低能见度下无信号控制平面交叉口的车辆预警系统及方法

摘要

本发明公开了一种低能见度下无信号控制平面交叉口的车辆预警系统及方法，包括安全车速计算模块、预警信息发布模块、车辆检测模块和能见度检测模块，其中：能见度检测模块设置于目标交叉口，检测交叉口的能见度，所述车辆检测模块根据磁场变化检测是否有车辆经过，将当前的车辆行驶速度传输给安全车速计算模块，所述安全车速计算模块根据安全车速计算公式、当前交叉口的能见度和车辆的行驶位置进行计算，判断车辆是否为安全行驶速度，并发送信号给预警信息发布模块。本发明基于能有效检测交叉口区域范围内的能见度条件，对即将通过该交叉口的车辆进行车速建议及即将发生的车辆冲突的有效预警。

说明书

技术领域

本发明涉及一种低能见度下无信号控制平面交叉口的车辆预警系统及方法。

背景技术

当前我国城市化进度的快速推进，同时伴随着在各区域之间的公路体系的进一步扩展， 在公路建设中不可避免的出现了数量可观的无信号管理与控制的平面交叉口。而这些交叉口 通常位于城乡结合部、乡镇结合部等郊区区域，该区域的车辆通常具有行驶速度快、驾驶行 为野蛮等特点。而当上述交叉口所在区域出现低能见度天气状况，如大雾、大雪、暴雨、雾 霾等，正在通过上述路口的车辆缺少了交叉口信号的管理，无法提前主动避免车辆碰撞，这 就导致了事故的发生。

现有的文献多关注到了交叉口的冲突问题以及大雾、暴雪、雾霾等低能见度情况下的车 速限速问题，但并未考虑到：

(1)低能见度条件下，基于潜在冲突判别的无信号控制平面交叉口的安全车速计算问题；

(2)低能见度条件下，综合考虑环境条件以及潜在冲突的无信号控制平面交叉口的安全 预警问题。

而本发明主要针对无信号控制平面交叉口处于低能见度条件时，可以依靠交叉口附近所设 置的能见度检测仪判断当前能见度条件以及车辆检测器检测即将通过交叉口的车辆，并综合 考虑环境条件以及潜在冲突，进行车辆安全预警与安全车速的发布。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种低能见度下无信号控制平面交叉口的车辆预警系 统及方法，本发明通过能见度检测模块检测当前交叉口可视条件，并通过车辆检测模块检测 即将通过该路口车辆车速，传送到车速计算模块，计算即将发生交叉口冲突的车辆的安全行 驶速度，并及时传输到预警信息发布与接收模块发布给驾驶人，从而达到无信号交叉口的车 辆冲突处理。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低能见度下无信号控制平面交叉口的车辆预警系统，包括能见度检测模块、车辆检 测模块安全车速计算模块和预警信息发布模块，其中：

所述能见度检测模块设置于目标交叉口，检测交叉口的能见度，所述车辆检测模块根据 磁场变化检测车辆速度，将当前的车辆行驶速度传输给安全车速计算模块，所述安全车速计 算模块根据安全车速计算公式、当前交叉口的能见度和车辆的行驶位置进行计算，判断车辆 是否为安全行驶速度，并发送信号给预警信息发布模块。

所述预警信息发布模块包括控制单元和布设于每条车行道两侧的可控闪光道钉组构成， 控制单元内部储存有预警道钉频率算法，控制单元控制工作可控闪光道钉组工作，所述可控 闪光道钉组包括多个并排设置的可控闪光道钉。车辆检测模块检测当前车道行驶的车辆行驶 车速为安全车速时，控制单元发布正常工作指令使闪光道钉按照常数频率闪烁用于警示驾驶 人道路位置；当车辆检测模块检测出不安全车速时，控制单元的预警机制被激活，按照得出 的安全车速结合预警道钉频率算法得出闪光道钉的点亮顺序和单个道钉的点亮时间，从而在 视觉上达到引导驾驶人主动减速的目的。

所述能见度检测模块，根据已公布的水平能见度科施米德尔公式对当地实际能见度进行 计算，而后进行调校并重新定义低能见度标准，完成调校之后储存当前标准。

所述车辆检测模块设置于交叉口进口道上。

一种基于上述系统的预警方法，包括以下步骤：

(1)将能见度检测模块安装至目标交叉口，检测当前交叉口的能见度，并根据当地天 气实际状况并应用水平能见度经验公式进行调校并重新定义低能见度标准；

(2)车辆检测模块根据实际车辆多次通过检测器时引起的磁场变化，分析该变化信号， 计算出当前车辆行驶速度，传送至安全车速计算模块；

(3)当安全车速计算模块获取到当前车辆行驶速度做出预判，根据安全车速计算公式、 当前能见度和车辆的行驶位置进行判断，在当前能见度条件下是否为安全行驶速度，若不是， 则发生预警。

所述步骤(1)中，根据交叉口使用的能见度经验公式计算得到当前能见度。

所述步骤(3)中，针对同一方向道路上行驶的车辆安全车速计算，构建防追尾安全车速 公式，v_n+1’(t+1)＝f[v_n+1(t)-v_n(t),L(V)(t),a_n+1(α，β)(t)]，L(V)(t)---t时刻前后车可视距离；式 中V代表能见度；a_n+1---第n+1辆车减速度，减速度与参数α，β有关，其中α代表路面附着 系数，β代表车辆制动性能。

所述步骤(3)中，针对相交冲突车流的安全车速计算，构建交叉口防碰撞安全车速公式， v_n+1”(t+1)＝f[minL_n+1(i),v_n+1(t)-v_n(t),a(α，β)(t)]，式中v_n+1”(t+1)---t+1时刻n+1辆车防碰 撞安全车速；L_n+1(i)---第i个冲突点距离n+1辆车的距离。

所述步骤(3)中，对于交叉口的控制条件为两辆车到达交叉口的时间差大于等于最小车 头时距加上前车从停车线到冲突点的行驶时间与后车从停车线到冲突点的行驶时间的差值。

所述步骤(3)中，安全车速的计算方法为v_n+1(t+1)＝min[v_n+1’(t+1),v_n+1”(t+1)]。

所述步骤(3)中，预警道钉频率算法为f_n+1＝Light{CompareTo[C,f_n],v_n+1(t+1),ΣT(i)}，式 中C为预警模块正常工作时闪光道钉闪烁频率为常数；f_n为上一轮安全车速预警频率；ΣT(i) 为闪光道钉点亮顺序。

所述步骤(3)中，关于预警频率的描述如下：当车辆当前车速大于安全车速，由预警道 钉频率算法得出预警频率，并同时由与驾驶人相反方向逐个按照得出预警频率点亮并循环， 形成视觉差引导驾驶人主动减速。

所述道钉的闪烁颜色为蓝色，与频率共同作用才能达到预警模块的最大工作效益。

本发明的有益效果为：

(1)本发明将在低能见度条件下的无信号交叉口的可能发生的车辆冲突列为主要预 警目标；

(2)本发明也可将车辆未进入无控交口前的行驶车速进行车速建议，做到防患于未然 的车辆预警；

(3)基于有效检测交叉口区域范围内的能见度，对即将通过该交叉口的车辆进行车速 建议及即将发生的车辆冲突的有效预警；

(4)充分考虑到无信号交叉口的交通环境条件，低能见度条件下的驾驶人心理活动等 因素造成的驾驶行为的变化，给予一定的车辆安全行驶的辅助功能。

附图说明

图1为本发明的交叉口预警系统布设示意图；

图2为本发明系统逻辑图

图3为本发明预警模块架构示意图

其中：1、车辆检测模块，2、安全车速计算模块，3、能见度检测模块，4、预警信息发 布与接收模块，5、蓝色可控闪光道钉，6、内置控制单元。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种低能见度无信号平面交叉口的车辆预警方法，包括以下步骤：

步骤1：将能见度检测模块安装至目标交叉口，根据当地天气实际状况并应用水平能见 度经验公式——Koschmieder公式V＝，其中V表示能见度，H表示标高(km)，表示光学厚 度，进行调校并重新定义低能见度标准，完成调校之后储存当前标准；

步骤2：车辆检测模块根据实际车辆多次通过检测器时引起的磁场变化，分析该变化信 号并结合配套软件计算出当前车辆行驶速度，传送至安全车速计算模块；

步骤3：当安全车速计算模块获取到当前车辆行驶速度可以做出预判，根据安全车速计 算公式，v_n+1(t+1)＝min[v_n+1’(t+1),v_n+1”(t+1)]，如车辆当前位置位于任意方向的进口直行车道 同时仍有其它车辆位于其它任意方向的与前者存在冲突可能的左转车道，这里需要建立一个 比较取小公式，车速＝CompareTo(每辆车的当前车速,到达交叉口时间,到达冲突点距离)，存在 任何两辆及以上车辆之间存在冲突发生的可能，则利用当前能见度条件下，车速取小之后判 断是否为安全行驶速度，若不是，则通过内置的低能见度条件下的交叉口冲突计算公式得出 安全行驶车速并传输给预警信息发布与接收模块发布，若为安全行驶车速则不做处理。其中 直行与右转的车速与上述步骤三中所述预测方法类同不予赘述。

其中步骤3所述的安全车速计算模块的构建：

1.由步骤1测定的当前能见度，取决于当前交叉口所使用的函数模型；

2.由步骤2可以测得所需的数据参数，并传送至安全车速计算模块中；

3.针对同一方向道路上行驶的车辆之间的安全车速计算，防追尾安全车速公式，v_n+1’ (t+1)＝f[v_n+1(t)-v_n(t),L(V)(t),a_n+1(α，β)(t)]，L(V)(t)---t时刻前后车可视距离；式中V代表 能见度；a_n+1---第n+1辆车减速度，减速度与参数α，β有关，其中α代表路面附着系数，β 代表车辆制动性能。

4.针对交叉口相交道路存在冲突车流的安全车速计算，构建交叉口防碰撞安全车速公式， v_n+1”(t+1)＝f[minL_n+1(i),v_n+1(t)-v_n(t),a(α，β)(t)]，式中v_n+1’(t+1)---同向防追尾n+1辆车在 第n+1时刻安全车速；L_n+1(i)---第i个冲突点距离n+1辆车的距离.

5.利用t这个时间差结合无控交叉口冲突的保证后车安全通过的必要条件公式，通过公 示变形得到适用于本系统的保障后车安全通过无控交叉口的条件公式t＝CompareTo[h(t), t_A,t_F,L_n+1(i)]，其中h为最小车头时距(s)，t_F为前车从停车线到冲突点的行驶时间(s)，t_A为后车从停车线到冲突点的行驶时间(s)。

6.将上述函数模型存储于单片机中，从而进行自动化控制。

其中步骤三中关于预警模块的构建：

1.由当前能见度设置预警模块正常工作状态下的闪烁频率C常数。

2.当检测出当前车辆行驶车速大于安全车速时，激活预警模块预警机制，即激活预警道 钉频率算法，f_n+1＝Light{CompareTo[C,f_n],v_n+1(t+1),ΣT(i)}，式中C为预警模块正常工作时闪光 道钉闪烁频率为常数；f_n为上一轮安全车速预警频率；ΣT(i)为闪光道钉点亮顺序。

3.由安全车速计算模块得到的安全车速v_n+1(t+1)传送至安全预警模块内置控制单元中。

4.得出预警频率，进行交叉口车辆预警。

实施例一：

当无信号交叉口南进口直行方向和西进口直行方向同时有多辆车辆正在进入当前无信号 交叉口，当第一辆车触发车辆检测装置时，整套系统开始工作(车辆进入交叉口之前，能见 度检测装置实时检测当前交叉口的能见度并上传数据至安全车速计算模块)。根据第一辆触发 的车辆检测装置的时刻开始累计统计南进口直行方向和西进口直行方向的车辆之间的时间差 t以及车辆的当前行驶车速v_n，利用这些时间差数据于公式之中，并将时间差按t₁，t₂···t_n储 存，将这些时间差数据作为预判依据用于发布车辆预警，这里要根据具体交叉口的车道数、 停止线等影响因素具体设定安全行驶时间差常数，为方便举例这里设定5秒为安全行驶时间 差常数，当数据传入安全车速计算模块之中后，时间差t₁，t₂···t_n等数据便开始与时间差常数 5秒进行比较，当出现任意时间差t<5，则激活安全车速计算公式得出最小的安全行驶车速， 同时开始进行安全车速预警频率计算。根据预设的当前行驶车速模型v＝f(v_n,t)，建立时间差 与当前行驶车速的二维关系，即对应时间差储存当前行驶速度，当预判时间差t为危险时间 差时，进行安全车速v与当前行驶车速v_n进行比较，若v<v_n，则按照预警频率逐个循环点亮 闪光道钉，如按照每个道钉每秒闪烁一次的频率与驾驶人方向逐一点亮并循环至车辆达到安 全车速恢复正常闪烁频率；若v>＝v_n，则按照正常闪烁频率不进行预警。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。