CN110164162B - 一种特种车辆精细化引导系统及通行方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种特种车辆精细化引导系统及通行方法，道路环境存储系统、车载引导系统、后台系统、信息处理系统、路段监控系统、GPS定位系统及信号调控系统；本公开考虑特种车辆基于不同时段的道路环境因素所产生的比例折减系数，计算各初选的总行程路线延误时间，从而规划出最优总行程行驶路线；本公开考虑基于社会车辆的物理及客观避让条件规划子路线行驶路线，基于特种车辆在子路段行驶的微观延误时间、社会车辆避让时间及启动、加速、消散时间的精细化信号配时方案，基于子路段行驶路线实况行驶情景还原，从特种车辆实现精确引导和社会车辆实现精确避让方面着手，从而降低特种车辆在执行任务中所产生的延误，为快速抢救增添一份保障。

Description

一种特种车辆精细化引导系统及通行方法

技术领域

本公开涉及车辆引导技术领域，特别是涉及一种特种车辆精细化引导系统及 通行方法。

背景技术

随着我国经济发展迅速崛起，城市交通压力日趋严重，道路资源与交通量 呈现不匹配的状况，导致特种车辆执行紧急任务时因交通堵塞而无法快速到达 施救点，根据《中华人民共和国道路交通安全法》第五十三条规定：特种车辆(警 车、消防车、救护车、工程救险车)在执行紧急任务时，享有道路通行优先权， 可以使用警报器、标志灯具。在确保安全的前提下，不受行驶路线、行驶方向、 行驶速度和信号灯的限制，其他车辆和行人应当让行，前车为正在执行紧急任 务的特种车时，同方向的社会车辆应当减速行驶，不得加速并行、穿插、超越。 然而实际情况则是，一方面由于特种车辆在执行紧急任务享有最高道路通行优 先权，出现了特种车辆驾驶员因无法正确判断当前道路行驶环境，导致错误驶 入路况水平低下路段，使行程时间大大延长；同时，另一方面由于法律条文中 并未对社会车辆如何让行做出明确规定，导致社会车辆驾驶员在遭遇特种车辆 时无法及时并准确避让特种车辆，导致特种车辆在执行任务时行程时间进一步 延长，失去了宝贵的救急时间，给社会带来了无可挽回的损失。因此，降低特 种车辆在执行任务中所产生的延误，不仅要从特种车辆着手实现精确引导，更 要对社会车辆传达精确的避让信息。

申请号为“201110032833.2”的为特种车辆提供优先信号的控制系统和方 法的发明专利，特种车辆经过路口时，系统能将特种车辆行驶方向上的信号灯 自动置成绿灯。通过将特种车辆位置的经纬度坐标信息和路口中心位置的经纬 度坐标信息对比，确定特种车辆将是否经过该路口，而后自动将该路口的信号 灯置成绿灯。

申请号为“201510636208.7”的一种基于V2I的特种车辆专用路线规划方 法发明专利，采用V2I技术接收特种车辆应急请求，采集与路测单元以V2I通 信方式连接的特种车辆及特种车辆前进方向上预设范围内的若干车辆的运动状 态数据，运动状态数据包括经纬度信息和速度信息；规划出特种车辆和多个车 辆的行车车道及行车速度，并分别发送规划的信息给对应的车辆。在预设时间 后，监测特种车辆和多个车辆是否各自按照规划的车道和车速行驶。

申请号为“201610280048.1”的一种基于车联网的特种车辆通行方法和系 统的发明专利，采用车联网技术确定目标特种车辆的目标地点，实时确定到所 述目标地点的路线中，拥堵程度小于第一预设阈值的路线中距离最近的路线， 作为当前的目标路线，将所述目标特种车辆的即将通过的消息以预设方式向当 前的目标路线中各道路上的社会车辆进行广播。

发明人发现，当前专利文献中多考虑到特种车辆的总体行驶路线行驶、绿灯 信号相位调控固定、实时调控及社会车辆避让路线规划，以此来解决特种车辆 实际行驶中遭遇拥堵的问题。但未考虑特种车辆到达路口时的精确时间计算， 忽视特种车辆在行程过程中因与社会车辆混行而导致的减速延误，单纯考虑特 种车辆至路口的距离，固定的调整开启绿灯的时刻，缺乏时效性。

另外，当前专利文献未考虑社会车辆的提前避让时间及有效避让条件，单纯 要求社会车辆进行避让，既忽视社会车辆的避让延误时间，且忽视社会车辆的 物理及心理客观避让条件，导致特种车辆在规划计算中产生误差。

同时，当前专利文献未考虑特种车辆在行车环境中大型出入口数量、中央隔 离栏状况、机非隔离栏状况、非机动车小时流量、车外温度、绿化带状况、警 笛噪声及特种车辆驾驶员任务次数等因素对特种车辆驾驶员在驾驶心理中的影 响，单纯考虑当前路线的拥堵程度难以精准的降低行车延误。

发明内容

本说明书实施方式的目的是提供一种特种车辆精细化引导系统，用于降低 特种车辆在执行紧急任务时所产生的行程延误时间，以最大限度保障特种车辆 快速、安全的到达施救点。

本说明书实施方式提供一种特种车辆精细化引导系统，通过以下技术方案 实现：

包括：

道路环境存储系统、车载引导系统、后台系统、信息处理系统、路段监控 系统、GPS定位系统及信号调控系统；

所述道路环境存储系统被配置为：将设定区域内与道路环境相关的参量进 行存储并定期更新，并将对应日期分类的各时段的各参量的实时数目转化为对 应日期分类的各参量各时段的比例折减系数；

所述后台系统被配置为：获取施救点位置并在特种车辆行驶时刻选取当前 时段内各参量比例折减系数，依据当前时段内各参量比例折减系数决策得到最 优总行程行驶路线并发送至车载引导系统；

所述车载引导系统被配置为：根据最优总行程行驶路线及信息处理系统发 送的特种车辆总行程行驶路线中的子路段行驶路线引导特种车辆行驶，并发送 避让请求及及精确避让方法至社会车辆；

所述路段监控系统被配置为：获取特种车辆驶入当前路段前此路段的社会 车辆分布状况及各社会车辆所对应的车辆种类信息，并配合GPS定位系统实现 道路环境实况模拟情景，并结合所述信息处理装置判断当前子路段的社会车辆 是否满足物理避让条件及客观避让条件；

所述信号调控系统被配置为：接收所述信息处理系统决策得出的特种车辆 通过当前子路段的绿灯信号配时方案，用于根据所述信息处理系统计算出的绿 灯信号配时方案对特种车辆通过当前子路段的信号机发送切换为所述绿灯信号 配时方案请求，以保障特种车辆能够快速通过当前子路段。

信息处理系统，接收所述GPS定位系统、所述路段监控系统所获取的信息， 在特种车辆通行子路段方向道路中心线起点处建立平面直角坐标系，以获取当 前路段内各社会车辆的车辆最前点及最后点坐标值，并对特种车辆总行驶路线 的各子路段的各社会车辆进行分车道编号，以此分析当前路段内的各社会车辆 间的间距是否满足物理避让条件，根据当前地区的社会车辆文明礼让特种车辆 概率状况分析当前路段内的各社会车辆是否满足客观避让条件，最终计算得到 当前路段内的各社会车辆是否满足物理及心理客观条件及其避让时间t_avoid，决 策得到可避让社会车辆数目最大车道m作为特种车辆通过当前子路段行驶路线， 将所述子路段行驶路线信息及所述车道m满足避让条件的社会车辆避让方法发 送给所述车载引导系统。

GPS定位系统，获取特种车辆总行驶路线的各子路段内各社会车辆的地理信 息位置及车辆实时速度，用于配合所述路段监控系统还原社会车辆实况模拟行 驶场景，以此结合所述信息处理系统判断当前子路段的社会车辆是否满足物理 避让条件。

本说明书实施方式提供一种特种车辆精细化引导方法，通过以下技术方案 实现：

包括：

利用道路环境存储系统对当前地区各路段道路环境相关的参量分别记录， 按照工作日、节假日、双休日分类分别进行对应日期分类的分时段储存及定期 更新，对各参量折减计算得到对应日期分类的一天中各时段内的各参量比例折 减系数；

后台系统根据当前特种车辆任务日期及时刻调用所述道路环境存储系统的 对应日期分类及对应储存时段的各参量比例折减系数数据，同时所述后台系统 结合施救点的地理位置信息获得特种车辆从施救单位至施救点的最优总行程行 驶路线，发送至对应执行当前任务的所述特种车辆车载引导系统；

车载引导系统引导特种车辆据最优总行程行驶路线行驶；

特种车辆开始移动时刻信息处理系统、路段监控系统、GPS定位系统、信号 调控系统开启；

路段监控系统和所述GPS定位系统相配合实现最优总行程行驶路线第一子 路段实景还原，同时信息处理系统对第一子路段沿道路中心线起点处A点建立 平面直角坐标系及其对路段内的各社会车辆进行编号和前后相邻的社会车辆最 前点与最后点数值差计算获取避让信息；

信息处理系统，接收所述GPS定位系统、所述路段监控系统所获取的信息， 分析当前路段内的各社会车辆间的间距是否满足物理避让条件及是否满足客观 避让条件，最终计算得到当前路段内的各社会车辆是否满足物理及心理客观条 件及其避让时间t_avoid，决策得到可避让社会车辆数目最大车道m作为特种车辆 通过当前子路段行驶路线，将所述子路段行驶路线信息及所述车道m满足避让 条件的社会车辆避让方法发送给所述车载引导系统；

信息处理系统根据从子路段A点至完全通过当前路段所需时间计算该特种 车辆通行当前子路段的信号配时方案并判断是否需要发送切换为绿灯信号配时 方案请求，以保障特种车辆能够快速通过当前子路段。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

(1)本公开考虑特种车辆在总行程过程中由于道路环境因素所产生的延 误，如大型出入口数量、中央隔离栏状况、机非隔离栏状况、非机动车流量、 车外温度、绿化带状况、警笛噪声及特种车辆驾驶员任务次数等因素，通过道 路环境存储系统对当前地区的所述因素进行实时统计并对各参量进行比例折 算，得到工作日、节假日和双休日的一天中各时段内的各参量比例折减系数， 根据特种车辆任务时间调用对应日期及对应时段的各参量的比例折减系数，从 而对每一条粗选路线所需的理论通行时间，折减计算各总行程路线的路线延误 时间，并判断各总行程行驶路线是否为延误最小值，最终在特种车辆任务开始时刻决策得到最优总行程行驶路线，使特种车辆在总行程中的延误时间总体降 低，各影响参量的分日期及分时段的比例折减计算和对应日期及对应时段的调 用，从而计算总行程延误时间。

(2)本公开考虑特种车辆行驶至各路段时的实况行驶情景还原，即通过GPS 定位系统获取特种车辆即将行驶至该路段内的各社会车辆的实时位置及实时车 速，借助视频监控系统对当前路段内的各社会车辆车长进行估算，从而还原得 到当前路段内的各社会车辆模拟实景行驶状况，以此通过建立当前路段的直角 坐标系对各前后两社会车辆的车间距实时计算，得到当前路段内各社会车辆间 的实时间距X，配合信息处理系统计算社会车辆是否满足物理避让条件，降低系 统计算强度，简化计算，避免利用车载GPS定位无法精确获取社会车辆间的实 况间距的问题，利用GPS和路段监控系统的车辆模拟驾驶实景还原。

(3)本公开考虑社会车辆的客观避让条件和精确物理避让条件的双重计算 及社会车辆精确避让方法，在特种车辆最优总行程行驶路线确定的情况下，当 特种车辆行驶至各路段前对当前路段内的各社会车辆进行精确避让引导，通过 信息处理系统分析当前路段内的各社会车辆间的间距是否满足物理避让条件， 根据当前地区的社会车辆文明礼让特种车辆概率状况分析当前路段内的各社会 车辆是否满足客观避让条件，最终计算得到当前路段内的各社会车辆是否满足 物理及心理客观条件，以判断社会车辆的避让可能，并确定避让数目最大值的 所在车道作为特种车辆在当前路段的子行驶路线，准确计算社会车辆的避让时 耗，在特种车辆到达当前子路段前更为合理的向满足避让条件的社会车辆发送 避让请求及准确的避让方法，从而进一步降低特种车辆在最优总行程行驶路线 中的子路段延误时间，社会车辆的客观避让条件和精确物理避让条件的双重计 算及社会车辆精确避让方法。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公 开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例子的特种车辆总行程行驶路线引导工作流程；

图2为本公开实施例子的特种车辆子路段路线引导工作流程；

图3为本公开实施例子的特种车辆子路段信号配时工作流程；

图4为本公开实施例子的特种车辆子路段信号配时说明图；

图5为本公开实施例子的社会车辆避让物理条件计算说明图；

图6为本公开实施例子的子路段内社会车辆编号说明图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。 除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的 普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图 限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确 指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说 明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器 件、组件和/或它们的组合。

实施例子一

该实施例公开了一种特种车辆精细化引导系统，道路环境存储系统、车载 引导系统、后台系统、信息处理系统、路段监控系统、GPS定位系统、信号调控 系统。

在具体实施例子中，特种车辆总行程行驶路线引导工作流程参见附图1所 示，道路环境存储系统：统计、储存并定期更新当前地区内各路段内的大型出 入口数量N₁、中央隔离栏状况N₂、机非隔离栏状况N₃、非机动车小时流量N₄、 车外温度N₅、绿化带状况N₆、警笛噪声N₇及特种车辆驾驶员任务次数N₈，将上 述各时段的各参量的实时数目转化为各参量各时段的比例折减系数。

各参量比例折减系数计算公式如下：

p_i——各参量各时段产生的最大延误程度比率；

n_i——各参量各时段的比例折减系数；

N_i——各参量各时段的实时数目；

B_i——各参量各时段的数目最大值。

在具体实施例子中，后台系统，获取施救点位置、指派特种车辆、确定特 种车辆最优总行程行驶路线，获取施救点的地理信息后，指派距离施救点最近 的应急避险部门的特种车辆执行，同时在特种车辆行驶时刻，选取对应日期及 对应时段的各参量比例折减系数n_i，假定特种车辆以总行程行驶路线行驶并使其 时速保持在病人或设备安全且道路行驶安全的最优速度V_优下行驶，计算此过程 所需的理论行程时间T_n，对特种车辆总行程行驶路线的理论行驶时间进行折减 计算，确定各总行程行驶路线是否为经比例折减系数计算后的最小总行程行驶 延误时间min(T′_n)，从而决策得到最优总行程行驶路线T′_n。

特种车辆总行程各行驶路线所需理论行驶时间，计算公式如下：

T_n——特种车辆总行程各行驶路线所需理论行驶时间；

L_n——特种车辆总行程各行驶路线所需路程；

V_优——特种车辆以保证病人或设备安全且道路行驶安全的最优速度。

折减计算后的特种车辆总行程各行驶路线的延误时间，计算公式如下：

T′_n＝T_n(n₁×n₂×n₃×n₄×n₅×n₆×n₇×n₈) (3)

T_n——特种车辆总行程各行驶路线的延误时间；

T_n——特种车辆总行程各行驶路线所需理论行驶时间；

n₁——特种车辆总行程行驶路线大型出入口比例折减系数；

n₂——特种车辆总行程行驶路线中央隔离栏比例折减系数；

n₃——特种车辆总行程行驶路线机非隔离栏比例折减系数；

n₄——特种车辆总行程行驶路线非机动车小时流量比例折减系数；

n₅——特种车辆总行程行驶路线车外温度比例折减系数；

n₆——特种车辆总行程行驶路线绿化带比例折减系数；

n₇——特种车辆总行程行驶路线警笛噪声比例折减系数；

n₈——特种车辆总行程行驶路线特种车辆驾驶员任务次数折减系数。

在具体实施例子中，特种车辆子路段路线引导工作流程参见附图2所示。

车载引导系统：包括车载显示器、车载语音提示引导装置和车载无线传输 装置，所述车载无线传输装置和显示器用于接收并显示所述后台系统决策出的 特种车辆最优总行程行驶路线和所述信息处理系统发送的特种车辆总行程行驶 路线中的子路段行驶路线，所述车载语音提示引导装置引导特种车辆驾驶员据 总行程行驶路线、各子路段行驶路线行驶，所述车载无线传输装置向满足避让 条件且在特种车辆即将驶入的子路段的社会车辆避让数目最大值所对应的车道 中的社会车辆在T₀+t₀-t_avoid发送避让请求及精确避让方法。

在具体实施例子中，路段监控系统，获取特种车辆驶入各子路段的社会车 辆分布状况及所对应的各车辆种类信息，监控特种车辆总行驶路线的各子路段 的社会车辆的车辆种类，以确定特种车辆总行驶路线的各子路段内各社会车辆 所对应的车辆尺寸，配合GPS定位系统实现道路环境实况模拟情景，并结合所 述信息处理系统判断当前子路段的社会车辆是否满足物理避让条件。

在具体实施例子中，GPS定位系统，获取特种车辆总行驶路线的各子路段内 各社会车辆的地理信息位置及车辆实时速度，用于配合所述路段监控系统还原 社会车辆实况模拟行驶场景，以此结合所述信息处理系统判断当前子路段的社 会车辆是否满足物理避让条件。

在具体实施例子中，信息处理系统，接收所述GPS定位系统、所述路段监 控系统所获取的信息，在特种车辆通行子路段方向道路中心线起点A处建立平 面直角坐标系，以获取当前路段内各社会车辆的车辆最前点及最后点坐标值， 并对特种车辆总行驶路线的各子路段的各社会车辆进行分车道编号，以此分析 当前路段内的各社会车辆间的间距是否满足物理避让条件，根据当前地区的社 会车辆文明礼让特种车辆概率状况分析当前路段内的各社会车辆是否满足客观 避让条件，最终计算得到当前路段内的各社会车辆是否满足物理及心理客观条 件及其避让时间t_avoid，决策得到可避让社会车辆数目最大车道m作为特种车辆 通过当前子路段行驶路线，将所述子路段行驶路线信息及所述车道m满足避让条件的社会车辆避让方法发送给所述车载引导系统；

特种车辆通行的当前子路段内各社会车辆物理条件计算公式如下：

取S_1-1社会车辆最前点B(X_1-1，Y_1-1)，S_1-2社会车辆最后点 C(X_1-2，Y_1-2)

X_n-(n-1)-n＝Δy＝Y_1-1-Y_1-2 (4)

X_n-(n-1)-n——第n条车道的第n辆社会车辆与第n-1辆社会车辆间的车辆 间距

Δy——前车最后点纵坐标与后车最前点纵坐标之差；

Y_1-1——后车最前点纵坐标数值；

Y_1-2——前车最前点纵坐标数值。

特种车辆通行的当前子路段内各社会车辆客观条件计算公式如下：

经过对该地区采取广泛的问卷调查，统计该地区驾驶员发生及时避让特种 车辆的行为概率P₁。

P₁——社会车辆满足避让客观条件的概率；

u——该地区社会车辆驾驶员能做到及时避让特种车辆的人数；

U_总——调查的该地区社会车辆驾驶员总数。

在特种车辆到达最优总行程行驶路线中的某子路段起点时刻时，由所述GPS 定位系统和所述路段监控系统获取的社会车辆及特种车辆实时车速和行驶位移 信息，计算特种车辆通过当前路段的理论行驶时间t₂、特种车辆各段减速所产生 的延误时间总和ΔT_微观延误、特种车辆与无法满足避让条件的社会车辆产生最小 跟驰行为的理论时间t₁、特种车辆从当前子路段起点到达下一交叉口停车线的直 线距离行驶实际所用时间t_A-停车线及当前子路段内红灯时段停车线前停车等待 的社会车辆的消散时间T_消散，以此决策得到特种车辆通行的当前子路段的绿灯 配时方案，并将所述绿灯配时方案发送给当前特种车辆通行子路段的信号调控 系统，以实现进行更加精细化的信号调控及特种车辆快速通行引导。

信号调控系统接收所述信息处理系统决策得出的特种车辆通过当前子路段 的绿灯信号配时方案，用于根据所述信息处理系统计算出的绿灯信号配时方案 对特种车辆通过当前子路段的信号机发送切换为所述绿灯信号配时方案请求， 以保障特种车辆能够快速通过当前子路段。

实施例子二

该实施例子公开了一种特种车辆精细化引导系统的通行方法，包括：

步骤一：所述道路环境存储系统，对当前地区各路段分别记录其大型出入 口数目N₁、中央隔离栏状况N₂、机非隔离栏状况N₃、非机动车小时流量N₄、车 外温度N₅、绿化带状况N₆、警笛噪声N₇及特种车辆驾驶员出勤平均次数N₈进行 分时段储存及定期对上述各信息进行更新，对各参量进行式(1)的折减计算得 到一天中各时段内的各参量比例折减系数n₁、n₂、n₃、n₄、n₅、n₆、n₇、n₈。 假设特种车辆任务出行时刻为T₀，所述后台系统根据当前特种车辆任务时刻T₀调用对应储存时段的各参量的比例折减系数，从而对每一条特种车辆总行程行驶路线所需的理论通行时间，折减计算各总行程路线的路线延误时间。

步骤二：假设特种车辆任务出行时刻为T₀并以保证病人或设备安全且道路 行驶安全的最优速度V_优行驶，所述后台系统根据当前特种车辆任务时刻T₀调用 所述道路环境存储系统的对应储存时段的各参量比例折减系数数据，同时所述 后台系统通过求救人的电话信息确定施救点的地理位置信息，同时基于施救点 的地理位置信息确定距离最近的施救单位，以距离最近为原则确定特种车辆各 总行程行驶路线L₁、L₂、L₃、L₄……L_n，并将所述后台系统调用的所述对应时 段的各参量比例折减系数数据进一步调用对应所述特种车辆各总行程行驶路线 的各参量比例折减系数数据；所述后台系统据式(2)计算特种车辆各总行程行 驶路线所需的理论行驶时间T₁、T₂、T₃、T₄……T_n同时将所述后台系统调用的 对应各总行程行驶路线的各参量比例折减系数及各路线的理论行驶时间据式 (3)计算特种车辆总行程各行驶路线的延误时间T′_n，优选各总行程行驶路线延 误时间最小值min(T′_n)所对应的特种车辆总行程行驶路线L，作为特种车辆从施 救单位至施救点的最优总行程行驶路线L。

步骤三：所述后台系统将所述最优特种车辆总行程行驶路线L发送至对应 执行当前任务的所述特种车辆车载引导系统，所述车载引导系统中的车载无线 传输装置开启并接收所述最优特种车辆总行程行驶路线L信息，此时特种车辆 于时刻T₀执行任务。所述车载引导系统的车载语音提示引导装置及车载显示器 开启，引导特种车辆驾驶员据最优特种车辆总行程行驶路线L行驶。

步骤四：特种车辆开始移动时刻所述信息处理系统、所述路段监控系统、 所述GPS定位系统、所述信号调控系统开启，所述路段监控系统和所述GPS定 位系统对最优特种车辆总行程行驶路线L中第一子路段内的各社会车辆实时车 速、地理信息位置及车长信息，以实现该路段实景还原；同时所述信息处理系 统对所述最优特种车辆总行程行驶路线L中第一子路段沿道路中心线起点处A 点建立平面直角坐标系及其对路段内的各社会车辆进行编号和前后相邻的社会 车辆最前点与最后点数值差计算，子路段内社会车辆编号说明图参见附图6所 示。

所述最优特种车辆总行程行驶路线L中第一子路段沿道路中心线起点处A 点建立平面直角坐标系，具体为以图6所示路段中心线起点A处为原点，以沿 该路段特种车辆行驶方向为Y轴，以垂直特种车辆行驶方向为X轴，建立如图6 中所示的平面直角坐标系。

所述该路段内各社会车辆编号和前后相邻的社会车辆最前点与最后点数值 差计算，具体为在该路段内规定特种车辆行驶方向一侧从道路中心线起车道编 号依次为S₁、S₂、S₃、S₄……S_n，每条车道内的社会车辆从道路中心线起点起依 次编号

S_1-1表示从道路中心线起的第一条车道的第一辆社会 车辆,并规定特种车辆行驶方向一侧从道路中心线起各车道的各社会车辆在Y轴 方向的车辆间距，编号为

其中X_1-1-2表示为第一 条车道的第一辆社会车辆与第二辆社会车辆间的车辆间距，其中所述路段监控 系统配合前后相邻的社会车辆最前点与最后点坐标数值X_n-(n-1)-n据式(4)计 算，社会车辆避让物理条件计算说明图参见附图5所示。

步骤五：所述信息处理系统根据所述路段监控系统及所述GPS定位系统还 原的该子路段社会车辆实况行驶场景计算该子路段各车道的前后相邻的社会车 辆的最前点与最后点X_n-(n-1)-n后，据式(6)判断Δy是否大于当前空隙的周围 车道中最近的社会车辆的车长l′，为保证该社会车辆能够安全快速加塞进入最 近空隙，保险起见，故判断Δy是否大于等于l′+l_冗余量；若满足条件则判定当 前子路段中距此空隙最近的该社会车辆满足物理避让条件，反之不满足物理避 让条件，判断其他空隙是否满足距空隙最近的社会车辆加塞条件，依次循环进 行。

Δy≥l′+1_冗余量 (6)

Δy——社会车辆前车最后点与后车最前点纵坐标差值的绝对值

l_冗余量——与加塞空隙最近的社会车辆的加塞冗余量

l′——与加塞空隙最近的社会车辆的车辆长度

步骤六：所述信息处理系统若判断据当前子路段中此空隙最近的社会车辆 满足物理避让条件则进一步据式(5)判断该社会车辆是否满足客观避让条件， 若满足条件则认为该社会车辆满足客观避让条件及物理避让条件，记录该社会 车辆及其所在车道，若不满足条件，则认为该社会车辆不满足客观避让条件， 即不满足避让条件，依次判断其他社会车辆是否满足所述条件。所述信息处理 系统统计当前子路段各车道中满足避让条件的社会车辆总数，分别为 M₁、M₂、M₃……M_n取最大值max(M_n)，即车道N中满足避让条件的社会车辆数目最多，以此确定车道N为特种车辆最优总行程行驶路线的子路段行驶路 线；所述信息处理系统在确定当前子路段行驶路线后，GPS定位系统对可加塞空 隙间的前后两社会车辆的瞬时车速进行读取，分别为v_前、v_后。所述车载引导系 统向特种车辆发送信息：“请在前方路段按第N车道行驶”；向前后两社会车 辆发送信息：“请保持车速与跟车距离”；向车道N中满足避让条件的社会车 辆发送信息：“请以v_后速度向指定一侧避让后方特种车辆”，完成最大避让空 间用时t_avoid，即(T₀+t₀-t_avoid)时刻开始对社会车辆发送避让请求及方法，其中t₀为特种车辆到达自出发时刻计时至所述子路段A点用时t₀秒。

t_avoid＝c*t_单 (7)

t_avoid——优选子路段的车道M中满足物理及客观避让条件的社会车辆避让所需时间

c——优选子路段车道M中满足物理及客观避让条件的社会车辆数目

t_单——单辆社会车辆避让特种车辆的平均时间

步骤七：所述车载引导系统对所述社会车辆及特种车辆发送避让及引导信 息后，所述信息处理系统据式(8)计算车道N中未满足避让条件的社会车辆与 特种车辆到达跟驰状态用时t₁，所述车载引导系统对该社会车辆发送信息，要求 其在t₁时间内提速至V₁，即社会车辆加速通行且未特种车辆产生跟驰冲突的时速 值；所述信息处理系统据所述GPS定位系统实时记录该特种车辆的瞬时车速变 化，当特种车辆瞬时速度低于V_最优时，记录该特种车辆起始时刻

起始坐标

结束时刻

结束坐标

并据式(9)计算该特种车辆在当前 子路段内各时间段内所产生的微观延误之和。

特种车辆与无法满足避让条件的社会车辆产生最小跟驰行为的理论时间计 算公式如下：

Y_u——无法满足避让条件的社会车辆最后点纵坐标数值

Y_s——特种车辆最前点纵坐标数值

X_f——车辆最小跟驰间距

V_最优——特种车辆以保证病人或设备安全且道路行驶安全的最优速度

t₁——特种车辆与无法满足避让条件的社会车辆产生最小跟驰行为的理论 时间

t_actual——在相同距离内的实际行驶时间

t_theory——在相同距离内的理论行驶时间

ΔT_微观延误——特种车辆各段减速所产生的延误时间总和

步骤八：假设特种车辆到达交叉口A点时刻为T₀+t₀，特种车辆从A点到 达交叉口停车线时刻为T₀+t₀+t₂+ΔT_微观延误，用时t₂+ΔT_微观延误秒，A点距 离停车线的直线距离为X，所述信息处理系统据式(10)计算特种车辆从子路段 A点至完全通过当前路段所需时间t_A-停车线。

(i＝1，2，3……n)

t_A-停车线——特种车辆从A点到达下一交叉口停车线的直线距离行驶实际所 用时间

t₂——特种车辆实际从A点到达下一交叉口停车线的直线距离行驶理论所 用时间

ΔT_微观延误——特种车辆各段减速所产生的延误时间总和

特种车辆子路段信号配时说明图参见附图3、4所示，信息处理系统计算该 特种车辆通行当前子路段的信号配时方案，具体为若特种车辆到达A点时下一 交叉口绿灯时间剩余t₅秒，则判断t_A-停车线≤t₅，满足条件则不需延长绿灯时间， 反之延长时间t_延长＝T_A-停车线-t₅。若特种车辆到达A点时下一交叉口红灯时间 剩余t₆秒，所述信息处理系统据式(11)和式(12)进一步计算停车线前社会车 辆启动时间T_启动、消散波时间T_消散、加速时间T_加速及停车线前社会车辆与即将 到达的特种车辆无影响时间t₇，判断t_A-停车线-2t₇≤t₆，满足条件则不需调控， 反之自社会车辆到达A点所在时刻起，经过(t₂-2t₇)秒后特种车辆通行方向 所在相位变绿。

T_消散——当前子路段内红灯时段停车线前停车等待的社会车辆的消散时 间；

x_消散——车辆排队长度；

W——消散波速；

给定一般参考值T_启动＝1s

给定一般参考值T_加速＝3.5s

t₇＝T_启动+T_消散+T_加速 (12)

步骤九：特种车辆通行方向的所在相位绿灯时刻，允许社会车辆不按照所 在车道属性通行，即社会车辆可在左转车道直行，但不允许社会车辆在直行车 道左转，同时在特种车辆通行过程中对参与配合特种车辆让行而发生违法行为 的所有社会车辆信息记入信息处理系统，传至交通监管部门备案。

本公开通过获取当前路段内的所有车辆的实时车速及实况位置，精确计算 出特种车辆的在减速时段所产生的微观延误时间，从而实现路口绿灯信号相位 的准确开启。

本公开通过视频监控系统及GPS定位系统对精确还原路段实况行车环境，实 时掌握社会车辆车长信息，精确计算社会车辆的避让开始时刻、物理及心理客 观条件，对当前子路段内每辆社会车辆进行精确把握，从而更加精确且优先的 针对特种车辆制定当前子路段路线行驶方案。

本公开通过统计当前地区内的上述各参量，并量化为影响因子，通过多路 线延误时间比对，优选延误最小值所对应最优总行程行驶路线，从而精确降低 特种车辆驾驶员因道路环境参量所产生的刺激，全面提升特种车辆通行效率。

本公开的主要创新点一为通过前期采集的道路环境影响因素，以此规划特 种车辆总行程最优行驶路线；创新点二为社会车辆实景还原，并精确计算社会 车辆是否满足物理和客观避让条件；创新点三为精确计算当前子路段内特种车 辆的微观延误时间以及社会车辆的启动、消散、避让和加速时间，从而精确把 握信号配时的调控；创新点四为社会车辆的客观避让条件和精确物理避让条件 的双重计算及社会车辆精确避让方法。

本公开考虑特种车辆在最优总行程行驶路线中的各子路段延误时间计算。 在特种车辆行驶的子路段内，通过GPS定位系统捕捉特种车辆的车速实时变化 数据，规定特种车辆以最优时速行驶，对低于最优时速至恢复最优时速的各时 段进行特种车辆位移及在该位移下所消耗的实际时间，计算各速度减低的实际 时间与理论时间的差值，即特种车辆在子路段行驶所产生微观延误时间，并对 所产生的延误时间进行求和计算，最终得到当前子路段内特种车辆行驶所产生 的总微观延误时间，同时考虑停车线前排队等待的社会车辆启动时的启动时间、 消散时间及加速时间对特种车辆行驶中产生的延误，以保证特种车辆到达前排 队等待的社会车辆均已消散完毕并以达到不与特种车辆形成最小跟驰行为的较 适时速，从而精确掌握特种车辆所要到达目标路口的绿灯信号调控方案，特种 车辆各子路段微观延误时间计算。

可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实 施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该 实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个 实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同 的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料者特点可以在任何的一 个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领 域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之 内。

Claims (10)

1.一种特种车辆精细化引导系统，其特征是，包括：

道路环境存储系统、车载引导系统、后台系统、信息处理系统、路段监控系统、GPS定位系统及信号调控系统；

所述道路环境存储系统被配置为：将设定区域内与道路环境相关的参量进行存储并定期更新，并将各时段的各参量的实时数目转化为各参量各时段的比例折减系数；

所述后台系统被配置为：获取施救点位置并在特种车辆行驶时刻选取当前时段内各参量比例折减系数，依据对应日期及对应时段内各参量比例折减系数决策得到最优总行程行驶路线并发送至车载引导系统；

所述车载引导系统被配置为：根据最优总行程行驶路线及信息处理系统发送的特种车辆总行程行驶路线中的子路段行驶路线引导特种车辆行驶，并发送避让请求及精确避让方法至社会车辆；

所述路段监控系统被配置为：获取特种车辆驶入当前路段前此路段的社会车辆分布状况及各社会车辆所对应的车辆种类信息，并配合GPS定位系统实现道路环境实况模拟情景，并结合所述信息处理系统判断当前子路段的社会车辆是否满足物理避让条件及客观避让条件；

所述信号调控系统被配置为：接收所述信息处理系统决策得出的特种车辆通过当前子路段的绿灯信号配时方案，用于根据所述信息处理系统计算出的绿灯信号配时方案对特种车辆通过当前子路段的信号机发送切换为所述绿灯信号配时方案请求，以保障特种车辆能够快速通过当前子路段。

2.如权利要求1所述的一种特种车辆精细化引导系统，其特征是，设定区域内与道路环境相关的参量包括各路段内的大型出入口数量N₁、中央隔离栏状况N₂、机非隔离栏状况N₃、非机动车小时流量N₄、车外温度N₅、绿化带状况N₆、警笛噪声N₇及特种车辆驾驶员任务次数N₈。

3.如权利要求1所述的一种特种车辆精细化引导系统，其特征是，假定特种车辆以总行程行驶路线行驶并使其时速保持在病人或设备安全且道路行驶安全的最优速度下行驶，计算此过程所需的理论行程时间，对特种车辆总行程行驶路线的理论行驶时间进行折减计算，确定各总行程行驶路线是否为经比例折减系数计算后的最小总行程行驶延误时间，从而决策得到最优总行程行驶路线。

4.如权利要求1所述的一种特种车辆精细化引导系统，其特征是，信息处理系统决策得到可避让社会车辆数目最大车道m作为特种车辆通过当前子路段行驶路线，将所述子路段行驶路线信息及所述车道m满足避让条件的社会车辆避让方法发送给所述车载引导系统。

5.如权利要求1所述的一种特种车辆精细化引导系统，其特征是，在特种车辆到达最优总行程行驶路线中的某子路段起点时刻时，由所述GPS定位系统和所述路段监控系统获取的社会车辆及特种车辆实时车速和行驶位移信息，计算特种车辆通过当前路段的理论行驶时间t₂、特种车辆各段减速所产生的延误时间总和ΔT_微观延误、特种车辆与无法满足避让条件的社会车辆产生最小跟驰行为的理论时间t₁、特种车辆从当前子路段起点到达下一交叉口停车线的直线距离行驶实际所用时间t_A-停车线及当前子路段内红灯时段停车线前停车等待的社会车辆的消散时间T_消散，以此决策得到特种车辆通行的当前子路段的绿灯配时方案，并将所述绿灯配时方案发送给当前特种车辆通行子路段的信号调控系统，以实现信号调控及特种车辆快速通行引导，其中，A点为第一子路段沿道路中心线起点。

6.一种特种车辆精细化引导方法，其特征是，包括：

利用道路环境存储系统对当前地区各路段道路环境相关的参量分别记录，按照工作日、节假日、双休日分类分别进行对应日期分类的分时段储存及定期更新，对各参量折减计算得到对应日期分类的一天中各时段内的各参量比例折减系数；

后台系统根据当前特种车辆任务时刻调用所述道路环境存储系统的对应储存时段的各参量比例折减系数数据，同时所述后台系统结合施救点的地理位置信息获得特种车辆从施救单位至施救点的最优总行程行驶路线，发送至对应执行当前任务的所述特种车辆车载引导系统；

车载引导系统引导特种车辆据最优总行程行驶路线行驶；

特种车辆开始移动时刻信息处理系统、路段监控系统、GPS定位系统、信号调控系统开启；

路段监控系统和所述GPS定位系统相配合实现最优总行程行驶路线第一子路段实景还原，同时信息处理系统对第一子路段沿道路中心线起点处A点建立平面直角坐标系及其对路段内的各社会车辆进行编号和前后相邻的社会车辆最前点与最后点数值差计算获取避让信息；

信息处理系统，接收所述GPS定位系统、所述路段监控系统所获取的信息，分析当前路段内的各社会车辆间的间距是否满足物理避让条件及是否满足客观避让条件，最终计算得到当前路段内的各社会车辆是否满足物理及心理客观条件及其避让时间t_avoid，决策得到可避让社会车辆数目最大车道m作为特种车辆通过当前子路段行驶路线，将所述子路段行驶路线信息及所述车道m满足避让条件的社会车辆避让方法发送给所述车载引导系统；

信息处理系统根据从子路段A点至完全通过当前路段所需时间计算该特种车辆通行当前子路段的信号配时方案并判断是否需要发送切换为绿灯信号配时方案请求，以保障特种车辆能够快速通过当前子路段。

7.如权利要求6所述的一种特种车辆精细化引导方法，其特征是，信息处理系统根据所述路段监控系统及所述GPS定位系统还原的该子路段社会车辆实况行驶场景计算该子路段各车道的前后相邻的社会车辆的最前点与最后点后，判断社会车辆前车最后点与后车最前点纵坐标差值的绝对值是否大于当前空隙的周围车道中最近的社会车辆的车长，或判断社会车辆前车最后点与后车最前点纵坐标差值的绝对值是否大于等于最近的社会车辆的车长加车场的冗余量；若满足条件则判定当前子路段中距此空隙最近的该社会车辆满足物理避让条件，反之不满足物理避让条件，判断其他空隙是否满足距空隙最近的社会车辆加塞条件，依次循环进行。

8.如权利要求6所述的一种特种车辆精细化引导方法，其特征是，信息处理系统计算该特种车辆通行当前子路段的信号配时方案，具体为若特种车辆到达A点时下一交叉口绿灯时间剩余t₅秒，判断是否满足设定条件，满足条件则不需延长绿灯时间，反之延长时间。

9.如权利要求6所述的一种特种车辆精细化引导方法，其特征是，若特种车辆到达A点时下一交叉口红灯时间剩余t₆秒，计算停车线前社会车辆启动时间T_启动、消散波时间T_消散、加速时间T_加速及停车线前社会车辆与即将到达的特种车辆无影响时间t₇，判断是否满足设定条件，满足条件则不需调控，反之自社会车辆到达A点所在时刻起，经过设定时间后特种车辆通行方向所在相位变绿。

10.如权利要求6所述的一种特种车辆精细化引导方法，其特征是，特种车辆通行方向的所在相位绿灯时刻，允许社会车辆不按照所在车道属性通行，即社会车辆可在左转车道直行，但不允许社会车辆在直行车道左转，同时在特种车辆通行过程中对参与配合特种车辆让行而发生违法行为的所有社会车辆信息记入信息处理系统。

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