本發(fā)明屬于智能交通安全控制領(lǐng)域，具體是一種無信號交叉口車輛引導(dǎo)裝置及引導(dǎo)方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，機(jī)動車保有量大幅度增加，道路不斷擴(kuò)建。在此過程中不可避免的出現(xiàn)了數(shù)量可觀的無信號管理與控制的平面交叉口。這些交叉口由于交通量小，使得有的駕駛員駕駛速度快，當(dāng)交叉口其他方向來車時往往難以避讓從而產(chǎn)生交通事故；同時部分駕駛員行車謹(jǐn)慎，行駛速度慢，導(dǎo)致了不必要的延誤。

針對這一問題對現(xiàn)有專利進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn)：

申請?zhí)枮椤?01210214879.0”的專利“無信號交叉口車車協(xié)同避撞系統(tǒng)”，該專利的特點(diǎn)是通過判斷無信號交叉口各方向車輛的駕駛意圖來判斷是否有沖突發(fā)生，當(dāng)判斷有沖突發(fā)生時，控制車輛制動或給駕駛員預(yù)警預(yù)告；

申請?zhí)枮椤?01510549687.9”的專利“車輛協(xié)同環(huán)境下無信號交叉口車輛通行引導(dǎo)系統(tǒng)和方法”，該專利的特點(diǎn)是根據(jù)目標(biāo)范圍內(nèi)車頭時距和目標(biāo)空擋前后車輛運(yùn)行狀態(tài)，所得各車運(yùn)行狀態(tài)分析得出穿插通行方案并發(fā)送到車載設(shè)備；

申請?zhí)枴?01510065215.6”的專利“車路協(xié)同環(huán)境下的無信號交叉口優(yōu)化控制方法和系統(tǒng)”，該專利的特點(diǎn)是根據(jù)預(yù)設(shè)的交叉口信息優(yōu)化模型計算車輛路權(quán)信息和速度引導(dǎo)信息并由路側(cè)設(shè)備把信息發(fā)送給對應(yīng)的車輛。

現(xiàn)有的文獻(xiàn)多關(guān)注到了車輛裝載車載設(shè)備情況下對機(jī)動車駕駛員進(jìn)行引導(dǎo)的方法。但并未考慮到：

(1)沒有安裝車載信息的車輛通過無信號交叉口時針對每一輛車發(fā)送引導(dǎo)信息的問題。

(2)引導(dǎo)車輛通過無信號交叉口時何時應(yīng)該給予建議車速引導(dǎo)以及何時給制動引導(dǎo)的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種無信號交叉口車輛引導(dǎo)裝置及引導(dǎo)方法，用于引導(dǎo)車輛安全快速的通過交叉口，特別適用于無信號交叉口，在確保車輛安全的情況下盡可能的提高無信號交叉口的通行能力。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種無信號交叉口車輛引導(dǎo)裝置，包括：無信號交叉口車輛信息采集模塊、無信號交叉口車輛信息處理模塊和無信號交叉口車輛引導(dǎo)模塊；

所述無信號交叉口車輛信息采集模塊，由攝像機(jī)和磁感應(yīng)線圈組成，攝像機(jī)用于獲取在交叉口感應(yīng)距離d內(nèi)的車輛與交叉口進(jìn)口道停車線的距離以及各個車輛的行駛速度；

所述無信號交叉口車輛信息處理模塊，包括：處理器，用于對在交叉口感應(yīng)距離d內(nèi)的車輛通過交叉口的時間進(jìn)行預(yù)測，并計算出車輛行駛時的最大警戒速度和最小警戒速度；

所述無信號交叉口車輛引導(dǎo)模塊，包括：布置在車道右側(cè)的移動投影系統(tǒng)和布置于交叉口進(jìn)口道停車線旁的動態(tài)顯示屏；移動投影系統(tǒng)，用于引導(dǎo)車輛在交叉口感應(yīng)距離d和制動距離l之間行駛，動態(tài)顯示屏用于引導(dǎo)車輛在制動距離l內(nèi)行駛。

其中：交叉口感應(yīng)距離d為交叉口進(jìn)口道道路設(shè)定位置與交叉口進(jìn)口道停車線之間的距離，為設(shè)定值。駕駛員能夠分辨出前方有交叉口時，車輛與交叉口的距離。

所述攝像機(jī)安裝在交叉口各個方向進(jìn)口道停車線處，所述感應(yīng)線圈埋設(shè)在交叉口各個方向進(jìn)口道道路設(shè)定位置，距離交叉口進(jìn)口道停車線距離是d。

移動投影系統(tǒng)由移動投影軌道和若干個移動投影儀組成。移動投影軌道安裝在道路右側(cè)。移動投影系統(tǒng)安裝在交叉口各個方向道路的右側(cè)。移動投影儀安裝在鏈條上，每根鏈條通過對應(yīng)的電機(jī)來帶動，鏈條設(shè)置在移動投影軌道中，這樣，電機(jī)帶動鏈條轉(zhuǎn)動，從而帶動移動投影儀沿著移動投影軌道方向運(yùn)動。所述鏈條為封閉式鏈條，如果鏈條帶動的移動投影儀從交叉口感應(yīng)距離d處移動到交叉口處，移動投影儀就完成了投影工作，移動投影儀會隨著鏈條的轉(zhuǎn)動，再次回到交叉口感應(yīng)距離d處，等待下次使用。

移動投影儀能夠在移動投影軌道中移動，當(dāng)d處的磁感應(yīng)線圈檢測到有車輛經(jīng)過時，磁感應(yīng)線圈將檢測信號發(fā)送給處理器，處理器控制攝像機(jī)采集車輛當(dāng)前行駛速度，車輛信息處理模塊將車輛當(dāng)前行駛速度傳輸給移動投影系統(tǒng)的控制器，控制器控制對應(yīng)的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，每個電機(jī)帶動對應(yīng)的鏈條轉(zhuǎn)動，每個鏈條上安裝一個移動投影儀，移動投影儀在對應(yīng)鏈條的帶動下在移動投影軌道上運(yùn)動，移動投影儀的運(yùn)動速度與對應(yīng)車輛當(dāng)前行駛速度一致。電機(jī)與鏈條之間的關(guān)系是一一對應(yīng)的，每個電機(jī)只帶動一根鏈條轉(zhuǎn)動，鏈條與移動投影儀之間的關(guān)系是一一對應(yīng)的，每根鏈條只帶動一個移動投影儀的運(yùn)動，移動投影儀與車輛之間的關(guān)系也是一一對應(yīng)的，每個移動投影儀只負(fù)責(zé)與一個車輛的行駛速度同步。

移動投影儀利用全息投影，在空中投影出當(dāng)前車輛建議行駛速度范圍或提示當(dāng)前車輛加速行駛或提示車輛減速行駛的圖像，引導(dǎo)當(dāng)前車輛前進(jìn)。

動態(tài)顯示屏利用投影燈使得只有在動態(tài)顯示屏感應(yīng)距離l處的車輛能夠看到顯示屏中的信息，信息分為紅色字體“停”和綠色字體“行”。

一種無信號交叉口車輛引導(dǎo)方法，包括以下步驟：

步驟(1)：無信號交叉口車輛信息采集模塊中，在交叉口感應(yīng)距離d處埋上磁感應(yīng)線圈，采集車輛到達(dá)感應(yīng)范圍時的信息，磁感應(yīng)線圈將檢測信號發(fā)送給處理器，處理器控制攝像機(jī)檢測交叉口感應(yīng)距離d中的車輛與交叉口停車線的距離xi和車輛的行駛速度vi。

步驟(2)：無信號交叉口車輛信息處理模塊中，根據(jù)交叉口各個方向的車輛與交叉口停車線的距離xi和行駛速度vi來確定各個車輛行駛時的最大警戒速度、最小警戒速度以及動態(tài)顯示屏的引導(dǎo)范圍l。

步驟(3)：無信號交叉口引導(dǎo)模塊中，交叉口感應(yīng)距離d中的磁感應(yīng)線圈感應(yīng)到有車輛通過時，攝像機(jī)采集車輛當(dāng)前行駛速度，車輛信息處理模塊將車輛當(dāng)前行駛速度傳輸給移動投影系統(tǒng)的控制器，控制器控制對應(yīng)的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，每個電機(jī)帶動對應(yīng)的鏈條轉(zhuǎn)動，每個鏈條上安裝一個移動投影儀，移動投影儀在對應(yīng)鏈條的帶動下在移動投影軌道上運(yùn)動，移動投影儀的運(yùn)動速度與對應(yīng)車輛當(dāng)前行駛速度一致，從而移動投影系統(tǒng)中滑出的投影儀引導(dǎo)車輛行駛；當(dāng)車輛行駛至制動距離處時，移動投影儀關(guān)閉投影信息，此時動態(tài)顯示屏根據(jù)車輛信息處理模塊中計算出的引導(dǎo)范圍l，利用投影燈在引導(dǎo)范圍l內(nèi)投影出相應(yīng)的信息，引導(dǎo)車輛通過無信號交叉口。

所述步驟(1)中，交叉口感應(yīng)距離d根據(jù)駕駛員能夠分辨出前方有交叉口時與交叉口的距離來計算，計算公式為：

其中：d表示駕駛員當(dāng)前行駛方向的交叉口寬度；θ表示駕駛員的視覺分辨率，為設(shè)定值。

所述步驟(2)中，警戒速度根據(jù)車輛經(jīng)過d處的感應(yīng)線圈時的速度計算。當(dāng)d處感應(yīng)線圈未檢測到車輛經(jīng)過時，交叉口其他方向各感應(yīng)范圍內(nèi)的車輛警戒速度不變；當(dāng)d處感應(yīng)線圈檢測到有車輛n1到達(dá)時，記錄下車輛速度v1,分別計算出當(dāng)前時間車輛n1按當(dāng)前速度經(jīng)過交叉口出口、入口所需要的時間t1c、t1r，公式為：

同時，計算出與車輛n1所在方向有沖突的方向在交叉口感應(yīng)距離內(nèi)的所有車輛按當(dāng)前速度經(jīng)過交叉口出口、入口所需要的時間t2ic、t2ir，公式為：

式中：x2i為與車輛n1所在方向有沖突的方向的車輛i與交叉口進(jìn)口道停車線的距離；v2i為與車輛n1所在方向有沖突的方向的車輛i當(dāng)前的速度。

當(dāng)t2ir＞t1r時，則對于車輛i有最大建議車速vi(max)；

vi(max)＝min(v′i(max),v⁰i(max))；(6)

式中，v⁰i(max)為d處的磁感應(yīng)線圈感應(yīng)到車輛n1到達(dá)交叉口入口前的最大建議車速，為設(shè)定值，v′i(max)為車輛n1到達(dá)交叉口出口時，車輛i剛好到達(dá)交叉口入口時的速度，計算公式為：

對于車輛n1有最小建議車速vn1(min)，計算公式如下：

vn1(min)＝max{vn11(min),vn12(min),…,vn1i(min)}；(8)

式中，ti1為車輛i加速到v′i(max)的時間；ti2為車輛i以速度v′i(max)行駛到進(jìn)口道停車線的時間；vn1i(min)為車輛i通過無信號交叉口出口時，車輛n1剛好到達(dá)交叉口入口的速度，ai為車輛i的制動加速度。

當(dāng)t2ir≤t1r時，則對于車輛i的有最小建議車速vi(min)；

vi(min)＝max(v′i(min),v⁰i(min))；(12)

式中，v⁰i(min)為d處的磁感應(yīng)線圈感應(yīng)到車輛n1到達(dá)交叉口入口前的建議最小車速，v⁰i(min)設(shè)定值為0，v′i(min)為車輛n1到達(dá)交叉口入口時，車輛i剛好到達(dá)交叉口出口時的速度，計算公式為：

對于車輛n1有最大建議車速vn1(max)，計算公式如下：

vn1(max)＝min{vn11(max),vn12(max),…,vn1i(max)}；(14)

式中ti3為車輛i減速到vi(min)的時間；ti4為車輛i以速度vi(min)行駛至進(jìn)口道停車線的時間；vn1i(max)為車輛i通過無信號交叉口出口時，車輛n1剛好到達(dá)交叉口入口的速度。

所述步驟(2)中，當(dāng)車輛行駛時不按建議車速行駛，若當(dāng)前車速小于最小車速，則投影儀顯示加速信號提醒車輛加速，若當(dāng)前車速大于最大車速，則投影儀顯示減速信號提醒車輛減速。

所述步驟(3)中，當(dāng)車輛n1行駛至制動距離處時，計算出車輛n1通過進(jìn)口道停車線需要的時間t1nt以及非同向行駛的車輛需要的時間t2it，

當(dāng)t1nt小于t2it的最小值時，動態(tài)顯示屏顯示綠色的“行”，

當(dāng)t1nt大于t2it的最小值時，動態(tài)顯示屏顯示紅色的字體“?！薄?/p>

所述步驟(3)中，動態(tài)顯視屏的引導(dǎo)范圍l根據(jù)車輛的制動距離計算，公式為：

式中v0為駕駛員在制動距離l處的行駛速度；a為車輛行駛的加速度；t1為駕駛員到達(dá)引導(dǎo)范圍l到看到顯示屏信息后采取反應(yīng)的時間，為設(shè)定值，t1包括駕駛員從注意移動投影儀切換到注意動態(tài)顯示屏的時間和駕駛員看到動態(tài)顯視屏信息后到采取反應(yīng)的時間。

在兩種引導(dǎo)裝置轉(zhuǎn)換時，移動投影儀投影的信息與動態(tài)顯示屏顯示的信息不同，對駕駛員的刺激也不同。一般來說，移動投影儀投影信息為加速、動態(tài)顯示屏為“行”與移動投影儀投影信息為加速、動態(tài)顯示屏信息為“?！毕啾群笳唏{駛員動作強(qiáng)度更大。駕駛員觀測到動態(tài)顯示屏?xí)r，按當(dāng)前速度v0到達(dá)交叉口所需時間的不同，對駕駛員的刺激強(qiáng)度也不同。公式如下：

式中：a指車輛行駛的加速度；kpj指動態(tài)顯示屏信息為p和移動投影儀信息為j時，駕駛員的反應(yīng)強(qiáng)度系數(shù)，為確保安全,在計算kpj時，假定動態(tài)顯示屏信息p與移動投影信息j相適應(yīng)，降低kpj的絕對值。

動態(tài)顯視屏的引導(dǎo)范圍l為：

當(dāng)車輛n1行駛至動態(tài)顯示屏的引導(dǎo)范圍內(nèi)時，無信號交叉口車輛信息處理模塊計算出車輛n1通過進(jìn)口道停車線需要的時間t1nt以及非同向行駛的車輛到達(dá)該方向進(jìn)口道停車線需要的時間t2it，

當(dāng)t1nt小于t2it的最小值時，顯示屏顯示綠色的“行”，

當(dāng)t1nt大于t2it的最小值時，顯示屏顯示紅色的字體“?！薄?/p>

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明將車輛未進(jìn)入無信號交叉口前的行駛車速進(jìn)行車速建議，做到防患于未然的車輛預(yù)警。

(2)對將進(jìn)入無信號交叉口的車輛進(jìn)行雙重引導(dǎo)，根據(jù)車輛在交叉口位置的不同，引導(dǎo)裝置分為建議車速引導(dǎo)和行、停標(biāo)志引導(dǎo)，使得車輛安全快速的通過無信號交叉口。

(3)根據(jù)車輛到達(dá)感應(yīng)范圍內(nèi)的速度等特性，對建議車速進(jìn)行更新，使之設(shè)計值更為合理。

(4)充分考慮無信號交叉口的交通環(huán)境下，引導(dǎo)信息轉(zhuǎn)換時駕駛員心理活動等因素造成的駕駛行為的變化。

附圖說明

圖1為車輛引導(dǎo)裝置的示意圖；

圖2為移動投影儀顯示減速信息的示意圖；

圖3為移動投影儀顯示建議車速的示意圖；

圖4為移動投影儀顯示加速信息的示意圖；

圖5為本發(fā)明系統(tǒng)邏輯圖；

圖6為本發(fā)明的硬件連接關(guān)系圖；

其中：1表示移動投影軌道；2表示移動投影儀；3表示動態(tài)顯示屏。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1、圖5、圖6所示，一種無信號交叉口車輛引導(dǎo)裝置設(shè)計方法，包括以下步驟：

步驟1：在交叉口各個方向，距離交叉口進(jìn)入道d處埋上磁感應(yīng)線圈，采集車輛到達(dá)感應(yīng)范圍時的速度等信息。

磁感應(yīng)線圈放置位置d的計算公式為：

其中：d表示該方向的交叉口寬度；θ表示駕駛員的視覺分辨率。

步驟2：用攝像機(jī)檢測感應(yīng)范圍d中的車輛與交叉口停車線的距離xi和行駛速度vi。所述攝像機(jī)安裝在交叉口進(jìn)口道停車線位置的豎桿上，交叉口每個方向均設(shè)有一臺攝像機(jī)；

步驟3:當(dāng)磁感應(yīng)線圈檢測到有車輛通過時，若交叉口其他方向的交通量為0時，移動投影儀跟隨車輛行駛，不顯示引導(dǎo)信息。

當(dāng)磁感應(yīng)線圈檢測到有車輛通過時，若交叉口其他方向的交通量不為0時，移動投影儀2沿移動投影軌道1跟隨車輛行駛，并投影出建議車速。

建議速度根據(jù)車輛經(jīng)過d處的感應(yīng)線圈時的速度計算。當(dāng)d處感應(yīng)線圈檢測到有車輛n1到達(dá)時，記錄下車輛速度v1,分別計算出此時該車輛按當(dāng)前速度經(jīng)過交叉口出入口的時間t1c、t1r，公式為：

同時計算出與車輛n1所在方向有沖突的方向在動態(tài)控制路段內(nèi)的所有車輛按其當(dāng)前速度經(jīng)過交叉口出、入口的時間t2ic、t2ir，公式為：

式中：x2i為與車輛n1所在方向有沖突的方向的車輛i與交叉口出口停車線的距離；v2i為車輛n1所在方向有沖突的方向的車輛i當(dāng)前的速度。

當(dāng)t2ir＞t1r時，則對于車輛i的有最大建議車速vmax

vi(max)＝min(v′i(max),v⁰i(max))；(6)

式中v⁰i(max)為d處的磁感應(yīng)線圈感應(yīng)到車輛n1到達(dá)前的建議最大車速，v′i(max)為車輛n1到達(dá)交叉口出口時，車輛i剛好到達(dá)交叉口入口時的速度，計算公式為：

對于車輛n1有建議最小車速vn1(min)，計算公式如下：

vn1(min)＝max{vn11(min),vn12(min),…,vn1i(min)}；(8)

式中ti1、ti2分別為車輛i加速到v′i(max)的時間和車輛i以速度v′i(max)行駛到進(jìn)口道停車線的時間；vn1i(min)為車輛i通過無信號交叉口入口時，車輛n1剛好到達(dá)交叉口出口的速度。

式中ai為車輛i的行駛加速度。

當(dāng)t2ir≤t1r時，則對于車輛i的有建議最小車速vi(min)

vi(min)＝max(v′i{min),v⁰i(min))；(12)

式中v⁰i(min)為d處的磁感應(yīng)線圈感應(yīng)到車輛n1到達(dá)前的建議最小車速，v′i(min)為車輛n1到達(dá)交叉口入口時，車輛i剛好到達(dá)交叉口出口時的速度，計算公式為：

對于車輛n1有最大建議車速vn1(max)，計算公式如下：

vn1(max)＝min{vn11(max),vn12(max),…,vn1i(max)}；(14)

式中ti3、ti4分別為車輛i減速到vi(min)的時間和車輛i以速度vi(min)行駛至進(jìn)口道停車線的時間；vn1i(max)為車輛i通過無信號交叉口出口時，車輛n1剛好到達(dá)交叉口入口的速度。

如圖2、圖3、圖4所示，當(dāng)車輛行駛時不按建議車速行駛，即小于最小車速時，投影儀顯示加速信號提醒車輛加速，當(dāng)大于最大車速時，投影儀顯示減速信號提醒車輛減速。

步驟4：在交叉口進(jìn)口道停車線處放置動態(tài)顯示屏3引導(dǎo)車輛通過無信號交叉口，動態(tài)顯示屏利用多棱鏡技術(shù)使得在距離交叉口進(jìn)口道停車線l以內(nèi)的車輛能夠看到顯示屏中的信息，信息分為紅色字體“?！焙途G色字體“行”。同時利用錯覺技術(shù)在顯示屏信息為“?！睍r，于交叉口停車線處投影出多個欺騙性高的立體小石墩。

其中動態(tài)顯示屏的引導(dǎo)范圍l根據(jù)車輛的制動距離計算，公式為：

式中v0為駕駛員在制動距離l處的行駛速度；a為車輛行駛的加速度；t1為駕駛員到達(dá)引導(dǎo)范圍l到看到顯示屏信息后采取反應(yīng)的時間包括駕駛員從注意移動投影儀切換到注意動態(tài)顯示屏的時間和駕駛員看到動態(tài)顯視屏信息后到采取反應(yīng)的時間。

在兩種引導(dǎo)裝置轉(zhuǎn)換時，移動投影儀投影的信息與動態(tài)顯示屏顯示的信息不同，對駕駛員的刺激也不同。一般來說，移動投影儀投影信息為加速、動態(tài)顯示屏為“行”與移動投影儀投影信息為加速、動態(tài)顯示屏信息為“?！毕啾惹罢唏{駛員動作強(qiáng)度更大。駕駛員觀測到動態(tài)顯示屏?xí)r按當(dāng)前速度v0到達(dá)交叉口所需時間的不同，對駕駛員的刺激強(qiáng)度也不同。公式如下：

式中：a指行駛加速度；kpj指動態(tài)顯示屏信息為p和移動投影儀信息為j時，駕駛員的反應(yīng)強(qiáng)度系數(shù)，為確保安全,在計算kpj時，假定動態(tài)顯示屏信息p與移動投影信息j相適應(yīng)，降低kpj的絕對值。

動態(tài)顯示屏的引導(dǎo)范圍l為：

當(dāng)車輛n行駛至動態(tài)顯示屏的引導(dǎo)范圍內(nèi)時，信息處理模塊計算出車輛n通過進(jìn)口道停車線需要的時間t1nt以及沖突方向的車輛到達(dá)該方向進(jìn)口道停車線需要的時間t2it，當(dāng)t1nt小于t2it的最小值時，顯示屏顯示綠色的“行”，當(dāng)t1nt大于t2it的最小值時，顯示屏顯示紅色的字體“?！?/p>

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。