CN112258865A - 一种基于车联网v2x的智能红绿信号灯控制系统 - Google Patents

一种基于车联网v2x的智能红绿信号灯控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于车联网V2X的智能红绿信号灯控制系统，其技术方案要点是包括云端服务器、设置于交通路口的路侧V2X终端以及设置于车辆上的车辆V2X终端，云端服务器与路侧V2X终端信号连接，路侧V2X终端与预设的通讯范围内的车辆V2X终端信号连接，路侧V2X终端还与信号灯连接并控制信号灯进行颜色状态变化，云端服务器包括有信号灯状态库，路侧V2X终端包括有信号灯状态初始模块、信号灯状态更换模块以及信号灯状态修正模块，信号灯状态更换模块中配置有状态更换策略，信号灯状态修正模块内配置有信号灯状态修正策略。该系统能够用于根据路口的拥堵情况对信号灯的颜色进行合理控制，其受外界环境的影响小，控制更加合理、准确。

Description

一种基于车联网V2X的智能红绿信号灯控制系统
技术领域
本发明涉及车联网技术领域，更具体的说是涉及一种基于车联网V2X的智能红绿信号灯控制系统。
背景技术
城市道路交叉口是城市道路网络的基本节点，也是网络交通流的瓶颈。随着城市的快速发展，城市中的车辆越来越多，道路交通压力增大，特别是上班下班的高峰期，拥堵异常严重，不仅耽误了上班的时间，而且造成了交通部门的极大地压。目前，大部分无控制交通路口都存在高峰期时车流混乱、车速缓慢、延误情况严重、事故多发、通行能力和服务水平低下等问题。
红绿灯即交通信号灯，由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。对交通信号灯进行控制的目的是为城市交通路口提供安全可靠和有效的交通流，通常最为常用的原则是车辆在交通路口的通过量最大或车辆在交通路口的延误最小。
红绿灯的控制方法可以分为定时控制、感应控制、自适应控制，目前的自适应控制方法为在交通路口四个方向的交通灯上安装一个带摄像头的信号灯控制器，通过对摄像头获取到的图像分析来判断路口各个方向的拥堵程度，从而计算信号灯接下来的颜色变化规律。然而，这种自适应控制方式在特殊天气里，例如在大雨天、大雾天等情况，摄像头摄取的图像的清楚程度受到巨大影响，导致图像误差很大甚至图像完全失去作用，信号灯对路口各个方向的拥堵程度难以进行准确判断，最终无法对交通信号灯的颜色进行合理控制，导致交通路口拥堵。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于车联网V2X的智能红绿信号灯控制系统，该系统能够用于根据路口的拥堵情况对信号灯的颜色进行合理控制，其受外界环境的影响小，控制更加合理、准确。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于车联网V2X的智能红绿信号灯控制系统，包括云端服务器、设置于交通路口的路侧V2X终端以及设置于车辆上的车辆V2X终端，所述云端服务器与路侧V2X终端信号连接，所述路侧V2X终端与预设的通讯范围内的车辆V2X终端信号连接，所述路侧V2X终端还与信号灯连接并控制所述信号灯进行颜色状态变化；
所述云端服务器包括有信号灯状态库，所述信号灯状态库内配置有各个交通路口的信号灯状态表，所述信号灯状态表包括有连续的若干采集时间段、连续的若干预期时间段、以及各个采集时间段以及预期时间段对应的信号灯颜色状态，所述采集时间段表征所述信号灯于过去的时间里呈现某种颜色的时间段，所述预期时间段表征所述信号灯于未来预期呈现某种颜色的时间段；
所述路侧V2X终端包括有信号灯状态初始模块、信号灯状态更换模块以及信号灯状态修正模块，所述信号灯状态初始模块每隔预设的更新时间从所述云端服务器下载对应信号灯的所述信号灯状态表，并根据信号状态表中预期时间段对应的信号灯颜色状态生成初始状态控制指令并发送至信号灯状态修正模块；
所述信号灯状态更换模块中配置有状态更换策略，所述状态更换策略包括信息获取步骤、数据处理步骤以及更换触发步骤，所述信息获取步骤包括每隔预设的间隔时间通过V2X技术获取交通路口周围预设获取范围内的车辆信息和行人信息，所述车辆信息包括有车辆位置和车辆行驶速度，所述行人信息包括有行人位置和行人行走速度；
所述数据处理步骤包括根据车辆信息和预设的车辆等待区域确定位于车辆等待区域内等待信号灯的等待车辆数量，同时根据行人信息和预设的行人等待区域确定位于行人等待区域内等待信号灯的等待行人数量；
所述更换触发步骤包括将等待车辆数量与预设的车辆等待临界值对比，当车辆等待数量大于车辆等待临界值时，向信号灯状态修正模块发出车辆信号灯状态更换指令，反之不发送，将等待行人数量与预设的行人等待临界值对比，当行人等待数量大于行人等待临界值时，向信号灯状态修正模块发出行人信号灯状态更换指令，反之不发送，所述车辆信号灯状态更换指令以及所述行人信号灯状态更换指令均包括将对应方向的下一预期时间段的信号灯颜色状态改变为表示允许通行的颜色；
信号灯状态修正模块内配置有信号灯状态修正策略，所述信号灯修正策略包括有当未获取到车辆信号灯状态更换指令和所述行人信号灯状态更换指令时，根据初始状态控制指令控制信号灯进行颜色状态变化，当获取到车辆信号灯状态更换指令和所述行人信号灯状态更换指令的其中之一时，根据车辆信号灯状态更换指令或所述行人信号灯状态更换指令控制信号灯进行颜色状态变化，并将信号灯的颜色变化发送至云端服务器，当获同时获取到车辆信号灯状态更换指令和所述行人信号灯状态更换指令时，判断车辆信号灯状态更换指令与行人信号灯状态更换指令是否相互矛盾，若不矛盾则根据所述车辆信号灯状态更换指令和所述行人信号灯状态更换指令同时控制信号灯进行颜色状态变化，并将信号灯的颜色变化发送至云端服务器，若相互矛盾则根据初始状态控制指令控制信号灯进行颜色状态变化，所述相互矛盾包括允许车辆沿某个方向通行时允许行人沿该方向的垂直方向通行。
作为本发明的进一步改进，所述信息获取步骤包括直接获取子步骤和间接获取子步骤，所述直接获取子步骤包括所述路侧V2X终端直接获取行人信息并与所述车辆V2X终端建立连接获取该车辆的车辆信息，所述间接获取子步骤包括车辆V2X终端获取该车辆周边的其他车辆的车辆信息以及该车辆周边的行人信息，并将获取到的车辆信息和行人信息发送至所述路侧V2X终端，当直接获取子步骤获取的车辆信息与间接获取子步骤获取的车辆信息不符时，选择直接获取子步骤中获取的车辆信息为最终的车辆信息。
作为本发明的进一步改进，所述信息获取步骤还包括，当直接获取子步骤与间接获取子步骤获取的行人信息不同时，根据同一行人的不同行人信息，通过预设的行走速度算法对行人的行人行走速度进行计算得到行走速度计算值，并将该行走速度计算值与不同的行人信息中的行人行走速度进行比较得到行走速度差值，将速度差值最小的行人信息作为最终的行人信息。
作为本发明的进一步改进，所述行走速度算法配置为：
Figure BDA0002741928730000041
其中，V为行走速度计算值，a0，a1，a2，a3…an为权重系数，所述信号灯状态更换模块中配置有权重系数对照表，所述权重系数通过参照所述权重系数对照表得到，v0为路侧V2X终端直接获取的行人信息中的行人行走速度，v1，v2，v3…vn为路侧V2X终端间接获取的行人信息中的行人行走速度；
所述权重系数对照表包括若干提供行人信息的车辆与行人等待区域之间的距离区间、与各个距离区间对应的预设的权重系数、以及预设的权重系数a0，权重系数的配置原则为距离越大，权重系数越小，其中权重系数a0大于其他的权重系数，提供行人信息的车辆与行人等待区域之间的距离通过车辆信息中的车辆位置与行人等待区域计算得到。
作为本发明的进一步改进，所述数据处理步骤中还包括车辆等待判定子步骤，所述车辆等待判定子步骤包括将车辆信息中的车辆行驶速度与预设的车辆行驶临界值比较，当车辆行驶速度大于车辆行驶临界值时，判定车辆处于行驶状态，反之判定车辆处于等待信号灯状态。
作为本发明的进一步改进，所述数据处理步骤中还包括行人等待判定子步骤，所述行人等待判定子步骤包括将行人信息中的行人行走速度与预设的行人行走临界值比较，当行人行走速度大于行人行走临界值时，判定行人处于行走状态，反之判定行人处于等待信号灯状态。
作为本发明的进一步改进，所述信号灯状态修正策略还包括所述信号灯状态修正模块控制信号灯进行颜色状态变化时，将信号灯的颜色变化发送至所有连接的车辆V2X终端。
本发明的有益效果：该红绿信号灯控制系统通过云端服务器、路侧V2X终端、车辆V2X终端的设置，运用V2X技术获取交通路口的车辆信息和行人信息，并采用状态更换策略和信号灯状态修正策略对交通路口的信号灯进行智能控制，因此在大雾天或者大雨天，该红绿信号灯控制系统仍能够准确获取到车辆信息和行人信息，其受外界环境的影响小，使得对信号灯的控制能够保持合理、准确。
附图说明
图1为本发明的系统连接示意图；
图2为本发明的连接框架图；
图3为状态更换策略的流程图。
附图标记：1、云端服务器；11、信号灯状态库；2、路侧V2X终端；21、信号灯状态初始模块；22、信号灯状态更换模块；23、信号灯状态修正模块；3、车辆V2X终端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。
参照图1、图2、图3所示，本实施例的一种基于车联网V2X的智能红绿信号灯控制系统，包括云端服务器1、设置于交通路口的路侧V2X终端2以及设置于车辆上的车辆V2X终端3，云端服务器1与路侧V2X终端2信号连接，路侧V2X终端2与预设的通讯范围内的车辆V2X终端3信号连接，该预设的通讯范围的最大范围即为路侧V2X终端2与车辆V2X终端3能够进行通讯的最大范围，预设的通讯范围可设置为以路侧V2X终端2为圆心的半径为30m-1km的圆覆盖的范围。路侧V2X终端2还与信号灯连接并控制信号灯进行颜色状态变化。
云端服务器1包括有信号灯状态库11，信号灯状态库11内配置有各个交通路口的信号灯状态表，信号灯状态表包括有连续的若干采集时间段、连续的若干预期时间段、以及各个采集时间段以及预期时间段对应的信号灯颜色状态，采集时间段表征信号灯于过去的时间里呈现某种颜色的时间段，预期时间段表征信号灯于未来预期呈现某种颜色的时间段。
例如采集时间段的时间长度设置为30s，预期时间段的时间长度设置为30s，云端服务器1根据采集时间段的信号灯颜色状态，通过大数据处理得出未来一段时间的各个预期时间段的信号灯颜色状态并记录到信号灯状态表内。
路侧V2X终端2包括有信号灯状态初始模块21、信号灯状态更换模块22以及信号灯状态修正模块23，信号灯状态初始模块21每隔预设的更新时间从云端服务器1下载对应信号灯的信号灯状态表，并根据信号状态表中预期时间段对应的信号灯颜色状态生成初始状态控制指令并发送至信号灯状态修正模块23，更新时间可设置为1分钟。
信号灯状态更换模块22中配置有状态更换策略，状态更换策略包括信息获取步骤、数据处理步骤以及更换触发步骤。
信息获取步骤包括直接获取子步骤和间接获取子步骤，直接获取子步骤包括路侧V2X终端2直接获取行人信息并与车辆V2X终端3建立连接获取该车辆的车辆信息，间接获取子步骤包括车辆V2X终端3获取该车辆周边的其他车辆的车辆信息以及该车辆周边的行人信息，并将获取到的车辆信息和行人信息发送至路侧V2X终端2。车辆信息包括有车辆位置和车辆行驶速度，行人信息包括有行人位置和行人行走速度。
当直接获取子步骤获取的车辆信息与间接获取子步骤获取的车辆信息不符时，选择直接获取子步骤中获取的车辆信息为最终的车辆信息。当直接获取子步骤与间接获取子步骤获取的行人信息不同时，根据同一行人的不同行人信息，通过预设的行走速度算法对行人的行人行走速度进行计算得到行走速度计算值，并将该行走速度计算值与不同的行人信息中的行人行走速度进行比较得到行走速度差值，将速度差值最小的行人信息作为最终的行人信息。
行走速度算法配置为：
Figure BDA0002741928730000061
其中，V为行走速度计算值，a0，a1，a2，a3…an为权重系数，所述信号灯状态更换模块22中配置有权重系数对照表，所述权重系数通过参照所述权重系数对照表得到，v0为路侧V2X终端2直接获取的行人信息中的行人行走速度，v1，v2，v3…vn为路侧V2X终端2间接获取的行人信息中的行人行走速度。
所述权重系数对照表包括若干提供行人信息的车辆与行人等待区域之间的距离区间、与各个距离区间对应的预设的权重系数、以及预设的权重系数a0，权重系数的配置原则为距离越大，权重系数越小，其中权重系数a0大于其他的权重系数，提供行人信息的车辆与行人等待区域之间的距离通过车辆信息中的车辆位置与行人等待区域计算得到。
数据处理步骤包括车辆等待判定子步骤和行人等待判定子步骤，车辆等待判定子步骤包括将车辆信息中的车辆行驶速度与预设的车辆行驶临界值比较，当车辆行驶速度大于车辆行驶临界值时，判定车辆处于行驶状态，反之判定车辆处于等待信号灯状态。行人等待判定子步骤包括将行人信息中的行人行走速度与预设的行人行走临界值比较，当行人行走速度大于行人行走临界值时，判定行人处于行走状态，反之判定行人处于等待信号灯状态。
数据处理步骤还包括根据车辆信息和预设的车辆等待区域确定位于车辆等待区域内等待信号灯的等待车辆数量，同时根据行人信息和预设的行人等待区域确定位于行人等待区域内等待信号灯的等待行人数量。即确定在各个方向上等待信号灯变色的车辆的数量和行人的数量。车辆等待区域为设置于交通路口道路上的指定区域，车辆于该指定区域等待信号灯变成绿灯后通过该交通路口。
更换触发步骤包括将等待车辆数量与预设的车辆等待临界值对比，当车辆等待数量大于车辆等待临界值时，向信号灯状态修正模块23发出车辆信号灯状态更换指令，反之不发送。将等待行人数量与预设的行人等待临界值对比，当行人等待数量大于行人等待临界值时，向信号灯状态修正模块23发出行人信号灯状态更换指令，反之不发送。车辆信号灯状态更换指令以及行人信号灯状态更换指令均包括将对应方向的下一预期时间段的信号灯颜色状态改变为表示允许通行的颜色，例如目前交通规则中交通信号灯的允许通行的颜色为绿色，则改为绿色。
信号灯状态修正模块23内配置有信号灯状态修正策略，信号灯修正策略包括有当未获取到车辆信号灯状态更换指令和行人信号灯状态更换指令时，根据初始状态控制指令控制信号灯进行颜色状态变化。当获取到车辆信号灯状态更换指令和行人信号灯状态更换指令的其中之一时，根据车辆信号灯状态更换指令或行人信号灯状态更换指令控制信号灯进行颜色状态变化，并将信号灯的颜色变化发送至云端服务器1。当获同时获取到车辆信号灯状态更换指令和行人信号灯状态更换指令时，判断车辆信号灯状态更换指令与行人信号灯状态更换指令是否相互矛盾，若不矛盾则根据车辆信号灯状态更换指令和行人信号灯状态更换指令同时控制信号灯进行颜色状态变化，并将信号灯的颜色变化发送至云端服务器1；若相互矛盾则根据初始状态控制指令控制信号灯进行颜色状态变化。当允许车辆沿某个方向通行时又需要允许行人沿该方向的垂直方向通行，在这种情况下这认为车辆信号灯状态更换指令与行人信号灯状态更换指令处于相互矛盾状态。
当云端服务器1接收到信号灯的颜色变化信息时，根据信号灯颜色变化信息修改信号灯状态表，使得信号灯状态表与信号灯的实际颜色变化相符。
信号灯状态修正策略还包括信号灯状态修正模块23控制信号灯进行颜色状态变化时，将信号灯的颜色变化发送至所有连接的车辆V2X终端3。车辆V2X终端3能够提醒驾驶员信号灯颜色的变化，避免雾天或者大雨天驾驶员误识别信号灯颜色，同时车辆V2X终端3接收到信号灯颜色变化后可用于控制车辆启停，使得该红绿信号灯控制系统能够用于车辆自动驾驶领域。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于车联网V2X的智能红绿信号灯控制系统，其特征在于：包括云端服务器(1)、设置于交通路口的路侧V2X终端(2)以及设置于车辆上的车辆V2X终端(3)，所述云端服务器(1)与路侧V2X终端(2)信号连接，所述路侧V2X终端(2)与预设的通讯范围内的车辆V2X终端(3)信号连接，所述路侧V2X终端(2)还与信号灯连接并控制所述信号灯进行颜色状态变化；
所述云端服务器(1)包括有信号灯状态库(11)，所述信号灯状态库(11)内配置有各个交通路口的信号灯状态表，所述信号灯状态表包括有连续的若干采集时间段、连续的若干预期时间段、以及各个采集时间段以及预期时间段对应的信号灯颜色状态，所述采集时间段表征所述信号灯于过去的时间里呈现某种颜色的时间段，所述预期时间段表征所述信号灯于未来预期呈现某种颜色的时间段；
所述路侧V2X终端(2)包括有信号灯状态初始模块(21)、信号灯状态更换模块(22)以及信号灯状态修正模块(23)，所述信号灯状态初始模块(21)每隔预设的更新时间从所述云端服务器(1)下载对应信号灯的所述信号灯状态表，并根据信号状态表中预期时间段对应的信号灯颜色状态生成初始状态控制指令并发送至信号灯状态修正模块(23)；
所述信号灯状态更换模块(22)中配置有状态更换策略，所述状态更换策略包括信息获取步骤、数据处理步骤以及更换触发步骤，所述信息获取步骤包括每隔预设的间隔时间通过V2X技术获取交通路口周围预设获取范围内的车辆信息和行人信息，所述车辆信息包括有车辆位置和车辆行驶速度，所述行人信息包括有行人位置和行人行走速度；
所述数据处理步骤包括根据车辆信息和预设的车辆等待区域确定位于车辆等待区域内等待信号灯的等待车辆数量，同时根据行人信息和预设的行人等待区域确定位于行人等待区域内等待信号灯的等待行人数量；
所述更换触发步骤包括将等待车辆数量与预设的车辆等待临界值对比，当车辆等待数量大于车辆等待临界值时，向信号灯状态修正模块(23)发出车辆信号灯状态更换指令，反之不发送，将等待行人数量与预设的行人等待临界值对比，当行人等待数量大于行人等待临界值时，向信号灯状态修正模块(23)发出行人信号灯状态更换指令，反之不发送，所述车辆信号灯状态更换指令以及所述行人信号灯状态更换指令均包括将对应方向的下一预期时间段的信号灯颜色状态改变为表示允许通行的颜色；
信号灯状态修正模块(23)内配置有信号灯状态修正策略，所述信号灯修正策略包括有当未获取到车辆信号灯状态更换指令和所述行人信号灯状态更换指令时，根据初始状态控制指令控制信号灯进行颜色状态变化，当获取到车辆信号灯状态更换指令和所述行人信号灯状态更换指令的其中之一时，根据车辆信号灯状态更换指令或所述行人信号灯状态更换指令控制信号灯进行颜色状态变化，并将信号灯的颜色变化发送至云端服务器(1)，当获同时获取到车辆信号灯状态更换指令和所述行人信号灯状态更换指令时，判断车辆信号灯状态更换指令与行人信号灯状态更换指令是否相互矛盾，若不矛盾则根据所述车辆信号灯状态更换指令和所述行人信号灯状态更换指令同时控制信号灯进行颜色状态变化，并将信号灯的颜色变化发送至云端服务器(1)，若相互矛盾则根据初始状态控制指令控制信号灯进行颜色状态变化，所述相互矛盾包括允许车辆沿某个方向通行时允许行人沿该方向的垂直方向通行。
2.根据权利要求1所述的一种基于车联网V2X的智能红绿信号灯控制系统，其特征在于：所述信息获取步骤包括直接获取子步骤和间接获取子步骤，所述直接获取子步骤包括所述路侧V2X终端(2)直接获取行人信息并与所述车辆V2X终端(3)建立连接获取该车辆的车辆信息，所述间接获取子步骤包括车辆V2X终端(3)获取该车辆周边的其他车辆的车辆信息以及该车辆周边的行人信息，并将获取到的车辆信息和行人信息发送至所述路侧V2X终端(2)，当直接获取子步骤获取的车辆信息与间接获取子步骤获取的车辆信息不符时，选择直接获取子步骤中获取的车辆信息为最终的车辆信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于车联网V2X的智能红绿信号灯控制系统，其特征在于：所述信息获取步骤还包括，当直接获取子步骤与间接获取子步骤获取的行人信息不同时，根据同一行人的不同行人信息，通过预设的行走速度算法对行人的行人行走速度进行计算得到行走速度计算值，并将该行走速度计算值与不同的行人信息中的行人行走速度进行比较得到行走速度差值，将速度差值最小的行人信息作为最终的行人信息。
4.根据权利要求3所述的一种基于车联网V2X的智能红绿信号灯控制系统，其特征在于：所述行走速度算法配置为：
Figure FDA0002741928720000031
其中，V为行走速度计算值，a0，a1，a2，a3…an为权重系数，所述信号灯状态更换模块(22)中配置有权重系数对照表，所述权重系数通过参照所述权重系数对照表得到，v0为路侧V2X终端(2)直接获取的行人信息中的行人行走速度，v1，v2，v3…vn为路侧V2X终端(2)间接获取的行人信息中的行人行走速度；
所述权重系数对照表包括若干提供行人信息的车辆与行人等待区域之间的距离区间、与各个距离区间对应的预设的权重系数、以及预设的权重系数，权重系数的配置原则为距离越大，权重系数越小，其中权重系数大于其他的权重系数，提供行人信息的车辆与行人等待区域之间的距离通过车辆信息中的车辆位置与行人等待区域计算得到。
5.根据权利要求1所述的一种基于车联网V2X的智能红绿信号灯控制系统，其特征在于：所述数据处理步骤中还包括车辆等待判定子步骤，所述车辆等待判定子步骤包括将车辆信息中的车辆行驶速度与预设的车辆行驶临界值比较，当车辆行驶速度大于车辆行驶临界值时，判定车辆处于行驶状态，反之判定车辆处于等待信号灯状态。
6.根据权利要求1所述的一种基于车联网V2X的智能红绿信号灯控制系统，其特征在于：所述数据处理步骤中还包括行人等待判定子步骤，所述行人等待判定子步骤包括将行人信息中的行人行走速度与预设的行人行走临界值比较，当行人行走速度大于行人行走临界值时，判定行人处于行走状态，反之判定行人处于等待信号灯状态。
7.根据权利要求1所述的一种基于车联网V2X的智能红绿信号灯控制系统，其特征在于：所述信号灯状态修正策略还包括所述信号灯状态修正模块(23)控制信号灯进行颜色状态变化时，将信号灯的颜色变化发送至所有连接的车辆V2X终端(3)。
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