CN2476064Y - 智能路口机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能路口机，适用于智能化城市交通管理网络系统，其特征在于，所述智能路口机是一个具有运行智能化路口信号灯监控程序能力的独立的控制装置，包括具有独立工作和联机(或联网)工作能力的智能路口信号控制器、便携式编码器、路口信号灯驱动器和智能网络接口模块。实施本实用新型的智能路口机，有利于提高城市交通管理效率和管理能力，具有重大的社会效益和经济效益。

Description

智能路口机

本实用新型涉及城市交通管理设备，尤其是涉及一种可用于智能化城市交通管理网络系统的路口交通信号装置。

随着现代社会的发展，人们对城市交通、公共安全和环境保护越来越重视，提出了城市绿色交通通道的概念。所谓城市绿色交通通道，又称绿波带，是指通过提高城市交通全局的综合管理能力，大幅度提高城市交通效率，避免出现城市交通瓶颈，实现交通安全无事故，降低城市车辆尾气排放量和噪音，从而减少环境污染和对地球资源的消耗。目前的城市交通管理系统一般包括控制管理系统和设置在交通路口的执行装置，如路口机、交通信号机等，采用的是集中或集散控制的方法，当交通区域增大时，还需配置区域控制机。其工作过程是：控制管理系统通过对各路段各时段交通流量信息的判断、信号周期、绿信比和相关路口信号相位差的推算，调整各路口信号配时的解决方案，进而通过路口机执行对路口交通信号灯的控制。但是，由于现有的城市交通管理系统是采用集中控制或集散控制的方法，其中的路口机设备不具有独立的控制能力，整个城市交通的控制管理方案的调整过程层次多、效率低、偏差大、路口局部交通与城市全局交通的协调能力不足，并且逐个路口按串行方式依次进行调整，并不能实现并行处理，因此，管理效率和管理能力较低，不利于较大区域范围内的交通管理，不能适应复杂的交通路况，经常需要交警亲临多个路段人工干预城市交通信号管理系统的运行，无法满足实现城市绿色交通通道的要求。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种适用于管理效率更高、管理能力更强的智能化城市交通管理网络系统的智能路口机。

本实用新型的目的是这样实现的，一种智能路口机，适用于智能化城市交通管理网络系统，所述智能化城市交通管理网络系统包括交通指挥中心控制管理系统中心局域网(简称指挥中心局域网)、宽带城域网交通控制管理系统专网(简称宽带城域专网)、以及由智能路口机和信息采集设备等组成的交通路口控制管理系统现场局域网(简称路口局域网)，所述指挥中心局域网、宽带城域专网、以及路口局域网采用网络互联技术通过城域电信主干或专用光缆连接成一个完整的城市交通管理网络；其特征在于，所述智能路口机是一个具有运行智能化路口信号灯监控程序能力的独立的控制装置，包括具有独立工作和联机(或联网)工作能力的智能路口信号控制器、便携式编码器、路口信号灯驱动器和智能网络接口模块。

实施本实用新型的智能路口机，由于其具有独立控制能力和联网功能，因此，除了可以独立实现交通路口信号灯的监控功能，同时还可以适用于智能化城市交通管理网络系统，通过采用全分布式处理(每个路口自成对等独立的控制系统)的两层扁平式控制方法(中心级的智能网络层面和现场级的智能路口机层面)和执行多重代理协议(多智能路口机和多信号协议类型)的管理模式，可以全范围动态地调整城市交通管理方案，并可以独立解决各个控制点(路口)的交通管理问题，有利于实现交通管理效率的最大化，大幅提高了城市交通管理能力，同时大幅度降低了城市交通管理系统的复杂度和投资成本，具有很强的社会效益和经济效益。

下面结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细的说明：

图1是本实用新型的智能路口机所适用的智能化城市交通管理网络系统的一个实施例的系统结构示意图；

图2是本实用新型智能路口机的一个实施例的系统结构示意图；

图3是图2所示的智能路口机的电路原理框图；

图4是图1所示的智能化城市交通管理网络系统的工作流程图；

图5是图1所示的智能化城市交通管理网络系统的信息流程图；

图6是图2所示的智能路口机的工作流程图；

图7是图2所示的智能路口机的信息流程图。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，智能路口机所适用的智能化城市交通管理网络系统包括指挥中心局域网，宽带城域专网和路口局域网，采用以太网络互联技术通过城域电信主干或专用光缆连接成一个完整的城市交通管理网络。其中，智能路口机本身是一个独立的控制系统并具有运行智能化路口信号灯监控程序的能力，整个城市交通管理网络采用全分布式处理的两层控制方法和执行多重代理协议的管理模式。

指挥中心局域网的关键是交通指挥中心网络服务器，在该服务器上日常运行着城市路网信息库、交通流量统计库、城市交通管制系统、城市路口车流量实时采集系统、城市道路事故实时检测系统等城市交通控制管理公共系统，在这些公共系统信息的基础上，服务器上还运行特殊的城市交通信号周期和协议同步系统来执行城市各路口交通信号的协调任务。

宽带城域专网的关键是主干路由交换机、接入交换机或集线器，这些数字通信设备通过电信电缆或光纤专缆形成一个宽带城域数字通信网络。该网络支持以太网技术的网络高速互联。

路口局域网的关键是智能路口机和路口车流量采集器，其中智能路口机通过局域网与路口车流量采集器交换信息，并通过宽带城域专网与交通指挥中心网络服务器共享信息。在智能路口机上运行智能路口信号控制系统，该系统一方面按设定协议规程和智能化动态调整的协议运行参数执行路口的信号控制任务，另一方面接受来自交通指挥中心网络服务器的指令，选择多重代理协议，执行城市交通管制或者城市交通信号周期和协议同步的任务。

如图2和图3所示，智能路口机由智能路口信号控制器、便携式编码器、路口信号灯驱动器和智能网络接口模块组成，每个模块都具有独立工作和联机或联网工作的能力，且都包含RS485抗共式干扰的总线通讯功能。下面对各组成部分分别进行详细的说明：

智能路口信号控制器：其内部电路构成主要包括以下模块：(1)嵌入式微处理器核心模块：

主要由微处理器(CPU)，存储器、总线控制器、时钟电路、输入/输出(I/O)接口电路等组成，其主要功能是执行固有的可以从网络下载的智能路口机本控程序，与智能网络配合实现多种交通信号控制和管理模式；(2)总线选通控制器模块：

主要由标准门控电路和电子开关电路等组成，其主要功能是在智能路口机的手控和自控工作模式之间自动切换；(3)路向选通控制器模块：

主要由标准译码电路、门控电路和锁存器电路等组成，其主要功能是确定路口选择，以对该路口有关监控对象(即交通信号灯和交通指示牌之类的信号装置)进行状态信息的输入/输出操作；(4)对象选通控制器模块：

主要由标准译码电路、门控电路和锁存器电路等组成，其主要功能是确定选中路口的监控对象，以对信号灯或装置进行状态信息的输入/输出操作。(5)状态选通控制器模块：

主要由标准译码电路、门控电路和锁存器电路等组成，其主要功能是确定选中路口具体的监控对象有关的状态锁存器，以对该路口状态锁存器进行状态信息的输入/输出操作，明确此刻该交通信号灯或交通指示牌之类的信号装置应有的工作状态。(6)状态锁存器模块：

主要由标准译码电路、门控电路和锁存器电路等组成，其主要功能是锁存状态信息和控制对锁存器状态信息的输入/输出操作；(7)门控驱动电路及方波合成器(RS485通讯接口电路)模块：

主要由标准门控电路、方波合成器、RS485通讯接口电路等组成，其主要功能是根据状态锁存器提供的状态信息自动生成标准的交通信号灯或交通指示牌之类的信号装置必需的状态控制信号，并保障通讯信号抗干扰等要求的可靠传送。

便携式编码器：其内部电路构成主要包括以下模块：(1)基础模块：主要由标准时钟电路、开关电路、输入/输出切换电路、RS485通讯接口电路等组成，其主要功能是实现与智能路口信号控制器的联机操作。(2)路口显示模块：主要由标准发光二极管(LED)及其驱动电路等组成，其主要功能是显示由路口选择器输入设置的路口编码。(3)路灯显示模块：主要由标准LED及其驱动电路等组成，其主要功能是显示由路灯选择器输入设置的路灯或装置编码。(4)状态显示模块：主要由标准LED及其驱动电路等组成，其主要功能是显示由状态选择器输入设置的路灯或装置的状态编码。(5)计时显示模块：主要由标准LED及其驱动电路等组成，其主要功能是显示由指示选择器和数字小键盘输入设置的倒计时指示装置的状态编码。(6)堵车显示模块：主要由标准LED及其驱动电路等组成，其主要功能是显示由指示选择器和数字小键盘输入设置的堵车指示装置的状态编码。(7)路口选择器模块：主要由标准键盘电路、译码电路、门控电路、锁存器电路等组成，其主要功能是设置路口编码信息。(8)路灯选择器模块：主要由标准键盘电路、译码电路、门控电路、锁存器电路等组成，其主要功能是设置路灯编码信息。(9)状态选择器模块：主要由标准键盘电路、译码电路、门控电路、锁存器电路等组成，其主要功能是设置路灯状态编码信息。(10)指示选择器模块：主要由标准键盘电路、译码电路、门控电路、锁存器电路等组成，其主要功能是选通输出和设置堵车方向状态编码信息。(11)数字小键盘模块：主要由标准键盘电路、译码电路、门控电路、锁存器电路等组成，其主要功能是输入0～9数字编码信息。

现有的路口机一般仅能管理四个方向的路况，为了适应复杂路况的需要，在本实施例中，智能路口机配置了8个路口信号灯驱动器，最多可同时监控四面八方共8个交通路口。路口信号灯驱动器：其接口电路构成主要包括以下电路：(1)RS485通讯接口电路：主要由标准RS485总线驱动电路、LED及其驱动电路等组成，其主要功能是与智能路口信号控制器进行状态信息通讯和通讯状态的动态显示。(2)继电器驱动电路：主要由驱动电源接口和固态继电器电路等组成，其主要功能是为路灯及装置提供可控的驱动电源。智能网络接口：其内部电路构成主要包括以下模块：(1)通讯协议控制模块：主要由时钟、CPU、存储器、总线控制器、I/O控制器等电路组成，其主要功能是执行标准的通讯协议。(2)媒介访问控制模块：主要由时钟、CPU、存储器、总线控制器、I/O

控制器、媒介收发器等电路组成，其主要功能是执行标准的网络

信号传输。

本实用新型的智能化城市交通管理网络系统的功能是通过智能网络和智能路口机系统两个层面来实现的，每个城市构成一个所述的智能网络。

智能网络层面的功能如下：

智能化城市交通管理网络通过各种连接在网络上的信息采集设备和智能路口机自动更新城市交通网络管理信息，并以此信息为依据，采用人工智能的方法实施评估整个城市交通网络的车辆疏导能力，并利用信号周期同步和信号协议同步的手段动态调节城市交通的管理效率。城市交通指挥中心还可以根据城市交通计划安排，通过智能化城市交通管理网络实施城市交通管制任务。

如图5所示，智能化城市交通管理网络系统的信息流程如下：

智能化城市交通管理网络上的各种信息能在指挥中心局域网内共享和传播，这些信息的存在对实施有效的城市交通管理起着不可或缺的作用。交通指挥中心网络服务器通过城市路网信息、城市交通管制计划信息、城市路口交通流量统计信息、城市路口实时交通流量信息(来源于各路口交通流量实时采集器)来动态配置路口信号控制协议，并发布城市主干道协议同步需求信息。智能路口机可同时接收来自交通指挥中心网络服务器、相应路口交通流量实时采集器、相应路口交通事故探测器的信息，以便动态调整该路口交通信号的自适应性控制措施。

如图4所示，智能化城市交通管理网络系统的工作流程如下：

(1)交通指挥中心网络服务器启动，服务器运行预设的系统初始化程序；

(2)系统选择进入控制或者管制工作模式，如果选择控制工作模式，则进入步骤(3)，如果选择管制工作模式，则进入步骤(4)；

(3)系统运行于控制工作模式，系统主要进行人工输入信息和进行系统配置，然后返回步骤(2)；

(4)系统运行于管制工作模式，系统进入选择网控或者本控工作模式的状态，如果选择网控工作模式，则进入步骤(5)，如果选择本控工作模式，则进入步骤(6)；

(5)系统运行于网控工作模式，系统主要进行道路交通管制方案信息命令的配置，然后返回步骤(2)；

(6)系统运行于本控工作模式，系统开始实施城市交通流量控制的全局优化，同时派发路口交通信号控制代理协议的执行命令，命令

通过宽带城域专网下达到各路口智能路口机。

智能路口机层面的功能如下：

根据我国国情，智能路口机最多可同时监控四面八方总共8个交通路口方向。

每个路口方向最多可同时监控8个不同对象，最常用的8个对象是：红灯(R)、黄灯(Y)、左转灯(←)、直行灯(↑)右转灯(→)、行人灯(∝)、倒计时指示牌以及易塞车方向指示牌(简称堵车指示牌)；

用于指示机动车辆通行的前五种交通信号灯，均有亮(ON)、闪(FLASH)、灭(OFF)三种工作状态，且这三种工作状态逻辑上是“或”的关系，三者必居其一。前五种交通信号灯可各选配一个表明严令禁止通行的红灯(STOP)，在交通管制和事故状态时启用，形成第二套交通信号系统；其所选配的禁行灯(STOP)也可有亮、灭两种工作状态。当禁行灯处于熄灭状态时，由交通信号灯指挥机动车辆通行；当禁行灯处于“亮”状态时，交通信号灯显示状态无效，表明严禁车辆通行。出于安全性要求路口斑马线两端都需设行人灯，即一个路口有显示状态相同的两套行人灯，每套由一个红灯与一个绿灯所组成；红灯应有“亮”、“灭”两种工作状态，而绿灯则应有“亮”、“闪”、“灭”三种工作状态可供选择；每一套行人灯的红、绿状态显示并不是独立的，红灯“亮”时禁止行人通行，此时绿灯不应“亮”或“闪”，换言之控制绿灯“灭”的命令及禁行命令(STOP)均应点亮路口斑马线两端的红灯。

综上所述，对一个路口的前6个监控对象共有“亮”、“闪”、“灭”、“禁行”四种不同的控制命令状态。

智能路口机对每个路口的每一监控对象实施控制与状态监测的过程如下：嵌入式微处理器核心模块运行独立的人工智能程序实现智能化交通路口信号监控功能，总线选通控制器模块则由嵌入式微处理器核心模块操纵提供所有信号监控信息，路向选通控制器模块根据总线选通控制器模块的信息可以同时监控一个路口的8个行车方向，对象选通控制器模块与路向选通控制器模块配合可同时监控每个路口的8个不同信号对象，状态选通控制器模块与路向选通控制器模块以及对象选通控制器模块配合可同时监控每个路口的每个信号对象的4个不同工作状态，总计8×8×4＝256个不同信号状态，并且这些状态都同时存储在状态锁存器模块内，可由门控驱动电路及方波合成器模块经过信号处理后传送到信号灯驱动器电路。

智能路口机不仅可对每个路口的每一监控对象实施控制与状态监测，而且在实施控制时，还有网控与本控两种工作方式可供选择。

当处于网控工作方式时，每个智能路口机内部状态参数都可以通过网络由交通指挥中心远程下载设置，以便于根据不同时段路段调整信号周期长度和进行路口间信号协议同步，以易于实现城市绿波带的最大化和提高交通疏导效率。

当处于本控工作方式时，每个智能路口机是一个具有联网功能的独立信号控制系统，执行标准或独特的信号交换协议，信号周期和协议定时校正值的设定由网络服务器通过网络下传，如果与路口车流量传感器等辅助装置联网，那么智能路口机还能够根据车流量和对堵车率评估，来动态调整各方向绿灯信号在一个协议周期内所占据的时间长度来提高路口的交通疏导效率。

此外，智能路口机还具有手控和自控两种操作模式：

手控模式：在系统初装或检修、交警现场指挥(如处理事故或执行封路任务)时，智能路口机可设定为手控操作模式，此时不执行任何信号协议，只能单一设定路口的各信号灯及显示牌状态。

自控模式：在本控运行或联网运行时，智能路口机处于自控操作模式，可从网络服务器中获得参数设置、复位和同步信号指令，平时执行标准或预置的信号交换协议。

智能路口机能锁存对各个路口所有监控对象的控制命令；能用新的命令刷新前一次所发的老控制命令。控制命令按路口顺序及同一路口监控对象的排序连续设置。并可反向读取受监控对象状态以便于自动故障检测。

智能路口机可串行输出“倒计时指示”读数，并在下一次输出时递减刷新读数(该读数并不是秒概念，而是内部信号相对于最小信号周期的个数，其中最小信号周期定义为一辆车通过路口所需时间)，它和各个路口的“堵车状态提示”命令及各交通信号灯的显示命令，可由一公共数据输出端口在控制系统时钟脉冲的配合下串行输出。

如图7所示，智能路口机的信息流程如下：

智能路口机的工作是由来自指挥中心网络服务器、路口交通事故探测器、路口交通流量实时采集器和现场操作人员提供的信息驱动的。现场操作人员有最高的权限来干预路口交通的信号控制，通过人工编码命令来设置或改变路口交通信号状态。在没有人工干预的情况下，智能路口机结合来自指挥中心网络服务器、路口交通事故探测器、路口交通流量实时采集器的信息，进行路口堵车方向的评估，进行路口信号配时优化，进行路口红绿灯信号控制，并提供路口信号灯倒计时和路口堵车方向的提示信息。

如图6所示，智能路口机的工作流程如下：

(1)智能路口机启动，智能路口机运行预设的系统初始化程序；

(2)智能路口机选择进入手控或者自控工作状态，如果选择手控工作模式，则进入步骤(3)，如果选择自控工作模式，则进入步骤(4)；

(3)智能路口机运行于手控工作模式，智能路口机可以接收但无法执行来自交通指挥中心网络服务器的任何命令，智能路口机只能执行通过便携式编码器人工输入的指令，然后返回步骤(2)；

(4)智能路口机运行于自控工作状态，智能路口机开始判断选择进入网控或者本控工作模式，如果选择进入网控工作模式，则进入步骤(5)，如果选择进入本控工作模式，则进入步骤(6)；

(5)智能路口机运行于网络工作模式，智能路口机根据来自指挥中心网络服务器的控制命令工作，然后返回步骤(2)；

(6)智能路口机运行于本控工作模式，智能路口机实施路口交通流量控制的局部优化，同时执行有效的路口交通信号控制代理协议。

Claims (6)

1、一种智能路口机，是一个具有运行智能化路口信号灯监控程序能力的独立的控制装置，适用于由交通指挥中心控制管理系统中心局域网、宽带城域网交通控制管理系统专网、以及智能路口机与信息采集设备等组成的交通路口控制管理系统现场局域网组成的智能化城市交通管理网络系统，其特征在于：所述智能路口机由具有独立工作和联机工作能力的智能路口信号控制器、便携式编码器、路口信号灯驱动器和智能网络接口组成。

2、根据权利要求1所述的智能路口机，其特征在于，所述智能路口信号控制器包括：

(1)执行智能路口机本控程序从而与智能网络配合实现多种交通信号控制和管理模式的嵌入式微处理器核心模块，

(2)、用以实现在智能路口机的手控和自控工作模式之间自动切换的总线选通控制器模块，

(3)、用以确定路口选择从而对该路口有关监控对象进行状态信息的输入/输出操作的路向选通控制器模块，

(4)、用以确定选中路口的监控对象从而对信号灯或装置进行状态信息的输入/输出操作的对象选通控制器模块，

(5)、用以确定选中路口具体的监控对象有关的状态锁存器从而对该路口状态锁存器进行状态信息的输入/输出操作的状态选通控制器模块，

(6)、用以锁存状态信号和控制对锁存器状态信息的输入/输出操作的状态锁存器模块，以及

(7)、根据状态锁存器提供的状态信息自动生成信号装置必需的状态控制信号并保障通讯信号抗干扰等要求的可靠传送的门控驱动电路及方波合成器模块。

3、根据权利要求1所述的智能路口机，其特征在于，所述便携式编码器包括：

(1)、用以实现与智能路口信号控制器的联机操作的基础模块，

(2)、用以显示由路口选择器输入设置的路口编码的路口显示模块，

(3)、用以显示由路灯选择器输入设置的路灯或装置编码的路灯显示模块，

(4)、用以显示由状态选择器输入装置的路灯或装置的状态编码的状态显示模块，

(5)、用以显示由指示选择器和数字小键盘输入设置的倒计时指示装置的状态编码的计时显示模块，

(6)、用以显示由指示选择器和数字小键盘输入设置的堵车指示装置的状态编码的堵车显示模块，

(7)、用以设置路口编码信息的路口选择器模块，

(8)、用以设置路灯编码信息的路灯选择器模块，

(9)、用以设置路灯状态编码信息的状态选择器模块，

(10)、用以选通输出和设置堵车方向状态编码信息的指示选择器模块，以及

(11)、用以输入数字编码信息的数字小键盘模块。

4、根据权利要求1所述的智能路口机，其特征在于，所述智能路口信号控制器、便携式编码器、路口信号灯驱动器和智能网络接口模块都具有RS485抗共式干扰的总线通讯功能，其中路口信号灯驱动器还包括继电器驱动电路。

5、根据权利要求1所述的智能路口机，其特征在于，所述智能网络接口用以执行标准的通讯协议的通讯协议控制模块，以及用以执行标准的网络信号传输的媒介访问控制模块。

6、根据权利要求1-5之一所述的智能路口机，其特征在于，所述嵌入式微处理器核心模块运行独立的人工智能程序实现智能化交通路口信号监控功能，所述总线选通控制器模块则由嵌入式微处理器核心模块操纵提供所有信号监控信息，所述路向选通控制器模块根据总线选通控制器模块的信息可以同时监控一个路口的8个行车方向，所述对象选通控制器模块与路向选通控制器模块配合可同时监控每个路口的8个不同信号对象，所述状态选通控制器模块与路向选通控制器模块以及对象选通控制器模块配合可同时监控每个路口的每个信号对象的4个不同工作状态，总计8×8×4＝256个不同信号状态，并且这些状态都同时存储在状态锁存器模块内，可由门控驱动电路及方波合成器模块经过信号处理后传送到信号灯驱动器电路。

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