CN110047308A - 交通灯信号及车载信号一体化收发系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交通灯信号及车载信号一体化收发系统及其控制方法，以路口的交通信号灯为中心，在交通信号灯上设置自身传感器、和一个具有信号采集与发射功能的信号灯控制器，在各汽车上设置具有信号发射与接收并具有过滤功能的车载控制器、电子罗盘、显示屏、和智能语音提示系统，具有实时改变信号灯控制，可根据道路某方向车辆数量的多少，改变红绿灯时间长短，红绿灯路口的智能限速，将车速控制在道路限速范围内通过路口保证安全。

Description

交通灯信号及车载信号一体化收发系统及其控制方法

技术领域

本发明属于智能交通、智慧城市技术领域，尤其涉及红绿灯交叉路口，车辆通行效率解决的问题。

背景技术

在当今这个车辆普及、交通繁重的社会，交通信号灯能够有效地降低交通路口拥堵、车辆无序和交通事故发生的概率，极大的改善了道路通行效率，规范了人们的交通行为。但是由于传统交通信号灯控制红绿灯时间为单一模式循环，往往会出现一个方向没车信号灯为绿灯，而另一个方向车量比较多，但信号灯却为红色，如此便极大降低通行效率。另外由于前方有大型车辆或障碍物遮挡驾驶员视线，恶劣天气的低能见度，驾驶员未能及时响应突发情况等某些因素导致误闯红灯，以及驾驶员不能根据绿灯时间和当前车速及时判断是否能通过路口，甚至驾驶员心存侥幸故意“抢红灯”的行为最终引发严重交通事故的情况数不胜数，其结果惨不忍睹。此外，在救护车、消防车等特种车辆在执行救援任务时急需通过十字路口，即使有抢红灯的权利，但是绿灯方向的行车对其存在干扰，且存在安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，本发明提出了交通灯信号及车载信号一体化收发系统及其控制方法。设计交通灯信号及车载信号发射与接收系统，能够根据道路车量信息，实时改变对红绿灯的控制，以及为了减小红绿灯路口由于视线遮挡、能见度低、驾驶员响应不及时等因素造成误闯红灯的概率，增加通行效率以及杜绝“抢红灯”这一危险驾驶行为的发生，同时允许特种车辆快速通过十字路口。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种交通灯信号及车载信号一体化收发系统，其特征在于，以路口的交通信号灯为中心，在交通信号灯上设置自身传感器、和一个具有信号采集与发射功能的信号灯控制器，在各汽车上设置具有信号发射与接收并具有过滤功能的车载控制器、电子罗盘，由此使得所有交通信号灯和汽车都有独立电子身份证，将交通信号灯作为网关，形成交通信号灯为中心、各汽车为网络节点的交通信号灯信号发射范围内的局域网络系统，进入信号发射范围的车辆与该范围中心的交通信号灯在局域网络系统范围实现信息共享。

进一步的，所述路口为十字路口、丁字路口或人行横道斑马线路口。

进一步的，信号灯设置的自身传感器为摄像头或雷达，信号灯控制器和车载控制器均具有无线发射模块。

进一步的，所述汽车设置显示屏、和智能语音提示系统，并通过配置ADAS先进驾驶辅助系统具有自动限速功能。

一种交通控制方法，其特征在于基于上述的交通灯信号及车载信号一体化收发系统，车辆到达交通信号灯设定的信号发射范围内，车载控制器接收到信号灯控制器发射的信号后，将自己的位置及相关车辆信息发送给信号灯控制器，信号灯控制器接收车辆信号后，与信号灯上的自身传感器信号融合，核算出每个车道上车辆数量的多少，最终做出红灯和绿灯时间长短决策。

进一步的，汽车到达交通信号灯信号发射范围内时，位于信号灯上的信号灯控制器负责采集十字路口的当前交通信号灯状态数据，并利用无线发射模块以广播的形式发送给该十字路口设定范围内的车辆；当汽车驶入十字路口之前，位于车上的车载控制器信号接收模块接收到当前交通信号灯状态数据，车载电子罗盘判定汽车行驶的方向；车载控制器根据汽车行驶方向对接收到的交通信号灯状态信息进行筛选，筛选出与行驶方向一致的交通信号灯状态信息并将其在驾驶舱内的显示屏上显示，并且通过智能语音提示系统提示，驾驶员根据此语音和显示决定是否通过前方道口。

进一步的，特种车辆的车载控制器设置区别于普通车的特种车辆标志编码，当特种车辆到达交通灯附近，信号灯控制器接收到特种车辆标志编码，信号灯控制器给予该编码发送最高级优先通过指令，调整红绿灯设置方式，保证特种车辆优先通过。

进一步的，当车辆具有限速功能时，当车辆驶入路口时，车载控制器接收到信号灯发射的信号后，配合车辆具有的ADAS先进驾驶辅助系统集成交通路口智能限速功能，不论车辆以多大的速度驶入路口，都将其最高车速限定到道路限速范围内，如果前方为绿灯，则汽车正常通行；如红灯即将亮起，系统介入主动刹车直至汽车在停止线内停住，从而彻底杜绝“抢红灯”这一危险驾驶行为的发生。

进一步的，信号灯控制器和车载控制器的处理器均采用飞思卡尔57系列芯片，信号灯控制器和车载控制器的通信系统根据距离远近选用蓝牙、WiFi、DSRC技术。

本发明的有益效果是：一是本交通灯具有实时改变信号灯控制，可根据道路某方向车辆数量的多少，改变红绿灯时间长短。二是车辆在驶入交通路口时会接收到来自红绿灯一端发送的信号，驾驶员可通过车内显示设备知晓当前红绿灯状态，依据智能提醒的红绿灯状态决策是否继续通过交通路口。这样可以避免因大车遮挡视线或低能见度造成误闯红灯，同时可增加通行效率。三是红绿灯路口的智能限速，如果行车前方为绿灯，则将车速控制在道路限速范围内通过路口，保证安全；尤其是当交通灯检测到有行人闯红灯时，交通灯提前给车辆一个信号，使其速度降下来；如果行车前方红灯即将亮起，车辆自动减速停车，避免“抢红灯”这一危险驾驶行为的发生。四是信号灯能识别警车、救护车、消防车等特种车辆，这些车辆在拉响警报执行任务时，交通灯发射信号能将路口其它车辆限停，此时只允许特种车辆快速通过，短时间内既不影响交通通行效率，又有利于救援。使用本发明的系统和方法，把天气、视线、车辆、人为因素等干扰对路口车辆通行效率的影响降到最低，同时大大增加了交叉路口的安全性。

附图说明

图1为本发明交通灯信号及车载信号的发射与接收系统布局设置示意图。

图2为本发明布局设置和流程示意图。

图3为本发明方法的流程框图。

图4为本发明所基于的通讯技术DSRS通信系统模型。

具体实施方式

根据本发明实施的交通灯信号及车载信号一体化收发系统如图1、2和4所示，以路口的交通信号灯为中心，在交通信号灯上设置自身传感器、和一个具有信号采集与发射功能的信号灯控制器，在各汽车上设置具有信号发射与接收并具有过滤功能的车载控制器、电子罗盘，由此使得所有交通信号灯和汽车都有独立电子身份证，将交通信号灯作为网关，形成交通信号灯为中心、各汽车为网络节点的交通信号灯信号发射范围内的局域网络系统，进入信号发射范围的车辆与该范围中心的交通信号灯在局域网络系统范围实现信息共享。

信号灯控制器和车载控制器的处理器均采用恩智浦公司高性能芯片MPC5604，成本允许可采用飞思卡尔57系列芯片，以满足强大的数据处理。信号灯自身传感器用以色列mobile eye作为摄像头，获取道路信息。还可配以大陆或博世的雷达以辅助，增加信息的完整性。如图4所示通信系统使用DSRC技术，即Dedicated Short Range Communications(专用短程通信技术)，传输速率高达27Mbps，信号延时小于50ms，保证长距离，低干扰、高可靠性通信。图4中车载单元（OBU）与路边架设路测单(RSU) 相互之间通过微波进行通讯，还可以通过网关将汽车和路侧单元的数据和状态传至互联网，实现远距离和多个车辆信息共享。

如图3的流程方法图。实现红灯和绿灯时间的实时控制方法为：所有车辆到达交通信号灯信号发射范围内，车载接受系统接收到交通灯信号后，将自己的位置及相关车辆信息发送给交通灯，交通灯接收车辆信号后，与自身传感器（如摄像头）信号融合，核算出每个车道上车辆数量的多少，最终做出红灯和绿灯时间长短决策。具体流程为：

当交通灯接收到东西方向汽车发射信号，记录当前东西方向车辆数量；当交通灯接收到南北方向汽车发射信号，记录当前南北方向车辆数量；判断模块根据来车方向判断后做出红灯和绿灯时间长短决策：

如果判断东西方向灯亮，由东西方向车量计算红绿灯时间，此时，东红灯灭，东绿灯亮，西红灯亮，西绿灯亮，北红灯辆，北绿灯灭，南红灯亮，北绿灯灭；

如果判断南北方向灯亮，由南北方向车量计算红绿灯时间，此时，

北红灯灭，北绿灯亮，南红灯灭 ，北绿灯亮，东红灯亮 ，东绿灯灭，西红灯亮，西绿灯灭。

汽车到达交通信号灯信号发射范围内时，位于红绿灯上的控制器负责采集十字路口当前交通信号灯状态数据（如下表1红绿灯状态编码），并利用无线发射模块以广播的形式发送给该十字路口一定范围内的车辆。

表1

状态	红灯	绿灯	黄灯
				编码	10	01	11

如图3流程所示车辆的自身控制方法为：当汽车驶入十字路口，位于车上的信号接收模块能够接收到当前交通信号灯状态数据，车载电子罗盘能够准确判定汽车行驶的方向。车载控制器根据汽车行驶方向对接收到的交通信号灯状态信息进行筛选（如下表2红绿灯方位编码），筛选出与行驶方向一致的交通信号灯状态信息并将其在驾驶舱内的小屏幕上显示，并且在车内配备智能语音提示系统，驾驶员根据此信号决定是否通过前方道口。

表2

单独指向	自西向东	自东向西	自北向南	自南向北
					方位码	1000	0100	0010	0001
组合指向	自东南向西北	自东北向西南	自西南向东北	自西北向东南
					方位码	0101	0110	1001	1010

车载接收系统接收到信号灯发射的信号后，配合车辆具有的ADAS先进驾驶辅助系统，还可以集成交通路口智能限速功能。即不论车辆以多大的速度驶入路口，都将其最高车速限定到道路限速范围内，如果前方为绿灯，则汽车正常通行；如红灯即将亮起，系统介入主动刹车直至汽车在停止线内停住，从而彻底杜绝“抢红灯”这一危险驾驶行为的发生。

对于救护车、消防车等特种车辆，在拉响警报执行任务时，会主动向交通灯发射信号，交通灯给予最高优先级，将十字路口其他车辆限停，保证特种车辆所在道路畅通。此功能需要给予特种车辆特殊编码（消防车辆标志、救护车辆标志、警车标志），在检测到特殊编码时，中断优先级给予最高级，以区别普通车辆。软件实现部分包括红绿灯状态识别方案，红绿灯信号、车辆信号的发射与接收驱动程序以及位于车载控制器的信号过滤与解析策略。由此，信号灯能识别警车、救护车、消防车等特种车辆，这些车辆在拉响警报执行任务时，交通灯发射信号能将路口其它车辆限停，此时只允许特种车辆快速通过，短时间内既不影响交通通行效率，又不影响救援。

采用Freescale32位微处理器最为常用的开发工具CodeWarrior DevelopmentStudio作为此发明核心技术——控制策略的开发和调试平台。CodeWarrior开发工具是完整的集成开发环境，它具有高度可视性和自动的框架 帮助加速最复杂的嵌入式应用开发。

以上所有控制策略及精细算法可以先进行模型搭建，最终实现从理论研究到实际验证，最后用于市场。通过本发明，可以很好的实现红绿灯时间的控制，以及路口车辆智能限速功能。对于程序给定的优先特种车辆，交通灯能准确识别，控制其通过。本发明的演示作品采用蓝牙通信技术，以广播模式实现数据收发。可以选择的，本领域技术人员也能通过其他可替代技术实现广播模式实现数据收发。

Claims (9)

1.一种交通灯信号及车载信号一体化收发系统，其特征在于以路口的交通信号灯为中心，在交通信号灯上设置自身传感器、和一个具有信号采集与发射功能的信号灯控制器，在各汽车上设置具有信号发射与接收并具有过滤功能的车载控制器、电子罗盘，由此使得所有交通信号灯和汽车都有独立电子身份证，将交通信号灯作为网关，形成交通信号灯为中心、各汽车为网络节点的交通信号灯信号发射范围内的局域网络系统，进入信号发射范围的车辆与该范围中心的交通信号灯在局域网络系统范围实现信息共享。

2.根据权利要求1所述的交通灯信号及车载信号一体化收发系统，其特征在于所述路口为十字路口、丁字路口或人行横道斑马线路口。

3.根据权利要求1所述的交通灯信号及车载信号一体化收发系统，其特征在于信号灯设置的自身传感器为摄像头或雷达，信号灯控制器和车载控制器均具有无线发射模块。

4.根据权利要求1所述的交通灯信号及车载信号一体化收发系统，其特征在于所述汽车设置显示屏、和智能语音提示系统，并通过配置ADAS先进驾驶辅助系统具有自动限速功能。

5.一种交通控制方法，其特征在于基于上述权利要求1-4任一项所述的交通灯信号及车载信号一体化收发系统，车辆到达交通信号灯设定的信号发射范围内，车载控制器接收到信号灯控制器发射的信号后，将自己的位置及相关车辆信息发送给信号灯控制器，信号灯控制器接收车辆信号后，与信号灯上的自身传感器信号融合，核算出每个车道上车辆数量的多少，最终做出红灯和绿灯时间长短决策。

6.根据权利要求5所述的交通控制方法，其特征在于汽车到达交通信号灯信号发射范围内时，位于信号灯上的信号灯控制器负责采集十字路口的当前交通信号灯状态数据，并利用无线发射模块以广播的形式发送给该十字路口设定范围内的车辆；当汽车驶入十字路口之前，位于车上的车载控制器信号接收模块接收到当前交通信号灯状态数据，车载电子罗盘判定汽车行驶的方向；车载控制器根据汽车行驶方向对接收到的交通信号灯状态信息进行筛选，筛选出与行驶方向一致的交通信号灯状态信息并将其在驾驶舱内的显示屏上显示，并且通过智能语音提示系统提示，驾驶员根据此语音和显示决定是否通过前方道口。

7.根据权利要求5所述的交通控制方法，其特征在于特种车辆的车载控制器设置区别于普通车的特种车辆标志编码，当特种车辆到达交通灯附近，信号灯控制器接收到特种车辆标志编码，信号灯控制器给予该编码发送最高级优先通过指令，调整红绿灯设置方式，保证特种车辆优先通过。

8.根据权利要求5所述的交通控制方法，其特征在于当车辆具有限速功能时，当车辆驶入路口时，车载控制器接收到信号灯发射的信号后，配合车辆具有的ADAS先进驾驶辅助系统集成交通路口智能限速功能，不论车辆以多大的速度驶入路口，都将其最高车速限定到道路限速范围内，如果前方为绿灯，则汽车正常通行；如红灯即将亮起，系统介入主动刹车直至汽车在停止线内停住，从而彻底杜绝“抢红灯”这一危险驾驶行为的发生。

9.根据权利要求5所述的交通控制方法，其特征在于信号灯控制器和车载控制器的处理器均采用飞思卡尔57系列芯片，信号灯控制器和车载控制器的通信系统根据距离远近选用蓝牙、WiFi、DSRC技术。