CN109003460A - 红绿灯优化调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红绿灯优化调度方法与系统，相关方法包括：初始设置路口各方向车道红绿灯基本调度规则，使红绿灯按一定顺序和时间间隔依次显示绿灯与红灯；通过预先设置的信息采集设备来采集各方向车道的车辆状况，并采用模式对比的方式，确定各方向车道的有车或无车状态；根据各方向车道的有车或无车状态对基本调度规则进行动态优化，并输出控制信号来控制红绿灯做相应变化。通过采用上述方案可以大幅减少车辆等待时间、提高车辆通过效率，从而减少城市和国省道拥堵、减少车辆污染排放。

Description

红绿灯优化调度方法及系统

技术领域

本发明涉及城市交通管理技术领域，尤其涉及一种红绿灯优化调度方法及系统。

背景技术

近年来，随着汽车工业的飞速发展，机动车数量大幅增长，据公安部交通管理局近日发布的数据，截至2018年6月底，全国机动车保有量达3.19亿辆。其中2018年上半年新注册登记机动车达1636万辆。城市车辆拥挤状况越来越严重，很多城市堵车严重。

在城市拥堵中，交通调度不善是一个重要原因。由于各方向红绿灯设置时间的不科学，经常出现一个方向绿灯但无车通行、另一个方向车辆排长队的现象。在很多国道、省道，主通行方向每隔一定时间就会出现红灯，而横穿方向并无一辆车通过。这些问题，影响了车辆通过效率，加剧了城市的拥堵。

目前的红绿灯调度方法，主要有三种：(1)固定时间调度法，根据对路口各方向车辆数量的统计，设置一个固定时间；(2)分时段固定时间调度法，就是在第一种方法的基础上，针对每天不同时间段(如上下班高峰、白天、夜间)，分别设置固定的时间；(3)动态调整红绿灯调度法，根据不同季节或者过去若干天的交通状况，运用遗传算法、网络神经算法等，计算红绿灯时间，由人工或系统调整，在未来一段时间相对固定。上述方法关注的核心都是各方向红绿灯时间设定，虽然根据每天的不同时间段、过去若干时间的交通状况进行调整，但总体上还是静态的。由于各方向红绿灯设置时间不能实时反映当时的交通状况，经常出现一个方向绿灯但无车辆通行、另一个方向车辆排长队的现象。

鉴于此，有必要研究新的技术方案，以减少车辆等待时间、提高通过效率，从而减少城市和国省道拥堵、减少车辆污染排放。

发明内容

本发明的目的是提供一种红绿灯优化调度方法及系统，可以大幅减少车辆等待时间、提高车辆通过效率，从而减少城市和国省道拥堵、减少车辆污染排放。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种红绿灯优化调度方法，包括：

初始设置路口各方向车道红绿灯基本调度规则，使红绿灯按一定顺序和时间间隔依次显示绿灯与红灯；

通过预先设置的信息采集设备来采集各方向车道的车辆状况，并采用模式对比的方式，确定各方向车道的有车或无车状态；

根据各方向车道的有车或无车状态对基本调度规则进行动态优化，并输出控制信号来控制红绿灯做相应变化。

一种红绿灯优化调度系统，包括：信息采集设备、控制主机、红绿灯控制器、红绿灯及计算机；所述信息采集设备与控制主机通过信息传输线路实现数据通信；其中：

所述计算机，用于初始设置路口各方向车道红绿灯基本调度规则，使红绿灯按一定顺序和时间间隔依次显示绿灯与红灯；

所述信息采集设备，用于采集各方向车道的车辆状况；

控制主机，用于采用模式对比的方式，确定各方向车道的有车或无车状态，根据各方向车道的有车或无车状态对基本调度规则进行动态优化，并输出控制信号；

所述红绿灯控制器，用于根据控制信号来控制红绿灯做相应变化。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，采用实时交通信息采集、实时优化计算对路口红绿灯进行实时动态调度，可以大幅减少车辆等待时间、提高车辆通过效率，从而减少城市和国省道拥堵、减少车辆污染排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种红绿灯优化调度方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的应用场景示意图；

图3为本发明实施例提供的一种红绿灯优化调度系统的示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种红绿灯优化调度方法，如图1所示，其主要包括：

步骤1、初始设置路口各方向车道红绿灯基本调度规则，使红绿灯按一定顺序和时间间隔依次显示绿灯与红灯。

本领域技术人员可以理解，基本调度规则可以参照现有技术来实现。例如，可以参照背景技术中介绍的方式来结合路口实际情况来设定。

以图2所示的应用场景为例，图2中所示的十字路口包含四个方向的车道，记为A、B、C、D；每一车道可以划分为直行道(S)与左拐道(L)，按照常规设定方式，通常为当前对向车道中的直行道为绿灯，下红绿灯变换周期则变为当前对向车道中的左拐道为绿灯，之后依次为另一对向车道中的直行道、左拐道为绿灯；即参照图2的划分方式可以设置红绿灯顺序为AS+CS→AL+CL→BS+DS→BL+DL。

此外，基本调度规则包括白天与夜间的红绿灯基本调度规则；白天各车道采用水平方向直行与左转、以及垂直方向直行与垂直方向左转四种状态；夜间由于车辆少，则合并直行与左转变为两种状态，即水平方向直行与左转合并、垂直方向直行与垂直方向左转合并。通过这样的设置方式可以提高通行效率。

还参见图2，水平方向也即B、D两个方向，垂直方向也即A、C两个方向。白天时各方向的车道区分直行道与左拐道；在夜间，则将各方向的车道中的直行道与左拐道合并。

步骤2、通过预先设置的信息采集设备来采集各方向车道的车辆状况，并采用模式对比的方式，确定各方向车道的有车或无车状态。

本发明实施例中，信息采集设备可以为红外摄像头，安装在各个红绿灯支架上，并对车道，实时采集各方向排队车辆的状况。然后，根据采集到的图像可采用模式对比的方式，确定各方向车道的有车或无车状态，为优化调度提供实时、动态数据。

步骤3、根据各方向车道的有车或无车状态对基本调度规则进行动态优化，并输出控制信号来控制红绿灯做相应变化。

本发明实施例中，动态优化过程主要包括：

1)如果当前车道绿灯亮后，当前车道的信息为无车状态且持续n秒以上，则将当前车道提前转为红灯，下一个转为绿灯的车道提前转为绿灯；

2)如果当前车道绿灯时间即将结束，且下一个转为绿灯的车道处于无车状态时，则当前车道继续维持绿灯状态；

3)如果当前车道的下下个转为绿灯的车道处于无车状态，则当前车道继续维持绿灯状态；如果当前车道的下下个转为绿灯的车道处于有车状态，则按基本调度规则，当前车道到时间转为红灯，下下个转为绿灯的车道直接转为绿灯。

上述动态优化过程中所涉及的三个优化过程之间相互关联，以“2)～3)”为例，由于“2)”中已经提到“下一个转为绿灯的车道处于无车状态”，因此，当“下下个转为绿灯的车道处于有车状态”时，可以将“下下个转为绿灯的车道直接转为绿灯”。

还参见图2，假设当前车道(也即当前为绿灯的车道)为“AS或CS”，下个转为绿灯的车道则为“AL或CL”，下下转为绿灯的个车道则为“BS或DS”。

另一方面，还可以根据过去一段周期内的动态优化过程对基本调度规则进行调整，方式如下：

如果过去的m个周期当前车道的绿灯都被提前k秒结束，表明当前车道绿灯设置时间过长，则在后续减少其t秒绿灯时间；反之，如果过去的f个周期当前车道的绿灯正常结束时当前车道依然为有车状态，表明当前车道绿灯设置时间不足，则在后续增加其g秒绿灯时间；

其中，设定每个车道的绿灯时间上下限分别为Tmax秒与Tmin秒。

本发明实施例中，上述参数m、k、t、f、g、Tmax、Tmin等通常为整数，具体的数值可以由工作人员根据实际情况或者经验来设定；本发明并不对各参数的具体数值进行限定。

本发明实施例上述方案与现有技术相比，主要具有如下优点：

1)根据现场交通状况，实时、动态对红绿灯实现优化调度控制，避免一个方向是绿灯但无车、另一个方向有车不能通行的问题；根据过去一段时间各车道通行状况，自动调整各车道绿灯时间；自动调整白天和夜间的红绿灯基本调度规则。以此减少车辆等待时间，提高车辆通过效率。

2)适合大部分城市和国省道的红绿灯控制，可以减少城市拥堵、降低车辆的污染排放，减少城市空气污染，具有良好的社会效益。

3)新建与改造的投资不大。系统使用的大多是通用光电设备和元器件，改造过程的主要工作可以利用现有的红绿灯杆、红绿灯等基础设施，安装过程和现有红绿灯控制系统基本相同，可以低成本实现红绿灯优化控制。

本发明另一实施例还提供一种红绿灯优化调度系统，该系统用于实现前述红绿灯优化调度方法，如图3所示，其主要包括：信息采集设备1、控制主机3、红绿灯控制器4、红绿灯5及计算机6；所述信息采集设备1与控制主机3通过信息传输线路2实现数据通信；其中：

所述计算机6，用于初始设置路口各方向车道红绿灯基本调度规则，使红绿灯按一定顺序和时间间隔依次显示绿灯与红灯；

所述信息采集设备1，用于采集各方向车道的车辆状况；

控制主机3，用于采用模式对比的方式，确定各方向车道的有车或无车状态，根据各方向车道的有车或无车状态对基本调度规则进行动态优化，并输出控制信号；

所述红绿灯控制器4，用于根据控制信号来控制红绿灯5做相应变化。

本发明实施例中，所述根据各方向车道的有车或无车状态对基本调度规则进行动态优化包括：

如果当前车道绿灯亮后，当前车道的信息为无车状态且持续n秒以上，则将当前车道提前转为红灯，下一个转为绿灯的车道提前转为绿灯；

如果当前车道绿灯时间即将结束，且下一个转为绿灯的车道处于无车状态时，则当前车道继续维持绿灯状态；

如果当前车道的下下个转为绿灯的车道处于无车状态，则当前车道继续维持绿灯状态；如果当前车道的下下个转为绿灯的车道处于有车状态，则按基本调度规则，当前车道到时间转为红灯，下下个转为绿灯的车道直接转为绿灯。

本发明实施例中，所述控制主机，还用于根据过去一段周期内的动态优化过程对基本调度规则进行调整，方式如下：

如果过去的m个周期当前车道的绿灯都被提前k秒结束，表明当前车道绿灯设置时间过长，则在后续减少其t秒绿灯时间；反之，如果过去的f个周期当前车道的绿灯正常结束时当前车道依然为有车状态，表明当前车道绿灯设置时间不足，则在后续增加其g秒绿灯时间；

其中，设定每个车道的绿灯时间上下限分别为Tmax秒与Tmin秒。

本发明实施例中，基本调度规则包括白天与夜间的红绿灯基本调度规则；

白天各车道采用水平方向直行与左转、以及垂直方向直行与垂直方向左转四种状态；

夜间则合并直行与左转变为两种状态，即水平方向直行与左转合并、垂直方向直行与垂直方向左转合并。

本发明实施例上述方案在具体实现时，控制主机根据过去一段周期内的动态优化过程对基本调度规则进行调整后，可以将调整后的基本调度规则传输给计算机，由计算机控制整个系统使用调节后的基本调度规则来控制红绿灯。

需要说明的是，上述系统中包含的各个功能模块所实现的功能的具体实现方式在前面的实施例中已经有详细描述，故在这里不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种红绿灯优化调度方法，其特征在于，包括：

初始设置路口各方向车道红绿灯基本调度规则，使红绿灯按一定顺序和时间间隔依次显示绿灯与红灯；

通过预先设置的信息采集设备来采集各方向车道的车辆状况，并采用模式对比的方式，确定各方向车道的有车或无车状态；

根据各方向车道的有车或无车状态对基本调度规则进行动态优化，并输出控制信号来控制红绿灯做相应变化。

2.根据权利要求1所述的一种红绿灯优化调度方法，其特征在于，所述根据各方向车道的有车或无车状态对基本调度规则进行动态优化包括：

如果当前车道绿灯亮后，当前车道的信息为无车状态且持续n秒以上，则将当前车道提前转为红灯，下一个转为绿灯的车道提前转为绿灯；

如果当前车道绿灯时间即将结束，且下一个转为绿灯的车道处于无车状态时，则当前车道继续维持绿灯状态；

如果当前车道的下下个转为绿灯的车道处于无车状态，则当前车道继续维持绿灯状态；如果当前车道的下下个转为绿灯的车道处于有车状态，则按基本调度规则，当前车道到时间转为红灯，下下个转为绿灯的车道直接转为绿灯。

3.根据权利要求1所述的一种红绿灯优化调度方法，其特征在于，该方法还包括：根据过去一段周期内的动态优化过程对基本调度规则进行调整，方式如下：

如果过去的m个周期当前车道的绿灯都被提前k秒结束，表明当前车道绿灯设置时间过长，则在后续减少其t秒绿灯时间；反之，如果过去的f个周期当前车道的绿灯正常结束时当前车道依然为有车状态，表明当前车道绿灯设置时间不足，则在后续增加其g秒绿灯时间；

其中，设定每个车道的绿灯时间上下限分别为Tmax秒与Tmin秒。

4.根据权利要求1所述的一种红绿灯优化调度方法，其特征在于，基本调度规则包括白天与夜间的红绿灯基本调度规则；

白天各车道采用水平方向直行与左转、以及垂直方向直行与垂直方向左转四种状态；

夜间则合并直行与左转变为两种状态，即水平方向直行与左转合并、垂直方向直行与垂直方向左转合并。

5.一种红绿灯优化调度系统，其特征在于，包括：信息采集设备、控制主机、红绿灯控制器、红绿灯及计算机；所述信息采集设备与控制主机通过信息传输线路实现数据通信；其中：

所述计算机，用于初始设置路口各方向车道红绿灯基本调度规则，使红绿灯按一定顺序和时间间隔依次显示绿灯与红灯；

所述信息采集设备，用于采集各方向车道的车辆状况；

控制主机，用于采用模式对比的方式，确定各方向车道的有车或无车状态，根据各方向车道的有车或无车状态对基本调度规则进行动态优化，并输出控制信号；

所述红绿灯控制器，用于根据控制信号来控制红绿灯做相应变化。

6.根据权利要求5所述的一种红绿灯优化调度系统，其特征在于，所述根据各方向车道的有车或无车状态对基本调度规则进行动态优化包括：

如果当前车道绿灯亮后，当前车道的信息为无车状态且持续n秒以上，则将当前车道提前转为红灯，下一个转为绿灯的车道提前转为绿灯；

如果当前车道绿灯时间即将结束，且下一个转为绿灯的车道处于无车状态时，则当前车道继续维持绿灯状态；

如果当前车道的下下个转为绿灯的车道处于无车状态，则当前车道继续维持绿灯状态；如果当前车道的下下个转为绿灯的车道处于有车状态，则按基本调度规则，当前车道到时间转为红灯，下下个转为绿灯的车道直接转为绿灯。

7.根据权利要求5所述的一种红绿灯优化调度系统，其特征在于，所述控制主机，还用于根据过去一段周期内的动态优化过程对基本调度规则进行调整，方式如下：

如果过去的m个周期当前车道的绿灯都被提前k秒结束，表明当前车道绿灯设置时间过长，则在后续减少其t秒绿灯时间；反之，如果过去的f个周期当前车道的绿灯正常结束时当前车道依然为有车状态，表明当前车道绿灯设置时间不足，则在后续增加其g秒绿灯时间；

其中，设定每个车道的绿灯时间上下限分别为Tmax秒与Tmin秒。

8.根据权利要求5所述的一种红绿灯优化调度系统，其特征在于，基本调度规则包括白天与夜间的红绿灯基本调度规则；

白天各车道采用水平方向直行与左转、以及垂直方向直行与垂直方向左转四种状态；

夜间则合并直行与左转变为两种状态，即水平方向直行与左转合并、垂直方向直行与垂直方向左转合并。