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摘要：车路协同系统是基于无线通信、传感探测等技术进行车路信息获取，通过车车、车路信息交互和共享，并实现车辆和基础设施之间、车辆与车辆之间的智能协同与配合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。本文设计并实现了一套基于车路协同的交叉口公交车优先控制系统
关键词：交叉口，公交优先，车路协同
中图分类号：C913文献标识码： A
0 引言
随着我国经济的高速发展，城市汽车保有量也随之不断攀升。道路通行能力和交通需求之间的供需矛盾日渐突出，继而影响整个城市交通系统整体的运行效率。基于公交优先的车路协同系统，通过提高和丰富交通信息采集手段，从而保证采集到的内容更加丰富完善，大大的提高交通系统的运行效率。使交通流处于最佳运行状态。因此，作为智能交通系统的重要组成部分，车路协同系统的发展也为交叉口协调问题提供了新的解决思路和途径。
1 基于车路协同的公交优先信号控制系统需求分析
基于车路协同的公交优先信号控制该系统主要包括三大需求分别为仿真小车的自主控制及運行状态感知、仿真小车与交通信号灯之间的通信和公交优先交叉口信号控制。
(1)仿真小车的自主控制及运行状态感知
仿真小车的自主控制功能是指仿真小车的自动避碰，自主检测是否存在挡板，自主修正等。仿真小车运行状态感知指小车在前进时自身可以感知所在位置坐标，前进方向等信息。
(2)仿真小车与交通信号灯之间的通信
车-路之间的通信使得仿真小车可以感知前方道路交叉口交通信号灯信息，在仿真小车将要到达交叉口时会和交通信号灯之间进行通信，从而可以更好地对交通状况进行调节。
(3)公交优先交叉口信号控制
本文主要考虑正常状态和公交优先两种状态下的交叉口交通信号灯微缩仿真系统。
2 系统的设计
2.1仿真小车硬件设计
我们采用的小车是由广州致远公司设计生产的一款电脑鼠MicroMouse615。
2.2双向两车道交叉口布局设计
整个路面是由8*12大小的方格组成的。为了让仿真小车在道路中很好的定位，用坐标是非常方便的。规定以仿真小车放到起点时的方向为参照，此时车体的前方为Y轴正方向，右方为X正方向。道路格与坐标对应关系如下图3.2所示。
图3.2 道路格与坐标对应关系
为了把上下左右这四个方向参数转换为微控制器能够识别的符号，在本设计中，将向上的方向定义为0，向右为3，向下的方向定义为2，向左为1。有了坐标和方向后，车子在道路中行走就可以时刻知道自己所处的位置和前进方向。
2.3仿真小车行驶时的路线控制
一号仿真小车起始坐标为（0,0），在（6,0）处左转，在（6,2）处判断交通灯信号此时是否可以左转，若此时左转为绿灯，则在（6,4）处左拐，通过交叉口，否则，停车等待。在（0,4），（0,7），（5,7）处分别右转。在（5,5）处判断交通灯信号此时是否可以直行，若此时直行为绿灯，则可以继续前行通过交叉口，否则，停车等待。
二号仿真小车起始坐标为（0,7），在（3,0）处左转，在（4,3）处判断交通灯信号此时是否可以左转，若此时左转为绿灯，则在（6,3）处左拐，通过交叉口，否则，停车等待。在（6,7），（11,7），（11,4）处分别右转。在（7,4）处判断交通灯信号此时是否可以直行，若此时直行为绿灯，则可以继续前行通过交叉口，否则，停车等待。
2.4仿真小车通信模块
本设计使用仿真小车UART0，对应的芯片引脚是：PA0是RXD，PA1是TXD。无线模块中已经集成了RS232电平转换部分，因此要实现无线通信，只需要引出RXD、TXD和GND（地线）就可以了。无线就可以完成相应的数据传送过程。
利用STM32F103微控制器给四个交通信号灯供电，并且利用该控制器的5个串口来实现仿真小车和交通信号灯之间的通信。使用STM32F103微控制器的串口采集来自交通信号灯发送的信息，并通过HAC-UP96发送给二个仿真小车。
2.5公交优先交叉口信号控制
公交信号优先的控制策略基本上有两类：
(1)被动优先（passivepriority）：是指根据公交车的线路，公交车的行车速度，公交车上的乘客数，公交车的运行时刻表，总线路运行时间等等历史数据，预先进行的交叉口信号配时控制，不考虑公交车实时到达交叉口的情况。
(2)主动优先（activepriority）：当公交车即将到达交叉口时，采取提前延长绿灯时间、提前终止红灯时间、增加相位等方法，减少公交车在交叉口的延误，使公交车辆顺利通过交叉口。
主动优先又分为绝对优先和相对优先，绝对优先指的是一旦有公交车到达交叉口就会为其提供优先通行信号。相对优先的控制方法为公交车辆提供优先通行信号，即公交车在即将到达交叉口时，向信号控制器发送包括公交车辆是否晚点，是否有延误，或者车上乘客是否较多等信息，而信号控制器根据公交车辆发来的信息以及交通系统当前的运行状况计算出公交车辆的优先级，根据优先级决定是否为该公交车辆提供优先通行信号以及是进行红灯早断处理还是绿灯延时处理。
3 系统功能测试
我们首先对仿真小车的前端传感器进行了调节，以便其可以在道路中精确地探测到挡板不会碰壁。其次，对仿真小车行驶路线进行测试，测试结果表明仿真小车可以准确无误的按照既定路线行驶，并且可以时刻显示自己的坐标位置。接着，我们对仿真小车的通信进行测试，测试结果表明仿真小车可以接收到交通信号灯发来的信息，并且可以准确地按照交通信号灯的指示前进。最后，我们对满足早断、延时条件和满足条件时仿真小车进行了测试，从测试结果可以看出，交叉口信号等可以满足对仿真小车的早断、延时控制，交通信号灯能为仿真小车提供优先通行权。
4 总结
本文在对交通流理论模型进行研究和分析之后，为基础的双向两车道交叉路口建立了仿真模型，并对模型进行了测试和验证。考虑到交通路网的复杂性以及软硬件等条件的限制，该系统还存在一些不足之处，需要进一步的研究和解决。
参考文献
[1]姚佼, 杨晓光, 朱彤. 基于全息信息环境的车路协调系统实验平台[C]. 第五届中国智能交通年会暨第六届国际节能与新能源汽车创新发展论坛优秀论文集 (上册)——智能交通, 2009.
[2]徐循初. 城市交通设计问题总结和经验借鉴[J]. 城市交通, 2006, 4(2): 49-55.
[3]王炜, 杨新苗, 陈学武. 城市公共交通系统[M]. 北京: 科学出版社, 2002.
[4]严新平,吴超仲.智能运输系统—原理、方法及应用[M]，武汉:武汉理工大学出版社,2006,3-4.
关键词：交叉口，公交优先，车路协同
中图分类号：C913文献标识码： A
0 引言
随着我国经济的高速发展，城市汽车保有量也随之不断攀升。道路通行能力和交通需求之间的供需矛盾日渐突出，继而影响整个城市交通系统整体的运行效率。基于公交优先的车路协同系统，通过提高和丰富交通信息采集手段，从而保证采集到的内容更加丰富完善，大大的提高交通系统的运行效率。使交通流处于最佳运行状态。因此，作为智能交通系统的重要组成部分，车路协同系统的发展也为交叉口协调问题提供了新的解决思路和途径。
1 基于车路协同的公交优先信号控制系统需求分析
基于车路协同的公交优先信号控制该系统主要包括三大需求分别为仿真小车的自主控制及運行状态感知、仿真小车与交通信号灯之间的通信和公交优先交叉口信号控制。
(1)仿真小车的自主控制及运行状态感知
仿真小车的自主控制功能是指仿真小车的自动避碰，自主检测是否存在挡板，自主修正等。仿真小车运行状态感知指小车在前进时自身可以感知所在位置坐标，前进方向等信息。
(2)仿真小车与交通信号灯之间的通信
车-路之间的通信使得仿真小车可以感知前方道路交叉口交通信号灯信息，在仿真小车将要到达交叉口时会和交通信号灯之间进行通信，从而可以更好地对交通状况进行调节。
(3)公交优先交叉口信号控制
本文主要考虑正常状态和公交优先两种状态下的交叉口交通信号灯微缩仿真系统。
2 系统的设计
2.1仿真小车硬件设计
我们采用的小车是由广州致远公司设计生产的一款电脑鼠MicroMouse615。
2.2双向两车道交叉口布局设计
整个路面是由8*12大小的方格组成的。为了让仿真小车在道路中很好的定位，用坐标是非常方便的。规定以仿真小车放到起点时的方向为参照，此时车体的前方为Y轴正方向，右方为X正方向。道路格与坐标对应关系如下图3.2所示。
图3.2 道路格与坐标对应关系
为了把上下左右这四个方向参数转换为微控制器能够识别的符号，在本设计中，将向上的方向定义为0，向右为3，向下的方向定义为2，向左为1。有了坐标和方向后，车子在道路中行走就可以时刻知道自己所处的位置和前进方向。
2.3仿真小车行驶时的路线控制
一号仿真小车起始坐标为（0,0），在（6,0）处左转，在（6,2）处判断交通灯信号此时是否可以左转，若此时左转为绿灯，则在（6,4）处左拐，通过交叉口，否则，停车等待。在（0,4），（0,7），（5,7）处分别右转。在（5,5）处判断交通灯信号此时是否可以直行，若此时直行为绿灯，则可以继续前行通过交叉口，否则，停车等待。
二号仿真小车起始坐标为（0,7），在（3,0）处左转，在（4,3）处判断交通灯信号此时是否可以左转，若此时左转为绿灯，则在（6,3）处左拐，通过交叉口，否则，停车等待。在（6,7），（11,7），（11,4）处分别右转。在（7,4）处判断交通灯信号此时是否可以直行，若此时直行为绿灯，则可以继续前行通过交叉口，否则，停车等待。
2.4仿真小车通信模块
本设计使用仿真小车UART0，对应的芯片引脚是：PA0是RXD，PA1是TXD。无线模块中已经集成了RS232电平转换部分，因此要实现无线通信，只需要引出RXD、TXD和GND（地线）就可以了。无线就可以完成相应的数据传送过程。
利用STM32F103微控制器给四个交通信号灯供电，并且利用该控制器的5个串口来实现仿真小车和交通信号灯之间的通信。使用STM32F103微控制器的串口采集来自交通信号灯发送的信息，并通过HAC-UP96发送给二个仿真小车。
2.5公交优先交叉口信号控制
公交信号优先的控制策略基本上有两类：
(1)被动优先（passivepriority）：是指根据公交车的线路，公交车的行车速度，公交车上的乘客数，公交车的运行时刻表，总线路运行时间等等历史数据，预先进行的交叉口信号配时控制，不考虑公交车实时到达交叉口的情况。
(2)主动优先（activepriority）：当公交车即将到达交叉口时，采取提前延长绿灯时间、提前终止红灯时间、增加相位等方法，减少公交车在交叉口的延误，使公交车辆顺利通过交叉口。
主动优先又分为绝对优先和相对优先，绝对优先指的是一旦有公交车到达交叉口就会为其提供优先通行信号。相对优先的控制方法为公交车辆提供优先通行信号，即公交车在即将到达交叉口时，向信号控制器发送包括公交车辆是否晚点，是否有延误，或者车上乘客是否较多等信息，而信号控制器根据公交车辆发来的信息以及交通系统当前的运行状况计算出公交车辆的优先级，根据优先级决定是否为该公交车辆提供优先通行信号以及是进行红灯早断处理还是绿灯延时处理。
3 系统功能测试
我们首先对仿真小车的前端传感器进行了调节，以便其可以在道路中精确地探测到挡板不会碰壁。其次，对仿真小车行驶路线进行测试，测试结果表明仿真小车可以准确无误的按照既定路线行驶，并且可以时刻显示自己的坐标位置。接着，我们对仿真小车的通信进行测试，测试结果表明仿真小车可以接收到交通信号灯发来的信息，并且可以准确地按照交通信号灯的指示前进。最后，我们对满足早断、延时条件和满足条件时仿真小车进行了测试，从测试结果可以看出，交叉口信号等可以满足对仿真小车的早断、延时控制，交通信号灯能为仿真小车提供优先通行权。
4 总结
本文在对交通流理论模型进行研究和分析之后，为基础的双向两车道交叉路口建立了仿真模型，并对模型进行了测试和验证。考虑到交通路网的复杂性以及软硬件等条件的限制，该系统还存在一些不足之处，需要进一步的研究和解决。
参考文献
[1]姚佼, 杨晓光, 朱彤. 基于全息信息环境的车路协调系统实验平台[C]. 第五届中国智能交通年会暨第六届国际节能与新能源汽车创新发展论坛优秀论文集 (上册)——智能交通, 2009.
[2]徐循初. 城市交通设计问题总结和经验借鉴[J]. 城市交通, 2006, 4(2): 49-55.
[3]王炜, 杨新苗, 陈学武. 城市公共交通系统[M]. 北京: 科学出版社, 2002.
[4]严新平,吴超仲.智能运输系统—原理、方法及应用[M]，武汉:武汉理工大学出版社,2006,3-4.