一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统及方法

1.本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统及方法。


背景技术：

2.随着经济的迅速发展，城市化进程不断地加快，汽车保有量也在迅速增多。随之而来的问题是城市交通道路越来越拥堵，为解决交通拥堵问题，城市高架道路越来越普及。在驾驶车辆上高架的过程中，从支路合流到主路时，驾驶员主要根据自己的主观经验判断是否可以进行合流，并选择合适的合流时机。然而，由于驾驶员存在经验的不足以及交通环境的不同等复杂情况，经常发生交通事故，带来车辆损坏、人员伤亡的同时，也会造成高架道路交通拥堵，大大影响了交通的效率。
3.随着国家对于交通安全越来越重视，如何使得驾驶员由支路向高架主路进行安全高效合流成为交通领域内研究和技术工程人员关注的一个重点。目前已有指导方法应用于车辆合流的优化，但是其优化方法单一，只能在特定的情况下对合流进行指导。特别是在车流量较大的时间段，由高架道路的支路合流到主路，驾驶员得不到安全有效和实时的合流指导建议，由此导致了合流优化指导方法实际应用效果不佳。


技术实现要素：

4.本发明提出一种针对城市高架快速路车辆合流指导系统及方法，通过获得车辆速度、距合流区域的位置等信息对支路合流车辆给出合流指导，使得支路车辆可以安全、高效的进行合流。
5.本发明是采用以下的技术方案实现的：一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统，包括合流指导装置和车载装置，合流指导装置和车载装置通过通信模块实现信息交互，所述合流指导装置安装在不影响正常交通的合流区域的边缘，包括第一微控制器以及与第一微控制器相连的第一存储模块和视频模块；所述车载装置安装于车辆内部，包括第二微控制器以及与第二微控制器相连的第二存储模块、定位模块、显示模块和语音模块。
6.通过车载装置获取主路车辆和支路车辆的行驶速度和位置信息，并传输至合流指导装置，合流指导装置通过视频模块获取车辆进入支路的视频信息，并结合车辆的速度和位置信息，计算合流指导所需要的相关参数，根据车辆合流指导方法对支路车合流到主路车流进行安全指导，然后通过车载装置的语音模块和显示模块给予支路车辆和主路车辆的驾驶员提醒。
7.进一步的，所述第一微控制器用以生成合流指导信息，所述合流指导信息包括合流指导语音、合流指导电子地图和合流提示电子地图，第一微控制器包括参数计算模块以及合流电子地图生成模块。
8.所述参数计算模块结合车辆的速度和位置信息，计算支路车辆到达合流区域的距离和时间以及主路车流中车辆到达合流区域的距离和时间；所述合流电子地图生成模块用
以生成支路车辆的合流指导电子地图和主路车辆的合流提示电子地图。
9.生成合流指导电子地图的过程如下：
10.（1）将高架主路和支路的位置及其关系设置为电子地图的道路层；
11.（2）将主路上的车流车辆设置为车流层，车流层包括主路车流中所有的主路车辆；
12.（3）将支路车辆设置为车辆层，车辆层包括支路合流车辆；
13.（4）将合流指导箭头设置为箭头层，箭头层包括有向的绿色箭头和红色箭头；
14.将以上各层形成的图层进行叠加，即得到合流指导电子地图；合流指导电子地图将根据车流层、车辆层和箭头层实时变化；可以进行合流的主路车辆间隔用绿色箭头表示，不可以进行合流的主路车辆间隔用红色箭头表示；
15.生成合流提示电子地图的过程如下：（1）将高架主路和支路的位置及其关系设置为电子地图的道路层；（2）将主路上的车流车辆设置为车流层，车流层包括主路车流中所有的主路车辆；（3）将支路车辆设置为车辆层，车辆层包括支路合流车辆；（4）将发生支路车辆合流提示的黄色箭头设置为箭头层；将以上各层形成的图层进行叠加，即得到发生支路车辆合流提示电子地图，支路车辆合流提示电子地图将根据车流层、车辆层和箭头层实时变化。
16.进一步的，所述视频模块用以判断支路上是否有车辆驶入，根据支路上的车辆驶入信息触发启动合流指导装置的合流指导工作。
17.进一步的，所述第二微控制器接收合流指导信息，通过语音模块播报合流指导信息，并通过显示模块显示合流指导电子地图或合流提示电子地图。
18.本发明另外提出一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统的指导方法，包括以下步骤：步骤1、首先判断主路上是否有车，如果主路没有车辆，则根据“请匀速或加速安全合流”的语音提示以及支路车辆显示模块上显示的合流指导电子地图指导支路车辆进行安全合流；如果主路上有车辆行驶，则执行步骤2；步骤2、若主路上有车流驶向合流区域，设合流指导装置p检测到主路上有n辆车辆，通过合流指导装置获取支路车辆的实时信息和主路车辆的车流信息，支路车辆的实时信息包括支路车辆的速度和支路车辆的位置，主路车辆的车流信息包括主路车辆的数量n、主路车辆的速度和主路车辆的位置；为主路车流中的第k个车辆，k=1,2,
…
,n；（1）计算支路车辆a到达合流区域的距离和时间以及主路车流中车辆到达合流区域的距离和时间；（2）计算主路车流中相邻两辆车到达合流区域的时间差，即车头时距，设为，，...，；（3）确定主路车流中所有的车头时距的最大值，设为，进而得到最大车头时距的主路车流中的前后两辆车，分别设为、，其中n《=n；步骤21、若 》 =，为支路车辆进行安全合流的最小时间；此时，支路车辆a可以在主路车流中的车辆到达合流区域之前进行安全合流，支
路车辆a根据合流语音提示信息“可匀速安全合流”和合流指导电子地图进行安全合流，合流指导电子地图包含高架主路和支路的位置及其关系，主路上车流b1和绿色合流指导箭头，以及支路车辆位置；主路上车辆根据“注意！前方有车辆汇入”的语音提示信息和合流提示电子地图进行行驶；步骤22、若 《 ，说明支路车a在主路车流中的车辆到达合流区域之前无法进行安全合流，选取车流中的最大车头时距作为支路车辆a合流的时间间隔，此时对应主路车流中的车辆、，则有：步骤221、若 ，则说明支路车a可以在主路车流中的车辆经过合流区域之后，在主路车流中的车辆到达合流区域之前进行安全合流；支路车辆a根据“请减速合流”语音提示信息和合流指导电子地图进行安全合流，合流指导电子地图包含高架主路和支路的位置及其关系，主路上车流和车辆b
n-1
、bn，绿色可以合流指导箭头和红色不可以合流指导箭头，以及支路车辆位置；主路上车辆和车辆b
n-1
则根据“注意！前方有车辆汇入”的语音提示信息和合流提示电子地图行驶；步骤222、若，则说明支路车a不可以在主路车流的最大车头时距的相应前后两辆车之间进行合流，此时，支路车辆a根据合流指导装置p发送的“请减速停车，等待合流”语音提示信息和合流指导电子地图进行安全合流；合流指导电子地图包含高架主路和支路的位置及其关系，主路上车流，红色不可以合流指导箭头，以及支路车辆位置信息。
19.进一步的，所述步骤2中：（1）计算支路车辆a到达合流区域的距离和时间为：
ꢀꢀꢀ
（1）；/
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）；其中，为合流区域的位置，为高架支路与地面的倾斜角度；（2）计算计算主路车流中车辆到达合流区域的距离和时间：
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（3）；/
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）；其中，为主路车流中车辆至合流区域的距离，为合流区域的位置。
20.进一步的，所述步骤221中，支路车辆a减速合流的同时向合流指导装置p发送自身车辆的减速后的实时速度以及位置，设减速后的实时速度为'，减速后的位置为'；合流指导装置p的第一微控制器重新计算车辆a减速后到达合流区域的时间’，以及此时车辆到达合流区域的时间，此时，进一步对支路合流车辆进行指导，包括以下情况：（1）若’，则向支路车辆a发出“请继续减速进行合流”语音提示及对应的合流指导电子地图；（2）若’，则向车辆a发出“请加速进行合流”语音提示以及对应的合流指导电子地图；（3）若’，则向车辆a发出“请匀速进行合流”语音提示以及对应的合流指导电子地图。
21.进一步的，所述步骤222中，支路车辆a停车等待合流时，合流指导装置实时检测主
路上新进入的车流，设其为，k=1,2,3...m，计算该车流所有前后相邻两辆车到达合流区域的时间差，即为车头时距，并设其为，通过比较得到该车流所有车头时距的最大值，进而得到产生车头时距的最大值的主路车流中的前后两辆车为、，其中m《=m；（1）当时，合流指导装置p向支路车辆a发送
ꢀ“
请加速完成合流”语音提示信息和对应的合流指导电子地图，合流指导电子地图包含了高架主路和支路的位置及其关系，主路上车流和车辆c
m-1
、cm，绿色合流指导箭头和红色不可以合流指导箭头，以及支路车辆位置；（2）当时，合流指导装置p向支路车辆a发送
ꢀ“
请继续等待”语音提示信息和对应的合流指导电子地图，合流指导电子地图包含高架主路和支路的位置及其关系，主路上车流，红色不可以合流指导箭头，以及支路车辆位置信息；合流指导装置继续检测主路上不断出现的新车流，并计算和判断车流中车辆的车头时距，直到支路上的车辆a完成合流，进入主路。
22.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本方案设计合流指导装置和车载装置，通过对支路车辆和主路交通流进行实时感知，结合获得车辆速度、距离合流区域的位置等信息对支路合流车辆给出合流指导，创新合流指导方法，特别是在车流量较大的时间段，由高架道路的支路合流到主路，使驾驶员得到安全有效和实时的合流指导建议，保障支路车辆安全、高效的进行合流，并及时的对驾驶员的操作通过语音播报和屏幕显示的方式给予合理的指导。
附图说明
23.图1为本发明实施例所述合流指导装置的原理框图。
24.图2为本发明实施例所述车载装置的原理框图。
25.图3为本发明实施例所述合流指导系统应用示意图。
26.图4为本发明实施例所述合流指导电子地图示意图一。
27.图5为本发明实施例所述合流指导电子地图示意图二。
28.图6为本发明实施例所述合流指导电子地图示意图三。
29.图7为本发明实施例所述合流指导电子地图示意图四。
30.图8为本发明实施例所述合流指导电子地图示意图五。
31.图9为本发明实施例所述合流指导电子地图示意图六。
32.图10为本发明实施例所述合流指导电子地图示意图七。
33.图11为本发明实施例所述合流指导电子地图示意图八。
34.图12为本发明实施例所述合流指导方法流程示意图。
35.图13为本发明实施例所述合流指导电子地图示意图九。
36.图14为本发明实施例所述合流指导电子地图示意图十。
具体实施方式
37.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。
38.实施例1、本实施例提出一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统，包括合流指导装置和车载装置，合流指导装置和车载装置通过通信模块实现信息交互，合流指导装置安装在不影响正常交通的合流区域的边缘，如图1所示，合流指导装置包括第一微控制器以及与第一微控制器相连的第一通信模块、第一存储模块、视频模块和第一电源模块；所述车载装置安装于车辆内部，如图2所示，包括第二微控制器以及与第二微控制器相连的第二存储模块、定位模块、第二通信模块、显示模块、语音模块和第二电源模块。
39.合流指导装置各模块功能的介绍如下：第一微控制器首先负责采集通信范围内的主路和支路上实时车辆信息，采集的信息包括：主路上车流中车辆的行驶速度、位置，以及欲合流的支路车辆的车辆位置、速度等，合流指导装置将采集到的信息存储在第一存储模块中。此外，第一微控制器还负责对第一存储模块中的实时车辆信息进行计算，根据合流指导方法给出支路车辆合流的指导信息（包括语音提示信息和电子地图），合流指导装置通过第一通信模块将合流指导信息传送给支路车辆，完成指导支路车驾驶员进行安全高效的合流；同时也通过第一通信模块向主路车流中的车辆驾驶员传送发生支路车辆合流的提示信息。视频模块主要作用是为合流指导装置提供判断支路上是否有车辆驶入，以及时自动启动合流指导装置的合流指导工作。
40.车载装置各模块功能的介绍如下：所述第二微控制器负责接收合流指导装置传输来合流指导信息，以及对合流指导信息的管理，通过显示模块进行电子地图显示，通过语音模块进行语音播放；定位模块安装在车辆不易遮挡的位置，防止遮挡导致对所采集的车辆信息存在误差，定位模块主要采集车辆的实时位置，同时还可以获得车辆实时的行驶速度。第二通信模块负责实现车辆与合流指导装置的实时通信。第二存储模块主要负责存储车辆本身的相关信息，如位置、速度等信息。语音模块包括语音箱、语音合成模块以及语音信号传输模块，语音信号传输模块连接语音合成模块，语音合成模块和语音箱连接。语音模块可以实时语音指导支路车辆将进行安全高效合流，以及当有支路车欲要进行合流时，为主路车实时提供具有警示作用的语音提示。所述显示模块，在支路车辆上，负责显示在合流时得到合流指导装置传送来的合流指导信息中的电子地图；在主路车辆上，负责显示合流指导装置传送来的发生支路车辆合流的提示信息。
41.结合本实施例合流指导装置和车载装置的设计，实现支路车辆的高效合流，通过车载装置获取主路车流中车辆的行驶速度和位置以及支路车辆的速度和位置，然后通过第二通信模块将获取的速度和位置信息传输给合流指导装置，合流指导装置通过视频模块获取车辆进入支路的视频信息后启动合流指导，然后结合获取的主路车流中车辆和支路车辆的速度和位置信息，计算合流指导所需要的相关数据，如主路车辆、支路车辆到合流区域的距离等。此后，车辆合流指导装置根据车辆合流指导相关算法对支路车合流到主路车流进行安全高效的指导，并且通过车载装置的语音模块和显示模块显示给支路合流车辆驾驶员，同时也给予主路车辆驾驶员有关合流信息的提醒，实现安全和高效合流。
42.实施例2、基于实施例1提出的指导系统，本实施例提出一种对应的引导方法，整个
合流指导系统应用示意图如图3所示。图3中包含了高架主路和支路，以及主路上靠近支路的车道和车道上的车流，即用黑色长方形表示的一系列车辆，并标记为车辆b1, b2,
ꢀ…
, bn。关于主路车流中车辆的编号，根据其距离合流指导装置p的距离由近及远进行编号，如b1为距离合流指导装置最近车辆。此外，支路上的长方形方块表示从支路驶入欲合流进入高架主路的车辆，标记为车辆a。图3中还用箭头表示出了主路和支路车流的方向。
43.车辆合流指导系统通过检测支路合流车辆信息以及主路车流信息，进而给出指导的方法，如图12所示，具体过程如下。
44.（一）启动启动合流指导系统，并获取相关信息。合流指导装置通过视频模块对支路车辆情况进行检测，当检测到支路有车辆驶入时，则启动合流指导系统。合流指导装置获取支路驶入车辆的实时信息，包括车辆的速度和位置，分别设为（支路驶入车辆用a表示（如图3所示）），同时获取主路车流信息，包括车辆的数量、速度和位置，其中主路车流中车辆设为（k=1,2,
…
,n），n表示车辆数量，车流中车辆速度设为（k=1,2,
…
,n），车流中车辆位置设为（k=1,2,
…
,n）。
45.（二）计算相关参数计算支路车辆及主路车流车辆到合流区域的距离及时间参数。合流指导装置根据支路车辆a的位置计算车辆a到合流区域的距离，设为，其计算公式为：
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(1)；其中为合流区域的位置，为高架支路与地面的倾斜角度，此角度为锐角。
46.本实施例中，xa是由车载装置的定位模块得到的，定位模块一般选用北斗或gps定位模块，所以其为经纬度坐标；合流区域为主路的最外侧车道与支路的衔接部分，xp为合流区域的中心位置，代表着合流区域，其也可通过定位模块得到，也为经纬度坐标。公式（1）计算支路车辆a到合流区域的距离，其本质是经纬度坐标两点之间距离的计算；从而可以得到，支路合流车辆a到达合流区域的时间，其计算公式为：/
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）；合流指导装置根据获得的主路车流的信息，计算主路车流中各车辆至合流区域的距离，设为（k=1,2,3...n），其计算公式为：
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(3)；通过该公式就可以得到主路车流中各个车辆至合流区域的距离，本质上就是主路各个车辆的经纬度坐标点分别与合流区域中心位置经纬度坐标点之间的距离，相当于以合流区域的中心为参考，主路上各个车辆相对于该点的距离。
47.从而可以得到主路车流中的车辆到达合流区域所用的时间，其计算公式为：/
ꢀꢀꢀꢀ
（4）。
48.（三）生成合流指导电子地图和发生支路车辆合流提示电子地图1、合流指导电子地图及其生成方法合流指导电子地图包含了高架主路和支路的位置及其关系，主路车流和支路车辆的位置，以及合流指导箭头。其中的高架主路和支路位置及其关系由合流指导装置存放在存储单元中，可以随时获取。其中的合流指导箭头为指示支路驾驶员可以进行合流的主路
车辆间隔和不可以进行合流的主路车辆间隔，而且可以进行合流的主路车辆间隔用绿色箭头表示，不可以进行合流的主路车辆间隔用红色箭头表示。
49.生成合流指导电子地图的过程如下：（5）将高架主路和支路的位置及其关系设置为电子地图的道路层；（6）将主路上的车流车辆设置为车流层，车流层包括主路车流中所有的主路车辆；（7）将支路车辆设置为车辆层，车辆层包括支路合流车辆；（8）将合流指导箭头设置为箭头层，箭头层包括了有向的绿色箭头和红色箭头；（9）将以上各层形成的图层进行叠加，即得到合流指导电子地图；合流指导电子地图将根据车流层、车辆层和箭头层实时变化。
50.2、发生支路车辆合流提示电子地图及其生成方法发生支路车辆合流提示电子地图包含了高架主路和支路的位置及其关系，主路车流和支路车辆的位置，以及发生支路车辆合流提示的黄色箭头。
51.其中的高架主路和支路位置及其关系由合流指导装置存放在存储单元中，可以随时获取。
52.其中的发生支路车辆合流提示的黄色箭头为提示主路车辆驾驶员，前方为合流区域，注意从支路驶入的合流车辆，以安全通过合流区域。
53.生成发生支路车辆合流提示电子地图的过程如下：（1）将高架主路和支路的位置及其关系设置为电子地图的道路层；（2）将主路上的车流车辆设置为车流层，车流层包括主路车流中所有的主路车辆；（3）将支路车辆设置为车辆层，车辆层包括支路合流车辆；（4）将发生支路车辆合流提示的黄色箭头设置为箭头层；（5）将以上各层形成的图层进行叠加，即得到发生支路车辆合流提示电子地图。
54.支路车辆合流提示电子地图将根据车流层、车辆层和箭头层实时变化。
55.（四）合流指导1、若在支路车辆a到达主路合流区域过程中，合流指导装置始终没有检测到主路上有车辆驶向合流区域，则合流指导装置p通过通信模块向支路车辆a发送安全合流指导信息。
56.安全合流指导信息包括合流语音提示信息“请匀速或加速安全合流”和合流指导电子地图。
57.合流指导电子地图如图4所示，图4中主路上显示的箭头即为可以合流的车辆间隔，由于该情况下主路上没有车辆，所以只显示了箭头。
58.支路车辆a在接收到安全合流指导信息之后，首先，通过车载语音模块向驾驶员发出“请匀速或加速安全合流”的语音提示；然后，在车载显示模块上显示出合流指导电子地图，如图4所示。此后，支路车辆驾驶员根据语音提示和车载显示的电子地图完成从支路到主路的合流。
59.2、若在支路车辆a到达主路合流区域过程中，合流指导装置检测到主路上有车流驶向合流区域，则p将区分如下不同情况后，向支路车辆a发送安全合流指导信息。
60.设合流指导装置检测到主路上有n辆驶向合流区域的车流，则合流指导装置p的微控制器分别通过计算公式（1）、（2）、（3）、（4）得到支路车辆a到达合流区域的时间，主路车
流中所有车辆（k=1,2,3，
…
，n）到达合流区域的时间（k=1,2,3，
…
，n）。
61.然后计算车流中相邻两辆车到达合流区域的时间差，即车头时距，设为，，...，。
62.最后计算得到主路上车流所有的车头时距的最大值，设为，进而得到最大车头时距的主路车流中的前后两辆车，分别设为、，其中n《=n。
63.（1）若 》 =，为支路车可以进行安全合流的最小时间，根据前后车辆必须保持最小间距，结合速度计算得到；则说明支路车a可以在主路车流中的车辆到达合流区域之前进行安全合流，该情况下微控制器将通过通信模块向车辆a发送安全合流指导信息。安全合流指导信息包括合流语音提示信息“可匀速安全合流”和合流指导电子地图，合流指导电子地图如图5所示，电子地图包含了高架主路和支路的位置及其关系，主路上车流b1和绿色合流指导箭头，以及支路车辆位置。
64.车辆a在接受到安全合流指导信息后，通过车载语音模块，向驾驶员发出“可匀速安全合流”的语音提示，并在车载显示模块上实时显示如图5所示的合流指导电子地图。此后，支路车辆驾驶员根据语音提示和车载显示的合流指导电子地图完成从支路到主路的合流。
65.与此同时，合流指导装置微控制器通过通信模块向主路上车辆发送前方即将发生支路车辆合流的提示信息。该信息包含“注意！前方有车辆汇入”的语音提示信息和发生支路车辆合流提示电子地图。发生支路车辆合流提示电子地图如图6所示，该图包含了发生支路车辆合流提示的黄色箭头。
66.当车辆在接收到合流指导装置发送来的支路车辆合流提示信息后，车载装置通过车载语音模块，向驾驶员发出：“注意！前方有车辆汇入”语音提示，并在车载显示模块上实时显示出如图6所示的发生支路车辆合流提示电子地图，以辅助主路车辆驾驶员安全通过合流区域。
67.（2）若 《 ；则说明支路车a在主路车流中的车辆到达合流区域之前无法进行安全合流，则选取车流中的最大车头时距作为支路车辆a合流的时间间隔，此时对应主路车流中的车辆、。
68.步骤1）：若 ，则说明支路车a可以在主路车流的最大车头时距的相应前后两辆车之间进行合流，也就是说支路车在主路车流中的车辆经过合流区域之后，在主路车流中的车辆到达合流区域之前可进行安全合流。
69.此情况下，合流指导装置p内的微控制器通过通信模块向支路车辆a发送安全合流指导信息。该安全合流指导信息包括“请减速合流”语音提示信息和合流指导电子地图。合流指导电子地图如图7所示，图7的电子地图包含了高架主路和支路的位置及其关系，主路上车流和车辆b
n-1
、bn，绿色可以合流指导箭头和红色不可以合流指导箭头，以及支路车辆位置。
70.车辆a在接收到安全合流指导信息后，通过车载语音模块，向驾驶员发出“请减速合流”语音提示，并在车载显示模块上实时显示出如图7所示的合流指导电子地图。
71.与此同时，车辆a通过通信模块向合流指导装置p发送自身车辆的减速后的实时速
度以及位置，设减速后的实时速度为'，减速后的位置为'。合流指导装置p的第一微控制器通过公式（1）、（2）、（3）、（4）计算得到：车辆a减速后到达合流区域的时间，设为’，以及此时车辆到达合流区域的时间，设为。则区分如下情况进一步对支路合流车辆进行指导。
72.（1）若’，则向车辆a发出“请继续减速进行合流”语音提示，以及如图7所示的电子地图；而车辆a收到安全合流指导信息后，通过语音向驾驶员进行“请继续减速进行合流”的语音提示，并在车载显示模块上实时显示出包含主路车流状况和车辆a在支路上的位置的如图7所示合流指导电子地图。
73.（2）’，则向车辆a发出“请加速进行合流”语音提示，以及如图7所示的合流指导电子地图；而车辆a收到安全合流指导信息后，通过语音向驾驶员进行“请加速进行合流”的语音提示，并在车载显示模块上实时显示出包含主路车流状况和车辆a在支路上的位置的如图7所示合流指导电子地图。
74.（3）’，则向车辆a发出“请匀速进行合流”语音提示，以及如图7所示的合流指导电子地图；而车辆a收到安全合流指导信息后，通过语音向驾驶员进行“请匀速进行合流”的语音提示，并在车载显示模块上实时显示出包含主路车流状况和车辆a在支路上的位置的如图7所示合流指导电子地图。
75.与此同时，合流指导装置通过通信模块向主路上车辆和车辆发送前方即将发生支路车辆合流的提示信息。该信息包含“注意！前方有车辆汇入”的语音提示信息和发生支路车辆合流提示电子地图。发生支路车辆合流提示电子地图如图8所示，图8中包含支路车辆合流提示的黄色箭头。
76.车辆和车辆在接收到合流指导装置发送来的前方发生支路车辆合流提示信息之后，通过车载语音模块，向驾驶员发出：“注意！前方有车辆汇入”的语音提示，并在车载显示模块上显示如图8所示的发生支路车辆合流提示电子地图，以辅助主路车辆驾驶员安全通过合流区域。
77.步骤2）：若，则说明支路车a不可以在主路车流的最大车头时距的相应前后两辆车之间进行合流，也就是说支路车在主路当前车流中没有可以进行安全合流的时间间隔。
78.此情况下，合流指导装置p的微控制器通过通信模块向支路车辆a发送安全合流指导信息。该安全合流指导信息包括“请减速停车，等待合流”语音提示信息和合流指导电子地图。合流指导电子地图如图9所示，图9包含了高架主路和支路的位置及其关系，主路上车流，红色不可以合流指导箭头，以及支路车辆位置。
79.车辆a在接收到安全合流指导信息后，通过车载语音模块，向驾驶员发出“请减速停车，等待合流”语音提示，并在车载显示模块上实时显示如图9所示的合流指导电子地图。
80.步骤3）：支路车辆停车等待合流时，合流指导装置通过通信模块实时检测主路上新进入的车流，设其为（k=1,2,3...m），通过公式（3）、（4）计算得到该车流所有前后相邻两辆车到达合流区域的时间差，即为车头时距，并设其为（k=1,2,3...m-1），通过比较得到该车流所有车头时距的最大值，设为，进而得到产生车头时距的最大值的主路车流中的前后两辆车，分别设为、，其中m《=m。
81.（1）当时，合流指导装置p的微控制器通过通信模块向支路车辆a发送安全合流指导信息，该安全合流指导信息包括“请加速完成合流”语音提示信息和合流指导电子地图。合流指导电子地图如图10所示，图10包含了高架主路和支路的位置及其关系，主路上车流和车辆c
m-1
、cm，绿色合流指导箭头和红色不可以合流指导箭头，以及支路车辆位置。
82.车辆a在接收到安全合流指导信息后，通过车载语音模块，向驾驶员发出“请加速完成合流”语音提示，并在车载显示模块上实时显示图10所示的合流指导电子地图。
83.（2）当时，合流指导装置p的微控制器通过通信模块向支路车辆a发送安全合流指导信息，该安全合流指导信息包括“请继续等待”语音提示信息和合流指导电子地图。合流指导电子地图如图11所示，图11包含了高架主路和支路的位置及其关系，主路上车流，红色不可以合流指导箭头，以及支路车辆位置。
84.车辆a在接收到安全合流指导信息后，通过车载语音模块，向驾驶员发出“请继续等待”语音提示，并在车载显示模块上实时显示出如图11所示的合流指导电子地图。
85.此后合流指导装置将回到“步骤3）”继续检测主路上不断出现的新车流，并计算和判断车流中车辆的车头时距，直到支路上的车辆a完成合流，进入主路。
86.为更清楚的理解本发明方案，以某城市高架为单向两车道为例，假设限速为80公里每小时，与其合流的某一支路长度为200米，并取安全合流时间为3秒。
87.情景一：在该高架的合流交汇处，支路上有一辆将进入高架主路的车辆a，在距离合流区域时被合流指导装置获得，此时其速度为30km/h，并且高架主路上合流指导装置的通信距离内没有其他车辆。
88.在该情景下，合流指导装置p根据合流指导方法，经过计算得到安全合流指导信息，即“请匀速或加速安全合流”的语音信息和如图4所示合流指导电子地图。然后，合流指导装置p通过通信模块向支路车辆a发送该安全合流指导信息。支路车辆a在接受到安全合流信息之后，向驾驶员发出“请匀速或加速安全合流”语音提示，并在车载显示模块上显示如图4所示的合流指导电子地图。支路车辆a的驾驶员则根据语音提示和显示的合流指导电子地图完成从支路到主路的合流。
89.情景二：在该高架的合流交汇处，在支路上有一辆将进入高架主路的车辆a，在距离合流区域时被合流指导装置获得，此时其速度为36km/h，与此同时合流指导装置检测到主路上有n=3辆车，经计算在到达合流点之前，支路车a无法进行安全合流，且在和之间得到最大时间间隔，且经过比较得出 。则在该情景下，支路车辆a在主路车流中的车辆经过合流区域之后，在主路车流中的车辆到达合流区域之前可进行安全合流。
90.然后，合流指导装置p根据合流指导方法，得到安全合流指导信息。该安全合流指导信息包括“请减速合流”语音提示信息和合流指导电子地图，如图13所示。图13所示的合流指导电子地图包含了该高架主路和支路的位置及其关系，主路上车流和车辆b2、b3，以绿色合流指导箭头和红色不可以合流指导箭头，以及支路车辆位置。
91.车辆a在接收到安全合流指导信息后，通过车载语音模块，向驾驶员发出“请减速合流”语音提示，并在车载显示模块上实时显示如图13所示的合流指导电子地图。支路车辆
a的驾驶员则根据语音提示和显示的合流指导电子地图完成从支路到主路的合流。
92.与此同时，合流指导装置通过通信模块向主路上车辆和车辆b2发送前方即将发生支路车辆合流的提示信息。该信息包含“注意！前方有车辆汇入”的语音提示信息和发生支路车辆合流提示电子地图。发生支路车辆合流提示电子地图如图14所示，图中包含了支路车辆合流提示的黄色箭头。
93.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：
1.一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统，其特征在于，所述指导系统包括合流指导装置和车载装置，合流指导装置和车载装置通过通信模块实现信息交互，所述合流指导装置安装在不影响正常交通的合流区域的边缘，包括第一微控制器以及与第一微控制器相连的第一存储模块和视频模块；所述车载装置安装于车辆内部，包括第二微控制器以及与第二微控制器相连的第二存储模块、定位模块、显示模块和语音模块；通过车载装置获取主路车辆和支路车辆的行驶速度和位置信息，并传输至合流指导装置，合流指导装置通过视频模块获取车辆进入支路的视频信息，并结合车辆的速度和位置信息，计算合流指导所需要的相关参数，根据车辆合流指导方法对支路车合流到主路车流进行安全指导，然后通过车载装置的语音模块和显示模块给予支路车辆和主路车辆的驾驶员提醒。2.根据权利要求1所述一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统，其特征在于：所述第一微控制器用以生成合流指导信息，所述合流指导信息包括合流指导语音、合流指导电子地图和合流提示电子地图，第一微控制器包括参数计算模块以及合流电子地图生成模块；所述参数计算模块结合车辆的速度和位置信息，计算支路车辆到达合流区域的距离和时间以及主路车流中车辆到达合流区域的距离和时间；所述合流电子地图生成模块用以生成支路车辆的合流指导电子地图和主路车辆的合流提示电子地图；生成合流指导电子地图的过程如下：（1）将高架主路和支路的位置及其关系设置为电子地图的道路层；（2）将主路上的车流车辆设置为车流层，车流层包括主路车流中所有的主路车辆；（3）将支路车辆设置为车辆层，车辆层包括支路合流车辆；（4）将合流指导箭头设置为箭头层，箭头层包括有向的绿色箭头和红色箭头；将以上各层形成的图层进行叠加，即得到合流指导电子地图；合流指导电子地图将根据车流层、车辆层和箭头层实时变化；可以进行合流的主路车辆间隔用绿色箭头表示，不可以进行合流的主路车辆间隔用红色箭头表示；生成合流提示电子地图的过程如下：（1）将高架主路和支路的位置及其关系设置为电子地图的道路层；（2）将主路上的车流车辆设置为车流层，车流层包括主路车流中所有的主路车辆；（3）将支路车辆设置为车辆层，车辆层包括支路合流车辆；（4）将发生支路车辆合流提示的黄色箭头设置为箭头层；将以上各层形成的图层进行叠加，即得到发生支路车辆合流提示电子地图，支路车辆合流提示电子地图将根据车流层、车辆层和箭头层实时变化。3.根据权利要求1所述的一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统，其特征在于：所述视频模块用以判断支路上是否有车辆驶入，根据支路上的车辆驶入信息触发启动合流指导装置的合流指导工作。4.根据权利要求1所述的一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统，其特征在于：所述第二微控制器接收合流指导信息，通过语音模块播报合流指导信息，并通过显示模块显示合流指导电子地图或合流提示电子地图。5.基于权利要求1-4任意一项所述的一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统的指导方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、首先判断主路上是否有车，如果主路没有车辆，则根据“请匀速或加速安全合流”的语音提示以及支路车辆显示模块上显示的合流指导电子地图指导支路车辆进行安全合流；如果主路上有车辆行驶，则执行步骤2；步骤2、若主路上有车流驶向合流区域，设合流指导装置p检测到主路上有n辆车辆，通过合流指导装置获取支路车辆的实时信息和主路车辆的车流信息，支路车辆的实时信息包括支路车辆的速度和支路车辆的位置，主路车辆的车流信息包括主路车辆的数量n、主路车辆的速度和主路车辆的位置；为主路车流中的第k个车辆，k=1,2,
…
,n；（1）计算支路车辆a到达合流区域的距离和时间以及主路车流中车辆到达合流区域的距离和时间；（2）计算主路车流中相邻两辆车到达合流区域的时间差，即车头时距，设为，，...，；（3）确定主路车流中所有的车头时距的最大值，设为，进而得到最大车头时距的主路车流中的前后两辆车，分别设为、，其中n<=n；步骤21、若 > =，为支路车辆进行安全合流的最小时间；此时，支路车辆a可以在主路车流中的车辆到达合流区域之前进行安全合流，支路车辆a根据合流语音提示信息“可匀速安全合流”和合流指导电子地图进行安全合流，合流指导电子地图包含高架主路和支路的位置及其关系，主路上车流b1和绿色合流指导箭头，以及支路车辆位置；主路上车辆根据“注意！前方有车辆汇入”的语音提示信息和合流提示电子地图进行行驶；步骤22、若 < ，说明支路车a在主路车流中的车辆到达合流区域之前无法进行安全合流，选取车流中的最大车头时距作为支路车辆a合流的时间间隔，此时对应主路车流中的车辆、，则有：步骤221、若 ，则说明支路车a可以在主路车流中的车辆经过合流区域之后，在主路车流中的车辆到达合流区域之前进行安全合流；支路车辆a根据“请减速合流”语音提示信息和合流指导电子地图进行安全合流，主路上车辆和车辆b
n-1
根据“注意！前方有车辆汇入”的语音提示信息和合流提示电子地图行驶；步骤222、若，则说明支路车a不可以在主路车流的最大车头时距的相应前后两辆车之间进行合流，此时，支路车辆a根据合流指导装置p发送的“请减速停车，等待合流”语音提示信息和合流指导电子地图进行安全合流。6.根据权利要求5所述的一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统的指导方法，其特征在于：所述步骤2中：（1）计算支路车辆a到达合流区域的距离和时间为：
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（1）/
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（2）其中，为合流区域的位置，为高架支路与地面的倾斜角度；（2）计算主路车流中车辆到达合流区域的距离和时间：
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（3）
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（4）其中，为主路车流中车辆至合流区域的距离，为合流区域的位置。7.根据权利要求5所述的一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统的指导方法，其特征在于：所述步骤221中，支路车辆a减速合流的同时向合流指导装置p发送自身车辆的减速后的实时速度以及位置，设减速后的实时速度为'，减速后的位置为'；合流指导装置p的第一微控制器重新计算车辆a减速后到达合流区域的时间’，以及此时车辆到达合流区域的时间，此时，进一步对支路合流车辆进行指导，包括以下情况：（1）若’，则向支路车辆a发出“请继续减速进行合流”语音提示及对应的合流指导电子地图；（2）若’，则向车辆a发出“请加速进行合流”语音提示以及对应的合流指导电子地图；（3）若’，则向车辆a发出“请匀速进行合流”语音提示以及对应的合流指导电子地图。8.根据权利要求5所述的一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统的指导方法，其特征在于：所述步骤222中，支路车辆a停车等待合流时，合流指导装置实时检测主路上新进入的车流，设其为，k=1,2,3...m，计算该车流所有前后相邻两辆车到达合流区域的时间差，即为车头时距，并设其为，通过比较得到该车流所有车头时距的最大值，进而得到产生车头时距的最大值的主路车流中的前后两辆车为、，其中m<=m；（1）当时，合流指导装置p向支路车辆a发送
ꢀ“
请加速完成合流”语音提示信息和对应的合流指导电子地图；（2）当时，合流指导装置p向支路车辆a发送
ꢀ“
请继续等待”语音提示信息和对应的合流指导电子地图；合流指导装置继续检测主路上不断出现的新车流，并计算和判断车流中车辆的车头时距，直到支路上的车辆a完成合流，进入主路。

技术总结
本发明公开一种针对城市高架快速路车辆合流的指导系统及方法，所述指导系统包括合流指导装置和车载装置，合流指导装置设置在不影响正常交通的合流区域的边缘，车载装置安装于车辆内部，车载装置用以获取主路车流中车辆的行驶速度和位置以及支路车辆的速度和位置，并传输至合流指导装置，结合合流指导装置采集的车辆视频信息，根据车辆合流指导相关算法对支路车合流到主路车流进行安全高效的指导，并且通过车载装置的语音模块和显示模块显示给支路合流车辆驾驶员，同时也给予主路车辆驾驶员有关合流信息的提醒，实现安全和高效合流，本方案创新合流指导，具有较高的实际应用和推广价值。价值。价值。


技术研发人员：任传祥 徐云瑞 尹唱唱 丁富江 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：2023.05.24
技术公布日：2023/7/12