CN105809987B - 一种基于多代理的风光互补式智能红绿灯系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多代理的风光互补式智能红绿灯系统，它包括红绿灯显示控制系统和红绿灯供电系统两部分。所述红绿灯显示控制系统包括多个红绿灯、中央控制系统和信号传输系统。将MAS技术（multi‑agent system，多代理系统）应用于城市红绿灯系统控制领域中。多代理技术符合城市红绿灯系统的实际特征，各个红绿灯可以看成是独立自主运行的代理，每个代理都有自己的意图和行为，并且相互作用和协调，从而实现对整个城市红绿灯系统准确、真实地模拟。同时解决单个智能代理的信息不完整性，并通过目标协同，解决交通网络中的资源、目标和结果冲突，最终实现控制的优化。

Description

一种基于多代理的风光互补式智能红绿灯系统

技术领域

本发明属于交通信号控制系统领域，涉及一种基于多代理的风光互补式智能红绿灯系统。

背景技术

随着社会的迅速发展，现代城市的规模不断扩大，交通需求量不断增加，所面临的问题日益严重，一个中等城市一般至少拥有数万辆车、近百个路口和百余个路段，它们分布在广阔的地域上，绝大多数时间里都有车辆行驶在道路上，任何时候都可能出现交通问题，道路交通堵塞、拥挤、事故频发等现象显得越来越突出。

现有的路口红绿灯通常是固定时长分配，即红绿灯交替时长不因实际车流量的改变而改变，并且相邻路口红绿灯彼此之间无法产生信息交互。这样的控制方法很容易造成路口路段车辆堆积，司机由于等候时间较长极易产生“路怒症”的暴躁情绪；另外，某些路口路段极少有车辆行驶，红绿灯却分配有固定时长，产生了道路资源的浪费；当某路口路段发生事故时，现有红绿灯无法智能的改变控制策略，固定时长分配不仅不能疏导交通，反而会加剧拥堵，必须依靠现场交通警察来人工采取临时管理，造成较大的人力成本。

为此，本发明将MAS技术（multi-agent system，多代理系统）应用于城市红绿灯系统控制领域中。多代理技术符合城市红绿灯系统的实际特征，各个红绿灯可以看成是独立自主运行的代理，每个代理都有自己的意图和行为，并且相互作用和协调，从而实现对整个城市红绿灯系统准确、真实地模拟。同时解决单个智能代理的信息不完整性，并通过目标协同，解决交通网络中的资源、目标和结果冲突，最终实现控制的优化。

发明内容

本发明涉及一种基于多代理的风光互补式智能红绿灯系统，此系统将MAS技术（multi-agent system，多代理系统）应用于城市红绿灯系统控制领域中。多代理技术符合城市红绿灯系统的实际特征，各个红绿灯可以看成是独立自主运行的代理，每个代理都有自己的意图和行为，并且相互作用和协调，从而实现对整个城市红绿灯系统准确、真实地模拟。同时解决单个智能代理的信息不完整性，并通过目标协同，解决交通网络中的资源、目标和结果冲突，最终实现控制的优化。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种基于多代理的风光互补式智能红绿灯系统，它包括红绿灯显示控制系统和红绿灯供电系统两部分。

所述红绿灯显示控制系统包括多个红绿灯、中央控制系统和信号传输系统。

所述单个红绿灯为单个代理，所述中央控制系统为计算机服务器是单个红绿灯代理的上层代理，所述单个代理和上层代理都配置有红绿灯信号处理装置、电路控制装置、红绿灯显示装置、摄像装置、红外检测模块、微处理器单元、信号传送和接收装置以及检测装置；所述红绿灯信号处理装置的输出端与电路控制装置的输入端相连，所述电路控制装置与红路灯显示装置相连控制信号灯的状态，所述信号接受装置与单个代理或上层代理的信号传送装置相连，所述摄像装置包括摄像头和红外检测模块。

所述红绿灯供电系统包括太阳能电池板、小型风机、蓄电池、电源管理单元；所述太阳能电池板固定安装在信号灯杆塔的顶部，小型风机固定安装在信号灯杆塔的侧面，蓄电池固定安装在信号灯杆塔的内部；所述太阳能电池板和小型风机都与蓄电池相连；所述蓄电池通过电源管理单元分别给红绿灯信号处理装置、电路控制装置、红绿灯显示装置、摄像装置、红外检测模块、微处理器单元、信号传送和接收装置供电。

所述信号接收装置和信号传送装置之间通过有线或无线连接。

所述多个红绿灯之间通过有线或无线信号收发单元进行信息实时交流、传输。

基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，它包括以下步骤：

1）每个路口的单个红绿灯构成的单个代理之间完成组网并进行初始化，根据多个不同道路路口红绿灯组成的单个代理分布，对区域中央控制系统进行布置，确保区域中央控制系统的无线或有线信号范围完全覆盖所有红绿灯单个代理，在进行初始化时，每个红绿灯单个代理都依据自身的物理信息通过无线或有线通信传输在区域中央控制系统注册并生成一个唯一的标识信息，区域中央控制系统对红绿灯单个代理进行参数设定并完成初始化；

2）红绿灯单个代理根据预先设定的启动时间，对红绿灯开启或关闭时间进行初步调整；

3）红绿灯单个代理的红外检测装置实时监测其路口放行的车流量，通过数模转换装置将模拟量转换为数字量，并将数据传输给微处理器；如果车流量低于设定阈值，则停留在本步骤，否则进入红绿灯单个代理的下一步骤；

4）红绿灯单个代理的微处理器将高于设定阀值的车流量信息，通过信号发送装置发送给相邻红绿灯单个代理；

5）下一个红绿灯单个代理接收此单个代理和其它路口的单个代理所传送的车流量信息，通过其微处理器的综合分析，依次通过信号处理装置、电路控制装置、红绿灯显示装置，实时改变自身的红绿灯显示时长；

6）检测装置对本红绿灯单个代理的状态信息进行检测，并进行记录保存；

7）如有故障，通过无线信号收发单元模块将故障信息传输给上层代理，此时故障红绿灯的单个代理功能取消，由上层代理直接代理控制，使故障红绿灯的单个代理控制方式由分布式控制转为上层集中式代理控制。

基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，其特征在于：所述红绿灯单个代理的工作方式分为普通自主控制状态和直接代理控制状态，红绿灯单个代理功能正常时采取自主控制方式，当其发生故障时，自动转为上层代理直接代理控制，在普通状态下，每个红绿灯的管理都是自主的，只依靠自身规则、所处的环境信息和其它相邻红绿灯单个代理传输的信息决定红绿灯亮灯时长。

基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，其特征在于：在车辆在行驶过程中，上一个红绿灯单个代理在判断车辆已经离开管理范围后，实时将信息传输分享下一个和周边的红绿灯单个代理，下一个或周边红绿灯单个代理在车辆到来之前做好准备并采取措施。

基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，其特征在于：红绿灯单个代理的摄像装置，可以对重要路段进行录像监控，对于超速车辆或违规行人，进行拍照留证。

基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯供电控制系统的实现方法，供电控制系统的供电策略采取三种供电方式，分别是太阳能光伏板光伏发电、小型风机风力发电和连接市用配电网供电，这三种供电方式的优先级按照光伏发电或风力发电、内置蓄电储能设备、连接市用配电网的排列方式；当光伏发电、风力发电等新能源发电设备或是内置蓄电储能设备对其供电不足以支持红绿灯运行，将采取连接市用配电网供电。

本发明有如下有益效果：

本发明所述的基于多代理的风光互补式智能红绿灯系统，利用红绿灯广泛的分布式地理优势，解决了现有红绿灯彼此无通信无数据传输的问题。不同于现有红绿灯的定时控制，本发明基于多代理技术对红绿灯采取分散协调的控制策略，使单个红绿灯为一个独立的个体。在正常无故障状态时，单个红绿灯不仅能够完成自身功能，而且还能够与其它的红绿灯单个代理进行分散通信、通过彼此协调控制解决复杂问题，形成一个多智能体系统。单个代理根据自身的资源、所处环境变化以及相邻单个代理传输的信息实时做出反应，并告知其它单个代理相关信息，实现分布式红绿灯的协调合作。在单个代理发生故障时，原有单个代理立即退出，系统可及时切换原有控制策略，由自主控制转为上层代理控制，或改为原有固定时长控制，实现高度智能化。相对于传统红绿灯，本发明能及时有效的疏导交通，降低人力成本，具有更高的智能性。另外该系统还具有风光互补的新能源供电方式，有效节省能源，同时通过蓄电池可以不间断供电，有效避免因市电停电而导致的红绿灯无法正常工作的情况。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明红绿灯供电系统整体结构示意图。

图2为本发明基于多代理技术的某区域红绿灯系统部署示意图。

图3为本发明红绿灯显示控制系统和红绿灯供电系统原理图。

图中：太阳能光伏板1、小型风机2、蓄电池3、红绿灯显示装置4、摄像装置5、信号传送和接收装置6。

图2中三角形为区域红绿灯中央控制系统，即上层代理，圆形为红绿灯单个代理的独立个体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

如图1-3所示，一种基于多代理的风光互补式智能红绿灯系统，它包括红绿灯显示控制系统和红绿灯供电系统两部分。通过红绿灯显示控制系统能够对红绿灯的状态进行控制，进而保证其能够根据所采集的实时数据进行分析，从而保证了每个红绿灯的控制时间不同，进而有效的解决拥堵道路有可能发生的拥堵问题，通过红绿灯供电系统能够为整个系统进行供电作业，保证正常的用电需求。

进一步的，所述红绿灯显示控制系统包括多个红绿灯、中央控制系统和信号传输系统。通过上述的红绿灯显示控制系统能够控制红绿灯的状态，进而达到控制交通的目的。

进一步的，所述单个红绿灯为单个代理，所述中央控制系统为计算机服务器是单个红绿灯代理的上层代理，所述单个代理和上层代理都配置有红绿灯信号处理装置、电路控制装置、红绿灯显示装置、摄像装置、红外检测模块、微处理器单元、信号传送和接收装置以及检测装置；所述红绿灯信号处理装置的输出端与电路控制装置的输入端相连，所述电路控制装置与红路灯显示装置相连控制信号灯的状态，所述信号接受装置与单个代理或上层代理的信号传送装置相连，所述摄像装置包括摄像头和红外检测模块。

进一步的，所述红绿灯供电系统包括太阳能电池板1、小型风机2、蓄电池3、电源管理单元；所述太阳能电池板1固定安装在信号灯杆塔的顶部，小型风机2固定安装在信号灯杆塔的侧面，蓄电池3固定安装在信号灯杆塔的内部；所述太阳能电池板1和小型风机2都与蓄电池3相连；所述蓄电池3通过电源管理单元分别给红绿灯信号处理装置、电路控制装置、红绿灯显示装置、摄像装置、红外检测模块、微处理器单元、信号传送和接收装置供电。

进一步的，所述信号接收装置和信号传送装置之间通过有线或无线连接。通过无线连接提高了信号传送效率，提高了系统的适应性。

进一步的，所述多个红绿灯之间通过有线或无线信号收发单元进行信息实时交流、传输。

基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，它包括以下步骤：

1、每个路口的单个红绿灯构成的单个代理之间完成组网并进行初始化，根据多个不同道路路口红绿灯组成的单个代理分布，对区域中央控制系统进行布置，确保区域中央控制系统的无线或有线信号范围完全覆盖所有红绿灯单个代理，在进行初始化时，每个红绿灯单个代理都依据自身的物理信息通过无线或有线通信传输在区域中央控制系统注册并生成一个唯一的标识信息，区域中央控制系统对红绿灯单个代理进行参数设定并完成初始化；

2、红绿灯单个代理根据预先设定的启动时间，对红绿灯开启或关闭时间进行初步调整；

3、红绿灯单个代理的红外检测装置实时监测其路口放行的车流量，通过数模转换装置将模拟量转换为数字量，并将数据传输给微处理器；如果车流量低于设定阈值，则停留在本步骤，否则进入红绿灯单个代理的下一步骤；

4、红绿灯单个代理的微处理器将高于设定阀值的车流量信息，通过信号发送装置发送给相邻红绿灯单个代理；

5、下一个红绿灯单个代理接收此单个代理和其它路口的单个代理所传送的车流量信息，通过其微处理器的综合分析，依次通过信号处理装置、电路控制装置、红绿灯显示装置，实时改变自身的红绿灯显示时长；

6、检测装置对本红绿灯单个代理的状态信息进行检测，并进行记录保存；

7、如有故障，通过无线信号收发单元模块将故障信息传输给上层代理，此时故障红绿灯的单个代理功能取消，由上层代理直接代理控制，使故障红绿灯的单个代理控制方式由分布式控制转为上层集中式代理控制。

基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，其特征在于：所述红绿灯单个代理的工作方式分为普通自主控制状态和直接代理控制状态，红绿灯单个代理功能正常时采取自主控制方式，当其发生故障时，自动转为上层代理直接代理控制，在普通状态下，每个红绿灯的管理都是自主的，只依靠自身规则、所处的环境信息和其它相邻红绿灯单个代理传输的信息决定红绿灯亮灯时长。

基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，在车辆在行驶过程中，上一个红绿灯单个代理在判断车辆已经离开管理范围后，实时将信息传输分享下一个和周边的红绿灯单个代理，下一个或周边红绿灯单个代理在车辆到来之前做好准备并采取措施。

基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，红绿灯单个代理的摄像装置，可以对重要路段进行录像监控，对于超速车辆或违规行人，进行拍照留证。

基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯供电控制系统的实现方法，供电控制系统的供电策略采取三种供电方式，分别是太阳能光伏板光伏发电、小型风机风力发电和连接市用配电网供电，这三种供电方式的优先级按照光伏发电或风力发电、内置蓄电储能设备、连接市用配电网的排列方式；当光伏发电、风力发电等新能源发电设备或是内置蓄电储能设备对其供电不足以支持红绿灯运行，将采取连接市用配电网供电。

通过上述的供电方式提高了电能的利用率，节省了能源，具有环保功能。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (6)

1.基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1）每个路口的单个红绿灯构成的单个代理之间完成组网并进行初始化，根据多个不同道路路口红绿灯组成的单个代理分布，对区域中央控制系统进行布置，确保区域中央控制系统的无线或有线信号范围完全覆盖所有红绿灯单个代理，在进行初始化时，每个红绿灯单个代理都依据自身的物理信息通过无线或有线通信传输在区域中央控制系统注册并生成一个唯一的标识信息，区域中央控制系统对红绿灯单个代理进行参数设定并完成初始化；

2）红绿灯单个代理根据预先设定的启动时间，对红绿灯开启或关闭时间进行初步调整；

3）红绿灯单个代理的红外检测装置实时监测其路口放行的车流量，通过数模转换装置将模拟量转换为数字量，并将数据传输给微处理器；如果车流量低于设定阈值，则停留在本步骤，否则进入红绿灯单个代理的下一步骤；

4）红绿灯单个代理的微处理器将高于设定阀值的车流量信息，通过信号发送装置发送给相邻红绿灯单个代理；

5）下一个红绿灯单个代理接收此单个代理和其它路口的单个代理所传送的车流量信息，通过其微处理器的综合分析，依次通过信号处理装置、电路控制装置、红绿灯显示装置，实时改变自身的红绿灯显示时长；

6）检测装置对本红绿灯单个代理的状态信息进行检测，并进行记录保存；

7）如有故障，通过无线信号收发单元模块将故障信息传输给上层代理，此时故障红绿灯的单个代理功能取消，由上层代理直接代理控制，使故障红绿灯的单个代理控制方式由分布式控制转为上层集中式代理控制；

所述基于多代理的风光互补式智能红绿灯系统，它包括红绿灯显示控制系统和红绿灯供电系统两部分；

所述红绿灯显示控制系统包括多个红绿灯、中央控制系统和信号传输系统；

所述单个红绿灯为单个代理，所述中央控制系统为计算机服务器是单个红绿灯代理的上层代理，所述单个代理和上层代理都配置有红绿灯信号处理装置、电路控制装置、红绿灯显示装置、摄像装置、红外检测模块、微处理器单元、信号传送和接收装置以及检测装置；所述红绿灯信号处理装置的输出端与电路控制装置的输入端相连，所述电路控制装置与红路灯显示装置相连控制信号灯的状态，所述信号接受装置与单个代理或上层代理的信号传送装置相连，所述摄像装置包括摄像头和红外检测模块；

所述红绿灯供电系统包括太阳能电池板（1）、小型风机（2）、蓄电池（3）、电源管理单元；所述太阳能电池板（1）固定安装在信号灯杆塔的顶部，小型风机（2）固定安装在信号灯杆塔的侧面，蓄电池（3）固定安装在信号灯杆塔的内部；所述太阳能电池板（1）和小型风机（2）都与蓄电池（3）相连；所述蓄电池（3）通过电源管理单元分别给红绿灯信号处理装置、电路控制装置、红绿灯显示装置、摄像装置、红外检测模块、微处理器单元、信号传送和接收装置供电。

2.根据权利要求1所述基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，其特征在于：所述红绿灯单个代理的工作方式分为普通自主控制状态和直接代理控制状态，红绿灯单个代理功能正常时采取自主控制方式，当其发生故障时，自动转为上层代理直接代理控制，在普通状态下，每个红绿灯的管理都是自主的，只依靠自身规则、所处的环境信息和其它相邻红绿灯单个代理传输的信息决定红绿灯亮灯时长。

3.根据权利要求1所述基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，其特征在于：在车辆在行驶过程中，上一个红绿灯单个代理在判断车辆已经离开管理范围后，实时将信息传输分享下一个和周边的红绿灯单个代理，下一个或周边红绿灯单个代理在车辆到来之前做好准备并采取措施。

4.根据权利要求1所述基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，其特征在于：红绿灯单个代理的摄像装置，可以对重要路段进行录像监控，对于超速车辆或违规行人，进行拍照留证。

5.根据权利要求1所述基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，其特征在于：所述信号接收装置和信号传送装置之间通过有线或无线连接。

6.根据权利要求1所述基于多代理技术的风光互补式智能红绿灯显示控制系统的实现方法，其特征在于：所述多个红绿灯之间通过有线或无线信号收发单元进行信息实时交流、传输。