摘 要：文章論述了交叉路口對(duì)道路通行效率的影響，提出基于車路協(xié)同技術(shù)提高交叉路口通行效率，介紹了系統(tǒng)組成和控制方法。文章提出了兩點(diǎn)新的構(gòu)思，用基于藍(lán)牙技術(shù)的路面裝置定位車輛，排隊(duì)車輛同步起車來(lái)提高通過(guò)速度。

關(guān)鍵詞：交叉路口；交通信號(hào)；車路協(xié)同；藍(lán)牙定位；同步起車

1 問(wèn)題的提出

現(xiàn)行交叉路口的信號(hào)控制和通過(guò)模式：交叉路口通過(guò)紅、黃、綠色的交通信號(hào)燈控制車輛停止和通過(guò)，以兩相位控制來(lái)分析，對(duì)于南北向和東西向十字交叉路，第一個(gè)相位只有東西方向車輛通過(guò)，第二個(gè)相位只有南北方向車輛通過(guò)，如果沒(méi)有轉(zhuǎn)彎車輛，那么道路的利用率只有50%。其中黃燈時(shí)間道路利用率是0，在這種情況下十字交叉路口道路利用率低于50%?？紤]右轉(zhuǎn)車輛不用等待紅燈，可提高道路利用率。但是左轉(zhuǎn)車輛會(huì)影響對(duì)方車輛和垂直方向車輛通過(guò)，在自己通過(guò)的時(shí)候減少了兩倍以上的車輛通過(guò)。顯然交叉路口必然導(dǎo)致道路通行效率下降。

當(dāng)路口很多車輛排隊(duì)時(shí)，由于后面駕駛?cè)藛T不能看到信號(hào)燈變化，起車延時(shí)，導(dǎo)致車輛通過(guò)路口較慢。這些因素進(jìn)一步降低了交叉路口通行效率，降低道路利用率。

利用車路協(xié)同技術(shù)可以提高交叉路口車輛通過(guò)效率，文章的思路是利用車路協(xié)同來(lái)均衡等待時(shí)間、提高通過(guò)速度，以減少在路口的損失時(shí)間和延誤。

2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由車載設(shè)備、路側(cè)設(shè)備、路面裝置、信號(hào)控制設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)組成，以實(shí)現(xiàn)車車通信、車路協(xié)同。

車載設(shè)備內(nèi)包括感知系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、人機(jī)交互、決策系統(tǒng)，可檢測(cè)自身的位置、速度、加速度及與前車的距離，接收路側(cè)設(shè)備指令，進(jìn)入排隊(duì)狀態(tài)、列車前進(jìn)狀態(tài)、手動(dòng)駕駛狀態(tài)，在列車前進(jìn)狀態(tài)自動(dòng)控制車速、方向、自動(dòng)剎車。車載設(shè)備同步顯示下一個(gè)路口的信號(hào)燈、信號(hào)燈倒計(jì)數(shù)，以便駕駛員以合適的車速行駛。

路側(cè)設(shè)備包括攝像機(jī)、微波測(cè)距儀等采集設(shè)備以及通信控制設(shè)備，用于檢測(cè)路面狀況和車流。路側(cè)設(shè)備與信號(hào)控制設(shè)備通信，接收交通信號(hào)燈狀態(tài)。與車輛通信，接收車輛位置信息，向車輛發(fā)出指令。利用圖像識(shí)別技術(shù)可以檢測(cè)排隊(duì)車輛個(gè)數(shù)、排隊(duì)長(zhǎng)度。但是圖像識(shí)別效果易受到天氣和光線的影響，文章不詳細(xì)描述。

路面裝置包括環(huán)形線圈、藍(lán)牙定位裝置。環(huán)形線圈埋設(shè)于車道的路面下，通過(guò)饋線與檢測(cè)單元相連。檢測(cè)處理單元用高頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)環(huán)形線圈，當(dāng)車輛通過(guò)環(huán)形線圈時(shí)，引起線圈的電感量的變化，并進(jìn)而引起線圈的阻抗的變化，從而導(dǎo)致信號(hào)幅度、相位、頻率的變化。用檢測(cè)電路檢測(cè)其中某一個(gè)量的變化，就可以達(dá)到檢測(cè)車輛的目的。

藍(lán)牙定位裝置是一種基于低功耗藍(lán)牙的信號(hào)廣播設(shè)備。每一個(gè)裝置有一個(gè)唯一的ID（UUID+Major+Minor），在一個(gè)區(qū)域內(nèi)廣播自己的信號(hào)，通過(guò)這種方式做到對(duì)一個(gè)特定區(qū)域的標(biāo)記。藍(lán)牙定位裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)主要包含四部分，分別是UUID（通用唯一標(biāo)識(shí)符）、Major、Minor、Measured Power。在Major中可以寫入車道編號(hào)，在Minor中可以寫入位置，Measured Power是藍(lán)牙定位裝置與接收器之間相距1米時(shí)的參考接收信號(hào)強(qiáng)度，接收器根據(jù)該參考接收信號(hào)強(qiáng)度與實(shí)際接收信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)推算發(fā)送裝置與接收器的距離。當(dāng)車輛進(jìn)入藍(lán)牙定位裝置的信號(hào)覆蓋范圍時(shí)，車載設(shè)備接收到信號(hào)，就可以感知到車輛的位置。藍(lán)牙定位裝置可埋設(shè)于車道中間的路面淺層，沿道路方向以固定間隔埋設(shè)，從停車線開(kāi)始，從0開(kāi)始按順序編號(hào)。為保證每輛車都可以收到至少一個(gè)定位裝置的信號(hào)，定位裝置間隔小于小汽車長(zhǎng)度的一半，可每隔1米埋設(shè)一個(gè)。如果車載設(shè)備接收到3號(hào)、4號(hào)定位裝置發(fā)的信號(hào)，且根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度推算出與定位裝置距離都小于1米，則可確定該車處于停車線后3.5米左右的位置。

信號(hào)控制設(shè)備控制交通信號(hào)燈變換，按照信號(hào)控制方式的不同，可將城市道路交叉口交通信號(hào)控制分為固定周期信號(hào)燈控制、感應(yīng)式信號(hào)燈控制、自適應(yīng)式信號(hào)燈控制。

3 控制方法

利用車路協(xié)同技術(shù)提高交叉路口通過(guò)效率的關(guān)鍵在于：準(zhǔn)確感知車路狀況、實(shí)時(shí)調(diào)度、提高車輛通過(guò)速度。控制方法如下：

3.1 進(jìn)入排隊(duì)狀態(tài)和計(jì)算排隊(duì)長(zhǎng)度

車輛到達(dá)交叉路口遇到紅燈，車載設(shè)備接收路到路側(cè)設(shè)備指令進(jìn)入排隊(duì)狀態(tài)，并與交通信號(hào)燈同步顯示紅燈倒計(jì)數(shù)，避免司機(jī)等待不耐煩，車載設(shè)備接收到路面定位裝置發(fā)出的定位信號(hào)，車載設(shè)備向路測(cè)設(shè)備報(bào)告自身位置。路側(cè)設(shè)備向信號(hào)控制設(shè)備發(fā)送排隊(duì)車輛列表，信號(hào)控制設(shè)備計(jì)算出排隊(duì)車輛數(shù)，根據(jù)這隊(duì)車輛中的最大位置編號(hào)可判定排隊(duì)長(zhǎng)度。在紅燈信號(hào)期間，當(dāng)車輛向前挪動(dòng)后停下時(shí)，車載設(shè)備自動(dòng)向路測(cè)設(shè)備報(bào)告最新的位置。路側(cè)設(shè)備可每隔一秒向信號(hào)控制設(shè)備發(fā)送排隊(duì)車輛列表，信號(hào)控制設(shè)備在紅燈結(jié)束前一定時(shí)間鎖定排隊(duì)列表。

3.2 調(diào)節(jié)綠燈時(shí)間

信號(hào)控制設(shè)備根據(jù)排隊(duì)車輛數(shù)和排隊(duì)長(zhǎng)度，均衡其它方向的車流量，按一定的規(guī)則來(lái)調(diào)節(jié)綠燈時(shí)間，排隊(duì)長(zhǎng)度超過(guò)預(yù)定范圍，則增加綠燈時(shí)間，排隊(duì)長(zhǎng)度小于預(yù)定范圍，則減少綠燈時(shí)間。如果排隊(duì)長(zhǎng)度在預(yù)定范圍內(nèi)，則不需要調(diào)節(jié)綠燈時(shí)間。調(diào)節(jié)綠燈時(shí)間目的是減少等待，達(dá)到整體效率最佳。

3.3 計(jì)算放行車輛數(shù)

信號(hào)控制設(shè)備根據(jù)綠燈時(shí)間計(jì)算本次放行的車輛數(shù)，如n輛，在紅燈結(jié)束前一定時(shí)間將結(jié)果下發(fā)給路側(cè)設(shè)備。計(jì)算放行車輛數(shù)時(shí)要考慮光照條件、天氣條件、路面條件。如果有大車排隊(duì)，還要考慮大車長(zhǎng)度，如一輛公共汽車按3輛小汽車計(jì)算。

在綠燈亮起的同時(shí)，路側(cè)設(shè)備向排在前面的n輛車下發(fā)放行指令和同步起車指令，向排在后面的車輛發(fā)送下次通過(guò)的指示。車載設(shè)備同步顯示綠燈信號(hào)和倒計(jì)數(shù)。

這個(gè)方法可讓司機(jī)明確知道本次綠燈是否放行，避免綠燈閃爍時(shí)有的車不敢通過(guò)而損失了時(shí)間，以及有的車在綠燈已經(jīng)結(jié)束還搶行，干擾其它方向車輛行駛。

3.4 同步起車

車載設(shè)備接收到放行指令和同步起車指令，由車載設(shè)備自動(dòng)控制行駛，n輛車同時(shí)起車，按相同的加速度行駛，以列車方式沿當(dāng)前車道前進(jìn)，通過(guò)路口，已經(jīng)通過(guò)路口的車輛從列車方式釋放出來(lái)，車載設(shè)備提示駕駛員手動(dòng)駕駛。在以列車方式前進(jìn)時(shí)，車載設(shè)備檢測(cè)與前車距離，自動(dòng)調(diào)整車速，避免碰撞。

同步起車可以減少等待起車損失的時(shí)間，列車方式前進(jìn)使得n輛車像一輛車一樣通過(guò)路口，從而提高通過(guò)速度。本次不被放行的車輛由駕駛員手動(dòng)駕駛繼續(xù)排隊(duì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章提出采用藍(lán)牙技術(shù)對(duì)排隊(duì)車輛定位，可精確感知車輛位置，在此基礎(chǔ)上可準(zhǔn)確控制車輛行為。藍(lán)牙技術(shù)成熟，相關(guān)裝置體積小、價(jià)格便宜、功耗低，易于大量布設(shè)。

同步起車和列車方式前進(jìn)通過(guò)路口，只要加速度大于等于一般司機(jī)通過(guò)路口的加速度，由于同步起車減少了延遲起車而損失的時(shí)間，列車方式前進(jìn)又減少了為擴(kuò)大車距而損失的時(shí)間，可縮短通過(guò)時(shí)間，增加一個(gè)綠燈時(shí)間內(nèi)通過(guò)的車輛數(shù)，提高交叉路口的通行效率。由于同步起車和列車方式前進(jìn)是在固定車道、交叉路口寬闊路面進(jìn)行，相對(duì)于其它場(chǎng)景的自動(dòng)駕駛較容易實(shí)現(xiàn)。

要準(zhǔn)確得知采取以上措施通行效率提升了多少，需要進(jìn)行仿真計(jì)算，希望智慧交通專業(yè)人士不吝指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

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