CN100535956C - 一种自适应交通信号灯智能控制方法及实现该方法的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了自适应交通信号灯智能控制方法及实现该方法的装置，该方法主要步骤：设定主道和次道通行时间初值；检测当前绿灯道口有/无车；如果通行时间倒计数为零时仍然有车，增加下次该道的通行时间值；如果通行时间倒计数未结束该道口无车，减少下次该道的通行时间值；如果连续N次在通行时间倒计数未结束两个道的道口均无车，系统切换到夜间状态；如果检测到任意两个或三个道口有车，系统从夜间状态唤醒。一种实现该方法的装置，由车辆探测器获取道口有车/无车状态，输入接口电路经总线读入单片机；单片机经总线通过输出接口电路，一路驱动主道、次道通行时间时钟显示器，另一路驱动主道、次道红黄绿信号灯和行人通行信号灯。

Description

一种自适应交通信号灯智能控制方法及实现该方法的装置

技术领域

本发明涉及一种自适应交通信号灯智能控制方法及实现该方法的装置，依据对交通道口有车和无车的状态检测来进行交通信号灯的控制，特别涉及一种针对绿灯车道(当前通行车道)的有车和无车的状态来进行交通信号灯智能控制的方法和装置。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，道路交通问题日益突出。交通堵塞现象时有发生，引起的资源浪费、环境污染严重制约社会经济的可持续发展。交通信号灯是交通管理的重要工具，目前，绝大多数的交通信号灯时间是预先设置好的，不会随着交通路口的实际情况去随时调整，因此经常会造成车辆、行人因为交通信号灯设置不合理而无谓等候，既耽误了时间，又浪费了能源，排放了更多的尾气，污染了环境。另一方面，世界各国都把交通管理作为一个重要的课题，投入大量的人力、物力和财力进行研究开发，但现有的智能交通指挥系统主要是采用车辆流量检测，建立道路车流信息采集传输网络系统和信息处理决策中心，通过中心进行统一的管理，为各道口交通信号灯提供较为合理的定时命令，这完全基于高度复杂的车流检测和数据处理设备(雷达、摄像，网络及集中监控系统)，建设成本高，维护费用高，故障率高，对环境要求高，需要大量的推广费用。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：针对现有技术中存在的交通信号灯不会根据交通路口的实际情况随时调整的技术难题，以及现有的智能交通指挥系统需要车流信息采集传输网络系统和信息处理决策中心的支持，建设成本高、维护费用高、故障率高的不足，采用人工智能方法，面向单个交通路口，把一个交通路口作为一个系统来考虑，设计一种模拟交警处理问题的智能交通信号灯管理系统，提供一种独立自治、价格低廉的自适应交通信号灯智能控制方法及其装置。

本发明的技术解决方案是，一种自适应交通信号灯智能控制方法，该方法通过交通信号灯的接口电路、驱动电路、时钟显示器、信号灯和道口车辆探测器，依据对交通道口有车和无车的状态检测来进行信号灯的控制，所述的方法包括以下步骤：

(1)设定主道和次道通行时间初值，系统运行在一个车道为绿灯，另一车道为红灯状态；

(2)检测当前绿灯道口有/无车；

(3)如果在通行时间倒计数为零时仍然有车，切换到黄灯，增加下次该道的通行时间值，直至增加后的该车道通行时间值小于等于该车道预置最大通行时间；

(4)如果在通行时间倒计数未结束该道口无车，并且通行时间已大于该车道预置最低通行时间，切换到黄灯，减少下次该道的通行时间值，直至减少后的该车道通行时间值大于等于该车道预置最低通行时间；

(5)系统切换到另一道，重复步骤(2)、(3)、(4)；

(6)如果连续N次出现在通行时间倒计数未结束两个道的道口均无车，即步骤(4)连续执行N次，系统切换到夜间状态，仅有黄灯亮；

(7)如果检测到任意两个或三个道口有车，系统设置为最低通行时间，返回步骤(2)。

根据上述的自适应交通信号灯智能控制方法，其所述的增加和减少下次通行时间的预测推理包括以下步骤：

(1)减少下次通行时间：

获取倒计时剩余时间Δt，在下面知识库中进行搜索，选取与规则前提匹配者的结论作为下次通行时间的预测值，设本次通行时间值为T，下次通行时间的预测值为T_x：

其中，Tr为车道的最低通行时间，对于不同的车道有不同的Tr，MAX表示后面括号内由逗号分开的两个数取最大者，以保证最低通行时间；

(2)增加下次通行时间：

设本次通行时间值为T，每次增加时间值，即：

$T_x=\mathrm{MIN}(\mathrm{Tm},T+\frac{1}{5}T)$

其中，Tm为车道的最大通行时间，对于不同的车道有不同的Tm，MIN表示后面括号内由逗号分开的两个数取最小者，以保证不超过最大通行时间。

一种实现如上所述自适应交通信号灯智能控制方法的装置，包括现有交通信号灯的接口电路、驱动电路、时钟显示器、信号灯和道口车辆探测器，所述的实现自适应信号灯智能控制方法的装置，由设置在四个道口的道口车辆探测器获取道口有车/无车状态，通过输入接口电路16经第一总线102读入单片机14进行本控制方法的处理；同时单片机14经第二总线101通过输出接口电路15，一路经第一、第二驱动电路17和18分别驱动主道、次道通行时间七段码时钟显示器21和22，另一路经第三、第四驱动电路19和20分别驱动主道、次道红黄绿信号灯和行人通行信号灯23和24。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：一是在车流量增大的时候可以自动增加通过时间，在车流量减少的时候自动减少时间；二是在绿灯通行期间发现无车通过立即自动切换到红灯状态；三是根据车流量的减少自动转换到无车状态(夜间状态)，并可以随着车流量的增加自动唤醒到正常状态。本发明将采集交通路口信息的重点放在“有”车和“无”车状态，替代繁琐庞大的车流检测和网络数据处理系统，起到了需要昂贵复杂系统在交通路口信号灯智能调节的同等效果，具有在单个路口可以独立运行，不因交通控制中心和网络系统的故障而丧失系统智能性的特点。并可以作为交通管理网络系统的智能化节点，容错性强，抗打击性，抗灾难性强；对车辆探测设备要求低，并可充分利用现有的交通路口车流探测设备，同时，为今后分布式智能交通管理系统打下了良好的基础。

附图说明

图1为本发明自适应交通信号灯通行时间调控方法的流程图。

图2为本发明的预测推理流程图。

图3为本发明交通信号灯控制装置的电气原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明：

参见图1，一种自适应交通信号灯智能控制方法，该方法通过交通信号灯的接口电路、驱动电路、时钟显示器、信号灯和道口车辆探测器，依据对交通道口有车和无车的状态检测来进行交通信号灯的控制，特别是针对绿灯车道(当前通行车道)的有车和无车的状态来进行控制，所述的方法包括以下步骤：

(1)设定主道和次道通行时间初值，系统运行在一个车道为绿灯，另一车道为红灯状态；

(2)检测当前绿灯道口有/无车；

(3)如果在通行时间倒计数为零时仍然有车，切换到黄灯，增加下次该道的通行时间值，直至增加后的该车道通行时间值小于等于该车道预置最大通行时间；

(4)如果在通行时间倒计数未结束该道口无车，并且通行时间已大于该车道预置最低通行时间，切换到黄灯，减少下次该道的通行时间值，直至减少后的该车道通行时间值大于等于该车道预置最低通行时间；

(5)系统切换到另一道，重复步骤(2)、(3)、(4)；

(6)如果连续N次出现在通行时间倒计数未结束两个道的道口均无车，即步骤(4)连续执行N次，系统切换到夜间状态，仅有黄灯亮；

(7)如果检测到任意两个或三个道口有车，系统设置为最低通行时间，返回步骤(2)。

参见图2，根据上述的自适应交通信号灯智能控制方法，其所述的增加和减少下次通行时间的预测推理包括以下步骤：

(1)减少下次通行时间：

获取倒计时剩余时间Δt，在下面知识库中进行搜索，选取与规则前提匹配者的结论作为下次通行时间的预测值，设本次通行时间值为T，下次通行时间的预测值为T_x：

其中，Tr为车道的最低通行时间，对于不同车道有不同的Tr，MAX表示后面括号内由逗号分开的两个数取最大者，以保证最低通行时间；

(2)增加下次通行时间：

设本次通行时间值为T，每次增加

时间值，即：

$T_x=\mathrm{MIN}(\mathrm{Tm},T+\frac{1}{5}T)$

其中，Tm为车道的最大通行时间，对于不同车道有不同的Tm，MIN表示后面括号内由逗号分开的两个数取最小者，以保证不超过最大通行时间。

按常规，交通信号灯系统分主道、次道交替放行，即如果主车道绿灯、行人通行灯为红灯，则次车道红灯、行人灯为绿灯，反之亦然。由于主道和次道的控制方法相同，在实施例1中以一个车道来说明本自适应交通信号灯通行时间的调控方法。

实施例1：

如图1所示，一开始进入当前车道放行，绿灯亮。调控步骤1为初始动作，在调控步骤1中，单片机对来自输入接口的当前车道两端道口之有车/无车信号进行采集。调控步骤2判断有车还是无车，仅当当前车道两端道口均无车的状况，才判定该车道无车，如果有车，转调控步骤8；如果无车转调控步骤3。调控步骤3完成将连续提前无车次数计数器加一。调控步骤4判断当前车道通行倒计时时间是否大于最低通行时间，即保证另一车道(红灯)行人通行的最低设置时间，是，则转调控步骤5；否，则等待。调控步骤5判断两个车道连续无车次数计数器的次数是否均大于N次，以表示交通道口车辆是否很少了，是，则转调控步骤6，进入夜间状态；否，则转调控步骤10亮黄灯，结束当前车道通行，以实现释放道路资源，防止无谓占道和另一车道车辆的无谓等待。调控步骤6为进入夜间状态，仅黄灯亮，关断时钟。调控步骤7仍为夜间状态，单片机对来自输入接口的两车道共4个端道口之有车/无车信号进行采集，并判断是否有任意2个或3个车道表明有车，是，则退出夜间状态，转调控步骤1；否，则重复本步骤。调控步骤8完成将连续提前无车次数计数器清零。调控步骤9判断本次倒计时为零否？是，则表明当前车道通行时间结束，并且仍然有车，转调控步骤10亮黄灯，正常结束当前车道通行；否，则转调控步骤1重复上述步骤。调控步骤10仅点亮黄灯，置黄灯计数时间并开始倒计时。调控步骤11对前面出现的两种情况(当前车道通行时间倒计时未结束就无车了；当前车道通行时间倒计时为零仍然有车)进行推理处理，预测并给出该车道下次的合理通行时间(见预测推理)。调控步骤12等待黄灯倒计时为零，转调控步骤13。调控步骤13启动另一车道通行，车道红灯转绿灯，行人灯转红灯禁止通行，取该车道前次预测通行时间值开始倒计时。

其预测推理流程如图2所示。如上所述的增加和减少下次通行时间的预测推理包括以下两种情况：

1.当前车道通行时间倒计时未结束就无车了

从趋势表明该车道车辆在减少，下次通行时间相应减少，由此获得较为合理的通行时间按下面方法进行：

获取倒计时剩余时间Δt，在下面知识库中进行搜索，选取与规则前提匹配者的结论作为下次通行时间的预测值，设本次通行时间值为T，下次通行时间的预测值为T_x。

其中，Tr为车道的最低通行时间，对于不同车道有不同的Tr，MAX表示后面括号内由逗号分开的两个数取最大者，以保证最低通行时间。

由于在主流程中专门设有最小通行时间保证处理，故在信号灯的控制中不会出现定时时间过短的情况。

2.当前车道通行时间倒计时为零仍然有车

从趋势表明该车道车辆仍然很多，下次通行时间相应增加，由此获得较为合理的通行时间按下面方法进行：

设本次通行时间值为T。每次增加以固定时间值，如果连续出现车多情况，最终通行时间被限定在最大通行时间之内。

设每次增加

时间值，即：

$T_x=\mathrm{MIN}(\mathrm{Tm},T+\frac{1}{5}T)$

其中，Tm车道的最大通行时间，对于不同车道有不同的Tm，MIN表示后面括号内由逗号分开的两个数取最小者，以保证不超过最大通行时间。

对于所述的时钟定时计数和时钟显示，如公知技术，这部分内容在单片机定时器中断服务程序中执行。将定时器定时时间设置为t，在中断服务程序中设置一计数器T1，使得t×T1＝1秒作为交通信号时钟倒计时基准，并且每到一秒使得通行时间时钟倒计时减一。定时器每t时间中断一次，进行通行时钟七段码显示器的扫描，形成人眼的视觉暂留。

关于调控步骤5所述的判断两个车道连续无车次数计数器的次数是否均大于N次，可根据当地的具体情况设定，可以为5次、10次、20次等等。

关于调控步骤7仍为夜间状态，单片机对来自输入接口的两车道共4个端道口之有车/无车信号进行采集，并判断是否有任意2个或3个车道表明有车；对于“丁字”交通路口为不在同一直线的任意2个道口有车，表明有车；对于“十字”交通路口为任意相邻的2个道口有车或任意3个道口有车，表明有车。

一种实现如上所述自适应交通信号灯智能控制方法的装置，包括现有交通信号灯的接口电路、驱动电路、时钟显示器、信号灯和道口车辆探测器，所述的实现自适应信号灯智能控制方法的装置，由设置在四个道口的道口车辆探测器获取道口有车/无车状态，通过输入接口电路16经第一总线102读入单片机14进行本控制方法的处理；同时单片机14经第二总线101通过输出接口电路15，一路经第一、第二驱动电路17和18分别驱动主道、次道通行时间七段码时钟显示器21和22，另一路经第三、第四驱动电路19和20分别驱动主道、次道红黄绿信号灯和行人通行信号灯23和24。

实施例2：

如图3所示，设置在四个道口的道口车辆探测器提供在道口一定范围内(即人行横道停车线以后的一定距离范围)的有车或无车信号，由此获取四个道口有车/无车状态，如公知技术，供电电源电路给单片机14提供工作需要的电压。道口车辆探测器提供的有车或无车状态信号接入输入接口电路16，单片机14经第一总线102连接至输入接口电路16，如公知技术，第一总线102包括控制信号、端口地址信号和数据信号，在绿灯通行道通行期间通过输入接口电路16监控并读取该车道两端道口的有车/无车状态信号；在系统进入夜间状态期间通过输入接口电路16监控并读取4个道口的有车/无车状态信号。单片机14根据本控制方法计算的当前绿灯车道和红灯车道的时钟值，在5～10毫秒更新一次，由单片机14通过第二总线101写到输出接口电路15并锁存，如公知技术，第二总线101包括控制信号、端口地址信号和数据信号；输出接口电路15分别连接第一驱动电路(主道七段码时钟驱动电路)17和第二驱动电路(次道七段码时钟驱动电路)18，通过送出字形信号和字位信号，由第一、第二驱动电路17和18分别驱动主道七段码时钟显示器21和次道七段码时钟显示器22；同时单片机14根据本控制方法给出的主车道和次车道的红黄绿灯信号及相应的人行横道通行灯信号通过第二总线101写到输出接口电路15并锁存，输出接口电路15将上述信号灯信号输出到第三、第四驱动电路19和20，分别驱动主道红黄绿信号灯、行人通行信号灯23和次道红黄绿信号灯、行人通行信号灯24。从而实现本自适应交通信号灯的智能控制。

Claims (3)

1.一种自适应交通信号灯智能控制方法，该方法通过交通信号灯的接口电路、驱动电路、时钟显示器、信号灯和道口车辆探测器，依据对交通道口有车和无车的状态检测来进行信号灯的控制，所述的方法包括以下步骤：

(1)设定主道和次道通行时间初值，系统运行在一个车道为绿灯，另一车道为红灯状态；

(2)检测当前绿灯道口有/无车；

(3)如果在通行时间倒计数为零时仍然有车，切换到黄灯，增加下次该道的通行时间值，直至增加后的该车道通行时间值小于等于该车道预置最大通行时间；

(4)如果在通行时间倒计数未结束该道口无车，并且通行时间已大于该车道预置最低通行时间，切换到黄灯，减少下次该道的通行时间值，直至减少后的该车道通行时间值大于等于该车道预置最低通行时间；

(5)系统切换到另一道，重复步骤(2)、(3)、(4)；

(6)如果连续N次出现在通行时间倒计数未结束两个道的道口均无车，即步骤(4)连续执行N次，系统切换到夜间状态，仅有黄灯亮；

(7)如果检测到任意两个或三个道口有车，系统设置为最低通行时间，返回步骤(2)。

2.根据权利要求1所述的自适应交通信号灯智能控制方法，其增加和减少下次通行时间的预测推理包括以下步骤：

(1)减少下次通行时间：

获取倒计时剩余时间Δt，在下面知识库中进行搜索，选取与规则前提匹配者的结论作为下次通行时间的预测值，设本次通行时间值为T，下次通行时间的预测值为T_x：

其中，Tr为车道的最低通行时间，对于不同的车道有不同的Tr，MAX表示后面括号内由逗号分开的两个数取最大者，以保证最低通行时间；

(2)增加下次通行时间：

设本次通行时间值为T，每次增加

时间值，即：

$T_x=\mathrm{MIN}(\mathrm{Tm},T+\frac{1}{5}T)$

其中，Tm车道的最大通行时间，对于不同的车道有不同的Tm，MIN表示后面括号内由逗号分开的两个数取最小者，以保证不超过最大通行时间。

3.一种实现权利要求1所述自适应交通信号灯智能控制方法的装置，包括现有交通信号灯的接口电路、驱动电路、时钟显示器、信号灯和道口车辆探测器，其特征在于：所述的实现自适应信号灯智能控制方法的装置，由设置在四个道口的道口车辆探测器获取道口有车/无车状态，通过输入接口电路(16)经第一总线(102)读入单片机(14)进行本控制方法的处理；同时单片机(14)经第二总线(101)通过输出接口电路(15)，一路经第一、第二驱动电路(17、18)分别驱动主道、次道通行时间七段码时钟显示器(21、22)，另一路经第三、第四驱动电路(19、20)分别驱动主道、次道红黄绿信号灯和行人通行信号灯(23、24)。

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