CN114419909B - 一种依附式自动充电的交通信号应急机系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种道路交通指挥辅助系统，具体说是依附式自动充电的交通信号应急机系统。它的特点是包括机箱、供电装置、通信装置、控制模块和应急交通信号装置。所述供电装置与通信装置、控制模块和应急交通信号装置呈电连接，所述控制模块与供电装置、通信装置和应急交通信号装置呈电信号连接。所述通信装置、控制模块和应急交通信号装置均位于机箱内。所述供电装置包括蓄电池和无线充电模块。采用该系统可在电力中断、交叉口信号机设施损坏时实现应急信号指挥，为无人驾驶车辆提供必要的交通信号指示和基本的车路协同，避免交叉口通行效率降低的问题，确保交叉口不会拥堵，提高无人驾驶的可靠性。

Description

一种依附式自动充电的交通信号应急机系统

技术领域

本发明涉及一种道路交通指挥辅助系统，具体说是在电力中断、交叉口信号机的设施损坏时用于应急交通指挥的依附式自动充电的交通信号应急机系统。特别适用于无人驾驶车辆。

背景技术

在电力中断、交叉口信号机设施损坏时，交叉口信号机无法正常工作，导致交叉口的车辆和人无所适从，只能依靠交通警察现场指挥或人自觉的礼貌让行来维持交通秩序。同时，出现大面积的交通信号机失效、通信、电力等中断时，需要大量的交通警察及时到达每一个交叉口人工指挥或者配备应急信号灯，并实现全覆盖才能确保路网运行平稳，消耗的人力较多。由于人力资源限制，如果无法及时实现全覆盖人工指挥或者为每一个急需信号指挥的交叉口配备应急信号灯，易导致交叉口效率低或拥堵。然而，在无人驾驶车辆渐次到来的时代，无人驾驶与行人、非机动车驾驶人、有人驾驶车辆难以像人一样依靠手势、眼神、微小预动作进行交流，仍需要信号指挥进行时空分离。另外，如果出现大面积的交通信号机失效、通信、电力等中断，无人驾驶车辆在交叉口信号机停机、信息中断时，无法与交通信号机、交通信息服务中心等进行通信协调与车路协同，车辆之间无法进行有效的通信协同，只有行驶至交叉口处无遮挡后，才能利用环境感知设备检测交警手势或者临时信号灯的相位灯色信息，无人驾驶车辆的效能较差，为了确保不违法行车，只能降低速度。在交叉口处难以有效组织通行秩序，降低了交叉口通行效率，容易导致拥堵，更需要简单有效的指挥机制。

因此，特别需要一种应急信号灯，能自动或者快捷到达需要提供应急信号指挥的交叉口适当位置提供交通信号服务，以及无人驾驶车辆的最基本车路协同功能。本发明设计的应急信号灯，可以依附交叉口已经设置的交通信号机，实现位置布局、能源供给并同步和存储信号控制方案参数，能提供一定时间内的信号服务和基本的无人驾驶车路的车路协同，保证交叉口正常的交通秩序和安全。本发明减小应急交通指挥的人力需求，降低临时运送信号机的时间要求和任务量，提高交通系统应急的可靠性和准确性，保证交叉口的正常交通秩序和通行效率，提高无人驾驶车辆的可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种依附式自动充电的交通信号应急机系统，采用该系统可在电力中断、交叉口信号机设施损坏时实现应急指挥，避免交叉口通行效率降低的问题，确保交叉口不会拥堵，提高无人驾驶的可靠性。

为解决上述问题，提供以下技术方案：

本发明的依附式自动充电的交通信号应急机系统的特点是包括机箱、供电装置、通信装置、控制模块和应急交通信号装置；所述供电装置与通信装置、控制模块和应急交通信号装置呈电连接，所述控制模块与供电装置、通信装置和应急交通信号装置呈电信号连接。所述通信装置、控制模块和应急交通信号装置均位于机箱中。所述供电装置包括蓄电池和无线充电模块，蓄电池充电时，机箱与交叉口信号机的一侧相抵，充电模块通过交叉口信号机为蓄电池提供电能。

所述蓄电池用于为通信装置、控制模块和应急交通信号装置提供电能。

所述通信装置用于为控制模块与交叉口信号机、指挥中心进行通信。

所述控制模块用于负责供电装置、通信装置和应急交通信号装置的信息接入、传输和信息处理，包括：

1)对供电装置、通信装置和应急交通信号装置的软件和硬件管控，完成信息采集、分析和处理，实现整体控制。

2)通过通信装置与交叉口信号机进行通信，下载信号配时方案、设定应急机系统启动机制，并根据通信结果对应急机系统进行控制。

3)对蓄电池的电量进行监控，并在低电量时控制充电模块通过交叉口信号机为蓄电池无线充电。

所述应急交通信号装置用于对控制模块的指令进行灯色发布，显示交叉口不同方向的交通信号灯色。

其中，所述充电模块为无线充电模块，其包括接收端和发射端。所述蓄电池与接收端呈电连接，且二者位于机箱中，蓄电池与通信装置、控制模块和应急交通信号装置呈电连接。所述发射端位于交叉口信号机中，且发射端与交叉口信号机呈电连接。

还包括定位限位装置。所述定位限位装置包括两个正负极相吸的永磁铁磁条，两个永磁铁磁条呈一一对应状位于交叉口信号机与机箱相抵侧壁的内表面上，且两个永磁铁磁条的高度相适配。所述机箱对应的交叉口信号机一侧的地面上有沿机箱归位方向布置的限位槽，限位槽的宽度自机箱归位的终点端到另一端逐渐变大，所述机箱底部对应限位槽的位置处固定有导向块。

所述导向块呈菱形，且当机箱归位后，导向块一对角线与限位槽的纵向中心线重合，达到限位和导向的目的。

所述通信装置包括蓝牙通信模块。

蓝牙通信模块用于与交叉口信号机的蓝牙模块进行配对通信，接收交叉口信号机下发的信号配时方案，实现与交叉口信号机和指挥中心的时钟、信息同步，并相互查询对方的工作状态。

交叉口信号机与应急机系统定期通信联系，如果收不到对方回复，则判定对方故障；应急机系统出现故障，交叉口信号机启动呼叫控制中心以安排维修服务；交叉口信号机故障，则启动应急服务；在交叉口信号机收到控制中心下发的新的应急信号配时方案时，利用通信模块把信号控制方案配时参数下发到应急机系统，实现与指挥中心的交通管控方案同步。

所述应急交通信号装置含有信号灯色模块。

控制模块根据配时方案，控制信号灯色模块的方向灯色变换，显示不同方向的相位、灯色。

所述应急交通信号装置含有WiFi广播模块；

所述WiFi广播模块用于播放当前交叉口布设的应急机系统的信号相位、灯色等通行权信息，信息格式符合国家车路协同标准格式；WiFi广播模块，根据应急机系统接收并更新的配时方案，广播模块发送本交叉口的相位信息，为周边的车辆提供车路协同行车指示；广播模块配合灯色显示模块一起提供行车指示，WiFi信息包括交叉口ID、时间、配时的相位和时长、灯色信息字段；无人驾驶车辆既可以识别应急机系统的信号灯色，也可以通过接收wifi广播信号，解析广播的数字信号相位信息，用于指导行车，提高行车速度和交叉口的通行效率，不必要为了避免违法闯红灯而降低速度等待识别灯色信息和交警手势。

所述应急交通信号装置含有警示灯模块；

所述警示灯模块用于提示周边经过的车或人注意避让。

所述机箱底部的四周均设置有滚轮。

所述机箱底部为自动行走装置，自动行走装置与所述蓄电池呈电连接。

所述自动行走装置用于根据地面标志和导航信息，自动定位，相位变化指示按照道路的设定方向，以实现与信号机的指示方位一致的信号灯色。

采取以上方案，具有以下优点：

由于本发明的依附式自动充电的交通信号应急机系统的供电装置与通信装置、控制模块和应急交通信号装置呈电连接，所述控制模块与供电装置、通信装置和应急交通信号装置呈电信号连接。所述通信装置、控制模块和应急交通信号装置均位于机箱内。所述供电装置包括蓄电池和无线充电模块，蓄电池充电时，机箱与交叉口信号机的一侧相抵，充电模块(接收端)通过交叉路口已经设置的交通信号机(配置无线充电发射端)为蓄电池提供电能。交叉口信号机正常工作时，机箱依附在交叉口信号机一侧，控制模块通过通信装置与交叉口信号机进行定时通信，实现时钟和控制方案同步。控制模块对蓄电池电量进行实时监控，当蓄电池电量较低时，控制模块控制充电模块通过交叉口信号机对蓄电池进行充电，保证蓄电池电路始终处于充足状态。应急机系统与交通信号机相互监测工作状态，当交叉口信号机停电或出现故障，控制模块与交叉口信号机通信失败，控制模块通过通信模块将交叉口信号机的故障信息发送给指挥中心，并启动达到预定位置，应急交通信号装置进行交通信号指挥。这种应急机系统依附在现有的交叉口信号机，实现位置布局、能源供给并存储、同步信号控制方案和参数，能自动到位提供一定时间内的交通信号服务和基本的无人驾驶车路的车路协同，保证交叉口正常的交通秩序和安全。应急机系统依附在现有的交叉口信号机上，当出现大面积正常交通信号中断时，即可立刻进行应急指挥，大大减少了应急交通指挥的人力需求，降低运送临时信号机的时间要求和任务量，提高交通系统应急的可靠性和准确性，保证交叉口的正常交通秩序和通行效率，提高无人驾驶车辆的可靠性。

附图说明

图1是本发明的依附式自动充电的交通信号应急机系统的原理图；

图2是本发明的依附式自动充电的交通信号应急机系统的依附状态图；

图3是本发明的依附式自动充电的交通信号应急机系统中导向块与导向槽的配合示意图。

图4是本发明的依附式自动充电的交通信号应急机系统的工作流程图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明做进一步详细说明。

实施例一

如图1～4所示，本发明的依附式自动充电的交通信号应急机系统的特点是包括机箱、定位限位装置、供电装置、通信装置、控制模块和应急交通信号装置。所述供电装置与通信装置、控制模块和应急交通信号装置呈电连接，所述控制模块与供电装置、通信装置和应急交通信号装置呈电信号连接。所述通信装置、控制模块和应急交通信号装置均位于机箱中。所述供电装置包括蓄电池和无线充电模块，蓄电池充电时，机箱与交叉口信号机的一侧相抵，充电模块通过交叉口信号机为蓄电池提供电能。

所述蓄电池用于为通信装置、控制模块和应急交通信号装置提供电能。

所述通信装置用于为控制模块与交叉口信号机、指挥中心进行通信。

所述控制模块用于负责供电装置、通信装置和应急交通信号装置的信息接入、传输和信息处理，包括：

1)对供电装置、通信装置和应急交通信号装置的软件和硬件管控，完成信息采集、分析和处理，实现整体控制。

2)通过通信装置与交叉口信号机进行通信，下载信号配时方案、设定应急机系统启动机制，并根据通信结果对应急机系统进行控制。

3)对蓄电池的电量进行监控，并在低电量时控制充电模块通过交叉口信号机为蓄电池无线充电。

所述应急交通信号装置用于对控制模块的指令进行灯色发布，显示交叉口不同方向的交通信号灯色。

其中，所述充电模块为无线充电模块，其包括接收端和发射端。所述蓄电池与接收端呈电连接，且二者位于机箱中，蓄电池与自动行走装置、控制模块和应急交通信号装置呈电连接。所述发射端位于交叉口信号机中，且发射端与交叉口信号机呈电连接。

所述定位限位装置包括两个正负极相吸的永磁铁磁条，两个永磁铁磁条呈一一对应状位于交叉口信号机与机箱相抵侧壁的内表面上，且两个永磁铁磁条的高度相适配。所述机箱对应的交叉口信号机一侧的地面上有沿机箱归位方向布置的限位槽，限位槽的宽度自机箱归位的终点端到另一端逐渐变大，所述机箱底部对应限位槽的位置处固定有导向块。

所述导向块呈菱形，且当机箱归位后，导向块一对角线与限位槽的纵向中心线重合，达到限位和导向的目的。

所述通信装置包括蓝牙通信模块。

蓝牙通信模块用于与交叉口信号机的蓝牙模块进行配对通信，接收交叉口信号机下发的信号配时方案，实现与交叉口信号机和指挥中心的时钟、信息同步，并相互查询对方的工作状态。

交叉口信号机与应急机系统定期通信联系，如果收不到对方回复，则判定对方故障；应急机系统出现故障，交叉口信号机启动呼叫控制中心以安排维修服务；交叉口信号机故障，则启动应急服务；在交叉口信号机收到控制中心下发的新的应急信号配时方案时，利用通信模块把信号控制方案配时参数下发到应急机系统，实现与指挥中心的交通管控方案同步。

所述应急交通信号装置含有信号灯色模块。

控制模块根据配时方案，控制信号灯色模块的方向灯色变换，显示不同方向的相位、灯色。

所述应急交通信号装置含有WiFi广播模块；

所述WiFi广播模块用于播放当前交叉口布设的应急机系统的信号相位、灯色等通行权信息，信息格式符合国家车路协同标准格式；WiFi广播模块，根据应急机系统接收并更新的配时方案，广播模块发送本交叉口的相位信息，为周边的车辆提供车路协同行车指示。广播模块配合灯色显示模块一起提供行车指示，WiFi信息包括交叉口ID、时间、配时的相位和时长、灯色信息字段；无人驾驶车辆既可以识别应急机系统的信号灯色，也可以通过接收wifi广播信号，解析广播的数字信号相位信息，用于指导行车，提高行车速度和交叉口的通行效率，不必要为了避免违法闯红灯而降低速度等待识别灯色信息和交警手势。

所述应急交通信号装置含有警示灯模块；

所述警示灯模块用于提示周边经过的车或人注意避让。

为了便于搬运，所述机箱底部的四周均设置有滚轮。

所述控制模块负责各模块功能的信息接入、传输和信息处理。其主要功能是：1)整个应急机系统的软件和硬件管控系统，完成信息采集、分析和处理，实现各种功能控制。2)与交叉口信号机1进行通信；根据交叉口信号机1的参数(参数包括交叉每个通道红绿灯的周期时间)下发请求，接收参数文件。3)根据蓄电池的电源存储情况，启动无线充电请求。4)在交叉口信号机1不能工作(应急机系统自检通信失败，交叉口信号机1无法回复应急机系统对话要求后)，根据参数文件启动应急机系统，或者应急机系统发送请求发现交叉口信号机1不能工作后，自行启动由人工移动到工作位置。

充电模块用非接触模式。将发射端安装到交叉口信号机1中，发射端的发射天线安装在交叉口信号机1的机壳处，通过永磁铁磁条3、限位槽6和导向块5实现机械限位，确保机箱2归位后，接收端与发射端的天线高度和位置均对中，提高无线充电的效率。

在需要长时间工作时，控制模块监控到蓄电池电能不足时，可以由警车蓄电池或者外接电源提供补充能源。如果得不到外接电能补充，则工作至能源耗尽由人工手动回位。

交叉口信号机1内安装有蓝牙，与应急机系统的蓝牙通信模块配对，实现与交叉口信号机1、指挥中心的时钟同步。交叉口信号机1与应急机系统定期通信联系，如果收不到对方回复，则判定对方故障。应急机系统出现故障，交叉口信号机1启动呼叫控制中心以安排维修服务。交叉口信号机1故障，则应急机系统启动应急服务。在交叉口信号机1收到控制中心下发的新的应急信号配时方案时，利用通信模块把信号控制方案配时参数(文件)下发到应急机系统，实现与指挥中心的交通管控方案同步。

应急机系统根据配时方案，控制信号灯模块的方向灯色变换，显示不同方向的相位、灯色。

WiFi广播模块，根据应急机系统接收并更新的配时方案，WiFi广播模块发送本交叉口的相位信息，为周边的车路协同通信中断车辆提供行车指示。交叉口信号机1失效，无法进行车路协同，无人驾驶车辆为了避免违法闯红灯，要低速通过路口并采集应急机系统或者现场交警的手势信息，影响了交叉口行车效率。WiFi广播模块播放相位信息，是交通指挥中心最基本的车路协同机制。在信号灯模块一起提供行车指示，为无人驾驶车辆的车路协同提供行车信号配时信息。WiFi广播模块播放的信息包括交叉口ID、时间(标准)、配时的相位(方向)和时长、灯色等信息字段。无人驾驶车辆既可以识别应急机系统的信号灯色，也可以通过接收WiFi广播模块信号，解析广播的数字信号相位信息，用于指导行车，提高行车速度和交叉口的通行效率，不必要降低速度等待识别灯色信息和交警手势。

警示灯模块，提示周边经过的车、人等注意避让。

实施例二

实施二的技术方案与实施一相比，将滚轮替换为自动行走移动装置。所述机箱底部为自动行走装置，自动行走装置与所述蓄电池呈电连接。

所述自动行走装置用于根据地面标志和导航信息，自动定位，相位变化指示按照道路的设定方向，以实现与信号机的指示方位一致的信号灯色。

导航模块可以利用视频识别自动行进，利于无线充电模块的对中，确保充电效率。自动行走移动装置根据地面标志和导航信息，自动定位，相位变化指示按照道路的设定方向，以实现交叉口信号机1的指示方位一致的信号灯色。在停电、断网、交叉口信号机1故障等情况下，应急机系统通过自动行走装置自动移动到达既定位置。在交叉口信号机回复正常工作后，应急机系统接收到结束工作命令或者蓄电池电力达到预警值，自动回位，进行蓄电池充电的工作。

Claims (10)

1.一种依附式自动充电的交通信号应急机系统，其特征在于包括机箱、供电装置、通信装置、控制模块和应急交通信号装置；所述供电装置与通信装置、控制模块和应急交通信号装置呈电连接，所述控制模块与供电装置、通信装置和应急交通信号装置呈电信号连接；所述通信装置、控制模块和应急交通信号装置均位于机箱中；所述供电装置包括蓄电池和无线充电模块，蓄电池充电时，机箱与交叉口信号机的一侧相抵，充电模块通过交叉口信号机为蓄电池提供电能；

所述蓄电池用于为通信装置、控制模块和应急交通信号装置提供电能；

所述通信装置用于为控制模块与交叉口信号机、指挥中心进行通信；

所述控制模块用于负责供电装置、通信装置和应急交通信号装置的信息接入、传输和信息处理，包括：

1)对供电装置、通信装置和应急交通信号装置的软件和硬件管控，完成信息采集、分析和处理，实现整体控制；

2)通过通信装置与交叉口信号机进行通信，下载信号配时方案、设定应急机系统启动机制，并根据通信结果对应急机系统进行控制；

3)对蓄电池的电量进行监控，并在低电量时控制充电模块通过交叉口信号机为蓄电池无线充电；

所述应急交通信号装置用于对控制模块的指令进行灯色发布，显示交叉口不同方向的交通信号灯色。

2.如权利要求1所述的依附式自动充电的交通信号应急机系统，其特征在于所述充电模块为无线充电模块，其包括接收端和发射端；所述蓄电池与接收端呈电连接，且二者位于机箱中，蓄电池与通信装置、控制模块和应急交通信号装置呈电连接；所述发射端位于交叉口信号机中，且发射端与交叉口信号机呈电连接。

3.如权利要求2所述的依附式自动充电的交通信号应急机系统，其特征在于还包括定位限位装置；所述定位限位装置包括两个正负极相吸的永磁铁磁条，两个永磁铁磁条呈一一对应状位于交叉口信号机与机箱相抵侧壁的内表面上，且两个永磁铁磁条的高度相适配；所述机箱对应的交叉口信号机一侧的地面上有沿机箱归位方向布置的限位槽，限位槽的宽度自机箱归位的终点端到另一端逐渐变大，所述机箱底部对应限位槽的位置处固定有导向块。

4.如权利要求3所述的依附式自动充电的交通信号应急机系统，其特征在于所述导向块呈菱形，且当机箱归位后，导向块一对角线与限位槽的纵向中心线重合，达到限位和导向的目的。

5.如权利要求1所述的依附式自动充电的交通信号应急机系统，其特征在于所述通信装置包括蓝牙通信模块；

蓝牙通信模块用于与交叉口信号机的蓝牙模块进行配对通信，接收交叉口信号机下发的信号配时方案，实现与交叉口信号机和指挥中心的时钟、信息同步，并相互查询对方的工作状态；

交叉口信号机与应急机系统定期通信联系，如果收不到对方回复，则判定对方故障；应急机系统出现故障，交叉口信号机启动呼叫控制中心以安排维修服务；交叉口信号机故障，则启动应急服务；在交叉口信号机收到控制中心下发的新的应急信号配时方案时，利用通信模块把信号控制方案配时参数下发到应急机系统，实现与指挥中心的交通管控方案同步。

6.如权利要求1所述的依附式自动充电的交通信号应急机系统，其特征在于所述应急交通信号装置含有信号灯色模块；

控制模块根据配时方案，控制信号灯色模块的方向灯色变换，显示不同方向的相位、灯色。

7.如权利要求1所述的依附式自动充电的交通信号应急机系统，其特征在于所述应急交通信号装置含有WiFi广播模块；

所述WiFi广播模块用于播放当前交叉口布设的应急机系统的信号相位、灯色等通行权信息，信息格式符合国家车路协同标准格式；WiFi广播模块，根据应急机系统接收并更新的配时方案，广播模块发送本交叉口的相位信息，为周边的车辆提供车路协同行车指示；广播模块配合灯色显示模块一起提供行车指示，WiFi信息包括交叉口ID、时间、配时的相位和时长、灯色信息字段；无人驾驶车辆既可以识别应急机系统的信号灯色，也可以通过接收wifi广播信号，解析广播的数字信号相位信息，用于指导行车，提高行车速度和交叉口的通行效率，不必要为了避免违法闯红灯而降低速度等待识别灯色信息和交警手势。

8.如权利要求1所述的依附式自动充电的交通信号应急机系统，其特征在于所述应急交通信号装置含有警示灯模块；

所述警示灯模块用于提示周边经过的车或人注意避让。

9.如权利要求1～8中任一项所述的依附式自动充电的交通信号应急机系统，其特征在于所述机箱底部的四周均设置有滚轮。

10.如权利要求1～8中任一项所述的依附式自动充电的交通信号应急机系统，其特征在于所述机箱底部为自动行走装置，自动行走装置与所述蓄电池呈电连接；

所述自动行走装置用于根据地面标志和导航信息，自动定位，相位变化指示按照道路的设定方向，以实现与信号机的指示方位一致的信号灯色。

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