基于GPS的汽车节能畅行红绿灯提示系统分析

俞章荣

摘 要：汽车在行驶过程中，往往由于对交通信号灯的转变时间有所预制，出现车辆存在等待红灯或是急刹车等情况，影响交通安全、车辆畅通或是燃油损耗的状况。若可以建立相应的提示系统，此系统能够精准的预制交通信号的转换时机，综合GPS技术判定目前车辆行驶状态和交通信号灯的位置，之后按照汽车节能措施提醒驾驶人员合理的驾驶，就能够为城市交通安全以及节能驾驶给予一定的帮助。

关键词：GPS;汽车节能畅行;红绿灯;提示系统

中图分类号：U463.6;P228.4 文献标识码：A

0 引言

道路中一般都会设置交通信号灯，其宗旨在于让车辆能够有序安全的行驶，提升交通安全性，也是交通管理当中的必要装置。可是太多的交通信号灯极易出现相应的问题，车辆行驶过程中通常要按照信号灯状态转变驾驶状态，如此不仅提升车辆经过红绿灯的油耗以及时长，并且极有可能对驾驶人员带来厌烦的心理以及交通堵塞的状况。所以为让车辆能够适应红绿灯装置，可以让车辆畅通，降低驾驶人员行驶时长，减少油耗，基于GPS的汽车节能畅行红绿灯提示系统，让其能够有预见性的经过红绿灯，从而有效缓解此种问题带来的困扰。

1 基于GPS的汽车节能畅行红绿灯提示系统工作原理

1.1 提示系统设计原理

提示系统在输入信号当中的优化引进红绿灯颜色状态与位置信息，并且运用GPS接收装置掌握车辆实时速度与位置，从而开展测算得出可以满足节能畅行的经过红绿灯的速度。通过提示系统的需求，把提示系统设计划分成四个单元模块，即GPS模块、单片机系统模块、红绿灯模块和显示模块。GPS模块获取时间、经度纬度与速度信息。单片机系统模块对输入信号展开处理分析，运行车辆速度算法。红绿灯模块用来对系统提供红绿灯位置与转变时间表。显示模块显示速度等相关信息[1]。

1.2 红绿灯信号处理

首先，红绿灯信号当做提示系统不包括GPS信号之外的另一个重点信号来源，应当对红绿灯系统展开分析。红绿灯是交通信号当中的关键构成部分，分成非机动车信号灯、机动车信号灯与人行横道信号灯。文中的提示系统重点对机动车信号灯进行分析，红绿灯通过交通信号机进行控制，信号机能够转变交通信号的配时与顺序，控制红绿灯的运行。基于控制模式的差异，信号机系统包括两种，即静态控制系统与动态控制系统。前者按照历史信息数据通过离线形式生成信号配时方案，通常要实现整理统计一定的历史交通数据资料，不足之处是要损耗更多的资源，并且无法按照目前交通状况展开实时优化。后者能够按照实时传输的交通信息数据进行在线配时，进而做到信号的实时优化。因为动态控制系统成效大大高于静态控制系统，因此更多的国家逐渐运用动态信号控制机，动态信号控制机实时数据信息是经过车辆检测系统得出的。提示系统需要的红绿灯信号，包括红绿灯颜色转变时间以及位置信息。

2 车速算法具体策略分析

2.1 驾驶模式策略

（1）驾驶模式策略要求。首先GPS输入信息通过尔曼滤波了解车辆实时位置与速度信息。其次红绿灯位置和状态信息，之后经过交管部门了解。为实现提示系统的各项功能，车速算法要满足相应的目标，其一经过测算得出车速必须要满足安全性;其二如若目前车速能够满足信号灯通行，就可以基于驾驶的平顺性为前提，默认驾驶者运用的车速控制策略，不进行转变;其三让无谓等候信号灯时长尽可能缩短;其四根据提示系统信息，驾驶人员能够有预见性的驾驶车辆，降低由于红绿灯变化导致的急刹车或是急加速现象，进而降低燃油量，并且由于畅行能够降低车辆无谓等待红灯的时长也可以降低油耗，该系统也能够辅助驾驶人员在暂且没有红绿灯的公路中进行节能车速行驶[3]。与此同时，车速算法策略也会有所约束，首先，道路限制。提示车速由于道路限速，进行合法的驾驶车辆。其次，道路交通情况与流量。车速策略对其余车辆影响有所忽视，仅考量单一的车辆，如此重点是由于提示系统初期阶段研究，重点考虑车速算法实现的过程中，并且交通流量对车速影响具有一定的复杂性，因此暂且忽略。最后，红绿灯定位偏差。道路当中信号灯准停线区域和交管部门信号灯GPS位置信息可能出现差异，可是算法在建模过程中忽视此种状况。

（2）驾驶模式策略。在车辆行驶临近红绿灯时，为顺应信号灯达到畅通，车速要进行一定的变化，可分成三种行驶状态，即减速、匀速以及加速。车辆应当选择哪种状态体现在几个方面，其一，前方信号灯颜色与剩余时长;其二是车辆与信号灯的距离;其三是目前行驶车速[4]。并且要考量交通法规，不可让车速超过道路指定速度。见图1所示。首先按照目前信号灯的颜色分成三种状态展开分别测算。在红灯时，根据对比车辆基于目前车速行驶到信号灯的时间和红灯所剩时长展开判断，如果前者大，代表驾驶人员到信号灯位置就要停车等候，可让车辆预先减速，反之就代表驾驶人员根据目前车速能够通过信号灯，匀速行驶可通行。在黄灯时，为考虑安全性，把其归类红灯。在绿灯时，根据对比速度进行，按照目前距离和时间测算车速，和目前车速相比，如若大就要加速，反之匀速或是减速，测算过程中要考量限速规定。通过图1所示，车辆距信号灯位置的间距叫做车辆和信号灯的剩余距离，把其分成远距与近距，信号灯基本转变顺序是红-绿-黄-红，把每个颜色转变一次当做一组，车辆行驶过程中可经过包含目前红绿灯状态的一组时，把这种距离称作近距，反之需等待下一组称作远距。把距离进行区分是为断定车辆能否经过信号灯路口。

2.2 驾驶车速策略

（1）红灯状态车速分析。在红灯状态下，车辆包括三种驾驶模式，即红灯剩余时长行驶到信号灯的减速模式、不转变车速通过信号灯的匀速模式、加速通过下个绿灯的加速模式[5]。对红灯加速的情况，代表车速慢或是车辆与信号灯距离远，在此种状况下，在红灯转变成绿灯，车辆依旧未能行驶到路口，因此要考量测算的便捷性，把此种状况等红灯转变成绿灯之后，列入绿灯状况下展开测算更具合理性。因为车辆在行驶中要满足节能需求，减速行驶在时间允许前提下采取缓慢减速。因为运用提示系统，让车辆行驶有着预见性。在车辆减速过程中要尽可能降低车辆怠速时长，进而降低燃油损耗，并且要让车辆满足运用最少时长经过信号灯的要求。在红灯减速状态下，车辆包括几种行驶模式，其一是车辆和信号灯的距离较近，车辆需要停车等候;其二是車辆减速后基于某种速度经过信号灯，此种模式车辆可通过减速又或滑行的方式，让车辆在红灯后经过信号灯。见图2所示。即便在具体运行时，车辆减速与加速是转变的，很难测量。可使车速转变大概在10 km/h之内，或者同一档位内，可以把行驶过程看做减速。线4代表车辆要减速等待，线5代表车辆减速之后进行匀速行驶，线1/2/3代表滑行模式，ta代表红灯所剩时长，tb代表ta和下一绿灯时长总和，v0代表目前车速，s是目前车辆与红灯的间距。车辆通过时间ta行驶距离da应当小于s，在车辆经过时间tb之后行驶距离db要大于s和路口长度l总和，确保车辆绿灯时能够经过路口，同时再次变成红灯时已经驶离路口。若车辆滑行距离用时超过ta并且低于tb，能够直接经过信号灯，如线2所示。如若滑行太快就要滑行一定距离后进行减速，如线1所示。如若滑行太慢就要滑行之后再进行匀速行驶，如线3所示。如此在明确相关数据后，就能够明确判断是何种滑行状态，经过测算获得滑行的实际模式。

（2）绿灯状态车速分析。首先，绿灯匀速畅行，此种状况基于目前车速能够通过信号灯，因此预先考量汽车平稳性。其次，绿灯加速，车辆目前速度不能通行，可只要加速就能够在安全车速内通过信号灯，这时需要考量车辆畅行性运用加速对策。再次，绿灯减速不停车，车辆根据目前车速能够绿灯，可使车辆高于路口安全车速，为保证车辆安全性要适当降低车速，让其减至安全范畴内。最后，绿灯减速停车，根据车辆目前位置与绿灯所剩时长，如果经过绿灯就会超出规定限速，此时为保证安全性，车辆无法通行，暂且忽略畅行性，单一考量降低行驶的油耗，对其展开适当的减速。

3 结束语

综上所述，基于GPS的汽车节能畅行红绿灯提示系统是新型的车辆驾驶辅助提示系统，此系统能够综合车辆目前行驶状态和红绿灯信息，基于节省油耗行驶模式展开智能判断，及时把畅行措施对驾驶人员进行提示，对辅助驾驶起到积极的作用。

参考文献：

[1]董慧.基于GPS的汽车节能畅行红绿灯提示系统研究[D].哈尔滨工业大学，2012.

[2]陈权，付宇，邓星月.畅行红绿灯提示系统研究[J].交通世界，2016（10）：12-13.

[3]田雯雯.智能交通系统的红绿灯机器学习模型研究——以遂宁市为例[J].数码世界，2019（4）：15.

[4]叶文斌.基于红绿灯优化城市交通控制设计与仿真[D].华东师范大学，2015.

[5]李金洋，陈仪香，王振辉.基于车速的自适应交通信号灯控制系统[J].计算机技术与发展，2016（9）：21-25.