CN102157072A - 基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置及其诱导方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置及其诱导方法。所述装置包括视频检测器组、路基计算机模块、无线路由器、匝道路侧交通信息提示屏和交通诱导带，视频检测器组将实时采集的高速主干道上的车辆的视频数据发送给路基计算机模块，路基计算机模块处理视频数据生成控制信号，控制信号通过无线路由器发送给匝道路侧交通信息提示屏交通诱导带分别进行显示以及LED灯的模式转换。所述诱导方法，通过处理高速主干道上车辆的交通视频流，得到运动车辆的实时速度和实时距离，并生成控制信号，控制信号通过交通信息提示屏进行显示并控制交通诱导带的LED灯进行模式转换。本发明可有效避免在匝道和高速路主干道的交叉路口处发生交通事故。

Description

基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置及其诱导方法

技术领域

本发明涉及智能交通系统中的交通信号安全控制技术，尤其涉及一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置及其诱导方法。

背景技术

随着我国城市物质文明的高速发展，高速路主干道和入口匝道的车流量平均水平有了较大上升，地面交通压力有所增加。城市高速路主干道和匝道的交叉路口是潜在的运动车辆冲突的地方，交通安全隐患相当大，是交通事故频繁发生的地段，其存在的客观原因：一方面是路口附近的地理条件的限制，另一方面是道路设计的几何布局的限制和交通设施条件的限制，从匝道驶向交叉路口预备汇入高速路主干道的驾驶员无法看到高速路主干道上高速运动的车辆，无法进行合理的车速控制，行车的心理压力较大。目前国内一些较为有效的入口匝道信号的控制方法，仅仅给出的是以交通灯闪烁形式的限速信号，只能唤醒驾驶员控制车速的意识，而不能避免人为地主观控制速度的失误；并且，在匝道上行车，虽然驾驶员在正常情况下都会有意识地控制车速，但是依然存在很大的自主行车汇入高速路主干道的心理压力。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前国内高速路主干道与匝道交叉路口处的交通信号控制的不足，提出一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置及其诱导方法，有效避免了车辆从匝道汇入高速路主干道在交叉路口处发生交通冲突，消除或极大地降低驾驶员由匝道汇入高速路主干道的行车心理压力。

一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置包括视频检测器组、匝道路侧交通信息提示屏、匝道路侧交通诱导带、路基计算机模块和无线路由器；所述的视频检测器组包括四个视频检测器，所述的路基计算机模块包括微控制器、视频采集卡和通信模块；所述的视频检测器组布置在高速路主干道的上游右边路侧，所述的匝道路侧交通信息提示屏布置在由匝道汇入高速路主干道的交叉路口的右边路侧处，提示屏面向匝道，所述的匝道路侧交通诱导带由LED屏排列构成，布置在匝道左边路侧，所述的无线路由器布设在匝道路侧，且与匝道路侧交通诱导带处于同一侧；各视频检测器都通过屏蔽双绞线与路基计算机模块连接，路基计算机模块通过网线连接一个无线路由器，无线路由器之间通过网线连接；所述的匝道路侧交通信息提示屏以及匝道路侧交通诱导带的每个LED屏都带有一个无线控制卡。

各视频检测器实时采集高速主干道的检测区域内车辆的视频图像并发送给路基计算机模块，路基计算机模块中的视频采集卡对视频数据进行模数转换，得到数字格式的视频数据，并将得到的视频数据传送给路基计算机模块中的微控制器；微控制器实时处理收到的视频数据，获得运动车辆的实时速度和运动车辆距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的实时距离，并根据获得的实时速度和实时距离生成控制信号并传送给路基计算机模块中的通信模块，通信模块将控制信号发送给无线路由器，无线路由器通过无线传输方式将控制信号发送给匝道路侧交通信息提示屏和匝道路侧交通诱导带，匝道路侧交通信息提示屏根据控制信号实时显示交叉路口上游高速路主干道检测区域内所有运动车辆的动态位置以及在匝道上行车的限速值，匝道路侧交通诱导带的LED屏根据控制信号进行闪烁发光的模式转换。

一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置及其诱导方法，具体包括以下步骤：

步骤一、从匝道汇入高速路主干道的交叉路口开始，在高速路主干道的上游右边路侧均匀布置四个视频检测器，四个视频检测器实时采集高速路主干道的检测区域内的车辆的视频图像，并将采集的视频图像传送给路基计算机模块；

步骤二、路基计算机模块中的视频采集卡对收到的视频图像进行模数转换，并将转换得到的数字格式的视频数据传送给路基计算机模块中的微控制器，微控制器实时处理收到的视频数据，获取获得运动车辆的实时速度和运动车辆距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的实时距离，并生成控制信号，路基计算机模块中的通信模块将生成的控制信号传送给无线路由器；

所述的控制信号包括：信号a、以图案动画的形式实时显示高速路主干道检测区域内的所有运动车辆相对匝道汇入高速路主干道的交叉路口的动态位置的信号；信号b、在匝道上行车的限速值V_limit千米/小时；信号c、控制匝道路侧交通诱导带上距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口距离为

米的LED屏及其左右相邻的两个LED屏的闪烁发光模式转换的信号，距离

由下面式子确定：

$L_i^2=[\frac{{10}^3\×V_{\mathrm{limit}}}{3600}\×\frac{L_i^1}{V_i^1}\×\frac{1}{3}]\×3,i=\mathrm{1,2,3}\·\·\·n$

其中n为自然数，i表示高速路主干道上，距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的第i辆运动车辆，

表示该第i辆运动车辆到匝道汇入高速路主干道的交叉路口的动态距离值，单位量纲为米，

表示该第i辆运动车辆的实时速度，单位量纲为米/秒；

步骤三、无线路由器将控制信号通过无线传输方式发送给匝道路侧交通信息提示屏和匝道路侧交通诱导带，所述的匝道路侧交通诱导带由k个LED屏排列构成，

L为一个无量纲的数值且L≥5V_limit；

步骤四、匝道路侧交通信息提示屏所附带的无线控制卡接收到控制信号后，将信号a与信号b在匝道路侧交通信息提示屏上显示出来，匝道路侧交通诱导带的LED屏所附带的无线控制卡接收到控制信号后，相应的LED屏根据信号c组成预警单元并进行闪烁发光的模式转换；

匝道路侧交通信息提示屏的上半部分界面根据控制信号中的信息a以图案动画的形式向匝道驾驶员实时显示高速路主干道检测区域内所有运动车辆的动态位置，图案动画主体内容包括：表示静态的高速路主干道检测区域的车道和交叉路口的示意图案，用以实时表示对应于高速路主干道检测区域内运动车辆位置的动态变化的点格图案；匝道路侧交通信息提示屏的下半部分界面根据控制信号中的信息b显示行车信息：限速V_limitkm/h；

匝道路侧交通诱导带的LED屏在高速路主干道的检测区域内没有运动车辆时，所有LED屏处于以频率为3HZ闪烁发出绿色光的发光状态，当高速路主干道的检测区域内有运动车辆时，匝道路侧交通诱导带上距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口为

米的LED屏及其左右相邻的两个LED屏由以频率为3HZ闪烁发出绿色光的发光状态转换为以频率5HZ闪烁发出红色光的发光状态，剩余LED屏保持为3HZ闪烁发出绿色光的发光状态；

步骤五、在匝道上行车的驾驶员，根据匝道路侧交通信息提示屏显示的行车信息保持车速V_limit千米/小时，在匝道路侧交通诱导带的LED屏发出绿光所对应的匝道路段内行车。

本发明的优点与积极效果在于：(1)本发明的诱导设备和诱导方法，仅需要对车辆的速度和车辆与交叉路口的动态距离做实时检测和计算判断，具有计算量小，硬件易于实现，可移植性强的优点；(2)本发明的诱导设备和诱导方法利用交通信息提示屏显示表示交叉路口上游高速路主干道检测区域内所有运动车辆的动态位置变化的点格图案动画，交通信息提示屏的设置更为人性化，能够精准地向驾驶员提供高速路主干道的交通信息；(3)驾驶员遵循匝道路侧交通信息提示屏提示的行车信息限制车速，在交通诱导带上LED屏闪烁绿色光的信号带内行驶，其不再需要主观决策控制车速，一方面，这种方式能够极大减少或消除驾驶员自主行车汇入高速路主干道的驾驶失误与心理压力，另一方面，能有效减少匝道和高速路主干道车辆间的剧烈冲突，从而避免交通事故的发生。

附图说明

图1为本发明的诱导装置的模块结构示意图；

图2为本发明实施例中诱导装置应用场景的示意图；

图3为本发明实施例中匝道路侧交通信息提示屏的架设示意图；

图4为本发明的匝道路侧交通信息提示屏的界面布局示意图；

图5为本发明的LED屏构成的交通诱导带示意图；

图6为本发明的车辆汇入诱导方法的整体步骤流程图。

其中：

100-视频检测器组    200-匝道路侧交通信    300-匝道路侧交通诱    400-路基计算机模

息提示屏              导带                  块

401-微控制器        402-视频采集卡      403-通信模块        500-无线路由器

101-第一视频检测器  102-第二视频检测器  103-第三视频检测器  104-第四视频检测器

501-第一无线路由器  502-第二无线路由器

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置包括：视频检测器组100，匝道路侧交通信息提示屏200，匝道路侧交通诱导带300，路基计算机模块400和无线路由器500。所述的路基计算机模块400以型号为MSP430F149的单片微控制器401为核心，还包括视频采集卡402和通信模块403。视频检测器组100用于探测高速主干道上的车辆的交通参数，实时采集视频数据传送给路基计算机模块400，路基计算机模块400处理视频数据，生成对匝道路侧交通信息提示屏200和匝道路侧交通诱导带上的LED屏300的控制信号，将对应的控制信号通过无线路由器500发送给匝道路侧交通信息提示屏200和匝道路侧交通诱导带300。

所述的视频检测器组100位于高速路主干道，包括四个视频检测器：第一视频检测器101、第二视频检测器102、第三视频检测器103和第四视频检测器104。如图2所示，四个视频检测器，布置在高速路主干道的上游右边路侧，每隔100m布置一个，将从匝道汇入高速路主干道的交叉路口到高速路主干道上游400m处的区域范围作为检测区域。视频检测器101、102、103、104用于检测高速路主干道检测区域内的运动车辆，其实时采集交通视频图像的帧速率为30帧每秒(Frames Per Second，简称fps)，并把采集的视频图像通过埋设在匝道路侧和高速路主干道路侧的屏蔽双绞线传送回路基计算机模块400。

所述的路基计算机模块400主要采用自适应差分背景和差分帧间的视频流处理技术处理视频图像，跟踪在高速路主干道监测区域内的运动车辆，并实时获取运动车辆的实时速度和运动车辆距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的实时距离，将运动车辆的动态位置映射到在匝道路侧交通信息提示屏交通示意图上相应的位置。路基计算机模块400中的视频采集卡402通过屏蔽双绞线和高速路主干道路侧上的视频检测器101、102、103、104相连接，视频检测器采集的视频图像是模拟数据，视频采集卡402实时接收视频图像并对视频图像进行模数转换，得到数字格式的视频数据，传送给路基计算机模块中的微控制器，微控制器401根据视频数据计算获得运动车辆的实时速度和运动车辆距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的实时距离。高速路主干道的检测区域内距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的第i辆车到交叉路口的动态距离值为

单位量纲为米(m)，该第i辆运动车辆的实时速度为

，单位量纲为：米/秒(m/s)，i＝1，2，3，…n，n为自然数。微控制器401根据得到的数字格式的视频数据实时通过自适应差分背景和差分帧间的视频流处理技术，得到的运动车辆的实时距离和实时速度生成对匝道路侧交通信息提示屏200和匝道路侧交通诱导带300的控制信号，并将控制信息发送给通信模块403。所述的控制信号包括：信号a、以图案动画的形式实时显示高速路主干道检测区域内的所有运动车辆相对交叉路口的动态位置的信号；信号b、在匝道上行车的限速值V_limit千米/小时(km/h)；信号c、控制在匝道路侧的交通诱导带上距离匝道和高速路主干道交叉路口距离为

的LED屏及其左右相邻的LED屏进行闪烁光信号模式转换的信号，本发明实施例中是指控制对应LED屏从以3HZ闪烁绿色光信号的模式转换到以5HZ闪烁红色光信号的模式，其中

的单位量纲为：米(m)，i＝1，2，3…n，n为自然数。通信模块403将控制信号发送给无线路由器500。

所述的微控制器401根据数字格式的视频数据获取

和

的主要通过现有方法获得：首先，利用自适应差分背景方法进行车辆检测，对视频数据进行差分背景的方法能够检测到运动的和静止的车辆，视频数据中的运动区域可以用差分背景和差分帧间来分割出运动目标和静止目标，而后利用中值滤波算法进行视频数据的噪声消除，并使用索贝尔算子(Sobel operator)进行视频数据的边缘增强处理完成视频数据的预处理；然后，利用多人决策制定技术(MPDM)进行车辆行车路径获得，同时利用在视频数据帧间的运动车辆在单位时间内其运动的滞后性即在视频数据中运动目标在单位时间内位移不大，速度近似等特点，把相邻视频数据帧间的聚类结果进行匹配，从而获取运动车辆的轨迹，根据车辆的运动轨迹计算获得

最后，根据行车路径的长度和实际车道几何平面以及视频数据中图像平面之间的映射关系计算出运动车辆实际的位移值，再用运动车辆的实际位移值除以视频检测器检测视频的周期就得到了运动车辆的实际的行车速度

。

所述的匝道上行车的限速值V_limit根据使用本发明装置和方法的匝道的具体交通场景所设定，其正常情况下的取值范围在40～60。所述的距离

根据下面式子获得：

$L_i^2=[\frac{{10}^3\×V_{\mathrm{limit}}}{3600}\×\frac{L_i^1}{V_i^1}\×\frac{1}{3}]\×3,i=\mathrm{1,2,3}\·\·\·n$

匝道路侧交通诱导带300上的LED屏根据该警示距离进行发光模式的变更，生成n组实时动态变化的警示单元位置的位置。

所述的无线路由器500布设在匝道路侧，且与LED屏构成的匝道路侧交通诱导带处于同一侧。无线路由器500根据交通场景设置合适数量，使得无线路由器500与路基计算机模块400、匝道路侧的交通信息提示屏200、匝道路侧的交通诱导带上的LED屏500之间构成一个局域的无线网络。无线路由器500之间通过LAN接口用网线连接，其中的一台无线路由器500与路基计算机模块400连接，然后将从路基计算机模块400接收的控制信号发送给其他无线路由器500以及匝道路侧的交通信息提示屏200、匝道路侧的交通诱导带300。如图2所示，本发明实施例中布设了两个无线路由器500，每个无线路由器500传输的无线信号覆盖半径100米。第一无线路由器501与路基计算机模块400通过网线相连接，然后通过网线与第二无线路由器502连接，第一无线路由器501与第二无线路由器502将控制信号发送给匝道路侧的交通信息提示屏200与匝道路侧的交通诱导带300。

所述的匝道路侧交通信息提示屏200布设在由匝道汇入高速路主干道的交叉路口的右边路侧处，其带有一个无线控制卡，接收由无线路由器500传输过来的控制信号，提示屏面朝匝道。如图3所示，本发明实施例中的匝道路侧交通信息提示屏200是由10240个LED灯点组成的长256cm宽160cm的LED显示屏，用钢架悬空架设于距离地面6m高的地方，显示屏面向匝道。如图4所示，路侧交通信息提示屏200的界面分为上半部分界面和下半部分界面。交通信息提示屏200上半部分界面根据控制信号中的信息a以图案动画的形式向匝道驾驶员实时显示交叉路口上游高速路主干道检测区域内所有运动车辆的动态位置。本发明实施例中所显示的图案动画由发出红色光的LED灯的点阵构成，图案动画主体内容包括：表示静态的高速路主干道检测区域的车道和交叉路口的示意图案，用以实时表示对应于高速路主干道检测区域内运动车辆位置的动态变化的点格图案。交通信息提示屏200下半部分界面根据控制信号中的信息b显示行车信息：“限速V_limitkm/h”。本发明实施例中所显示的行车信息文字部分“限速”由发出红色光的LED灯的点阵构成，所显示的行车信息数值及单位部分“V_limitkm/h”由发出黄色光的LED灯的点阵构成，此外，行车信息的整体内容被由发出绿光的LED灯的点阵构成的流水矩形边框所包围。

所述的匝道路侧的交通诱导带300由k个LED屏排列构成，设置在匝道左边路侧上，

其中[·]为取整符号，L为一个无量纲的数值，且由于我国的高速路主干道上的行车的最低车速为80km/h，且匝道的行车速度标准在40km/h到60km/h的范围内，则本发明实施例中在匝道上行车的限速值为50km/h，则此处L≥250。L的具体值根据应用的交通场景而合理设定。每个LED屏带有一个具有无线信号接收功能的无线控制卡，用来接收匝道路侧的无线路由器500传送过来的控制信号。如图5所示，本发明实施例中，LED屏之间间隔3m，从匝道汇入高速路主干道的交叉口开始排列设置在匝道左边路侧上，每一个LED屏的主体为由256个LED灯点组成的长64cm和宽16cm的长方形点阵的灯屏，用竖直钢架架设在路侧防护栏上方，距离地面高度1.5m处，且位于从匝道与高速路主干道的交叉路口到相距交叉路口Lm处的这一段匝道的检测区域内。

匝道路侧交通诱导带300在高速路主干道检测区域内有运动车辆和没有运动车辆这两种情形之下进行闪烁发光，其闪烁发光的模式有两种：模式一、当高速路主干道的400m检测区域内没有运动车辆，则匝道路侧的交通诱导带上的每一个LED屏以频率为3HZ闪烁发光，光色为绿色；模式二、当高速路主干道的400m检测区域内有运动车辆，则匝道路侧的交通诱导带上与交叉路口的距离为

的LED屏以及其左右相邻的LED屏，立即同步地由模式一切换到以5HZ闪烁发出红色光的发光状态，i＝1，2，3…n，n为自然数，i表示高速路主干道上距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的第i辆运动车辆，这三个以5HZ闪烁红色光的LED屏共同构成一个警示单元，与此同时，不属于在警示单元位置上的其他LED屏依旧保持模式一发光闪烁的状态。

如图2所示，分别布置在高速路主干道上游路侧且间隔100m的4个视频检测器101、102、103、104进行检测工作。当高速路主干道上没有运动车辆，路基计算机模块400从4个视频检测器返回的视频数据中得到高速路主干道的检测区域内无车的信息，则路基计算机模块400向与其连接的匝道路侧的无线路由器500传输生成的控制信号，这些控制信号通过各无线路由器500以无线通信方式转发给在匝道路侧处的交通信息提示屏200和匝道路侧交通诱导带上的LED屏300所附带的无线控制卡上，控制匝道路侧交通信息提示屏200上半部分显示界面显示高速路主干道检测区域内的交通情况，下半部分界面显示行车信息：“限速V_limitkm/h”；此外，控制信号控制匝道路侧交通诱导带300上的每一个LED屏以模式一工作，亦即每一个LED屏以3HZ频率闪烁，发出绿色光信号。当有运动车辆进入检测区域，例如图2中所示车辆11和12进入检测区域，则视频检测器101、102、103、104实时检测车辆11、12，并把视频数据传送回路基计算机模块400，路基计算机模块400处理获得运动车辆分别距离交叉路口的实时距离值

和

同时还实时检测它们的速度和，生成车辆由匝道安全汇入高速路主干道的控制信号：控制匝道路侧交通信息提示屏200上半部分界面以图案动画的形式实时显示高速路主干道检测区域内的所有运动车辆相对交叉路口的动态位置的信号；控制路侧交通信息提示屏200下半部分界面实时显示行车信息：“限速V_limitkm/h”的信号；控制匝道路侧交通诱导带300上的两组LED屏显示预警，如图2所示，距离匝道与高速路主干道交叉口距离为

与

的2个LED屏，以及其左右相邻的LED屏立即同步地由以3HZ闪烁绿光的模式切换到以5HZ闪烁发出红色光的模式，此时匝道路侧交通诱导带300上闪烁绿色光的LED屏形成绿光分段的区域，而三个相邻闪烁红光的LED屏构成一组预警单元，图2为匝道路侧交通诱导带300上的两组预警单元，随着

的动态变化，两组预警单元的位置也会随着动态变化。匝道上的车辆21保持车速V_limitkm/h在绿光所对应的匝道路段行车，避免在警示单元所对应的匝道路段行车，则可安全汇入高速路主干道。

本发明的一种高速路主干道与匝道交叉路口处的车辆汇入诱导方法，如图6所示，其具体包括以下步骤：

步骤一、从匝道汇入高速路主干道的交叉路口开始，均匀排列布置在高速路主干道的上游右边路侧的四个视频检测器101、102、103、104，实时采集高速路主干道的检测区域内的车辆的视频图像，并将采集的视频图像发送给路基计算机模块400。本发明实施例中布置于高速路主干道路侧的视频检测器之间的间隔距离为100m，将从匝道汇入高速路主干道的交叉路口到高速路主干道上游400m处的区域范围作为高速路主干道的检测区域，视频检测器以30帧每秒的帧速率采集视频图像，实时检测是否有车辆进入高速路主干道的检测区域。

步骤二、路基计算机模块400实时处理采集的视频图像，获得运动车辆的实时速度和运动车辆距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的实时距离，并生成控制信号，路基计算机模块400将生成的控制信号发送给无线路由器500。视频图像通过有线方式传送到路基计算机模块400后，路基计算机模块400中的视频采集卡402对收到的视频图像进行模数转换，得到数字格式的视频数据，视频采集卡402将视频数据传送给路基计算机模块400中的微控制器401，微控制器401采用自适应差分背景和差分帧间的视频流处理技术处理视频数据，得到运动车辆的实时速度和运动车辆距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的实时距离，然后根据实时速度和实时距离生成如下控制信号：信号a、以图案动画的形式实时显示高速路主干道检测区域内的所有运动车辆相对匝道汇入高速路主干道的交叉路口的动态位置的信号；信号b、在匝道上行车的限速值V_limit千米/小时；V_limit取值范围为40～60；信号c、控制匝道路侧交通诱导带上距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口距离为

米的LED屏及其左右相邻的两个LED屏的闪烁发光模式转换的信号。这些信号从路基计算机模块400传送给匝道路侧的无线路由器500。

所述的距离

通过下面式子确定：

$L_i^2=[\frac{{10}^3\×V_{\mathrm{limit}}}{3600}\×\frac{L_i^1}{V_i^1}\×\frac{1}{3}]\×3,i=\mathrm{1,2,3}\·\·\·n$

其中n为自然数，i表示高速路主干道上，距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的第i辆运动车辆，

表示该第i辆运动车辆到匝道汇入高速路主干道的交叉路口的动态距离值，单位量纲为米，

表示该第i辆运动车辆的实时速度，单位量纲为米/秒。

步骤三、无线路由器500将控制信号通过无线传输方式发送给匝道路侧交通信息提示屏200和匝道路侧交通诱导带300。

所述的匝道路侧交通诱导带由k个LED屏排列构成，

L为一个无量纲的数值且L≥5V_limit。每个LED屏都附带有一个无线控制卡，可用于接收无线信号。匝道路侧交通信息提示屏200也附带有一个无线控制卡，用来接收无线信号。

步骤四、匝道路侧交通信息提示屏200所附带的无线控制卡接收到控制信号后，将信号a与信号b在匝道路侧交通信息提示屏200上显示出来，匝道路侧交通诱导带300的LED屏所附带的无线控制卡接收到控制信号后，相应的LED屏根据信号c组成预警单元并进行闪烁发光的模式转换。

匝道路侧交通信息提示屏200的上半部分界面根据控制信号中的信息a以图案动画的形式向匝道驾驶员实时显示高速路主干道检测区域内所有运动车辆的动态位置，图案动画主体内容包括：表示静态的高速路主干道检测区域的车道和交叉路口的示意图案，用以实时表示对应于高速路主干道检测区域内运动车辆位置的动态变化的点格图案；匝道路侧交通信息提示屏200的下半部分界面根据控制信号中的信息b显示行车信息：限速V_limitkm/h。

匝道路侧交通诱导带300的LED屏在高速路主干道的检测区域内没有运动车辆时，所有LED屏处于以频率为3HZ闪烁发出绿色光的发光状态，当高速路主干道的检测区域内有运动车辆时，匝道路侧交通诱导带300上距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口为

米的LED屏及其左右相邻的两个LED屏由以频率为3HZ闪烁发出绿色光的发光状态转换为以频率5HZ闪烁发出红色光的发光状态，剩余LED屏保持为3HZ闪烁发出绿色光的发光状态。

匝道路侧交通诱导带300的每一个LED屏，以及匝道路侧交通信息提示屏200所附带的无线控制卡接收到控制信号后，立即动作：

控制信号控制匝道路侧交通信息提示屏200上半部分界面以由LED灯点阵组成的红色图案动画的形式向匝道驾驶员实时显示交叉路口上游高速路主干道检测区域内所有运动车辆的动态位置；同时，匝道路侧交通信息提示屏200下半部分界面实时显示：“限速V_limitkm/h”的行车信息。

由路基计算机模块400生成的信号c，实时得到n个距离值i＝1，2，3…n，控制匝道路侧交通诱导带300上n组预警单元的实时动态位置以及对应LED屏进行闪烁发光的模式转换。

步骤五、在匝道上行车的驾驶员，根据匝道路侧交通信息提示屏显示的行车信息保持车速V_limit千米/小时，在匝道路侧交通诱导带的LED屏发出绿色光所对应的匝道路段内行车。

本发明基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置及其诱导方法，可收集与整合更多的驾驶员无法实时获得的高速路主干道的交通信息，这些信息以交通信息提示屏上图案动画的形式，还有以交通诱导带300上LED灯以不同模式闪烁发光的光信号的形式实时反馈给匝道上的驾驶员，为匝道上的驾驶员进行车速控制的决策提供可靠保障，有效避免交通冲突的同时，减少驾驶员的行车心理压力。

Claims (10)

1.一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置，其特征在于，所述的诱导装置包括视频检测器组、匝道路侧交通信息提示屏、匝道路侧交通诱导带、路基计算机模块和无线路由器；所述的视频检测器组包括四个视频检测器，所述的路基计算机模块包括微控制器、视频采集卡和通信模块；所述的视频检测器组布置在高速路主干道的上游右边路侧，所述的匝道路侧交通信息提示屏布置在由匝道汇入高速路主干道的交叉路口的右边路侧处，提示屏面向匝道，所述的匝道路侧交通诱导带由LED屏排列构成，布置在匝道左边路侧，所述的无线路由器布设在匝道路侧，且与匝道路侧交通诱导带处于同一侧；各视频检测器都通过屏蔽双绞线与路基计算机模块连接，路基计算机模块通过网线连接一个无线路由器，无线路由器之间通过网线连接；所述的匝道路侧交通信息提示屏以及匝道路侧交通诱导带的每个LED屏都带有一个无线控制卡；

各视频检测器实时采集高速主干道的检测区域内车辆的视频图像，并传送给路基计算机模块；视频采集卡将收到的视频图像进行模数转换，并将转换后得到的数字格式的视频数据传送给微控制器，微控制器实时处理收到的视频数据，获得运动车辆的实时速度和运动车辆距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的实时距离，并根据获得的实时速度和实时距离生成控制信号并传送给通信模块，通信模块将控制信号发送给无线路由器，无线路由器通过无线传输方式将控制信号发送给匝道路侧交通信息提示屏和匝道路侧交通诱导带，匝道路侧交通信息提示屏根据控制信号实时显示交叉路口上游高速路主干道检测区域内所有运动车辆的动态位置以及在匝道上行车的限速值，匝道路侧交通诱导带的LED屏根据控制信号进行闪烁发光的模式转换。

2.根据权利要求1所述的一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置，其特征在于，所述的四个视频检测器，从匝道汇入高速路主干道的交叉路口开始每隔100m布置一个，将从匝道汇入高速路主干道的交叉路口到高速路主干道上游400m处的区域范围作为高速路主干道的检测区域，视频检测器以30帧每秒的帧速率采集视频图像。

3.根据权利要求1所述的一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置，其特征在于，所述的微控制器，为MSP430F149单片机微控制器，其产生的控制信号包括：信号a、以图案动画的形式实时显示高速路主干道检测区域内的所有运动车辆相对匝道汇入高速路主干道的交叉路口的动态位置的信号；信号b、在匝道上行车的限速值V_limit千米/小时，V_limit取值范围为40～60；信号c、控制匝道路侧交通诱导带上距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口距离为

米的LED屏及其左右相邻的LED屏的闪烁发光模式转换的信号，距离

由下面式子确定：

$L_i^2=[\frac{{10}^3\×V_{\mathrm{limit}}}{3600}\×\frac{L_i^1}{V_i^1}\×\frac{1}{3}]\×3,i=\mathrm{1,2,3}\·\·\·n$

其中n为自然数，i表示高速路主干道上，距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的第i辆运动车辆，

表示该第i辆运动车辆到匝道汇入高速路主干道的交叉路口的动态距离值，单位量纲为米，表示该第i辆运动车辆的实时速度，单位量纲为米/秒。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置，其特征在于，所述的匝道路侧交通信息提示屏，是由10240个LED灯点组成的长256厘米、宽160厘米的LED显示屏，用钢架悬空架设于距离地面6米高的地方。

5.根据权利要求1或3所述的一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置，其特征在于，所述的路侧交通信息提示屏，其上半部分界面根据控制信号中的信息a以图案动画的形式向匝道驾驶员实时显示高速路主干道检测区域内所有运动车辆的动态位置，所显示的图案动画由发出红色光的LED灯的点阵构成，图案动画主体内容包括：表示静态的高速路主干道检测区域的车道和交叉路口的示意图案，用以实时表示对应于高速路主干道检测区域内运动车辆位置的动态变化的点格图案；下半部分界面根据控制信号中的信息b显示行车信息：限速V_limitkm/h，所显示的行车信息中的限速两个字由发出红色光的LED灯的点阵构成，所显示的行车信息中V_limitkm/h部分由发出黄色光的LED灯的点阵构成，行车信息的整体内容被由发出绿光的LED灯的点阵构成的流水矩形边框所包围。

6.根据权利要求1或3所述的一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置，其特征在于，所述的匝道路侧交通诱导带，其包括k个LED屏，

L为一个无量纲的数值且L≥5V_limit，所述的匝道路侧交通诱导带的LED屏闪烁发光的模式有两种：模式一、当高速路主干道的检测区域内没有运动车辆，每一个LED屏为以频率为3HZ闪烁发出绿色光的发光状态；模式二、当高速路主干道的检测区域内有运动车辆，则距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口为

米的LED屏以及其左右相邻的两个LED屏，立即同步地由模式一切换到以频率5HZ闪烁发出红色光的发光状态，剩余LED屏保持以频率3HZ闪烁发出绿色光的发光状态，i＝1，2，3…n，n为自然数，i表示高速路主干道上距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的第i辆运动车辆。

7.根据权利要求5所述的一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置，其特征在于，所述的LED屏，从匝道汇入高速路主干道的交叉路口开始，每隔3米排列设置在匝道左边路侧上，每一个LED屏是由256个LED灯点组成的长64厘米和宽16厘米的长方形点阵的灯屏，用竖直钢架架设在路侧防护栏上方，距离地面高度1.5米处，且位于从匝道汇入高速路主干道的交叉路口到相距该交叉路口L米处的这一段匝道的检测区域内。

8.应用权利要求1所述的一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导装置的诱导方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一、从匝道汇入高速路主干道的交叉路口开始，均匀排列布置在高速路主干道的上游右边路侧的四个视频检测器，实时采集高速路主干道的检测区域内的车辆的视频图像，并将采集的视频图像传送给路基计算机模块；

步骤二、路基计算机模块中的视频采集卡对收到的视频图像进行模数转换，并将转换得到的数字格式的视频数据传送给路基计算机模块中的微控制器，微控制器实时处理收到的视频数据，获得运动车辆的实时速度和运动车辆距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的实时距离，并生成控制信号，路基计算机模块中的通信模块将生成的控制信号传送给无线路由器；

所述的控制信号包括：信号a、以图案动画的形式实时显示高速路主干道检测区域内的所有运动车辆相对匝道汇入高速路主干道的交叉路口的动态位置的信号；信号b、在匝道上行车的限速值V_limit千米/小时；信号c、控制匝道路侧交通诱导带上距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口距离为

米的LED屏及其左右相邻的两个LED屏的闪烁发光模式转换的信号，距离

由下面式子确定：

$L_i^2=[\frac{{10}^3\×V_{\mathrm{limit}}}{3600}\×\frac{L_i^1}{V_i^1}\×\frac{1}{3}]\×3,i=\mathrm{1,2,3}\·\·\·n$

其中n为自然数，i表示高速路主干道上，距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口的第i辆运动车辆，

表示该第i辆运动车辆到匝道汇入高速路主干道的交叉路口的动态距离值，单位量纲为米，表示该第i辆运动车辆的实时速度，单位量纲为米/秒；

步骤三、无线路由器将控制信号通过无线传输方式发送给匝道路侧交通信息提示屏和匝道路侧交通诱导带，所述的匝道路侧交通诱导带由k个LED屏排列构成，

L为一个无量纲的数值且L≥5V_limit；

步骤四、匝道路侧交通信息提示屏所附带的无线控制卡接收到控制信号后，将信号a与信号b在匝道路侧交通信息提示屏上显示出来，匝道路侧交通诱导带的LED屏所附带的无线控制卡接收到控制信号后，相应的LED屏根据信号c组成预警单元并进行闪烁发光的模式转换；

匝道路侧交通信息提示屏的上半部分界面根据控制信号中的信号a以图案动画的形式向匝道驾驶员实时显示高速路主干道检测区域内所有运动车辆的动态位置，图案动画主体内容包括：表示静态的高速路主干道检测区域的车道和交叉路口的示意图案，用以实时表示对应于高速路主干道检测区域内运动车辆位置的动态变化的点格图案；匝道路侧交通信息提示屏的下半部分界面根据控制信号中的信号b显示行车信息：限速V_limitkm/h；

匝道路侧交通诱导带的LED屏在高速路主干道的检测区域内没有运动车辆时，所有LED屏处于以频率为3HZ闪烁发出绿色光的发光状态，当高速路主干道的检测区域内有运动车辆时，匝道路侧交通诱导带上距离匝道汇入高速路主干道的交叉路口为米的LED屏及其左右相邻的两个LED屏由以频率为3HZ闪烁发出绿色光的发光状态转换为以频率5HZ闪烁发出红色光的发光状态，剩余LED屏保持为3HZ闪烁发出绿色光的发光状态；

步骤五、在匝道上行车的驾驶员，根据匝道路侧交通信息提示屏显示的行车信息保持车速V_limit千米/小时，在匝道路侧交通诱导带的LED屏发出绿色光所对应的匝道路段内行车。

9.根据权利要求8所述的一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导方法，其特征在于，步骤一中所述的视频检测器，布置的间隔距离为100米，将从匝道汇入高速路主干道的交叉路口到高速路主干道上游400m处的区域范围作为高速路主干道的检测区域。

10.根据权利要求8所述的一种基于车路协同的交叉口车辆合流诱导方法，其特征在于，步骤二中所述的在匝道上行车的限速值V_limit取值范围为40～60。

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