CN110751832A - 一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统，包括智能设备、摄像头、交通信号灯和控制器。智能设备由中小学生/教师/家长携带，并能够发送通行需求信息和/或接收第一类通行提示。摄像头设置于中小学校周边交叉路口，用于感知交叉路口的交通状况并发送交通状态信息。交通信号灯设置于中小学校周边交叉路口。控制器用于接收通行需求信息、交通状态信息，并根据通行需求信息、交通状态信来控制交通信号灯、发出第一类通行提示信息。本发明针对中小学校周边的交叉利口，能够实现其通行控制优化，从而在保证通行效率的基础上，保证中小学生的安全。

Description

一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统

技术领域

本发明属于智能交通、交通信息系统技术领域，应用于道路交通行业，具体涉及一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统。

背景技术

在中小学生聚集的学校，其附近的道路常常有以下几个特点：1）门前街道窄，车辆多，学生出门拥挤；2）各种商铺，摆设摊点的多，占道现象严重，车流混乱；3）接送学生的车辆不规范，有自行车，电动车，汽车等，车辆的性能和安全情况未知，超载现象也时有发生。

上述因素导致校门口交通混杂，再加上中小学生缺乏交通安全意识和自我保护意识，目前涉及到中小学生的交通安全事故在所有事故中的占比很大，而且中小学生在交通事故中极易出现受伤甚至死亡的情况。

因此不论是从保护学生安全，还是从维护交通秩序的角度出发，都很有必要设计一套交通控制系统，来有效的降低中小学生出现交通事故的概率。

十字路口作为一个机动车、非机动车、行人交错混杂的地方，使得中小学生发生交通事故的几率大大增加，特别是学校附近的十字路口。因此采用新兴的车路协同技术，设计开发一套既能够充分保证中小学生通过十字路口时的安全，又能提高十字路口通行效率的通行系统成为本发明目标。

目前可以查阅到的申请号为201410277029.4的发明专利《一种车路协同交通控制系统》的方案，包括车载单元（包括GPS定位模块、车辆通讯模块、信息处理模块），道路指挥单元（包括信号灯控制模块、信号灯通讯模块、信号处理单元）。该发明可根据路况情况实时调节交通信号灯的通行时间，减少主干道车辆在十字路口的无效停顿时间和等待时间，通过车载单元与路边单元的实时通讯实现交通流量的控制，以提高交通通行效率，缓解交通拥堵。另外申请号为201510061094.8的发明专利《一种基于定向天线的十字路口车流检测方法》提出了一种利用定向天线构建的基于车路协同的十字路口车流检测系统；该检测系统具有较高的检测准确度，能够满足城市道路十字路口处的车流检测需求。

上述发明都是一般性的车路协同通行系统，都是跟车流检测、信号灯控制相关，没有涉及到存在重大安全隐患的学生群体安全，校门十字路口交通属于上学和下学约短时间（约30分钟）出现的大量通行需求，尚没有根据中小学门口交通通行特色需求制定针对性方案，因此不能有效解决中小学门口交通通行问题，将车路协同运用于中小学生安全方面的新设计却几乎没有，可以说这一方面是一个全新的领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于中小学周边，能够提高通行安全和效率的基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统，包括：

由中小学生/教师/家长携带，并能够发送通行需求信息和/或接收第一类通行提示信息的智能设备；

设置于中小学校周边交叉路口，用于感知所述交叉路口的交通状况并发送交通状态信息的摄像头；

设置于中小学校周边交叉路口的交通信号灯；

用于接收所述通行需求信息、所述交通状态信息，并根据所述通行需求信息、所述交通状态信来控制所述交通信号灯、发出所述第一类通行提示信息的控制器。

优选的，所述基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统还包括设置于车辆上并能够接收第二类提示信息和/或反馈车辆行驶信息的车载装置，所述控制器用于发出所述第二类提示信息、接收所述车辆行驶信息。

优选的，所述通行需求信息包括学生年龄、是否有影响其通行的特殊状况。

优选的，所述车辆行驶信息包括车速。

优选的，所述控制器控制所述交通信号灯的方法为：所述控制器根据所述通行需求信息和所述交通状态信息判断聚集在所述交叉路口处的等待通行人员中中小学生的数量；若所述交叉路口处等待通行的中小学生数量未超过设定的人数限值，所述控制器控制所述交通信号灯按常规方式工作；若所述交叉路口处等待通行的中小学生数量达到或超过设定的人数限值，所述控制器控制所述交通信号灯相比所述常规方式提早进行变换，并触发所述控制器实施针对学生的控制方法来控制所述交通信号灯；

在实施所述针对学生的控制方法时，对于在变换为绿灯前已聚集的等待通行的中小学生数量达到或超过所述人数限值的方向，所述控制器根据所述通行需求信息和所述交通状态信息判断出该方向变换为绿灯前已聚集的一批等待通行的中小学生已经通过所述交叉路口，则控制器控制所述交通信号灯进行变换；对于在变换为绿灯前已聚集的等待通行的中小学生数量未达到所述人数限值的方向，所述控制器在该方向绿灯工作时间达到预设的最短时间限值时控制所述交通信号灯进行变换；当所述交叉路口的各个方向在变换为绿灯前所已聚集的等待通行的中小学生数量均未达到所述人数限值时，退出所述针对学生的控制方法，所述控制器控制所述交通信号灯按常规方式工作；

所述控制器还向即将开始通过所述交叉路口中小学生所携带的所述智能设备发送对应的所述第一类通行提示信息。

优选的，当所述交叉路口处等待通行的中小学生数量达到或超过设定的人数限值时，所述控制器控制所述交通信号灯在经过等待时间t后进行变换。

优选的，所述交通信号灯进行变换的过程包括先进行的部分方向绿灯变换为红灯和经过时间间隔δt后进行的另外部分方向红灯变换为绿灯，则所述控制器计算变换为绿灯前已聚集的等待通行人员中中小学生、初中学生、高中学生的占比并依次判断是否超过预设的比例阈值，根据占比超过设定的比例阈值的一类等待通行人员计算所述延时时间δt，从而控制所述交通信号灯。

优选的，等待通行人员中小学生占比超过所述比例阈值时计算出的延时时间δt=δt1，等待通行人员中初中学生占比超过所述比例阈值时计算出的延时时间δt=δt2，且δt1＞δt2。

优选的，等待通行人员中高中学生占比超过所述比例阈值时或小学生、初中学生、高中学生的占比均未超过所述比例阈值时计算出的延时时间δt=0。

优选的，所述智能设备为手机。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明针对中小学校周边的交叉利口，能够实现其通行控制优化，从而在保证通行效率的基础上，保证中小学生的安全。

附图说明

附图1为本发明的基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统的总体方案示意图。

附图2为本发明的基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统的系统逻辑示意图。

附图3为本发明的基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统中通信感知技术的示意图。

附图4为本发明的基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统中通行控制方法的流程示意图。

以上附图中：1、智能设备；2、摄像头；3、交通信号灯；4、控制器。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：如附图1所示，一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统，主要包括若干智能设备1、摄像头2、交通信号灯3、控制器4。

智能设备1由中小学生（包括小学生、初中学生、高中学生三类）/教师/家长携带，它与控制器4无线通信，从而能够向控制器4发送通行需求信息或者接收控制器4发来的第一类通行提示信息。智能设备1可以采用搭载对应学生通行需求APP的手机，或者智能手表等。

摄像头2设置于中小学校周边交叉路口，它与控制器4通信，用于感知交叉路口的交通状况并向控制器4发送交通状态信息。摄像头2可以设置多个来分别感知交叉路口不同方向的交通状况。

交通信号灯3设置于中小学校周边交叉路口，它包括对应交叉路口的不同方向的多组红绿灯，从而它能够在控制器4发出的控制信号的控制下工作，按照合理的工作时间变换红灯和绿灯，达到控制交叉路口通行状态的功能。

控制器4可以集成于交通信号灯3中，也可以独立设置。其用于接收通行需求信息、交通状态信息，并进行信息处理而生成控制信号来控制交通信号灯3、发出第一类通行提示信息。

该基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统还可以包括若干车载装置，车载装置设置于车辆上，其能够接收控制器4发来的第二类提示信息，和/或向控制器4反馈车辆行驶信息。此时，控制器4还用于发出第二类提示信息、接收车辆行驶信息。

如附图2所示，该基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统中，通过智能设备1和摄像头2，使得控制器4获得校门口的通行需求。在统计分析学生通行需求的基础上，控制器4内采用安全高效的通行控制方法进行信息处理，分别对学生、车辆及异常情况进行判断和处理，确定优先通行方案并生成控制信号。最后通过交通信号灯3、App辅助系统以及车辆辅助系统对学生、行人、车辆通行实施引导，满足系统目标。

具体如下：

1、通行需求感知技术

研究校园门口交通状态感知技术，在校门十字路口采用学生随身携带的手机、摄像头2感知等车路协同及车联网技术，对学生通行数量、车流量及危险交通进行监控，并可以实现汽车与信号灯3之间的交流，如附图3所示。

现下中小学生大多持有手机，故可以建立一个手机App，以让学生的手机同交通信号灯3的控制器4建立联系。App让学生实名注册，记录下每名学生的相关信息比如：姓名、性别、年龄等。同时，该App可以让学生自主输入是否有影响其通行的特殊状况，例如腿脚受伤、行走不便等。从而手机据此生成通行需求信息发送给控制器4，通行需求信息还可以包括路径等。

针对特殊情况的处理方案：

1）中小学生无手机情况：离校信息以班级为单位进行采集，由班主任手机App上传；

2）中小学生接生家长到岗信息由家长手机App上传；

3）校门口交通拥堵时，手机App通知班主任和接生家长，并及时放缓出校人数，交通系统疏导。

由此，对于中小学生和教师所携带的手机，其需要具有发送通行需求信息和接收第一类通行提示信息的功能，而家长所携带的手机，通常仅具有接收第一类通行提示信息的功能即可。三者所接收的第一类通行信息有所区别。

2、校门口学生群体安全通行控制技术

根据智能设备1提供的通行需求信息，控制器4对学生安全通行进行辅助，控制交通信号灯3工作。

以下以十字路口为例对控制器4控制交通信号灯3的方法进行详细说明。十字路口包括两个方向，分别为东西方向和南北方向，因此交通信号灯3分为两组，分别对应两个方向。

控制器4根据通行需求信息和交通状态信息判断聚集在交叉路口处的等待通行人员中中小学生的数量。若交叉路口处等待通行的中小学生数量未超过设定的人数限值，控制器4发出控制交通信号灯3按常规方式工作的控制信号，从而控制器4控制交通信号灯3按既有的常规方式工作。常规方式工作指控制器4控制交通信号灯3按预设的基准时长交替工作，或者根据交叉路口的机动车交通状况控制交通信号灯3的工作时间。优选为根据东西、南北两个方向的车流量控制东西、南北两个方向的绿灯时间长短，以提高通行效率。此过程中，若等待通行人员中有中小学生，则控制器4向中小学生的手机发送第一类提示信息，基于此时的第一类提示信息，手机APP发送语音提示学生不要闯红灯。该工作状态主要适用于非上下学时段。

而在上下学时段，若交叉路口处等待通行的中小学生数量达到或超过设定的人数限值，控制器4控制交通信号灯3相比当前的常规方式提早进行变换，同时向智能设备1发送第一类提示信息，从而语音提示即将通过交叉路口的中小学生注意安全，并触发控制器4实施针对学生的控制方法来控制交通信号灯3。通常情况下，当交叉路口处等待通行的中小学生数量达到或超过设定的人数限值时，控制器4需控制交通信号灯3在经过等待时间t后进行变换，该等待时间t可以兼顾车辆和行人的需求而进行合理设置。

在实施针对学生的控制方法时，对于在变换为绿灯前（即红灯时）已聚集的等待通行的中小学生数量达到或超过人数限值的方向，将在变换为绿灯前（红灯时）已聚集的等待通行的中小学生作为关注对象，控制器4根据通行需求信息和交通状态信息判断出该方向变换为绿灯前（红灯时）已聚集的一批等待通行的中小学生已经通过交叉路口，则控制器4控制交通信号灯3进行变换。对于在变换为绿灯前（红灯时）已聚集的等待通行的中小学生数量未达到人数限值的方向，变换为绿灯后，控制器4在该方向绿灯工作时间达到预设的最短时间限值时控制交通信号灯3进行变换。

当交叉路口的各个方向在变换为绿灯前所已聚集的等待通行的中小学生数量均未达到人数限值时，退出针对学生的控制方法，控制器4恢复为控制交通信号灯3按常规方式工作。

在控制器4实施针对学生的控制方法时，控制器4还向即将开始通过交叉路口中小学生所携带的智能设备1发送对应的第一类通行提示信息，通过手机APP提示中小学生安全通过交叉路口，以达到尽量让学生成群结队通过，保证学生安全的目的。并且，控制器4还向已经或即将达到十字路口的车辆上的车载装置发出第二类提示信息，提醒驾驶员注意学生，提前减速或停车。且车载装置还可以反馈车辆行驶信息给控制器4，车辆行驶信息至少包括车速，使得控制器4能够根据反馈的该车辆行驶信息检测车辆是否真的在收到提示信号后减速或停车。

基于现有技术可知，交通信号灯3进行变换的过程包括先进行的部分方向绿灯变换为红灯和经过时间间隔δt后进行的另外部分方向红灯变换为绿灯。对于十字路口而言，交通信号灯3的变换过程为：原行车方向的绿灯先变换为红灯，经过时间间隔δt后，另外一个方向的红灯变换为绿灯。在原行车方向的绿灯变换为红灯前，绿灯可以闪烁提示即将变灯。则进一步的，可以根据十字路口处聚集学生的大致年龄段，利用交通信号灯3对路口的流量进行不同的控制，即控制器4计算变换为绿灯前已聚集的等待通行人员中，中小学生、初中学生、高中学生的占比，并依次判断是否超过预设的比例阈值，根据先判断出的占比超过设定的比例阈值的一类等待通行人员计算延时时间δt，从而控制交通信号灯3。等待通行人员中小学生占比超过比例阈值时计算出的延时时间δt=δt1，等待通行人员中初中学生占比超过比例阈值时计算出的延时时间δt=δt2，且δt1＞δt2。而等待通行人员中高中学生占比超过比例阈值时或小学生、初中学生、高中学生的占比均未超过比例阈值时计算出的延时时间δt=0。

如果是年龄在15-18岁之间的高中生，由于高中生骑车人数较多，并且大都喜欢骑行快速穿过交叉路口而非下车推行，所以应该在让人行横道信号灯3变绿的同时，让手机发语音提醒骑车的学生下车推行。如果是12岁以下的小学生占多数，由于小学生自我保护意识较差，个子也比较小，不易被驾驶员发现，所以应尽可能延长行车道信号灯3变红与人行道信号灯3变绿之间的时间间隔，即进一步提前行车道信号灯3变红的时间。12-15岁之间的初中生正是介于两者之间的“过渡时期”，此时对信号灯3的控制应该是：适当延长车道信号灯3变红与人行道信号灯3变绿之间的时间间隔，并语音提醒骑车的学生下车推行。如果女生较多，或是有腿脚受伤，行走不便的学生的话，考虑到他们行动较慢，会让机动车的等待时间较长，此时信号灯3应发信号给路口车辆，让驾驶员耐心等待。

具体的通行控制方法如附图4所示：

步骤1：根据手机上传的通信需求信息，控制器4计算获得十字路口当前红灯的方向的等待通行人员中，小学生、初中学生、高中学生各自的占比P1、P2、P3，以及有特殊状况的特需人数P4。预先设定一比例阈值LIMIT，并初始化第一类提示信息message1、第二类提示信息message2均为none，且初始化δt1=δt2=0。

步骤2：判断小学生占比P1是否超过比例阈值LIMIT，若是，则执行步骤3，若否则执行步骤4。

步骤3：依据小学生这类等待通行人员计算延时时间δt1，然后执行步骤9。

步骤4：判断初中学生占比P2是否超过比例阈值LIMIT，若是，则执行步骤5，若否则执行步骤6。

步骤5：依据初中学生这类等待通行人员计算延时时间δt2，并令message1=请下车推行，然后执行步骤9。

步骤6：判断高中学生占比P2是否超过比例阈值LIMIT，若是，则令message1=请下车推行后执行步骤7，若否则执行步骤9。

步骤7：判断有特殊状况的特需人数P4是否大于0，若是，则执行步骤8，若否，则执行步骤9。

步骤8：令message2=请耐心等待，然后执行步骤9。

步骤9：输出δt1或δt2，输出message1和/或message2。

基于以上步骤，控制器4对交通信号灯3进行控制，并向智能设备1发出第一类提示信息、向车载装置发出第二类提示信息。在控制交通信号灯3进行变换时，依据计算出的δt1或δt2控制切换，而message1对应于向智能设备1发出第一类提示信息，message2对应于向车载装置发出第二类提示信息。

在上述方案中，学生离校的交通轨迹通过手机端记载，也可以通过手机App发送给学校以备查询统计等应用。

如遇到突发事件，如车辆、行人闯红灯，则交通信号灯3发语音信号给所有车辆的车载装置，提醒司机注意避让，同时发语音信号给学生的手机，让学生注意周围的车辆与行人，并提醒学生千万不要追跑打闹。并且，对于闯红灯，或已知有学生过马路后仍执意加速的车辆，交通信号灯3可以记录下该车辆信息，并上报到交警处。

本方案的有益效果在于：

1、本发明能够对现有的交叉路口的通行控制进行优化，提高其通行效率，首创利用车路协同技术针对性的保护中小学生这样的弱势群体，使中小学生在上学放学的路上更加安全，特色鲜明。

2、本发明对中小学生进行了细致的分类，力求最大限度的适应学校周边十字路口的复杂路况，最大程度地保护中小学生的安全。

3、本发明使用了车路协同、车联网等技术，建立在智能网联的基础上，具体发明点体现在通行需求感知及群体通行控制方法上，具有很好的前瞻性。

4、本发明存在巨大的发展潜力，可以在现有基础上继续进行优化，可移植性好，适用范围广。

5、本发明能够在一定程度上解决当下常见的堵车，交通事故频繁等交通问题，减少时间和能源的浪费。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统，其特征在于：所述基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统包括：

由中小学生/教师/家长携带，并能够发送通行需求信息和/或接收第一类通行提示信息的智能设备；

设置于中小学校周边交叉路口，用于感知所述交叉路口的交通状况并发送交通状态信息的摄像头；

设置于中小学校周边交叉路口的交通信号灯；

用于接收所述通行需求信息、所述交通状态信息，并根据所述通行需求信息、所述交通状态信来控制所述交通信号灯、发出所述第一类通行提示信息的控制器。

2.根据权利要求1所述的一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统，其特征在于：所述基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统还包括设置于车辆上并能够接收第二类提示信息和/或反馈车辆行驶信息的车载装置，所述控制器用于发出所述第二类提示信息、接收所述车辆行驶信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统，其特征在于：所述通行需求信息包括学生年龄、是否有影响其通行的特殊状况。

4.根据权利要求2所述的一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统，其特征在于：所述车辆行驶信息包括车速。

5.根据权利要求1所述的一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统，其特征在于：所述控制器控制所述交通信号灯的方法为：所述控制器根据所述通行需求信息和所述交通状态信息判断聚集在所述交叉路口处的等待通行人员中中小学生的数量；若所述交叉路口处等待通行的中小学生数量未超过设定的人数限值，所述控制器控制所述交通信号灯按常规方式工作；若所述交叉路口处等待通行的中小学生数量达到或超过设定的人数限值，所述控制器控制所述交通信号灯相比所述常规方式提早进行变换，并触发所述控制器实施针对学生的控制方法来控制所述交通信号灯；

在实施所述针对学生的控制方法时，对于在变换为绿灯前已聚集的等待通行的中小学生数量达到或超过所述人数限值的方向，所述控制器根据所述通行需求信息和所述交通状态信息判断出该方向变换为绿灯前已聚集的一批等待通行的中小学生已经通过所述交叉路口，则控制器控制所述交通信号灯进行变换；对于在变换为绿灯前已聚集的等待通行的中小学生数量未达到所述人数限值的方向，所述控制器在该方向绿灯工作时间达到预设的最短时间限值时控制所述交通信号灯进行变换；当所述交叉路口的各个方向在变换为绿灯前所已聚集的等待通行的中小学生数量均未达到所述人数限值时，退出所述针对学生的控制方法，所述控制器控制所述交通信号灯按常规方式工作；

所述控制器还向即将开始通过所述交叉路口中小学生所携带的所述智能设备发送对应的所述第一类通行提示信息。

6.根据权利要求5所述的一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统，其特征在于：当所述交叉路口处等待通行的中小学生数量达到或超过设定的人数限值时，所述控制器控制所述交通信号灯在经过等待时间t后进行变换。

7.根据权利要求5所述的一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统，其特征在于：所述交通信号灯进行变换的过程包括先进行的部分方向绿灯变换为红灯和经过时间间隔δt后进行的另外部分方向红灯变换为绿灯，则所述控制器计算变换为绿灯前已聚集的等待通行人员中中小学生、初中学生、高中学生的占比并依次判断是否超过预设的比例阈值，根据占比超过设定的比例阈值的一类等待通行人员计算所述延时时间δt，从而控制所述交通信号灯。

8.根据权利要求7所述的一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统，其特征在于：等待通行人员中小学生占比超过所述比例阈值时计算出的延时时间δt=δt1，等待通行人员中初中学生占比超过所述比例阈值时计算出的延时时间δt=δt2，且δt1＞δt2。

9.根据权利要求7所述的一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统，其特征在于：等待通行人员中高中学生占比超过所述比例阈值时或小学生、初中学生、高中学生的占比均未超过所述比例阈值时计算出的延时时间δt=0。

10.根据权利要求1所述的一种基于车路协同的交叉路口中小学生优先通行系统，其特征在于：所述智能设备为手机。

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