所处的地理位置，以修正与前方交叉路口距离的计算误差，或者帮助确认前方交叉路口的路名。在因前方道路立交、转盘等产生行驶方向不确定的时候，计算机不能及时地判断出前方交叉路口的路名，这时可由人工帮助，或者等行驶方向确定后，再由计算机判断。对于有输入目的地路口名的情况，计算机大都能自行判断。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本实施例的电路原理框图。

图2是本实施例的程序流程图。

图3是车速和适宜速度指示表的表盘示意图。

图4是简易对话键盘示意图。

图5是一个局部道路示意图。

图中，Ⅰ、计算机主板    Ⅱ、键盘显示板    Ⅲ、实时信号板    Ⅳ、适宜速度指示表    Ⅴ、CRT接口板    Ⅵ、CRT显示器    Ⅶ、开关电源    1、程序开始框    2、4、7、10、12、程序处理框    3、5、9、11、逻辑判断框    6、8、输入输出框    ①、车速表刻度线    ②、③、④、发光二极管指示弧    ⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、按键（一）、车辆位置（二）、（三）、（四）、（五）、（六）、（七）、交叉路口（八）、目的地

本实施例采用上海复旦大学的单片机基本总线FD-BASE工业产品和部分按FD-BASE总线标准设计的专用板。图1中，Ⅰ、选用BASE8807主机板，其CPU为INTEL8097BH，它有40位可编程I/O口和八路十位模数转换器，以及一个RS-232C通讯接口，板上插有一片EEPROM存储器，用于保存由键盘输入的城市选择代码、开机予选的路口名和距离以及上次关机时的有关信息。Ⅱ、选用BASE8851键盘LED显示板，用于显示星期、时间和输入车辆地理位置、校准时间及人机对话。为了方便操作，除保留原键盘为基本操作键盘外，还外接一个大的五键简易对话键盘（图4），供驾驶员在行驶过程中使用。Ⅲ、为实时信号板，它向计算机提供标准时间、车速信号和行驶方向信号。实时时钟由MC146818、MC14096    CMOS集成电路、石英晶振等构成，车辆电源切断后，由3.6V可充电电池供电，维持工作。车速信号取自车速表的脉冲信号，经整形、隔离后送给计算机，脉冲与车速的换算系数用开关在安装时设定，由计算机读入。车辆行驶方向由八对霍尔传感放大器UGN3503N检测，传感器按园周八等分排列，起始的等分线与车身平行。受地磁场作用，方向朝北的那对传感器输出电压最高，东北、西北两对其次，朝南的最低。传感器的信号经差分放大后，由八路十位模数转换器转换成数字量，计算机根据各路读入的值，可求得车辆当前的行驶方向。Ⅳ、为速度指示表，它用70只双色发光二极管在车速表表盘刻度线外构成一个用红、绿、黄三种颜色表示的适宜速度指示弧，计算机经RS-232C接口与该表的接收和显示驱动电路通讯。Ⅴ、选用BASE8871    CRT屏幕显示板，它是计算机与CRT显示器的接口。Ⅵ、是4英寸单色CRT显示器，用来显示交叉路口名称、距离、交通灯状态和维持时间等，供驾驶员参考，并做为人机对话的界面，路口名和距离可由人工输入和改变。Ⅶ、是开关电源板，采用MC34063    CD-CD变换集成电路，经2SD113大功率三极管扩流，把车辆蓄电池和发电机的电压转换成5V的稳压电源，供计算机和有关设备使用。以上部件选用BASE88508八笼机槽，以FD-BASE总线母板连接，构成本实施例的硬件系统。

图2中，框1、表示程序开始，框2、表示初始化处理程序，初始化结束后，CRT显示示器显示时间、开机予约路口名、予约距离等信息，并等待路口名的确认和修改。框3、4、是键盘输入请求查询和调出交叉路口数据的处理程序，车辆的地理位置以前方交叉路口名称和与车辆当前位置的距离来表示，它可由简易对话键盘以选择-确认的方式输入，也可由基本操作键盘用路口名代码和距离值直接输入。框5、是0.1秒定时中断响应程序，它以循环等待的方式接受中断，框6、是车速、行驶方向和标准时间读入及刷新处理程序，框7、是距离、交通灯状态、适宜行驶速度的计算处理程序，框8、是CRT显示和指示表显示的输出处理程序。框9、是键盘输入请求查询，框10、是键盘输入处理程序，它能及时处理车辆地理位置的重新输入、理论距离的误差修正、前方路口名的人为确认以及时间的校准等。框11、是车辆通过交叉路口的逻辑判断，满足条件时，由框12调出下一个交叉路口数据，进行处理和显示。

图3中，70只发光二极管分布在车速表10-80公里/小时刻度线外，形成一段醒目的发光园弧，这一段速度是市内行车的基本合理范围。其中，红色部分②表示车辆行驶到交叉路口遇红灯的速度范围，绿色部分③表示车辆行驶到路口遇绿灯的速度范围，黄色部分④表示不确定。此段园弧的颜色分布随时间和距离的变化而不断地改变，图中所示的仅是某一时刻的状态。计算机所计算的适宜行驶速度是一种期望的速度范围，在某些情况下是办不到的，而在另一些情况下，适宜行驶速度并不落在10-80公里/小时的范围内。尽管如此，它的指示仍可让驾驶员心中有数，驾驶员还可从CRT的显示得知前方交通灯的状态和维持时间，为车辆的起步和仃止做好准备。

图4的简易对话键盘由五键组成，用于输入车辆地理位置的人机对话。在选择路口名称时，⑥、⑦、⑧、⑨键用于路口向东、南、西、北方向移动，⑤是确认键，在调整距离时，⑨是递增键，⑦是递减键，⑤是确认键，⑧是附加输入键，用于输入目的地的路口名，加强计算机的判断能力，⑥是确认转移键，用于确认距离并转入下一段程序。在输入车辆地理位置信号时，计算机受确认键⑤的控制，可以在等待选择路名和调整距离输入这两种状态中交替改变。

下面以图5为例，说明本实施例的操作和使用。图5中，（一）是车辆的起始位置，（二）、（三）、（四）、（五）、（六）、（七）是各交叉路口，其中（四）的交叉路口中间是转盘，没有红绿灯信号控制，（八）是车辆的目的地。设装置通电、初始化后显示的时间是北京时间13：55：31，开机予约路口名为（四），予约距离为500米，显示器请求输入车辆的地理位置信号，并处於路名修改、确认状态。驾驶员用⑥、⑦、⑧、⑨移动键把路口名从（四）改为（二），按下确认键⑤，计算机转入距离设定状态，用递增、递减键⑨、⑦把距离改成600米，此时若按附加输入键⑧可转入目的地路口名的输入，按确认键⑤可转回修改路口名状态，否则，按确认转移键⑥后，计算机调出（二）路口的数据，转入每0.1秒执行一次的实时处理程序。此后，若还要改变车辆的地理位置，仍可按上述的步骤进行，程序以每0.1秒一次的键盘请求查询来响应。设计算机存储的（二）、（三）、（五）路口交通灯在北京时间14：00-15：00的变化规律如下：

路口名        第一次亮绿灯时间        绿灯持续时间        周期

（二）            14：00：00                    20秒                    40秒

（三）            14：00：10                    20秒                    40秒

（五）            14：00：20                    20秒                    40秒

设车辆（一）与交叉路口（二）的实际距离为622米，由于刚才输入的距离为600米，计算机暂时只能以此来计算适宜行驶的速度范围。设车辆在14：02：00起步，根据变化规律得知前方交叉路是绿灯，并将持续20秒，经计算，车速应大于30米/秒才可能在本次绿灯通过，因超过80公里/小时，故舍去，改求下一次绿灯通过的车速范围，经计算，应为10米/秒-15米/秒，即36至54公里/小时，还可求得再下一次绿灯通过时的车速应为每小时21至27公里，其余类推。这些适宜行驶速度段的指示弧应为绿色，供驾驶员选择。由于输入的距离与实际距离存在着一定的误差，当车辆通过交叉路口（二）后，因行驶方向改变，计算机可以发现此误差，并以一定的算法来修正，当然也可以通过人为输入来消除。车辆由路口（三）驶向路口（五）时，由于路口（四）是转盘，在通过路口（四）以前，如果没有输入附加的目的地路口名，计算机并不能确定车辆将驶向哪一个交叉路口，此时可以人工帮助确定，也可等车辆通过路口（四）后，根据行驶方向来确定。对于计算机一时无法准确判断的信息，显示器用周期性闪烁的方式来表示，以提醒驾驶员注意和求得帮助。

Claims (4)

1、一种城市道路交叉路口交通灯状态予测及指示装置，由传感器、计算机和外部设备构成，其特征是：借助于计算机的处理能力，将各城市交叉路口的相对地理位置和确定的交通灯变化规律存入计算机的存储器，驾驶员在输入车辆当前所处地理位置的信号后，计算机就可根据车辆的行驶方向，查询存储的资料，得出前方交叉路口的名称和交通灯的变化规律，然后根据当前的车速，标准时间和交通灶的变化规律，计算出本方向交通灯的当前状态和持续的时间，求得此时适宜本车行驶的速度范围，按此范围内的速度行驶，能避免到达交叉路口时遇红灯而仃车。

2、根据权利要求1所述，其适宜速度指示表的特征是：以一定数量的发光二极管构成与车速表刻度线同心的园弧，用不同的颜色指示出车辆当时的适宜行驶速度范围。

3、根据权利要求1所述，其简易人机对话键盘的特征是：采用大尺寸的少数按键，用选择-确认的方式输入车辆所处的地理位置信号。

4、根据权利要求1所述，其行驶方向检测部件的特征是：采用按园周等分排列的霍尔传感器，根据其输出信号的大小，由计算机判断出当前车辆的行驶方向。

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