CN103400502B - 基于场景应用的交通信号控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于场景应用的交通信号控制系统及方法，其包括信号机，信号机包括信号机控制模块、第二场景参数存储模块、通用参数存储模块、时钟模块以及信号灯驱动模块；信号机控制模块根据时钟模块提供的日期及时间查询得到第二场景参数存储模块内与所述日期及时间对应的场景工作参数，信号机控制模块根据查询得到的场景工作参数及信号机工作通用参数通过信号灯驱动模块驱动控制交通信号灯的工作状态，以进行所需的交通信号控制。本发明能针对不同场景实现交通信号控制，系统投入少产出大，大大提高了特殊场景下路口的通行效率，减少了车辆停车次数和时间，减少了车辆尾气排放，提高了道路服务水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制系统及方法，尤其是一种基于场景应用的交通信号控制系统及方法，属于城市交通管理控制的技术领域。
背景技术
在现有的交通信号控制系统中，通常只能设置普通日时段、周日时段等针对正常天气的控制方案、车头时距（同一车道上行驶的车辆队列中，相邻两辆车辆车头部分通过某一断面的时间间隔）等控制参数，没有针对下雨、大雾、下雪或因举办活动引起交通量突变等特殊场景的控制参数。当这类天气出现时，车辆的车头时距等参数已经明显改变，而系统还是按照正常天气的参数执行，导致路口的通行效率比较低，轻则引起路口排队加长，重则引起道路堵塞。如果需要现有的交通信号控制系统临时适应特殊场景的环境，则需要在特殊场景发生时逐个地修改参数，当特殊场景结束时还需要把相应路口的参数的修改回来，工作量极大，还容易导致参数修改错误。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于场景应用的交通信号控制系统及方法，其结构紧凑，能针对不同场景实现交通信号控制，只需要对原有的信号机与系统进行升级即可实现，系统投入少产出大，操作方便，适应范围广，安全可靠，大大提高了特殊场景下路口的通行效率，减少了车辆停车次数和时间，减少了车辆尾气排放，提高了道路服务水平，从而提高了群众对交通的满意度，取得很好的社会和经济效益。
按照本发明提供的技术方案，所述基于场景应用的交通信号控制系统，包括若干位于路口进行道路交通信号控制的信号机，所述信号机包括信号机控制模块、第二场景参数存储模块、通用参数存储模块、时钟模块以及信号灯驱动模块；所述信号机控制模块与第二场景参数存储模块、通用参数存储模块、时钟模块以及信号灯驱动模块连接；
第二场景参数存储模块内存储有若干场景工作参数，通用参数存储模块内存储有若干信号机工作通用参数；信号机控制模块根据时钟模块提供的日期及时间查询得到第二场景参数存储模块内与所述日期及时间对应的场景工作参数，信号机控制模块根据查询得到的场景工作参数及信号机工作通用参数通过信号灯驱动模块驱动控制交通信号灯的工作状态，以进行所需的交通信号控制。
所述信号机还包括路口通信模块，所述路口通信模块与信号机控制模块连接，信号机控制模块通过路口通信模块与中心平台连接。
所述信号机控制模块通过路口通信模块与路口通信设备连接，并通过相应的路口通信设备及中心通信设备与中心平台连接。
所述场景工作参数包括场景名称、时间范围、相对多时段的时间系数、平均车头时距系数及最大车头时距系数。
所述通用参数存储模块存储的信号机工作通用参数包括信号灯组配置信息、相位配置信息、控制方案配置信息、多时段定时控制配置信息和车辆检测器配置。
所述中心平台编辑场景工作参数，并将所述场景工作参数传输至信号机控制模块，信号机控制模块将接收的场景工作参数存储在第二场景参数存储模块内。
所述中心平台包括场景参数编辑模块、第一场景参数存储模块、路网配置模块及中心通信模块；
场景参数编辑模块，与第一场景参数存储模块、路网配置模块及中心模块连接，并能对若干场景参数进行编辑，所述能编辑的场景参数包括场景名称、时间范围、多时段的时间系数、平均车头时距系数及最大车头时距系数；
第一场景参数存储模块，与场景参数编辑模块连接，用于将场景参数编辑模块编辑后的场景参数进行存储；
路网配置模块，与场景参数编辑模块连接，用于配置对应连接的信号机参数，所述配置参数包括区域号、路口号、路口名、路口的串口号或IP地址；
中心通信模块，与场景参数编辑模块连接，用于与信号机间的通信。
所述控制模块读取第二场景参数存储模块存储的场景工作参数，并通过路口通信模块将场景工作参数传输至中心平台。
一种基于场景应用的交通信号控制方法，所述交通信号控制方法包括如下步骤：
a、提供若干位于路口进行道路交通信号控制的信号机，所述信号机包括信号机控制模块、第二场景参数存储模块、通用参数存储模块、时钟模块以及信号灯驱动模块；所述信号机控制模块与第二场景参数存储模块、通用参数存储模块、时钟模块以及信号灯驱动模块连接；第二场景参数存储模块内存储有若干场景工作参数，通用参数存储模块内存储有若干信号机工作通用参数；
b、信号机控制模块根据时钟模块提供的日期及时间查询得到第二场景参数存储模块内与所述日期及时间对应的场景工作参数，信号机控制模块根据查询得到的场景工作参数及信号机工作通用参数通过信号灯驱动模块驱动控制交通信号灯的工作状态，以进行所需的交通信号控制。
所述步骤b包括如下步骤：
b1、信号机控制模块检测判断当前场景的周期是否结束，当工作周期结束时，执行步骤b2，否则执行步骤b5；
b2、根据时钟模块提供的日期及时间，信号机控制模块读取通用参数存储模块内的信号机工作通用参数；
b3、信号机控制模块根据上述时钟模块提供的日期及时间，在第二场景参数存储模块内查找与所述日期及时间匹配的场景；当信号机控制模块查找到匹配的工作场景时，执行步骤b4，否则执行步骤b5；
b4、信号机控制模块将查找匹配的场景工作参数以及读取的信号机工作通用参数进行关联，得到场景交通信号控制信息；
b5、信号机控制模块根据场景交通信号控制信息通过信号灯驱动模块控制相应的交通信号灯，以进行所需的交通信号控制。
所述信号机还包括路口通信模块，所述路口通信模块与信号机控制模块连接，信号机控制模块通过路口通信模块与中心平台连接；所述中心平台编辑场景工作参数，并将所述场景工作参数传输至信号机控制模块，信号机控制模块将接收的场景工作参数存储在第二场景参数存储模块内。
所述中心平台包括场景参数编辑模块、第一场景参数存储模块、路网配置模块及中心通信模块；
场景参数编辑模块，与第一场景参数存储模块、路网配置模块及中心模块连接，并能对若干场景参数进行编辑，所述能编辑的场景参数包括场景名称、时间范围、多时段的时间系数、平均车头时距系数及最大车头时距系数；
第一场景参数存储模块，与场景参数编辑模块连接，用于将场景参数编辑模块编辑后的场景参数进行存储；
路网配置模块，与场景参数编辑模块连接，用于配置对应连接的信号机参数，所述配置参数包括区域号、路口号、路口名、路口的串口号或IP地址；
中心通信模块，与场景参数编辑模块连接，用于与信号机间的通信。
本发明的优点：信号机内的第二场景参数存储模块预先存储若干场景工作参数，所述场景工作参数与实时的天气状态或交通状态相适应，通用参数存储模块存储信号机工作通用参数，信号机控制模块根据时钟模块提供的日期及时间来选择匹配的场景进行所需的交通信号控制，能够快速的根据场景变化使用不同的控制参数来适应场景需求，提高路口通行效率，并且可以根据天气预报或重大活动的日程安排提前设置，同时，即使参数设置后信号机与中心网络断接或路口停电后来电重新启动，由于信号机有本地保存的场景参数，依然可以进行场景控制；信号机内的场景工作参数可以由中心平台编辑，并发送至若干信号机内，提高了对信号机操作控制的有效性，操作方便，适应范围广，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明中心平台的结构框图。
图3为本发明信号机的结构框图。
图4为本发明的工作流程图。
图5为本发明信号机的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图3所示：为了能够实现对交通信号的场景控制，本发明包括若干位于路口进行道路交通信号控制的信号机，所述信号机包括信号机控制模块、第二场景参数存储模块、通用参数存储模块、时钟模块以及信号灯驱动模块；所述信号机控制模块与第二场景参数存储模块、通用参数存储模块、时钟模块以及信号灯驱动模块连接；
第二场景参数存储模块内存储有若干场景工作参数，通用参数存储模块内存储有若干信号机工作通用参数；信号机控制模块根据时钟模块提供的日期及时间查询得到第二场景参数存储模块内与所述日期及时间对应的场景工作参数，信号机控制模块根据查询得到的场景工作参数及信号机工作通用参数通过信号灯驱动模块驱动控制交通信号灯的工作状态，以进行所需的交通信号控制。
具体地，所述第二场景参数存储模块用于把场景参数保存到硬件芯片和从硬件芯片读取场景参数并进行缓存，以便信号机控制模块使用；第二场景参数存储模块内可以同时包含若干条配置，每个配置对应一个场景工作参数，每个场景工作参数包括场景名称、时间范围、相对多时段的时间系数、平均车头时距系数及最大车头时距系数；例如一条配置如下：
场景名称：中雨；时间范围：2013-7-17 14:00:00 到2013-7-17 18:00:00；对多时段的时间系数：1.3；平均车头时距系数：1.3；最大车头时距系数：1.2。
相对多时段的时间系数：即场景时间范围内信号机的绿灯时间是原来时段的倍数，例如原来时段中南北绿灯时间为30秒，时间系数为1.3，则绿灯时间修正为30*1.3=39秒。
当信号机做感应控制时，还用到了平均车头时距、最大车头时距；如果是举办重大活动只是引起车流量增加，则不需要修正这两个参数；如果是雨雪天气，由于路滑和视线条件变差等因素，这两个参数都将变大，即需要利用平均车头时距系数和最大车头时距系数进行修正。
这些场景参数和通用参数配合使用，修正后的参数更适合场景的需要，更加合理，从而提高了路口的通行效率。
通用参数存储模块用于把信号机工作的通用参数保存到硬件芯片和从硬件芯片读取场景参数并进行缓存，以便信号机控制模块使用；通用参数存储模块内的参数包括除场景工作参数以外普通信号机通用的参数，如信号灯组配置信息、相位配置信息、控制方案配置信息、多时段定时控制配置信息和车辆检测器配置等，这些参数是普通信号机常用的参数，具体可以参考中国国标《GB 25280-2010 道路交通信号控制机》以及国标《GAT 920-2010 道路交通信号控制机与车辆检测器间的通信协议》中对参数的说明。
时钟模块，用于实现日期和时间的管理，以便信号机控制模块使用。信号灯驱动模块根据信号机控制模块的指令控制信号灯驱动电路的开关，实现交通信号灯的亮灭。
路口通信模块，与信号机控制模块连接，用于把中心平台的命令和参数发送给信号机控制模块，同时把信号机控制模块输出的状态和参数转发给中心平台。
信号机控制模块：把路口通信模块接收到的场景工作参数通过第二场景参数存储模块进行存储，把路口通信模块接收到的其它参数通过通用参数存储模块进行存储；如果通过路口通信模块接收到中心平台的参数读取命令，则利用路口通信模块把场景工作参数和信号机工作通用参数发送给中心平台；利用路口通信模块把信号机的实时运行状态发送给中心平台。信号机控制模块主要是利用时钟模块提供的日期和时间信息以及第二场景参数存储模块、通用参数存储模块的控制参数，计算得到实时的信号灯状态信息，并利用信号灯驱动模块实现信号灯的实时控制，从而控制路口的交通放行。本发明实施例中，信号机控制模块可以采用现有信号机的控制芯片来实现。
如图1所示，所述信号机控制模块通过路口通信模块与路口通信设备连接，并通过相应的路口通信设备及中心通信设备与中心平台连接。即中心平台通过中心通信设备与若干路口通信设备连接，再通过路口通信设备连接相应的信号机，这样若干信号机与中心平台连接后形成完整的交通信号控制系统。本发明实施例中，中心平台为现有交通信号控制的服务器平台，中心通信设备及路口通信设备可以采用现有常规的通信设备。
进一步地，所述中心平台编辑场景工作参数，并将所述场景工作参数传输至信号机控制模块，信号机控制模块将接收的场景工作参数存储在第二场景参数存储模块内。本发明实施例中，通过中心平台编辑所需的场景工作参数，然后通过中心通信设备、路口通信设备将编辑的场景工作参数传输至信号机内，由信号机存储在第二场景参数存储模块内。通过中心平台编辑场景工作参数，并同时发送若干与中心平台连接的信号机，能一次实现对多个信号机的操作控制，自动化程度高，降低工作量；由于信号机的场景工作参数根据实际的天气状况或交通状态进行控制，能大大提高路口通行的效率。
如图2所示，所述中心平台包括场景参数编辑模块、第一场景参数存储模块、路网配置模块及中心通信模块；
场景参数编辑模块，与第一场景参数存储模块、路网配置模块及中心模块连接，并能对若干场景参数进行编辑，所述能编辑的场景参数包括场景名称、时间范围、多时段的时间系数、平均车头时距系数及最大车头时距系数；
第一场景参数存储模块，与场景参数编辑模块连接，用于将场景参数编辑模块编辑后的场景参数进行存储；
路网配置模块，与场景参数编辑模块连接，用于配置对应连接的信号机参数，所述配置参数包括区域号、路口号、路口名、路口的串口号或IP地址；
中心通信模块，与场景参数编辑模块连接，用于与信号机间的通信。
如图4和图5所示：一种基于场景应用的交通信号控制方法，所述交通信号控制方法包括如下步骤：
a、提供若干位于路口进行道路交通信号控制的信号机，所述信号机包括信号机控制模块、第二场景参数存储模块、通用参数存储模块、时钟模块以及信号灯驱动模块；所述信号机控制模块与第二场景参数存储模块、通用参数存储模块、时钟模块以及信号灯驱动模块连接；第二场景参数存储模块内存储有若干场景工作参数，通用参数存储模块内存储有若干信号机工作通用参数；
b、信号机控制模块根据时钟模块提供的日期及时间查询得到第二场景参数存储模块内与所述日期及时间对应的场景工作参数，信号机控制模块根据查询得到的场景工作参数及信号机工作通用参数通过信号灯驱动模块驱动控制交通信号灯的工作状态，以进行所需的交通信号控制。
所述步骤b包括如下步骤：
b1、信号机控制模块检测判断当前场景的周期是否结束，当工作周期结束时，执行步骤b2，否则执行步骤b5；
b2、根据时钟模块提供的日期及时间，信号机控制模块读取通用参数存储模块内的信号机工作通用参数；
b3、信号机控制模块根据上述时钟模块提供的日期及时间，在第二场景参数存储模块内查找与所述日期及时间匹配的场景；当信号机控制模块查找到匹配的工作场景时，执行步骤b4，否则执行步骤b5；
b4、信号机控制模块将查找匹配的场景工作参数以及读取的信号机工作通用参数进行关联，得到场景交通信号控制信息；例如场景工作参数中相对多时段的时间系数为1.3；平均车头时距系数：1.3；最大车头时距系数：1.2；通用参数中：南北直行30秒，南北左转20秒，东西直行30秒，东西左转20秒，直行平均车头时距1.6秒，左转平均车头时距2.2秒，直行最大车头时距4秒，左转最大车头时距5秒，相位间过渡（如南北直行转换到南北左转）时的绿灯浪费时间（黄灯时间、全红时间和绿灯刚放行的车辆启动时间）为5秒；
如果路口做时段固定配时控制：
则修正前的绿灯有效率=（30-5+20-5+30-5+20-5）/（30+20+30+20）=80%；
修正后的相位时间分别为39、26、39、26秒，
则修正后的绿灯有效率=（39-5+26-5+39-5+26-5）/（39+26+39+26）=84.6%；
绿灯有效率提高了4.6%，即路口通行效率提高了4.6%。
如果路口做感应控制，下面就直行加以说明：
修正前平均车头时距1.6，而此时实际平均车头时距=1.6*1.3=2.1，如果信号机还是按照通用的参数计算，则每辆车会多计算2.1-1.6=0.5秒时间作为无效的绿灯时间，当该时间累加值达到某个设定值（如3秒），则会结束当前相位放行，而实际上还有车辆，导致本应通过的车辆需等待下次绿灯，增加了车辆的等待次数和时间，降低了路口的通行效率。
修正前直行最大车头时距4秒，而此时实际最大车头时距=4*1.2=4.8秒，如果越到车头时距在4~4.8秒，此时应当继续当前相位放行，如果信号机还是按照通用的参数处理，则会认为车辆松散，超过了最大车头时距，立即结束当前相位，导致本应通过的车辆需等待下次绿灯，增加了车辆的等待次数和时间，降低了路口的通行效率。
b5、信号机控制模块根据场景交通信号控制信息通过信号灯驱动模块控制相应的交通信号灯，以进行所需的交通信号控制。
所述信号机还包括路口通信模块，所述路口通信模块与信号机控制模块连接，信号机控制模块通过路口通信模块与中心平台连接；所述中心平台编辑场景工作参数，并将所述场景工作参数传输至信号机控制模块，信号机控制模块将接收的场景工作参数存储在第二场景参数存储模块内。
所述中心平台包括场景参数编辑模块、第一场景参数存储模块、路网配置模块及中心通信模块；场景参数编辑模块，与第一场景参数存储模块、路网配置模块及中心模块连接，并能对若干场景参数进行编辑，所述能编辑的场景参数包括场景名称、时间范围、多时段的时间系数、平均车头时距系数及最大车头时距系数；第一场景参数存储模块，与场景参数编辑模块连接，用于将场景参数编辑模块编辑后的场景参数进行存储；路网配置模块，与场景参数编辑模块连接，用于配置对应连接的信号机参数，所述配置参数包括区域号、路口号、路口名、路口的串口号或IP地址；中心通信模块，与场景参数编辑模块连接，用于与信号机间的通信。
本发明实施例中，当信号机断电关闭后，重新来电启动时，信号机的信号机控制模块从第二场景参数存储模块读取与时钟模块匹配的场景工作参数，并根据通用参数存储模块的信号机工作通用参数得到交通信号控制信息，信号机控制模块根据场景交通信号控制信息通过信号灯驱动模块控制相应的交通信号灯，以进行所需的交通信号控制。
本发明信号机内的第二场景参数存储模块预先存储若干场景工作参数，所述场景工作参数与实时的天气状态或交通状态相适应，通用参数存储模块存储信号机工作通用参数，信号机控制模块根据时钟模块提供的日期及时间来选择匹配的场景进行所需的交通信号控制，能够快速的根据场景变化使用不同的控制参数来适应场景需求，提高路口通行效率，并且可以根据天气预报提前设置，同时，即使参数设置后信号机与中心网络断接或路口停电后来电重新启动，由于信号机有本地保存的场景参数，依然可以进行场景控制；信号机内的场景工作参数可以由中心平台编辑，并发送至若干信号机内，提高了对信号机操作控制的有效性，操作方便，适应范围广，安全可靠。
Claims (3)
1. 一种基于场景应用的交通信号控制系统，其特征是：包括若干位于路口进行道路交通信号控制的信号机，所述信号机包括信号机控制模块、第二场景参数存储模块、通用参数存储模块、时钟模块以及信号灯驱动模块；所述信号机控制模块与第二场景参数存储模块、通用参数存储模块、时钟模块以及信号灯驱动模块连接；
第二场景参数存储模块内存储有若干场景工作参数，通用参数存储模块内存储有若干信号机工作通用参数；信号机控制模块根据时钟模块提供的日期及时间查询得到第二场景参数存储模块内与所述日期及时间对应的场景工作参数，信号机控制模块根据查询得到的场景工作参数及信号机工作通用参数通过信号灯驱动模块驱动控制交通信号灯的工作状态，以进行所需的交通信号控制；
所述信号机还包括路口通信模块，所述路口通信模块与信号机控制模块连接，信号机控制模块通过路口通信模块与中心平台连接；
所述信号机控制模块通过路口通信模块与路口通信设备连接，并通过相应的路口通信设备及中心通信设备与中心平台连接；
所述场景工作参数包括场景名称、时间范围、相对多时段的时间系数、平均车头时距系数及最大车头时距系数；
所述通用参数存储模块存储的信号机工作通用参数包括信号灯组配置信息、相位配置信息、控制方案配置信息、多时段定时控制配置信息和车辆检测器配置；
所述中心平台编辑场景工作参数，并将所述场景工作参数传输至信号机控制模块，信号机控制模块将接收的场景工作参数存储在第二场景参数存储模块内。
2.根据权利要求1所述的基于场景应用的交通信号控制系统，其特征是：所述中心平台包括场景参数编辑模块、第一场景参数存储模块、路网配置模块及中心通信模块；
场景参数编辑模块，与第一场景参数存储模块、路网配置模块及中心通信模块连接，并能对若干场景参数进行编辑，所述能编辑的场景参数包括场景名称、时间范围、多时段的时间系数、平均车头时距系数及最大车头时距系数；
第一场景参数存储模块，与场景参数编辑模块连接，用于将场景参数编辑模块编辑后的场景参数进行存储；
路网配置模块，与场景参数编辑模块连接，用于配置对应连接的信号机参数，所述配置参数包括区域号、路口号、路口名、路口的串口号或IP地址；
中心通信模块，与场景参数编辑模块连接，用于与信号机间的通信。
3.根据权利要求1所述的基于场景应用的交通信号控制系统，其特征是：所述信号机控制模块读取第二场景参数存储模块存储的场景工作参数，把信号机控制模块输出的状态和参数转发给中心平台。
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| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 214101 Xishan Economic Development Zone, Jiangsu Province, science and Technology Industrial Park, No. 1, No. Patentee after: Jiangsu aerospace Polytron Technologies Inc Address before: 214101 Xishan, Jiangsu, East Road, South District, No. 39, No. Patentee before: Jiangsu Daway Technologies Co., Ltd. |