CN109166325A - 一种交通信号灯智能控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种交通信号灯智能控制系统及其控制方法 Download PDF

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彭艺
王明方
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    • G08G1/00Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/07Controlling traffic signals
    • G08G1/08Controlling traffic signals according to detected number or speed of vehicles

Abstract

本发明涉及一种交通信号灯智能控制系统及其控制方法,属于智慧交通领域。本系统包括机动车终端系统、车辆监控系统、交通信号灯控制系统和交通信号灯监控系统,四者之间通过GPRS通信模块进行信息传输。本系统主要是通过对路口的车辆数量进行计数将某一时刻交叉路口的实时车辆数发送到交通信号灯监控中心,并根据不同时期的不同车辆数目来自动调整信号灯的变换周期,并实现信号灯的智能变换。在信号灯变换时车辆能够自动提醒以及出现闯红灯现象进行声光报警,以此来降低交叉路口的事故发生率。本系统能够使车辆通过的成功率高、道路利用率高、系统吞吐量大、平均周转时间短、响应时间快、保证截止时间、良好的容错性和扩展性。

Description

一种交通信号灯智能控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种交通信号灯智能控制系统及其控制方法,属于智慧交通应用领域。
背景技术
现今的交叉路口交通信号灯控制系统主要是以定时器中的倒计时方式为主进行自动变换信号灯,在车流量较少的乡村城镇路段,这种信号灯控制方式是相对合适的,但是针对在主要的城市道路上上下班的高峰期阶段,为缓解交通拥堵,通过人为的控制交通信号灯的变化是不能满足,更不能很大程度上解决日益增长的车辆所造成的交通拥堵,并且还会因为人为的因素造成车辆通行的不公平性,也会导致不必要的事故发生。
发明内容
本发明提供了一种交通信号灯智能控制系统及其控制方法,主要是利用RFID射频识别技术统计某一阶段的路口需要通过的车流量,并通过交通信号灯监控中心制定出合适的信号灯变换周期,以期降低路口的拥堵率,提高城市道路的通行率。
本发明采用的技术方案是:一种交通信号灯智能控制系统,包括机动车终端系统、车辆监控系统、交通信号灯控制系统和交通信号灯监控系统,四者之间通过GPRS通信模块进行信息传输。
所述机动车终端子系统包括装载在车辆上的有源RFID电子标签、车载控制模块、语音提示模块和声光报警模块;当机动车在路口等待信号灯时,所述车载控制模块根据信号灯剩余时间秒数通过语音提示模块对驾驶员进行实时语音提醒;当机动车不按信号灯指示行驶时,所述车载控制模块控制声光报警模块发出报警,提醒周围车辆以及行人注意及时避让;
所述车辆监控系统包括位于路口的RFID读写器和摄像头;所述RFID读写器用于对车辆上的有源RFID电子标签进行识别并统计出车辆数目将其上传到交通信号灯监控系统中,所述摄像头用于对车辆进行实时监控以判断是否出现闯红灯的情况并将违规车辆信息上传至交通信号灯监控系统中;
所述交通信号灯控制系统包括信号灯控制模块,所述信号灯控制模块用于接收交通信号灯监控系统发来的指令对信号灯进行相应的控制,同时与车载控制模块进行通信进而控制语音提示模块和声光报警模块;
所述交通信号灯监控系统包括控制模块、WEB服务器和数据库服务器;用于对车辆数目和车辆信息进行接收和存储并对其进行分析得出相应的信号灯变换周期,再将指令发送给交通信号灯控制系统。
利用上述控制系统对交通信号灯进行智能控制的方法为,交通信号灯监控系统依据车辆监控系统记录的车辆数目自动调整对应的交通信号灯的变换周期,具体步骤如下:
(1)统计一定时间片△T内通过交叉路口的车辆数目和机动车辆频率f,f=车辆总数目/△T,通过比较f和阈值的大小将车流量情况分为平峰期和高峰期;
(2)f≤阈值,两条方向上道路的车辆频率f均小于阈值,则车流量属于平峰期,采用时间片轮转调度算法,根据先来先服务算,设置每隔一定的时间片△T产生一次中断法,将所有的要通过交叉路口的车辆按方向排成若干个就绪队列;
Step1某个方向上的道路此时刚好处于通行的状态,当前时刻T0=0,车辆通过路口,则队列中的车辆数量N会自动减少;
Step2实时判断该路口的车辆数量N是否为空值,若N不为空值,接着判断信号灯变换周期Tc是否达到一个时间片△T;否则表示N为空值,则信号灯变换;
Step3在路口车辆数量N非空的情况下接着判断车辆通行的持续时间是否达到一个时间片△T,若Tc≥△T,则信号灯改变;否则信号灯在车辆数量N为空值的时候就进行改变。
(3)f>阈值,则车流量属于高峰期,高峰期分为两种情况,两条方向上道路的车辆频率f均大于阈值,此时求出当前阶段两条道路上的响应比值,并依据两者响应比值的大小来控制信号灯的变换;其中一条方向上的道路的车辆频率f大于阈值,比较两者的车辆频率f的大小来设置信号灯的变换周期。
将S-N方向上的道路设为道路1,E-W方向上的道路设为道路2,道路1的车辆频率为f1,道路2的车辆频率为f2
当f1>阈值且f2>阈值时,求出当前阶段每条道路上的响应比的值pri1和pri2,具体计算公式为:
其中s为等待时间,et为估计通过时间,jz为等待截止时间,ct为当前时间;
若pri1>pri2,则信号灯在道路1方向上的车辆通行完毕后信号灯变换,否则信号灯在道路2方向上的车辆通行完毕后信号灯变换;
当f1>阈值或f2>阈值,若f1>f2,则道路1方向上的信号灯变换周期设置为Tc=2△T,否则道路2方向上的信号灯变换周期设置为Tc=2△T。
本发明的工作原理是:本系统中的车辆均装载的有源RFID电子标签,在有源RFID电子标签进入RFID阅读器的识别范围时,便可与对应的RFID阅读器进行通信,并记录车辆信息以及数量,同时摄像头对其实时监控拍照留存违规证据,以此反复,RFID阅读器便可记录下某时间段内所通过的机动车总数,并将此数据传送到交通信号灯监控中心,监控中心便会根据车流量自动调整信号灯的变换周期,以达到智能控制的目的。同时,机动车终端子系统中的语音提示模块与交通信号灯控制子系统进行实时通信,能够对驾驶员实时语音提醒剩余时间秒数;机动车终端子系统中的声光报警模块与交通信号灯控制子系统进行实时通信,能够在车辆不按信号灯指示行驶时发出警报,提示路口行人及车辆进行避让,同时将违规车辆的信息发送到监控中心。
本发明具有如下有益效果:
1、在交通拥堵的城市道路交叉路口上,将固定周期变换的交通信号灯通过车流量的多少来自动控制其变换周期,能在一定程度上降低路口的拥堵率,同时提高了道路通行效率。
2、将道路上的通行时段分为平峰期和高峰期,利用不同的通行算法策略来应对相应时段的通行特点,更进一步的提高了道路的通行率。
3、利用车辆终端子系统中的语音提示模块和声光报警模块与交通信号灯控制子系统进行实时通信,能够较少路口事故发生率,一定程度上降低了交通拥堵率。
附图说明
图1为本发明的交通信号灯智能控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,对本发明作进一步说明。
实施例1:一种交通信号灯智能控制系统,包括机动车终端系统、车辆监控系统、交通信号灯控制系统和交通信号灯监控系统,四者之间通过GPRS通信模块进行信息传输。
所述机动车终端子系统包括装载在车辆上的有源RFID电子标签、车载控制模块、语音提示模块和声光报警模块;当机动车在路口等待信号灯时,所述车载控制模块根据信号灯剩余时间秒数通过语音提示模块对驾驶员进行实时语音提醒;当机动车不按信号灯指示行驶时,所述车载控制模块控制声光报警模块发出报警,提醒周围车辆以及行人注意及时避让;
所述车辆监控系统包括位于路口的RFID读写器和摄像头;所述RFID读写器用于对车辆上的有源RFID电子标签进行识别并统计出车辆数目将其上传到交通信号灯监控系统中,所述摄像头用于对车辆进行实时监控以判断是否出现闯红灯的情况并将违规车辆信息上传至交通信号灯监控系统中;RFID读写器可以设置在进入路口处。
所述交通信号灯控制系统包括信号灯控制模块,所述信号灯控制模块用于接收交通信号灯监控系统发来的指令对信号灯进行相应的控制,同时与车载控制模块进行通信进而控制语音提示模块和声光报警模块;
所述交通信号灯监控系统包括控制模块、WEB服务器和数据库服务器;用于对车辆数目和车辆信息进行接收和存储并对其进行分析得出相应的信号灯变换周期,再将指令发送给交通信号灯控制系统。
本系统中的车辆均装载的有源RFID电子标签,在有源RFID电子标签进入RFID阅读器的识别范围时,便可与对应的RFID阅读器进行通信,并记录车辆信息以及数量,同时摄像头对其实时监控拍照留存违规证据,以此反复,RFID阅读器便可记录下某时间段内所通过的机动车总数,并将此数据传送到交通信号灯监控中心,监控中心便会根据车流量自动调整信号灯的变换周期,以达到智能控制的目的。同时,机动车终端子系统中的语音提示模块与交通信号灯控制子系统进行实时通信,能够对驾驶员实时语音提醒剩余时间秒数;机动车终端子系统中的声光报警模块与交通信号灯控制子系统进行实时通信,能够在车辆不按信号灯指示行驶时发出警报,提示路口行人及车辆进行避让,同时将违规车辆的信息发送到监控中心。
实施例2:利用本发明的交通信号灯智能控制系统对交通信号灯进行智能控制的方法为,交通信号灯监控系统依据车辆监控系统记录的车流量情况车辆自动调整对应的交通信号灯的变换周期,如图1所示,具体步骤如下:
(1)统计通过交叉路口的车辆数目和机动车辆频率f,f=车辆总数目/△T,通过比较f和阈值的大小将车流量情况分为平峰期和高峰期;
(2)f≤阈值,两条方向上道路的车辆频率f均小于阈值,则车流量属于平峰期,采用时间片轮转调度算法,根据先来先服务算,设置每隔一定的时间片△T产生一次中断法,将所有的要通过交叉路口的车辆按方向排成若干个就绪队列;
Step1某个方向上的道路此时刚好处于通行的状态,当前时刻T0=0,车辆通过路口,则队列中的车辆数量N会自动减少;
Step2实时判断该路口的车辆数量N是否为空值,若N不为空值,接着判断信号灯变换周期Tc是否达到一个时间片△T;否则表示N为空值,则信号灯变换;
Step3在路口车辆数量N非空的情况下接着判断车辆通行的持续时间是否达到一个时间片△T,若Tc≥△T,则信号灯改变;否则信号灯在车辆数量N为空值的时候就进行改变。
(3)f>阈值,则车流量属于高峰期,高峰期分为两种情况,两条方向上道路的车辆频率f均大于阈值,此时求出当前阶段两条道路上的响应比值,并依据两者响应比值的大小来控制信号灯的变换;其中一条方向上的道路的车辆频率f大于阈值,比较两者的车辆频率f的大小来设置信号灯的变换周期。
将S-N方向上的道路设为道路1,E-W方向上的道路设为道路2,道路1的车辆频率为f1,道路2的车辆频率为f2
当f1>阈值且f2>阈值时,求出当前阶段每条道路上的响应比的值pri1和pri2,具体计算公式为:
其中s为等待时间,et为估计通过时间,jz为等待截止时间,ct为当前时间;
若pri1>pri2,则信号灯在道路1方向上的车辆通行完毕后信号灯变换,否则信号灯在道路2方向上的车辆通行完毕后信号灯变换;
当f1>阈值或f2>阈值,若f1>f2,则道路1方向上的信号灯变换周期设置为Tc=2△T,否则道路2方向上的信号灯变换周期设置为Tc=2△T。
实施例3:本实施例中S-N方向的道路即道路1上30s内通过的车辆数目为65,E-W方向的道路即道路2上30s内通过的车辆数目为50,则f1=2.17,f2=1.67,阈值为1.67,可得f1>阈值,f2=阈值,属于高峰期中的第二种情况,即需要将道路1方向上的信号灯变换周期设置为Tc=2△T=60s;而按照现有技术中是以一个固定时间片△T=30s进行信号灯变换,观察车辆通过情况,对两种情况进行观察,在5分钟内交通信号灯按固定时间片△T=30s进行变换时,平均车速为V1=50km/h,等待通过路口的平均停车次数设定为W1=10;而对道路1的信号灯变换周期进行调整后的平均车速上升为V2=60km/h,而平均停车次数减少到W2=8,即通过对路口的平均车速和平均停车次数进行比较,得出本控制系统较现存的信号灯系统能够使车辆通过的成功率高、道路利用率高、系统吞吐量大、平均周转时间短、响应时间快、保证截止时间、良好的容错性和扩展性。
与现有的交叉路口交通信号灯控制系统相比,本发明旨在于将不同时间段内的车流量作为制定最优通行策略的标准,即交通信号灯不同的变换周期,依据车流量来进行自动调整信号灯的变换周期,在一定程度上能够提高道路的通行率。
上面结合附图对本发明的具体实施例做了详细的说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种交通信号灯智能控制系统,其特征在于:包括机动车终端系统、车辆监控系统、交通信号灯控制系统和交通信号灯监控系统,四者之间通过GPRS通信模块进行信息传输;
所述机动车终端子系统包括装载在车辆上的有源RFID电子标签、车载控制模块、语音提示模块和声光报警模块;当机动车在路口等待信号灯时,所述车载控制模块根据信号灯剩余时间秒数通过语音提示模块对驾驶员进行实时语音提醒;当机动车不按信号灯指示行驶时,所述车载控制模块控制声光报警模块发出报警,提醒周围车辆以及行人注意及时避让;
所述车辆监控系统包括位于路口的RFID读写器和摄像头;所述RFID读写器用于对车辆上的有源RFID电子标签进行识别并统计出车辆数目将其上传到交通信号灯监控系统中,所述摄像头用于对车辆进行实时监控以判断是否出现闯红灯的情况并将违规车辆信息上传至交通信号灯监控系统中;
所述交通信号灯控制系统包括信号灯控制模块,所述信号灯控制模块用于接收交通信号灯监控系统发来的指令对信号灯进行相应的控制,同时与车载控制模块进行通信进而控制语音提示模块和声光报警模块;
所述交通信号灯监控系统包括控制模块、WEB服务器和数据库服务器;用于对车辆数目和车辆信息进行接收和存储并对其进行分析得出相应的信号灯变换周期,再将指令发送给交通信号灯控制系统。
2.一种利用如权利要求1所述的控制系统对交通信号灯进行智能控制的方法,其特征在于:所述交通信号灯监控系统依据车辆监控系统记录的车辆数目自动调整对应的交通信号灯的变换周期,具体步骤如下:
(1)统计一定时间片△T内通过交叉路口的车辆数目和机动车辆频率f,f=车辆总数目/△T,通过比较f和阈值的大小将车流量情况分为平峰期和高峰期;
(2)f≤阈值,两条方向上道路的车辆频率均小于阈值,则车流量属于平峰期,采用时间片轮转调度算法,根据先来先服务算,设置每隔一定的时间片△T产生一次中断法,将所有的要通过交叉路口的车辆按方向排成若干个就绪队列;
(3)f>阈值,则车流量属于高峰期,高峰期分为两种情况,两条方向上道路的车辆频率f均大于阈值,此时求出当前阶段两条道路上的响应比值,并依据两者响应比值的大小来控制信号灯的变换;其中一条方向上的道路的车辆频率f大于阈值,比较两者的车辆频率f的大小来设置信号灯的变换周期。
3.根据权利要求2所述的交通信号灯智能控制方法,其特征在于:所述平峰期时的信号灯改变具体如下:Step1某个方向上的道路此时刚好处于通行的状态,当前时刻T0=0,车辆通过路口,则队列中的车辆数量N会自动减少;
Step2实时判断该路口的车辆数量N是否为空值,若N不为空值,接着判断信号灯变换周期Tc是否达到一个时间片△T;否则表示N为空值,则信号灯变换;
Step3在路口车辆数量N非空的情况下接着判断车辆通行的持续时间是否达到一个时间片△T,若Tc≥△T,则信号灯改变;否则信号灯在车辆数量N为空值的时候就进行改变。
4.根据权利要求2所述的交通信号灯智能控制方法,其特征在于:所述高峰期时的信号灯改变具体如下:将S-N方向上的道路设为道路1,E-W方向上的道路设为道路2,道路1的车辆频率为f1,道路2的车辆频率为f2
当f1>阈值且f2>阈值时,求出当前阶段每条道路上的响应比的值pri1和pri2,具体计算公式为:
其中s为等待时间,et为估计通过时间,jz为等待截止时间,ct为当前时间;
若pri1>pri2,则信号灯在道路1方向上的车辆通行完毕后信号灯变换,否则信号灯在道路2方向上的车辆通行完毕后信号灯变换;
当f1>阈值或f2>阈值,若f1>f2,则道路1方向上的信号灯变换周期设置为Tc=2△T,否则道路2方向上的信号灯变换周期设置为Tc=2△T。
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