CN109859482B - 一种干线双向绿波的路侧协同引导系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干线双向绿波的路侧协同引导系统，系统包括信号灯支架、信号灯、视频检测装置、控制箱和工控机；控制单元由设定数量的信号灯构成，信号灯固定安装在信号灯支架上，视频检测装置安装在每一平稳子单元、终点子单元的最末端信号灯支架上；控制箱安装于控制单元的终点交叉口指定位置，且外接用于控制交通通行信号的信号控制系统以及路口信号灯连接；工控机装设于控制箱中，且对应每一控制单元中的起始子单元、平稳子单元和终点子单元，工控机中设置有起始子单元控制器、平稳子单元控制器和终点子单元控制器；本发明即避免了路侧协同引导方案的滞后性，也采取有效措施提高路口绿灯利用率，增加干线各路口的车辆通行量。

Description

一种干线双向绿波的路侧协同引导系统

技术领域

本发明属于交通管理技术领域，具体涉及一种干线双向绿波的路侧协同引导系统。

背景技术

绿波控制是提高干线交通通行效率的有效手段，绿波实施的效果表现在：当车辆进入绿波带并按照绿波速度行驶时，能够在干线协调控制的各交叉口不停车通过。因缺乏控制系统与驾驶者之间的信息交互，绿波带具体时段对于驾驶人而言是不可知的，从而会出现车辆无法进入绿波带或难以保持在绿波带的情况，绿波控制效果难以发挥。车辆引导是解决这一现实问题的有效方法之一。

现有技术中已存在多种此类解决方案，如CN101719318A公开的“一种交通路口的车辆引导方法”，通过在路口的车道地面设置带颜色的引导灯，并控制引导灯色段以一定车速移动，达到车辆通过路口时的车速引导目的；CN102682611A、CN103310639A“线状分布动态交通信号系统”，公开了类似的路段引导装置，通过配置移动色带的颜色区域以及显示、结束时间实现色带与路口信号灯的同步。

现有技术方案主要是将路口信号灯的控制方案同步至路段上，但忽略了路段车速引导与车辆通行之间存在的互反馈关系：车辆引导的实施对干线路段车辆通行状况造成的影响，又将反过来对引导措施的可靠性带来影响；举例来说，驾驶人观察到绿波带的引导灯，大多会调整车速向该区域汇集，但若聚集过量，当车辆驶入进口道时可能因进口道承载力而减速，部分车辆也可能因此被“挤出”绿波带，从而影响了绿波引导装置的效果，同时还存在集聚导致的安全隐患。引导不等效于控制，加之道路交通通行存在的不确定性，路段的车速引导若仅按照相对稳定的信号控制方案实施显然无法达到最佳的引导效果。

现有技术方案中存在根据下游路口车流量变化规律自动调整色带移动速度的解决方案(CN101719318A[0010][0015])；在本领域路口车流量是某一确定的时间间隔内路口需求汇集情况的统计值，这一时间间隔一般30s～15min不等，在实施过程中，长间隔必然带来引导信息的滞后性(同一时刻路口的车辆集聚情况与路段上行驶中的车辆集聚情况无法等效，由此生成的引导方案不能完全适用于行驶中车辆)，若为了保证实时性采取短时(如30s或1min)间隔又会因为过高的更新频率而带来系统稳定性缺陷。

因此，在保证系统稳定性以及引导方案实时性的前提下需要解决绿波引导与车辆通行互反馈问题，使绿波引导更为有效。另一方面，对于双向绿波根据绿波带行驶会导致路口绿时利用率不高的问题，也需要寻求对应的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种干线双向绿波的路侧协同引导系统，该系统在两信号控制路口之间的路段上实施与路口信号控制协同的交通引导方案，以路侧信号灯为机动车提供行驶速度的指示信息，当车辆跟随信号灯带移动时，即可在绿灯时间范围内驶入交叉口，具体技术方案如下：

一种干线双向绿波的路侧协同引导系统，所述系统应用于由相邻的信号交叉口及任一流向s_j上连通两交叉口的路段构成的控制单元中，每一所述控制单元由起始子单元、平稳子单元和终点子单元构成；所述系统包括信号灯支架、信号灯、视频检测装置、控制箱和工控机；其中：

所述控制单元由设定数量的所述信号灯构成，所述信号灯固定安装在所述信号灯支架上，所述视频检测装置安装在每一平稳子单元、终点子单元的最末端信号灯支架上；所述控制箱安装于所述控制单元的终点交叉口指定位置，且外接用于控制交叉口交通通行信号的信号控制系统以及路口信号机；所述工控机装设于所述控制箱中，且对应每一所述控制单元中的起始子单元、平稳子单元和终点子单元，所述工控机中设置有起始子单元控制器、平稳子单元控制器和终点子单元控制器；

所述信号控制系统用于发送信号控制方案至所述工控机；所述视频检测装置用于检测实时的车头时距，并将所述车头时距通过网络发送至所述工控机；所述工控机通过网络接收信号控制系统的信号控制方案以及所述车头时距，并根据各子单元内的实时交通运行情况，分别生成起始子单元、平稳子单元、终点子单元内信号灯的引导策略与方案，且相邻子单元间的方案协同；其中，所述起始子单元控制器用于处理起始子单元内各信号灯的启动、停止时间；所述平稳子单元控制器用于处理各平稳子单元内各信号灯的启动、停止时间；所述终点子单元控制器用于处理各平稳子单元内个信号灯的启动、停止时间；所述控制箱根据所述起始子单元控制器、平稳子单元控制器和终点子单元控制器输出的各控制单元内信号灯的启动和停止时间，通过控制总线向各信号灯发送控制指令，所有信号灯响应于所述控制指令执行开启和关闭动作，实现协同的绿灯引导。

进一步的，所述流向s_j中j＝1,2，分别表示干线指定路段中绿波的上行方向和下行方向。

进一步的，所述信号灯由灯管和发光组件组成，所述发光组件通过所述灯管安装在所述信号灯支架上，所述发光组件根据所述控制指令发出带有颜色的灯光。

进一步的，所述信号控制方案包括周期长度、协调相位绿灯时长、非协调相位绿灯时长、设计的绿波速度、绿波带宽及各周期内协调相位放行开始时间。

进一步的，所述信号灯支架等距离间隔排列在控制单元的路段分割处，且所述信号灯朝向与车道线的角度保持在驾驶人的视野范围内。

进一步的，所述信号灯支架、信号灯、视频检测装置、控制箱和工控机均通过供电电路连接电源。

本发明的干线双向绿波的路侧协同引导系统，充分考虑路段不同区域内车辆的聚合、离散特性以及路侧引导与车辆通行的互反馈关系，实施针对性的路侧引导策略，以达到更为可靠的车速引导效果，具体的，在两信号控制路口之间的路段上实施与路口信号控制协同的交通引导方案，以路侧信号灯为机动车提供行驶速度的指示信息，当车辆跟随信号灯带移动时，即可在绿灯时间范围内驶入交叉口；与现有技术相比，本发明更为精细、灵活，充分考虑交通引导与车辆通行行为之间的互反馈关系，通过视频检测装置动态监测路段上车辆的离散情况，从而动态调整绿波引导过程中的关键参数：灯带宽度、灯带移动速度，灵活的路侧引导方案能够引导路段行驶车辆保持合理的通行秩序，并提升路口车辆通行量。

附图说明

图1为本发明实施例中所述干线双向绿波的路侧协同引导系统的流程框框图示意；

图2为本发明实施例中单个所述控制单元的结构组成图示意；

图3为本发明实施例中信号灯在干线上的位置俯视图示意；

图4为本发明实施例中所述信号灯与信号灯支架连接图示意；

图5为本发明实施例中所述终点子单元控制器处理的律师余量示意图。

实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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。

参阅图1，在本发明实施例中，提供了一种干线双向绿波的路侧协同引导系统，结合图2，系统应用于由相邻的信号交叉口及任一流向s_j上连通两交叉口的路段构成的控制单元中，且每一控制单元由起始子单元、平稳子单元和终点子单元构成；具体的，本发明的路侧协同引导系统包括信号灯支架、信号灯、视频检测装置、控制箱和工控机；其中，结合图3和图4，在干线的任一流向s_j上，控制单元由设定数量的信号灯构成；而信号灯固定安装在信号灯支架上，视频检测装置安装在每一平稳子单元、终点子单元的最末端信号灯支架上，其中，安装在平稳子单元上的视频检测装置的检测范围覆盖下游相邻子单元的路段，输出下游相邻子单元内的实时路段车头时距；安装在终点子单元上的视频检测装置能够覆盖下游交叉口进口道流向s_j通行车道，输出车头时距；控制箱安装于控制单元的终点交叉口指定位置，且外接用于控制交通通行信号的信号控制系统以及路口信号机；工控机装设于控制箱中，且对应每一控制单元中的起始子单元、平稳子单元和终点子单元，工控机中设置有起始子单元控制器、平稳子单元控制器和终点子单元控制器。

在本发明实施例中，控制箱还连接由信号控制系统和路口信号机组成的外接系统与设备，其中，信号控制系统与控制箱通信连接的外接系统，在实际情况中用于设置并控制道路上信号控制方案；同时，控制箱还与路口信号机连接，通过路口信号机的实际信号有效时间，可得到在实际情况中指定路段的控制信号的方案执行时间。

在本发明实施例中，流向s_j中j＝1,2，分别表示干线指定路段中绿波的上行方向和下行方向；在实施例中，任意指定流向s_j的上游交叉口出口道起点为控制单元起点，下游交叉口进口道起点为控制单元终点；在一个控制单元内划分若干子单元，每个子单元包含若干信号灯；控制单元沿运行方向的首个子单元为起点子单元，根据下游路口进口道长度划定终点子单元，且终点子单元的长度与进口道长度一致，其余子单元均为平稳子单元；且信号灯支架、信号灯、视频检测装置、控制箱和工控机均通过供电电路连接电源，通过电源为整个系统提供能源；优选的，供电电路为现有的常规电路，在此本发明不再进行赘述。

优选的，实施例中终点子单元和起点子单元也可不安装信号灯。

再次参阅图3和图4，在本发明实施例中，信号灯由灯管和发光组件组成，发光组件通过灯管安装在信号灯支架上，发光组件根据控制指令发出带有颜色的灯光，优选的，发光组件可为LED灯珠等，其中，LED灯珠可为单色LED以及双基色LED、三基色LED灯等可以发出多种颜色灯光的装置，具体可根据实际情况进行选择，本发明在此不进行限制和固定；且每一控制单元内信号灯支架等距离间隔排列在路段分割处，控制单元内信号灯朝向与车道线的角度保持在驾驶人的视野范围内，从而使驾驶人在车辆行进过程中能够清楚接收到信号灯的光信号；在实施例中，同一信号灯架上的发光组件有线连接，根据控制指令同时启动、熄灭；各信号灯间通过控制总线连接至控制箱。

在实施例中，信号控制系统用于发送信号控制方案至工控机；视频检测装置将车头时距通过网络发送至工控机；工控机通过网络接收信号控制系统的信号控制方案以及车头时距，并根据接收到的信号控制方案和车头时距，工控机通过网络与控制单元终点处交叉口信号灯对应的路口信号机对接，实时同步终点处交叉口的信号配时方案；将工控机包含的起始子单元控制器、平稳子单元控制器、终点子单元控制器与路口信号机进行时间校准，使各控制器指令与交叉口红绿灯的时间同步。

优选的，信号控制方案包括周期长度、协调相位绿灯时长、非协调相位绿灯时长、设计的绿波速度、绿波带宽及各周期内协调相位放行开始时间。

本发明实施例中，起始子单元控制器用于处理起始子单元内各信号灯的启动、停止时间；具体的，根据路段长度以及设计绿波速度计算车辆的平均行程时间；获取信号控制方案执行的时间，根据信号控制方案的周期长度以及路段平均行程时间，确定信号起始时间，并进行时间校准；根据流向s_j放行相位绿灯时长确定灯带宽度，即同时启动的信号灯数量，以设计绿波速度作为起始子单元内的灯带移动速度；由此确定各信号灯启动时间与停止时间。

在本发明实施例中，平稳子单元控制器用于处理各平稳子单元内各信号灯的启动、停止时间；平稳子单元控制器获取起始子单元内各信号灯启动时间与停止时间、灯带移动速度；以绿波宽度为初始灯带宽度；因灯带缩短，在首个平稳子单元需要与起始子单元的灯带进行自然过渡，即均匀缩减灯带宽度；由信号控制方案确定绿波带在首个平稳子单元内的起止时间；结合起始子单元末端信号灯启动、停止时间以及起始单元灯带移动速度，确定平稳子单元的初始灯带移动速度，使灯带行进到首个平稳子单元末端时已与该位置的绿波带同步；而根据绿波速度、绿波带宽度确定平稳子单元的车头时距的标准区间，在视频检测装置输出的实时的车头时距数值归属于标准区间H_M的情况下，工控机以绿波速度作为该单元的灯带移动速度；在实时车头时距与标准区间无法匹配时，工控机自动对灯带移动速度进行修正：车头时距低于标准区间，表明下游车辆过于集中，该子单元内通过灯带引导车辆疏散，即降低子单元的灯带移动速度，反之，车头时距超过标准区间，则表明下游车辆过于疏散，该子单元则通过灯带引导车辆集中，即提高子单元灯带移动速度；确定平稳子单元内各信号灯启动时间与停止时间。

在本发明实施例中，终点子单元控制器用于处理各平稳子单元内个信号灯的启动、停止时间；终点子单元控制器获取相邻的平稳子单元内各信号灯启动时间与停止时间、灯带移动速度；参阅图5，根据协调相位绿灯放行时间以及绿波带宽时间区间，确定绿灯余量g；使余量g均匀分配至终点子单元灯带宽度中，使终点子单元灯带在移动过程中逐步增宽，引导车辆充分利用绿波路口绿灯时长，增加绿时利用率；终点子单元控制器根据进口道长度以及绿波速度确定进口道的车头时距标准区间H_E；获取该子单元的视频检测装置输出的进口道车头时距，该车头时距数值归属于标准区间H_E的情况下，工控机以绿波速度作为该单元的灯带移动速度；在实时车头时距与标准区间无法匹配时，工控机自动对灯带移动速度进行修正：车头时距低于标准区间，表明进口道车辆过于集中，该子单元内通过灯带引导车辆疏散，即降低子单元的灯带移动速度，反之，车头时距超过标准区间，则表明进口道车辆过于疏散，该子单元则通过灯带引导车辆集中，即提高子单元灯带移动速度；确定终点子单元内各信号灯启动时间与停止时间。

在具体实施例中，若发光组件若为双基色LED、三基色LED等可以发出多种颜色灯光的装置，起始单元控制器、平稳单元控制器、终点单元控制器需要确定的是各信号灯的灯光颜色、启动时间、停止时间，其中用于引导车辆同步的灯带同上所述，其他灯柱则显示非引导色灯光，与引导灯带形成连续变化的发光效果。同时，在不同颜色切换时，发光组件能够根据指定的变化周期、频率实现渐变效果。

在本发明实施例中，控制箱根据起始子单元控制器、平稳子单元控制器和终点子单元控制器输出的各控制单元内信号灯的启动和停止时间，通过控制总线向各信号灯发送控制指令，所有信号灯响应于控制指令执行开启和关闭动作，实现协同的绿灯引导。

在本发明实施例中，工控机各控制单元还可根据指令对特殊环境(如雾天)、终点处交叉口信号灯执行的特殊信号控制方案(如特勤优先方案)等情况生成定制诱导方案，如定频闪烁。

本发明的干线双向绿波的路侧协同引导系统，充分考虑路段不同区域内车辆的聚合、离散特性以及路侧引导与车辆通行的互反馈关系，实施针对性的路侧引导策略，以达到更为可靠的车速引导效果，具体的，在两信号控制路口之间的路段上实施与路口信号控制协同的交通引导方案，以路侧信号灯为机动车提供行驶速度的指示信息，当车辆跟随信号灯带移动时，即可在绿灯时间范围内驶入交叉口；与现有技术相比，本发明更为精细、灵活，充分考虑交通引导与车辆通行行为之间的互反馈关系，通过视频检测装置动态监测路段上车辆的离散情况，从而动态调整绿波引导过程中的关键参数：灯带宽度、灯带移动速度，灵活的路侧引导方案能够引导路段行驶车辆保持合理的通行秩序，并提升路口车辆通行量。

以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种干线双向绿波的路侧协同引导系统，其特征在于，所述系统应用于由相邻的信号交叉口及任一流向s_j上连通两交叉口的路段构成的控制单元中，每一所述控制单元由起始子单元、平稳子单元和终点子单元构成；所述系统包括信号灯支架、信号灯、视频检测装置、控制箱和工控机；

其中：所述控制单元由设定数量的所述信号灯构成，所述信号灯固定安装在所述信号灯支架上，信号灯支架等距离间隔排列在路段分割处，控制单元内信号灯朝向与车道线的角度保持在驾驶人的视野范围内，所述视频检测装置安装在每一平稳子单元、终点子单元的最末端信号灯支架上；所述控制箱安装于所述控制单元的终点交叉口指定位置，且外接用于控制交叉口交通通行信号的信号控制系统以及路口信号机；所述工控机装设于所述控制箱中，且对应每一所述控制单元中的起始子单元、平稳子单元和终点子单元，所述工控机中设置有起始子单元控制器、平稳子单元控制器和终点子单元控制器；

所述信号控制系统用于发送信号控制方案至所述工控机；所述视频检测装置用于检测实时的车头时距，并将所述车头时距通过网络发送至所述工控机；所述工控机通过网络接收信号控制系统的信号控制方案以及所述车头时距，并根据各子单元内的实时交通运行情况，分别生成起始子单元、平稳子单元、终点子单元内信号灯的引导策略与方案，且相邻子单元间的方案协同，具体为，根据绿波速度、绿波带宽度确定平稳子单元的车头时距的标准区间，在视频检测装置输出的实时的车头时距数值归属于标准区间H_M的情况下，工控机以绿波速度作为该单元的灯带移动速度；在实时车头时距与标准区间无法匹配时，工控机自动对灯带移动速度进行修正：车头时距低于标准区间，表明下游车辆过于集中，该子单元内通过灯带引导车辆疏散，即降低子单元的灯带移动速度，反之，车头时距超过标准区间，则表明下游车辆过于疏散，该子单元则通过灯带引导车辆集中，即提高子单元灯带移动速度；

其中，所述起始子单元控制器用于处理起始子单元内各信号灯的启动、停止时间；所述平稳子单元控制器用于处理各平稳子单元内各信号灯的启动、停止时间；所述终点子单元控制器用于处理各平稳子单元内个信号灯的启动、停止时间；所述控制箱根据所述起始子单元控制器、平稳子单元控制器和终点子单元控制器输出的各控制单元内信号灯的启动和停止时间，通过控制总线向各信号灯发送控制指令，所有信号灯响应于所述控制指令执行开启和关闭动作，实现协同的绿灯引导。

2.如权利要求1所述的干线双向绿波的路侧协同引导系统，其特征在于，所述流向s_j中j＝1,2，分别表示干线指定路段中绿波的上行方向和下行方向。

3.如权利要求1所述的干线双向绿波的路侧协同引导系统，其特征在于，所述信号灯由灯管和发光组件组成，所述发光组件通过所述灯管安装在所述信号灯支架上，所述发光组件根据所述控制指令发出带有颜色的灯光。

4.如权利要求1所述的干线双向绿波的路侧协同引导系统，其特征在于，所述信号控制方案包括周期长度、协调相位绿灯时长、非协调相位绿灯时长、设计的绿波速度、绿波带宽及各周期内协调相位放行开始时间。

5.如权利要求1～4任一项所述的干线双向绿波的路侧协同引导系统，其特征在于，所述信号灯支架、信号灯、视频检测装置、控制箱和工控机均通过供电电路连接电源。