一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统及控制方法

1.本发明属于交通控制安全领域，具体涉及一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统及控制方法。


背景技术：

2.近年来，随着交通交叉路口参与要素复杂性增加，在行人与车辆交叉路口场景下，由于并行车辆前方盲区行人突然出现造成本车道车辆制动距离过大、前方车辆突然刹车造成后方车辆制动距离过大以及制动力不足造成制动距离过大三种情况所引起的交通事故数量显著提升且危害较重。另外，在人-车混合交通路口场景下，行人和车辆相互影响造成道路通行效率下降，制约了城市交通发展。因此，对近交叉路口处车辆、行人监测及交通信号灯相位优化配置，可以有效的降低城市拥堵率，提升交通运行效率，并进一步降低由于制动距离过长所造成的人员伤亡。
3.目前，关于行人检测设备主要应用于车辆高级辅助驾驶装置(adas)中，此类装置安装于道路行驶车辆中，由激光雷达或视觉系统对前方障碍物进行检测，当障碍物过近时采用紧急制动，避免车辆与交通参与者碰撞的发生，与此同时降低人员伤害。但是此类装置无法检测侧方并行车辆前方盲区，杜绝行人突然出现的场景下车辆和行人碰撞的发生。另外，在路面交叉路口等复杂场景下，由于天气等原因，所采用的雷达及摄像头等视、听觉设备易受天气等环境因素影响，特别是在雨天及夜晚，使用场景受到了明显的限制。现有主要采用定时红绿信号灯进行行人和车辆疏导，无法有效提高车辆通行效率，并且在车辆少时，仍有行人闯红灯通行，对交通造成一定的影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统及控制方法，以克服现有交叉路口通行效率低、行人通行安全低的问题。
5.一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统，包括控制单元以及与控制单元连接的人行横道传感器、路面行车道传感器、交通信号灯和提醒装置；
6.人行横道传感器设置于位于交叉路口的人行横道上，人行横道的两端位于行车道两侧设有行人等待区，行人等待区上设有人行横道传感器，人行横道传感器用于获取交叉路口人行横道上以及行人等待区的行人数量；
7.路面行车道传感器设置于交叉路口人行横道两侧的行车道上，沿行车方向间隔设有多个路面行车道传感器，路面行车道传感器垂直于车辆行驶方向设置；路面行车道传感器用于获取行车道上车辆行驶信息；
8.控制单元用于控制交通信号灯和提醒装置，根据实时获取的行车道上车辆的行驶信息，当人行横道通行绿灯时，行车道上的车辆无法在人行横道前减速停止的，则通过提醒装置进行提醒预警；当人行横道通行红灯时，人行横道上有行人通过时，则通过提醒装置进行提醒预警。
9.优选的，车辆行驶信息包括车辆数量、车辆位置和车辆行驶速度。
10.优选的，人行横道传感器采用等距布置于人行横道上；人行横道传感器的布置密度高于行车道上的路面行车道传感器布置密度。
11.优选的，行车道上的相邻两个路面行车道传感器设置间距由交叉路口人行横道向两侧依次增大。
12.优选的，提醒装置包括路面声音提示器和行车道闪光报警器，路面声音提示器设置于行人等待区或者交通信号灯一侧。
13.一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制方法，包括以下步骤：
14.根据预设的相位时间交替控制红绿灯；实时获取行车道上车辆的行驶信息，行驶信息包括行驶车辆的行车速度、行驶车辆的减速度及行驶车辆的至交叉路口人行横道的距离；当人行横道通行绿灯时，行车道上的车辆无法在人行横道前减速停止的，则通过提醒装置进行提醒预警；当人行横道通行红灯时，人行横道上有行人通过时，则通过提醒装置进行提醒预警。
15.优选的，预设的相位时间交替控制红绿灯控制中，行车道的绿灯时长大于人行通道绿灯的通行时长。
16.优选的，当人行通道为绿灯时，且行人等待区以及人行横道上均没有行人时，则直接进入下一个控制相位，人行通道上变为红灯，行车道上变为红灯，进入下一个相位控制。
17.优选的，当在一个相位中，行车道绿灯通行时，行人等待区无行人，则跳过行人等待区的绿灯时间，直接进入下一个相位控制。
18.优选的，当人行横道上的绿灯通行时长结束，而人行横道上仍然有人，则人行横道以及行车道方向上均设置为红灯，并提醒行人等待区的人禁止进入人行横道，待人行横道上的行人全部通过，则进入下一个控制相位，行车道上的绿灯亮，开始倒计时。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
20.本发明一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统，包括控制单元以及与控制单元连接的人行横道传感器、路面行车道传感器、交通信号灯和提醒装置；人行横道传感器设置于位于交叉路口的人行横道上，人行横道的两端位于行车道两侧设有行人等待区，行人等待区上设有人行横道传感器，人行横道传感器用于获取交叉路口人行横道上以及行人等待区的行人数量，通过设置控制器以及人行横道传感器、路面行车道传感器、交通信号灯和提醒装置，能够在人行横道交叉路口出进行有效的预警，同时对红绿灯的通行时长进行调节，从而提高了车辆的通行效率。
21.优选的，预设的相位时间交替控制红绿灯控制中，行车道的绿灯时长大于人行通道绿灯的通行时长，提高车辆通行效率，同时能够将行人进行汇集后统一通过，提高了道路的通行效率。
22.优选的，当在一个相位中，行车道绿灯通行时，行人等待区无行人，则跳过行人等待区的绿灯时间，直接进入下一个相位控制，大大优化了车辆通行的效率，减少车辆的等待时间。
23.本发明一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制方法，根据预设的相位时间交替控制红绿灯；实时获取行车道上车辆的行驶信息，行驶信息包括行驶车辆的行车速度、行驶车辆的减速度及行驶车辆的至交叉路口人行横道的距离；当人行横道通行绿灯时，行车
道上的车辆无法在人行横道前减速停止的，则通过提醒装置进行提醒预警；当人行横道通行红灯时，人行横道上有行人通过时，则通过提醒装置进行提醒预警，能够在人行横道交叉路口出进行有效的预警，同时对红绿灯的通行时长进行调节，从而提高了车辆的通行效率。
附图说明
24.图1为本发明实施例中控制系统结构示意图。
25.图2为本发明实施例中车辆行驶控制示意图。
具体实施方式
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
27.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
28.如图1所示，一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统，包括控制单元以及与控制单元连接的人行横道传感器、路面行车道传感器、交通信号灯和提醒装置；
29.人行横道传感器设置于位于交叉路口的人行横道上，人行横道的两端位于行车道两侧设有行人等待区，行人等待区上设有人行横道传感器，人行横道传感器用于获取交叉路口人行横道上以及行人等待区的行人数量，同时能够获取行人的位置以及移动速度；
30.人行横道传感器间隔设置于人行横道上，利用行人通过相邻两个人行横道传感器之间的时间以及相邻两个人行横道传感器之间的距离，即可得到行人行驶的速度；行人等待区用于行人在过马路之前的等待聚集；
31.人行横道传感器采用等距布置于人行横道上；路面人行横道传感器设置于位于交叉路口的来向行车道上，人行横道传感器的布置密度高于行车道上的路面行车道传感器布置密度。
32.路面行车道传感器设置于交叉路口人行横道两侧的行车道上，沿行车方向间隔设有多个路面行车道传感器，路面行车道传感器垂直于车辆行驶方向设置；路面行车道传感器用于获取行车道上车辆行驶信息，车辆行驶信息包括车辆数量、车辆位置和车辆行驶速度；
33.行车道上的相邻两个路面行车道传感器设置间距由交叉路口人行横道向两侧依次增大；即距离交叉路口远的地方，路面行车道传感器布置疏松，距交叉路口较近的地方，路面行车道传感器布置紧密。
34.整体人行横道传感器和路面行车道传感器按照以双向车道中心线为轴轴对称分布，其分布如示意图2所示。
35.控制单元用于控制交通信号灯和提醒装置，根据交通信号灯的相位设置，控制交通信号灯；同时根据实时获取行车道上车辆的行驶信息，行驶信息包括行驶车辆的行车速度、行驶车辆的减速度及行驶车辆的至交叉路口人行横道的距离；当人行横道通行绿灯时，行车道上的车辆无法在人行横道前减速停止的，则通过提醒装置进行提醒预警；当人行横道通行红灯时，人行横道上有行人通过时，则通过提醒装置进行提醒预警。
36.在车辆行车道上，根据示意图2，对各个车道上的车辆行驶速度、减速度进行测量；在人行横道方向上，对行人的移动速度及位置进行测量。
37.提醒装置包括路面声音提示器和行车道闪光报警器，路面声音提示器设置于行人等待区或者交通信号灯一侧，用于提醒行人快速通过或者进行危险预警；行车道闪光报警器位于交通信号灯一侧，日常不工作，当有行人闯红灯时，控制器控制行车道闪光报警器进行闪烁，对来向车道上的车辆进行预警，提醒来向车道上的车辆提前减速，从而避免交通事故的发生。
38.基于以上一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统的控制方法，包括以下步骤：
39.根据预设的相位时间交替控制红绿灯；实时获取行车道上车辆的行驶信息，行驶信息包括行驶车辆的行车速度、行驶车辆的减速度及行驶车辆的至交叉路口人行横道的距离；当人行横道通行绿灯时，行车道上的车辆无法在人行横道前减速停止的，则通过提醒装置进行提醒预警；当人行横道通行红灯时，人行横道上有行人通过时，则通过提醒装置进行提醒预警。
40.预设的相位时间交替控制红绿灯控制中，行车道的绿灯时长大于人行通道绿灯的通行时长。如一个交替相位中，行车道上的绿灯时间为120s，人行横道上的绿灯通行时长为20s。
41.当人行通道为绿灯时，且行人等待区以及人行横道上均没有行人时，则直接进入下一个控制相位，人行通道上变为红灯，行车道上变为红灯，进入下一个相位控制。
42.如，当此时人行通道上绿灯时长还剩6s，此时行人等待区以及人行横道上均没有行人，则行车道变为绿灯，人行通道变为红灯，行车道上的绿灯从120s开始倒计时。
43.当在一个相位中，行车道绿灯通行时，行人等待区无行人，则跳过行人等待区的绿灯时间，直接进入下一个相位控制。即，当行车道绿灯倒计时结束，在此次相位的行车道绿灯过程中，行人等待区无行人，则人行通道在此相位中不变换绿灯，从新进入行车道绿灯倒计时。以此能够大大提高行车道上的车辆通行效率。
44.当人行横道上的绿灯通行时长结束，而人行横道上仍然有人，则人行横道以及行车道方向上均设置为红灯，并提醒行人等待区的人禁止进入人行横道，待人行横道上的行人全部通过，则进入下一个控制相位，行车道上的绿灯亮，开始倒计时。
45.具体的，通过测量车辆通过该车道相邻两个路面行车道传感器的时间来实时获取各车道上车辆行驶的车速、减速度及行驶车辆的至交叉路口人行横道的距离，从而获得车辆行驶至交叉路口制动情况下的最短距离。当此计算距离大于车辆当前距交叉路口的实际距离时，此情况属于危险情况，需要在当前时刻下采用提醒装置对车辆及行人同时进行警
示，预警存在危险情况，其他车辆减速且在交叉路口处停车。在此危险情况下，面向人行横道的信号灯显示红色，警示行人禁止过马路并采用声音提示已经处在路面上的行人尽快退回行人等待区。
46.采用路面行车道传感器对路面上的车辆速度按照的方式进行测量，其中l为相邻两传感器之间的距离，t为车辆通过此距离所用时间。
47.按照的方式对行车道上各车辆进行减速度求取，并根据车辆标记，对减速度进行实时跟踪测量。
48.以当前减速度视为车辆减速度计算从此刻开始减速至交叉路口所用时间
[0049][0050]
式中vi为此刻车辆i的速度，t
vehi
为车辆i减速至交叉路口用时，ai为车辆i此刻减速度，si为车辆i此时距交叉路口距离。
[0051]
设行人以匀速通过交叉路口，因此行人由交叉路口的行人等待区行走至存在车辆行驶的最近车道用时
[0052]
实施例
[0053]
本技术的控制系统实时监测距离交叉路口300米范围内车辆的运行速度、减速度以及车辆位置，当路面行车道传感器检测到车辆vehi2(目标车辆)的侧前方存在车辆vehi1(并行车辆)时，系统进行侧前方车辆盲区安全检测阶段。当车辆vehi1的减速度a1小于零时，此时侧前方车辆处于减速状态。此时侧前方车辆遇见了紧急状态，此时,需要对后方车辆进行预警：
[0054]
通过测量车辆通过各车道相邻两传感器的时间来实时获取各车道上车辆行驶的车速、减速度、紧急最大制动力制动距离，从而获得车辆行驶至交叉路口制动情况下的最短距离。当此计算距离大于车辆当前距交叉路口的实际距离时，此情况属于危险情况，需要在当前时刻下采用红色信号灯向双向道路警示存在危险情况车辆，其他车辆减速且在交叉路口处停车。在此紧急情况下，采用面向人行横道的红色信号灯警示行人禁止过马路并采用声音提示已经处在路面上的行人尽快退回交叉路口。另外采用提醒装置进行闪光报警，增强警示效果。
[0055]
在侧方车道检测到车辆减速开始，通过本侧车道路面传感器检测本车道车辆减速度，并以此计算此时侧方车辆减速至交叉路口及本侧车道车辆减速至交叉路口用时用时，分别记为t
vehi1
和t
vehi2
，当t
vehi2
≤t
vehi1
时，认为本车道车辆会超出临侧车辆，产生危险状况，则进行声音预警。
[0056]
根据本技术的一实施例，在提醒装置提示状态下，行人未及时改变其移动方式，退回安全区域或通过速度不处于安全区域内，此时在交通信号灯等光学的提示外，需要加入
人行横道声音提醒，防止行人由于低头、看手机等动作对信号灯的忽视。
[0057]
根据本技术的一实施例，在提醒装置提示状态下，当车辆未及时改变其移动方式时，应当以高强度灯光闪烁提醒司机注意路况，最终引导司机安全减速或降低损伤结果。
[0058]
本发明一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统，能够在人行横道交叉路口出进行有效的预警，同时对红绿灯的通行时长进行调节，从而提高了车辆的通行效率。

技术特征：
1.一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统，其特征在于，包括控制单元以及与控制单元连接的人行横道传感器、路面行车道传感器、交通信号灯和提醒装置；人行横道传感器设置于位于交叉路口的人行横道上，人行横道的两端位于行车道两侧设有行人等待区，行人等待区上设有人行横道传感器，人行横道传感器用于获取交叉路口人行横道上以及行人等待区的行人数量；路面行车道传感器设置于交叉路口人行横道两侧的行车道上，沿行车方向间隔设有多个路面行车道传感器，路面行车道传感器垂直于车辆行驶方向设置；路面行车道传感器用于获取行车道上车辆行驶信息；控制单元用于控制交通信号灯和提醒装置，根据实时获取的行车道上车辆的行驶信息，当人行横道通行绿灯时，行车道上的车辆无法在人行横道前减速停止的，则通过提醒装置进行提醒预警；当人行横道通行红灯时，人行横道上有行人通过时，则通过提醒装置进行提醒预警。2.根据权利要求1所述的一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统，其特征在于，车辆行驶信息包括车辆数量、车辆位置和车辆行驶速度。3.根据权利要求1所述的一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统，其特征在于，人行横道传感器采用等距布置于人行横道上；人行横道传感器的布置密度高于行车道上的路面行车道传感器布置密度。4.根据权利要求1所述的一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统，其特征在于，行车道上的相邻两个路面行车道传感器设置间距由交叉路口人行横道向两侧依次增大。5.根据权利要求1所述的一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统，其特征在于，提醒装置包括路面声音提示器和行车道闪光报警器，路面声音提示器设置于行人等待区或者交通信号灯一侧。6.一种根据权利要求5所述控制系统的人行横道交叉路口人-车防撞信号控制方法，其特征在于，包括以下步骤：根据预设的相位时间交替控制红绿灯；实时获取行车道上车辆的行驶信息，行驶信息包括行驶车辆的行车速度、行驶车辆的减速度及行驶车辆的至交叉路口人行横道的距离；当人行横道通行绿灯时，行车道上的车辆无法在人行横道前减速停止的，则通过提醒装置进行提醒预警；当人行横道通行红灯时，人行横道上有行人通过时，则通过提醒装置进行提醒预警。7.根据权利要求6所述的一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制方法，其特征在于，预设的相位时间交替控制红绿灯控制中，行车道的绿灯时长大于人行通道绿灯的通行时长。8.根据权利要求6所述的一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制方法，其特征在于，当人行通道为绿灯时，且行人等待区以及人行横道上均没有行人时，则直接进入下一个控制相位，人行通道上变为红灯，行车道上变为红灯，进入下一个相位控制。9.根据权利要求6所述的一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制方法，其特征在于，当在一个相位中，行车道绿灯通行时，行人等待区无行人，则跳过行人等待区的绿灯时间，直接进入下一个相位控制。
10.根据权利要求6所述的一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制方法，其特征在于，当人行横道上的绿灯通行时长结束，而人行横道上仍然有人，则人行横道以及行车道方向上均设置为红灯，并提醒行人等待区的人禁止进入人行横道，待人行横道上的行人全部通过，则进入下一个控制相位，行车道上的绿灯亮，开始倒计时。

技术总结
本发明公开了一种人行横道交叉路口人-车防撞信号控制系统及方法，包括控制单元以及与控制单元连接的人行横道传感器、路面行车道传感器、交通信号灯和提醒装置；人行横道传感器设置于位于交叉路口的人行横道上，人行横道的两端位于行车道两侧设有行人等待区，行人等待区上设有人行横道传感器，人行横道传感器用于获取交叉路口人行横道上以及行人等待区的行人数量，通过设置控制器以及人行横道传感器、路面行车道传感器、交通信号灯和提醒装置，能够在人行横道交叉路口出进行有效的预警，同时对红绿灯的通行时长进行调节，从而提高了车辆的通行效率。的通行效率。


技术研发人员：周辰雨 何清硕 李杨 易莎 赵轩 朱国华 史培龙 张硕 袁晓磊 王姝
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：2022.12.24
技术公布日：2023/7/6