車輛行至交叉路口恰逢綠燈的速度預(yù)測裝置及方法
【專利說明】車輛行至交叉路口恰逢綠燈的速度預(yù)測裝置及方法 一、技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體涉及車輛行駛速度預(yù)測裝置及方法 二、
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)步發(fā)展和人們生活質(zhì)量的逐年提升，大量汽車涌入城市已 經(jīng)成為公路交通的一大難點。解決交通擁堵最為有效的手段就是科學(xué)高效的管理，關(guān)鍵在 于車輛的精準(zhǔn)化管治，交通控制中心實時探測車輛位置、行駛速度和行駛方向可以為實時 優(yōu)化交通提供重要的數(shù)據(jù)支撐，提出一種方案既能夠增強車輛用戶自身的便利性又能夠使 其樂意實時分享車輛位置就顯得尤其重要。實時預(yù)測車輛行駛速度，使其到達(dá)交叉路口恰 逢相應(yīng)綠燈，給用戶提供便利的同時也為交通控制中心提供了車流量實時數(shù)據(jù)，達(dá)到了雙 贏的效果。
[0003]現(xiàn)有預(yù)測車輛行駛速度的方法很少，尤其是車輛行至交叉路口恰逢相應(yīng)綠燈的速 度預(yù)測裝置及方法。筆者于2013年7月在《計算機測量與控制》期刊上發(fā)表了一篇學(xué)術(shù)論 文《行駛車輛智能速度控制系統(tǒng)設(shè)計》，簡要介紹了車輛行至交叉路口恰逢相應(yīng)綠燈的速度 預(yù)測原理，為了克服沿路布控?zé)o線傳感器實施性差的難題，進(jìn)一步提高車輛行駛速度預(yù)測 的實時性和準(zhǔn)確性，推動該技術(shù)方便人們乘車出行，給人們駕駛或乘坐汽車帶來愉悅的心 情，切實疏緩交通壓力，提出了車輛行至交叉路口恰逢綠燈的速度預(yù)測裝置及方法。 三、

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 車輛行至交叉路口恰逢綠燈的速度預(yù)測裝置及方法主要包括兩個部分，速度預(yù)測 裝置和相配套的信息處理流程。
[0005]速度預(yù)測裝置如圖1所示，包括用戶端、定位基站、通信基站、控制中心、交通燈顯 示終端和連接線。用戶端內(nèi)置地圖，通過無線射頻分別同定位基站、通信基站連接，完成同 二者的信息交互；通信基站與控制中心連接，給用戶端與控制中心之間的信息交換搭建了 橋梁；控制中心與交通燈顯示終端連接，實時控制交通燈的相位。
[0006]通過該套裝置獲得和計算兩部分信息，其一是行駛車輛到達(dá)交叉路口的路程L，其 二是交叉路口交通燈各相位配時和當(dāng)前時間在交通燈本周期的位置。這兩部分信息的獲得 無先后順序，其方法如下：
[0007]①用戶端的位置通過定位基站確定，交叉路口的位置可以通過兩種方式獲取，其 一是由用戶端內(nèi)置地圖獲取，其二是控制中心通過其內(nèi)置地圖獲取。用曲線擬合求微積分 或者多條直線段逼近的方法估算出車輛到交叉路口的路程L。
[0008]②控制中心給出交叉路口交通燈各相位配時和當(dāng)前時間在交通燈本周期的位置。
[0009] 獲得這兩部分信息之后，由交通燈各相位配時計算出交通燈的周期T，再根據(jù)當(dāng)前 時間在交通燈本周期的位置求出車輛到達(dá)交叉路口所需的不足一個交通燈周期的時間余 數(shù)，該時間余數(shù)加上交通燈周期的若干倍作為車輛到達(dá)交叉路口所需的時間，路程L除以 該時間就得出車輛到達(dá)交叉路口恰逢相應(yīng)綠燈的預(yù)測速度。
[0010] 預(yù)測速度的計算可以分散在用戶端，也可以集中在控制中心，還可以引入第三方 地圖運營商，由地圖運營商集中計算。
[0011] 車輛行至交叉路口恰逢綠燈的另一種速度預(yù)測裝置如圖9所示，預(yù)測速度顯示終 端與控制中心相連接，控制中心與交通燈顯示終端相連接。預(yù)測速度顯示終端安置于公路 旁，距離交叉路口有一定路程，長度為L'，控制中心內(nèi)置有該路程?？刂浦行母鶕?jù)交通燈各 相位配時計算出交通燈的周期Τ'，再根據(jù)當(dāng)前時間在交通燈本周期的位置求出車輛到達(dá) 交叉路口所需的不足一個交通燈周期的時間余數(shù)，該時間余數(shù)加上交通燈周期的若干倍作 為車輛到達(dá)交叉路口所需的時間，路程L'除以該時間就得出車輛到達(dá)交叉路口恰逢相應(yīng) 綠燈的預(yù)測速度，預(yù)測速度求出后再發(fā)送給預(yù)測速度顯示終端予以顯示。因為時間是連續(xù) 消逝的，所以預(yù)測速度也是動態(tài)變化的，駕駛?cè)藛T根據(jù)實時看到的顯示終端上的預(yù)測速度 進(jìn)行駕駛，到達(dá)交叉路口也能夠恰逢相應(yīng)綠燈。
[0012] 行駛車輛使用本套裝置及方法后，到達(dá)交叉路口恰逢相應(yīng)綠燈，給乘車人員和駕 駛?cè)藛T帶來愉悅的感受，提高了駕駛?cè)藛T的積極性和注意力，增強了趣味性，降低了疲勞感 和急躁感；能夠有效減少駕駛?cè)藛T遇紅燈后焦急等待而可能出現(xiàn)的搶道現(xiàn)象，降低了交叉 路口車禍發(fā)生的概率；極大降低了大批車輛出行等待綠燈的概率，促使人們更加合理的規(guī) 劃出行時間，提高了效率，同時疏緩了交通壓力。 四、【附圖說明】
[0013] 圖1車輛行駛速度預(yù)測裝置結(jié)構(gòu)
[0014] 圖2車輛行駛速度預(yù)測優(yōu)選裝置示例
[0015] 圖3車輛行駛速度預(yù)測優(yōu)選路程示例
[0016] 圖4車輛行駛速度預(yù)測優(yōu)選交通燈相位配時示例
[0017] 圖5車輛行駛速度預(yù)測優(yōu)選用戶端與控制中心信息交換示例
[0018] 圖6車輛行駛速度預(yù)測優(yōu)選當(dāng)前時間在本周期的位置示例
[0019] 圖7車輛行駛速度預(yù)測優(yōu)選信息獲取與處理流程示例
[0020] 圖8車輛行駛速度預(yù)測優(yōu)選交通燈相位控制示例
[0021] 圖9車輛行駛速度預(yù)測與顯示裝置結(jié)構(gòu)
[0022] 圖10車輛行駛速度預(yù)測與顯示裝置優(yōu)選 五、 實施例
[0023] 下面給出車輛行駛速度預(yù)測優(yōu)選裝置及方法實施例，結(jié)合附圖及流程對發(fā)明進(jìn)一 步描述依據(jù)，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此。
[0024] 車輛行駛速度預(yù)測優(yōu)選裝置如圖2所示，用戶端為智能手機，定位基站為GPS定位 衛(wèi)星，通信基站和通信服務(wù)器由通信運營商提供，地圖更新服務(wù)由地圖運營商提供，因特網(wǎng) 分別連接著通信運營商服務(wù)器、控制中心和地圖運營商。交通燈分三層管理，分別為控制中 心、區(qū)域控制和終端設(shè)備。
[0025] 假設(shè)下一個交叉路口為常見的十字路口，如圖3所示，某輛小型汽車需要穿過該 十字路口繼續(xù)向前行駛，駕駛員希望以大約vstd的速度駕駛車輛，在相應(yīng)綠燈亮起σ時間 時到達(dá)路口，本路段限制該型號汽車最大行駛速度為，最小行駛速度為ν_。該十字路口 交通燈各相位配時及時序如圖4所示。前綴"EW"代表東西方向支路交通燈相位，即車輛所 在支路，前綴"SN"代表南北方向支路交通燈相位。后綴"g"代表綠燈，"y"代表黃燈，"r" 代表紅燈。設(shè)在交通燈一個完整周期內(nèi)東西支路綠燈時間為CEW，南北支路綠燈時間為CSN， 各支路黃燈時間均為C，則該交通燈的周期長度T為：
[0026]T=Cew+Csn+2C(1)
[0027] 時間段〇滿足：
[0028]σ<CEW (2)
[0029] 若以車牌號作為車輛自身標(biāo)識，通過以下步驟可以估算出車輛到達(dá)十字路口恰逢 相應(yīng)綠燈的速度。
[0030] 1估算車輛到十字路口的路程L
[0031] 智能手機的GPS定位終端通過與定位衛(wèi)星的通信計算出車輛所在的位置，由內(nèi)置 的地圖軟件查找到十字路口的位置，采用多線段加修正誤差的逼近方式在地圖上估算車輛 到達(dá)十字路口的路程L。
[0032] 2車輛向控制中心申請交通燈各相位配時
[0033] 如圖5所示，用戶端智能手機經(jīng)過通信基站、通信服務(wù)器和因特網(wǎng)，向控制中心發(fā) 送申請字段Q= {車牌號，駛離路口名稱，支路名稱，駛向路口名稱，校驗碼}?？刂浦行氖?到申請字段Q確認(rèn)無誤后返回應(yīng)答字段QA={車牌號，交通燈周期，交通燈各相位配時，當(dāng) 前時間在交通燈本周期的位置，基準(zhǔn)時間，校驗碼}。
[0034] 3用戶端校對基準(zhǔn)時間
[0035] 智能手機在收到控制中心返回應(yīng)答字段QA后進(jìn)行基準(zhǔn)時間校對，使智能手機與 控制中心基準(zhǔn)時間一致，比如統(tǒng)一為北京時間。
[0036]4估算車輛到達(dá)十字路口所需的交通燈周期數(shù)
[0037] 智能手機根據(jù)交通燈各相位配時計算出交通燈周期長度T，與字段QA內(nèi)置的交通 燈周期相比較，以確認(rèn)交通燈各相位配時準(zhǔn)確無誤。設(shè)智能手機收到的字段QA中交通燈各 相位配時與圖4相同，則車輛到達(dá)十字路口所需的交通燈周期數(shù)m為：
[0038]
(3)
[0039] 其中At為車輛車輛以期望速度vstd行駛至十字路口所需的時間，括號l_x」表示不 超過數(shù)值X的最大整數(shù)。
[0040]5智能手機向控制中心申請車輛通過十字路口時的綠燈周期
[0041] 設(shè)當(dāng)前時間在交通燈本周期的位置如圖6所示，Tn為當(dāng)前交通燈周期，T_為需要 申請的車輛通過十字路口的交通燈周期，t。為本周期開始時間點，tn，tn+1-tn+ni為相應(yīng)周期 綠燈結(jié)束黃燈開始時間點，結(jié)合圖4可以得出tn+1 :
[0042]tn+i=t0+CEW+iTi=0,1,2, 3... (4)
[0043] 當(dāng)前時間在交通燈本周期的位置存在兩種可能：
[0044] ①若當(dāng)前時間在交通燈本周期的t'處，即在本周期開始〇時間以內(nèi)，車輛行至 十字路口的預(yù)測時間At'為：
[0045]Δt' = [T_(t' _t0) ] + (m_l)T+〇
[0046] =mT+ 〇 +t〇~t' (5)
[0047] 考慮到車輛預(yù)測速度的智能化，給駕駛?cè)藛T提供多個可選速度，預(yù)測時間At'和 預(yù)測速度vprf_A為：
[0048]
(6)
[0049] ②若當(dāng)前時間在交通燈本周期的t"處，即在本周期開始〇時間以外，車輛行至 十字路口的預(yù)測時間At"和預(yù)測速度Vpi^B為：
[0050]
(7)
[0051] 綜合①和②可知，預(yù)測速度vprd為：
[0052] (8)
[0053] 因此，當(dāng)j=0時，預(yù)
測速度νΡΜ接近用戶期望行駛速度vstd，當(dāng)j=±1, ±2··· 時，到達(dá)十字路口的時間在At'或At"的基礎(chǔ)上滯后或提前若干周期，車輛行駛速度相 應(yīng)的減慢或加快了，以此速度行駛，到達(dá)十字路口仍然恰逢相應(yīng)綠燈。預(yù)測時間完成計算后 顯示在智能手機上，也可以給駕駛?cè)藛T提供參考。
[0054] 智能手機在計算出滿足要求的m±j之后，將1"±]作為申請周期，〇作為行車號向