CN109360431A

CN109360431A - 一种基于车速监控的自适应交通信号灯控制算法及系统

Info

Publication number: CN109360431A
Application number: CN201811359507.0A
Authority: CN
Inventors: 陈仪香; 李金洋; 许巾; 许巾一
Original assignee: East China Normal University
Current assignee: East China Normal University
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2019-02-19

Abstract

本发明公开了一种基于车速监控的自适应交通信号灯控制算法及系统，本发明中的信号灯控制算法以车速信息作为判断依据，动态调整交通信号灯的状态和显示时长，从而提高路口的车流量。以该算法为核心的路口交通信号灯控制系统能够根据实时车流状况，及时调整不同方向的通行时间，从而减少交通拥堵的发生，并且能够在一旦发生拥堵的情况下尽快缓解拥堵情况、疏通路口车辆。相比于原有的固定时长的交通灯控制方法，本发明能够有效缓解路口通行压力、提高路口通行能力，为城市交通带来便利。

Description

一种基于车速监控的自适应交通信号灯控制算法及系统

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，具体地说是一种根据车速自适应调整交通信号灯时长的控制算法及基于该算法实现的交通信号灯控制系统。

背景技术

交通与人们的生产、生活息息相关，可以说人们对交通的依赖十分强烈。交通体系一直在发展，但是在大部分国家和城市，道路交通建设的速度远远赶不上机动车数量增长的速度，这两者速度的不平衡导致了交通拥堵、交通事故频发、环境污染等问题的出现。其中最严重的就是交通拥堵问题。很长一段时间以来，国内外许多研究人员都致力于解决这一问题，随着智能交通系统的发展，有许多交通控制系统被提出。

目前，大部分交通信号灯采用的控制算法的制定流程是：对路口车辆流量信息进行采样方法统计调查，然后运用统计学原理计算两个方向交通信号灯的延迟时间并按此预先设定好，信号灯是属于静态自动调整。但是，在实际中，路口交通的车流量和车速往往是动态的，不同时段路口的路况信息存在很大差异，因此固定时长的交通信号灯控制策略并不能满足实际路口的需要。所以需要寻求一种智能的交通控制系统，它能够根据道路车流量和车速变化实时自动地调节交通信号灯时间的长短，最大限度地减少路口的车辆滞留数目，有效缓解交通拥堵状况，实现交通控制系统的最优控制，这就是自适应交通信号灯控制系统。当前世界上比较完善的自适应控制系统例如英国的SCOOT系统和澳大利亚的SCATS系统。这两个系统都是区域控制，此外还有针对单个交叉路口的自适应交通灯控制系统，例如基于光－电开关计数器计算车流量的自适应交通信号灯控制系统，基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统，还有协调模糊拥堵控制系统等。但这些系统多是根据车辆数目信息来进行控制，一定程度上不能完全反映路口状况。

发明內容

本发明的目的是提供一种基于车速监控的自适应交通信号灯控制算法及系统，以车速信息作为判断依据设计了自适应交通信号灯控制算法，并以该算法为核心实现了一套路口实时交通控制系统，从而实现智能交通。本发明能够动态调整交通信号灯显示状态和时长，以减少交通拥堵的发生，并且能够在一旦发生拥堵的情况下尽快缓解拥堵情况、疏通路口车辆。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于车速监控的自适应交通信号灯控制算法，该算法以采集到的车速信息作为判断依据，动态调整交通信号灯的状态和显示时长，具体包括如下步骤：

当前东西方向为绿灯：

若（V+_EW>V_max&&V^_EW>V_max）&&（V^_NS<V_min）判断绿灯剩余时间是否小于等于5秒，若是，则绿灯时间延长10秒

若（V+_EW>V_min&&V^_EW>V_min）&&！Empty（EW_In）&& Empty（NS_In）判断绿灯剩余时间是否小于等于5秒，若是，则绿灯时间延长10秒

若（V+_EW>V_min）&&（V^_NS>V_min）判断绿灯剩余时间是否大于5秒，若是，则绿灯变为黄灯，黄灯亮5秒后变红灯

若（V^_EW<V_min）&&（V^_NS>V_min）判断绿灯剩余时间是否大于5秒，若是，则绿灯变为黄灯，黄灯亮5秒后变红灯；

当前东西方向为红灯：

若（V^_EW<V_min）&&（V+_NS>V_max）&&（V^_NS>V_max）判断红灯剩余时间是否小于等于5秒，若是，则红灯时间延长10秒

若 Empty（EW_In）&&（V+NS>V_min）&&（V^_NS>V_min）&&！Empty（NS_In）判断红灯剩余时间是否小于等于5秒，若是，则红灯时间延长10秒

若（V^_EW>V_min）&&（V^_NS<V_min）判断红灯剩余时间是否大于5秒，若是，则红灯变为黄灯，黄灯亮5秒后变绿灯

若（V^_EW>V_min）&&（V+_NS<V_min）判断红灯剩余时间是否大于5秒，若是，则红灯变为黄灯，黄灯亮5秒后变绿灯；

其中：

V+_EW为由西向东的汽车在路口的车速；V^_EW为由西向东的汽车驶出路口的车速；V+_NS为由南向北的汽车在路口的车速；V^_NS为由南向北的汽车驶出路口的车速；Empty（EW_In）表示东西方向无车驶入；Empty（NS_In）表示南北方向无车驶入；V_max 、V_min分别为最大、最小车速。

一种基于上述算法的自适应交通信号灯控制系统，该系统包括车速采集模块、控制模块和信号灯模块，所述车速采集模块与控制模块连接，负责采集路面车速信息，并将车速信息发送给控制模块；所述控制模块为TLS (Traffic Light System) 控制器，分别与车速采集模块和信号灯模块连接，负责根据接收到的车速信息数据动态调整信号灯时长并发出指令对信号灯进行控制，所述信号灯模块则实现显示；其中，所述控制模块内设置有自适应交通信号灯控制算法。

所述车速采集模块通过OBD车载设备或道路视频方式采集车辆速度。

本发明的有益效果是：

与现有的其他自适应交通信号灯控制算法及系统不同，本发明不以车辆数目为判断条件，而是选取了车速作为依据判断路口状况调节信号灯显示。相比于原有的固定时长的交通灯控制系统，本发明可以有效缓解路口通行压力、提高路口通行能力，为城市交通带来便利。

附图说明

图1为本发明算法的示意图；

图2为本发明系统结构框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步具体说明。

实施例

本发明中的信号灯控制算法以车速信息作为判断依据，动态调整交通信号灯的状态和显示时长，从而提高路口的车流量。以该算法为核心的路口交通信号灯控制系统包括车速采集模块、控制模块和信号灯模块。车速采集模块负责采集路面车速信息；控制模块即TLS(Traffic Light System)控制器部分，是核心模块，与车速采集模块和信号灯模块相连接，负责数据处理和发出指令对信号灯进行控制；信号灯模块则受控制模块控制，负责交通信号显示。车速采集模块会不断将采集到的车速信息发送给TLS控制器，TLS控制器根据这些车速信息对信号灯进行控制，信号灯做出相应变化，如切换信号灯或延长信号灯。

如图1所示，本自适应交通信号灯控制算法是本发明的核心。该算法仅考虑东西方向红绿灯的情况，南北方向红绿灯即对其取反，即东西方向为红灯时，南北方向为绿灯，黄灯时两个方向都为黄灯；相反地，东西方向为绿灯时，南北方向为红灯。同时为了避免控制出现矛盾，只考虑由西向东和由南向北方向的车辆。

算法中各个符号表示的含义为：

V+_EW：由西向东的汽车在路口的车速；

V^_EW：由西向东的汽车驶出路口的车速；

V+_NS：由南向北的汽车在路口的车速；

V^_NS：由南向北的汽车驶出路口的车速；

V_max为最大车速；

V_min为最小车速；

Empty（EW_In）：表示东西方向无车驶入；

Empty（NS_In）：表示南北方向无车驶；。

该算法在接收到车速信息后根据如下方法调整信号灯时长：

当前东西方向为绿灯：

情况1: 若（V+_EW>V_max&&V^_EW>V_max）&&（V^_NS<V_min）判断绿灯剩余时间是否小于等于5秒，若是，则绿灯时间延长10秒

情况2: 若（V+_EW>V_min&&V^_EW>V_min）&&！Empty（EW_In）&& Empty（NS_In）判断绿灯剩余时间是否小于等于5秒，若是，则绿灯时间延长10秒

情况3: 若（V+_EW>V_min）&&（V^_NS>V_min）判断绿灯剩余时间是否大于5秒，若是，则绿灯变为黄灯，黄灯亮5秒后变红灯

情况4: 若（V^_EW<V_min）&&（V^_NS>V_min）判断绿灯剩余时间是否大于5秒，若是，则绿灯变为黄灯，黄灯亮5秒后变红灯

当前东西方向为红灯：

情况5: 若（V^_EW<V_min）&&（V+_NS>V_max）&&（V^_NS>V_max）判断红灯剩余时间是否小于等于5秒，若是，则红灯时间延长10秒

情况6: 若 Empty（EW_In）&&（V+_NS>V_min）&&（V^_NS>V_min）&&！Empty（NS_In）判断红灯剩余时间是否小于等于5秒，若是，则红灯时间延长10秒

情况7: 若（V^_EW>V_min）&&（V^_NS<V_min）判断红灯剩余时间是否大于5秒，若是，则红灯变为黄灯，黄灯亮5秒后变绿灯

情况8: 若（V^_EW>V_min）&&（V+_NS<V_min）判断红灯剩余时间是否大于5秒，若是，则红灯变为黄灯，黄灯亮5秒后变绿灯

如图2所示，本发明的控制系统包括3个模块，分别为车速采集模块1、控制模块2和信号灯模块3。本发明适用的场景为十字交叉路口。为了减小系统复杂性、便于实现，暂不考虑车辆左转或右转的情况，即假设每个方向通过路口的汽车都是直行。本发明根据东西和南北两个方向的路口车速和下一路段车速对信号灯时长进行调整。

1）车速采集模块

本发明中车速采集模块1用于采集车速信息。在本实例中，车速采集模块的车速信息来源为路口通信车辆视频。该模块中包括视频处理和通信模块。在道路上安装摄像头实时采集视频信息，通过视频处理技术分析拍摄到的视频，以得出各个方向在当前路口以及下个路段的车速信息。采集到实时车速后，车速采集模块将车速信息传给控制模块。

2）控制模块

控制模块即TLS(Traffic Light System)控制器部分，负责数据处理和发出指令对信号灯进行控制，其使用的算法即本发明中所述的自适应交通信号灯控制算法。该控制模块分别控制东西和南北方向的两个信号灯，信号灯有红灯和绿灯两种状态。该控制模块的路口控制效果可以并不限于：在没有特殊情况发生时，红灯和绿灯时长都为60秒。并根据道路经验设置两个临界速度：Vmax为40千米每小时和Vmin为20千米每小时，当车速采集模块采集到的车速超过Vmax时表示道路畅通，车速小于Vmin时表示道路发生拥堵。在如上所述的条件下：TLS控制器会根据实时采集到车速和信号灯当前状态控制信号灯时长，具体控制效果可以并不限于如下情况：

a)当前信号灯为绿灯

当本方向路口或下一路段发生拥堵时，将绿灯转为红灯；当以下两种情况之一发生时，延长绿灯时间：

i)当前方向畅通，且正交方向发生拥堵。

ii) 当前方向没有发生拥堵且有车辆准备通过路口，且正交方向没有车辆通行。

b)当前信号灯为红灯

当正交方向也为红灯且当前方向不拥堵时，缩短红灯时间；当以下两种情况之一发生时，延长红灯时间：

i) 当前方向发生拥堵，且正交方向道路畅通。

ii) 当前方向没有车辆通行，且正交方向没有发生拥堵且有车辆准备通过路口。

此外，TLS控制器在执行所述延长或缩短信号灯时长动作前，先要检查当前信号灯剩余时间和已保持时间。如果信号灯剩余时间超过10秒则不进行延长，如果信号灯剩余时间少于10秒则不进行缩短，如果信号灯保持时间不足30秒则不进行红绿转换。目的是避免信号灯转换过于频繁或造成资源浪费。

3）信号灯模块

信号灯模块包括设置于东西和南北两个方向的信号灯，每个信号灯有红灯和绿灯两种状态。信号灯模块与以上所述TLS控制模块相连接，受其控制进行相应显示。

综上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应属于本发明的技术范畴。

Claims

1.一种基于车速监控的自适应交通信号灯控制算法，其特征在于：以采集到的车速信息作为判断依据，动态调整交通信号灯的状态和显示时长，具体包括如下步骤：

当前东西方向为绿灯：

当前东西方向为红灯：

其中：

2.一种基于权利要求1所述算法的自适应交通信号灯控制系统，其特征在于，该系统包括车速采集模块（1）、控制模块（2）和信号灯模块（3），所述车速采集模块（1）与控制模块（2）连接，负责采集路面车速信息，并将车速信息发送给控制模块（2）；所述控制模块（2）为TLS控制器，分别与车速采集模块（1）和信号灯模块（3）连接，负责根据接收到的车速信息数据动态调整信号灯时长并发出指令对信号灯进行控制，所述信号灯模块（3）则实现显示；其中，所述控制模块（2）内设置有自适应交通信号灯控制算法。

3.根据权利要求2所述的自适应交通信号灯控制系统，其特征在于：车速采集模块（1）通过OBD车载设备或道路视频方式采集车辆速度。