交通信号灯智慧调控系统技术方案

本发明专利技术提供一种交通信号灯智慧调控系统，涉及交通调控技术领域，本系统包括交通信息采集单元和上位机软件系统；通过融合物联网、大数据、大地磁场测量等现代前沿技术，结合自动控制理论、运筹学、人工智能等科学理论构建了一个基于周期时间展开的交通信号灯自适应控制系统，实现了交通信号灯根据路口车流量实时到达情况，自动调整绿灯放行时间。自动调整绿灯放行时间。自动调整绿灯放行时间。

【技术实现步骤摘要】
交通信号灯智慧调控系统


[0001]本专利技术涉及交通调控
，尤其涉及一种交通信号灯智慧调控系统。

技术介绍

[0002]随着我国人民生活水平的不断提高，汽车保有量逐年高速增长，而汽车保有量激增带来的最突出的社会问题就是交通拥堵，交叉路口则成为每个城市中最容易引发交通拥堵的关键所在。当前国内交叉路口的交通红绿灯均采用固定时长的工作模式，人性化一些的路口充其量也不过是在不同时段切换不同的固定时长而已。
[0003]自2019年起，为解决交通拥堵问题，多个城市曾先后进行过“智慧红绿灯”系统的建设尝试，通过在路口架设高清摄像头和毫米波雷达，实时获取车流量的数据，并以此为依据动态调控红绿灯时长，初期效果显著。然而这些项目均未能得到进一步推广应用，主要是因为存在以下问题：
[0004]1、建设成本高。毫米波雷达和高清摄像头均属于精密数据采集设备，价格较为昂贵，同时，为保证数据的有效性，交叉路口的每个方向上雷达与摄像头都要成对安装，致使每个路口仅数据采集设备成本就高达数万元。此外，雷达和视觉的数据的处理对算力需求巨大，需要高算力服务器与之相配，而价格不菲的高算力服务器又进一步拉高了系统建设成本。
[0005]2、建设难度大。毫米波雷达与高清摄像头生成数据量大，无线传输带宽无法满足要求，因此需要额外铺设独立的有线供电线路和数据传输线路。此外，成对安装的雷达和摄像头要保证数据互补，则两设备数据要保证在同一坐标系下，较准难度大。
[0006]3、系统稳定性低。雷达波会产生反射或折射，同时会受到环境中同频电磁信号的干扰，导致出现目标误报或漏报；视觉探测受能见度影响极大，在雨天、雾天、光线强度不够或阳光直射镜头时，基本会失去成像能力，故受环境影响大，系统稳定性差。
[0007]4、后期维护成本高。随着使用时间的推移，由于受温湿度、热胀冷缩等外部环境的影响，成对安装的雷达与摄像头的数据一致性会越来越差，故在使用过程中要不断地对成对安装的雷达和摄像头进行匹配较准。此外，用于处理雷达和摄像头数据的服务器软件也要定期进行维护，以确保各成对设备数据互补的准确性，故后期维护成本居高不下。
[0008]5、调控方式过于单一。上述尝试“智慧红绿灯”系统的城市建设的路口数量较少，无法形成区域内多路口协调，且施工单位为了节省成本，核心算法功能简单，致使调控方式过于单一。
[0009]6、推广成本成几何级激增。基于毫米波雷达与高清摄像头的识别系统对算力的需求是随着数量的增加成算数级增长的，但对于服务器而言，其价格是随算力的增加呈几何级增长的，因此，其推广成本也不仅是算数级叠加，而是随着应用路口数量的增加呈几何级增加。这也是现有“智慧红绿灯”系统往往止步于尝试建设而没有大面积推广的重要原因之一。

技术实现思路

[0010]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种交通信号灯智慧调控系统。通过融合物联网、大数据、大地磁场测量等现代前沿技术，结合自动控制理论、运筹学、人工智能等科学理论构建了一个基于周期时间展开的交通信号灯自适应控制系统，实现了交通信号灯根据路口车流量实时到达情况，自动调整绿灯放行时间。
[0011]一种交通信号灯智慧调控系统，具体包括：交通信息采集单元和上位机软件系统；
[0012]所述交通信息采集单元包括若干无线地磁传感器，按照设定间隔安装于在十字路口的车道中心线上，检测各进口车道上的车队长度，根据无线地磁传感器的布设位置对无线地磁传感器进行标号；
[0013]所述上位机软件系统包括网络信息传输单元、决策管理单元、前端信号控制单元；
[0014]所述网络信息传输单元接收所述无线地磁传感器的检测数据，并将检测数据发送至所述决策管理单元；
[0015]所述决策管理单元将检测数据、对应的无线地磁传感器编号以及布设位置信息通过模糊时间序列预测模型进行运算，获得十字路口的实时车辆拥堵数据，再以此为依据利用信号灯智能控制算法，计算出当前拥堵状况下最优的红绿灯时长，转化为控制指令并发送给前端信号控制单元；
[0016]所述模糊时间序列预测模型将模糊理论和时间序列分析相结合，模糊时间序列预测模型将模糊二元函数的特性应用于经验模型参数估计中，通过引入忽略概念，将实际测试数据模拟为模糊数据知识，再通过模糊推理来自动识别模型参数，用于模糊时间序列预测；
[0017]所述信号灯控制算法是将十字路口分为东南西北四个方向，由于右转向不受红绿灯限制，且北转东和南转西绿灯时间一致，西转北和东转南绿灯时间一致，故将十字路口设计为包括南北直行、南北左转、东西直行、东西左转四个方向的十字路口简化模型；十字路口简化模型将路口拆分为方向作为优化的基准单位，作为节点构建基于图优化General Graph Optimization的扩展网络，对于每个节点，该节点的副本都会添加到扩展网络中，整个扩展网络中的节点副本都具备相同的时间步长，该时间步长作为绿灯时间基准周期由车流量采集周期和红绿灯控制周期决定；每一个方向的绿灯时间起始时刻都看作是一个绿灯时间基准周期的起始时刻，为了得到该方向实时的车流信息，在绿灯时间内设置若干个等时间间距的检测时间点，对各方向车流持续预测实时车流量的同时在根据当前获取到的车流量信息分配各方向绿灯时间，在此期间设定以下约束条件：
[0018](1)每个方向的绿灯信号在每个周期只能切换到绿灯一次。
[0019](2)交叉方向不能同时显示绿灯，以保证通行安全；同一方向需要同时显示绿色；
[0020](3)在任何其他方向变绿之前，必须有足够的时间在相位变化时清除交叉路口；每个绿色和红色阶段必须有一个最小持续时间，其中最小持续时间需考虑到车辆应对绿灯时间变化做出反应需要时间，也需考虑到路口中行人的通行安全；
[0021]所述交通信号灯智慧调控系统采用星型架构，以决策管理单元为中心，通过网络信息传输单元连接铺设的交通信息采集单元机群获取交通流信息，最终将实际控制信号发送至前端信号控制单元以实现红绿灯控制。
[0022]所述软件系统的输入是由交通信息采集单元获取的交通流信息，交通信息采集利
用无线地磁传感器感应检测交通流信息，检测各进口车道上的车队长度，将其作为决策管理单元的先验知识，利用模糊时间序列预测模型，对交通流进行预测。
[0023]软件系统的输出是前端信号控制单元，是对路口各个红绿灯的控制信号，控制信号来自决策单元根据路口的车流量信息自适应调节的各个方向的红绿灯剩余时间。
[0024]所述决策管理单元作为整个系统的核心，上接交通信息采集单元获取的数据，下发控制信号到前端信号控制单元，依据各方向车流量信息和固定的绿灯时间基准周期对各方向绿灯时间进行计算并自动更新；
[0025]所述前端信号控制单元接收控制指令，实现对路口各个红绿灯的实时控制。
[0026]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0027]本专利技术提供一种交通信号灯智慧调控系统，具备以下有益效果：
[0028]1、建设成本低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交通信号灯智慧调控系统，其特征在于，包括交通信息采集单元和上位机软件系统；所述交通信息采集单元包括若干无线地磁传感器，按照设定间隔安装于在十字路口的车道中心线上，检测各进口车道上的车队长度，根据无线地磁传感器的布设位置对无线地磁传感器进行标号；所述上位机软件系统包括网络信息传输单元、决策管理单元、前端信号控制单元；所述网络信息传输单元接收所述无线地磁传感器的检测数据，并将检测数据发送至所述决策管理单元；所述决策管理单元将检测数据、对应的无线地磁传感器编号以及布设位置信息通过模糊时间序列预测模型进行运算，获得十字路口的实时车辆拥堵数据，再以此为依据利用信号灯智能控制算法，计算出当前拥堵状况下最优的红绿灯时长，转化为控制指令并发送给前端信号控制单元；所述交通信号灯智慧调控系统采用星型架构，以决策管理单元为中心，通过网络信息传输单元连接铺设的交通信息采集单元机群获取交通流信息，最终将实际控制信号发送至前端信号控制单元以实现红绿灯控制。2.根据权利要求1所述的一种交通信号灯智慧调控系统，其特征在于，所述模糊时间序列预测模型将模糊理论和时间序列分析相结合，模糊时间序列预测模型将模糊二元函数的特性应用于经验模型参数估计中，通过引入忽略概念，将实际测试数据模拟为模糊数据知识，再通过模糊推理来自动识别模型参数，用于模糊时间序列预测。3.根据权利要求1所述的一种交通信号灯智慧调控系统，其特征在于，所述信号灯控制算法将十字路口分为东南西北四个方向，由于右转向不受红绿灯限制，且北转东和南转西绿灯时间一致，西转北和东转南绿灯时间一致，故将十字路口设计为包括南北直行、南北左转、东西直行、东西左转四个方向的十字路口简化模型；十字路口简化模型将路口拆分为方向作为优化的基准单位，作为节点构建基于图优化General Graph Optimization的扩展网络，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周丽杰，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：