CN1702699A - 智能交通信号管理系统及管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交通信号管理系统及方法，属于交通管理设施技术领域。该系统包括感应器、控制器，感应器分车道分别埋设在交通道路的驶入端和驶出端，控制器还包括与单片机通信端连接的数据通信收发器，用以接收前一道口发送的进入本道口的车辆数，以及向下一道口发送将进入该下一道口的车辆数，单片机用以计算出各车道的放行通过时间，并输出控制相应信号灯的切换。本发明可以检测驶出以及进入本道口的车辆数，实现了交通管理的网络化，总结出科学的放行时间计算公式，从而可以实现交通信号灯科学合理的智能化控制，最大限度地缩短城市平交道口车辆占道和通过时间、减小路阻、提高道路利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种交通信号管理系统，同时还涉及交通信号管理方法，属于交通管理设施技术领域。
背景技术
交通拥挤是当今世界上发达国家和发展中国家普遍存在的问题。为了缓解交通拥挤，人们除了采取种种交通管理措施外，还设置了协助交通管理的各种设施。据申请人了解，目前已有的交通管理设施主要有以下几种：
1、CCD摄像监控系统——借助布置在交叉道口两旁的CCD摄像头，将车辆图象信息传输给工控机，从而根据直观的图象信息，实现交通信号的实时监控管理。
2、红外监控系统——借助安置在交叉道口的红外监控仪，获取通过车辆的信息，据以实现交通管理控制。
3、雷达监控系统——与红外监控系统的情形类似，不同之处仅在于用雷达发射接收装置取代红外监控仪。
以上现有技术实施中不仅成本较高，局限性较大，而且不能获得准确的监控信息(例如，摄像装置必须安装在高处，否则将无法获得紧跟在大型车辆后的小型车辆图象信息；红外或雷达监控无法识别多车道重叠通过车辆的信息)，因此无法实现科学的智能化交通信号管理。
检索发现，申请日为1990.05.10、申请号为90206266.2的中国专利公开了一种智能交通信号控制仪，它由一只单片微机、电子时钟、埋设于每个道口段的车辆感应探头，以及红绿交通信号灯和相应的若干发光二极管矩陈排列构成的显示智能交通信号管理系统组成。其特点是采用了简单、经济、灵敏可靠的小型探头和能显示各种交通标志、通行或停车时间的显示智能交通信号管理系统以及单片微机编程控制，可以根据车流量(包括快慢车道)及时调整红绿灯的持续时间。然而，该专利并未说明根据车流量自动控制调整红绿灯持续时间的方法，并且只能逐个在单一地点实施，没有组网功能，因此无法实现科学地兼顾前后道口的情况，难以适应现代化的交通综合管理需求，至今未见实施。
发明内容
本发明的目的在于：在现有技术的基础上，提出一种可以科学方法控制红绿灯切换、并能实现网络化管理的智能交通信号管理系统。同时本发明也将给出智能交通信号管理方法。
为了达到以上目的，本发明的智能交通信号管理系统包括埋设在平交道口的感应器、含有单片机的控制器，所述感应器的信号输出线与所述控制器中单片机的信号输入端相连，所述单片机的控制输出端与信号灯切换开关相连，其特征在于：所述感应器分车道分别埋设在交通道路的驶入端和驶出端，所述控制器还包括与单片机通信端连接的数据通信收发器，用以接收前一道口发送的进入本道口的车辆数，以及向下一道口发送将进入该下一道口的车辆数，所述单片机用以按如下公式计算出各车道的放行通过时间，并输出控制相应信号灯的切换：
直行通过时间Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/直行车流速
右行通过时间Trn＝KRn-1×(Xn+an-1)/右行车流速
左行通过时间Tln＝KLn-1×(Xn+an-1)/左行车流速
式中：
n表示任意的某次，n-1为前一次，n-2为前二次；
Xn为收到前道口发送的进入本道口的车辆数；
an-1和an-1为前一次和前二次绿灯后本道口中滞留的车辆数；
KCn-1为感应器检测到的直行车辆数除以(Xn-1+an-2)；
KRn-1为感应器检测到的右行车辆数除以(Xn-1+an-2)；
KLn-1为感应器检测到的左行车辆数除以(Xn-1+an-2)。
换言之，本发明的智能交通信号管理方法在包括感应器、含有单片机的控制器、以及数据通信收发器的系统中，
——将所述感应器分车道分别埋设在交通道路的驶入端和驶出端，其信号输出线与所述控制器中单片机的信号输入端相连；
——将所述单片机的控制输出端与信号灯切换开关相连；
——将所述数据通信收发器与控制器中单片机的通信端连接，用以接收前一道口发送的进入本道口的车辆数，以及向下一道口发送将进入该下一道口的车辆数；
——所述单片机按如下公式计算出各车道的放行通过时间
直行通过时间Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/直行车流速
右行通过时间Trn＝KRn-1×(Xn+an-1)/右行车流速
左行通过时间Tln＝KLn-1×(Xn+an-1)/左行车流速
式中：
n表示任意的某次，n-1为前一次，n-2为前二次；
Xn为收到前道口发送的进入本道口的车辆数；
an-1和an-1为前一次和前二次绿灯后本道口中滞留的车辆数；
KCn-1为感应器检测到的直行车辆数除以(Xn-1+an-2)；
KRn-1为感应器检测到的右行车辆数除以(Xn-1+an-2)；
KLn-1为感应器检测到的左行车辆数除以(Xn-1+an-2)；
再依计算结果输出控制相应信号灯的切换。
本发明由于将感应器分车道分别埋设在交通道路的驶入端和驶出端，因此不仅可以检测驶出本道口的车辆数，而且可以检测进入本道口的车辆数，进而很方便地得出绿灯后本道口中滞留的车辆数以及车流速；同时由于本发明中含有与单片机通信连接的数据通信收发器，因此实现了交通管理的网络化，可以及时得到前道口发送的进入本道口的车辆数。在此基础上，本发明还根据统计学等相关数据处理原理，总结出一组科学的放行时间计算公式，从而通过将前一道口与本道口车辆信息统筹考虑，实现了交通信号灯科学合理的智能化控制，使信号灯的持续时间自动根据车流量的变化而调整改变，最大限度地缩短城市平交道口车辆占道和通过时间、减小路阻、提高道路利用率。与现有技术相比，本发明显然更为科学合理，具有突出的实质性特点和显著的进步。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一个实施例的示意框图。
图2为本发明在一个路口实施的示意框图。
图3为图1实施例感应器的布置及连接关系示意图。
图4为图1实施例控制器部分的电路原理图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的智能交通信号管理系统如图1和图2所示，包括感应器、含有单片机的控制器，有线或无线数据通信收发器。其中感应器如图2和图3所示，分车道分别埋设在交通道路的驶入端和驶出端，各感应器信号输出线通过车辆感应器接口电路与控制器中单片机的信号输入端相连，单片机的控制输出端分别通过信号灯隔离、驱动电路以及秒计数驱动电路与信号灯切换开关以及秒计时显示器相连，单片机的通信端与有线或无线数据通信收发器连接，进而与本路段的另一控制器以及相邻道口的控制器以有线或无线通信的方式联接，既可接收前一道口发送的进入本道口的车辆数，又可以向下—道口发送将进入该下一道口的车辆数。
本实施例控制器的具体电路如图4所示，其中单片机选用MCS51(U1)或兼容芯片(8051等)。分车道埋设在交通道路驶入端和驶出端的感应器信号输出线通过U1芯片及其外围电路组成的车辆感应器接口电路经单片机芯片的P1口输入。该单片机通过与其相连的门阵列电路(CPLD)XC9572控制输出端61-63脚通过信号灯隔离、驱动电路接三个信号灯的切换开关，25、36、37、39、40、41、48、50脚通过秒计数驱动电路接两数码管的秒计时显示器。该XC9572芯片的26、33、34脚与图4右下角的RS485数据通信收发器或无线数据通信收发器连接，进而与本路段的另一控制器以及相邻道口的控制器以有线或无线通信的方式联接。它还可与后台机通信。
图4中右上角U4(SLA1000)芯片及其外围器件构成备用CAN总线电路，其作用与上RS485相同。图4左下角开关器件SW构成的电路用作为连网时设备地址的设定。单片机的下方MAX813芯片是为提高电路的可靠性而设的硬件看门狗。
系统工作时，以直行方向为例，当信号灯在任一红灯开始至该红灯结束时期内，控制器的单片机接收本路段入口端感应器送来的车辆数Xn，在本次红灯结束前瞬间计算Xn+an-1，即红灯期进入本路段车辆数Xn加上次滞留的车辆数an-1，然后乘以上一个绿灯期直行系数KCn-1，KCn-1为感应器检测到的直行车辆数除以(Xn-1+an-2)，得到本次直行车辆数，即KCn-1·(Xn+an-1)，将这个数除以直行车流速度V，得到本次直行的绿灯时间，即直行的通过时间Tcn(计算公式为Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/V)。
红灯时间一结束，单片机立即将此Tcn输出到秒计数显示器，且控制点亮直行绿灯，并在整个绿灯期监视感应器，计数通过的车辆数。在绿灯结束时，将此车辆数通过有线或无线数据通信收发器发往下一道口，然后又重复执行上述过程。
以上是单片机对直行方向计算控制基本过程的原理性描述，实际实施必要时，还应考虑直行绿灯时间、同道口反方向的时间、左右行时间等因素。其他方向的计算控制过程可以类推，不另赘述。
下面就上述过程量化举例叙述，以便于理解。
设：n-2次开始，收本路段入口端通过串口传入本控制器(即红灯时进入本路段)的车辆数为76辆，而an-3次滞留本道口4辆即Xn-2+an-3＝80辆，绿灯后直行放出65辆，滞留an-2＝8辆(其余车辆由左右行放出)，则KCn-2＝65÷80＝0.8125
n-1次(n-2次红灯结束瞬间)本路段入口端串口传入本控制器车辆数为82辆。那么Xn-1+an-2＝82+8＝90(本次总车辆数)。本次绿灯直行放行车辆数为KCn-2·90＝73辆，设直行车流速为V＝1.6辆/秒，则直行绿灯时间Tcn-1＝73÷1.6＝45(秒)送秒计时器。本次实际放行72辆滞留1辆(别的车为左，右行放出)，KCn-1＝72÷90＝0.8，当绿灯结束时，将直行感应器读出车辆数传给下一道口控制器。
n次(n-1红灯结束瞬间)本路段入口端串口传入本控制器车辆数为98时，Xn+an-1＝99，本次直行车辆数为KCn-1·99＝79，本次绿灯时间Tcn＝79÷1.6＝49(秒)送秒计时器。本次实际放行79辆，滞留2辆(其余车由左，右行放出)。同样，绿灯结束时将直行感应器收集的车辆数传给下一道口控制器。Kcn＝79÷99＝0.8。
N+1次(n次红灯结束瞬间)本路段入口端串口传入本控制器的车辆数为82时，Xn+1+an＝82+2＝84(辆)，本次直行车辆数为KCn·84＝67(辆)，本次绿灯时间Tcn+1＝67÷1.6＝41(秒)……。
用同样的方法一直继续下去。
综上所述，随着进入本路段的车辆数的增减，其绿灯时间Tc、也相应地增减，即达到实时动态地控制信号灯的目的。同时由于具有互通信息的功能，通过无线组网，可大大提高实时、动态的控制效果，使信号灯的持续时间自动根据车流量的变化而调整改变，最大限度地缩短城市平交道口车辆占道和通过时间，提高道路利用率。
Claims (6)
1.一种智能交通信号管理系统，包括埋设在平交道口的感应器、含有单片机的控制器，所述感应器的信号输出线与所述控制器中单片机的信号输入端相连，所述单片机的控制输出端与信号灯切换开关相连，其特征在于：所述感应器分车道分别埋设在交通道路的驶入端和驶出端，所述控制器还包括与单片机通信端连接的数据通信收发器，用以接收前一道口发送的进入本道口的车辆数，以及向下一道口发送将进入该下一道口的车辆数，所述单片机用以按如下公式计算出各车道的放行通过时间，并输出控制相应信号灯的切换：
直行通过时间Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/直行车流速
右行通过时间Trn＝KRn-1×(Xn+an-1)/右行车流速
左行通过时间Tln＝KLn-1×(Xn+an-1)/左行车流速
式中：
n表示任意的某次，n-1为前一次，n-2为前二次；
Xn为控制器收到前道口发送的进入本道口的车辆数；
an-1为前一次绿灯后本道口中滞留的车辆数；
KCn-1为感应器检测到的直行车辆数除以(Xn-1+an-2)；
KRn-1为感应器检测到的右行车辆数除以(Xn-1+an-2)；
KLn-1为感应器检测到的左行车辆数除以(Xn-1+an-2)。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述单片机的控制输出端还与秒计时显示器相连。
3.根据权利要求2所述装置，其特征在于：所述数据通信收发器为有线或无线据通信收发器。
4.一种智能交通信号管理方法，在包括感应器、含有单片机的控制器、以及数据通信收发器的系统中，
——将所述感应器分车道分别埋设在交通道路的驶入端和驶出端，其信号输出线与所述控制器中单片机的信号输入端相连；
——将所述单片机的控制输出端与信号灯切换开关相连；
——将所述数据通信收发器与控制器中单片机的通信端连接，用以接收前一道口发送的进入本道口的车辆数，以及向下一道口发送将进入该下一道口的车辆数；
——所述单片机按如下公式计算出各车道的放行通过时间
直行通过时间Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/直行车流速
右行通过时间Trn＝KRn-1×(Xn+an-1)/右行车流速
左行通过时间Tln＝KLn-1×(Xn+an-1)/左行车流速
式中：
n表示任意的某次，n-1为前一次，n-2为前二次；
Xn为控制器收到前道口发送的进入本道口的车辆数；
an-1和an-1为前一次和前二次绿灯后本道口中滞留的车辆数；
KCn-1为感应器检测到的直行车辆数除以(Xn-1+an-2)；
KRn-1为感应器检测到的右行车辆数除以(Xn-1+an-2)；
KLn-1为感应器检测到的左行车辆数除以(Xn-1+an-2)；
再依计算结果输出控制相应信号灯的切换。
5.根据权利要求1所述智能交通信号管理方法，其特征在于：还将所述单片机的控制输出端与秒计数显示器相连，当红灯时间结束时，单片机立即将计算结果输出到秒计数显示器。
6.根据权利要求1所述智能交通信号管理方法，其特征在于：在绿灯结束时，控制器将车辆数通过无线数据通信收发器发往下一道口。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Owner name: JIANGSU PROVINCE PAWA ELECTRIC POWER TECHNOLOGY CO Free format text: FORMER OWNER: NANJING KEER DIGITAL TANSMISSION LIMITED LIABILITY COMPANY Effective date: 20090828 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20090828 Address after: -12 1, building 226, No. 01, Jiangsu, Nanjing, Changle Road: 210006 Applicant after: JSPOWER Technology Co., Ltd. Address before: Building 7, building 226, No. 01, Jiangsu, Nanjing, Changle Road Province, China: 210001 Applicant before: Nanjing Kole Digital Transmission Technology Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101020 Termination date: 20130524 |