本發(fā)明屬于道路交通信號控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：快速路系統(tǒng)在大城市交通中起著主骨架路網(wǎng)的作用，保障快速路系統(tǒng)的高效運(yùn)行一直是交通管理部門重中之重的工作。入口匝道是城市快速路連續(xù)流和城市道路間斷流轉(zhuǎn)換的通道。匝道車輛和主干道車輛的沖突，會使得匝道入口附近成為交通事故的多發(fā)地段，尤其是由于設(shè)計因素或地理條件的限制，在許多入口匝道和主干道匯合點(diǎn)附近，匝道上的駕駛員無法看到主干道上的車輛，而主干道上的駕駛員也無法看到匝道上的車輛，除非車輛非常靠近匯合點(diǎn)時，才可以相互進(jìn)入對方的視野，兩輛快速行駛的車輛往往會由于發(fā)現(xiàn)對方時來不及剎車而造成交通事故，導(dǎo)致人員傷亡，帶來經(jīng)濟(jì)損失。所以，應(yīng)用預(yù)警系統(tǒng)來實(shí)時警示匝道車輛駕駛員對保障匝道合流區(qū)的交通安全和提高匝道合流區(qū)的通行效率有重要意義。國外關(guān)于入口匝道控制的理論在上世紀(jì)60年代已開始著手研究,相關(guān)理論已經(jīng)相對成熟，提出了多種匝道控制算法[如定時控制、需求--容量差額控制、占有率控制算法等]，美國、法國、德國、英國、荷蘭等國都己有成功應(yīng)用。國內(nèi)專利文獻(xiàn)cn1595468提出了一種入口匝道控制方法，該方法立足于減少匝道車輛和主干道車輛之間的劇烈沖突，給出的信號為限速信號，但其只給出最高限速值。國內(nèi)專利文獻(xiàn)cn101299298提出了一種道路自適應(yīng)入口匝道匯入控制設(shè)備與方法，該方法僅僅通過自動控制匝道匯入信號燈和情報板等設(shè)備達(dá)到控制流量的目的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的城市快速路匝道合流區(qū)安全預(yù)警效果不好的問題，提出了一種城市快速路匝道合流區(qū)安全預(yù)警系統(tǒng)。本發(fā)明所述的城市快速路匝道合流區(qū)安全預(yù)警系統(tǒng)，該預(yù)警系統(tǒng)包括信息采集系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和車載預(yù)警系統(tǒng)；信息采集系統(tǒng)，用于采集城市快速路匝道合流區(qū)的車輛信息；信息處理系統(tǒng)，用于根據(jù)城市快速路匝道合流區(qū)的車輛信息得出pet值，將該pet值與預(yù)先設(shè)定好的pet閾值進(jìn)行比較，當(dāng)pet值小于pet閾值時，發(fā)出預(yù)警信號；所述pet值為合流區(qū)的車輛在合流過程中后車頭部到達(dá)侵入線的時間與前車尾部離開侵入線的時間之差，其中，侵入線是一條垂直于車道分界線且與車輛的車道變換軌跡相交的虛擬直線；車載預(yù)警系統(tǒng)，用于根據(jù)預(yù)警信號發(fā)出預(yù)警。本發(fā)明的有益效果是通過城市快速路匝道合流區(qū)安全預(yù)警系統(tǒng)，從車路協(xié)同的角度實(shí)現(xiàn)對匝道車輛駕駛員的預(yù)警；因此，在一定程度上改善城市快速路入口匝道合流區(qū)的安全環(huán)境，預(yù)警效果好，而且其具有可擴(kuò)展性、算法的可替代性，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。附圖說明圖1為具體實(shí)施方式一所述的城市快速路匝道合流區(qū)安全預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為具體實(shí)施方式三中匝道合流區(qū)車輛位置示意圖；圖3為具體實(shí)施方式六中信息采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖4為具體實(shí)施方式七中信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖5為具體實(shí)施方式八中車載預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的城市快速路匝道合流區(qū)安全預(yù)警系統(tǒng)，該預(yù)警系統(tǒng)包括信息采集系統(tǒng)1、信息處理系統(tǒng)2和車載預(yù)警系統(tǒng)3；信息采集系統(tǒng)1，用于采集城市快速路匝道合流區(qū)的車輛信息；信息處理系統(tǒng)2，用于根據(jù)城市快速路匝道合流區(qū)的車輛信息得出pet值，將該pet值與預(yù)先設(shè)定好的pet閾值進(jìn)行比較，當(dāng)pet值小于pet閾值時，發(fā)出預(yù)警信號；所述pet值為合流區(qū)的車輛在合流過程中后車頭部到達(dá)侵入線的時間與前車尾部離開侵入線的時間之差，其中，侵入線是一條垂直于車道分界線且與車輛的車道變換軌跡相交的虛擬直線；車載預(yù)警系統(tǒng)3，用于根據(jù)預(yù)警信號發(fā)出預(yù)警。在本實(shí)施方式中，通過對選用的城市快速路視頻資料的分析，進(jìn)行pet值的調(diào)查與分析，建立歷史pet值數(shù)據(jù)庫；根據(jù)建立的歷史pet值數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，在擬合過程中分別采用正態(tài)分布、伽馬分布和韋布爾分布，選取擬合度好的分布，并取pet值的15％分位值pet15和85％分位值pet85作為兩個pet閾值；根據(jù)以上兩個pet閾值將匝道合流區(qū)的沖突劃分為三個等級：一級預(yù)警、二級預(yù)警和三級預(yù)警；一級預(yù)警代表會有嚴(yán)重沖突發(fā)生，二級預(yù)警代表會有輕微沖突發(fā)生，三級預(yù)警代表會有潛在沖突發(fā)生；具體的pet值與匝道合流區(qū)沖突劃分的三個等級的對應(yīng)關(guān)系詳見表1。表1pet值與匝道合流區(qū)沖突劃分的三個等級的對應(yīng)關(guān)系pet值<pet15pet15～pet85>pet85預(yù)警等級一級預(yù)警二級預(yù)警三級預(yù)警具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式一所述的城市快速路匝道合流區(qū)安全預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)一步限定，在本實(shí)施方式中，所述信息處理系統(tǒng)2包括信息采集單元2-1、合流區(qū)沖突識別算法單元2-2和主控單元2-3；信息采集單元2-1，用于接收城市快速路匝道合流區(qū)的車輛信息；合流區(qū)沖突識別算法單元2-2，用于根據(jù)城市快速路匝道合流區(qū)的車輛信息得出pet值；主控單元2-3，用于根據(jù)pet值與預(yù)先設(shè)定好的pet閾值進(jìn)行比較，當(dāng)pet值小于pet閾值時，主控單元2-3發(fā)出預(yù)警信號。具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式二所述的城市快速路匝道合流區(qū)安全預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)一步限定，在本實(shí)施方式中，合流區(qū)沖突識別算法單元2-2是通過合流區(qū)沖突識別模型實(shí)現(xiàn)合流區(qū)沖突識別算法計算的；所述合流區(qū)沖突識別模型為：式中：t1代表主路車輛到達(dá)合流沖突區(qū)域起點(diǎn)的時間；t2代表匝道車輛到達(dá)合流沖突區(qū)域起點(diǎn)的時間；va代表主路車輛速度；vb代表匝道車輛速度；aa代表主路車輛加速度；ab代表匝道車輛加速度；xa代表主路車輛距合流沖突區(qū)域起點(diǎn)的距離；xb代表匝道車輛距合流沖突區(qū)域起點(diǎn)的距離；δt代表匝道車輛駕駛員駕駛車輛意識到發(fā)生危險而采取一些措施所需的平均時間；所述δt為一個固定的常數(shù)，并且其取值范圍為0.8秒至1.3秒之間。在本實(shí)施方式中，如圖2所示，由于匝道上的車輛b可能在合流區(qū)始端提早駛?cè)胫髀?，也可能行駛到合流區(qū)末端都未能找到安全的可插入間隙，綜合考慮這兩種極端情況，因此取加速車道的長度x為合流區(qū)的沖突區(qū)域；首先，計算主路車輛a到達(dá)合流沖突區(qū)域起點(diǎn)的時間t1；由交通調(diào)查可知，主路車輛由于受到合流區(qū)交通狀態(tài)的影響，在進(jìn)入長度為x的合流區(qū)過程中近似為勻減速運(yùn)動，假設(shè)主路車輛a在t1時間內(nèi)達(dá)到車輛的速度為vat，根據(jù)圖2可知，在t1時間內(nèi)主路車輛a行駛的距離xa為：解方程得到車輛a到達(dá)合流沖突區(qū)域起點(diǎn)的時間t1為：其次，計算匝道車輛b到達(dá)合流區(qū)沖突區(qū)域起點(diǎn)的時間t2；匝道車輛b由匝道進(jìn)入合流區(qū)，先要經(jīng)理一段近似直線的勻加速運(yùn)動，時長為t3，然后變?yōu)閯蛩龠\(yùn)動，到達(dá)合流區(qū)沖突區(qū)域起點(diǎn)，由勻加速運(yùn)動變?yōu)閯蛩龠\(yùn)動的反應(yīng)時間與匝道車輛駕駛員駕駛車輛意識到發(fā)生危險而采取一些措施所需的平均時間相同，即反應(yīng)時間為δt；因此，匝道車輛b到達(dá)合流區(qū)沖突區(qū)域起點(diǎn)的時間t2表示為：t2＝t3+δt；假設(shè)匝道車輛b在t2時間內(nèi)達(dá)到車輛的速度為vbt，根據(jù)圖2可知，在t2時間內(nèi)匝道車輛b行駛的距離sb為：為了確保人員和車輛安全，附加一定的安全距離余量d0，使得駕駛員在接收到預(yù)警信息后有足夠的反應(yīng)時間，因此，匝道車輛b距離合流區(qū)起點(diǎn)的距離xb表示為：xb＝sb+d0；(4)式中：d0＝vbδt；(5)由式(3)、式(4)和式(5)得出：解方程得出匝道車輛b到達(dá)合流沖突區(qū)域七點(diǎn)的時間t2：最后，得出匝道合流區(qū)沖突識別模型如下：在本實(shí)施方式中，車輛在匝道上行駛時，δt代表匝道車輛駕駛員駕駛車輛意識到發(fā)生危險而采取一些措施所需的平均時間，當(dāng)駕駛員意識到有發(fā)生危險的可能，而要采取一些措施沒動作之前的時間，這帶有不確定性，與每個人自身的情況息息相關(guān)，沒有共性，只能在一定范圍之內(nèi)，取反應(yīng)最為靈敏的年紀(jì)且身體狀況最好的駕駛員的反應(yīng)時間為為最小值，取年齡大且身體狀況不好的駕駛員的反應(yīng)時間為最大值，這范圍在0.8到1.3s之間，取值的原則是最好不要太小，如果那樣的話，會使得駕駛?cè)藛T非常驚慌失措，可能會帶來不必要的危險，在合流區(qū)沖突識別模型中δt的取值為1.2s。具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式三所述的城市快速路匝道合流區(qū)安全預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)一步限定，在本實(shí)施方式中，所述信息采集系統(tǒng)1包括速度檢測器1-1、加速度檢測器1-2和車載gps1-3；速度檢測器1-1，用于采集匝道車輛的速度vb與主干道車輛的速度va；加速度檢測器1-2，用于采集匝道車輛的加速度ab與主干道車輛的加速度aa；車載gps1-3，用于采集匝道車輛距合流沖突區(qū)域起點(diǎn)的距離xb與主路車輛距合流沖突區(qū)域起點(diǎn)的距離xa。在本實(shí)施方式中，速度檢測器1-1采用環(huán)形磁感線圈并且埋設(shè)在匝道合流區(qū)；加速度檢測器1-2采用mma7660加速度傳感器；加速度檢測器1-2和車載gps1-3均設(shè)置在駕駛車輛的內(nèi)部。具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式四所述的城市快速路匝道合流區(qū)安全預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)一步限定，在本實(shí)施方式中，所述車載預(yù)警系統(tǒng)3包括蜂鳴器報警單元3-1、指示燈報警單元3-2和語音報警單元3-3；蜂鳴器報警單元3-1，用于根據(jù)信息處理系統(tǒng)2輸出的預(yù)警信息蜂鳴振動；指示燈報警單元3-2，用于根據(jù)信息處理系統(tǒng)2輸出的預(yù)警信息進(jìn)行指示報警語音報警單元3-3，用于根據(jù)信息處理系統(tǒng)2輸出的預(yù)警信息進(jìn)行語音播報。在本實(shí)施方式中，由于駕駛員的信息來源來自視覺、聽覺和觸覺；因此，為了讓駕駛員能更好的接收到預(yù)警信息，本實(shí)施方式設(shè)置了蜂鳴器報警單元3-1、指示燈報警單元3-2和語音報警單元3-3進(jìn)行預(yù)警；蜂鳴器報警單元3-1采用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)，指示燈報警單元3-2采用led板來實(shí)現(xiàn)，語音報警單元3-3采用車載語音提示器實(shí)現(xiàn)；根據(jù)匝道合流區(qū)沖突劃分的三個等級本實(shí)施方式設(shè)置了不同的預(yù)警信號規(guī)則；具體的預(yù)警信號規(guī)則見表2。表2匝道合流區(qū)沖突劃分的三個等級的預(yù)警信號規(guī)則表具體實(shí)施方式六：結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式四所述的城市快速路匝道合流區(qū)安全預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)一步限定，在本實(shí)施方式中，所述信息采集系統(tǒng)1還包括一號電源1-4、一號處理器1-5、一號無線發(fā)射單元1-6、一號發(fā)射天線1-7和一號rs-485接口1-8；車載gps1-3的車輛位置信號輸出端與一號處理器1-5的車輛位置信號輸入端相連；加速度檢測器1-2的加速度信號輸出端與一號處理器1-5的加速度信號輸入端相連；一號電源1-4的電源輸出端同時與加速度檢測器1-2的電源輸入端、車載gps1-3的電源輸入端、一號處理器1-5的電源輸入端和一號rs-485接口1-8的電源輸入端相連；一號處理器1-5的發(fā)射信號輸出端通過一號rs-485接口1-8與一號無線發(fā)射單元1-6的發(fā)射信號輸入端相連；一號無線發(fā)射單元1-6通過一號發(fā)射天線1-7將發(fā)射信號發(fā)射。在本實(shí)施方式中，一號處理器1-5為單片機(jī)，其型號為msp430f149；一號無線發(fā)射單元1-6為sx-1278嵌入式無線電單元。具體實(shí)施方式七：結(jié)合圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式六所述的城市快速路匝道合流區(qū)安全預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)一步限定，在本實(shí)施方式中，所述信息處理系統(tǒng)2還包括二號電源2-4、一號無線接收單元2-5、一號接收天線2-6、二號rs-485接口2-7、三號rs-485接口2-8、二號無線發(fā)射單元2-9和二號發(fā)射天線2-10；二號電源2-4的電源輸出端同時與信息采集單元2-1的電源輸入端、合流區(qū)沖突識別算法單元2-2的電源輸入端、主控單元2-3的電源輸入端、二號rs-485接口2-7的電源輸入端和三號rs-485接口2-8的電源輸入端相連；一號無線接收單元2-5通過一號接收天線2-6接收一號無線發(fā)射單元1-6發(fā)射的發(fā)射信號；信息采集單元2-1的采集信號輸入端通過二號rs-485接口2-7與一號無線接收單元2-5的采集信號輸出端相連；主控單元2-3的控制信號輸出端通過三號rs-485接口2-8與二號無線發(fā)射單元2-9的控制信號輸入端相連；二號無線發(fā)射單元2-9通過二號發(fā)射天線2-10將發(fā)射信號發(fā)射。在本實(shí)施方式中，一號接收天線2-6與一號發(fā)射天線1-7選用5.8ghzdsrc的短程通信技術(shù)手段；一號無線接收單元2-5與二號無線發(fā)射單元2-9均為sx-1278嵌入式無線電單元。具體實(shí)施方式八：結(jié)合圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對具體實(shí)施方式七所述的城市快速路匝道合流區(qū)安全預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)一步限定，在本實(shí)施方式中，車載預(yù)警系統(tǒng)3還包括三號電源3-4、二號處理器3-5、二號無線接收單元3-6、二號接收天線3-7和四號rs-485接口3-8；三號電源3-4的電源的輸出端同時與蜂鳴器報警單元3-1的電源輸入端、指示燈報警單元3-2的電源輸入端、語音報警單元3-3的電源輸入端、二號處理器3-5的電源輸入端和四號rs-485接口3-8的電源輸入端相連；二號無線接收單元3-6通過二號接收天線3-7接收二號無線發(fā)射單元2-9發(fā)射的發(fā)射信號；二號處理器3-5的預(yù)警信號輸入端通過四號rs-485接口3-8與二號無線接收單元3-6的預(yù)警信號輸出端相連；蜂鳴器報警單元3-1的蜂鳴信號輸入端與二號處理器3-5的蜂鳴信號輸出端相連，指示燈報警單元3-2的指示燈信號輸入端與二號處理器3-5的指示燈信號輸出端相連，語音報警單元3-3的語音信號輸入端與二號處理器3-5的語音信號輸出端相連。在本實(shí)施方式中，二號處理器3-5為單片機(jī)，其型號為msp430f149；二號無線接收單元3-6為sx-1278嵌入式無線電單元。車路之間的通信機(jī)制采用車路協(xié)同技術(shù)中的ad-hoc自組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)端對端的通信。當(dāng)前第1頁12