CN106971577B - 一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置 - Google Patents

一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：包括有移动式信号灯、旋转式多向车流检测装置，所述移动式信号灯包括有移动式信号灯支架、信号灯主控模块、LED信号显示灯；所述旋转式多向车流检测装置包括有承载支座、旋转控制模块，承载支座上安装有主旋转装置，主旋转装置上安装有两个微旋转装置，每个微旋转装置上分别安装有一个上下旋转装置，两个上下旋转装置上分别安装有一个窄波雷达检测装置；所述承载支座安装在移动式信号灯支架上。本发明利用窄波雷达传输来的信号通过配时优化算法来对信号灯进行实时的配时，有利于提高绿灯利用率。

Description

一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置
技术领域
本发明属于交通控制领域，涉及一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，根据当前车流量大小实时调整交通信号灯配时。
背景技术
道路的养护、改造、扩建、施工等是城市路网建设比较常见的现象。然而，正是由于这些现象导致既有的交叉口信号控制设施无法使用，而传统的可移动式交通信号灯无法采集实时交通流量信息，只能采用定时控制，无法根据变化的车流量而实时调整配时方案，造成交叉口通行效率下降，行车延误增加。此外，传统临时交通信号灯是独立运行，不能将相关数据及时传送到总控制台，不能进行系统的整体调控。限于传统的临时交通信号灯控制系统不能满足动态交通管理的需要，所以，提出一种可移动式交通信号灯自适应控制装置显得尤为必要。
发明内容
为了克服上述现有技术缺陷，本发明提供一种根据当前车流量大小实时调整配时的可移动交通信号灯装置。本发明将窄波雷达检测装置与智能交通信号灯控制装置集成于一体，使得该控制系统结构更加简单。
本发明采取以下技术方案来实现：
一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：包括有移动式信号灯、旋转式多向车流检测装置，所述移动式信号灯包括有移动式信号灯支架、信号灯主控模块、LED信号显示灯；所述旋转式多向车流检测装置包括有承载支座、旋转控制模块，承载支座上安装有主旋转装置，主旋转装置上安装有两个微旋转装置，两个微旋转装置上分别安装有一个上下旋转装置，两个窄波雷达检测装置通过雷达固定装置分别安装于两个上下旋转装置上；所述承载支座安装在移动式信号灯支架上；所述窄波雷达检测装置的信号输出端连接信号处理模块的信号输入端，信号处理模块的信号输出端连接信号控制模块的信号输入端，信号控制模块的信号输出端连接旋转控制模块的信号输入端，旋转控制模块的信号输出端与主旋转装置、微旋转装置、上下旋转装置控制连接，旋转控制模块根据窄波雷达检测装置的反馈信息对上下旋转装置进行控制，确定窄波雷达检测装置的俯仰检测角度；旋转控制模块根据窄波雷达检测装置的反馈信息对主旋转装置、微旋转装置进行控制，实现窄波雷达检测装置的水平检测角度的实时调整与校正；所述信号控制模块的信号输出端还与信号灯主控模块的信号输入端连接，信号灯主控模块的信号输出端与LED信号显示灯控制连接。
所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述主旋转装置、微旋转装置、上下旋转装置分别包括有外部罩壳，外部罩壳中设有旋转轴、轴承，旋转轴的一端安装在轴承中，旋转轴上固定套装有旋转齿轮，旋转齿轮与电动机的输出轴啮合联接，主旋转装置的外部罩壳通过螺栓固定在承载支座上，两个微旋转装置的外部罩壳通过螺栓固定在主旋转装置上，上下旋转装置的外部罩壳通过螺栓固定在微旋转装置上。
所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述窄波雷达检测装置通过雷达固定装置固定在上下旋转装置上。
所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述窄波雷达检测装置采用窄波雷达车流量检测仪，两个窄波雷达车流量检测仪按照尾部相对的排列方式分别置于两个微旋转装置上方，通过上下旋转装置使窄波雷达指向交叉口进口处，通过主、微旋转装置的旋转使窄波雷达指向检测方向，这时两个窄波雷达车流量检测仪能够同时检测两个方向的车流量信息。
所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述旋转控制模块及其外围电路位于单片机中，旋转控制模块将旋转角度信号传输给主旋转装置、微旋转装置、上下旋转装置的电动机控制器，相应的电动机工作使各旋转装置按接收到的角度信号旋转。
所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述主旋转装置用于水平方向大角度的调节，改变窄波雷达检测装置的检测方向，旋转角度在0-180度范围，微旋转装置置于主旋转装置之上，在主旋转装置上自主旋转，旋转角度在0-90度范围，用于对窄波雷达检测仪位置的微调及角度校正。
所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述承载支座的底部设有快速安装旋钮，使其能够快速安装于移动式信号灯支架上以及方便设备的拆卸。
所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述上下旋转装置的旋转方式为：在初始位置进行俯仰角度的扫射，当窄波雷达检测装置检测到的位置为路口车辆入口处时，将该角度确定为该路口窄波雷达检测装置的俯仰角度；主旋转装置、微旋转装置的旋转方式为：在旋转控制模块中提前设定控制参数，控制参数包括：旋转方向、旋转角度、旋转速度以及旋转的停始时间和时间间隔，再根据窄波雷达检测装置采集到的信息对上述控制参数进行实时调整与校正。
所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：还包括电源模块；所述电源模块包括主电源和太阳能充电装置电源模块与LED信号显示灯及各模块相连，为其供电。
所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述信号控制模块还与云服务器相连，所述云服务器与远程控制模块相连，将数据存储于远端服务器（整个装置自身包含信息存储模块，有传输需要时可向云服务器终端传输所存储的数据信息），在整个装置单独运行的基础上，又能便于后期对此数据的研究分析。
若主旋转装置因旋转不到位而出现角度误差，微旋转装置则会根据实际情况进行旋转以调整检测角度。再调整过程中，确定雷达波频率最高或者强度变化最大的那个方位，认为这个方位正对来车方向，或者说认为这个更准确方位可以更好的指向当前车道。若目前检测仪正朝向不是正对对向来车方位，把由信号处理模块计算出的修正角度信号反馈给信号控制模块，指导旋转控制模块对微旋转装置进行角度微调，使检测仪正朝向此方位，并将此方位作为下个相位的旋转角位，此后每个相位都可以重复此过程；当连续几个相位的微调整角度均小于设定的误差值（根据交叉口的类型而定）时，认为角度已经基本确定而不需要再进行调整步骤。
上下旋转装置采用的手动旋转方式根据每个路口的俯仰角度大小进行定角度旋转，其他旋转参数根据信号周期而定，一般手动设定检测仪在初始相位的角位。主旋转装置、微旋转装置采用电动旋转方式，根据现有的电动全方位旋转技术，通过对窄波雷达不同角度检测面的检测结果进行对比，经过处理器对数据的分析，进而得出修正角度，指挥左右及上下两部分微旋转装置进行角度的修正，修正次数根据交叉口实际复杂程度而定，调整次数一般在3-5次可达到误差范围内的检测角度。
初始水平角度位置的确定可以分为预设和不预设两种方式。预设方式是人工设定角度位置，开始检测后就根据人工设定的位置进行角度的变换；而不预设方式是通过检测仪在开始工作后自行确定交叉口各个进口的角度位置，具体的说，就是检测仪先处于扫射模式，两个检测仪分别在一定角度范围内进行扫射，当检测到某个角度车辆信号强度或频率有明显变化时，就将其位置角度进行存储，直到找到所有的进口位置。
本装置通过在不同信号灯色时段进行检测，可以检测一些简单信号交叉口不同转向车道车流量，具体检测方法是由交叉口类型确定。比如四相位信号灯组控制的双向四车道交叉口，当相位状态为南北向左转绿灯、直右红灯，东西向红灯时，检测仪指向南北，这时检测仪检测的是南北向的左转车流量；当南北向左转红灯、直右绿灯，东西向红灯时，检测仪检测的是南北向的直右车流量；同理，当东西向左转绿灯、直右红灯，南北向红灯，检测仪指向东西方向，检测的是东西向的左转车流量；当东西向左转红灯、直右绿灯，南北向红灯，检测的是东西向的直右车流量。即使在某些东西向和南北向同时有车辆通过，或者某一进口有两种转向车辆进入的相位模式中，也可以通过此方法检测不同转向的车流量。如果某一相位的a时段里，东西南北四向同时有车流通过，这时双向检测设备不能同时检测四向车流，可以采用相邻相位互补代替的方式，即第一个相位周期内，检测设备检测a时段内的东西方向车流量，而在相邻的后一个相位周期，检测设备检测相同a时段内的南北方向车流量，存储相关数据，两个相位的数据进行相加，作为下一个相同相位四个方向的车流量，指导信号灯配时。但由于采用两个相邻相位的数据，检测的结果精度会有所降低。
当雷达发射一定固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到移动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度和相对距离，通过持续的检测可以计算出该绿灯时间内总的交通车流量，作为下一相位配时的数据基础并保存数据。
同时，信号控制模块根据窄波雷达检测装置检测到的一定时段内的车流量信息，对当前信号灯的红绿灯单次周期进行判断，从而可通过控制信号灯主控装置而对信号灯的周期进行自适应的调整。
本发明的有益效果为：
（1）本发明可通过旋转控制模块控制窄波雷达检测装置的旋转，来实现多向检测，减少了成本，提高了效率。
（2）本发明采用窄波雷达检测装置检测车流量，精度高，误差小。当前采用最为基本的双相位信号配时系统，利用窄波雷达传输来的信号通过配时优化算法来对信号灯进行实时的配时，有利于提高绿灯利用率。
（3）整个装置系统可自成一体，同时也与云服务器相连，云服务器与远程控制模块相连，这样能够在远程实时监控信号灯的工作状态。
（4）本发明用于临时的道路信号灯控制，具有可移动性，灵活性好。
附图说明
图1是本发明的旋转式多向车流检测装置的安装结构示意图。
图2是图1的拆解图。
图3是本发明的控制连接图。
图4是本发明的主旋转装置的结构示意图。
图5是窄波雷达检测装置上下调节图解。
图6是窄波雷达检测装置微调旋转图解。
图7为本发明的整体结构示意图。
图8是本发明工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
如图1-7所示，一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，包括有移动式信号灯、旋转式多向车流检测装置，移动式信号灯包括有移动式信号灯支架16、信号灯主控模块17、LED信号显示灯18；包括有承载支座5、旋转控制模块6，承载支座5上安装有主旋转装置4，主旋转装置4上安装有两个微旋转装置3，两个微旋转装置3上分别安装有一个上下旋转装置1，两个窄波雷达检测装置2通过雷达固定装置9分别安装于两个上下旋转装置1上；窄波雷达检测装置2的信号输出端连接信号处理模块7的信号输入端，信号处理模块7的信号输出端连接信号控制模块8的信号输入端，信号控制模块8的信号输出端连接旋转控制模块6的信号输入端，旋转控制模块6的信号输出端与主旋转装置4、微旋转装置3、上下旋转装置1控制连接，旋转控制模块6根据窄波雷达检测装置2的反馈信息对上下旋转装置1进行控制，确定窄波雷达检测装置2的俯仰检测角度；旋转控制模块6根据窄波雷达检测装置2的反馈信息对主旋转装置4、微旋转装置3进行控制，实现窄波雷达检测装置2的水平检测角度的实时调整与校正；信号控制模块8的信号输出端还与信号灯主控模块17的信号输入端连接，信号灯主控模块17的信号输出端与LED信号显示灯18控制连接。
主旋转装置4、微旋转装置3、上下旋转装置1分别包括有外部罩壳10，外部罩壳10中设有旋转轴11、轴承12，旋转轴11的一端安装在轴承12中，旋转轴11上固定套装有旋转齿轮13，旋转齿轮13与电动机14的输出轴啮合联接，主旋转装置4的外部罩壳10通过螺栓15固定在承载支座5上，两个微旋转装置3的外部罩壳通过螺栓固定在主旋转装置4上，上下旋转装置1的外部罩壳通过螺栓固定在微旋转装置3上。
窄波雷达检测装置2通过雷达固定装置9固定在上下旋转装置1上。
窄波雷达检测装置2采用窄波雷达车流量检测仪，两个窄波雷达车流量检测仪按照尾部相对的排列分别置于两个微旋转装置3上面，根据上下旋转装置1控制检测交叉路口车辆入口处，根据主、微旋转装置4、3的旋转控制检测方向及车道，两个窄波雷达车流量检测仪能够同时检测两个方向的车流量信息。
旋转控制模块6及其外围电路位于单片机中，信号处理模块将旋转角度信号传输给旋转控制模块，旋转控制模块直接控制主旋转装置4、微旋转装置3、上下旋转装置1的电动机，相应的电动机运行使旋转装置按接收到的角度信号旋转。
主旋转装置4用于水平方向大角度的调节，改变窄波雷达检测装置的检测方向，旋转角度在0-180度范围，微旋转装置3置于主旋转装置4之上，在主旋转装置4上自主旋转，旋转角度在0-90度范围，旋转精度更高，用于对窄波雷达检测仪位置的微调及角度校正，以达到更好的检测效果。
上下旋转装置1的旋转方式为：在初始位置进行俯仰角度的扫射，将窄波雷达检测装置到的位置为路口车辆入口处时，将该角度确定为该路口窄波雷达检测装置的俯仰角度；主旋转装置4、微旋转装置3的旋转方式为：在旋转控制模块中提前设定控制参数，控制参数包括：旋转方向、旋转角度、旋转速度以及旋转的停始时间和时间间隔，再根据窄波雷达检测装置采集到的信息对上述控制参数进行实时调整与校正。
如图7所示， 承载支座5的底部设有快速安装旋钮，使其能够快速安装于移动式信号灯支架16上以及方便设备的拆卸。承载支座5的下部通过一个伸缩杆22连接到移动式信号灯支架16的顶部。
还包括电源模块21；所述电源模块包括太阳能充电装置23、主电源，电源模块与LED信号显示灯及各模块相连，为其供电。
信号控制模块8还与云服务器19相连，所述云服务器19与远程控制模块20相连，将数据存储于远端服务器（有自身的数据存储模块，同时可传输至云服务器），在整个装置单独运行的基础上，又能便于后期对此数据的研究分析。
如图8所示，整个装置具体的工作流程如下：
一个相位开始之前，人工预先设定相位的最大绿灯时间Tmax和最小绿灯时间Tmin，并将Tmin设为初始绿灯时间。此后，检测装置开始工作，在绿灯时间内检测进口总车流量Q。初始采用简单两相位进行配时，并给定左转车辆百分比初始值K，由此分别得出左转车辆q左和直右行车辆q直右，由给定延误模型计算出延误t1；分别采用多相位（三相位和四相位）进行延误计算，并算出延误t2和t3，判断t1、t2和t3的大小，最终采取最小值所对应的相位方式。根据检测的车流量，由算法计算得出下一周期该相位的绿灯时间T n ，判断T n 与Tmax的大小，若T n 大于Tmax，则取T n 值等于Tmax；若小于Tmax且大于T min ，则T n 值不变；若小于Tmin，则T n 值等于Tmin。最后判断相位时间是否结束，结束则进入下一相位，否则等待相位时间结束。
信号控制模块控制LED显示灯并负责将实时信息传递给云服务器，并由云服务器将路面信息传递给远程控制系统。
窄波雷达检测装置的工作原理为：
窄波雷达检测装置发射出瓣角非常小的毫米波，再接收返回的毫米波信号，利用脉冲多普勒雷达原理，由雷达发射一个固定频率的脉冲波对检测区域进行扫描，遇到移动车辆后，根据发射波的频率域回波频率产生的频率差，即多普勒频率，由此精确计算出移动车辆的速度。在窄波雷达检测装置持续测量下，可以探测并计算出车辆的车速、车长以及车道占有率等其他数据。窄波雷达检测装置将测量的各种数据传输给单片机系统，然后进行信号灯配时优化，具体信号配时优化流程如下：交叉口最初预设为简单两相位信号控制模式，根据交叉口交通状况给定一比例参数K(K表示左转车辆占该进口方向检测总车流量的百分比，然后根据交叉口延误模型对两相位和多相位控制下的交通状态进行分析比较，选用延误最小的相位控制模式，最后在确定相位数量的基础下，由所得检测数据根据模糊算法理论实时配时，这种方案充分实现了在车流量到达不确定性特点下的实时配时优化。
其中旋转控制装置分为主旋转控制装置和微旋转控制装置；主旋转控制装置是控制窄波雷达发射装置大幅度角度调整，如改变窄波雷达检测方向，微旋转控制装置是在现有方向上通过信息处理模块对窄波雷达不同角度检测到的结果进行比较，判断是否有角度误差，如果出现误差，则信息处理模块传输角度调整信号至旋转控制装置，指导微旋转装置进行相应的角度调整，以达到更好的检测效果，调节次数根据交叉口复杂情况而定，一般调整次数在3-5次后可达到误差范围内的检测角度，之后旋转装置固定，微调完成（可根据具体交叉口类型人工设定允许误差角度，如3~5度，即窄波雷达发射装置微调至此误差角度内即可认为是最佳检测角度）。
电源模块，包括整流电路，所述整流电路的输入端与电网输出端相连，整流电路的输出端与滤波电路相连，经滤波后的信号传送至稳压电压形成稳定的直流电压，再变换直流稳压电路形成交通信号灯所需的电压信号。
在装置正常使用的情况下，主电源模块为LED显示灯提供电能；太阳能充电模块与主电源模块相连，在装置工作过程中，晴天时由太阳能电池板为主电源供电，阴天下雨状况下仅由主电源供电，若电量用完，可采用外部充电方式充电。

Claims (10)

1.一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：包括有移动式信号灯、旋转式多向车流检测装置，所述移动式信号灯包括有移动式信号灯支架、信号灯主控模块、LED信号显示灯；所述旋转式多向车流检测装置包括有承载支座、旋转控制模块，承载支座上安装有主旋转装置，主旋转装置上安装有两个微旋转装置，两个微旋转装置上分别安装有一个上下旋转装置，两个窄波雷达检测装置通过雷达固定装置分别安装于两个上下旋转装置上；所述承载支座安装在移动式信号灯支架上；所述窄波雷达检测装置的信号输出端连接信号处理模块的信号输入端，信号处理模块的信号输出端连接信号控制模块的信号输入端，信号控制模块的信号输出端连接旋转控制模块的信号输入端，旋转控制模块的信号输出端与主旋转装置、微旋转装置、上下旋转装置控制连接，旋转控制模块根据窄波雷达检测装置的反馈信息对上下旋转装置进行控制，确定窄波雷达检测装置的俯仰检测角度；旋转控制模块根据窄波雷达检测装置的反馈信息，经由信号处理模块对检测信息进行处理，从而控制主旋转装置、微旋转装置的旋转，实现窄波雷达检测装置的水平检测角度的实时调整与校正；所述信号控制模块的信号输出端还与信号灯主控模块的信号输入端连接，信号灯主控模块的信号输出端与LED信号显示灯控制连接。
2.根据权利要求1所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述主旋转装置、微旋转装置、上下旋转装置分别包括有外部罩壳，外部罩壳中设有旋转轴、轴承，旋转轴的一端安装在轴承中，旋转轴上固定套装有旋转齿轮，旋转齿轮与电动机的输出轴啮合联接，主旋转装置的外部罩壳通过螺栓固定在承载支座上，两个微旋转装置的外部罩壳通过螺栓固定在主旋转装置上，上下旋转装置的外部罩壳通过螺栓固定在微旋转装置上。
3.根据权利要求2所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述窄波雷达检测装置通过雷达固定装置固定在上下旋转装置上。
4.根据权利要求3所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述窄波雷达检测装置采用窄波雷达车流量检测仪，两个窄波雷达车流量检测仪按照尾部相对的排列分别置于两个微旋转装置上面，通过上下旋转装置使窄波雷达指向交叉口进口处，通过主、微旋转装置的旋转使窄波雷达指向检测方向，这时两个窄波雷达车流量检测仪能够同时检测两个方向的车流量信息。
5.根据权利要求2所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述旋转控制模块及其外围电路位于单片机中，信号处理模块将旋转角度信号传输给信号控制模块，指导旋转控制模块对相应的电动机工作进行控制，从而使各旋转装置按接收到的角度信号旋转。
6.根据权利要求2所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述主旋转装置用于水平方向大角度的调节，改变窄波雷达检测装置的检测方向，旋转角度在0-180度范围，微旋转装置置于主旋转装置之上，在主旋转装置上自主旋转，旋转角度在0-90度范围，用于对窄波雷达检测仪位置的微调及角度校正。
7.根据权利要求1所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述承载支座的底部设有快速安装旋钮，使其能够快速安装于移动式信号灯支架上以及方便设备的拆卸。
8.根据权利要求5所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述上下旋转装置的旋转方式为：在初始位置进行俯仰角度的扫射，当窄波雷达检测装置朝向的位置为路口车辆入口处时，将该角度确定为该路口窄波雷达检测装置的俯仰角度；主旋转装置、微旋转装置的旋转方式为：在旋转控制模块中提前设定控制参数，控制参数包括：旋转方向、旋转角度、旋转速度以及旋转的停始时间和时间间隔，再根据窄波雷达检测装置采集到的信息对上述控制参数进行实时调整与校正。
9.根据权利要求1所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：还包括电源模块；所述电源模块包括主电源和太阳能充电装置，电源模块与LED信号显示灯及各模块相连，为其供电。
10.根据权利要求1所述的一种移动式可自适应控制的交通信号灯装置，其特征在于：所述信号控制模块还可以与云服务器相连，所述云服务器与远程控制模块相连。
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