CN104064039B - 一种路口交通信号灯智能配时方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路口交通信号灯智能配时方法，包括以下步骤：实时采集的路口相位车流量信息，根据每个路口车道等待车流量确定该路口车道放行的初始时间；对路口通行状态进行初始化；根据通行剩余时间对通行车道通行切换；切换新车道放行同时更新通行状态数组；重复步骤进行交通信号灯智能配时，并根据配时信号控制交通信号灯。本发明智能配时方法，能更有效的对红绿灯进行配时控制，实现交通路口各车道放行的无缝切换，最大化路口通行率。

Description

一种路口交通信号灯智能配时方法

技术领域

本发明涉及交通信号控制技术领域，尤其涉及一种路口交通信号灯智能配时方法。

背景技术

随着中国经济的高速发展，城市交通的发展速度也越来越快。但从总体上看，中国的交通问题却日益严重，交通拥堵会造成资源浪费、环境污染等诸多问题。导致交通拥堵的原因主要有二个：一、交通路口通行能力有限；二、交通路口红绿灯配时不合理。因此，在道路路况难以短时间改变的情况下，改善交通现状需要寻求更优的交通信号灯配时方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种路口交通信号灯智能配时方法，能更有效的对红绿灯进行配时控制，实现交通路口各车道放行的无缝切换，最大化路口通行率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种路口交通信号灯智能配时方法，包括以下步骤：

1）实时采集的路口相位车流量信息，根据每个路口车道等待车流量确定该路口车道放行的初始时间；所述路口为十字路口，所述车道为每个路口的直行车道和左转车道；

2）对路口通行状态进行初始化，初始化通行状态数组W[8]={00112233}；其中，0表示正在通行，1表示上次放行时已通行，2表示上上次放行时已通行，3表示上上上次放行时已通行；

3）车道通行切换：将正在通行的两个车道记为A、B车道，

当A、B车道中通行剩余时间均大于0，A、B车道继续通行；

当A、B车道中有一个车道通行剩余时间为0，则停止该车道通行，并转为放行C车道；

其中C车道的确定方法如下：

3.1）确定待放行车道中与正通行车道不冲突的两个车道，标记为1、2车道，作为备选通行车道；检查1、2车道对应的初始时间；

3.2）若1、2车道对应的初始时间都为零，则强制将正通行车道剩余时间也置为0，转为放行D、E车道；

3.3）若1、2车道对应的初始时间其中之一为零，则将初始时间不为零的车道标为C车道；

3.4）若1、2车道对应的初始时间都不为零,则检查1、2车道通行状态数组中状态数值是否大于4，若其中之一大于4则将状态数值最大的车道标为C车道，否则将初始时间最长的车道标为C车道；

当A、B车道车道通行剩余时间同时为零0，则转为放行D、E车道；

其中D、E车道的确定方法如下：

D、E车道由A、B车道按以下原则确定：某路口的直行车道切换至当前路口逆时针方向的下个路口的直行车道，某路口左转车道应切换至当前路口逆时针方向的下个路口的左转车道。

4）切换新车道放行同时更新通行状态数组，将正在通行车道状态置为0，其他车道状态自增1；

5）重复步骤3）至步骤4），进行交通信号灯智能配时，并根据配时信号控制交通信号灯。

按上述方案，步骤3）中当A、B车道中通行剩余时间均大于0，A、B车道继续通行时，还包括路口放行过程中，根据当前路口车流通行情况，对正通行道路的放行时间进行修正的步骤。

按上述方案，步骤1）中路口车道车流信息采集方法如下：将摄像头采集到的模拟图像数字化后进行预处理，包括灰度化与去噪，得到可用的灰度图像，并从中提取背景信息，而后采用差分法通过灰度拉伸二值化提取前景信息，用二值化后的图像中白像素点的数量来确定车流量。

按上述方案，所述步骤1）中初始通行时间的确定应在范围[T_min,T_max]内，其中初始通行时间最小值T_min与最大值T_max可根据实际交通路口的需要进行设定。

按上述方案，所述步骤1）中初始通行时间更新频率为1秒。

按上述方案，所述步骤3.2）用以下步骤替换：若1、2车道对应的初始时间都为零，则当正通行车道剩余时间大于3秒置为倒数3秒，并等待该车道剩余时间为0，转为放行D、E车道。

本发明产生的有益效果是：

本发明方法可以根据当前实际通车需求智能修改放行车道以及其所需要的通行时间，实现交通路口各车道放行的无缝切换；

使用本发明配时方法可以优化路口通行率，节约车辆耗油、驾驶员等待时间等。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是路口模型图。

图中：路口1在南面，路口2在东面，路口3在北面，路口4在西面，南直行车道记为13车道，南左转车道记为14车道，东直行车道记为24车道，东左转车道记为21车道，北直行车道记为31车道，北左转车道记为32车道，西直行车道记为42车道，西左转车道记为43车道。

图2是每路口摄像头下的安全区与检测区图。

图3是路口不冲突车道连接图。

图4是控制车道放行切换流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是一种路口交通信号灯智能配时方法，用于根据车流信息进行智能配时，车流信息的采集依据摄像头（车流信息的确定也可采用其他技术，比如地面铺设传感器等），初始放行时长的范围控制在[Tmin,Tmax]内，其中Tmin为0,Tmax为70秒，下面结合附图1至图4说明其具体实施方式步骤：

1）图1中1、2、3、4四个路口各需一组摄像头，在图2所示的路口检测区中采集当前路口车道车流信息：根据车道等待车流量确定车流量模糊集（{0、1、2、3、4}分别代表车流量模糊集{零、少、中、多、很多}），判断此路口车道放行所需的初始时间t（{0、1、2、3、4}来代表时间模糊集{0s、20s、25s、30s、35s}），根据放行过程中当前车流通行情况，适当的对放行时间进行修正，若大于设定阈值则逐渐增加本车道剩余通车时长（车道总通行时长不得超过Tmax）；

2）初始化通行状态数组W[8]={00112233}；通行状态数组用来记录各车道的通行状态，其中0表示正在通行，1表示上次放行时已通行，2表示上上次放行时已通行，依次类推即可；在本实施例中，通行状态数组中W[0]记录13车道的状态，W[1]记录14车道的状态，W[2]记录24车道的状态，W[3]记录21车道的状态，W[4]记录31车道的状态，W[5]记录32车道的状态，W[6]记录42车道的状态，W[7]记录43车道的状态。

3）将正在通行的车道记为A、B车道，当A、B车道中有一个车道通行剩余时间为0（以A车道为例），则转为放行C车道，当A、B车道车道通行剩余时间同时为零0，则转为放行D、E车道；

其中，C车道的确定原则：首先根据“不冲突原则”确定与B车道不冲突的三个车道（剔除正在通行的B车道，另两个车道记为1、2车道，即备选通行车道），其次检查1、2车道对应的初始时间ts，若都为零则强制将B车道剩余时间也减为0，下一相位转为放行D、E车道，若其中之一为零则转为切换放行初始时间ts不为零的那一车道，若都不为零则检查1、2车道通行状态数组中状态数值是否大于4，是则直接放行状态数值最大的车道，否则放行1、2车道中初始放行时间最长的车道；

其中，D、E车道确定原则，即A车道→D车道与B车道→E车道切换遵循原则为：13→24，14→21，24→31，21→32，31→42，32→43，42→13，43→14；

即某路口的直行车道应切换至当前路口逆时针方向的下个路口的直行车道，同理，某路口左转车道应切换至当前路口逆时针方向的下个路口的左转车道。其中，逆时针改为顺时针同样可行。

4）切换新车道放行后更新通行状态数组，正在通行车道状态置为0，其他自增1；

5）、重复步骤3）与4）。

其中，路口车道车流信息可采用以下估算方法确定：将摄像头采集到的模拟图像数字化后进行预处理，包括灰度化与去噪，得到可用的灰度图像，并从中提取背景信息，而后采用差分法通过灰度拉伸二值化提取前景信息，用二值化后的图像中白像素点的多少来估算车流量。

“不冲突原则”可以参见图3，图中有连接的车道代表不冲突，可在同一时间放行。

C车道的确定原则中需要考虑备选车道中是否存在初始时长为0的车道时为了跳过切换放行次车道，即“不浪费原则”。

C车道的确定原则中需考虑备选车道对应的状态数值是否大于4，是为了保证路口8车道都可放行，防止出现循环放行4车道或者6车道等死区情况，即“不漏放原则”。

本发明专利本质是在不冲突放行车道较多时，让各车道最佳切换配合，实现车道放行的无缝切换，因此在不冲突车道较少时（如丁字形路口）无法使用此配时方法。当路口增加时（比如米字形路口）也可以使用本发明配时算法的核心思想“不冲突车道衔接配合切换”作为指导。

假设现有传统交通信号正常配时：

1.13,31共同放行30s后，

2.转24,42共同放行30s，

3.转14,32共同放行20s，

4.转21,43共同放行20s；

而后在转换到1循环放行。

假设，根据实际车流量需求我们知道，13车道需要30s，14车道需要15s,31车道需要15s,根据此方法可以将配时放行更正为：

13,31共同放行15s后；

关闭31车道转为放行14车道，此时正在通行的车道变为13,14车道。（15s）

这样比较来看，同样的30s内，传统配时算法只能做到放行13,31两个车道，而此专利提供的方法可以放行13,31，14三个车道。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种路口交通信号灯智能配时方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）实时采集路口相位车流量信息，根据每个路口车道等待车流量确定该路口车道放行的初始时间；所述路口为十字路口，所述车道为每个路口的直行车道和左转车道；

2）对路口通行状态进行初始化，初始化通行状态数组W[8]={00112233}；其中，0表示正在通行，1表示上次放行时已通行，2表示上上次放行时已通行，3表示上上上次放行时已通行；

3）车道通行切换：将正在通行的两个车道记为A、B车道，

当A、B车道中通行剩余时间均大于0，A、B车道继续通行；

当A、B车道中有一个车道通行剩余时间为0，则停止该车道通行，并转为放行C车道；

其中C车道的确定方法如下：

3.1）确定待放行车道中与正通行车道不冲突的两个车道，标记为1、2车道，作为备选通行车道；检查1、2车道对应的初始时间；

3.2）若1、2车道对应的初始时间都为零，则强制将正通行车道剩余时间也置为0，转为放行D、E车道；

3.3）若1、2车道对应的初始时间其中之一为零，则将初始时间不为零的车道标为C车道；

3.4）若1、2车道对应的初始时间都不为零,则检查1、2车道通行状态数组中状态数值是否大于4，若其中之一大于4则将状态数值最大的车道标为C车道，否则将初始时间最长的车道标为C车道；

当A、B车道车道通行剩余时间同时为零0，则转为放行D、E车道；

其中D、E车道的确定方法如下：

D、E车道由A、B车道按以下原则确定：某路口的直行车道切换至当前路口逆时针方向的下个路口的直行车道，某路口左转车道应切换至当前路口逆时针方向的下个路口的左转车道；

4）切换新车道放行同时更新通行状态数组，将正在通行车道状态置为0，其他车道状态自增1；

5）重复步骤3）至步骤4），进行交通信号灯智能配时，并根据配时信号控制交通信号灯。

2.根据权利要求1所述的智能配时方法，其特征在于，步骤3）中当A、B车道中通行剩余时间均大于0，A、B车道继续通行时，还包括路口放行过程中，根据当前路口车流通行情况，对正通行道路的放行时间进行修正的步骤。

3.根据权利要求1所述的智能配时方法，其特征在于，步骤1）中路口车道车流信息采集方法如下：将摄像头采集到的模拟图像数字化后进行预处理，包括灰度化与去噪，得到可用的灰度图像，并从中提取背景信息，而后采用差分法通过灰度拉伸二值化提取前景信息，用二值化后的图像中白像素点的数量来确定车流量。

4.根据权利要求1所述的智能配时方法，其特征在于，所述步骤1）中初始通行时间的确定应在范围[T_min,T_max]内，其中初始通行时间最小值T_min与最大值T_max根据实际交通路口的需要进行设定。

5.根据权利要求1所述的智能配时方法，其特征在于，所述步骤1）中初始通行时间更新频率为1秒。

6.根据权利要求1所述的智能配时方法，其特征在于，所述步骤3.2）用以下步骤替换：若1、2车道对应的初始时间都为零，则当正通行车道剩余时间大于3秒置为倒数3秒，并等待该车道剩余时间为0，转为放行D、E车道。