CN110556001A - 一种市郊偏远道路人车交互安全系统及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种市郊偏远道路人车交互安全系统及其操作方法，该系统包括信息采集模块、信息处理模块、信号灯模块。本发明还公开了一种市郊偏远道路人车交互安全系统的操作方法。本发明能有效避免发生人车相撞的交通事故，保障行人安全，同时也可以提高机动车的通行效率，减少机动车的能源损耗，具有非常好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于智能交通技术领域，涉及一种市郊偏远道路人车交互安全系统及其操作方法，具体地说，涉及一种基于人车协同的市郊偏远道路人车交互安全系统及其操作方法。
背景技术
在一些郊区路段或者车辆行驶较少的路段通常没有有效的信号装置来提醒车辆前方是否有行人正在通过，或者提醒行人路口是否有车辆正在驶来，在这种情况下无信号控制路段就成为了事故频发地，尤其在一些乡村道路路口，行人缺乏一定的安全意识盲目过街，动物有时也会突然出现在道路上，常常会给司机造成很大干扰，非常容易引发交通事故，造成人员伤亡和财产损失。为此我们设计了适用于偏远地区无信号控制路段的人车交互安全信号系统，以解决偏远地区无信号控制路段的交通安全问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种市郊偏远道路人车交互安全系统及其操作方法。该系统采用人车交互原理，从行人安全和车辆通行两个角度考虑，运用数据处理技术更智能地调控行人过街与车辆通行行为，有效解决现有的交通安全与效率问题。
其具体技术方案为：
一种市郊偏远道路人车交互安全系统，包括信息采集模块、信息处理模块、信号灯模块。信息采集模块又包括采集行人过街数据的激光测距模块和采集车辆通行数据的超声波模块，信息处理模块采用的是stm32f103zet6嵌入式系统，信号灯模块共采用12个LED灯。市郊偏远道路人车交互安全系统以stm32f103zet6嵌入式系统为核心，激光测距模块和超声波测距模块分别与stm32f103zet6嵌入式系统主机MCU的GPIO引脚相连，实现与stm32f103zet6嵌入式系统的数据与信号传输，信号灯是整个系统的直观显示部件，信号灯模块共采用12个LED灯，两个信号灯四个信号灯组分别置于道路两侧，每个信号灯又分两部分——面向车辆方向显示行人过街信息用来调控车辆通行的A组信号灯和面向行人显示车辆通行信息的用来控制行人的B组信号灯，每组灯由红、黄、绿三色LED灯构成，共同承担着提示行人和司机的作用，所有信号灯通过线路与stm32f103zet6嵌入式系统主机MCU的GPIO引脚相连，并由MCU控制显示灯色。
一种市郊偏远道路人车交互安全系统的操作方法，包括以下步骤：
(1)主系统工作机制
我们将人行横道附近的道路区域分为两个方向的六段不同区域，以人行横道为轴两侧对称，从人行横道向两侧依次是L1、L2、L3区域，根据不同道路的级别、设计时速、单向机动车道数、机动车道宽度及行人过街时速等影响因素，可分别求出L1、L2的距离范围。范围L1的计算公式为：
范围L2的计算公式为：
L3为道路两侧除L1、L2以外的范围。
其中公式字母含义如表1所示。
表1
系统不工作时提示行人的信号灯和提示机动车的信号灯均显红色。系统工作后，首先提示机动车的信号灯亮绿色，机动车可以正常行驶，提示行人的信号灯根据机动车位置显示灯色；当系统检测到行人在等待区想要过马路时，提示机动车的信号灯显示黄色，如果此时机动车在L3区域，提醒行人的信号灯显示绿色，行人可以通过马路，当行人走上人行横道后，提醒机动车的信号灯变成红色，并且提示行人的信号灯随着机动车的行驶变换灯色；如果机动车此时在L2区域，提示行人的信号灯显示黄色，此时行人过街会有一定危险，老人以及行为能力弱者不建议过马路；如果机动车进入L1区域，此时行人过街容易与机动车发生交通事故，提醒行人的信号灯显示红色，禁止行人通过，提醒机动车的信号灯显示绿色，机动车可以正常通过，如果此时有行人强行过街，就得依靠司机自己判断来规避行人。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明基于人车协同的理念，拟设计一个人车交互安全系统。该系统通过对行人以及机动车的实时检测，根据人车所处位置与系统内预设参数进行对比，以信号灯的形式对红绿灯的变换进行智能调节，从而实现人与车的“通话”，达到车辆与行人的信息实时交互，既可以提示行人是否应该过街又可以提示机动车是否应该减速避让。该系统主要分为三大模块，分别是信息采集模块、信息处理模块、信号灯模块，其核心工作原理为人车交互，即过街行人可以通过该系统的信号灯变化获取机动车所处区域，进而判断是否通过；行驶的机动车也可以通过该系统信号灯变化得知人行横道上是否有过街行人，从而提前减速规避。该系统本质是机动车和行人通过信号灯进行信息交换，目的在于避免发生人车相撞的交通事故，保障行人安全，同时也可以提高机动车的通行效率，减少机动车的能源损耗，具有非常好的应用前景。
附图说明
图1是无信号控制路段直行道路示意图；
图2市郊偏远道路人车交互安全系统的结构示意图；
图3是主系统软件流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
一、系统原理
本系统的核心工作原理为人车交互，即过街行人可以通过信号灯变化获取机动车的大概位置，进而判断能否过街，行驶的机动车通过信号灯变化可以得知人行横道上是否有过街行人，从而决定是否应该减速规避，本质是机动车和行人通过信号灯进行信息交换，目的在于避免发生人车相撞的交通事故，保障行人安全，同时也可以提高机动车的通行效率，减少机动车的能源损耗。
二、系统设计
1、场景描述
该系统使用的场景为无信号灯控制的直行路口。为减小系统复杂性，便于实现，暂不考虑T形、Y形、十字形、X形、错位、环形等形式的平面交叉口，只考虑存在行人过街需求和机动车通行需求矛盾的直行道路。
如图1所示，我们将人行横道附近的道路区域分为两个方向的六段不同区域，人车交互安全系统可以接收机动车行驶过程中的速度以及确定机动车所处位置，并且判断机动车进入哪一个区域，进而判断行人过街是否危险；系统还可接收行人所在位置的信息，判断行人是否在过街，然后通过信息对比给信号灯发出相应指令，如行人组信号灯显红色、机动车组信号灯变色。该安全系统所起到的作用就相当于在有行人过街需求的路口站了一个正在执法的交通警察，能够依据当前车流量与人流量情况，实时控制道路行人与机动车的通行情况，保证道路人车安全，避免发生交通事故。
2、系统硬件设计
如图2所示，系统硬件分为三个模块，分别是信息采集模块、信息处理模块、信号灯模块。数据采集模块包括采集行人过街数据的激光测距模块和采集车辆通行数据的超声波模块。激光测距模块采用的是GY-VL53L0X资料新一代ToF激光测距传感器，该传感器是目前市面上最小型的封装，可基于各种目标颜色和反射特性进行精确测距，测量的绝对距离可长达2m，精度高达3％，能够准确识别路面上的车辆信息并快速做出反应，是实现系统快速准确要求的首选模块；超声波模块采用的是US-015超声波测距模块，该模块是目前市场上分辨率最高、重复测量一致性最好的超声波模块，他的分辨率高于1mm，可达0.5mm，测距精度高，重复测量一致性好，测距稳定可靠，当过街行人在路边等待时它能够快速捕捉到信息并将信息反馈到数据处理系统，以便系统做出快速反应对车辆进行实时调控；数据处理模块采用的是stm32f103zet6嵌入式系统，该系统是基于ARM Cortex-M3核心的32位微控制器，LQFP-144封装，CPU操作电压范围为2.0-3.6V，512K片内FLASH(相当于硬盘)，64K片内RAM(相当于内存)，使得片内FLASH支持在线编程(工AP)，能够实时更改各方面数据及指令，适用于不同情况下的路面调整；频率高达72M，数据、指令能分别走不同的流水线，可以确保CPU运行速度达到最大化；系统内多达80个IO(大部分兼容5V逻辑)，4个通用定时器，2个高级定时器，2个基本定时器，3路SPI接口，2路I2S接口，2路I2C接口，5路USART，一个USB从设备接口，一个CAN接口，SDIO接口，可兼容SRAM，NOR和NAND Flash接口的16位总线-FSMC，能够满足系统各个部位的连接要求；该嵌入式系统还有3路共16通道的12位AD输入，2路共2通道的12位DA输出，支持片外独立电压基准。以上性能都能确保该系统模型能够快速、准确、且可以适用于多场景工作；信号灯模块共分为两组信号灯，分别是提示行人的A组信号灯和提示机动车的B组信号灯，A组信号灯分为三个颜色，分别为红色、黄色、绿色，其中红色信号灯代表禁止行人通过，黄色信号灯代表行人应谨慎通过，绿色信号灯代表行人可以安全通过；B组信号灯分为三个颜色，分别是红色和绿色和黄色，红色代表行人正在通过道路，请机动车减速规避，黄色代表行人正在等待区等候，为机动车预留一个缓冲时间，绿色代表道路上现在没有行人，机动车可以正常行驶。
3、系统控制要求
(1)系统工作机制
系统不工作时提示行人的信号灯和提示机动车的信号灯均显红色。系统工作后，首先提示机动车的信号灯亮绿色，机动车可以正常行驶，提示行人的信号灯根据机动车位置显示灯色；当系统检测到行人在等待区想要过马路时，提示机动车的信号灯显示黄色，如果此时机动车在L3区域，提醒行人的信号灯显示绿色，行人可以通过马路，当行人走上人行横道后，提醒机动车的信号灯变成红色，并且提示行人的信号灯随着机动车的行驶变换灯色；如果机动车此时在L2区域，提示行人的信号灯显示黄色，此时行人过街会有一定危险，老人以及行为能力弱者不建议过马路；如果机动车进入L1区域，此时行人过街容易与机动车发生交通事故，提醒行人的信号灯显示红色，禁止行人通过，提醒机动车的信号灯显示绿色，机动车可以正常通过，如果此时有行人强行过街，就得依靠司机自己判断来规避行人。
4、系统软件设计
主系统是以单片机为主，主要实现信号灯的控制，其算法如图3所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种市郊偏远道路人车交互安全系统，其特征在于，包括信息采集模块、信息处理模块、信号灯模块；信息采集模块又包括采集行人过街数据的激光测距模块和采集车辆通行数据的超声波模块，信息处理模块采用的是stm32f103zet6嵌入式系统，信号灯模块共采用12个LED灯；
市郊偏远道路人车交互安全系统以stm32f103zet6嵌入式系统为核心，激光测距模块和超声波测距模块分别与stm32f103zet6嵌入式系统主机MCU的GPIO引脚相连，实现与stm32f103zet6嵌入式系统的数据与信号传输，信号灯是整个系统的直观显示，信号灯模块共采用12个LED灯，两个信号灯四个信号灯组分别置于道路两侧，每个信号灯又分两部分——面向车辆方向显示行人过街信息用来调控车辆通行的信号灯组和面向行人显示车辆通行信息的用来控制行人的信号灯组，每个灯组由红、黄、绿三色LED灯构成，共同承担着提示行人和司机的作用，所有信号灯通过线路与stm32f103zet6嵌入式系统主机MCU的GPIO引脚相连，由MCU控制显示灯色。
2.根据权利要求1所述的市郊偏远道路人车交互安全系统，其特征在于，所述信息采集模块包括行人检测模块和机动车检测模块。
3.根据权利要求1所述的市郊偏远道路人车交互安全系统，其特征在于，所述信号灯模块包括行人信号灯和机动车信号灯。
4.一种市郊偏远道路人车交互安全系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
将人行横道附近的道路区域分为两个方向的六段不同区域，以人行横道为轴两侧对称，从人行横道向两侧依次是L1、L2、L3区域，根据不同道路的级别、设计时速、单向机动车道数、机动车道宽度及行人过街时速的影响因素，分别求出L1、L2的距离范围；范围L1的计算公式为：
范围L2的计算公式为：
L3为道路前后除L1、L2以外的范围；
其中公式字母含义如下所示：
L1、L2： 车辆距离人行横道的距离范围；
M： 道路的车道数；
N： 车道的宽度；
P： 道路总宽；
Q： 轿车宽度；
K： 隔离带宽度；
V1： 公路限速；
V2： 行人过街的平均速度速度；
δ： 老人或儿童与中青年人的过街速度与平均速度的差量；
系统不工作时提示行人的信号灯和提示机动车的信号灯均显红色；系统工作后，首先提示机动车的信号灯亮绿色，机动车正常行驶，提示行人的信号灯根据机动车位置显示灯色；当系统检测到行人在等待区想要过马路时，提示机动车的信号灯显示黄色，如果此时机动车在L3区域，提醒行人的信号灯显示绿色，行人通过马路，当行人走上人行横道后，提醒机动车的信号灯变成红色，并且提示行人的信号灯随着机动车的行驶变换灯色；如果机动车此时在L2区域，提示行人的信号灯显示黄色，此时行人过街会有一定危险，老人以及行为能力弱者不建议过马路；如果机动车进入L1区域，此时行人过街容易与机动车发生交通事故，提醒行人的信号灯显示红色，禁止行人通过，提醒机动车的信号灯显示绿色，机动车正常通过，如果此时有行人强行过街，就得依靠司机自己判断来规避行人。
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