吳佩潔，王延鵬，覃渝程，何航宇

(重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶　400074)

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交通工程

全息投影的信號(hào)交叉口安全導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳佩潔，王延鵬，覃渝程，何航宇

(重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶400074)

摘要：全息投影技術(shù)是一門利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體的技術(shù)。結(jié)合全息投影技術(shù)和信號(hào)交叉口管理，設(shè)計(jì)了一套信號(hào)交叉口安全導(dǎo)向系統(tǒng)，提出了“兩難區(qū)”判別算法以及投影方位和時(shí)長(zhǎng)的算法。以對(duì)即將陷入“兩難區(qū)”的車輛進(jìn)行投影，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)車輛的提前預(yù)警以及安全導(dǎo)向的功能。

關(guān)鍵詞：全息投影；信號(hào)交叉口；安全導(dǎo)向；交叉口兩難區(qū)

1研究背景

信號(hào)交叉口是城市道路交通系統(tǒng)中重要的組成部分，在道路交通的銜接中起著關(guān)鍵的作用。根據(jù)2004、2005兩年的北京市交通事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，50%以上的市區(qū)交通事故發(fā)生在交叉口，超過30%的郊區(qū)交通事故發(fā)生在交叉口。因此，為解決交叉口駕駛員闖紅燈的問題，筆者結(jié)合全息投影技術(shù)，提出了基于全息投影技術(shù)的城市信號(hào)交叉口安全導(dǎo)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)能利用全息投影技術(shù)輔助現(xiàn)有信號(hào)燈，從而增強(qiáng)信號(hào)燈的交通指示與警示作用，減少駕駛員闖紅燈的現(xiàn)象，提高信號(hào)交叉口的安全性，促進(jìn)“和諧交通”的發(fā)展。

2研究意義

本系統(tǒng)將全息投影技術(shù)應(yīng)用到交通領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了交叉口信號(hào)二維控制向三維控制的轉(zhuǎn)化，并且創(chuàng)新性地將全息投影技術(shù)與交通信號(hào)控制巧妙地結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)即將陷入“兩難區(qū)”的車輛進(jìn)行投影警示的功能，為解決交叉口安全事故頻發(fā)的實(shí)際問題，提供了一種新的思路與解決方法。

3城市信號(hào)交叉口安全導(dǎo)向系統(tǒng)的功能

“兩難區(qū)”是指在黃燈期間，駕駛員既不能安全舒適地停在停車線前，又不能順利通過交叉口的尷尬情況。駕駛員一旦陷入“兩難區(qū)”的話，要么緊急剎車,增大車輛追尾的可能性，要么闖了紅燈,增加交叉口事故的可能性。另外，通過交叉口事故的原因分析，車輛陷入“兩難區(qū)”是駕駛員無意闖紅燈的主要因素，因此本系統(tǒng)通過解決交叉口“兩難區(qū)”的問題，從而實(shí)現(xiàn)交叉口安全性的提高。

4城市信號(hào)交叉口安全導(dǎo)向系統(tǒng)的系統(tǒng)框架與構(gòu)成

本系統(tǒng)主要由輸入單元、中央處理單元和輸出單元三個(gè)部分組成。

(1)輸入單元：主要由毫米波測(cè)速測(cè)距雷達(dá)和變燈傳感器組成。毫米波雷達(dá)與其他雷達(dá)相比較，有體積小、質(zhì)量輕、空間分辨率高、全天候(大雨天除外)全天時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。變燈傳感器則是與交叉口的紅綠燈控制系統(tǒng)相連接的裝置，可以準(zhǔn)確地獲得信號(hào)交叉口的信號(hào)燈配時(shí)情況，如：黃燈時(shí)長(zhǎng)、綠燈剩余時(shí)長(zhǎng)等。毫米波雷達(dá)在綠燈的某一時(shí)刻檢測(cè)車輛的當(dāng)前車速v和車輛距停車線的距離L，然后把監(jiān)測(cè)到的車輛參數(shù)傳輸?shù)街醒胩幚韱卧M(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。

(2)中央處理單元：主要由邏輯部件、寄存器、控制部件組成，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、分析、判斷的功能。本單元將車輛參數(shù)代入交叉口“兩難區(qū)”程序中，判斷是否需要對(duì)該車輛進(jìn)行投影警示。如果經(jīng)過判斷，該車輛有陷入“兩難區(qū)”的趨勢(shì)，則將該車輛鎖定為目標(biāo)車輛，隨后，把目標(biāo)車輛的參數(shù)繼續(xù)代入投影方位和時(shí)長(zhǎng)的程序中，計(jì)算得出需要對(duì)目標(biāo)車輛投影的角度和時(shí)長(zhǎng)，最后把投影角度和時(shí)長(zhǎng)傳輸?shù)捷斎雴卧?。如果?jīng)過判斷，該車輛沒有陷入“兩難區(qū)”的趨勢(shì)，則返回到輸入單元，重新監(jiān)測(cè)另外一輛車。

(3)輸出單元：主要由全息投影設(shè)備組成，輸出單元接到中央處理單元傳輸過來的投影角度和時(shí)長(zhǎng)的信息后，啟動(dòng)全息投影設(shè)備，對(duì)目標(biāo)車輛進(jìn)行投影以警示駕駛員減速行駛，以免陷入“兩難區(qū)”。

圖1　系統(tǒng)運(yùn)行流程

5城市信號(hào)交叉口安全導(dǎo)向系統(tǒng)的算法

本城市信號(hào)交叉口安全導(dǎo)向系統(tǒng)的算法主要有以下兩個(gè)：(1)是否陷入“兩難區(qū)”的判別算法；(2)對(duì)目標(biāo)車輛的投影方位和時(shí)長(zhǎng)的算法。

5.1算法一

“兩難區(qū)“計(jì)算公式

S=L-Tg×v

(1)

(2)

S2=Ty×v

(3)

陷入兩難區(qū)

S

(4)

S2

(5)

參數(shù)：綠燈剩余時(shí)長(zhǎng)Tg，車輛當(dāng)前車速v，車輛距停車線距離L，車輛最小安全停車距離S1，黃燈期間車輛通行距離S2，交叉口寬度W，車輛平均長(zhǎng)度l。

判斷是否需要對(duì)車輛進(jìn)行投影的算法的步驟。

(1)收集車輛參數(shù)：車速v和車輛距停車線距離L。

(2)判斷S=L-Tg×v>0是否成立，若成立，則在綠燈期間，車輛可以順利通過交叉口；若不成立，則進(jìn)入下一步。

(3)根據(jù)式(2)和(3)，計(jì)算出S1、S2。

(4)判斷S

(5)判斷S2

5.2算法二

(6)

(7)

(8)

θ3=θ2-θ1

(9)

參數(shù)：投影桿高度h，投影時(shí)長(zhǎng)t,開始投影時(shí)投影光與投影桿同一面的夾角，投影結(jié)束時(shí)投影與投影桿同一面的夾角，轉(zhuǎn)向器需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。

6結(jié)束語(yǔ)

(1)將物理前沿理論全息投影技術(shù)首次應(yīng)用于交叉口交通管控中。

(2)分析了駕駛員在交叉口陷入“兩難區(qū)”狀態(tài)的形成機(jī)理與過程，并提出了適用于本系統(tǒng)的兩種算法。

7小結(jié)

在對(duì)交叉口“兩難區(qū)”理論分析的基礎(chǔ)上，筆者提出了駕駛員陷入交叉口“兩難區(qū)”的算法與投影方位與時(shí)長(zhǎng)的算法，并結(jié)合全息投影技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套城市信號(hào)交叉口安全導(dǎo)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對(duì)即將陷入“兩難區(qū)”的駕駛員進(jìn)行投影預(yù)警，使駕駛員避免陷入“兩難區(qū)”，從而達(dá)到減小駕駛員無意闖紅燈的可能性，提高信號(hào)交叉口的安全性的目的。

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Signal intersection safety oriented system design based on holographic projection

WU Pei-jie, WANG Yan-peng,TAN Yu-cheng,HE Hang-yu

(Transportation Institute, Chongqing JiaoTong University, Chongqing 400074,China)

Abstract:Holographic projection is a kind of technology using interference and diffraction to reappear objects. Combined the holographic projection and signal intersection management, this paper designed a intersection safety oriented system, and proposed the dilemma zone algorithm and the projection range and duration algorithm. After projecting the vehicle that will lose in dilemma zone, an early warning and a safety guide can be given to the target vehicle.

Keywords:holographic projection; signal intersection; safety guide; dilemma zone

收稿日期：2015-09-16

作者簡(jiǎn)介：吳佩潔(1994-)，女，本科在讀。

中圖分類號(hào)：U492

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)05-0163-02