道路交通红绿灯自适应控制的一种实现技术制造技术

本发明专利技术关于红绿灯定时自适应控制的思路是在止行线前对行进车辆实施观测，根据车与车之间的距离间隔或等价的时间间隔来判断是否该车道已经无车或车辆稀疏。红绿灯自适应控制系统方案是在传统信号机控制方案上加装若干检测传感器构成。提出了三个层次的自适应控制机制。第一层次以缩短路口空等时间为目标，即当检测到当前开启的一组车道无车或稀疏时，可以提前关断这组车道。第二层次是使得红绿灯定时控制参数能够随交通状况进行自动调整，更接近最佳。第三层次是要求检测传感器能提供准确交通流信息，为区域或城域交通智能管理提供基础。本发明专利技术还提出了检测传感器与信号机的通讯方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及道路交通控制领域，提出红绿灯自适应控制的一种实现技术。技术背景红绿灯定时控制的科学性直接影响路口通行效率。现行的定时控制方案是基于事先用人工采集的路口车流量统计数据基础上制定的，总体看已经具有较好的合理性。然而，现行的定时控制方案是固定的，在路口交通状况变化时，没有自适应调整定时方案的功能。就单个路口而言，如果某个方向的绿灯开放时间总是偏短，会造成车辆积压占道;如果开放时间偏长，会造成路口空等，降低通行效率。红绿灯定时的自适应调整是一个受到广泛关注的问题。不少研究者提出了一些方法，这些方法多数受限于缺乏合理的传感器，来实时和准确地提供路口现场的交通状况统计。一种合理的自适应调整定时方法是基于以下底层原理来考虑的。假定有一个路况传感器能够统计止行线后待行车辆的数量，根据放行这批车辆需要的时间估计，来决定绿灯开启时间最大值。实施这个方法的前提是有一个具有所述统计功能的路况传感器。技术上的困难在于，待行车辆已处于停止状态，大多数传感器不适合于对停止车辆的监测。例如地感线圈容易感应车辆通过时感应场的变化，当车辆停止时会缺乏感应信息;激光传感器需要车辆移动造成遮挡变化来计数，难以得到路段上停止车辆的统计信息。视频传感器对检测移动车辆可以做得很好，对长路段(例如100米或更长)上停止车辆的检测统计是否好用还未见报道。使用线性调频连续波(FLMCW)雷达能够感应车辆的存在，当车处于停止状态时也能提供需要的信息，但适合于这种应用的雷达目前价格比较贵，难以大量进入应用市场。因此，红绿灯自适应调整应用市场上还未能实际地展开。从原理上说，上一段文字描述的方法是基于对待行车辆的统计来考虑的。大致的做法是，每次绿灯开启后尽量让待行车辆通过，而对赶路车辆进行适当限制。由于在车道方向对上待行车辆数量进行统计的代价较高或目前难以实施，不得不考虑效果接近的其他方法。本专利技术基于达到自适应调整定时的不同思路，由此引出不同的实施方案和调整算法。
技术实现思路
考查路口行车的实际情形可以发现，绿灯开启后，车辆通过的行为有一定的规律性特征:原来排队待行车辆陆续启动，车与车的距离逐步拉开，但车距不会太大;车接着车通过止行线的时间间隔大致是均匀。但后续赶路的车辆之间的距离会逐步增大较多，车接着车通过止行线的时间间隔会逐步更多地拉长。本专利技术的基本思路正是利用这些特征来形成的。本专利技术的基本思路是，绿灯开放时间可以依据放行后通行车辆的密集程度来估计和调整，特别是可以根据车与车之间的距离间隔或通过检测区上一个参考地标的时间间隔来估计和调整。设置车辆监测传感器，将该传感器的检测区安排在止行线前一定距离上(例如，5?10米)，使得当车辆通过路口时必须通过检测区，并且车辆已进入行驶状态。当车辆通过检测区时，传感器必须有能力检测到每个车头和车尾。一旦绿灯开启，传感器总是检测每个车的车尾和等待下一个车的车头出现的时间间隔，将此时间间隔记为Tn_int。如果Tn_int时间很短，例如小于一个事先指定的门限值Tn_thr，则Tn_int置零，检测车尾-车头和记录新Tn_int的过程重复;如果出现Tn_int大于门限值Tn_thr时下一个车头还未出现，则传感器向信号控制机发送一个表达“本车道已无车辆或通过车辆很稀疏”的“通知信息”，可以用符号记为Sn，n是车道编号。当信号控制机收到Sn时，可以提前关断车道η对应的绿灯，同时按事先规定的顺序，启动后续的绿灯开启过程。考虑这种切换机制时必须考虑对“无车或车辆稀疏”的判断尽量准确;实现方案要求的硬件增加量最少;实现代价最低;新切换机制需要的修改必须以原有的红绿灯定时控制方案为基础；以及交通管理的其他要求。首先考虑对监测传感器的要求。一个基本要求是监测传感器能够准确地检测和分辨每辆通过车辆的车头和车尾，给出检测到车头和车尾的时刻或车间的距离。传感器检测信息传送给红绿灯信号控制机(以下简称信号机)，需考虑传感器到信号机的通讯问题，因为交通口的绿灯可能同时开启多个，一个信号机可能需要同时与几个传感器通讯。本专利技术中最基本的红绿灯自适应控制系统是在原有的红绿灯控制系统(含各个红绿灯组、信号机和信号及供电连接电缆)的基础上，对应每个红绿灯组加装一组检测传感器来构成，同时在每只传感器和信号机之间需添加数据通讯线路或无线通讯联系。实际中，一个交通口有多个路口，一个路口可能有多个通道，例如直行、左拐、右拐，每个通道可以配置一个检测传感器。这样，一个路口可能需要配置多个传感器，各个传感器的检测区彼此靠近。如果用雷达作为传感器，几只雷达可安装在路口附近设置的水泥支撑杆架的同一个横臂上。如果使用线圈传感器，不需要水泥支撑杆设施，但在城市交通口敷设线圈是否许可，是应用方必须事先考虑的问题。视频传感器原则上可以如同雷达那样安装。为了简化连接线路，一个路口的几只传感器都连接到一个集线器上，由集线器以有线或无线方式与信号机通信。另一种传感器的选取是每个路口使用一只断面雷达，它能够检测和区分该路口的各个车道，并区分通过车辆的车头和车尾。这种路口断面雷达与纵向路况雷达相比实现技术要简单些，但和一组窄波束雷达或成组雷达相比，其实现价格的差异还需要根据市场实际进行评估。图1示出了一个交通口的红绿灯自适应控制系统框图。图1中，1是交通信号控制机;2是用于路口的一组红绿灯，交通口的每个路口原则上都会配置一组红绿灯，一个交通口的所有红绿灯组都汇集到一个交通信号控制机里实施控制；3是由交通信号控制机到红绿灯的控制信号连接线。图1中，1、2、3标识的部分是红绿灯控制系统的原有部分。本专利技术中增添的部件由4、5、6三部分组成，其中5是一个路口的一组监测传感器，它们检测路面对应的检测区上车辆的通过信息;6是一个信号集线器，最简单的情况下，它可能是将若干数据通信线并联地接在一起的一个接线板;4是一个信号集线器与交通信号控制机之间的互联电缆。一个交通口会有多个路口，一个路口有几个通道(车道)会因地不同，相应地，它们对应的检测传感器数量可能也不尽相同。这些检测传感器编号为5a，5b，5c，等等。此外，各个路口的情况会等同地分析，因此在图1中用(1)、(2)、...(M)表示Μ个路口，每个路口配置有性质相同的部件和连接电缆使用相同的编号，便于解说的简单性和清楚性。图2示出了一个交通口的示意图。该图中同时示出了该交通口中一个路口的红绿灯自适应控制方案配置例子。图2中各个部件和连接电缆的编号1?6与图1是完全对应的。图2的例子中使用了3只雷达作为一个路口的检测传感器。因为在图2的例子中有三种车道类型(直行、左拐、右拐)，需要使用三只监测传感器并形成三个检测区(此处是照射区)如图2中标号8、9、10所示。图2中标号7示意人行横道。在图2的方案中如果在信号集线器上和信号机上增添一对无线收发器(无线modem)，就可以将有线连接电缆4去掉。图3示出了一个路口的红绿灯自适应控制方案配置的另一个例子。在这个例子中使用了一只断面雷达5作为检测传感器，而不是使用一组雷达。断面雷达的波束在方位向较窄，而在俯仰向很宽；在路面形成的照射区在道路纵向较窄，在横向很宽，能够覆盖一个路口的全部车道。断面雷达通常使用线性调频连续波(FLMCW)体制，能够区分不同车道和对各个车道的通行车辆进本文档来自技高网...

【技术保护点】
道路交通红绿灯自适应控制的一种实现技术，包括实现方案和自适应控制算法，其特征在于，实现方案以现有道路交通红绿灯控制系统为基础，加装若干检测传感器构成；在每个车道的止行线前设置检测区，对应每个检测区都有检测传感器对通过检测区的车辆进行检测，传感器不断地估计绿灯放行后通行车辆的密集程度，特别是观测车与车之间的距离间隔或车与车通过检测区上一个参考地标的时间间隔来判断本车道是否已经车辆稀疏或无车，以及行进中的车辆原是排队车辆还是赶路车辆；在信号控制机中实施自适应控制算法的一个原则是如果当前开启的一组车道车辆稀疏或无车，红绿灯控制系统可以提前关断当前开启的一组绿灯并转换到开启事先规定的下一组绿灯，以及尽量放行原排队车辆而限制赶路车辆。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹谋炎，戴哲伦，
申请(专利权)人：邹谋炎，
类型：发明
国别省市：北京;11