CN106384520B - 一种自动调节红绿灯时长的交通信号灯系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调节红绿灯时长的交通信号灯系统及其方法，涉及智能交通领域。本系统是：交通流量信息单元（50）和GPS导航数据服务单元（60）分别与网络通信单元（40）连通；网络通信单元（40）、交管中心控制单元（30）、信号灯控制单元（10）和交通信号灯（70）依次连通；GPS单元（20）和信号灯控制单元（10）连通。本发明采用GPS导航用户数据，根据路口空间地理位置信息，自动提取路口交通流量信息，计算出路口各个方向的车辆的排队长度，实现各路口联动、协调设定红灯停止和绿灯通行的时间，从而合理分配路口道路资源，提高路口通行效率，有效解决路口拥堵问题，节省维持交通秩序的人力成本。

Description

一种自动调节红绿灯时长的交通信号灯系统及其方法

技术领域

本发明涉及智能交通领域，尤其涉及一种自动调节红绿灯时长的交通信号灯系统及其方法。

背景技术

要想解决城市交通拥挤状况问题，不能单单通过完善路网来缓解交通拥挤；目前急需做的是进一步挖掘路网的潜力并改善交通现状，特别是改善交通信号的控制。可见，研制一种高效的智能交通控制系统是很有必要的。因此，城市交通的智能控制目前已成为国内外交通工程界研究的热点之一。交叉口是城市道路网的咽喉要道，是人流和车辆汇集的地方，最容易发生交通阻塞现象，因此交叉口信号的智能控制显得更为迫切。最大程度提高交叉口的通行能力，为经济的发展和人民生活提供一个安全、畅通、高效、低公害和低能耗的交通环境已成为必要。

目前的交通信号灯，各个时段的亮灯时间都是固定的，遇到高峰时段，路口拥挤，亮灯时间会显得比较短；非高峰时段，路口空荡，亮灯时间会显得比较长。根据路口的拥挤程度调整亮灯时间，能够有效改善这种状况；现在较普遍的解决办法一般为人工控制。也有一些发明提到了自动控制的交通信号灯，但由于只是基于路口交通流量信息的控制，在日益拥堵的城市交通中，显得过于简单，难以合理分配道路通行资源来有效解决拥堵问题。

发明内容

针对现有信号灯控制系统存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于路口交通流量和车辆排队情况的可自动调节红绿灯时长的交通信号灯系统及其方法，提高信号灯路口通行效率，有效解决路口拥堵问题，节省维持交通秩序的人力成本。

本发明的目的是这样实现的：

一、自动调节红绿灯时长的交通信号灯系统

本系统包括工作对象——交通信号灯；

设置有信号灯控制单元、GPS单元、交管中心控制单元、网络通信单元、交通流量信息单元和GPS导航数据服务单元；

其连接关系是：

交通流量信息单元和GPS导航数据服务单元分别与网络通信单元连通；网络通信单元、交管中心控制单元、信号灯控制单元和交通信号灯依次连通；

GPS单元和信号灯控制单元连通。

部署方式是：

GPS单元和信号灯控制单元部署在交通信号灯所在路口处；每个路口的一套交通信号灯配备一个GPS单元和一个信号灯控制单元；交通流量信息单元、GPS导航数据服务单元、交管中心控制单元均部署在远端的交管控制中心；交管控制中心内的单元和信号灯路口处的单元通过网络通信单元相通。

二、自动调节红绿灯时长的方法

本方法包括步骤：

①系统上电启动；

②信号灯控制单元获取交通信号灯路口的位置信息；

③经过GPS单元将空间位置信息上报给信号灯控制单元，信号灯控制单元保存位置信息；

④信号灯控制单元根据位置信息，向交管中心控制单元发送获取路口的交通流量信息和车辆排队长度的指令；

⑤依次经过交管中心控制单元从GPS导航数据服务单元获得用户导航信息，并下发到所有路口的信号灯控制单元和交管中心控制单元从交通流量处理单元获得路口的交通流量信息，并下发到相关路口信号灯控制单元后，进入信号灯控制单元根据所控各方向的当前交通流量信息和当前车辆拥堵排队长度信息计算出各方向的拥堵系数以及拥堵系数在所控路口所有方向的拥堵系数总和中所占的权重；

⑥信号灯控制单元根据权重分配红绿灯时长，指挥交通信号灯；

⑦判断红绿灯时长分配是否已使用了N个信号周期（N可人工设置），是则跳转到步骤④，否则跳转到步骤⑥。

本发明主要解决了当前交通信号灯过于依赖人工控制，导致维持交通秩序的人力成本高，以及采用自动控制的交通信号灯，需要铺设地感线圈、或基于视频的交通流量采集系统，此类设备需要破坏路面和复杂的工程施工，实现和维护成本较大。

本发明的有益效果是：

采用GPS导航用户数据，根据路口空间地理位置信息，自动提取路口交通流量信息，计算出路口各个方向的车辆的排队长度，实现各路口联动、协调设定红灯停止和绿灯通行的时间，从而合理分配路口道路资源，提高路口通行效率，有效解决路口拥堵问题，节省维持交通秩序的人力成本。

附图说明

图1为本系统的结构方框图；

图中：

10—信号灯控制单元；

20—GPS单元；

30—交管中心控制单元；

40—网络通信单元；

50—交通流量信息单元；

60—GPS导航数据服务单元；

70—交通信号灯。

图2为本方法的运行流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明。

一、系统

1、总体

如图1，本系统包括工作对象——交通信号灯70；

设置有信号灯控制单元10、GPS单元20、交管中心控制单元30、网络通信单元40、交通流量信息单元50和GPS导航数据服务单元60；

其连接关系是：

交通流量信息单元50和GPS导航数据服务单元60分别与网络通信单元40连通；网络通信单元40、交管中心控制单元30、信号灯控制单元10和交通信号灯70依次连通；

GPS单元20和信号灯控制单元10连通。

其工作机理是：

GPS单元20自动获得交通路口的空间地理信息；交通流量信息单元50实时获取路口的交通流量信息并通过网络通信单元40上报交管中心控制单元30；GPS导航数据服务单元60通过网络通信单元40向交管中心控制单元30提供所有交通信号灯70路口的导航用户信息；交管中心控制单元30通过获取的GPS导航数据信息和交通流量信息，计算出路口各个方向的排队情况及交通流量信息，计算每个通行方向红绿灯显示时间，再通过信号灯控制单元10实现对交通信号灯70的红绿灯时长进行自动控制，合理指挥路口车辆的通行。

2、功能单元

1）信号灯控制单元10

信号灯控制单元10为其所在的道路交通路口所有信号灯控制的中央处理器。

该单元通过向交管中心控制单元30获取所管辖路口的交通流量信息、车辆GPS位置信息、各导向车道排队信息、行人排队信息等信号灯控制相关信息；计算路口局部的时间最优方案，即当前各个方向车辆、行人最短时间通过路口；结合交管中心控制单元30对所有道路的控制方案，实现调节路口各个方向信号灯的红灯、绿灯显示时间；信号灯显示方案，根据路口各个方向车流量、人流量信息动态进行调整，达到当前所有道路交通参与者通过路口所花费时间最优。

2）GPS单元20

GPS单元20为路口设备的空间地理位置信息定位模块，可实时采集地理位置信息，并通过信号灯控制单元10上传给交管中心控制单元30。

该单元在系统应用中，实现路口设备的地理位置的初始化，可有效避免人工采集出现误差，造成系统运行达不到既定的效果；信号灯控制单元10通过GPS单元20的位置信息，实时向交管中心控制单元30请求道路参与者、各个方向的排队等信息。

3）交管中心控制单元30

交管中心控制单元30为所有道路交通路口设备信息、道路参与者GPS信息的统一处理、控制的核心单元，可实现所有道路交通路口所有设备的远程控制及其状态管理。

该单元可实现自动、手动控制各路口信号灯控制单元和信号灯的显示时间，实现对所有路口信号灯控制器进行统一调度，实现道路交通网通行时间最优、道路利用率最优、道路参与者通行速度最优的全局最优方案，控制各个路口信号灯状态显示。

该单元包括：网络通信模块、GPS信息处理模块、路口设备控制模块、路口设备状态显示模块、路口信号灯调度算法模块和可视化指挥调度模块。

4）网络通信单元40

网络通信单元40为系统各单元之间通信控制的媒介，包括GPS导航数据服务单元60与交管中心控制单元30、信号灯控制单元10与交管中心控制单元30、交通流量信息单元50与交管中心控制单元30等网络通信服务。

5）交通流量信息单元50

交通流量信息单元50为道路交通参与者：行人、车辆和非机动车在各道路中的行驶状态统计、分析单元，实现各道路、各路口、各行驶方向、人行横道的车流量、人流量、车辆行驶速度、车头间距、道路占有率等信息的采集；交通流量信息采集可以为：地感线圈矩阵检测、雷达检测、视频检测、GPS信息检测等检测方式；通过向交管中心控制单元30提供各个方向的车流量、人流量等信息，实现交通路口的红绿灯动态控制。

6）GPS导航数据服务单元60

GPS导航数据服务单元60为道路交通参与者的空间地理信息采集、处理单元。信息来源可以为：车辆GPS导航信息、行人智能手机GPS信息、道路路口设备GPS信息；GPS导航数据服务单元60将所有空间地理位置信息，以路口为单位，车辆、行人为运动目标，根据方向进行队列统计，然后提供给交管中心控制单元30。

7）交通信号灯70

交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成；红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示；红绿灯是国际统一的交通信号灯。

其控制方法有三种，可以分为定时控制、感应控制、自适应控制。

定时控制：交叉口交通信号控制机均按事先设定的配时方案运行，一天只用一个配时方案的称为单段式定时控制；一天按不同时段的交通量采用几个配时方案的称为多段式定时控制。

感应控制：感应控制是在交叉口进口道上设置车辆检测器，交通信号灯配时方案由计算机或智能化信号控制机计算，可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。

自适应控制：把交通系统作为一个不确定系统，能够连续测量其状态，如车流量、停车次数、延误时间、排队长度等，逐渐了解和掌握对象，把他们与希望的动态特性进行比较，并利用差值以改变系统的可调参数或产生一个控制，从而保证不论环境如何变化，均可使控制效果达到最优或次优控制的一种控制方式。

二、方法

如图2所示，本方法运行流程如下：

①系统上电启动-101；

②信号灯控制单元获取交通信号灯路口的位置信息-102；

③通过GPS单元将空间位置信息上报给信号灯控制单元-201，信号灯控制单元保存位置信息-103；

④信号灯控制单元根据位置信息，向交管中心控制单元发送获取路口的交通流量信息和车辆排队长度的指令-104；

⑤依次经过交管中心控制单元从GPS导航数据服务单元获得用户导航信息，并下发到所有路口的信号灯控制单元-301和交管中心控制单元从交通流量处理单元获得路口的交通流量信息，并下发到相关路口信号灯控制单元-302后，进入信号灯控制单元根据所控各方向的当前交通流量信息和当前车辆拥堵排队长度信息计算出各方向的拥堵系数以及拥堵系数在所控路口所有方向的拥堵系数总和中所占的权重-105；

⑥信号灯控制单元根据权重分配红绿灯时长，指挥交通信号灯-106；

⑦判断红绿灯时长分配是否已使用了N个信号周期（N可人工设置）-107，是则跳转到步骤④，否则跳转到步骤⑥。

Claims (1)

1.一种基于交通信号灯系统的自动调节红绿灯时长的方法，

所述的交通信号灯系统包括交通信号灯(70)；

设置有信号灯控制单元(10)、GPS单元(20)、交管中心控制单元(30)、网络通信单元(40)、交通流量信息单元(50)和GPS导航数据服务单元(60)；

其连通关系是：

交通流量信息单元(50)和GPS导航数据服务单元(60)分别与网络通信单元(40)连通；网络通信单元(40)、交管中心控制单元(30)、信号灯控制单元(10)和交通信号灯(70)依次连通；

GPS单元(20)和信号灯控制单元(10)连通；

其特征在于包括下列步骤：

①系统上电启动(101)；

②信号灯控制单元获取交通信号灯路口的位置信息(102)；

③经过GPS单元将空间位置信息上报给信号灯控制单元(201)，信号灯控制单元保存位置信息(103)；

④信号灯控制单元根据位置信息，向交管中心控制单元发送获取路口的交通流量信息和车辆排队长度的指令(104)；

⑤依次经过交管中心控制单元从GPS导航数据服务单元获得用户导航信息，并下发到所有路口的信号灯控制单元(301)和交管中心控制单元从交通流量信息单元获得路口的交通流量信息，并下发到相关路口信号灯控制单元(302)后，进入信号灯控制单元根据所控各方向的当前交通流量信息和当前车辆拥堵排队长度信息计算出各方向的拥堵系数以及拥堵系数在所控路口所有方向的拥堵系数总和中所占的权重(105)；

⑥信号灯控制单元根据权重分配红绿灯时长，指挥交通信号灯(106)；

⑦判断红绿灯时长分配是否已使用了N个信号周期，N为人工设置(107)，是则跳转到步骤④，否则跳转到步骤⑥。