CN105023446A - 十字路口交通信号灯实时控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及十字路口交通信号灯实时控制器,在离车道流出口附近路段设置成红灯候车路段，采用在十字路口各车道流出口处，以及在候车路段的候车入口处各安装一付红外对射装置，该候车入口处红外对射装置配合车道流出口处红外对射装置，用于计数进入该车道候车段的车辆数，它是该车道车辆放行时间的依据。

Description

十字路口交通信号灯实时控制器

(一)技术领域：

本发明涉及十字路口交通信号灯实时控制器,在离车道流出口附近路段设置成红灯候车路段，采用在十字路口各车道流出口处以及在候车路段的候车入口处各安装一付红外对射装置，该候车入口处红外对射装置配合车道流出口处红外对射装置，用于计数进入该车道候车段的车辆数，它是该车道车辆放行时间的依据。

(二)背景技术：

随着我国经济的飞速发展,城市机动车保有量和交通总量持续增长,而相应的道路基础设施建设很难及时跟上,因此在城市道路网中,特别是平面交叉路口它又是道路通行能力的瓶颈。因此提高路口交通信号灯控制能力是一个紧迫的问题。

智能交通控制主要运用GPS全球定位系统等高新技术对传统的运输系统进行改造而形成的一种信息化、智能化、社会化的复杂的新型运输系统。但是，当前国内外主要还是采取依据道路车流量测量评估和统计学原理来优化路口交通信号灯控制，车流量测量是一种路面非接触式交通信息采集装置，采用接收车辆反射波，通过高低电平的变化来统计通过检测区域的车流量。

也有采用在路口的各个方向附近的地下埋设感应线圈，当汽车经过时就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少，即可检测出汽车的通过，但感应线圈体积大约为2米×2米，安装不方便且易被压坏难于广泛使用。

(三)发明内容：

由于交叉路口各种车流和人流交错通行相互干扰，与独立路段相比其通行能力大大降低、交通行为更加复杂，交叉路口已经成为道路交通网络的瓶颈和交通拥挤发生源，经常造成局部交通拥堵，影响整个路网的畅通。为了提高车辆的安全通过交叉路口,相互冲突的车流向车辆是不允许同时放行的。解决办法是在一个周期内将时间分成几段并分配给不同车流向的车辆放行。一般均采用交通信号灯来指挥车辆通行,其交通信号灯控制通常凭人为预测或经过复杂算法计算得出红绿灯时间。然后分别用红、黄、绿灯的不同组合来指挥两个方向的通车与禁行，用LED数码管作为倒计时指示。使得车辆在相互冲突的车流向在一个周期内的不同时段获得绿灯放行,而相互不冲突的车流向的车辆可以在同一时段获得绿灯放行,从而在一个周期内的一个连续时段达到安全疏导交通车流的目的。

但是当前使用的十字路口交通信号灯控制系统是一种定时放行系统，当车道放行或禁止车辆通行时，其设定的车辆放行和禁止车辆通行时间都是固定不变的，由于十字路口经常会出现各车道繁忙状况不同，繁忙车道车辆很多，车流拥堵，这时冲突的车流向车道车辆有时却很少甚至没有车辆，但是繁忙车道上的车辆也要等待冲突的车流向空闲车道的固定“放行”时间结束才被允许放行，这就大大浪费有限的道路交通资源和出行人的宝贵时间。

因此，评估或预料只能满足车流向不冲突的交通安全要求，需要测量各车道车辆数量以便实时控制信号灯的配时方案。但是，当前各种车辆测量手段由于测量仪器结构复杂造价昂贵仅适用于流动测量方式，对于量大面广的交叉路口交通信号的实时控制，其车辆测量设备需具备结构简单、安装容易、造价低等特点。

本系统在离车道流出口50-100米路段设置成红灯候车路段，采用在十字路口各车道流出口处以及在候车路段的候车入口处各安装一付红外对射装置，当某车流向禁止通行即红灯亮期间，通过对进入该车道候车路段的车辆数和原有未放行车辆数，得出进入该车道候车路段的车辆总数，并在绿灯亮时间同时测量放行时通过车道流出口处的车辆数和进入该车道候车路段的车辆数至红灯亮获得未放行车辆数，候车路段的车辆数是该车道车辆放行时间的依据。

在十字路口各车道流出口处安装的红外对射装置，用于识别在车道流出口处是否有等待放行的车辆，并测量放行时通过车道流出口处的车辆数，同时测量放行通过车道流出口处的前后车辆的间隔时间，用于判断需要放行的车辆拥堵情况。如果在冲突的车流向车道的绿灯亮时间结束时，本车道流出口处没有等待放行的车辆，则本车道的绿灯亮时间取最短时间，所述最短时间须视冲突的车流向车道的人行道宽度，取为15秒-30秒，用于让行人通过。当绿灯亮时，测量放行通过车道流出口处的前后车辆的间隔时间如果超过设定值，例如5-12秒，即认为放行车辆已很少，如果此时绿灯亮时间已超过所述最短时间，则立即进入绿灯15秒倒计时，否则取最短时间。测量放行通过车道流出口处的每部车辆的遮挡时间和间隙时间，用于计算放行时间，即将候车路段等候放行的车辆数，及其每部车辆的遮挡时间和间隙时间相加，其间隙时间取相同值2-4秒，得到该流向车道车辆的放行时间，如果该流向车道绿灯亮时间即将结束时，仍有多于5-8辆车进入该车道候车路段，同时冲突的车流向车道没有车辆等候，则绿灯亮时间延迟10-30秒，绿灯时间越长,通过的车辆数越多，绿灯时间占有率反映了路口的车辆通行能力,即应满足一个车流向的车辆通行需求越大,分配给它的绿灯时间越长，由于本方案通行车辆数总和多于等候车辆数，因此大大缩短了车辆延误时间。

当对应某车流向的交通控制灯显示红灯时,该车流向的车辆被禁止通行,处于等待通行状态它要经历一个黄闪和全红时间,黄闪取2秒，黄闪时间是上一个冲突的车流向车辆清空时间,全红时间禁止车辆通过路口,红灯和绿灯亮时间结束前15秒为红灯和绿灯LED数码显示器倒计时显示，绿灯倒计时末3秒为绿闪，黄闪和绿闪时间是固定的。由于绿灯亮时间按车流量实时改变，红灯是冲突车流向的绿灯亮时间总和。

红外对射装置由红外发射机、红外接收机组成，但其红外光束需通过分别置于收、发端的光学透镜聚焦将红外光束聚焦成较细的平行光束，以使红外光的能量能够集中传送。红外二极管在单片机扫描控制信号控制下发射的红外光束扫描脉冲信号，该信号的每一周期由两个宽脉冲和两个窄脉冲组成，每一周期结尾发一个宽的低电平脉冲，当用宽脉冲表示数字“1”,窄脉冲表示数字“0”则容易用4种不同的排列组合，例如1010、0110、0101、1100等，识别4条车道上的红外对射装置中红外二极管发出的红外光束扫描脉冲信号,单片机采用中断或查询方式接收红外光束扫描脉冲信号，红外接收机中红外传感器接收时，通过单片机对其所发送的脉冲信号和其所接收的脉冲信号进行比较识别，提取该频率的可信脉冲信号，有效排除外界干扰。

红外对射装置工作时，当有车辆通过即产生遮断信号，红外传感器接收的红外扫描脉冲信号经滤波放大整形后送单片机处理，单片机对被遮断的红外扫描脉冲信号计时获得遮断时间，同时单片机也对红外传感器接收到的红外扫描脉冲信号计数、转换获得间隙时间，其中遮断时间表达某车辆通过时间，它与车速和车辆长度有关，还表示车辆停留时间，一次遮断时间表示一辆车通过，因此可实现对通过的车辆计数，间隙时间表示车流中前后车辆距离，还与暂时有无车辆通过有关。

平时单片机不断接收各车道流出口处红外对射装置中红外二极管发出的红外光束扫描脉冲信号，如果某车道在绿灯亮时间红外传感器持续15-30秒接收不到红外光束扫描脉冲信号，即发出报警信号，系统转为交通信号灯定时控制模式工作，待信号正常再恢复变时控制模式。太阳光中的红外波段比较宽，而且特定频率的红外波段能量小，对红外接收机的影响微乎其微，为了抗干扰，红外线的功率视十字路口气候条件尽量选择较大数值。虽然主动式红外对射装置大大地降低了天气的变化的影响，但是为了安全，单片机不断检查红外传感器接收的红外光束扫描脉冲信号，当发现15-40秒长时间不正常的红外光束干扰信号，影响红外对射装置正常工作，即它不是所述的红外光束扫描脉冲信号时，则转为交通信号灯定时控制模式工作，待信号正常再恢复变时控制模式。

十字路口包含东向西、西向东、南向北、北向南的车流向，每条车流向均包含1-2个直行车道和左拐及右拐车道，在上述车流向的各车道流出口安装一付红外对射装置。信号灯路口的停止线，表示车辆等候放行的停车位置,即在路面停止线向里0﹒5米-1米的车道中部处,埋设发射装置的红外二极管，其接收装置中的红外传感器安装于路侧的交通信号灯杆或专门立柱的横臂上，如果交通信号灯杆与车道流出口的停止线有一定距离，在计算候车数时，即将该距离折算成候车数，通常为1-3辆车。为了便于红外对射装置的调试，横臂安装于红外二极管的正上方，即横臂与红外二极管所形成的平面垂直于路面，横臂高度为3﹒5米-7米，横臂长度视路面宽度取3-6米，横臂上安装有与车道对应的均匀分布的3-4个红外传感器。

在路面的红外二极管安装位置钻直径为8-12CM深20CM的圆孔，圆孔内用树脂胶固定外径为8-12CM高20CM的钢管，钢管底部焊接底盖密封，钢管底部两侧留有排水管和电缆管的孔，排水管穿过钢管部分的下端，钻有数个小孔用于钢管内部通水，在钢管底部的排水管上面放置金属网，用于隔离沙石。钢管内部焊有支架，固定板固定在支架上，红外二极管套件固定在固定板上，支架上留有长条形的孔，用于穿过螺钉，使固定板固定位置可调。红外对射装置中红外二极管发出的光线须对准接收装置中的红外传感器，可借助红外定位仪等帮助对准，对准后用螺钉、垫片、防滑垫圈、硅胶防震垫片使固定板固定于支架上。在路面安装的钢管上端经螺钉固定一个盖板，盖板中心部位镶嵌一个圆形玻璃片，用于透过红外二极管发出的光线，圆形玻璃片平面略低于金属盖板平面以减少磨擦。

交通控制器由单片机、EEPRAM、RS485模块、LED显示器模块和电源模块组成，其中RS485模块用于各个十字路口交通控制器之间的通信，EEPRAM用于保存数据，LED显示器模块包含驱动电路和显示电路它与单片机的I/O口相接，受单片机控制。

(四)附图说明：

图1是十字路口车流向分布图；

图2是所述红外二极管埋设示意图。

(五)具体实施方式：

十字路口交通信号灯实时控制器的十字路口车流向分布图如图1所示,该十字路口车流向分布图，仅表示各种不同类型车流向分布及其车流控制的一种，其它类型车流向分布及其车流控制的十字路口交通信号灯实时控制器容易通过类比得到。图1中是东西向红灯亮时，南北向中A为直通与右拐的绿灯亮时间，B为左拐的绿灯亮时间。

所述红外二极管埋设示意图如图2所示。其结构包括：钢管(1)、盖板(2)、圆形玻璃片(3)、红外二极管套件(4)、固定板(5)、螺钉套件(6)、支架(7)、接线盒(8)、导线(9)、金属网(10)、电缆管(11)、排水管(12)、底盖(13)构成，其中螺钉套件(6)由螺钉、螺母、垫片、防滑垫圈、硅胶防震垫片组成。安装时，支架(7)平面中线应与安装红外传感器的横臂中线平行。在支架(7)上用于穿过螺钉套件(6)中螺钉的孔，是一种沿支架(7)平面中线方向的长条状孔，使固定板(5)固定位置可调，并通过螺钉、螺母、垫片、防滑垫圈、硅胶防震垫片使固定板(5)固定于支架(7)上。

交通控制器由单片机89C52、EEPRAM24C32、RS485模块、LED显示器模块和电源模块组成，其中RS485模块用于各个十字路口交通控制器之间的通信，它是通过单片机采用RS-485进行串行通信，RS485模块需要将TTL电平的串行接口通过MAX485芯片转换为RS-485串行接口。EEPRAM24C32用于保存数据，LED显示器模块包含驱动电路和显示电路它与单片机89C52的I/O口相接，受单片机控制。

Claims (2)

1.十字路口交通信号灯实时控制器,其特征是，它在离车道流出口50-100米路段设置成红灯候车路段，采用在十字路口各车道流出口处以及在候车路段的候车入口处各安装一付红外对射装置，当某车流向禁止通行即红灯亮期间，通过对进入该车道候车路段的车辆数和原有未放行车辆数，得出进入该车道候车路段的车辆总数，并在绿灯亮时间同时测量放行时通过车道流出口处的车辆数和进入该车道候车路段的车辆数至红灯亮获得未放行车辆数，候车路段的车辆数是该车道车辆放行时间的依据；

在十字路口各车道流出口处安装的红外对射装置，用于识别在车道流出口处是否有等待放行的车辆，并测量放行时通过车道流出口处的车辆数，同时测量放行通过车道流出口处的前后车辆的间隔时间，用于判断需要放行的车辆拥堵情况，如果在冲突的车流向车道的绿灯亮时间结束时，本车道流出口处没有等待放行的车辆，则本车道的绿灯亮时间取最短时间，所述最短时间须视冲突的车流向车道的人行道宽度，取15秒-30秒，用于让行人通过，当绿灯亮时，测量放行通过车道流出口处的前后车辆的间隔时间如果超过设定值，即认为放行车辆已很少，如果此时绿灯亮时间已超过所述最短时间，则立即进入绿灯15秒倒计时，否则取最短时间，如果该流向车道绿灯亮时间即将结束时，仍有多于5-8辆车进入该车道候车路段，同时冲突的车流向车道没有车辆等候，则绿灯亮时间延迟10-30秒，绿灯时间越长,通过的车辆数越多，绿灯时间占有率反映了路口的车辆通行能力,由于本方案通行车辆数总和多于等候车辆数，因此大大缩短了车辆延误时间；

红外二极管在单片机扫描控制信号控制下发射的红外光束扫描脉冲信号，该信号的每一周期由两个宽脉冲和两个窄脉冲组成，每一周期结尾发一个宽的低电平脉冲，当用宽脉冲表示数字“1”,窄脉冲表示数字“0”则容易用4种不同的排列组合，1010、0110、0101、1100，识别4条车道上的红外对射装置中红外二极管发出的红外光束扫描脉冲信号,单片机采用中断或查询方式接收红外光束扫描脉冲信号，红外接收机中红外传感器接收时，通过单片机对其所发送的脉冲信号和其所接收的脉冲信号进行比较识别，提取该频率的可信脉冲信号，有效排除外界干扰；

红外对射装置工作时，当有车辆通过即产生遮断信号，红外传感器接收的红外扫描脉冲信号经滤波放大整形后送单片机处理，单片机对被遮断的红外扫描脉冲信号计时获得遮断时间，同时单片机也对红外传感器接收到的红外扫描脉冲信号计数、转换获得间隙时间，其中遮断时间表达某车辆通过时间，一次遮断时间表示一辆车通过，因此可实现对通过的车辆计数，间隙时间表示车流中前后车辆距离；

平时单片机不断接收各车道流出口处红外对射装置中红外二极管发出的红外光束扫描脉冲信号，如果某车道在绿灯亮时间红外传感器持续15-30秒接收不到红外光束扫描脉冲信号，或当发现15-40秒长时间不正常的红外光束干扰信号，影响红外对射装置正常工作，即发出报警信号，系统转为交通信号灯定时控制模式工作，待信号正常再恢复变时控制模式；

信号灯路口的停止线，表示车辆等候放行的停车位置,即在路面停止线向里0﹒5米-1米的车道中部处,埋设发射装置的红外二极管，其接收装置中的红外传感器安装于路侧的交通信号灯杆或专门立柱的横臂上，如果交通信号灯杆与车道流出口的停止线有一定距离，在计算候车数时，即将该距离折算成候车数，通常为1-3辆车，为了便于红外对射装置的调试，横臂安装于红外二极管的正上方，即横臂与红外二极管所形成的平面垂直于路面，横臂高度为3﹒5米-7米，横臂长度视路面宽度取3-6米，横臂上安装有与车道对应的均匀分布的3-4个红外传感器；

在路面的红外二极管安装位置钻直径为8-12CM深20CM的圆孔，圆孔内用树脂胶固定外径为8-12CM高20CM的钢管，钢管底部焊接底盖密封，钢管底部两侧留有排水管和电缆管的孔，排水管穿过钢管部分的下端，钻有数个小孔用于钢管内部通水，在钢管底部的排水管上面放置金属网，用于隔离沙石，钢管内部焊有支架，固定板固定在支架上，红外二极管套件固定在固定板上，支架上留有长条形的孔，用于穿过螺钉，使固定板固定位置可调，红外对射装置中红外二极管发出的光线须对准接收装置中的红外传感器，对准后用螺钉、垫片、防滑垫圈、硅胶防震垫片使固定板固定于支架上，在路面安装的钢管上端经螺钉固定一个盖板，盖板中心部位镶嵌一个圆形玻璃片，用于透过红外二极管发出的光线，圆形玻璃片平面略低于金属盖板平面以减少磨擦。

2.根据权利要求1所述的十字路口交通信号灯实时控制器,其特征在于包括:

图2是所述红外二极管埋设图，由钢管(1)、盖板(2)、圆形玻璃片(3)、红外二极管套件(4)、固定板(5)、螺钉套件(6)、支架(7)、接线盒(8)、导线(9)、金属网(10)、电缆管(11)、排水管(12)、底盖(13)构成，其中螺钉套件(6)由螺钉、螺母、垫片、防滑垫圈、硅胶防震垫片组成，安装时，支架(7)平面中线应与安装红外传感器的横臂中线平行，在支架(7)上用于穿过螺钉套件(6)中螺钉的孔，是一种沿支架(7)平面中线方向的长条状孔，使固定板(5)固定位置可调，并通过螺钉、螺母、垫片、防滑垫圈、硅胶防震垫片使固定板(5)固定于支架(7)上。