技术领域
[0001] 本
发明涉及交通领域，具体涉及一种移动设备感知行驶路径上交通信号的方法及系统。
背景技术
[0002] 城市道路交通信号有广义和狭义之分，广义上的交通信号包括行人信号灯、
自行车信号灯、机动车信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯等；狭义上的交通信号则仅指用于放行交叉口冲突交通流的信号灯，即在某一时刻或某一时间段通过信号灯
颜色的显示告知待通过交叉口的一股或几股交通流在该时刻或时间段允许通行或禁止通行，所述交通流包括行人、非机动车和机动车。
[0003] 待通过交叉口的行人或非机动车或机动车(为表述方便，本
专利将采用不同出行方式的人统一简记为出行者)，通过及时观察信号灯的颜色以及正在显示的颜色的剩余时间，判断是否要按自己的出行路径行进通过当前的交叉口。而能否通过交叉口则取决于出行者观察到信号灯的时机以及对当前状况的判断。由此可见，出行者能否准确及时地获知交通信号至关重要。然而，这一重要前提却往往受到很多因素的影响导致出行者不能准确及时地获得其行驶路径上当前交通信号的信息，或者是获得了交通信号但由于没有对通行状况进行充分判断，导致不能安全地通过交叉口。
[0004] 影响出行者准确及时地接收交通信号的因素主要包括以下几个方面；
[0005] (1)信号灯故障，此种情形出行者无法获知其所在
相位当前是否允许通行，如果交警或协警不在现场，其仅能通过其他相位灯色的变化判断自己所在相位是否为绿灯，然后决定是否通过该交叉口。这一因素通常会延误出行者通过交叉口的时间，也会导致出行者决策犹豫甚至判断错误误闯红灯，带来安全隐患和冤枉的违章代价。
[0006] (2)障碍物遮挡视线，如前方大型车辆或路边树木等遮挡，此种情况会导致出行者不能事先获得交通信号并做出准确判断，往往行近交叉口时才突然发现信号灯已由绿色变成红色，此时出行者会本能地进行急停，导致跟驰车辆来不及反应，从而造成交通事故；或者出行者发现信号灯为红色时已驶进交叉口，无法停下，导致冤枉的违章和潜在的安全隐患。
[0007] (3)光线导致视线模糊，如阳光或夜间对向车辆灯光等强
光源影响，或者受大雨或大雾或大
雪或
风沙等恶劣天气的影响，这一情形主要是由于光线的对比，使得人眼不能清晰地看清楚信号灯的颜色，导致出行者行进犹豫，延误时间，也会导致误闯红灯造成违章和安全隐患。
[0008] 此外，值得一提的是，目前盲人过街问题则更没有很好的技术给予辅助，由于其无法看见信号灯颜色的变化，所以在没有别人带领的情况下，盲人通过交叉口则成为了一件十分困难且危险的事情。
[0009] 为了解决出行者便利获取交通信号的问题，近年来已有发明者提出了一些相关技术。CN201010285325.0给出了一种交通信号提示系统及方法，该发明提出了交通信号控制机通过无线通讯方式将交通信号发送至车载终端的系统
框架，但没有对具体的实现方法进行说明。
[0010] CN201010125428.0给出了一种路口车路协同的无线交通信号系统及方法，该专利也是侧重于描述无线接收交通信号的系统架构，在技术细节上提出通过GPS
定位实现车道定位。但是由于GPS定位
精度问题，专利中所叙述的定位至车道在目前的技术
水平下是无法实现的。
[0011] CN201010588353.X给出了一种用于接收道口信号灯信息的车载交通信号提示系统，该发明除了给出系统的组成结构，同时给出了具体的消息发送格式。
[0012] CN201210044902.6给出了一种交通信号灯信号同步无线收、发系统，该发明也是侧重于描述系统的框架组成结构。
[0013] 从上述发明可以看出，已有的发明均侧重于设计无线接收交通信号信息的系统结构本身，对其中如何通过具体的技术方法准确地接收到交通信号信息则鲜有涉及。个别发明中提到的通过GPS定位车辆所在
位置，然后交通信号机向车辆所在位置发送交通信号的方法理论上可行，但实际应用中则很难实现。众所周知，目前即便是军用GPS定位信号其最好的精度也要有2～3米的误差，而这2～3米的误差足以导致仅通过GPS信号无法将车辆定位至具体的车道，尤其是在高楼密集区域，GPS信号会大打折扣，其定位精度则会受到更大的影响。
[0014] 尤其值得我们注意的是，如果无法将车辆定位于具体所在的车道，便无从确定当前车辆位于交叉口交通信号控制方案中的哪个相位，如果不知道该车辆应属于哪个相位，便无法向其准确推送所需求的交通信号信息。所以，已有的发明即便理论可行，但实际应用却无法执行，而且已有的发明没有具体阐述车辆如何准确接收所需求的交通信号信息的技术流程。
[0015] 本专利的目的是将行驶路径上的行进方向标记、
电子罗盘和空间定位技术进行结合，准确获知抵达交叉口的移动设备所在的相位，从而能够准确地向所述移动设备推送交通信号信息。而所述的移动设备可以为行人或非机动车或机动车所拥有，尤其是对视觉有障碍的出行者，则可以通过本发明提供的技术方案，使其能够准确获知要通过的交叉口当前的交通信号状况。然而，准确获知移动设备所在信号相位，以及准确获知所在相位的交通信号信息的功能在目前的技术手段和实施方式下是无法实现的，这是本发明所做的突出的实质性的贡献。
发明内容
[0016] 本发明
实施例要解决的问题是提供一种移动设备感知行驶路径上交通信号的方法及系统，以解决
现有技术中无法准确获得移动设备所在相位的交通信号的不足，最终基于本发明的技术方案，任一出行者均可以通过所持移动设备方便地获取与其直接相关的交通信号信息。例如，用户可以通过在手机端或
平板电脑等移动设备上安装本发明提供的App，便可方便地获取行驶路径上各交叉口的红绿灯信息；用户也可以通过在车载设备上安装本发明提供的App，实现沿途感知交通红绿灯信息的过程。
[0017] 为了实现上述目的，本发明通过路径规划
算法生成引导标记，并将位置定位技术和
电子罗盘确定的行车方向相结合，从而能够准确获知移动设备当前所在的信号相位，感知所在信号相位的交通信号信息，并提出了一整套的移动设备感知交通信号的方法和解决方案，所述方法包括：
[0018] (1)移动设备依据路径规划算法，获取行驶路径，并在行驶路径上行进；
[0019] (2)通过位置定位技术确认移动设备是否在行驶路径上行驶，并通过电子罗盘获取所述移动设备的行进方向；
[0020] (3)移动设备在每个交叉口通过所述路径规划算法生成的引导标记确定所在行驶车道；
[0021] (4)移动设备进入交叉口无线发射装置发射的交通信号
覆盖范围后，内置于所述移动设备的交通信号
请求模
块将所述移动设备行进方向及所述移动设备所在行驶车道信息发送至交通信号发送装置；
[0022] (5)交通信号发送装置根据收到的所述移动设备行进方向及其所在行驶车道信息确定移动设备所在的信号相位或信号阶段；
[0023] (6)交通信号发送装置将所述移动设备所在的信号相位或信号阶段的实时交通信号以加密的方式发送至移动设备；
[0024] (7)移动设备接收到交通信号发送装置发送的加密交通信号后，对加密的交通信号进行解密，然后通过视频和/或图形和/或声音和/或文字的形式在移动设备显示屏上显示所述解密后的交通信号。
[0025] 本发明中所述移动设备包括但不限于手机、PDA、平板电脑、具有图形文字显示功能的车载设备或手持移动设备；
[0026] 所述位置定位技术包括但不限于卫星定位技术、基站定位技术；
[0027] 所述电子罗盘是指通过磁阻
传感器感应地
磁场来确定北极的技术；
[0028] 所述行驶车道为车道集合中的某一个车道或某几个车道的组合，所述车道集合为{左转掉头车道，左转车道，直行车道，右转车道}；
[0029] 所述交通信号发送装置或者内置于交叉口本地交通信号机中，或者是一个与远端交通信号机或上位机或
服务器以有线或无线方式相连的独立装置；
[0030] 所述交通信号请求模块是指内置于移动设备，依据路径规划和位置及方向定位等发送的信息，生成六元组相位请求格式，向交通信号发送装置发出所在信号相位或信号阶段请求；
[0031] 所述加密算法采用对称式或非对称式加密技术；
[0032] 所述对称式加密算法包括但不限于DES算法、RC2算法、RC4算法、AES算法；
[0033] 所述非对称式加密算法包括但不限于RSA算法、IDEA算法。
[0034] 本发明的有益效果在于：
[0035] (1)通过本发明提供的技术方案，可以在各种移动设备上安装App，通过App提供的路径规划生成引导标记，并将引导标记与位置信息和行进方向进行集成，从而能够准确获知移动设备所在的信号相位；
[0036] (2)通过生成的引导标记能够极大地简化定位移动设备所在车道的计算过程，同时能够解决已有技术方法定位计算存在误差较大的问题；
[0037] (3)用户可以通过本发明提供的方法，使用手机、平板电脑等各类移动设备接收行进方向上的交通信号信息；
[0038] (4)本发明将交通信号以流的形式进行发送，同时对发送的信息进行加密，保证了信息的安全性。
附图说明
[0039] 图1是本发明实施例的系统框架图；
[0040] 图2是本发明手持移动设备通信过程示意图；
[0041] 图3是本发明交通信号无线发送流程示意图；
[0042] 图4是本发明无线发送的交通信号数据格式；
[0043] 图5是本发明移动设备确定所在相位
流程图；
[0044] 图6是本发明的相位请求格式；
[0045] 图7是本发明交通信号发送装置匹配移动设备发送的相位请求流程图。
具体实施方式
[0046] 本发明的优选实施例提供了一种移动设备感知行驶路径上交通信号的方法及系统。该方法利用空间定位技术确定移动设备所在的位置信息，通过电子罗盘技术确定移动设备的行进方向，通过路径规划算法给出移动设备在各交叉口的行进引导标记，从而确定以下信息：(1)移动设备当前抵达哪个交叉口；(2)在当前交叉口的哪个进口；(3)在所述进口的哪个流向(左转或直行或右转)。通过上述信息便可确定当前抵达交叉口的移动设备所在的相位，然后移动设备可向交通信号发送装置发送其所在相位的信号信息请求，从而能够准确地获知移动设备所在相位的交通信号信息。而所述的移动设备可以为行人或非机动车或机动车所拥有，尤其是对视觉有障碍的出行者，则可以通过本发明提供的技术方案，使其能够准确获知要通过的交叉口当前的交通信号状况。
[0047] 图1是本发明一种移动设备感知行驶路径上交通信号的系统架构图，本发明的系统包括如下部分：
[0048] 101交通信号生成模块，是指依据本地交通信号机或上位机或控制中心的指令为每个信号相位或信号阶段生成交通信号，所述交通信号生成模块将生成的交通信号传送给交通信号发送模块；
[0049] 102交通信号发送模块，是指将交通信号生成模块生成的交通信号采用加密技术重新进行编码，然后将所述加密后的交通信号通过
无线通信模块以无线传输方式发送给交通信号接收模块；
[0050] 103无线通信模块，是指具有无线通信功能的模块，所述无线通信方式包括但不限于3G/4G或WiFi或蓝牙或短信或彩信；
[0051] 104路径规划模块，是指具有路径规划功能的模块，所述路径规划功能模块或者内置于移动设备，或者位于
云端服务器，路径规划模块依据输入或点选的起点和终点给出从起点至终点的路径，并事先或实时给出路径上每个交叉口的引导标记；
[0052] 105位置及方向定位模块，是指通过卫星定位技术或者基站定位技术确定移动设备所在的空间位置，并通过电子罗盘确定移动设备的行进方向；
[0053] 106交通信号请求模块，内置于移动设备，依据路径规划模块和位置及方向定位模块发送的信息，生成六元组相位请求格式，向交通信号发送模块发出所在信号相位或信号阶段请求；
[0054] 107交通信号接收模块，内置于移动设备，接收交通信号发送模块发送的加密交通信号，并对加密的交通信号进行解密，将解密后的交通信号通过视频和/或图形和/或声音和/或文字的形式在移动设备显示屏上进行显示。
[0055] 所述交通信号生成模块与交通信号发送模块集成于同一设备中或者交通信号生成模块与交通信号发送模块分别位于两个不同的设备中，以有线或无线的方式进行通信；
[0056] 所述位置及方向定位模块内置于移动设备，并与交通信号请求模块相连。
[0057] 图2是本发明手持移动设备通信过程示意图，201是指移动设备进入到交叉口区域，并检测到交叉口发送的无线交通信号；202为移动设备发送其所在的信号相位确认请求；203为交通信号发送装置对移动设备发送的信号相位进行匹配，如果匹配成功，则将匹配成功的信号相位的当前信号信息经过加密后发送给移动设备；204为移动设备对接收到的加密交通信号信息进行解密，从而获知其行驶路径上当前的交通红绿灯信息。
[0058] 在具体实施上，移动设备感知交通信号的步骤如下：
[0059] (1)移动设备依据104路径规划模块通过路径规划算法生成路径规划路线，所述路径规划算法是指给定起点和终点后，通过优化计算确定从起点到达终点的路径，所述优化计算的算法包括但不限于Dijkstra算法、Floyd算法、A*算法；路径规划算法生成规划路线后，对正在行驶路径上行驶的移动设备事先在每个交叉口生成引导标记或者在移动设备将要到达每个交叉口时生成引导标记，所述生成的引导标记为引导标记集合中的一种，所述引导标记集合为{左转掉头，左转，直行，右转}，所述引导标记用于在备交叉口指示移动设备进行左转掉头或左转或直行或右转；
[0060] (2)移动设备获取路径规划路线后，沿着规划路线在行驶路径上行进，可以通过位置定位技术确认移动设备是否在行驶路径上行驶，所述位置定位技术包括但不限于卫星定位技术、基站定位技术等，可通过这些空间定位技术确认移动设备所在的空间位置信息，从而确定移动设备当前是否在规划的行驶路径上以及是否已接近行驶路径上的各交叉口；通过电子罗盘获取所述移动设备的行进方向，所述电子罗盘是指通过
磁阻传感器感应
地磁场来确定北极的技术；
[0061] (3)依据位置定位技术和电子罗盘技术，可以确定移动设备当前的空间位置以及移动的方向，在此
基础上，移动设备可以进一步依据路径规划算法在每个交叉口通过所述生成的引导标记确定所在行驶车道；所述行驶车道为车道集合中的某一个车道或某几个车道的组合，所述车道集合为{左转掉头车道，左转车道，直行车道，右转车道}；
[0062] (4)当移动设备进入交叉口无线发射装置发射的交通信号覆盖范围后，内置于移动设备的交通信号请求模块将所述移动设备行进方向及所述移动设备所在行驶车道信息发送至交通信号发送装置；
[0063] (5)交通信号发送装置根据收到的所述移动设备行进方向及所述移动设备所在行驶车道信息确定所述移动设备所在的信号相位或信号阶段；所述交通信号发送装置或者内置于交叉口本地交通信号机中，或者是一个与远端交通信号机或上位机或服务器以有线或无线方式相连的独立装置；
[0064] (6)交通信号发送装置将所述移动设备所在的信号相位或信号阶段的实时交通信号以加密的方式发送至移动设备；所述加密算法采用对称式或非对称式加密技术；所述对称式加密算法包括但不限于DES算法、RC2算法、RC4算法、AES算法；所述非对称式加密算法包括但不限于RSA算法、IDEA算法。
[0065] (7)移动设备接收到交通信号发送装置发送的加密交通信号后，对加密的交通信号进行解密，然后通过视频和/或图形和/或声音和/或文字的形式在移动设备显示屏上显示所述解密后的交通信号。
[0066] 所述移动设备包括但不限于手机、PDA、平板电脑、具有图形文字显示功能的车载设备或手持移动设备。
[0067] 图3是本发明交通信号无线发送流程示意图，301为交通信号发送模块获取每个信号周期各相位或信号阶段的原始信号配时信息，获得该信息后由302向原始信号配时信息中加入交叉口ID、时间ID、位置ID，并进行格式转换，转换后将新的数据格式通过303调用加密算法进行加密，加密后可以毫秒或秒为发射
频率，广播交通信号，当前信号周期结束后，则进入下一个信号周期，重复301-314的过程。
[0068] 图4是本发明无线发送的交通信号数据格式，该数据格式是由原始交通信号进行转换而来。其中401记录了当前交叉口的ID号，该ID号标识了交叉口在路网中的唯一身份；402时间ID是指交通信号机当前的系统时钟信息；403位置ID表明了交叉口在路网中的空间位置；404相位ID标明当前为哪一个相位；405信号编码是指当前显示的信号颜色编码；406剩余时间是指当前信号相位或信号颜色的剩余时间；407为其他的有关说明信息，例如信号机故障、黄闪等信息说明。
[0069] 图5是本发明移动设备确定所在相位流程图，501是移动设备根据路径规划算法生成各交叉口引导标记；502是移动设备根据位置定位技术确定其当前所抵达的交叉口；503是移动设备根据电子罗盘技术确定当前正在行进的方向；504是移动设备发送所在信号相位请求。
[0070] 在具体实施例中依据引导标记确定移动设备所在信号相位或信号阶段的方法，包括以下步骤：
[0071] 移动设备依据路径规划算法确定引导标记，所述引导标记为左转掉头或左转或直行或右转；
[0072] 移动设备通过位置定位技术确认当前所抵达的交叉口ID；
[0073] 移动设备依据电子罗盘确定行进方向，所述行进方向为方向集合中的某一个方向，所述方向集合为{东、南、西、北、东南、东北、西南、西北}；
[0074] 移动设备依据所述交叉口ID、时间ID、位置ID、行进方向和引导标记生成六元组相位请求格式(设备ID、交叉口ID，时间ID，位置ID，行进方向，引导标记)，并将所述六元组相位请求格式发送至交通信号发送装置；
[0075] 交通信号发送装置收到移动设备发送的六元组相位请求格式后，匹配交叉口ID和位置ID，查找所述交叉口ID已设置的信号相位或信号阶段集合，确定当前移动设备所在的信号相位或信号阶段，建立连接并向所述发出请求的无线设备发送请求相位的交通信号信息。
[0076] 所述交通信号发送装置或者内置于交叉口本地交通信号机中，或者是一个与远端交通信号机或上位机或服务器以有线或无线方式相连的独立装置；
[0077] 所述交通信号发送装置查找已设置的信号相位或信号阶段集合，确定移动设备所在的信号相位或信号阶段还包括以下步骤：
[0078] (1)交通信号发送装置将移动设备发送的六元组相位请求格式转化为交叉口ID对应的交叉口的一股交通流；
[0079] (2)交通信号发送装置将所述转化的此股交通流与每一个信号相位或信号阶段所包含的一股或多股交通流进行比对，如果比对成功，则转步骤(3)，否则转步骤(4)；
[0080] (3)将所述转化的此股交通流所在的信号相位或信号阶段显示的交通信号发送至移动设备；
[0081] (4)向移动设备发送信号匹配失败信息。
[0082] 图6是本发明的相位请求格式，601为移动设备的ID号；602为移动设备所抵达的交叉口；603为移动设备发送请求时的时间ID；604为移动设备所在的位置ID；605为移动设备当前的行进方向；606为移动设备在当前交叉口的引导标记。
[0083] 所述六元组相位请求格式为以下组合中的一种：(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，东，左转掉头)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，东，左转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，东，直行)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，东，右转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，西，左转掉头)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，西，左转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，西，直行)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，西，右转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，南，左转掉头)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，南，左转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，南，直行)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，南，右转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，北，左转掉头)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，北，左转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，北，直行)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，北，右转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，东南，左转掉头)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，东南，左转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，东南，直行)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，东南，右转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，西南，左转掉头)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，西南，左转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，西南，直行)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，西南，右转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，西北，左转掉头)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，西北，左转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，西北，直行)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，西北，右转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，东北，左转掉头)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，东北，左转)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，东北，直行)；(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，东北，右转)。
[0084] 图7是本发明交通信号发送装置匹配移动设备发送的相位请求流程图。
[0085] 701为交通信号发送装置获取移动设备发送的信号相位请求；702是指交通信号发送装置对接收到的信号相位请求格式进行解析，并通过703与当前交叉口的各相位进行匹配；如果匹配成功，则通过704向移动设备发送交通信号信息；如果匹配失败，则通过705向移动设备发送错误报告。
[0086] 为进一步对本发明的技术方法进行说明，下面将给出一个具体的实施例。
[0087] 以智能手机作为移动设备为例，可以在该智能手机上安装本发明提供的App，安装完App后可以通过如下操作以实现无线接收交通信号的功能。首先，通过App完成路径规划过程，即在App上输入或点选起点和终点，App可以通过内置的算法或调用云端服务器提供的算法，生成给定起点和终点的规划行驶路径；然后，人或非机动车或机动车可以携带该智能手机，沿着规划的行驶路径行进，在行进过程中空间定位技术会不断地检测和判断该智能手机是否在规划的行驶路径上，并判断其是否抵达某个交叉口；当判断出该智能手机即将抵达某个交叉口时，通过电子罗盘技术判断该智能手机位于交叉口的哪个进口(即东进口、西进口、南进口、北进口、东南进口、西南进口、东北进口、西北进口)；判断出位于哪个交叉口并获知具体哪个进口后，可以调用App为该交叉口生成的引导标记(即左转、直行、右转)，从而判断当前智能手机在左转车道或直行车道或右转车道或左转、直行和右转中的某两个或三个组合。接下来，智能手机的App会生成一个相位请求(设备ID，交叉口ID，时间ID，位置ID，行进方向，引导标记)，并通过无线的方式将该相位请求自动地发给交通信号发送装置。交通信号发送装置收到该信号相位请求后，将对接收到的相位请求信息进行解析，与该交叉口ID所对应的当前信号周期中的信号相位进行匹配，如果匹配成功，交通信号发送模块将以加密的方式向智能手机发送当前相位的信息(交叉口ID，时间ID，位置ID，相位ID，剩余时间，备注说明)。智能手机接收到交通信号发送模块发送的相位信息后，调用解密算法对其进行解密，然后在屏幕上显示智能手机所在的相位的信号颜色及剩余时间信息。
[0088] 本发明通过具体实施例进行说明，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种
修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明
权利要求范围内的全部实施方式。
