一种基于车路协同的单行道行人过街控制方法

摘要

本发明公开了一种基于车路协同的单行道行人过街控制方法，该方法通过控制中心将车辆?信号灯?视频检测器等进行协同控制，以实现行人过街信号灯控制与车辆及时减速，从而降低单行道上的人车冲突，提高道路交通安全。本发明包括以下几个步骤：交通数据采集、控制中心收集车辆信息、判断车辆是否在影响区内、行人过街信号灯控制以及车辆安全减速等步骤。本发明方法设计简单，易于计算；通过车路协同，能够精确地实现车辆速度控制与行人过街信号灯的控制，减少单行道上的人车冲突，有效提高道路交通安全。基于车路协同的单行道行人过街控制方法在道路交通管理与控制方面具有非常实际的工程运用价值。

说明书

技术领域

本发明属于智能交通管理与控制技术领域，特别涉及一种基于车路协同 的单行道行人过街控制方法。

背景技术

随着近些年来我国居民生活水平不断改善，经济快速发展，国内小汽 车拥有量迅速增加。根据公安部相关数据显示，截止2012年底，我国机动 车保有量达到2.4亿余量，机动车驾驶人数达到2.6亿，而且在不断增长。 剧增的机动车带来了巨大的交通压力，同时也对交通安全造成了很大的影 响。数据表明，仅2010年，全国就发生交通事故210821起，事故造成死 亡人数达6.5万之多。而在众多事故中，行人过街与车辆运行之间产生冲 突，造成车辆碰撞行人的事故占据了很大的比例，为人民生命财产安全带 来了巨大损失。另一方面，单行道设置是为了保障车辆运行的速度，提高 道路的使用效率，频繁的行人过街也对单行道的使用造成了一定的负面影 响。因此，如何安全有效地解决单行道车辆运行与行人安全过街这一问题 显得尤为重要。

已有单行道人行过街控制，主要通过设置行人过街信号灯的方式，以 保障行人安全过街，避免与车辆发生冲突。然而，已有控制方法存在两个 明显的缺陷，首先，由于信号灯配时设置不够合理，经常发生行人闯红灯 过街的行为，导致单行道上高速运行的车辆无法及时察觉，从而造成严重 的交通事故；其次，已有控制方法无法将车辆和行人过街进行协同控制， 限制了车辆在单行道上的运行速度，不利于充分利用道路资源。

随着智能交通技术的迅猛发展，车路协同技术也得到了广泛关注。车 路协同通过车辆-控制中心-路侧设施之间的无线连接，能够实现信息的无 线传递与交通的实时控制，因此为单行道行人过街控制奠定了非常良好的 基础。经过发明人的深入研究发现，将车路协同技术应用于单行道行人过 街处，通过车辆/视频检测器-控制中心-车辆/信号灯之间的紧密衔接，能 够很好的实现单行道行人过街的控制，解决已有研究中存在的巨大缺陷。 因此，基于车路协同的单行道行人过街控制方法对改善我国道路交通安全 现状具有非常重要的工程运用价值。

发明内容

为克服已有单行道行人过街控制的两大缺陷，有效降低道路交通事故 率，改善交通安全，本发明的目的是提供一种基于车路协同的单行道行人 过街控制方法，通过车辆/视频检测器-控制中心-车辆/信号灯之间的信息 传输与控制，来实现车辆的及时减速与信号灯的控制，保障行人过街的安 全，提高单行道的利用效率，克服已有控制方法存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于车路协同的单行道行人过街控制方法，由视频检测器检测行人 过街的位置与速度的实时信息，由车辆与视频检测器发送实时信息至控制 中心，控制中心根据车辆与行人过街信息判断是否安全，若不安全则控制 车辆减速同时调整行人过街信号灯，具体步骤为：

1)采集交通基础数据，包括：车辆在道路上的最大安全减速度a，车辆 静止安全距离L₀，行人过街平均速度V_p；

2)在单行道上运行的车辆与设置于单行道一侧的视频检测器实时 发送信息至控制中心，信息包括车辆与行人过街的实时速度、位置，控制 中心收集上述信息；

3)根据步骤2)中的信息，控制中心判断距离行人过街横道最近的 第一辆车C的位置X是否在影响区内，判断的标准为：

L₁<X≤L₁+L₂，

其中：

$L_1=\frac{{(V_C/3.6)}^2}{2a}+L_0,$

$L_2=\frac{S}{V_p}(V_C/3.6)+L_0-L_1;$

其中：

L₁为影响区至行人过街横道的最小距离；

L₂为影响区的长度；

V_C为车辆C的速度；

V_p为行人过街平均速度；

a为车辆在道路上的最大安全减速度a；

L₀为车辆静止安全距离；

S为单行道宽度；

若L₁<X≤L₁+L₂，则车辆C对行人过街有影响，转入步骤4)；否则转 入步骤7)；

4)根据步骤2)中的视频检测器检测的信息，控制中心确定单行道 两侧过街耗时最多的行人P_A和P_B的速度和位置；此外，控制中心调整行人 过街信号灯为红灯，禁止行人再进入过街横道，同时进入步骤5)以保证已 经进入过街横道的行人安全过街；

5)确定临界时间T：

T＝max{(S-S_A)/V_A,(S-S_B)/V_B}

其中：

max为取两个值中的较大值；

S_A为从单行道A侧至B侧的行人P_A已走的距离；

S_B为从单行道B侧至A侧的行人P_B已走的距离；

V_A为行人P_A的速度；

V_B为行人P_B的速度；

转入步骤6)；

6)根据步骤2)中的信息，控制车辆C以减速度b安全减速；

转入步骤8)；

7)根据步骤2)中的信息，控制中心判断车辆C位置X是否在L₁内，即X≤L₁，若成立，则控制中心调整行人过街信号灯为红灯；否则，调 整行人过街信号灯为绿灯，转入步骤8)；

8)进入下一周期。

在步骤1)中，车辆在道路上的最大安全减速度a和车辆静止安全距离 L₀通过参考文献“王炜、过秀成著《交通工程学》”获得；行人过街平均速 度V_p根据历年行人过街数据进行分析获得。

所述步骤6)的具体步骤为：

6-1)确保临界时间T内，车辆C无法到达人行过街横道与行人产生冲 突，即：

即：

$2\left[\frac{(V_C/3.6)T-(X-L_0)}{T^2}\right]\le b$

转入步骤6-2)；

6-2)确保临界时间T内，车辆C减速行驶不会与其后车D产生冲突， 即：

即：

$2\left[\frac{(V_C/3.6)T+L_3+H_C-(V_D/3.6)T+\frac{1}{2}{\mathrm{aT}}^2-L_0}{T^2}\right]\ge b$

其中：

L₃为车辆C与车辆D之间的距离；

H_C为车辆C的车身长度；

V_D为车辆D的速度；

转入步骤6-3)；

6-3)确保b不大于车辆在道路上的最大安全减速度a，即b≤a：

综上，车辆C的减速度b满足：

$2\left[\frac{(V_C/3.6)T-(X-L_0)}{T^2}\right]\le b\le max\{a,2[\frac{(V_C/3.6)T+L_3+H_C-(V_D/3.6)T+\frac{1}{2}{\mathrm{aT}}^2-L_0}{T^2}\left]\right\}$

取b为最小的0.5的倍数。

有益效果：本发明提出了一种基于车路协同的单行道行人过街控制方 法，该方法充分利用了车辆/视频检测器-控制中心-车辆/信号灯之间协同 控制的优势，由车辆与视频检测器发送实时信息至控制中心，控制中心根 据车辆与行人过街信息判断是否安全，若不安全则控制车辆减速同时调整 行人过街信号，从而提高了单行道上行人过街的安全。

与现有单行道行人过街控制方法相比，本发明解决了已有控制方法中 的两大缺陷。首先，通过控制中心收集车辆与行人的实时信息，判断是否 安全，若存在风险则通过控制中心发送信号控制车辆进行减速并调整信号 灯，可以有效地提高行人过街的安全，降低事故风险；同时，通过车辆/视 频检测器-控制中心-车辆/信号灯之间协同控制，能够有效保障单行道的利 用效率，从而在一定程度上缓解交通拥堵。

综上所述，本发明可以在有效降低单行道行人过街风险，改善交通安 全的同时，提高单行道的利用效率，缓解交通拥堵，因此具有很强的应用 前景。

附图说明

图1为本发明的总体控制流程图；

图2为基于车路协同的单行道行人过街示意图。

图2中，1-行人P_A，2-行人P_B，3-车辆C，4-车辆D，5-信号灯，6-视 频检测器，7-控制中心。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1和图2所示，本发明提出的基于车路协同的单行道行人过街控 制方法，由视频检测器检测行人过街的位置与速度，由车辆与视频检测器 发送实时信息至控制中心，控制中心根据车辆与行人过街信息判断是否安 全，若不安全则控制车辆减速同时调整行人过街信号灯，从而提高了单行 道上行人过街的安全，该方法的具体步骤为：

1)采集交通基础数据，包括：车辆在道路上的最大安全减速度a， 车辆静止安全距离L₀，行人过街平均速度V_p，其中，减速度a的单位为米/ 秒²，静止安全距离L₀的单位取米，行人过街平均速度V_p的单位取米/秒；

在步骤1)中，车辆在道路上的最大安全减速度a和车辆静止安全距离 L₀可以参考文献(王炜、过秀成著《交通工程学》)获得；行人过街平均速 度V_p根据历年行人过街数据进行分析获得，可以参考文献(陈峻、徐良杰 等著《交通管理与控制》)。

2)在单行道上运行的车辆与设置于单行道一侧的视频检测器实时 发送信息至控制中心，控制中心收集车辆与行人过街的实时速度、位置等 信息；

3)根据步骤2)中的信息，控制中心判断距离行人过街横道最近的 第一辆车C的位置X是否在影响区内，判断的标准为：

L₁<X≤L₁+L₂，

其中：

$L_1=\frac{{(V_C/3.6)}^2}{2a}+L_0,$

$L_2=\frac{S}{V_p}(V_C/3.6)+L_0-L_1;$

其中：

L₁为影响区至行人过街横道的最小距离，单位：米；

L₂为影响区的长度，单位：米；

V_C为车辆C的速度，单位：千米/小时；

V_p为行人过街平均速度，单位：米/秒；

a为车辆在道路上的最大安全减速度a，单位：米/秒²；

L₀为车辆静止安全距离，单位：米；

S为单行道宽度，单位：米；

若L₁<X≤L₁+L₂，则车辆C对行人过街有影响，转入步骤4)；否则转 入步骤7)；

4)根据步骤2)中的视频检测器检测的信息，控制中心确定单行道 两侧过街耗时最多的行人P_A和P_B的速度和位置。此外，控制中心调整行人 过街信号灯为红灯，禁止行人再进入过街横道，同时进入步骤5)以保证已 经进入过街横道的行人安全过街；

5)确定临界时间T：

T＝max{(S-S_A)/V_A,(S-S_B)/V_B}

其中：

max为取两个值中的较大值；

S_A为从单行道A侧至B侧的行人P_A已走的距离，单位：米；

S_B为从单行道B侧至A侧的行人P_B已走的距离，单位：米；

V_A为行人P_A的速度，单位：米/秒；

V_B为行人P_B的速度，单位：米/秒；

转入步骤6)；

6)根据步骤2)中的信息，控制车辆C以减速度b安全减速，b的 单位为米/秒²，具体步骤为：

6-1)确保临界时间T内，车辆C无法到达人行过街横道与行人产生冲 突，即：

即：

$2\left[\frac{(V_C/3.6)T-(X-L_0)}{T^2}\right]\le b$

转入步骤6-2)；

6-2)确保临界时间T内，车辆C减速行驶不会与其后车D产生冲突， 即：

即：

$2\left[\frac{(V_C/3.6)T+L_3+H_C-(V_D/3.6)T+\frac{1}{2}{\mathrm{aT}}^2-L_0}{T^2}\right]\ge b$

其中：

L₃为车辆C与车辆D之间的距离，单位：米；

H_C为车辆C的车身长度，单位：米；

V_D为车辆D的速度，单位：千米/小时；

转入步骤6-3)；

6-3)确保b不大于车辆在道路上的最大安全减速度a，即b≤a：

综上，车辆C的减速度b满足：

$2\left[\frac{(V_C/3.6)T-(X-L_0)}{T^2}\right]\le b\le max\{a,2[\frac{(V_C/3.6)T+L_3+H_C-(V_D/3.6)T+\frac{1}{2}{\mathrm{aT}}^2-L_0}{T^2}\left]\right\}$

取b为最小的0.5的倍数，转入步骤8)；

7)根据步骤2)中的信息，控制中心判断车辆C位置X是否在L₁内，即X≤L₁，若成立，则控制中心调整行人过街信号灯为红灯；否则，调 整行人过街信号灯为绿灯，转入步骤8)；

8)进入下一周期。

实施例

下面给出一个具体实施例。图2所示为单行道行人过街段，其中，图 中各标号含义为：1-行人P_A，2-行人P_B，3-车辆C，4-车辆D，5-信号灯， 6-视频检测器，7-控制中心。采用本发明对该单行道行人过街处进行协同控 制。

步骤1，采集交通基础数据，包括：车辆在道路上的最大安全减速度a＝2， 车辆静止安全距离L₀＝2，行人过街平均速度V_p＝1.5，其中，减速度a的单 位为米/秒²，静止安全距离L₀的单位取米，行人过街平均速度V_p的单位取 米/秒；

步骤2，在单行道上运行的车辆与视频检测器实时发送信息至控制中心， 控制中心收集车辆与行人过街的实时速度、位置等信息；

步骤3，根据步骤2中的信息，控制中心判断距离行人过街横道最近的 第一辆车C的位置X＝75是否在影响区内，判断的标准为：

L₁<X≤L₁+L₂，

其中：

$L_1=\frac{{(V_C/3.6)}^2}{2a}+L_0,$

$L_2=\frac{S}{V_p}(V_C/3.6)+L_0-L_1;$

其中：

L₁为影响区至行人过街横道的最小距离，单位：米；

L₂为影响区的长度，单位：米；

V_C为车辆C的速度，V_C＝60千米/小时；

S为单行道宽度，S＝7米；

则：

$L_1=\frac{{(60/3.6)}^2}{2*2}+2=71.44,$

$L_2=\frac{7}{1.5}(60/3.6)+2-71.44=8.33;$

由71.44<75≤79.78，车辆C对行人过街有影响，转入步骤4；

步骤4，根据步骤2中的视频检测器检测的信息，控制中心确定单行道 两侧过街耗时最多的行人P_A和P_B的速度和位置。此外，控制中心调整行人 过街信号灯为红灯，禁止行人再进入过街横道，同时进入步骤5)以保证已 经进入过街横道的行人安全过街；行人P_A的速度V_A＝1.1米/秒，行人P_A从 单行道A侧至B侧已走的距离S_A＝2米，行人P_B的速度V_B＝1.8米/秒，行人 P_B从单行道B侧至A侧已走的距离S_B＝2.5米。

步骤5，确定临界时间T，单位秒：

T＝max{(S-S_A)/V_A,(S-S_B)/V_B}

＝max{(7-2)/1.1,(7-2.5)/1.8}

＝max{(7-2)/1.1,(7-2.5)/1.8}

＝max{4.54,2.5}

＝4.54

其中：

max为取两个值中的较大值；

转入步骤6；

步骤6，根据步骤2中的信息，控制车辆C以减速度b安全减速，b的 单位为米/秒²，具体步骤为：

步骤6-1确保临界时间T内，车辆C无法到达人行过街横道与行人产 生冲突，即：

即：

$\left(\begin{array}{c}2\left[\frac{(V_C/3.6)T-(X-L_0)}{T^2}\right]\\ =2\left[\frac{(60/3.6)*4.54-(75-2)}{{4.54}^2}\right]\\ =0.26\le b\end{array}\right)$

转入步骤6-2；

步骤6-2确保临界时间T内，车辆C减速行驶不会与其后车D产生冲 突，即：

即：

$\left(\begin{array}{c}2\left[\frac{(V_C/3.6)T+L_3+H_C-(V_D/3.6)T+\frac{1}{2}{\mathrm{aT}}^2-L_0}{T^2}\right]\\ =2\left[\frac{(60/3.6)*4.54+8+5-(70/3.6)*4.54+\frac{1}{2}*2*{4.54}^2-2}{{4.54}^2}\right]\\ =1.84\ge b\end{array}\right)$

其中：

L₃为车辆C与车辆D之间的距离，L₃＝8米；

H_C为车辆C的车身长度，H_C＝5米；

V_D为车辆D的速度，V_D＝70千米/小时；

转入步骤6-3)；

步骤6-3确保b不大于车辆在道路上的最大安全减速度a，即b≤2：

综上，车辆C的减速度b满足：0.26≤b≤max{2,1.84}，即：0.26≤b≤1.84。 取b为最小的0.5的倍数，即b＝0.5，转入步骤7；

步骤7，进入下一周期。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。