一种针对乡村T型无信号交叉口的车辆安全引导系统及方法

一种针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统及方法
技术领域
1.本发明属于交通引导领域，具体涉及一种针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统及方法。


背景技术：

2.农村道路网中广泛存在t型交叉口，然而通常因为其车流量较小和基于通行效率考虑而没有设置红绿灯。这些交叉口往往存在着线性视距不足、车辆类别复杂、管理不规范等问题，而且人们经常随意穿行路口，尤其是年纪大的人较多，他们反应较慢，行动不便而且交通规则意识淡薄，特别是夏秋季节农作物过高时，这些问题尤为突出，严重影响了交叉口的行车安全。
3.在这种道路的交叉口，驾驶员主观认为路口车辆、行人少，通常以较高的速度通过，特别是他们中没有农村公路驾驶经验的司机，不了解道路的情况、村民的生活习惯，这给安全通过交叉口带来了严重的隐患。如果可以提前知道即将进入交叉口的次路的车辆信息，对主路车辆进行适当的减速或者加速引导，可以大大提高这种路口的安全性，而且从节能减排的方向来说，有了车速的引导可以减少不必要的停车和急刹减速所带来的能源消耗。
4.综上来说，对于乡村广泛存在的t型无信号交叉口，如何提高车辆通过路口的安全性，如何保障路口行人安全并提高路口通行效率是目前农村道路安全亟待解决的一个重要问题。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中存在的缺陷，提出一种针对进入t型无信号交叉口车辆的引导系统及方法，通过对进入交叉口的主路以及次路车辆进行识别，将得到的数据在后台进行计算，然后根据不同情况对主路车辆给出匀速通过、加速通过、减速让行或者停车让行等不同引导策略，使其可以安全、高效的通过交叉口。
6.本发明是采用以下的技术方案实现的：一种针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统，包括控制模块以及与控制模块相连的视频检测模块、雷达测距测速模块和vms速度引导显示牌；所述视频检测模块和雷达测距测速模块用以检测从次路进入交叉口车辆和行人情况，当检测到t型无信号交叉口的主路和次路同时有车辆行驶时激活引导系统，控制模块根据雷达测距测速模块检测的车辆的速度和距离信息对主路车辆的引导速度进行计算，并给出具体的引导策略，所述引导策略通过vms速度引导显示牌显示，给予主路车辆进行匀速、加速、减速或停车引导。
7.进一步的，所述控制模块包括引导车速计算模块和引导策略生成模块；所述引导车速计算模块根据雷达测距测速模块检测到的主路车辆和次路车辆到交叉口的距离和对应的速度，结合最小会车时间对主路车辆的引导速度进行计算；
所述引导策略生成模块根据引导车速来判断主路车辆引导策略，包括匀速通过、加速通过、减速让行和停车让行。
8.进一步的，所述vms速度引导显示牌在不需要对道路车辆进行引导时显示当前道路的限速；在需要对道路上的车辆进行警示和车速引导时，显示控制模块运算得到的引导车速。
9.进一步的，所述雷达测距测速模块用以检测到的主路车辆和次路车辆车头距离交叉口的距离以及车辆的速度信息，所述视频检测模块用以对车辆和行人进行检测，所检测的车辆信息包括当前车型的标准长度以及车牌号。
10.本发明另外还提出一种针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统的引导方法，包括以下步骤：步骤1、获取交叉口车辆和行人信息，若检测到交叉口有行人，则引导策略为“减速慢行”，若交叉口没有行人，则执行步骤2；步骤2、计算主路车辆和次路车辆的最小会车时间差t，以及主路车和次路车到达交叉口的时间差，所述最小会车时间差是指主路车辆和次路车辆保持进入交叉口时的速度通过交叉口而不发生碰撞的最短时间；步骤3、确定单车引导车速及引导策略：步骤31、如果，主路车辆引导车速，为主路车车速，即主路车辆以当前速度通过交叉口，则其引导策略为“匀速通过”；步骤32、如果：（1）若，设主路车辆的加速度为，其应满足如下两个条件：（3）； （4）；
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（5）；式中，为限制速度，为加速时间； 为主路车距交叉口距离，为次路车距交叉口距离，为主路车车速，为次路车车速；为觉察显示牌时间， 为认读时间， 为决策时间， 为响应操作时间；由公式（3）可得：，令；由公式（4）可得：，令 。
11.①ꢀ
如果 ，此时的引导策略为“加速通过”，并取 的中间值作为主路车辆的加速度，由此得到主路车辆引导速度，其计算公式为：
ꢀꢀ
（6）。
12.②ꢀ
如果，表明此时车辆不能以低于当前道路的限制速度安全通过交叉口，则引导策略为“减速让行”，其引导速度计算如下：主路车辆的加速度应满足如下两个条件：
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（7）；
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（8）；由公式（7）可得： ，由公式（8）可得：，；取 的中间值作为主路车辆的加速度，由此得到主路车辆引导速度，其计算公式为：
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（9）。
13.（2）若；设主路车辆的加速度为 ，其应满足如下两个条件： （10）；
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（11）；由公式（10）可得： ，由公式（11）可得，。
14.①ꢀ
如果 ，此时的引导策略为“减速让行”，取 的中间值作为主路车辆的加速度，由此得到主路车辆引导速度，其计算公式为：
15.ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（12）；
②ꢀ
如果，则车辆需停车，故引导策略为“停车让行”。
16.进一步的，如果主路上有多辆车进入交叉口，此时需要计算前后两辆车的引导速度并确定对应的引导策略，具体如下：设由雷达测距测速模块得到的前车速度为，前车到交叉口的距离为，后车速
度为，后车到交叉口的距离为；（1）根据步骤3的原理确定前车的引导速度和后车的初始引导速度及相应的引导策略；（2）根据前后车的引导策略不同，得到以下情况：
①
前车匀速通过，后车匀速通过；
②
前车匀速通过，后车加速通过；
③
前车匀速通过，后车减速让行通过；
④
前车匀速通过，后车停车让行通过；
⑤
前车加速通过，后车匀速通过；
⑥
前车加速通过，后车加速通过；
⑦
前车加速通过，后车减速让行通过；
⑧
前车加速通过，后车停车让行通过；
⑨
前车减速让行通过，后车匀速通过；
⑩
前车减速让行通过，后车加速通过；前车减速让行通过，后车减速让行通过；前车减速让行通过，后车停车让行通过；前车停车让行通过，后车匀速通过；前车停车让行通过，后车加速通过；前车停车让行通过，后车减速通过；前车停车让行通过，后车停车等待通过。
17.对于情况
①
、
③
、
④
、
⑤
、
⑦
、
⑧
、和的前后车的引导不会产生冲突，则其引导策略不变。
18.对于情况
⑨
、
⑩
、、和的前车引导直接影响后车引导，后车采用前车相同引导策略。
19.对于情况
②
、
⑥
和的前车引导速度直接影响到后车引导，重新计算后车引导速度以进行引导。
20.进一步的，对于情况
②
、
⑥
和的引导方式如下：（1）在情况
②
中，根据前车的引导速度和后车的初始引导速度，计算两车在通过路口的时间中车头间距：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（13）；如果，表示安全距离，则前车的引导速度为，后车的引导速度为；如果，则令
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（14）；得到的值并使，那么前车的引导策略为“匀速通过”，引导速度为，后车的引导策略为“加速通过”，引导速度为。
21.（2）在情况
⑥
中，根据前车的引导速度，后车的初始引导速度，计算两车在通过路口的这段时间中车头间距：
ꢀꢀꢀꢀ
（15）；
如果，则前车的引导速度为，后车的最终引导速度为；如果，则令
ꢀꢀꢀ
（16）；得到的值并使，那么前车的引导策略为“加速通过”，引导速度为，后车的引导策略为“加速通过”，最终引导速度为。
22.（3）在情况中，根据前车的引导速度，后车的初始引导速度，计算两车在通过路口的这段时间中车头间距，计算公式与公式（15）相同：如果，则前车的引导策略为“减速通过”，引导速度为，后车的引导策略为“减速通过”，最终引导速度为；如果，通过公式（16）计算，然后使，那么前车的引导策略为“减速通过”，引导速度为，后车的引导策略为“减速通过”，最终引导速度为。
23.进一步的，所述步骤1中，最小会车时间差t以及主路车和次路车到达交叉口的时间差的计算方式如下：
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（1）；若，则，否则；
ꢀꢀꢀ
（2）；式中，为最小会车时间差，为主路车距交叉口距离，为次路车距交叉口距离，为主路车车速，为次路车车速，为参考速度，为交叉口宽度，为主路车辆车长，为次路车辆车长，为安全车间距。
24.进一步的，所述vms速度引导显示牌的显示方式包括以下几种：（1）当交叉口主路和次路上无车辆行驶时，则vms速度引导显示牌不点亮；（2）当检测到次路无车辆通过交叉口时不做速度引导，仅显示限速标识；（3）当主路车辆匀速通过交叉口时，显示“次路来车，匀速通过”的绿色字样；（4）当引导主路车辆加速通过交叉口时，显示“次路来车，加速至 km/h通过”的绿色字样，并在显示屏上加以红色边框；（5）当引导主路车辆减速通过交叉口时，显示“次路来车，减速至 km/h让行通过”的绿色字样，并在显示屏上加以红色边框；（6）当引导主路车停车让行时，显示“次路来车，停车让行”的黄色字样，并在显示
屏上加以红色边框；（7）当对多辆车进行速度引导时，使用车辆对应的车牌号进行区分以同时提醒主路车辆；（8）当有行人通过交叉口时，显示“交叉口有行人通过，减速慢行”的黄色字样。
25.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本方案利用视频检测模块检测进入交叉口的车辆和行人，利用雷达测距测速模块获得主路车辆和次路车辆到交叉口的距离和速度；根据检测到的速度和距离，计算出能使主路车辆安全通过交叉口的合适引导速度；根据计算的引导速度，系统在vms速度引导显示牌上显示引导速度信息，并根据主路车辆的数量，设计多车引导车速计算策略，以更好的指导t型交叉口车辆安全行驶。
附图说明
26.图1为本发明实施例所述安全引导系统示意图。
27.图2为本发明实施例t型交叉口示意图。
28.图3为本发明实施例单车引导方法流程示意图。
29.图4为本发明实施例多车引导方法流程示意图。
30.图5为次路无车辆通过交叉口时的限速标识显示效果示意图。
31.图6为引导主路车辆匀速通过交叉口时的显示效果示意图。
32.图7为引导主路车辆加速通过时的显示效果示意图。
33.图8为引导主路车辆减速通过交叉口时的显示效果示意图。
34.图9为引导主路车停车让行时的显示效果示意图。
35.图10为对多辆车进行速度引导时的显示效果示意图；
36.图11为车辆需要停车礼让行人通过交叉口时的显示效果示意图。
37.图12为本发明实施例引导主路车辆加速通过路口时显示“次路来车，加速至 通过”的显示效果示意图。
38.图13为本发明实施例引导主路车辆减速通过路口时显示“次路来车，减速至 通过”的显示效果示意图。
具体实施方式
39.为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。
40.实施例1、一种针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统，如图1和图2所示，t型无信号控制交叉口包括主路和次路，所述引导系统包括控制模块2、视频检测模块3、雷达测距测速模块4、存储模块、vms速度引导显示牌1和供电模块5；所述引导系统根据检测到的交叉口车辆及行人情况，对从主路进入交叉口的车辆进行引导以使其安全高效的通过交叉口，利用视频检测模块3和雷达测距测速模块4检测从次路进入交叉口车辆和行人情况，然后结合其位置及速度通过vms速度引导显示牌反馈给从主路进入交叉口的车辆驾驶员，
对其进行匀速、加速、减速或停车引导。
41.本系统各个模块的功能介绍如下。
42.所述控制模块2主要由微控制器组成，微控制器选取stm32g483ceu6，微控制器作为嵌入式系统负责整个系统的逻辑运算工作。微控制器接收到视频检测模块3传来的视频信息，运用faster r-cnn车辆检测算法识别道路上行驶的车辆。当检测到主路和次路同时有车辆行驶时激活系统，根据雷达测速测距雷达模块传来的车辆的速度距离信息对引导速度进行计算，将得到的计算结果在vms速度引导显示牌上显示，给予主路车辆适合进行的加减速操作。
43.所述视频检测模块3选取海康威视300万 1/1.8" ccd智能交通网络摄像机 ds-2cd9131-k(s)。该摄像头工作温度湿度在
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30℃~70℃，湿度小于90%(无凝结)，环境适应性较强，其大分辨率可达2048*1536，帧率高达25帧，能很好的满足本系统所需的车辆检测和行人检测需求。其内置车型和车牌识别功能，可以比对系统内置数据，获得当前车型的标准长度以及车牌号，摄像机将检测到的数据传输给微控制器进行处理。
44.所述雷达测距测速模块4选取海康威视定角式雷达测速仪 stj1，其负责测量所检测到的主路车辆和次路车辆车头距离交叉口的距离，其和微控制器相连以将测量得到的速度传输到微控制器进行处理。如果检测到车辆有超速行为则协调摄像头和存储模块记录当前车辆信息，并上传云端，规范驾驶员行车。所述供电模块选择市电供电、太阳能供电。
45.所述存储模块选择x779w，其负责存储当前道路的车辆行驶记录信息以及抓拍到的超速车辆的信息。一方面为交通事故的判定提供证据，另一方面更好的约束车辆的行驶速度。
46.所述vms速度引导显示牌1选用led显示器，led显示器选用室外全彩p10规格。led显示器在不需要对道路车辆进行引导时可显示当前道路限速信息，当需要对道路上的车辆进行警示和车速引导时，此时显示微控制器运算得到的引导车速。
47.本方案主要针对乡村的t型无信号控制交叉口，由于乡村的车流量较少，因此会存在交叉口没有车辆通过的状态，当检测到交叉口没有车辆通行时，系统不工作，此时vms速度引导显示牌1也不点亮以节省电能。当只检测到交叉口的主路有车辆通行，但是次路上无车时，此时vms速度引导显示牌显示当前道路的限速。当交叉口的主路和次路上均有车辆通行时，根据雷达测距测速模块检测到的主路车辆和次路车辆到交叉口的距离和当前速度，并根据主路车辆引导速度计算方法得到主路车辆的引导策略和引导速度，以引导主路车辆安全通过交叉口。当交叉口的主路上有多辆车通行时，根据上述的多车引导速度计算方法，得到主路上车辆的引导策略和引导速度，并引导主路车辆安全通过交叉口。如果引导主路车匀速通过、加速通过或减速让行通过的过程中检测到交叉口处有行人，此时系统将引导车辆减速慢行通过路口。
48.实施例2、基于实施例1提出的引导系统，本实施例提出一种针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导方法，基于检测得到的车辆和行人信息计算交叉口主路车辆安全高效通过的引导速度，并根据计算的引导速度得到匀速通过、加速通过、减速让行或者停车让行的引导策略，如图3所示，包括以下步骤：（一）计算主路车辆和次路车辆的最小会车时间差最小会车时间差是主路车辆和次路车辆保持进入交叉口时的速度通过交叉口而
不发生碰撞的最短时间，其计算公式为：
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（1）；若，则，否则；式中，为最小会车时间差，为主路车距交叉口距离，为次路车距交叉口距离，为主路车车速，为次路车车速，为参考速度，为交叉口宽度，为主路车辆车长，为次路车辆车长，为安全车间距。
49.（二）引导车速计算首先，计算主路车和次路车到达交叉口的时间差，公式如下：
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（2）；然后，通过比较的关系，计算引导车速。
50.1、如果，主路车辆引导车速，即主路车辆以当前速度可以通过交叉口，则其引导策略为“匀速通过”。
51.2、如果：（1）若，设主路车辆的加速度为，其应满足如下两个条件：（3）； （4）；式中，为限制速度，为加速时间；其中，的计算公式如下：
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（5）；式中，为觉察显示牌时间，为驾驶人对警示标志的一次注视时间，通常为1.5s；为认读时间，为驾驶人认读速度引导显示牌内容的时间，通常为1.5s；为决策时间，为驾驶人认读完成之后到做出判断决策的时间，通常为1.0s；为响应操作时间；为驾驶人做出决策之后到执行操作的时间，通常为0.5s。
52.由公式（3）可得：，令。
53.由公式（4）可得：，令 。
54.①ꢀ
如果 ，此时的引导策略为“加速通过”，并取 的中间值作为主路车辆的加速度，由此得到主路车辆引导速度，其计算公式为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）。
55.②ꢀ
如果，表明此时车辆不能以低于当前道路的限制速度安全通过交叉口，则引导策略为“减速让行”，其引导速度计算如下：主路车辆的加速度应满足如下两个条件：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（7）；
ꢀꢀꢀꢀ
（8）；由公式（7）可得： ，由公式（8）可得：，。
56.取 的中间值作为主路车辆的加速度，由此得到主路车辆引导速度，其计算公式为：
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（9）。
57.（2）若；设主路车辆的加速度为 ，其应满足如下两个条件： （10）；
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（11）；由公式（10）可得： ，由公式（11）可得，。
58.①ꢀ
如果 ，此时的引导策略为“减速让行”，取 的中间值作为主路车辆的加速度，由此得到主路车辆引导速度，其计算公式为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（12）。
59.②ꢀ
如果，则车辆需停车，故引导策略为“停车让行”。
60.（三）多车引导车速计算；如果主路上有多辆车进入交叉口，此时根据上述计算前后两辆车的引导速度，然后进行多车引导车速的计算，如图4所示，具体过程如下。
61.1、设由雷达测距测速模块得到的前车速度为，前车到交叉口的距离为，后车速度为，后车到交叉口的距离为。
62.2、由上述（一）、（二）得到前车的引导速度和后车的初始引导速度及相应的引导策略。
63.3、根据前后车引导策略的不同，可得到如下的情况：
①
前车匀速通过，后车匀速通过；
②
前车匀速通过，后车加速通过；
③
前车匀速通过，后车减速让行通过；
④
前车匀速通过，后车停车让行通过；
⑤
前车加速通过，后车匀速通过；
⑥
前车加速通过，后车加速通过；
⑦
前车加速通过，后车减速让行通过；
⑧
前车加速通过，后车停车让行通过；
⑨
前车减速让行通过，后车匀速通过；
⑩
前车减速让行通过，后车加速通过；前车减速让行通过，后车减速让行通过；前车减速让行通过，后车停车让行通过；前车停车让行通过，后车匀速通过；前车停车让行通过，后车加速通过；前车停车让行通过，后车减速通过；前车停车让行通过，后车停车等待通过。
64.4、上述的16种情况中，情况
①
、
③
、
④
、
⑤
、
⑦
、
⑧
、和的前后车的引导不会产生冲突，则其引导策略不变。情况
⑨
、
⑩
、、和的前车引导直接影响后车引导，这些情况下后车可采用前车相同引导策略；情况
②
、
⑥
和的前车引导速度直接影响到后车引导，但这些情况需要重新计算后车引导速度，计算过程如下。
65.（1）在情况
②
中，根据前车的引导速度和后车的初始引导速度，计算两车在通过路口的时间中车头间距：
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（13）；如果，表示安全距离，则前车的引导速度为，后车的引导速度为。
66.如果，则令
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（14）；得到的值并使，那么前车的引导策略为“匀速通过”，引导速度为，后车的引导策略为“加速通过”，引导速度为。
67.（2）在情况
⑥
中，根据前车的引导速度，后车的初始引导速度，计算两车在通过路口的这段时间中车头间距：
ꢀꢀꢀꢀ
（15）；如果，则前车的引导速度为，后车的最终引导速度为。
68.如果，则令
ꢀꢀꢀ
（16）；得到的值并使，那么前车的引导策略为“加速通过”，引导速度为，后车的引导策略为“加速通过”，最终引导速度为。
69.（3）在情况中，根据前车的引导速度，后车的初始引导速度，计算两车在通过路口的这段时间中车头间距，计算公式与公式（15）相同：如果，则前车的引导策略为“减速通过”，引导速度为，后车的引导策略为“减速通过”，最终引导速度为；如果，通过公式（16）计算，然后使，那么前车的引导策略为“减速通过”，引导速度为，后车的引导策略为“减速通过”，最终引导速度为。
70.（四）如果在引导主路车匀速通过、加速通过或减速让行通过的过程中，系统检测到交叉口处有行人，系统此时引导车辆减速慢行通过路口。
71.另外，对于本方案引导方式介绍如下：1、当交叉口主路和次路上无车辆行驶时，则vms速度引导显示牌不点亮以减少电能的消耗。
72.2、当检测到次路无车辆通过交叉口时不做速度引导，仅显示限速标识，显示效果如图5所示。
73.3、当主路车辆可以匀速通过交叉口时，led显示屏显示“次路来车，匀速通过”的绿色字样，显示效果如图6所示。
74.4、当需要引导主路车辆加速通过时，led显示屏显示“次路来车，加速至 km/h通过”的绿色字样，并在led显示屏一周加以红色条带起提醒作用，显示效果如图7所示。
75.5、当需要引导主路车辆减速通过交叉口时，led显示屏显示“次路来车，减速至 km/h让行通过”的绿色字样，并在led显示屏上加以红色边框起提醒作用，显示效果如图8所示。
76.6、当需要引导主路车停车让行时，这时在led屏上显示“次路来车，停车让行”的黄色字样，并在led显示屏上加以红色边框起提醒作用，显示效果如图9所示。
77.7、当需要对多辆车进行速度引导时，使用车辆对应的车牌号进行区分，例如需要引导前车匀速通过，后车加速通过时，在led屏上显示“鲁b*****，次路来车，匀速通过”，“鲁u*****，次路来车，加速至km/h通过”，显示效果如图10所示。
78.8、当车辆需要停车礼让行人通过交叉口时，led显示屏显示“交叉口有行人通过，
减速慢行”的黄色字样，显示效果如图11所示。
79.为了更清楚的理解本发明方案，下面结合具体场景对本发明进行详细的说明，设在t型无信号控制交叉口，南北向为主路，东西向为次路，交叉口宽度为5m，道路为同方向只有一条机动车道，道路限速，觉察速度引导显示牌时间为1.5s,认读时间为1s,决策时间为1s,响应操作时间为0.5s。
80.针对此交叉口的最小会车时间差做以下设计，选取轿车长度为5m, 安全会车距离为15m。
81.情境1：主路车辆距离交叉口80,行驶速度为，车型为轿车，次路车辆距离交叉口100,行驶速度为，车型也为轿车时。
82.由公式（1）及公式（2）可得，主路车辆可以保持当前速度通过交叉口，引导策略为“匀速通过”。
83.这时在交叉口led显示屏上显示：“次路来车，匀速通过”的绿色字样，如图6所示。
84.情境2：若主路车辆距离交叉口90,行驶速度为，车型为轿车，次路车辆距离交叉口80,行驶速度为，车型也为轿车时。
85.由公式（1）和公式（2）可得主路此时需要加速通过路口，引导策略为“加速通过”，由公式（3）、公式（4）、公式（5）和公式（6）可得对主路车的引导速度为，这时在交叉口led显示屏上显示：“次路来车，加速至 通过”；vms速度引导显示牌显示内容如图12所示。
86.若次路车距离交叉口85m,行驶速度为，车型为轿车时。由公式（1）和公式（2）可得主路此时需要减速通过路口，引导策略为“减速让行”，由公式（5）、公式（10）、公式（11）和公式（12）可得对主路车的引导速度为，这时在交叉口led显示屏上显示：“次路来车，减速至 通过”。vms速度引导显示牌显示内容如图13所示。
87.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统，其特征在于，所述引导系统包括控制模块（2）以及与控制模块（2）相连的视频检测模块（3）、雷达测距测速模块（4）和vms速度引导显示牌（1）；所述视频检测模块（3）和雷达测距测速模块（4）用以检测从次路进入交叉口车辆和行人情况，当检测到t型无信号交叉口的主路和次路同时有车辆行驶时激活引导系统，控制模块（2）根据雷达测距测速模块检测的车辆的速度和距离信息对主路车辆的引导速度进行计算，并给出具体的引导策略，所述引导策略通过vms速度引导显示牌显示，给予主路车辆进行匀速、加速、减速或停车引导。2.根据权利要求1所述的针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统，其特征在于：所述控制模块包括引导车速计算模块和引导策略生成模块；所述引导车速计算模块根据雷达测距测速模块检测到的主路车辆和次路车辆到交叉口的距离和对应的速度，结合最小会车时间对主路车辆的引导速度进行计算；所述引导策略生成模块根据引导车速来判断主路车辆引导策略，包括匀速通过、加速通过、减速让行和停车让行。3.根据权利要求1所述的针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统，其特征在于：所述vms速度引导显示牌在不需要对道路车辆进行引导时显示当前道路的限速；在需要对道路上的车辆进行警示和车速引导时，显示控制模块运算得到的引导车速。4.根据权利要求1所述的针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统，其特征在于：所述雷达测距测速模块（4）用以检测到的主路车辆和次路车辆车头距离交叉口的距离以及车辆的速度信息，所述视频检测模块（3）用以对车辆和行人进行检测，所检测的车辆信息包括当前车型的标准长度以及车牌号。5.基于权利要求1-4任一项所述的针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统的引导方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取交叉口车辆和行人信息，若检测到交叉口有行人，则引导策略为“减速慢行”，若交叉口没有行人，则执行步骤2；步骤2、计算主路车辆和次路车辆的最小会车时间差t，以及主路车和次路车到达交叉口的时间差，所述最小会车时间差是指主路车辆和次路车辆保持进入交叉口时的速度通过交叉口而不发生碰撞的最短时间；步骤3、确定单车引导车速及引导策略：步骤31、如果，主路车辆引导车速，为主路车车速，即主路车辆以当前速度通过交叉口，则其引导策略为“匀速通过”；步骤32、如果：（1）若，设主路车辆的加速度为，其应满足如下两个条件：（3） （4）
ꢀꢀꢀ
（5）式中，为限制速度，为加速时间； 为主路车距交叉口距离，为次路车距交叉口距离，为主路车车速，为次路车车速；为觉察显示牌时间， 为认读时间， 为决策时间， 为响应操作时间；由公式（3）可得：，令；由公式（4）可得：，令
①ꢀ
如果 ，此时的引导策略为“加速通过”，并取 的中间值作为主路车辆的加速度，由此得到主路车辆引导速度，其计算公式为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）
②ꢀ
如果，表明此时车辆不能以低于当前道路的限制速度安全通过交叉口，则引导策略为“减速让行”，其引导速度计算如下：主路车辆的加速度应满足如下两个条件：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（7）
ꢀꢀꢀꢀ
（8）由公式（7）可得： ，；由公式（8）可得：，；取 的中间值作为主路车辆的加速度，由此得到主路车辆引导速度，其计算公式为：
ꢀꢀ
（9）（2）若；主路车辆的加速度为 ，其应满足如下两个条件： （10）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（11）由公式（10）可得： ，；
由公式（11）可得，；
①ꢀ
如果 ，此时的引导策略为“减速让行”，取 的中间值作为主路车辆的加速度，由此得到主路车辆引导速度，其计算公式为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（12）
②ꢀ
如果，则车辆需停车，故引导策略为“停车让行”。6.根据权利要求5所述的针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统的引导方法，其特征在于：如果主路上有多辆车进入交叉口，此时需要计算前后两辆车的引导速度并确定对应的引导策略，具体如下：设由雷达测距测速模块得到的前车速度为，前车到交叉口的距离为，后车速度为，后车到交叉口的距离为；（1）根据步骤3的原理确定前车的引导速度和后车的初始引导速度及相应的引导策略；（2）根据前后车的引导策略不同，得到以下情况：
①
前车匀速通过，后车匀速通过；
②
前车匀速通过，后车加速通过；
③
前车匀速通过，后车减速让行通过；
④
前车匀速通过，后车停车让行通过；
⑤
前车加速通过，后车匀速通过；
⑥
前车加速通过，后车加速通过；
⑦
前车加速通过，后车减速让行通过；
⑧
前车加速通过，后车停车让行通过；
⑨
前车减速让行通过，后车匀速通过；
⑩
前车减速让行通过，后车加速通过；前车减速让行通过，后车减速让行通过；前车减速让行通过，后车停车让行通过；前车停车让行通过，后车匀速通过；前车停车让行通过，后车加速通过；前车停车让行通过，后车减速通过；前车停车让行通过，后车停车等待通过；对于情况
①
、
③
、
④
、
⑤
、
⑦
、
⑧
、和的前后车的引导不会产生冲突，则其引导策略不变；对于情况
⑨
、
⑩
、、和的前车引导直接影响后车引导，后车采用前车相同引导策略；对于情况
②
、
⑥
和的前车引导速度直接影响到后车引导，重新计算后车引导速度以进行引导。7.根据权利要求6所述的针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统的引导方法，其特征在于：对于情况
②
、
⑥
和的引导方式如下：（1）在情况
②
中，根据前车的引导速度和后车的初始引导速度，计算两车在通过路口的时间中车头间距：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（13）
如果，表示安全距离，则前车的引导速度为，后车的引导速度为；如果，则令
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（14）得到的值并使，那么前车的引导策略为“匀速通过”，引导速度为，后车的引导策略为“加速通过”，引导速度为；（2）在情况
⑥
中，根据前车的引导速度，后车的初始引导速度，计算两车在通过路口的这段时间中车头间距：
ꢀꢀꢀꢀ
（15）如果，则前车的引导速度为，后车的最终引导速度为；如果，则令
ꢀꢀꢀ
（16）得到的值并使，那么前车的引导策略为“加速通过”，引导速度为，后车的引导策略为“加速通过”，最终引导速度为；（3）在情况中，根据前车的引导速度，后车的初始引导速度，计算两车在通过路口的这段时间中车头间距，计算公式与公式（15）相同：如果，则前车的引导策略为“减速通过”，引导速度为，后车的引导策略为“减速通过”，最终引导速度为；如果，通过公式（16）计算，然后使，那么前车的引导策略为“减速通过”，引导速度为，后车的引导策略为“减速通过”，最终引导速度为。8.根据权利要求5所述的针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统的引导方法，其特征在于：所述步骤1中，最小会车时间差t以及主路车和次路车到达交叉口的时间差的计算方式如下：
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（1）若，则，否则；
ꢀꢀꢀ
（2）
式中，为最小会车时间差，为主路车距交叉口距离，为次路车距交叉口距离，为主路车车速，为次路车车速，为参考速度，为交叉口宽度，为主路车辆车长，为次路车辆车长，为安全车间距。9.根据权利要求6所述的针对乡村t型无信号交叉口的车辆安全引导系统的引导方法，其特征在于：所述vms速度引导显示牌的显示方式包括以下几种：（1）当交叉口主路和次路上无车辆行驶时，则vms速度引导显示牌不点亮；（2）当检测到次路无车辆通过交叉口时不做速度引导，仅显示限速标识；（3）当主路车辆匀速通过交叉口时，显示“次路来车，匀速通过”的绿色字样；（4）当引导主路车辆加速通过交叉口时，显示“次路来车，加速至 km/h通过”的绿色字样，并在显示屏上加以红色边框；（5）当引导主路车辆减速通过交叉口时，显示“次路来车，减速至 km/h让行通过”的绿色字样，并在显示屏上加以红色边框；（6）当引导主路车停车让行时，显示“次路来车，停车让行”的黄色字样，并在显示屏上加以红色边框；（7）当对多辆车进行速度引导时，使用车辆对应的车牌号进行区分以同时提醒主路车辆；（8）当有行人通过交叉口时，显示“交叉口有行人通过，减速慢行”的黄色字样。

技术总结
本发明公开一种针对乡村T型无信号交叉口的车辆安全引导系统及方法，属于交通引导领域，所述引导系统包括控制模块、视频检测模块、雷达测距测速模块和VMS速度引导显示牌等，利用视频检测模块检测进入交叉口的车辆和行人，利用雷达测距测速模块获得主路和次路车辆到交叉口的距离和速度，确定能使主路车辆安全通过交叉口的合适引导策略，系统在VMS速度引导显示牌上显示引导速度信息，并根据主路车辆的数量设计多车引导策略。本方案通过对进入交叉口的主路和次路车辆识别，将得到的数据在进行分析计算，根据不同情况对主路车辆给出匀速通过、加速通过、减速让行或者停车让行等不同引导策略，使其可以安全、高效的通过交叉口。高效的通过交叉口。高效的通过交叉口。


技术研发人员：任传祥 丁富江 尹唱唱 徐云瑞 任英伟 刘丹
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/9/12