CN110047301A - 一种城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制系统和方法，包括车载单元和交叉口检测及控制单元，车载单元用以获取车辆的行驶状态信息，并将其传输给交叉口检测及控制单元进行分析处理，实现基于交通流数据对当前交叉口的可变进口道线、动态车道标识板、信号灯组以及方向允许标识板的调控，并对当前行驶车辆发送相应的行进指导信息，有效解决城市快速路交叉口左转车道利用率低的问题，通过对左转车道在交叉口设置的动态车道标识板，并在控制交叉口前方检测驶入车辆的行进情况，基于动态车道标识板的变化实现对左转车道的合理利用，从而提高左转车道利用率及快速路的通行效率，并缓解交通拥堵问题。

Description

一种城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制系统和 方法

技术领域

本发明涉及快速路交叉口智能控制技术领域，具体涉及一种城市快速路智能的左转车辆检测、交叉口进口道相关标识及信号控制系统和方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，汽车拥有量越来越多，由此带来系列城市交通问题，特别是交通拥堵成为困扰城市发展和人们日常工作的重要问题。为了避免或缓解城市交通拥堵，设置或修建城市快速路成为重要措施，而快速路不可避免的会与众多支路相交，这些交叉口的控制对快速路的畅行具有重要作用。

如申请公布号为【CN107025791A】的发明专利公开一种城市快速路交通指示方法，通过统筹管理和设定各路口交通信号灯的变化模式，保证机动车经过各路口时依次为直行绿灯亮，使直行的机动车在经过各路口时不停驶，并改进左转弯和直行交通标线，保证左转弯和直行车辆及时通过路口，吸引和分流非快速路上的车辆，缓解交通拥堵；另外，申请公布号为【CN109255949A】的发明专利公开一种城市快速路下匝道及其衔接交叉口时空资源优化设计方法，通过确定下匝道的横向位置和纵向位置，主要根据车流量的大小和走向等确定；然后对下匝道衔接区域进行车道功能划分及渠化，计算得衔接交叉口进口道车道功能及车道数；根据路段实际需求和交通量对衔接交叉口原有信号配时方案进行优化，以实现合理的时空资源分配。

对城市快速路上的交叉口进行良好控制非常重要，但从快速路分散到支路的左转交通流在某些情况下会严重制约交叉口通行效率，对其进行有效的控制极其重要。左转车道的设置将左转车辆从车流中单独分离出来，减少了交叉口的冲突，提高了安全性，特别是对于左转车流较多时候左转车道具有较大的优越性。然而，车流量是时变的，特别是在早晚高峰快速路上设置的左转车道的交叉口由于左转车辆少，甚至某些时间间隔内没有左转车辆的情况时常发生，传统的控制方式很难兼顾考虑左转的特殊性这一特征，算法实现起来也比较复杂，控制难度大，不仅浪费了交叉口车道的时间和空间，严重影响了交叉口的通行能力，而且降低了快速路的通行效率。

为此亟待提出一种检测城市快速路交叉口左转车辆信息并对左转车道进行控制的系统和方法，以改变上述所述问题。

发明内容

本发明为了提高交叉口车道的时间和空间利用率、提高交叉口的通行能力和快速路的通行效率，提出一种城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制系统和方法。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制系统，包括交叉口检测及控制单元和车载单元，交叉口检测及控制单元与车载单元之间采用无线方式通信；

所述交叉口检测及控制单元安装在各快速路交叉口，包括控制器以及与控制器相连的可变进口道线、动态车道标识板、信号灯组和方向允许标识板；所述可变进口道线设置在左侧相邻车道之间，包括可控LED灯组和透明保护盖，可控LED灯组嵌设在地面下，表面通过透明保护盖覆盖，通过控制器控制可变进口道线的状态变化；所述动态车道标识板、信号灯组和方向允许标识板均设置在交叉口的车道前上方，每一车道对应的设置有动态车道标识板，以根据交通需求进行不同的车行方向动态显示；所述方向允许标识板用于指示当前车道的允许通行的方向为左转或是直行；

所述车载单元安装在驾驶车辆上，与车载导航设备相连，包括车辆路径信息获取模块、信息分析及处理模块、车辆行进过程路径信息变化跟踪模块和语音提示模块；所述车辆路径信息获取模块用以从车载导航设备获取车辆的实时位置信息以及路径信息，所述信息分析及处理模块用以实现对车辆路径信息获取模块所获得的路径信息的分析与处理，得到按照路径顺序的交叉口行进信息数据，所述车辆行进过程路径信息变化跟踪模块：用以针对车辆行驶过程中出现的由于实时交通状态变化所引起的改变行驶路径的情况，通过响应车载导航设备对行驶路径的改变，重新获得改变后的路径信息，并对新路径上的交叉口车辆行进信息数据进行更新，所述语音提示模块用以实现通过车载导航设备的扬声器提醒驾驶员前方各车道允许行进方向信息，并提醒驾驶员“前方为特殊左转控制交叉口，请注意车道进口道线变化”；

所述车载单元用以获取车辆的行驶状态信息，并将其传输给交叉口检测及控制单元进行分析处理，实现基于交通流数据实现对当前交叉口的可变进口道线、动态车道标识板、信号灯组以及方向允许标识板的调控，并对当前行驶车辆发送相应的行进指导信息，以提高交叉口的通行效率。

进一步的，所述路径信息包括从起点O开始到终点D结束的路径上经过的所有交叉口的数据信息，包括每个交叉口的位置、交叉口是否为信号控制和车辆在每个交叉口的行进方向，所述的行进方向信息是指车辆经过交叉口时是否左转。

进一步的，所述可变进口道线的状态变化包括可控LED灯组全亮实线状态、可控LED灯组间隔亮虚线状态和可控LED灯组部分亮实线长度可调状态，以适应不同的交通流控制状态。

进一步的，所述交叉口检测及控制单元的启动时间与关闭时间分别设置为5：00与23:00，在关闭状态下，动态车道标识板常亮，且可变进口车道线全亮。

进一步的，所述交叉口检测及控制单元与车载单元之间的无线方式通信方式采用UWB无线通信或蓝牙5.0通信技术。

本发明另外还提出一种城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制方法，包括以下步骤：

(1)设定交叉口的控制相位，所述控制相位包括东西方向直行、东西方向左转、南北方向直行和南北方向左转，并设定各控制相位对应的绿灯通行时间，东西方向直行、东西方向左转、南北方向直行和南北方向左转的绿灯通行时间分别对应为t₁、t₂、t₃和t₄；

(2)基于车载单元获取车辆的行驶状态信息并将其传输给交叉口检测及控制单元，所述行驶状态信息包括车辆在交叉口的方向信息、车辆实时位置信息和路径信息；

交叉口检测及控制单元接收车载单元传输的车辆行进方向数据后，对所获得的所有车辆的行驶状态信息进行分类和数量累加统计，得到各行进方向车辆数量信息，包括左转车辆数量Q₁、直行车辆数量Q₂和右转车辆数量Q₃；

确定此时各车辆驶入交叉口的时刻位于t₁、t₂、t₃还是t₄时间段内；结合该交叉口基本定时控制下东西方向左转绿灯通行时间t₂内可通过的左转车辆数量C，确定对动态车道标识板、方向允许标识板和可变进口道线的状态控制以及下一个周期东西方向直行、东西方向左转相位情况及其时间；

(3)进而依据实际交通状况实现对交叉口的可变进口道线、动态车道标识板、信号灯组以及方向允许标识板的动态调控，并对当前行驶车辆发送相应的行进指导信息。

进一步的，所述步骤(2)中，对动态车道标识板、方向允许标识板和可变进口道线的控制过程如下：

(21)在t₃、t₄时间内，左转车道的动态车道标识板显示为“直行加左转”，可变进口道线显示为实线，同时左转车道的方向允许标识板灭；

(22)若t₃、t₄时间内未检测到左转车辆，则当前交叉口下一周期的左转车道的动态车道标识板显示为“直行加左转”，同时方向允许标识板在t₁和t₂时间内显示为“直行”，此时控制可变进口车道线显示为虚线，允许其他车道直行车辆变道行驶；

(23)若t₃、t₄时间内检测到左转车辆，则比较左转车辆数量Q₁与最大可通过左转车辆数C：

若左转车辆数量小于最大可通过左转车辆数，则当前交叉口的下一周期左转车道的动态车道标识板的标识显示为“直行加左转”，且在t₁时间内将该左转车道方向允许标识板显示为“直行”，并控制可变进口车道线显示为虚线，使得左转车道的直行车辆可以变道通过交叉口，而在t₂时间内将该左转车道方向允许标识板显示为“左转”；

若左转车辆数量大于或等于最大可通过左转车辆数，则当前交叉口的下一周期左转车道的动态车道标识板的标识显示为“左转”，而在t₁时间内不点亮左转车道方向允许标识板，控制可变进口车道线显示为虚线，使得左转车道的直行车辆可以变道通过交叉口，在t₂时间内左转车道的动态车道标识板的标识点亮显示为“左转”。

进一步的，所述步骤(2)中，对下一个周期东西方向直行、东西方向左转相位情况及其时间的控制方式如下：

(21’)无左转车辆的相位时间分配：

将原基本定时控制的东西方向左转绿灯时间t₂计入东西方向直行绿灯信号时间，即t₁+t₂为直行信号时间，时间结束转为红灯；与此同时交叉口检测及控制单元开始处理并统计下一周期控制所需要的车辆数据信息，直至东西方向红灯信号时间结束；

(22’)左转车辆数量小于最大可通过左转车辆数的相位时间分配：

此时交叉口东西方向左转信号时间由t₂按比例缩短至时间t₂₁，即将t₂分为t₂₁和t₂₂两部分，并将t₂₁计入东西方向直行信号时间，即t₁+t₂₁为直行信号时间，左转信号时间为t₂₂，t₂₂时间结束既为红灯；与此同时交叉口检测及控制单元开始处理并统计下一周期控制所需要的车辆数据信息，直至东西方向红灯信号时间结束；

(23’)左转车辆等于或大于最大可通过左转车辆数的相位时间分配：

此情况下，交叉口各相位时长与未进行控制时相位时长相同；如果左转车流量大将出现二次排队，则左转车辆数将计入下一周期，t₂时间结束左转信号变为红灯，与此同时交叉口检测及控制单元开始处理并统计下一周期控制所需要的车辆数据信息，直至东西方向红灯信号时间结束。

进一步的，所述步骤(1)中，对交叉口信号周期时间的确定采用以下方式实现：

基于确定最佳信号周期；

其中，

S_d——设计饱和流率，pcu/h；

q_d——到达交通量，pcu/h；

y_i，y′_i——第i相位各车道的流量比；

L——总损失时间；

n——单个周期内的相位个数。

进一步的，所述步骤(22)中，进口道线的显示长度S计算方式如下：

S＝n×m+(m-1)×前后车最小安全距离

其中：n为该绿灯时间下能通过的车辆数，m为标准小汽车车身长度，即允许其他车道发生二次排队车辆可转道进入左转车道，同时车载装置提醒驾驶员“此处为特殊左转控制交叉口，请注意车道进口道线变化”。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明方案的提出有效解决了城市快速路交叉口左转车道利用率低的问题，通过对左转车道在交叉口设置的动态车道标识板，并在控制交叉口前方检测驶入车辆的行进情况，通过动态车道标识板的变化实现对左转车道的合理利用，从而提高左转车道利用率及快速路的通行效率，并缓解交通拥堵问题。

附图说明

图1为本发明实施例交叉口检测及控制单元的安装位置示意图；

图2为本发明实施例可变进口道线的示意图；其中图2(a)为间隔点亮状态示意图，图2(b)为全亮示意图；图2(c)为局部点亮示意图；

图3为本发明实施例所述控制系统原理框图；

图4为本发明实施例快速路交叉口示意图；其中图4(a)为东西方向的快速路与4条支路的交叉口示意图；图4(b)为图4(a)中第三个交叉口的放大示意图；

图5为本发明实施例中各相位的信号灯控制时间示意图；

图6为本发明实施例控制方法的流程示意图；其中，图6(a)为方向允许标识板的控制流程示意图，图6(b)为交叉口各相位时间的控制流程示意图；

图7为本发明实施例动态车道标识板的显示状态示意图；

图8为本发明实施例交叉口各相位时间的示意图；

图9为本发明实施例特殊情况下各车道动态标识板的显示状态示意图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1、一种城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制系统，包括交叉口检测及控制单元和车载单元，其原理框图如图3所示，所述交叉口检测及控制单元包括可变进口道线、动态车道标识板、信号灯组、方向允许标识板和控制器；所述车载单元用以获取车辆的行驶状态信息，并与交叉口检测及控制单元实现信息交互，交叉口检测及控制单元获得前往交叉口的车辆行驶状态信息并对其进行分析处理，实现对可变进口道线、动态车道标识板、信号灯组和方向允许标识板的控制，进而对车辆行进进行指导，以达到提高车道利用率的目的，从而提高交叉口通行能力，进而避免或减缓交通拥堵的发生。

具体的：

1、车载单元：所述车载单元安装在车辆上，与车载导航设备相连，所述车载单元包括车辆路径信息获取模块、信息分析及处理模块、车辆行进过程路径信息变化跟踪模块、无线通信模块和语音提示模块；

(1)所述车辆路径信息获取模块：用以从车载导航设备获取车辆的实时位置信息以及路径信息，所述路径信息包括从起点O开始到终点D结束的路径上经过的所有交叉口的数据信息，包括每个交叉口的位置、交叉口是否为信号控制和车辆在每个交叉口的行进方向信息等，所述的行进方向信息是指车辆经过交叉口时是否左转；

(2)所述信息分析及处理模块：用以实现对车辆路径信息获取模块所获得的路径信息的分析与处理，得到按照路径顺序的交叉口行进信息数据，其数据结构如表1所示；

表1车辆路径上的信号交叉口车辆行进信息数据结构

其中：Signal＝0或1，0表示非信号控制交叉口，1表示信号控制交叉口

D1＝0或1，1表示车辆在该交叉口左转，否则为0

D2＝0或1，1表示车辆在该交叉口直行，否则为0

D3＝0或1，1表示车辆在该交叉口右转，否则为0

(3)车辆行进过程路径信息变化跟踪模块：用以针对车辆行驶过程中出现的由于实时交通状态等变化所引起的改变行驶路径的情况，通过响应车载导航设备对行驶路径的改变，重新获得改变后的路径信息，并对新路径上的交叉口车辆行进信息数据进行更新；

(4)无线通信模块：通过与交叉口检测及控制单元实现无线通信与数据交互，向交叉口检测及控制单元发送车辆行进信息数据，并获得交叉口检测及控制单元发送的对车辆的行进指导信息；

(5)语音提示模块：车载单元获得交叉口检测及控制单元发送的车辆行进指导信息后，通过车载导航设备的扬声器提醒驾驶员前方各车道允许行进方向信息，并提醒驾驶员“前方为特殊左转控制交叉口，请注意车道进口道线变化”的信息。

2、交叉口检测及控制单元：所述交叉口检测及控制单元安装在各快速路交叉口，可变进口道线5、动态车道标识板1、信号灯组2、方向允许标识板3和控制器4的安装位置如图1所示，通过获取车载单元传输来的交通流数据控制当前交叉口的可变进口道线、动态车道标识板、信号灯组以及方向允许标识板，并对车辆发送相应的行进指导信息，以提高交叉口的通行效率。

(1)可变进口道线

可变进口道线安装在左侧相邻车道之间，如图1所示，②、③车道之间的进口道线为可变进口道线，包括可控LED灯组和透明保护盖，可变进口道线表面采用透明材料覆盖，并在其下方设置可控LED灯组，LED灯组的数量根据交叉口进口道线长度进行适应性选择，并与控制器4相连，由控制器4控制可变进口道线1的状态变化。

如图2所示，图2(a)所示为13个LED灯，其中2、4、6、8、10、12为常亮，显示为白色，另外1、3、5、7、9、11、13根据交叉口信号控制要求点亮或关闭，当其需要显示为实线时，1、3、5、7、9、11、13点亮，此时LED灯全亮，如图2(b)所示；当其需要显示为虚线时，1、3、5、7、9、11、13处于关闭不亮状态，如图2(a)所示；当其需要显示为不同长度实线时，1、3、5、7、9、11、13可逐次点亮，通过点亮LED灯的数目来显示实线的长短，实线的长度的确定方法根据相应的排队长度计算，如图2(c)所示。

可变进口道线的控制采用可编程式灯光控制器，即灯光控制器的灯光程序是可以根据输入的不同指令进行更改，比如修改灯光闪烁、亮灯的数量等等。控制器采用稳定可靠的51单片机为硬件控制核心，并配有上位机软件编辑修改灯光、下载程序，单个控制器可以令8路输出端口通断变化组合达到使用的所需效果，还可以多个控制板组合达到控制更多路可控端口。

(2)动态车道标识板

为了实现对左转车道的有效利用和控制，对车道设置动态标识，即将目前设在车道上的白色车行方向标识线转移到可变标识上进行显示，并将其与信号灯放在一起，悬挂在车道上方，图1所示为常见的城市交叉口示意图。图1中交叉口每个进口道的地面固定车行方向标识设置在动态标识板上，并与信号灯一起悬挂在车道前上方，其与信号灯一样为可控制LED显示，即其可以根据交通需求进行不同的车行方向动态显示。

如图1中的第③车道对应的行车方向指示标识可以显示为左转、直行两种模式，当然第②车道和第①车道也可以动态改变，在本实施例中主要针对左转车道进行动态控制，以克服左转车道在左转车辆较少而直行车辆较多情况下的问题。此外，动态车道标识板的设计相较于常规道路路面固定指示标识，还具有其他优势，如在驾驶员视野受阻(尤其是雨雾天气及夜间)的情况下，驾驶员可以更容易的发现该种车道动态标识板，并及时的做出相应的驾驶行为。

(3)信号灯组和方向允许标识板

原则上每个车道都可以安装信号灯组，当前我国道路最右侧的右转车道通常也为直行车道，所以图1中，直行和右转共用一组信号灯，方向允许标识板用于指示该车道是允许车辆左转或直行。

(4)控制器

控制器为该交叉口检测及控制单元的核心，其根据车载单元传输的并经过处理后的实时车流信息和设定的控制方法实现对可变进口道线、车道动态标识板、信号灯组、方向允许标识板进行实时控制，并将交叉口各车道允许行进方向相关信息和指令传送给即将到达的车辆，以引导其通行。

其中通过车载单元获得的车辆数据为各车辆的如表1所示的数据，从该数据表中提取当前车辆在控制交叉口的行进方向信息，即D1、D2和D3的值；得到所有经由车辆的行进方向信息，即得到统计时间内的各方向车流信息，分别设为左转为Q₁，直行为Q₂，右转为Q₃：Q₁＝∑D1，Q₂＝∑D2，Q₃＝∑D3，同时记录该数据获取时间位于t1、t2、t3还是t4，其中，如图5所示，t1、t2、t3、t4分别表示东西方向直行、东西方向左转、南北方向直行和南北方向左转的相应绿灯时间，用于方向允许标识板和动态车道标识板的改变，则此即为该控制交叉口是实现对可变进口道线、动态车道标识板、信号灯组和方向允许标识板的控制所需要的数据。

交叉口检测及控制单元与车载单元之间采用无线通信模式，该通信技术可采用短距离无线通信技术，如蓝牙5.0，蓝牙5.0针对低功耗设备，有着更广的覆盖范围和更快的数据传输速度，有效工作距离可达300米。

该系统可设置启动时间与关闭时间，通常可分别设置为5：00与23:00，即在夜间装置停止工作，整个系统可按当前已广泛应用控制系统的夜间模式工作，但动态车道标识板常亮，且可变进口车道线全亮，这种情况下的控制与普通信号交叉路口一样。

实施例2、基于实施例1所述的控制系统，本实施例公开一种城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制方法，有效解决城市快速路交叉口左转车道利用率低的问题，通过对左转车道在交叉口设置的动态车道标识板，并在控制交叉口前方检测驶入车辆的行进情况，通过动态车道标识板的变化实现对左转车道的合理利用，从而提高左转车道利用率及快速路的通行效率，并缓解交通拥堵问题。与此同时，也可对其他车道进行相应的设置，针对某些特殊情况，例如左转车较多而直行车辆相对较少，也可起到快速合理疏通的作用。

具体的，设某东西方向的快速路及其与4条支路的交叉口如图4(a)所示，各交叉口均设置了上述所提出的交叉口检测及控制单元，根据与驶入车辆的车载单元进行信息交互完成本交叉口对可变进口道线、动态车道标识板、信号灯、方向允许标识板的控制，同时对车辆的行进做出指导和提醒。图4(a)中以由西到东方向为例，车辆驶入各交叉口之前，均会通过无线通信与前方控制交叉口进行信息交互，从而实现对可变进口道线、动态车道标识板、信号灯组和方向允许标识板的控制。

而对某交叉口进行控制时，以交叉口3的控制为例进行介绍，如图4(b)所示，下面称其为控制交叉口，具体采用以下方式：

设控制交叉口3为包括以下四相位：即东西方向直行、东西方向左转、南北方向直行和南北方向左转(这里所述的东西和南北等方向并不具体限定为东西和南北，仅仅为对交叉口方位的指示，可以为东南、西北、东北、西南，具体以实际应用方位为准，在此仅作为举例示意)，本实施例所述控制方法以定时控制为基础，各相位相应绿灯时间分别设为t₁、t₂、t₃和t₄，如图5所示。

其中，信号周期时间确定方法采用基于HCM方法实现，最佳周期时长的采用公式式中：

S_d——设计饱和流率，pcu/h；

q_d——到达交通量，pcu/h；

y_i，y′_i——第i相位各车道的流量比；

L——总损失时间；

n——单个周期内的相位个数；

如果Y值大于0.9时，就需要对信号配时方案进行重新设计。

设计交通量q_d计算公式如下：

q_d＝4×Q₁₅

其中Q₁₅为高峰小时15分钟的流量，单位为pcu/15min。

系统启动后，在交叉口3处设置的快速路交叉口检测及控制单元通过与即将进入交叉口的车辆进行交互通信，获取车辆在交叉口3的车行方向信息，并进行分类和数量累加统计，得到各行进方向车辆数量信息，即左转车辆数量Q₁、直行车辆数量Q₂和右转车辆数量Q₃。其传输数据时间为车辆驶入通信范围之时，即数据实时传输，同时记录该数据获取时间位于t₁、t₂、t₃还是t₄。在交叉口3设置的快速路交叉口检测及控制单元接收到传输来的车辆行进方向数据后，通过处理，并结合该交叉口基本定时控制下t₂时间内可通过左转车辆数量C，以确定动态车道标识板的控制以及下一个周期东西方向直行、左转相位情况及其时间。

该方法具体流程如图6所示，其中图6(a)为方向允许标识板的控制流程示意图，图6(b)为交叉口各相位时间的控制流程示意图；

对动态车道标识板、方向允许标识板及可变进口道线的控制如下：

在t₃、t₄时间内，车道③动态车道标识板显示为“直行加左转”，车道②动态车道标识板显示为“直行”，而车道①动态车道标识板显示为“直行加右转”，如图7(a)所示，可变进口道线显示为实线，同时左转车道的方向允许标识板灭。

若t₃、t₄时间内未检测到左转车辆，则交叉口3下一周期的车道③动态车道标识板显示为“直行加左转”，车道①和②的动态车道标识板显示不变，如图7(a)所示，同时车道③的方向允许标识板在t₁和t₂时间内显示为“直行”，此时控制可变进口车道线显示为虚线，允许②车道直行车辆变道行驶。

若t₃、t₄时间内检测到左转车辆，则比较左转车辆数量Q₁与最大可通过左转车辆数C：

若左转车辆数量小于最大可通过左转车辆数，则交叉口3的车道③动态车道标识板的标识显示为“直行加左转”，如图7(a)所示，且在t₁时间内将车道③方向允许标识板显示为“直行”，而在t₂时间内将车道③的方向允许标识板显示为“左转”，并在t₁时间内控制②、③车道间的可变进口车道线显示为虚线，使得左转车道的直行车辆可以变道通过交叉口，该进口道线的长度S按照相应的排队长度来确定，其计算公式为：

S＝n×m+(m-1)×前后车最小安全距离

其中：n为该绿灯时间下能通过的车辆数，m为标准小汽车车身长度。

即允许②车道会发生二次排队车辆可转道进入③车道，同时车载装置提醒驾驶员“此处为特殊左转控制交叉口，请注意车道进口道线变化”。

若左转车辆数量大于或等于最大可通过左转车辆数，则交叉口3车道③动态车道标识板的标识显示为“左转”，如图7(b)所示，而在t₁时间内不点亮车道③的方向允许标识板，在t₂时间内车道③的方向允许标识板点亮显示为“左转”，并在t₁时间内控制可变进口车道线显示为虚线，使得车道③的直行车辆可以变道进入②车道，并通过交叉口。

对交叉口各相位时间的控制如下：

(1)无左转车辆的相位时间分配

交叉口3原基本定时控制的左转绿灯时间t₂将计入直行绿灯信号时间，即t₁+t₂为直行信号时间，如图8(a)所示，时间结束转为红灯，与此同时交叉口3的快速路交叉口检测与控制装置开始处理并统计下一周期控制所需要的车辆数据信息，直至东西方向红灯信号时间结束。

(2)左转车辆数量小于最大可通过左转车辆数的相位时间分配

此时交叉口左转信号时间由t₂按比例缩短至时间t₂₁，即将t₂分为t₂₁和t₂₂两部分，并将t₂₁计入东西方向直行信号时间，即t₁+t₂₁为直行信号时间，左转信号时间为t₂₂，如图8(b)所示，t₂₂时间结束即为红灯，与此同时交叉口3的快速路交叉口检测与控制装置开始处理并统计下一周期控制所需要的车辆数据信息，直至东西方向红灯信号时间结束。

对于上述这两种情况经常出现在交通高峰期通往某目标地点(如进城主隧道等)的干线通道上，这时候直行车流量大，而左转车辆很少，甚至较长时间出现没有左转车辆的情况。

(3)左转车辆等于或大于最大可通过左转车辆数的相位时间分配

此情况下，交叉口各相位时长与未进行控制时相位时长相同，如图8(c)所示。如果左转车流量大将出现二次排队，则左转车辆数将计入下一周期，t₂时间结束左转信号变为红灯，与此同时交叉口3的快速路交叉口检测与控制装置开始处理并统计下一周期控制所需要的车辆数据信息，直至东西方向红灯信号时间结束。

在系统工作期间，可能会遇到左转车辆突然增加的情况，并且该情况持续一定时间，例如节日活动、学校放假、放学等造成左转车辆在一定时间内容突增，同时直行车辆相对较少。在此类情况下，将尽量满足左转车辆的需求。这在本发明的车道动态标识及控制方法下，可以方便的通过增加左转车道并有效控制的方法解决该问题。此时，针对不同的车道数量采取不同的左转车道增加设置办法。

如交叉口为单向三车道，此情况可将中间本用于直行的车道通过车道动态标识板将其变为左转车道，即左转车道增加为2个车道，直行与右转车辆共同使用①车道。此时，②、③车道间的可变进口道线转变为虚线，如图2(a)所示；③车道与②车道左转排队车辆可根据各自的排队长度判断是否转入另一车道，如此可大大缩短排队长度，提高通行效率。如图9所示为各车道动态标识板的显示情况。

此情况下的信号控制，可采取上述情况“(2)”中将部分直行相位时间用于左转相位时间的控制方法。另外，对于交叉口单向车道数量为四车道或更多情况，应用本方法可以方便的实现左转及直行车道数量的改变，以适应交通的实时变化。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制系统，其特征在于，包括交叉口检测及控制单元和车载单元，交叉口检测及控制单元与车载单元之间采用无线方式通信；

所述交叉口检测及控制单元安装在各快速路交叉口，包括控制器以及与控制器相连的可变进口道线、动态车道标识板、信号灯组和方向允许标识板；所述可变进口道线设置在左侧相邻车道之间，包括可控LED灯组和透明保护盖，可控LED灯组嵌设在地面下，表面通过透明保护盖覆盖，通过控制器控制可变进口道线的状态变化；所述动态车道标识板、信号灯组和方向允许标识板均设置在交叉口的车道前上方，每一车道对应的设置有动态车道标识板，以根据交通需求进行不同的车行方向动态显示；所述方向允许标识板用于指示当前车道的允许通行的方向为左转或是直行；

所述车载单元安装在驾驶车辆上，与车载导航设备相连，包括车辆路径信息获取模块、信息分析及处理模块、车辆行进过程路径信息变化跟踪模块和语音提示模块；所述车辆路径信息获取模块用以从车载导航设备获取车辆的实时位置信息以及路径信息，所述信息分析及处理模块用以实现对车辆路径信息获取模块所获得的路径信息的分析与处理，得到按照路径顺序的交叉口行进信息数据，所述车辆行进过程路径信息变化跟踪模块：用以针对车辆行驶过程中出现的由于实时交通状态变化所引起的改变行驶路径的情况，通过响应车载导航设备对行驶路径的改变，重新获得改变后的路径信息，并对新路径上的交叉口车辆行进信息数据进行更新，所述语音提示模块用以实现通过车载导航设备的扬声器提醒驾驶员前方各车道允许行进方向信息，并提醒驾驶员“前方为特殊左转控制交叉口，请注意车道进口道线变化”；

所述车载单元用以获取车辆的行驶状态信息，并将其传输给交叉口检测及控制单元进行分析处理，实现基于交通流数据对当前交叉口的可变进口道线、动态车道标识板、信号灯组以及方向允许标识板的调控，并对当前行驶车辆发送相应的行进指导信息，以提高交叉口的通行效率。

2.根据权利要求1所述的城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制系统，其特征在于：所述路径信息包括从起点O开始到终点D结束的路径上经过的所有交叉口的数据信息，包括每个交叉口的位置、交叉口是否为信号控制和车辆在每个交叉口的行进方向，所述的行进方向信息是指车辆经过交叉口时是否左转。

3.根据权利要求1所述的城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制系统，其特征在于：所述可变进口道线的状态变化包括可控LED灯组全亮实线状态、可控LED灯组间隔亮虚线状态和可控LED灯组部分亮实线长度可调状态，以适应不同的交通流控制状态。

4.根据权利要求1所述的城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制系统，其特征在于：所述交叉口检测及控制单元的启动时间与关闭时间分别设置为5：00与23:00，在关闭状态下，动态车道标识板常亮，且可变进口车道线全亮。

5.根据权利要求1所述的城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制系统，其特征在于：所述交叉口检测及控制单元与车载单元之间的无线方式通信方式采用UWB无线通信或蓝牙5.0通信技术。

6.一种城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设定交叉口的控制相位，所述控制相位包括东西方向直行、东西方向左转、南北方向直行和南北方向左转，并设定各控制相位对应的绿灯通行时间，东西方向直行、东西方向左转、南北方向直行和南北方向左转的绿灯通行时间分别对应为t₁、t₂、t₃和t₄；

(2)基于车载单元获取车辆的行驶状态信息并将其传输给交叉口检测及控制单元，所述行驶状态信息包括车辆在交叉口的方向信息、车辆实时位置信息和路径信息；

交叉口检测及控制单元接收车载单元传输的车辆行进方向数据后，对所获得的所有车辆的行驶状态信息进行分类和数量累加统计，得到各行进方向车辆数量信息，包括左转车辆数量Q₁、直行车辆数量Q₂和右转车辆数量Q₃；

确定此时各车辆驶入交叉口的时刻位于t₁、t₂、t₃还是t₄时间段内；结合该交叉口基本定时控制下东西方向左转绿灯通行时间t₂内可通过的左转车辆数量C，确定对动态车道标识板、方向允许标识板和可变进口道线的状态控制以及下一个周期东西方向直行、东西方向左转相位情况及其时间；

(3)进而依据实际交通状况实现对交叉口的可变进口道线、动态车道标识板、信号灯组以及方向允许标识板的动态调控，并对当前行驶车辆发送相应的行进指导信息。

7.根据权利要求6所述的城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，对动态车道标识板、方向允许标识板和可变进口道线的控制过程如下：

(21)在t₃、t₄时间内，左转车道的动态车道标识板显示为“直行加左转”，可变进口道线显示为实线，同时左转车道的方向允许标识板灭；

(22)若t₃、t₄时间内未检测到左转车辆，则当前交叉口下一周期的左转车道的动态车道标识板显示为“直行加左转”，同时方向允许标识板在t₁和t₂时间内显示为“直行”，此时控制可变进口车道线显示为虚线，允许其他车道直行车辆变道行驶；

(23)若t₃、t₄时间内检测到左转车辆，则比较左转车辆数量Q₁与最大可通过左转车辆数C：

若左转车辆数量小于最大可通过左转车辆数，则当前交叉口的下一周期左转车道的动态车道标识板的标识显示为“直行加左转”，且在t₁时间内将该左转车道方向允许标识板显示为“直行”，并控制可变进口车道线显示为虚线，使得左转车道的直行车辆可以变道通过交叉口，而在t₂时间内将该左转车道方向允许标识板显示为“左转”；

若左转车辆数量大于或等于最大可通过左转车辆数，则当前交叉口的下一周期的t₁和t₂时间内左转车道的动态车道标识板的标识显示为“左转”，而在t₁时间内不点亮左转车道方向允许标识板，控制可变进口车道线显示为虚线，使得左转车道的直行车辆可以变道通过交叉口，在t₂时间内将该左转车道的方向允许标识板点亮显示为“左转”。

8.根据权利要求6所述的城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，对下一个周期东西方向直行、东西方向左转相位情况及其时间的控制方式如下：

(21’)无左转车辆的相位时间分配：

将原基本定时控制的东西方向左转绿灯时间t₂计入东西方向直行绿灯信号时间，即t₁+t₂为直行信号时间，时间结束转为红灯；与此同时交叉口检测及控制单元开始处理并统计下一周期控制所需要的车辆数据信息，直至东西方向红灯信号时间结束；

(22’)左转车辆数量小于最大可通过左转车辆数的相位时间分配：

此时交叉口东西方向左转信号时间由t₂按比例缩短至时间t₂₁，即将t₂分为t₂₁和t₂₂两部分，并将t₂₁计入东西方向直行信号时间，即t₁+t₂₁为直行信号时间，左转信号时间为t₂₂，t₂₂时间结束即为红灯；与此同时交叉口检测及控制单元开始处理并统计下一周期控制所需要的车辆数据信息，直至东西方向红灯信号时间结束；

(23’)左转车辆等于或大于最大可通过左转车辆数的相位时间分配：

此情况下，交叉口各相位时长与未进行控制时相位时长相同；如果左转车流量大将出现二次排队，则左转车辆数将计入下一周期，t₂时间结束左转信号变为红灯，与此同时交叉口检测及控制单元开始处理并统计下一周期控制所需要的车辆数据信息，直至东西方向红灯信号时间结束。

9.根据权利要求6所述的城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中，对交叉口信号周期时间的确定采用以下方式实现：

基于确定最佳信号周期；

其中，

S_d——设计饱和流率，pcu/h；

q_d——到达交通量，pcu/h；

y_i，y′_i——第i相位各车道的流量比；

L——总损失时间；

n——单个周期内的相位个数。

10.根据权利要求7所述的城市快速路智能交叉口左转车辆检测及信号控制系统，其特征在于：所述步骤(22)中，进口道线的显示长度S计算方式如下：

S＝n×m+(m-1)×前后车最小安全距离

其中：n为该绿灯时间下能通过的车辆数，m为标准小汽车车身长度，即允许其他车道发生二次排队车辆可转道进入左转车道，同时车载装置提醒驾驶员“此处为特殊左转控制交叉口，请注意车道进口道线变化”。