CN215987585U - 基于无线信号传输和gps校时的交叉口信号协调控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统，具体涉及交通信号控制技术领域，包括：信号中心控制平台、子系统平台、信号灯组和神经元；所述信号中心控制平台下设若干个子系统平台，每个所述子系统平台对应一个单路口，每个所述单路口下设与信号灯组数量相对应数量的神经元；所述神经元包括单片机主控板、控制板、GPS时钟校准模块、信号状态检测模块和NB‑IOT信号接收/发送模块。本实用新型所述的一种基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统，利用无线信号传输代替有线传输，有效地降低了光电缆及网线的使用，可以尽量减少数据通信次数，降低通信压力，降低通信密钥泄露的可能性。
Description
技术领域
本实用新型涉及交通信号控制技术领域，特别涉及一种基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统。
背景技术
道路交通信号协调控制系统是城市交通运输系统的重要组成部分，是控制交叉口人车安全、有序运行，集硬件、软件及网络通信等基础技术为一体的信号协调控制系统。随着物联网技术的日渐成熟和更新，也为信号协调控制系统的快速发展创造了有利条件。
信号控制机作为交通信号控制系统的核心组成部分，主要起到为信号灯组下发信号指令的作用，从过去的非联网信号机，到现阶段逐渐普及的协调式联网信号机，使信号控制由点及线，由线及面的联动控制策略实施成为可能。信号配时参数（信号周期、绿信比、相位差等）及方案制定、优化和评估成为了一项重要的系统性技术。随着大数据、人工智能、交通多元化数据采集技术的迅速发展，交通信号控制技术不断从被动控制向实时控制和交通预判、预控等方向发展。与此同时，也对信号系统的集成化、系统化管理与应用提出了重要挑战。然而，完整的信号控制系统不仅需要健全的前端系统设计方案，还需要管控中心系统平台完备建设。而前端信号灯、信号控制机、网络通信、数据采集系统等如何做到简约、有效，如何在满足交通控制需求的同时，保证系统施工、设备调试、运维等技术环节过程中节省资源，如何实现前端设备与信号控制中心完成安全、稳定、同步、直接的数据交互，达到控制目标，是未来值得创新之处。
现有技术中，交通信号智能信号控制在国内来说还是一片空白，现有的信号控制系统，在信号控制中心与信号控制机之间利用光纤连接传输，当信号传输方案下发至信号机时，信号机利用有线传输方式将信号源传输给机动车信号灯组和人行信号灯组。该过程需要大量的管线开挖、线路布设等工程量，过街顶管、过街开挖、非过街开挖，管线敷设、检修井修砌等工作。同时后期运行维护还仍会投入一定的线材、人力成本。此外，信号控制机的建设成本较高，在信号灯路口建设费用中占较大比例。并且在当下，城市信号控制机呈现鱼龙混杂、百家齐放的局面，不同厂家生产的信号机在电气标准、输入输出数据地址等各不相同，因此各类信号机存在无法兼容的问题，导致控制平台对信号机进行统一、集成化管理、集中式管理，城市大脑建设存在明显的技术障碍。
鉴于上述原因，本实用新型人提出了一种基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
一种基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统，包括：信号中心控制平台、子系统平台、信号灯组和神经元；
所述信号中心控制平台下设若干个子系统平台，每个所述子系统平台对应一个单路口，每个所述单路口下设与信号灯组数量相对应数量的神经元；
所述神经元包括单片机主控板、控制板、GPS时钟校准模块、信号状态检测模块和NB-IOT信号接收/发送模块，每个所述NB-IOT信号接收/发送模块包括一无线通讯板和一数据板，所述GPS时钟校准模块、NB-IOT信号接收/发送模块、信号状态检测模块和控制板均与主控板电联，每个所述神经元均安装有一个GPS时钟校准模块，与控制中心实时联络，各神经元时钟每周期进行一次校准，保证信号方案运行的同步性。
优选的，所述无线通讯板配套设置有两组网络接口，用于实现神经元和控制后台之间的通讯，每个数据板均设置有用于接入车流量数据的接口、接入请求按钮信号的接口和接入计时器数据的接口。
优选的，每个所述控制板均设置有三组机动车信号输出通道和两组人行信号输出通道。
优选的，三组所述机动车信号输出通道分别为左转机动车信号输出通道、右转机动车信号输出通道和直行机动车信号输出通道。
优选的，两组人行信号输出通道分别与该神经元中的两组人行灯电联。
优选的，所述信号灯组包括车行信号灯和人行信号灯，每个所述神经元对应一个车行信号灯和一个人行信号灯。
优选的，所述车行信号灯为满屏灯或箭头灯。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
1、经济效益：（1）设备外观简洁大方，安装工序简单，节省大量人力成本；（2）有效地降低了光电缆及网线的使用，减少了线路运行老化、短路等故障问题的发生频率；在处理故障问题时可以直接锁定唯一信号控制单元，更具有针对性，减少了故障排查、处理时间，从而大幅降低了检修人员的工作量，减少了路口信号系统整体建设、运营成本。
2、社会效益：（1）进一步推动了物联网技术、通信技术与交通行业的融合发展与应用，为智能交通信号控制专业领域的研究成果起到了创新、补充作用；（2）促进城市交通信号控制系统不断向简约化、智慧化、人性化发展，并与城市交通大脑实现无缝衔接，避免因采用多种信号机导致无法接入同一控制中心平台的困局。
附图说明
图1为本实用新型的工作模块图；
图2为本实用新型的分层控制示意图；
图3为本实用新型的神经元的工作模块示意图；
图4为本实用新型的控制方法模块示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式，这里使用的“第一”、“第二”仅用于区别同一技术特征，并不对该技术特征的顺序和数量等加以限定。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1-4所示，一种基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统，包括：信号中心控制平台、子系统平台、信号灯组和神经元；所述信号中心控制平台下设若干个子系统平台，每个所述子系统平台对应一个单路口，每个所述单路口下设与信号灯组数量相对应数量的神经元；
需要说明的是，本实用新型中所述的神经元即为信号灯组控制器，在本申请中统一称神经元。
所述中心控制平台主要包括信号控制方案制定界面、路口各信号灯组控制器（神经元）实时状态信息。
所述神经元包括单片机主控板、控制板、GPS时钟校准模块、信号状态检测模块和NB-IOT（窄带蜂窝物联网）信号接收/发送模块，每个所述NB-IOT信号接收/发送模块包括一无线通讯板和一数据板，所述GPS时钟校准模块、NB-IOT信号接收/发送模块、信号状态检测模块和控制板均与主控板电联，每个所述神经元均安装有一个GPS时钟校准模块，与控制中心实时联络，各神经元时钟每周期进行一次校准，保证信号方案运行的同步性。
所述无线通讯板配套设置有两组网络接口，用于实现神经元和控制后台之间的通讯，每个数据板均设置有用于接入车流量数据的接口、接入请求按钮信号的接口和接入计时器数据的接口；每个所述控制板均设置有三组机动车信号输出通道和两组人行信号输出通道；三组所述机动车信号输出通道分别为左转机动车信号输出通道、右转机动车信号输出通道和直行机动车信号输出通道；两组人行信号输出通道分别与该神经元中的两组人行灯电联；所述信号灯组包括车行信号灯和人行信号灯，每个所述神经元对应一个车行信号灯和一个人行信号灯；其中车行信号灯为箭头灯或满屏灯，且均配套设置有倒计时显示器。
本实用新型总体研发内容分三个阶段工作，按照交叉口信号控制系统的功能及信号控制的范围进行划分，主要包括：一阶段以实现单点分时段多方案定时式控制为主要研发目标、二阶段实现单点多目标感应式信号控制、三阶段核心面向线协调的定时/自适应控制。其中一阶段具体为：
以NB-IOT（窄带蜂窝物联网）通信技术、GPS校时技术、加密技术为核心技术支撑，在传统信号灯内部集成了控制板和驱动板，每组信号灯组控制器（也称神经元）都具有独立的编号，都可以与控制中心实时通信。
以正规十字路口（定义唯一编号）为例，控制中心通过NB-IOT（窄带蜂窝物联网）向路口的各组信号灯组控制器统一下发控制方案，各组信号灯组控制器收到方案之后通过统一的GPS时间进行同步执行，从而保证各组信号灯分布式同步执行方案。
另外，需要说明的是，本实用新型主体由前端信号灯组控制器和远程控制中 心两部分组成，而信号灯组控制器（神经元）包含数据板、电路板、接收器等信号控制转换装置。信号灯组控制器（神经元）使用MAC地址，意译为媒体访问控制，或称为物理地址，用来定义网络设备的位置，专注于数据链路层，将一个数据帧从一个节点传送到相同链路的另一个节点。从控制中心发出信息通过无线信号传输到信号灯组控制器，和传统的光电传输信号不同，不需要敷设光纤、网线，也不需要繁琐的电路，只需供给信号灯组控制器一个AC220的电源，其他的信号、电源转换都会在其内部进行。
本实用新型开公开的一种基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统的使用方法具体如下：
a.搭建信号控制中心平台，根据路口车流量和人流量信息，制定路口信号灯组放行方案，设计配时参数；
b.对每个路口的神经元进行编号，保证每个神经元都具有独立的编号；
c.信号控制中心平台通过NB-IOT向路口的每个独立编号的神经元统一下发控制方案；
d.各组神经元收到方案之后通过统一的GPS时间进行同步执行。
其中，上述配时参数包括：信号周期、相位绿信比和绿灯间隔；所述路口信号灯组放行方案制定包括早高峰路口信号灯组放行方案、平峰路口信号灯组放行方案和晚高峰路口信号灯组放行方案，相位绿信比及一个信号相位的有效绿灯时长与周期时长之比。
下面以一标准十字路口为例作具体阐述：
首先根据根据路口车流量和人流量信息，制定路口信号灯组放行方案，设计配时参数，及信号周期、相位绿信比和绿灯间隔，然后将该方案下发至每个独立编号的神经元，一个路口有4个信号灯组控制器（神经元），各自有固定编号001、002、003、004，每个神经元信号控制器配置3组机动车输出（左转，直行，右转），2组人行信号输出（可接2组人行灯），输出通道路数通过插拔控制板扩展；每个神经元配置2组网络接口，并配置无线通讯板（路口和控制后台之间通讯），再有一组数据板，用来接入车流量数据、请求按钮信号、计时器数据等扩展口，同时可记录兄弟神经元编号、服务器地址等核心固件信息；每个神经元均安装有一个GPS时钟校准模块，与控制中心实时联络，各神经元时钟每周期进行一次校准，保证信号方案运行的同步性，各组神经元收到方案之后通过统一的GPS时间进行同步执行。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统，其特征在于，包括：信号中心控制平台、子系统平台、信号灯组和神经元；
所述信号中心控制平台下设若干个子系统平台，每个所述子系统平台对应一个单路口，每个所述单路口下设与信号灯组数量相对应数量的神经元；
所述神经元包括单片机主控板、控制板、GPS时钟校准模块、信号状态检测模块和NB-IOT信号接收/发送模块，每个所述NB-IOT信号接收/发送模块包括一无线通讯板和一数据板，所述GPS时钟校准模块、NB-IOT信号接收/发送模块、信号状态检测模块和控制板均与主控板电联，每个所述神经元均安装有一个GPS时钟校准模块，与控制中心实时联络，各神经元时钟每周期进行一次校准，保证信号方案运行的同步性。
2.根据权利要求1所述的基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统，其特征在于：所述无线通讯板配套设置有两组网络接口，用于实现神经元和控制后台之间的通讯，每个数据板均设置有用于接入车流量数据的接口、接入请求按钮信号的接口和接入计时器数据的接口。
3.根据权利要求1所述的基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统，其特征在于：每个所述控制板均设置有三组机动车信号输出通道和两组人行信号输出通道。
4.根据权利要求3所述的基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统，其特征在于：三组所述机动车信号输出通道分别为左转机动车信号输出通道、右转机动车信号输出通道和直行机动车信号输出通道。
5.根据权利要求3所述的基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统，其特征在于：两组人行信号输出通道分别与该神经元中的两组人行灯电联。
6.根据权利要求1所述的基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统，其特征在于：所述信号灯组包括车行信号灯和人行信号灯，每个所述神经元对应一个车行信号灯和一个人行信号灯。
7.根据权利要求6所述的基于无线信号传输和GPS校时的交叉口信号协调控制系统，其特征在于：所述车行信号灯为满屏灯或箭头灯。
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