CN113345222A - 一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统 - Google Patents

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CN113345222A CN202110536000.3A CN202110536000A CN113345222A CN 113345222 A CN113345222 A CN 113345222A CN 202110536000 A CN202110536000 A CN 202110536000A CN 113345222 A CN113345222 A CN 113345222A
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罗顺才
高艺
李颛
王志今
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Abstract

本发明公开了一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统，属于交通信号控制技术领域，包括交通流检测雷达、数据传输系统和数据处理系统，所述交通流检测雷达和拍摄模块均通过ZigBee无线网络与数据传输系统双向无线连接。本发明中，通过设置交通流检测雷达，型号为GW‑TR4，由北京长城卫士安全系统技术有限公司拥有完全自主知识产权的新型交通流检测雷达，利用雷达线性调频技术原理，对路面发射微波，通过对回波信号进行高速实时的数字化处理分析，检测车流量、车辆速度和车道占有率，同时交通流检测雷达的检测交通数据检测精度较高，并且受天气影响较小，安装方便极大降低施工难度，对公路周边环境破坏小且不会对绿植造成破坏影响。

Description

一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统
技术领域
本发明属于交通信号控制技术领域，尤其涉及一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统。
背景技术
交通信号灯分为:机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、方向指示指示灯(箭头信号灯)、车道信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯，交通信号灯是道路交通中一种重要设备，能够极大降低事故概率的发生。
目前的公路交通领域在交通数据采集时，普遍采用卡口视频检测系统和地磁线圈检测系统，采用的是高清摄像机组或者地感线圈，来抓拍车辆行驶信息，车辆行驶信息包括车速、交通数据、车牌号码等，将采集到的数据传输到后台硬盘录像机。这两种检测系统在统计交通存在以下缺点：视频检测交通数据检测精度低，并且受天气影响比较大，地磁线圈检测施工难度大，对公路周边环境破坏大，且破坏绿植，同时无法根据采集的信息对信号灯进行控制，导致拥堵情况下和非拥堵情况下，信号灯的红灯时长都是一样的，无法根据事情情况进行调整，容易造成路况拥堵，且道路拥堵后也无法信号灯也无法调节，无法根据实际情况解决道路拥堵问题。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决视频检测交通数据检测精度低，并且受天气影响比较大，地磁线圈检测施工难度大，对公路周边环境破坏大，且破坏绿植，同时无法根据采集的信息对信号灯进行控制，导致拥堵情况下和非拥堵情况下，信号灯的红灯时长都是一样的，无法根据事情情况进行调整，容易造成路况拥堵，且道路拥堵后也无法信号灯也无法调节，无法根据实际情况解决道路拥堵问题的问题，而提出的一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统，包括交通流检测雷达、数据传输系统和数据处理系统，所述交通流检测雷达和拍摄模块均通过ZigBee无线网络与数据传输系统双向无线连接，数据传输系统的输出端与数据处理系统的输入端电性连接，数据处理系统的输出端与信号灯控制系统的输入端电性连接，信号灯控制系统的输出端与信号灯的输入端电性连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述数据传输系统包括无线数据网关，无线数据网关与交通流检测雷达通过ZigBee无线网络双向无线连接，无线数据网关与交通流数据联动模块之间通过RS485通信线双向连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述数据处理系统包括车流量收集模块、道路车密度计算模块、计时模块、拥堵指数计算模块、对比模块、网络历史数据调取模块和拥堵等级制定模块。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述车流量收集模块的输出端与道路车密度计算模块的输入端电性连接，道路车密度计算模块的输出端与拥堵指数计算模块的输入端电性连接，及时模块的输出端与拥堵指数计算模块的输入端电性连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述拥堵指数计算模块的输出端与对比模块的输入端电性连接，对比模块的输出端与拥堵等级制定模块的输入端电性连接，网络历史数据调取模块的输出端与对比模块的输入端电性连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述交通流检测雷达包括电源管理模块、网络管理模块、主控制器、永久存储模块、临时存储模块、串口、有限网络、无线网络、微波雷达控制器、微波发射模块和微波检测模块。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述电源管理模块的输出端与网络管理模块的输入端电性连接，网络管理模块分别与串口、有线网络和无线网络之间电性双向连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述永久存储模块和临时存储模块均与主控制器双向电性连接，主控制器与微波雷达控制器双向电性连接，微波雷达控制器分别与微波发射模块和微波检测模块双向电性连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述交通流检测雷达发射高频微波信号频率为77GHz。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述无线数据网关有一组线缆输出，一般为红黑蓝白，红色为电源+接12V直流电源+，黑色为电源+接12V直流电源+，蓝色为RS485通信线的A端接交通流数据联动模块的RS485通信线的A端，白色为RS485通信线的B端接交通流数据联动模块的RS485通信线的B端。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过设置交通流检测雷达，型号为GW-TR4，由北京长城卫士安全系统技术有限公司拥有完全自主知识产权的新型交通流检测雷达，利用雷达线性调频技术原理，对路面发射微波，通过对回波信号进行高速实时的数字化处理分析，检测车流量、车辆速度和车道占有率，同时交通流检测雷达的检测交通数据检测精度较高，并且受天气影响较小，安装方便极大降低施工难度，对公路周边环境破坏小且不会对绿植造成破坏影响。
2、本发明中，通过设置拥堵指数计算模和计时模块，利用计时模块计算同路段的车流量，设置时间段基数为A，计算A时段的车流量数量，设置时间段基数为B，计算B时段的车流量数量，对比时段A和时段B中的车流量情况，如果B时段内车流量基数大于A时段车流量基数，则可以判断路面为不拥堵状态，反之为拥堵状态，同时通过设置信号灯控制系统根据实际情况计算红绿灯的时长，时间段A和时间段B的车流量较多，但是车牌信息的重复几率较低，则拥堵情况不严重，此时根据重复几率的高低制定红灯等待时长由高变低，而时间段B的车流量少于时段A的车流量，此时交通不会出现自然拥堵的情况，如果此时车牌信息的重复几率仍然较高，调取网络数据查看周边道路是否出现施工情况，如果出现施工情况对车辆通行造成影响，则依然制定红灯等待时长由高变低，如果附近无施工情况，说明部分车因为自身原因没有通行，此时控制信号灯正常计时。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统的系统流程结构示意图；
图2为本发明提出的一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统中数据处理系统的子模块结构示意图；
图3为本发明提出的一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统中交通流检测雷达的子模块结构示意图。
具体实施方式
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，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统，包括交通流检测雷达、数据传输系统和数据处理系统，所述交通流检测雷达和拍摄模块均通过ZigBee无线网络与数据传输系统双向无线连接，所述交通流检测雷达包括电源管理模块、网络管理模块、主控制器、永久存储模块、临时存储模块、串口、有限网络、无线网络、微波雷达控制器、微波发射模块和微波检测模块，所述交通流检测雷达发射高频微波信号频率为77GHz，所述电源管理模块的输出端与网络管理模块的输入端电性连接，网络管理模块分别与串口、有线网络和无线网络之间电性双向连接，，所述永久存储模块和临时存储模块均与主控制器双向电性连接，主控制器与微波雷达控制器双向电性连接，微波雷达控制器分别与微波发射模块和微波检测模块双向电性连接；
实施方式具体为：利用交通流检测雷达向目标车道发射高频微波信号，雷达对路面发射微波，通过对回波信号进行高速实时的数字化处理分析，检测每根车道的流量、速度、车道占用率和通行能力，拥堵指数拍摄模块用于记录车辆的车牌号，时段A记录固定路段的所有车牌号，时段B记录固定路段的车牌号。
所述无线数据网关有一组线缆输出，一般为红黑蓝白，红色为电源+接12V直流电源+，黑色为电源+接12V直流电源+，蓝色为RS485通信线的A端接交通流数据联动模块的RS485通信线的A端，白色为RS485通信线的B端接交通流数据联动模块的RS485通信线的B端；
实施方式具体为：无线数据网关的主要功能是检测数据与设备状态上传、控制命令下发及设备调试的功能，无线数据网关可放置于交通信号机的机柜内，只需将无线信号天线置于机柜外即可，交通流数据联动模块通常可放置于交通信号机的机柜内，交通流数据联动模块用于将交通流检测雷达获取的数据转换成交通信号机车检板接口能识别的信号。
数据传输系统的输出端与数据处理系统的输入端电性连接，所述数据传输系统包括无线数据网关，无线数据网关与交通流检测雷达通过ZigBee无线网络双向无线连接，无线数据网关与交通流数据联动模块之间通过RS485通信线双向连接，所述数据处理系统包括车流量收集模块、道路车密度计算模块、计时模块、拥堵指数计算模块、对比模块、网络历史数据调取模块和拥堵等级制定模块，所述车流量收集模块的输出端与道路车密度计算模块的输入端电性连接，道路车密度计算模块的输出端与拥堵指数计算模块的输入端电性连接，及时模块的输出端与拥堵指数计算模块的输入端电性连接，所述拥堵指数计算模块的输出端与对比模块的输入端电性连接，对比模块的输出端与拥堵等级制定模块的输入端电性连接，网络历史数据调取模块的输出端与对比模块的输入端电性连接；
实施方式具体为：利用计时模块计算同路段的车流量，设置时间段基数为A，计算A时段的车流量数量，设置时间段基数为B，计算B时段的车流量数量，对比时段A和时段B中的车流量情况，如果B时段内车流量基数大于A时段车流量基数，则可以判断路面为不拥堵状态，反之为拥堵状态，对比模块收集两个时间段内所有车牌号，并对两个时间段内的车牌号进行对比，并计算出车牌重复概率，并将车牌重复概率传递给拥堵指数计算模块内，车牌重复概率信息与车流量基数的信息做出配合，重复概率越高说明拥堵情况越严重，反之拥堵情况不严重，拥堵等级制定模块，将拥堵的等级分别划分为A\B\C三个等级，并将拥堵情况划分出的等级信息传递给信号灯控制系统。
数据处理系统的输出端与信号灯控制系统的输入端电性连接，信号灯控制系统的输出端与信号灯的输入端电性连接；
实施方式具体为：信号灯控制系统根据实际情况计算红绿灯的时长，时间段A和时间段B的车流量较多，但是车牌信息的重复几率较低，则拥堵情况不严重，此时根据重复几率的高低制定红灯等待时长由高变低，而时间段B的车流量少于时段A的车流量，此时交通不会出现自然拥堵的情况，如果此时车牌信息的重复几率仍然较高，调取网络数据查看周边道路是否出现施工情况，如果出现施工情况对车辆通行造成影响，则依然制定红灯等待时长由高变低，如果附近无施工情况，说明部分车因为自身原因没有通行，此时控制信号灯正常计时。
工作原理：使用时，利用交通流检测雷达向目标车道发射高频微波信号，雷达对路面发射微波，通过对回波信号进行高速实时的数字化处理分析，检测每根车道的流量、速度、车道占用率、通行能力和拥堵指数，交通流检测雷达通过ZigBee无线网络与无线数据网关进行通信，从而实现检测数据与设备状态的上传，交通流数据联动模块用于将交通流检测雷达获取的数据转换成交通信号机车检板接口能识别的信号，数据处理系统设置于交通信号机内，交通信号机对交通流检测雷达采集到的数据进行分析处理，判别出拥堵程度，信号机将实时计算出的信号灯控制方案下发给信号灯控制系统，在经由信号灯控制系统对信号灯作出控制，信号灯接收到信号灯控制系统下发的指令，实时展现计算结果。
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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统，包括交通流检测雷达、数据传输系统和数据处理系统，其特征在于，所述交通流检测雷达和拍摄模块均通过ZigBee无线网络与数据传输系统双向无线连接，数据传输系统的输出端与数据处理系统的输入端电性连接，数据处理系统的输出端与信号灯控制系统的输入端电性连接，信号灯控制系统的输出端与信号灯的输入端电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统，其特征在于，所述数据传输系统包括无线数据网关，无线数据网关与交通流检测雷达通过ZigBee无线网络双向无线连接，无线数据网关与交通流数据联动模块之间通过RS485通信线双向连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统，其特征在于，所述数据处理系统包括车流量收集模块、道路车密度计算模块、计时模块、拥堵指数计算模块、对比模块、网络历史数据调取模块和拥堵等级制定模块。
4.根据权利要求3所述的一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统，其特征在于，所述车流量收集模块的输出端与道路车密度计算模块的输入端电性连接，道路车密度计算模块的输出端与拥堵指数计算模块的输入端电性连接，及时模块的输出端与拥堵指数计算模块的输入端电性连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统，其特征在于，所述拥堵指数计算模块的输出端与对比模块的输入端电性连接，对比模块的输出端与拥堵等级制定模块的输入端电性连接，网络历史数据调取模块的输出端与对比模块的输入端电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统，其特征在于，所述交通流检测雷达包括电源管理模块、网络管理模块、主控制器、永久存储模块、临时存储模块、串口、有限网络、无线网络、微波雷达控制器、微波发射模块和微波检测模块。
7.根据权利要求6所述的一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统，其特征在于，所述电源管理模块的输出端与网络管理模块的输入端电性连接，网络管理模块分别与串口、有线网络和无线网络之间电性双向连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统，其特征在于，所述永久存储模块和临时存储模块均与主控制器双向电性连接，主控制器与微波雷达控制器双向电性连接，微波雷达控制器分别与微波发射模块和微波检测模块双向电性连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统，其特征在于，所述交通流检测雷达发射高频微波信号频率为77GHz。
10.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的交通信号自适应控制系统，其特征在于，所述无线数据网关有一组线缆输出，一般为红黑蓝白，红色为电源+接12V直流电源+，黑色为电源+接12V直流电源+，蓝色为RS485通信线的A端接交通流数据联动模块的RS485通信线的A端，白色为RS485通信线的B端接交通流数据联动模块的RS485通信线的B端。
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