CN1716334A - 智能交通管理系统自适应交通信号控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能交通管理系统自适应交通信号控制装置，由交通信号自动采集器、信号收集整理器、嵌入式计算机优化处理器、交通标志显示控制器及交通标志显示灯牌组成。通过对实际路况信息的实时采集、整理，经过微机按照交通规则制定的逻辑关系处理后，将信号输入交通标志显示控制器，使交通标志显示灯牌随路况变化而适应性变化。改变现有的传输、反馈控制的预测式或预置式交通管理模式，从而达到实时控制的科学管理，指挥交通信号及时反应，准确无误。排除各种人为因素或违章纠纷及信号传输往返控制滞后的因素干扰，有效保证城市中人流、机动车、非机动车的混合交通流的高效有序通行。该装置投资少、见效快，具有广阔的应用前景。

Description

智能交通管理系统自适应交通信号控制装置

技术领域

本发明涉及智能交通管理系统，特别涉及一种智能交通管理系统自适应交通信号控制装置。

背景技术

随着现代社会经济的发展，城市建设的不断完善，城市交通智能化管理问题日益突出的显现在人们面前。由于车辆、人流的迅增，目前国内各大城市的交通现状不容乐观，交通经常拥挤阻塞、安全事故时有发生，交通违章纠纷责任不明等，给人们的出行造成诸多不便。为缓解交通不畅所带来的压力，政府和有关部门不断加大治理投资力度，在拓宽道路的同时加大交通管理设施资金的投入，注重引进自动化、智能化技术。从某种意义上说，对交通的管控能力，可直接体现出国家对整个社会的管理控制能力及科技发展的水平，因此各国都非常重视采用高科技手段来强化对交通的管控能力。交通管理红绿灯控制是智能交通管理系统的一个重要组成部分，不同城市的交通问题虽然不尽相同，但共性问题均涉及控制混合交通流的问题。因此，研制出自适应交通信号控制装置，有效控制混合交通流，是开发智能交通管理系统的首要前提。但目前科研人员研制开发的有关项目所形成的交通管理模式均为预测式管理或预置式管理，即经过预制通行的时间安排指挥信号的显示或预测、传输，再经交管中心运行反馈信号指挥控制交通。这样，经往返传输的指挥信号易造成控制滞后于实时路况、延误指挥，如出现绿灯路口没有车，红灯路口有车也要等到原设定红灯显示的时间结束，有车路口的车辆看到红灯转为绿灯才能通过。不利于形成智能化交通管理系统的良性循环，同时还会造成人力物力资源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，引入智能交通实时监控科学管理的新理念，提供一种智能交通管理系统自适应交通信号控制装置。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：一种智能交通管理系统自适应交通信号控制装置，其特征由交通信号自动采集器、信号收集整理器、嵌入式计算机优化处理器、交通标志显示控制器及交通标志显示灯牌组成；交通信号自动采集器包括机动车检测器、非机动车检测器、行人检测器，分别连接信号收集整理器；并与嵌入式计算机优化处理器输入端连接，由嵌入式计算机优化处理器运算将数字信号转化为电信号实时提供给交通标志显示控制器的输出部件，通过控制电路的调压，将实时交通控制信号输入给交通标志显示灯牌。

本发明的有益效果是：通过对实际路况信息的实时采集、整理，经过微机按照交通规则制定的逻辑关系处理后，将信号输入交通标志显示控制器，使交通标志显示灯牌随路况变化而适应性变化。改变现有的传输、反馈控制的预测式或预置式交通管理模式，从而达到实时控制的科学管理，指挥交通及时反应，准确无误，排除各种人为因素或违章纠纷及信号传输往返控制滞后的因素干扰，使交通疏导和指挥更加客观和智能化，有效保证城市中人流、机动车、非机动车的混合交通流的高效有序通行，同时降低人力物力资源的浪费。该装置设计合理、性能可靠、灵敏度高，在现有道路基础设施和条件有限的情况下应用，投资少、见效快，适用范围广。

附图说明

图1为本发明构成方框图；

图2为机动车、非机动车检测器方框及局部电路连接图；

图3行人检测器电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和较佳实施例对依据本发明提供的具体实施方式、结构、特征详述如下：

参见图1～3，一种智能交通管理系统自适应交通信号控制装置，其特征由交通信号自动采集器11、信号收集整理器12、嵌入式计算机优化处理器13、交通标志显示控制器14及交通标志显示灯牌15组成；交通信号自动采集器11包括机动车检测器、非机动车检测器、行人检测器，分别连接信号收集整理器12；并与嵌入式计算机优化处理器13输入端连接，由嵌入式计算机优化处理器13运算将数字信号转化为电信号实时提供给交通标志显示控制器14的输出部件，通过控制电路的调压，将实时交通控制信号输入给交通标志显示灯牌15。

所述交通信号自动采集器11采用的机动车检测器、非机动车检测器由正弦波发生器21、功放单元22、谐振检测电路23、信号放大电路24、信号整形电路25、开关电路26连接组成；谐振检测电路23中产生共振前后使电压明显变化作为两种不同控制信号的输出，图2中的谐振检测电路由电阻R1、电容C1～C3、电感L、双向稳压管DW1连接组成；电阻R1、电容C1、电感L为谐振电路，双向稳压管DW1、电容C3是起防雷击作用，电容C2是起耦合作用。交通信号自动采集器11采用的行人检测器可利用被动红外探测器对移动物体的感应应用匹配检测行人行进状态及数量变化；同样非机动车检测器也可采用被动红外探测器对移动物体的感应应用匹配检测非机动车的行驶状态及数量变化。其工作原理为增加对探测距离和角度的限制，采用模糊数码逻辑分析，模糊逻辑是指CPU内含有的一套数学模型算法，它的主要功能是智能分析热释电红外传感器收集的信号，分析判断是人体移动，还是其它物体移动，真正实现了探测器的智能化。室外防误报信号采用的是三鉴技术解决这一问题。探测器内部应用了两个或三个红外感应，采用双视窗的结构，当这些感应器均判断为有真正的人体进入时检测范围才提交信号。采用这种技术不仅可以抗强光(大于等于100万lux.)，且可以抗大风、小动物、外界噪声及各种恶劣气候的影响，真正达到符合露天采集信号的要求。采用的四源(射频、电磁、火花、静电)红外反极性探测，热控制模块，菲捏尔镜等避免信号误报。交通信号自动采集器11的设置分别采用对机动车、行人、非机动车针对性的检测器。机动车检测器(埋置在相应车道上地表深3-5厘米的线圈)，非机动车检测器(埋置在相应车道上地表深3-5厘米的线圈或采用设立在距地面一定高度的人行道边上的探头)，行人检测器(设立在距地面一定高度的人行道边上的探头)等采集动态信号。利用设于地面表层埋在地下3-5厘米的机动车道上若干个的汽车检测器和对移动物体的感应应用匹配检测机动车或非机动车的行驶状态及数量变化。其工作原理为设定检测距离、检测速度的电路，采用不同的形状和频段区分探测物体，提高了分辨率。并增加了地平衡设计，克服了由于土壤中金属元素和金属物含量不同造成的误报，避免虚假信号的出现。

参见图3，行人检测器的电路组成包括：集成电路IC1、IC2、稳压管DW2～DW4、三极管T、二极管D1～D5、电阻R2～R12、可变电阻RP1、RP2、电容C4～C15、开关K1、K2、继电器J。设有电容C4和电阻R2组成降压电路，与稳压管DW4决定电压数值9V。稳压管DW2、DW3，二极管D2、D3为桥式整流电路，限制电压幅值不超过12V。电容C5起滤波作用，使桥式整流电路的12V更稳定。集成电路IC1采用型号为HT7610，电阻R8为集成电路IC1的6脚提供参考电位。二极管D5、电阻R4与9V.稳压管DW4、电容C6组成恒压电路，电容C6两端是9V，并给集成电路IC2的1脚；9V供集成电路IC1的7脚模式选择开关三个状态：ONIC1的2脚总输出，OFF无输出，AUTO悬空；集成电路IC1的2脚输出。通过电阻R5连接三极管T带动继电器J。三极管T的集电极直接带动继电器J的线圈，使开关K1闭合，有信号输出。二极管D1对三极管T起保护作用，防止线圈断电时有过电压烧毁三极管T。二极管D4与电阻R3串联并与电阻R6组成交流电过零检测电路给集成电路IC1的5脚。12V直流电经过集成电路IC1内部的基准稳压源后产生精密的3.3V电压供给集成电路IC2，集成电路IC2用来检测人体发出的红外线信号，当有人靠近行人检测器时，可变电阻RP2即可在1～10m之间调整检测距离，集成电路IC2就会把人体发出的微弱红外信号检测出来并直接送至集成电路IC1的12脚，在集成电路IC1内部将该信号进行整形放大后从输出端2脚输出一个控制信号带动继电器J，完成自动控制。集成电路IC1内有两级运算放大器，集成电路IC2信号经集成电路IC1的12脚输入至第一级运放放大后从13脚输出，通过电阻R11、电容C15和集成电路IC1的15脚输入到第二级运放放大，再在内部输送至窗口比较器，电阻R11和可变电阻RP2分别设定第一级与第二级放大器增益。系统时钟由集成电路IC1的4脚及外部电阻R7和电容C7设定，在电阻R7＝560k和电容C7＝100PF时，系统振荡频率f_oscs＝16KHz。集成电路IC1的3脚外接元件可变电阻RP1、电容C8，起输出端延时定时作用，以便于控制目标离开后集成电路IC1输出端的控制信号可以延迟一定的时间，一旦输出持续时间结束，延时时间与外接阻容定时元件的参数成正比。集成电路IC1的5脚为交流电压过零检测输入；集成电路IC1的7脚用于工作模式选择，并通过单刀三位开关K2执行。当集成电路IC1的7脚置于V_DO时，集成电路IC1输出导通；当集成电路IC1的7脚接地时，输出关闭；当集成电路IC1的7脚悬空时，则为自动检测模式。电容C9使集成电路IC1内部3.3V和外部的9V锁定在一起以防干扰。电容C9、电容C12起进一步稳定的作用。集成电路IC1各引脚作用说明如表1所示：

表1

				引脚	名称		作用
1	Vss		接地端
				2	RLY(TRLAC)		触发信号输出端
3	OSCD		RC定时器，控制输出时间
				4	OSCS		系统时钟
5	ZC		交流过零检测
				6	CCS		输出控制端
7	MODE		模式控制
				8	Vdo		正电源输入
9	VEE		基准电压输出端，为PUR供电
				10	RST		复位端通常悬空
11	OPIP		第一级运放正相输入端
				12	OPIN		第一级运放反相输入端
13	OPIO		第一级运放输出端
				14	OP2P		第二级运放正相输入端
15	OP2N		第二级运放反相输入端
				16	OP2O		第二级运放输出端

所述信号收集整理器12采用分析电路将交通信号自动采集器11采集到的实时信息经收集、分类、处理，将有效电信号转化成数字信号提供给自适应交通信号控制装置中具有自检功能的嵌入式计算机优化处理器13。

所述嵌入式计算机优化处理器13连接各路感应开关和相应信号控制开关，采用按照现行交通规则的要求编制程序的单片机、单板机或PLC，用于对有效信号的处理，然后输出。嵌入式计算机优化处理器13可采用集成电路芯片型号为89C51或8031。嵌入式计算机优化处理器13动态接收信号收集整理器12输出的数字信号，处理器配设时钟电路，具有时钟功能，经过按照现行交通规则制定的逻辑关系配时运算，动态输出智能化的数据信息，并将数字信号提供给交通标志显示控制器14。通过控制电路的调压，将满足交通标志显示灯牌15的信号输入给显示设备，实现信号灯牌动态适应混合交通流的实际需要。

所述交通标志显示控制器14采用控制开关，将运算后的信号提供给交通标志显示灯牌15；无效信号剔除或与下一组信号一同进入另一级运行；发挥自检功能，依次循环。

所述交通标志显示灯牌15采用LED信号灯、普通信号灯或信号牌显示。

智能交通管理系统自适应交通信号控制装置的工作原理是车辆经由特殊的专用感应装置，使动态感应到的信号经过设置的自适应嵌入式计算机优化处理器13，通过智能运算处理后实时传递给路口的交通标志显示灯牌，例如普通红黄绿信号灯，渐变式LED显示灯牌。

所述控制电路中还设有自身功能的检测提示即自动检测电路，对系统硬件和软件定时循环检测，发现非正常信号出现提交巡检报告，硬件显示交通标志显示灯牌的黄灯闪烁，软件提交通讯信号接口，可连接控制中心并提交现场数据信息报告系统控制中心。

自适应交通信号控制装置是实现智能交通管理的重要组成部分，也是世界各国潜心研究和多年试验的课题之一。本发明根据当地环境和路面行驶的车流量密度以及相关路口往来车辆情况，为随机的自适应管理模式提供必备设置，配合完成智能交通管理联动的实际需要，简化了交通指挥管理工作，大大提高车辆、人流的通行效率。同时还可与交通指挥控制中心智能交通管理系统全面联网，配置通讯系统装置，摄录象系统装置，遥控系统装置及GPS定位系统装置等，全面实现城市交通管理的智能化、自动化实时监控。

Claims (7)

1、一种智能交通管理系统自适应交通信号控制装置，其特征由交通信号自动采集器、信号收集整理器、嵌入式计算机优化处理器、交通标志显示控制器及交通标志显示灯牌组成；交通信号自动采集器包括机动车检测器、非机动车检测器、行人检测器，分别连接信号收集整理器；并与嵌入式计算机优化处理器输入端连接，由嵌入式计算机优化处理器运算将数字信号转化为电信号实时提供给交通标志显示控制器的输出部件，通过控制电路的调压，将实时交通控制信号输入给交通标志显示灯牌。

2、根据权利要求1所述的智能交通管理系统自适应交通信号控制装置，其特征在于所述交通信号自动采集器采用的机动车检测器、非机动车检测器由正弦波发生器、功放单元、谐振检测电路、信号放大电路、信号整形电路、开关电路连接组成；谐振检测电路由电阻R1、电容C1～C3、电感L、双向稳压管DW1连接组成；谐振检测电路中产生共振前后使电压明显变化作为两种不同控制信号的输出；交通信号自动采集器采用的行人检测器可利用被动红外探测器对移动物体的感应应用匹配检测行人行进状态及数量变化；行人检测器的电路组成包括：集成电路IC1、IC2，稳压管DW2～DW4，三极管T，二极管D1～D5，电阻R2～R12，可变电阻RP1、RP2，电容C4～C15，开关K1、K2，继电器J；稳压管DW2、DW3、二极管D2、D3、电容C5为桥式整流滤波电路，直流电经过集成电路IC1内部的基准稳压源后产生的电压供给集成电路IC2，集成电路IC2运行检测人体发出的红外线信号，并送至集成电路IC1的12脚，经集成电路IC1整形放大后从输出端2脚输出控制信号带动继电器J工作，集成电路IC1的7脚用于工作模式选择，并通过单刀三位开关K2执行；当集成电路IC1的7脚置于V_DO时，集成电路IC1输出导通；当集成电路IC1的7脚接地时，输出关闭；当集成电路IC1的7脚悬空时，则为自动检测模式；同样非机动车检测器也可采用被动红外探测器对移动物体的感应应用匹配检测非机动车的行驶状态及数量变化。

3、根据权利要求1所述的智能交通管理系统自适应交通信号控制装置，其特征在于所述信号收集整理器采用分析电路将有效信号提供给交通信号控制装置的嵌入式计算机优化处理器。

4、根据权利要求1所述的智能交通管理系统自适应交通信号控制装置，其特征在于所述嵌入式计算机优化处理器采用集成电路芯片连接各路感应开关和相应信号控制开关，采用按照现行交通规则的要求编制程序的单片机、单板机或PLC，用于对有效信号的处理，然后输出。

5、根据权利要求1所述的智能交通管理系统自适应交通信号控制装置，其特征在于所述交通标志显示控制器采用控制开关，将运算后的信号提供给交通标志显示灯牌；无效信号剔除或与下一组信号一同进入另一级运行；依次循环。

6、根据权利要求1所述的智能交通管理系统自适应交通信号控制装置，其特征在于所述交通标志显示灯牌采用LED信号灯、普通信号灯或信号牌显示。

7、根据权利要求1所述的智能交通管理系统自适应交通信号控制装置，其特征在于所述控制电路中还设有自身功能的检测提示即自动检测电路，对系统硬件和软件定时循环检测，发现非正常信号出现提交巡检报告，硬件显示交通标志显示灯牌的黄灯闪烁，软件提交通讯信号接口，可连接控制中心并提交现场数据信息。