CN114530048B - 一种用于路口的车路协同交通控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于路口的车路协同交通控制系统及方法，涉及到交通控制系统，该系统包括：三色交通灯、交通灯控制器、对外示距阵列和汽车；汽车具有行车电脑、高频视觉元件、车速监视模块、加速模块、制动模块和前车测距模块；交通灯控制器以光通讯的方式点亮三色交通灯中的红灯并对外传输减速光信号，减速光信号能够被高频视觉元件所获取，对应的行车电脑的接管处理层接收到减速光信号后启动，将实时车速不满足预设速度的汽车的车速调节至预定车速；预定车速通过高频视觉元件对对外示距阵列的视觉识别获取，或根据前车测距模块对汽车与前车之间的距离获取，该系统可对路口周边的汽车车速进行控制，具有良好的安全性。

Description

一种用于路口的车路协同交通控制系统及方法

技术领域

本发明涉及到交通控制系统领域，具体涉及到一种用于路口的车路协同交通控制系统及方法。

背景技术

车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。要完全发挥车路协同的强大作用，需要通过具有的中控主机以及制式规范的智能汽车才能实现，为了达成该目标，需要逐步对现阶段的汽车进行智能化升级，建立智能化标准供生产厂家参考，以完全发挥车路协同的强大效果。

路口是车与行人交叉汇聚的高风险点，交通灯的作用是调控车与行人的路权分配问题，但是由于车主的疏忽或者误操作，近日以来全国发生了多起因汽车在路口刹车不及时导致的严重车祸，因此，有必要针对性的对路口区域进行基于车路协同方向开发出相关的应对措施，以减少相关事故的发生。

发明内容

本发明提供了一种用于路口的车路协同交通控制系统及方法，通过对汽车控制结构的改进和对道路环境的改造，汽车在朝向交通灯行驶时，交通灯中的红灯会引发汽车启动相应的减速控制逻辑，使得汽车的车速保持在预设的安全速度内，并最终降低至零，可保证汽车在交通灯设置区域不能超速行驶，保证了道路的行人安全性和行车安全性。

相应的，本发明提供了一种用于路口的车路协同交通控制系统，应用在单向通行路段中，包括：

三色交通灯，设置在所述单向通行路段的终点处；

交通灯控制器，用于控制所述三色交通灯；

对外示距阵列，包括设在所述单向通行路段一侧上的多根立柱，任意两根相邻的立柱之间保持预设距离，在所述对外示距阵列中，所述预设距离具有唯一性，所述预设距离用于表征对应的一个减速车速，距离所述三色交通灯最近的两根立柱之间的预设距离表征的减速车速为零；

汽车，行驶于所述单向通行路段上，具有行车电脑、高频视觉元件、车速监视模块、加速模块、制动模块和前车测距模块，其中，所述加速模块用于控制汽车的加速控制，所述制动模块用于控制汽车的减速控制，所述车速监视模块用于监视汽车的实时车速，所述前车测距模块用于测量所述汽车与前车的距离，所述高频视觉元件用于以预设频率获取所述汽车的前方的图像信息；

所述行车电脑包括接管处理层，所述接管处理层分别与所述实时加速模块、所述制动模块、所述车速监视模块、所述高频视觉元件和所述前车测距模块连接；

所述交通灯控制器点亮所述三色交通灯中的红灯并通过所述红灯以光通讯的方式对外传输减速光信号，所述减速光信号能够被所述汽车的高频视觉元件所获取，所述汽车的行车电脑的接管处理层接收到所述减速光信号后启动，所述接管处理层禁用所述加速模块；

在所述汽车行进过程中，所述接管处理层通过所述高频视觉元件获取的图像信息获取对外示距阵列实时所表征的减速车速，并实时将所述减速车速与所述汽车的实时车速比较，当所述汽车的实时车速大于所述减速车速时，通过接管处理层介入控制所述制动模块，将实时汽车的车速调整至对应的减速车速；

或在所述汽车行进过程中，所述接管处理层通过所述汽车与前车的距离计算得到减速车速，当所述汽车的实时车速大于所述减速车速时，通过接管处理层介入控制所述制动模块，将所述汽车的车速调整至对应的减速车速。

可选的实施方式，所述汽车还包括灯光模块，所述灯光模块包括后刹车灯和/或后示宽灯，所述灯光模块与所述接管处理层连接；

在所述接管处理层启动后，所述接管处理层用于驱动所述灯光模块传递所述高频视觉元件接收到的减速光信号。

相应的，本发明提供了一种用于路口的车路协同交通控制方法，包括：

设置在单向通行路段终点处的三色交通灯在转换为红灯后，通过交通灯控制器在所述红灯上加载减速光信号，所述红灯通过光通信的方式对外传播所述减速光信号；

当汽车在所述单向通行路段上行驶时，所述汽车的高频视觉元件在接收到所述减速光信号后，所述汽车的行车电脑的接管处理层启动并执行以下步骤：

禁用所述汽车的加速模块；

所述接管处理层通过所述汽车的车速监视模块获取到所述汽车的实时车速，所述接管处理层通过所述高频视觉元件获取的图像信息获取对外示距阵列实时所表征的第一减速车速，所述接管处理层实时通过所述汽车与前车的距离计算得到第二减速车速；

以所述第一减速车速和第二减速车速中的较小值作为目标减速车速，所述接管处理层对所述目标减速车速和所述实时车速进行比较；

当所述汽车的实时车速大于所述减速车速时，通过所述接管处理层介入控制制动模块，将所述汽车的车速调整至所述目标减速车速。

可选的实施方式，所述通过交通灯控制器在所述红灯上加载减速光信号，所述红灯通过光通信的方式对外传播所述减速光信号包括：

所述红灯由多个像素LED构成，所述多个像素LED中的部分像素LED通过光通信的方式对外传播所述减速光信号。

可选的实施方式，所述汽车的高频视觉元件接收减速光信号包括：

所述高频视觉元件具有低频工作状态和高频工作状态，所述高频视觉元件默认条件下以低频工作状态运行；

在所述汽车的行驶过程中，所述高频视觉元件不断获取所述汽车前方的图像信息；

在所述图像信息中包括红色色块信息时，所述高频视觉元件切换至高频工作模式；

所述高频视觉元件仅在所述高频工作模式下具有对所述减速光信号的接受功能。

可选的实施方式，所述接管处理层通过所述高频视觉元件获取的图像信息获取对外示距阵列实时所表征的第一减速车速包括：

在所述汽车的车速不为零时，所述汽车在行进过程中会依次经过所述对外示距阵列中的立柱，所述高频视觉元件持续获取所述汽车的前方的图像信息，所述图像信息中包括所述立柱；

所述接管处理层根据所述图像信息纪录所述汽车行驶经过每根立柱的时刻；

对于任意两根相邻的立柱，所述接管处理层根据所述汽车经过所述两根相邻的立柱的时间差与所述汽车在所述两根相邻的立柱之间的实时速度变化情况，求出所述两根相邻的立柱之间的距离，所述两根相邻的立柱之间的距离用于表征对应的一个减速速度。

可选的实施方式，所述汽车在接收到所述减速光信号后，所述接管处理层介入对灯光模块的控制；

所述接管处理层通过所述灯光模块中的后刹车灯和/或后示宽灯传递所述减速光信号。

可选的实施方式，所述后刹车灯或后示宽灯包括多个像素LED，所述多个像素LED中的部分像素LED通过光通信的方式对外传播所述减速光信号。

综上，本发明提供了一种用于路口的车路协同交通控制系统及方法，通过在位于路口的交通灯的红灯中加载减速信号供汽车获取，汽车在获取到减速信号后，加速模块被禁用，汽车开始自我判定是否减速至合理的车速，当汽车的车速不满足所需的减速车速时，汽车会自动的进行制动操作，从而使得汽车的车速能够受控的保持在合适的区间内，并最终在合适的位置上降低至零，避免了由于驾驶员的误操作引起的事故；汽车所需要减速的速度通过汽车对外观察实现，交通灯的减速信号中不需要蕴含针对不同车辆的减速速度信息，可大幅度降低实施的难度；汽车所需要减速的速度信息可通过多种途径进行获取，充分考虑到了各种汽车的行车情况，可确保接近路口的汽车都能够受到管控，保证系统的运行可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的用于路口的车路协同交通控制系统的结构示意图。

图2为本发明实施例的用于路口的车路协同交通控制方法流程图。

图3为本发明实施例的用于路口的车路协同交通控制方法的立柱位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要首先说明的是，车路协同的最终实现需要依赖于高计算能力的云服务器以及制式规范的通信标准和执行标准，理论上，要实现完全的车路协同工作，需要道路上的所有车辆都基于一个统一的云端系统进行控制，即所有车辆均为自动驾驶车辆，本发明实施例仅从一个局部范围出发对相关的技术内容进行创造和发明，以提供一个从现有技术向车路协同最终形态过渡的解决方案。

另外，需要对光通信进行基本的介绍的，具体的，光通信是指利用光（行业内一般指可见光）进行通信的通信方式，光本身是波与粒子的组成，波本身具有被加载数据的功能，而利用波加载数据的通信方式称为载波通信，即传统的无线讯号传递方式；而行业内的光通信主要是指有别于载波通信的通信方式，即利用光的高速频闪进行数据的传输，即本发明实施例的光通信指代的通信方式为利用频闪光信号进行数据传输的通信方式。

具体的，光通信的实施基础为能够发生频闪的发光元器件，当频闪频率足够高时，由于人眼的视觉残留现象，人眼并不能对该信号进行可视化的观察，而对于视觉设备而言，光信号的有和无不存在残留，因此，通过光的频闪规律可进行信号的传递。

图1为本发明实施例的用于路口的车路协同交通控制系统的结构示意图。

具体的，本发明实施例提供了一种用于路口的车路协同交通控制系统，应用在单向通行路段1中，单向通行路段1指代一段常规的单向通行的城市交通路段。

该用于路口的车路协同交通控制系统包括：

三色交通灯4，设置在所述单向通行路段1的终点处，三色交通灯4为最常规的针对于汽车2的路口行车控制灯，具体的，本发明实施例的三色交通灯4中的红灯具有较为特别的限定要求，由于需要通过红灯的高速频闪对外发射信号，因此，需要要求红灯中至少存在一个像素LED（红灯一般由多个LED构成，因此，本发明实施例将红灯中的每个LED定义为一个像素，即红灯由多个像素LED组成）是能够高速频闪的，具体的，对于本发明实施例的应用而言，首先，能够高速频闪的像素LED所发射的信号是由类似于摄像头的高频视觉元件进行获取的，相应的，高频视觉元件的图像获取会涉及到图像分辨率的问题，由于汽车2与交通灯是间距一定距离的，若能够高速频闪的LED所组成的图案区域太小，则高频视觉元件在距离交通灯过远的距离所获取的图像可能无法接收到高速频闪的LED的传输信息，这就会导致系统失效，无法在合理的距离起到对汽车2传输减速信号的作用，因此，在进行高速频闪的像素LED的设计时，应结合汽车2需要开始减速的位置与三色交通灯4之间的距离进行考虑，通过设置合适区域面积的高速频闪的像素LED，以在合适的位置供汽车2的高频视觉元件进行获取，从而使汽车2在距离路口合适的距离开始减速；需要说明的是，根据光通信的原理，红灯的高速频闪的规律反映的内容为红灯所需要传递的减速信号，该规律在参与构建该车路系统交通控制系统的车辆中为已知的，所有参与构建该车路系统交通控制系统的车辆均能根据该规律识别得到减速信号。

具体的，最常见的高频视觉元件为行车记录仪，在现有技术下，常规使用的行车记录仪的拍摄频率包括30p/s、60p/s（升格速度）、120p/s（升格速度）、240p/s（升格速度），行车记录仪的分辨率则包括720P分辨率(约100万像素)、960P分辨率（约130万像素）、1080P分辨率（约200万像素）、2k分辨率（约370万像素）、4k分辨率（约800万像素）。

交通灯控制器，用于控制所述三色交通灯4，具体的，有别于传统的交通灯灯光控制器，本发明实施例的交通灯控制器需要附加一个用于在红灯中加载高频闪烁信号的特殊控制器；同样的，关于特殊控制器所需要加载的高频闪烁信号，需要为系统内预先定义用于表征减速信号的规律的频闪信号。

对外示距阵列3，包括设在所述单向通行路段1一侧的多根立柱（具体实施中，可在道路两侧均设置对外示距阵列，位于道路两侧的两组对外示距阵列均能独立发挥作用，本发明实施例以道路一侧的对外示距阵列为例进行说明），相邻两根立柱之间保持预设距离，所述预设距离具有唯一性，所述预设距离用于表征对应的一个减速车速，距离所述三色交通灯最近的两根立柱之间的预设距离表征的减速车速为零。

具体的，每一根立柱是沿着单向通道路段的侧边设置的，不会影响到汽车2的正常行驶，而不同位置上的两根相邻立柱的间距是不一样的；具体的，本发明实施例的红灯通过高频闪烁发出的减速信号是不具有速度指示功能的，且由于不同汽车2在单向通行路段1上的位置不同，同一个减速信号不能够指示不同位置上的汽车2减速到合理的速度，因此，需要附加额外的指引设备供汽车2的减速速度进行参考指引。

具体的，汽车2所需要减速达到的减速速度是与汽车2在所述单向通行路段1上位置有关的（汽车2与交通灯所在路口的距离有关的），理论上，汽车距离交通灯所在的路口距离越短，其所需要减速达到的速度越低，并最终在停车线处（距离前车为安全距离的位置处）速度降低为零。

因此，本发明实施例采用利用立柱标识的方式，相邻立柱的间距表征汽车2所需要减速的速度，使汽车2根据立柱间的间距调整车速；具体的，参照附图图1所示，假设A立柱与B立柱之间的距离为a，B立柱与C立柱之间的距离为b……依次类推，任意两根相邻的立柱之间的距离为确定值，而不同位置上的两根相邻的立柱之间的距离不同，具体实施中，汽车是沿着道路的通行方向进行行驶的，汽车的车速对于汽车本身是已知的，而汽车经过两根相邻立柱的时间差（或汽车通过每一根立柱的时刻）可通过高频视觉元件（后续对高频视觉元件的实施进行说明）进行获取，根据数学原理，汽车的实时车速对时间的积分为路程，即可通过汽车的实时车速和时间的对应关系求解得到相邻的两根立柱之间的距离；而任意两根立柱之间的距离则表征着汽车需要减速达到的速度，如在本发明实施例中，假设道路限速为60公里/小时，A立柱与B立柱的a距离表征速度需要减速至50公里/小时，B立柱与C立柱的b距离表征速度需要减速至40公里/小时……H立柱与I立柱的h距离表征速度需要减速至0公里/小时，根据现有设定规则，汽车所获取的减速速度是具有滞后性的，即汽车需要通过两根立柱后才能获取两根立柱的距离并得到减速速度，因此，关于立柱的设立则相对需要提前，如在本发明实施例中，位于最后I立柱不能设置在停车线上，而是需要提前设置。

需要说明的是，立柱本身指代的是独立设置的标记符号，其物理载体可以为护栏等现有设备，只需要刷上特定颜色的油漆（以供车辆进行识别）或喷涂特定的图案即可，不需要额外的设备投入，可节省大量的设置成本。

关于立柱的识别可通过后续所介绍的高频视觉元件实现，也可以通过额外设置的视觉元件实现，基于经济性考虑，一般采用实施高频视觉元件进行立柱的识别。

此外，关于相邻立柱间的距离与所需要表征的减速速度的对应关系，可根据现有函数关系（一般为一次函数或二次函数）设定，也可以通过预设的形式，预先设置每一个距离与减速车速的对应关系并形成对应关系表，并保证参与构建该车路铁通交通控制系统的所有车辆均遵守同一个对应关系表。

汽车2，行驶于所述单向通行路段1路段上，具有行车电脑、高频视觉元件、加速模块、制动模块和前车测距模块，具体的，对参与构件该车路系统交通控制系统的汽车2的需求为具有上述的设备模块，其中：

所述加速模块用于控制汽车的加速控制，常见的，对于燃油车所述加速模块为发动机，对于电动车所述加速模块为驱动电机；

所述制动模块用于控制汽车的减速控制，常见的，对于燃油车所述制动模块为刹车模块（包括刹车踏板、刹车泵等组成部件），对于电动车所述制动模块除了包括常规的刹车踏板等部件外，还可以通过对驱动电机的控制实现制动；

所述车速监视模块用于监视汽车的实时车速，常见的，车速监视模块的实时车速数据即为车辆的显示车速；

所述前车测距模块用于测量所述汽车与前车的距离，常见的前车测距模块为毫米波雷达或红外雷达；

所述高频视觉元件用于以预设频率获取所述汽车的前方的图像信息，常见的高频视觉元件可以为行车记录仪，实际上，由于三色交通灯4的红灯通过高频闪烁发出的减速信号的频率是任意设定的，高频视觉元件的快门速度只需为红灯通过频闪发出的减速信号的整数倍即可。

具体的，所述行车电脑包括接管处理层，所述接管处理层分别与所述实时加速模块、所述制动模块、所述车速监视模块、所述高频视觉元件和所述前车测距模块连接。

以上为本发明实施例的车路协同交通控制系统的基本组成结构。

具体的，本发明实施例所述的用于路口的车路协同交通控制系统中的各个组成部件之间的联络性为：

所述交通灯控制器点亮所述三色交通灯中的红灯并通过所述红灯以光通讯的方式对外传输减速光信号，所述减速光信号能够被所述汽车的高频视觉元件所获取，所述汽车的行车电脑的接管处理层接收到所述减速光信号后启动，所述接管处理层禁用所述加速模块；

在所述汽车行进过程中，所述接管处理层通过所述高频视觉元件获取的图像信息获取对外示距阵列实时所表征的减速车速，并实时将所述减速车速与所述汽车的实时车速比较，当所述汽车的实时车速大于所述减速车速时，通过接管处理层介入控制所述制动模块，将实时汽车的车速调整至对应的减速车速；

或在所述汽车行进过程中，所述接管处理层通过所述汽车与前车的距离计算得到减速车速，当所述汽车的实时车速大于所述减速车速时，通过接管处理层介入控制所述制动模块，将所述汽车的车速调整至对应的减速车速。

具体的，关于该执行逻辑的具体运行逻辑在后续方法内容中进行进一步的说明。

进一步的，当汽车2无法捕抓到红灯信号时，或无法获取到对外示距阵列3时，该情况汽车2一般处于车流之中，因此，可选的，

所述汽车还包括灯光模块，所述灯光模块包括后刹车灯和/或后示宽灯，所述灯光模块与所述接管处理层连接；

在所述接管处理层启动后，所述接管处理层用于驱动所述灯光模块传递所述高频视觉元件接收到的减速光信号。图2为本发明实施例的用于路口的车路协同交通控制方法流程图。

相应的，本发明还提供了一种用于路口的车路协同交通控制方法，包括：

S101：设置在单向通行路段终点处的三色交通灯在转换为红灯后，通过交通灯控制器在所述红灯上加载减速光信号，所述红灯通过光通信的方式对外传播所述减速光信号；

在三色交通灯切换为红灯时，同步的，交通灯控制器在所述红灯上加载减速光信号，具体实施中，可针对整个红灯的像素LED进行加载，若闪烁的频率不高，则容易给人眼察觉到；因此，为了避免影响观感，具体实施中，可仅在其中的部分像素LED进行信号的加载。

具体的，所述通过交通灯控制器在所述红灯上加载减速光信号，所述红灯通过光通信的方式对外传播所述减速光信号包括：

所述红灯由多个像素LED构成，所述多个像素LED中的部分像素LED通过光通信，即可见光高速频闪的方式对外传播所述减速光信号。

S102：当汽车在所述单向通行路段上行驶时，所述汽车的高频视觉元件在接收到所述减速光信号后，所述汽车的行车电脑的接管处理层启动；

具体的，当汽车的高频视觉元件在接收到所述减速光信号后，汽车的行车电脑的接管处理层启动并开始作业。

实际实施中，对于汽车而言，高频视觉元件长期运行在高频状态下，会导致能耗的大幅提高，因此，实际实施中，关于高频视觉元件对减速光信号的接收主要分为两步进行：

所述高频视觉元件具有低频工作状态和高频工作状态，所述高频视觉元件默认条件下以低频工作状态运行；

在所述汽车的行驶过程中，所述高频视觉元件不断获取所述汽车前方的图像信息；

在所述图像信息中包括红色色块信息时，所述高频视觉元件切换至高频工作模式；

所述高频视觉元件仅在所述高频工作模式下具有对所述减速光信号的接受功能。

具体的，红灯在图像中显示为红色色块，其具有明显的色彩区分度，可通过视觉识别的方式感知，由图像中的红色色块触发高频视觉元件的模式切换，使高频视觉元件工作在高频工作状态下；如果在图像中的红色色块区域没有接收到减速光信号，则在一定时间后，所述高频视觉元件切换回低频工作状态；

所述高频视觉元件在高频工作模式下，由于图像获取的频率的提高，才能够接收到减速光信号，而在接收到减速光信号后，所述接管处理层开始启动并执行相关的程序。

具体的，所述接管处理层启动后的运行逻辑如下：

S103：禁用所述加速模块；

具体的，对汽车的加速模块进行禁用，防止用户对汽车进行加速操作，保证了汽车的车速不会增加，提高路口的安全性。

S104：所述接管处理层通过所述车速监视模块获取到所述汽车的实时车速，所述接管处理层通过所述高频视觉元件获取的图像信息获取对外示距阵列实时所表征的第一减速车速，所述接管处理层实时通过所述汽车与前车的距离计算得到第二减速车速；

具体的，在该步骤中，接管处理层需要得到的数据包括实时车速、第一减速车速和第二减速车速。

具体的，在接管处理层介入对制动模块的控制后，需要一个指导速度来指导接管处理层对制动模块的控制，从而使汽车能够进行合理的减速。

具体的，针对行车车况良好、没有前车且周围不存在遮挡干扰的汽车而言，可通过对对外示距阵列的观察来获取所需要调控的第一减速车速，具体的，所述所述接管处理层利用所述高频视觉元件对单向通行路段的对外示距阵列进行监测获取汽车所需达到的第一减速车速包括：

在所述汽车的车速不为零时，所述汽车在行进过程中会依次经过所述对外示距阵列中的立柱，所述高频视觉元件持续获取所述汽车的前方的图像信息，所述图像信息中包括所述立柱；

所述接管处理层根据所述图像信息纪录所述汽车行驶经过每根立柱的时刻；

对于任意两根相邻的立柱，所述接管处理层根据所述汽车经过所述两根相邻的立柱的时间差与所述汽车在所述两根相邻的立柱之间的实时速度变化情况，求出所述两根相邻的立柱之间的距离，所述两根相邻的立柱之间的距离用于表征对应的一个减速速度。

具体的，在所述汽车的车速不为零时，所述高频视觉元件持续获取所述汽车的前方的图像信息，所述汽车在行进过程中会依次经过所述对外示距阵列中的立柱，通过对所述高频视觉元件所获取的图像的分析，汽车行经立柱的时刻（立柱在高频视觉元件所获取的图像中消失的时刻）是已知的，汽车的车速本身是实时已知的，通过车速与时间的积分关系，可求出两根相邻立柱之间的间距；即所述接管处理层根据所述汽车的实时速度以及立柱在所述图像中的消失情况，计算出两根立柱之间的距离，所述两根立柱之间的距离映射出所述汽车所需达到的减速车速。

而针对处于跟车状态的汽车而言，还需要考虑到跟车距离的问题，具体的，还需要所述接管处理层实时通过所述汽车与前车的距离计算得到第二减速车速；另外，针对位于车流中的汽车而言，由于可能存在无法获取到对外示距阵列以及交通灯的图像，需要通过前车进行信号传递，具体的，所述汽车在接收到减速光信号后，所述接管处理层介入对灯光模块的控制；

所述接管处理层通过所述灯光模块中的后刹车灯和/或后示宽灯传递所述减速光信号。同样的，考虑到车灯频闪影响驾驶员视线的问题，所述后刹车灯或后示宽灯包括多个像素LED，所述多个像素LED中的部分像素LED通过高速频闪的方式对外传播所述减速光信号。

前车通过尾灯闪烁的方式加载所述减速光信号供后车获取，从颜色上，汽车尾灯的红色与交通灯的红灯相同，在高频视觉元件获取的图像中均为红色色块，可起到激活高频视觉元件工作状态切换的作用，并同时起到信号传播以及提醒减速的功能。

S105：以所述第一减速车速和所述第二减速车速中的较小值作为目标减速车速，所述接管处理层对所述目标减速车速和所述实时车速进行比较；

具体的，具体的，所述前车测距模块所获取的第二减速车速主要根据汽车与前车之间的距离并结合汽车的制动能力决定，汽车与前车之间的距离越小，汽车的制动能力越弱，则相对应第二减速车速越低；反之，则第二减速车速越高，这针对每一辆汽车是一个差异性的数据。

S106：当所述汽车的实时车速大于所述减速车速时，通过所述接管处理层介入控制制动模块，将所述汽车的车速调整至所述目标减速车速。

具体的，目标减速车速的最终速度为零，这是通过对对外示距阵列中的距离所述三色交通灯最近的两根立柱之间的预设距离进行限定得到的，其表征的减速车速为零。

为了更清楚的说明本发明的技术内容，本发明列举一组实施数据以供参考，具体的，目前常规城市道路的限速速度为60公里/小时，根据对目前市场上的汽车调研发现，不同牌子的汽车在60公里/小时的时速紧急刹停时（即车速降低为0公里/小时），其制动距离在9米至20米之间，基于舒适性考虑，以制动距离的最大值，即20米作为参照，将该制动距离放大10倍，即200米，从距离三色交通灯200米处开始对外示距阵列的布置。

根据图1所示的立柱型号和相邻两根立柱之间距离的标注方式，结合附图图3示意，为了便于计算，首先将单向通行路段均分为合理数量的分段数，具体的，前述说明中列举了通过在现有道路的护栏上直接设置立柱的实施方式，具体实施中，目前道路的一侧上通常设置有护栏，护栏具有竖直的立杆，相应的，通过对某一段城镇道路的护栏立杆数目进行计数，在200米范围内，其立杆数目为33根，即200米的单向通行路段被33根立杆划分为32段，每一段的距离为6.25米。

根据本发明实施例的立杆的设置原理，相邻两根立杆之间的距离需要具有唯一性，因此，可采用数列的方式设置立柱的数量。

具体的，如采用等差数列的方式，对等差数列求和，1、2、3……依次累加并求和，1+2+3+4+5+6+7=28，28为该等差数列小于32的最小和数，若该等差数列累加至8，则和数超过32，不利于立柱的实施；因此，在本发明实施例中，根据数列1、2、3、4、5、6、7进行立柱的设置。相应的，汽车理论减速距离为28*6.25=175米。

具体的，以距离路口最远的立杆作为第一根立柱（即A立柱），然后以与A立柱间距为7段的立柱作为B立柱，依次类推，依次设置C立柱、D立柱、E立柱、F立柱、G立柱、H立柱，在设置完H立柱后，距离路口还剩下4根多余的立杆，由于本发明实施例的车辆的减速具有一定的滞后性，剩下4根立杆的距离刚好能用于给汽车作最后的制动距离，从而可更好的满足具体的实施需求。具体实施中，关于多余的立杆的设置数量可根据实施基础相应的调整，多余的立杆同样可分配在A立柱的左侧，保证预留28段的距离即可。

相应的，只需要在对应的立杆上做上能够供高频视觉元件识别的颜色或图案，既能满足实施需求，施工较为便利。

考虑到理想情况下，汽车从距离三色交通灯200米处开始匀加速度减速，实际减速距离为175米，对于数学计算而言，物体以匀加速度减速至零的运动距离和从零速度匀加速度的运动距离的计算公式实质相同，根据初速度为零且按照匀加速度进行加速的距离计算公式S=0.5at²,其中，S为运动距离，S=175米，a为加速度，t为运动时间；具体的，由于已知汽车的末速度为60公里/小时（约等于16.7米/秒），加速度a=16.7/t，以上距离计算公式可简化为S=8.35t，将S=175代入至公式中，求得t约等于20秒，相应的，加速度约为0.835m/s²。相对应，理论上，汽车若从A立柱处开始匀加速度减速，则汽车的加速度为-0.835m/s²,汽车经过约20秒后车速降低为零。

具体的，由于已经确认了每根立柱的设置位置，相应的，结合前述的汽车减速规律，汽车在不同位置上所需要的减速车速可以进行计算。

假设汽车从A立柱起即开始匀速减速，以汽车依次经过A立柱和B立柱为例进行说明。

具体的，a的长度为6.25*7=43.75米，根据前述说明内容的汽车初始车速16.67米/秒和汽车的加速度-0.835m/s²数据，结合加速度距离公式可知，汽车从A至B的行驶时间约为2.8秒，相应的，根据汽车的初始车速和汽车的加速度，经过2.8秒后，汽车的车速应该降低至16.67-2.8*0.835=14.332米/秒，为了便于汽车调节，将其四舍五入为14米/秒，换算为汽车时速单位后约为50公里/小时，即理论上，汽车经过B立柱时，汽车需要减速至50公里/小时。

相应的，关于a距离的第一减速车速对应关系可解析为a=43.75米对应于50公里/小时的第一减速车速。对于依次驶过A立柱和B立柱的汽车而言，汽车在经过B立柱后，会得到第一减速车速应为50公里/小时的数据。

假如汽车不处于跟车状态，则接管处理层在汽车经过B立柱后，将实时车速与50公里/小时进行对比，若实时车速大于50公里/小时，则接管处理层对制动系统进行控制，使得车速降低至50公里/小时；若实时车速小于50公里/小时，接管处理层则不介入制动系统的操作。

依次类推，汽车在经过C立柱时，会求解得到B立柱与C立柱的距离，根据前述的理论计算方法，汽车在经过C立柱时刻的理论减速车速已知的，将b距离与该车速进行关联，则汽车能够知道在经过C立柱后所需要达到的减速车速。

汽车在经过立柱后，得到第一减速距离，汽车自动化的执行制动操作的同时，由于汽车自身还是具有运动速度的，汽车会同步的进行行驶，并重复执行第一减速速度的获取以及制动操作，该过程是一个动态的过程。

具体实施中，根据前述说明，除了最靠近路口的两根立柱外的其余立柱在进行建模运算时，大量的数据采用近似值取值，实质并不会影响到系统的运行稳定性，因为最靠近路口的两根立柱之间的距离始终用于表征第一减速车速为零，该定义是无需通过计算的，而汽车在其余位置上的减速即使是采用近似取值，并不会影响到汽车本身始终保持减速行驶的运动特性。

在最极端的情况下，汽车在运行至最后F立柱和G立柱之间时，交通灯才转为红灯，汽车在经过H立柱后才能获取G立柱和H立柱之间的距离并得到减速速度为零，根据前述数据可知，汽车60公里/小时的紧急制动距离为20米，本发明实施例预留了25米的制动距离，也能够满足实际的使用需求。

具体应用中，由于汽车对立柱之间的距离计算的不恒定性（不同车辆之间的差异性），具体实施中，两根立柱之间的距离还需要根据可允许的误差定义为一个取值范围，而并非恒定值。

另外，需要说明的是，本发明实施例的用于路口的车路协同交通控制系统及方法在实际使用中肯定是具有局限性的，例如，针对已经驶过最靠近路口的立柱的车辆无效等局限，但对于该部分局限性可通过其余的发明创造解决，本发明实施例提供的用于路口的车路协同交通控制系统及方法在所限制的条件内是具有实用性的，其最佳应用场景为单车道道路环境；此外，在该用于路口的车路协同交通控制系统及方法的实施过程中，除了会限制驾驶员的油门操作外，并不会限制驾驶员的其余操作，驾驶员能够保持对汽车的控制，从而可在紧急条件下发挥人类的主观能动性。

综上，本发明实施例提供了一种用于路口的车路协同交通控制系统及方法，通过在位于路口的交通灯的红灯中加载减速信号供汽车获取，汽车在获取到减速信号后，加速模块被禁用，汽车开始自我判定是否减速至合理的车速，当汽车的车速不满足所需的减速车速时，汽车会自动的进行制动操作，从而使得汽车的车速能够受控的保持在合适的区间内，并最终在合适的位置上降低至零，避免了由于驾驶员的误操作引起的事故；汽车所需要减速的速度通过汽车对外观察实现，交通灯的减速信号中不需要蕴含针对不同车辆的减速速度信息，可大幅度降低实施的难度；汽车所需要减速的速度信息可通过多种途径进行获取，充分考虑到了各种汽车的行车情况，可确保接近路口的汽车都能够受到管控，保证系统的运行可靠性。

以上对本发明实施例所提供的一种用于路口的车路协同交通控制系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种用于路口的车路协同交通控制系统，应用在单向通行路段中，其特征在于，包括：

三色交通灯，设置在所述单向通行路段的终点处；

交通灯控制器，用于控制所述三色交通灯；

对外示距阵列，包括设在所述单向通行路段一侧上的多根立柱，任意两根相邻的立柱之间保持预设距离，在所述对外示距阵列中，所述预设距离具有唯一性，所述预设距离用于表征对应的一个减速车速，距离所述三色交通灯最近的两根立柱之间的预设距离表征的减速车速为零；

汽车，行驶于所述单向通行路段上，具有行车电脑、高频视觉元件、车速监视模块、加速模块、制动模块和前车测距模块，其中，所述加速模块用于控制汽车的加速控制，所述制动模块用于控制汽车的减速控制，所述车速监视模块用于监视汽车的实时车速，所述前车测距模块用于测量所述汽车与前车的距离，所述高频视觉元件用于以预设频率获取所述汽车的前方的图像信息；

所述行车电脑包括接管处理层，所述接管处理层分别与所述加速模块、所述制动模块、所述车速监视模块、所述高频视觉元件和所述前车测距模块连接；

所述交通灯控制器点亮所述三色交通灯中的红灯并通过所述红灯以光通讯的方式对外传输减速光信号，所述减速光信号能够被所述汽车的高频视觉元件所获取，所述汽车的行车电脑的接管处理层接收到所述减速光信号后启动，所述接管处理层禁用所述加速模块；

在所述汽车行进过程中，所述接管处理层通过所述高频视觉元件获取的图像信息获取对外示距阵列实时所表征的减速车速，并实时将所述减速车速与所述汽车的实时车速比较，当所述汽车的实时车速大于所述减速车速时，通过接管处理层介入控制所述制动模块，将实时汽车的车速调整至对应的减速车速；

或在所述汽车行进过程中，所述接管处理层通过所述汽车与前车的距离计算得到减速车速，当所述汽车的实时车速大于所述减速车速时，通过接管处理层介入控制所述制动模块，将所述汽车的车速调整至对应的减速车速。

2.如权利要求1所述的用于路口的车路协同交通控制系统，其特征在于，所述汽车还包括灯光模块，所述灯光模块包括后刹车灯和/或后示宽灯，所述灯光模块与所述接管处理层连接；

在所述接管处理层启动后，所述接管处理层用于驱动所述灯光模块传递所述高频视觉元件接收到的减速光信号。

3.一种用于路口的车路协同交通控制方法，其特征在于，包括：

设置在单向通行路段终点处的三色交通灯在转换为红灯后，通过交通灯控制器在所述红灯上加载减速光信号，所述红灯通过光通信的方式对外传播所述减速光信号；

当汽车在所述单向通行路段上行驶时，所述汽车的高频视觉元件在接收到所述减速光信号后，所述汽车的行车电脑的接管处理层启动并执行以下步骤：

禁用所述汽车的加速模块；

所述接管处理层通过所述汽车的车速监视模块获取到所述汽车的实时车速，所述接管处理层通过所述高频视觉元件获取的图像信息获取对外示距阵列实时所表征的第一减速车速，所述接管处理层实时通过所述汽车与前车的距离计算得到第二减速车速；

以所述第一减速车速和第二减速车速中的较小值作为目标减速车速，所述接管处理层对所述目标减速车速和所述实时车速进行比较；

当所述汽车的实时车速大于所述减速车速时，通过所述接管处理层介入控制制动模块，将所述汽车的车速调整至所述目标减速车速。

4.如权利要求3所述的用于路口的车路协同交通控制方法，其特征在于，所述通过交通灯控制器在所述红灯上加载减速光信号，所述红灯通过光通信的方式对外传播所述减速光信号包括：

所述红灯由多个像素LED构成，所述多个像素LED中的部分像素LED通过光通信的方式对外传播所述减速光信号。

5.如权利要求3所述的用于路口的车路协同交通控制方法，其特征在于，所述汽车的高频视觉元件接收减速光信号包括：

所述高频视觉元件具有低频工作状态和高频工作状态，所述高频视觉元件默认条件下以低频工作状态运行；

在所述汽车的行驶过程中，所述高频视觉元件不断获取所述汽车前方的图像信息；

在所述图像信息中包括红色色块信息时，所述高频视觉元件切换至高频工作模式；

所述高频视觉元件仅在所述高频工作模式下具有对所述减速光信号的接受功能。

6.如权利要求3所述的用于路口的车路协同交通控制方法，其特征在于，所述接管处理层通过所述高频视觉元件获取的图像信息获取对外示距阵列实时所表征的第一减速车速包括：

在所述汽车的车速不为零时，所述汽车在行进过程中会依次经过所述对外示距阵列中的立柱，所述高频视觉元件持续获取所述汽车的前方的图像信息，所述图像信息中包括所述立柱；

所述接管处理层根据所述图像信息纪录所述汽车行驶经过每根立柱的时刻；

对于任意两根相邻的立柱，所述接管处理层根据所述汽车经过所述两根相邻的立柱的时间差与所述汽车在所述两根相邻的立柱之间的实时速度变化情况，求出所述两根相邻的立柱之间的距离，所述两根相邻的立柱之间的距离用于表征对应的一个减速速度。

7.如权利要求3所述的用于路口的车路协同交通控制方法，其特征在于，

所述汽车在接收到所述减速光信号后，所述接管处理层介入对灯光模块的控制；

所述接管处理层通过所述灯光模块中的后刹车灯和/或后示宽灯传递所述减速光信号。

8.如权利要求7所述的用于路口的车路协同交通控制方法，其特征在于，所述后刹车灯或后示宽灯包括多个像素LED，所述多个像素LED中的部分像素LED通过光通信的方式对外传播所述减速光信号。

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