城市道路交通智能控制方法及城市道路交通智能控制系统

摘要

本发明公开了一种城市道路交通智能控制方法及城市道路交通智能控制系统，在周期开始时，根据各车道排队长度匹配相位，确定相位组；若选定一组相位，则需要在一个周期内让此组内相位全部通行一遍，然后再根据各车道排队长度再确定新的相位，在周期内，相位组不能改变，相位不能重复，需全部循环一遍；在周期结束时，重新匹配相位，确定相位组。控制系统包括路口控制子系统、交通信息控制中心、终端用户设备。采用本发明的控制方法设计的控制系统，由车辆的排队情况确定相位后，再根据车辆的通行情况控制红绿灯的切换，其控制实时性、灵活性高，可改善路口的通行效率，同时可提供实时的、动态的路况信息给用户。

说明书

技术领域

本发明涉及一种交通信号灯智能控制方法及智能控制系统。

背景技术

随着人们物质生活水平的不断提高，以车代步的越来越多，汽车已经成为现在的交通 的必备工具。汽车的增多为人类的出行带来了极大的方便，但是随着城镇化规模越来越大， 汽车越来越多，如何根据现有的交通工具、通讯工具、目的地和出发地，选择合适的路线， 避免拥堵，减少汽车行驶时间，降低油耗，提高效率，成为了交通管理研究者的重要课题。

对于一组互不冲突的交通流同时获得通行权所对应的信号显示状态，我们将其称之为 信号相位，简称为相位。一组相位全部循环一次，称为周期。可以看出，信号相位是根据交 叉口通行权在一个周期内的更迭来划分的。一个交通信号控制方案在一个周期内有几个信号 相位，则称该信号控制方案为几相位的信号控制。十字路口通常采用4个信号相位，如果相 位数设计得太少，则不能有效地分配好路口通行权，路口容易出现交通混乱，交通安全性下 降；如果相位数设计得太多，虽然路口的交通次序与安全性得到了改善，但由于相位之间进 行转换时都会损失一部分通行时间，过多的相位数会导致路口的通行能力下降，延长司机在 路口的等待时间。

申请号为201410417387的智能交通灯控制方法及其系统，此专利采用的方式是在车 辆内部安装通讯模块，交通灯控制器接收车辆信息对所述车道的交通灯状态进行调整。如果 部分车主没有安装此通讯模块，则达不到专利所述的效果，因此存在一定的局限性。

申请号为201510372918的一种智能交通系统，采用手机APP和GPS功能，靠用户上 传照片和文字信息来更新路况，虽然成本低但实时性差。

申请号为201210498035的智能交通灯控制装置的设计，通过摄像头、DPS图像处理， 得到路口车流量，单片机通过车流量调整交通灯的时间。此专利通过车流量自动调整交通灯 时间长短，对缓解交通堵塞有一定的效果，但交通流量本身就是一个滞后的数据，而且通行 时间的估算与实际通行时间还是有一定的差距。

现有技术中，传统交通灯都采用定时控制，其缺点明显。还有一些采用感应配时控制， 控制效果有了很大的提高，但还是存在一定的局限性，如绿灯倒计时只是对通行时间的估计， 并非实时的，很可能出现一列车队过去了一部分绿灯就切换了，或者车辆全部都通过了，绿 灯还在倒计时的情况。

发明内容

本发明针对传统的控制方式中不能对交通流实时进行控制这一弊端进行改进，以车辆 最大通过率为目标，根据车辆排队情况对各路口的红绿灯时间进行控制，加强其灵活性和实 时性，改善路口的通行效率，使出行等待时间更小。

本发明提供了一种城市道路交通智能控制方法，该方法包括：根据路口实际情况预先 设定相位组数和每个相位组的相位；获取各方向各车道的车辆排队长度；根据各车道排队长 度匹配最优的相位，确定该最优相位所在的相位组为当前信号周期，以该最优相位作为周期 的开始，将参数转变为交通信号灯控制信号，当通行相位各车道车辆已全部通过或超过设定 的最大通行时间，则该相位通行结束，然后重新开始检测各车道排队长度，在同一相位组里 确定下一通行相位，在一个周期内相位不重复，依此在一个周期内让此组内相位全部通行一 遍；在周期结束时，再根据各车道排队长度再重新匹配新的最优的相位，并确定该最优相位 所在的相位组为下一个信号周期。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，当由于事故或其它原因造成道路发生堵塞，车辆无法通过时，则无论此时 后面的队伍有多长，对应车道的相位都保持为红灯，不放车辆通过。

本发明的城市道路交通智能控制方法，通过获得每一个车道上车辆的排队长度，从而 确定相位，再根据车辆的通行情况控制红绿灯的切换，没有倒计时模块，只要满足通行条件， 有车即放行，车辆全部通过后，切换相位，不浪费通行时间，此外，本发明还将拥堵检测的 结果用于交通灯的控制，当路口中某个车道由于交通事故或者施工，已经不通的情况下，暂 时就不给本方向切换绿灯时间，避免了进一步加剧拥堵。

本发明还提供了一种利用上述城市道路交通智能控制方法进行交通控制的城市道路 交通智能控制系统，该系统包括路口控制子系统、交通信息控制中心、终端用户设备。

每个路口都有一个路口控制子系统，用于采集路口交通信息，实时控制信号灯，并将 路况信息和交通灯状态上传给交通信息控制中心。所述路口控制子系统包括交通信号灯、车 辆检测装置、路口控制器、存储模块、通讯模块，车辆检测装置用于获取各方向各车道的车 辆排队长度数据，并将数据传送到路口控制器；路口控制器用于对数据进行分析处理，选择 最优的相位以及相位组，将参数转变为交通信号灯控制信号，实时控制信号灯；通讯模块用 于上传信息到交通信息控制中心，接收交通信息控制中心下发的指令；存储模块用于存储数 据和参数。

所述交通信息控制中心包括通讯模块、输入模块、显示模块、算法库、存储模块、服 务器，用于处理各路口上传的信息并存储，向路口控制子系统下发指令，同时根据用户的请 求，将对应的信息发送给请求用户。

所述终端用户设备为具有GPS定位功能、上网功能的智能设备。

进一步地，所述车辆检测装置为安装在每个道路方向上的高清摄像机,每个高清摄像 机监控一个方向上的道路交通情况，路口控制器根据高清摄像机采集的图像，将车道区分开 并计算出每个车道车辆排队的长度。

进一步地，所述车辆检测装置为安装在每个道路方向上的区域扫描传感器,每个方向 上安装两个或两个以上区域扫描传感器，路口控制器根据区域扫描传感器扫描回来的信号， 将车道区分开并计算出每个车道车辆排队的长度。

进一步地，所述交通信息控制中心还包括导航控制模型，用于智能导航的路径规划， 接收用户的出行请求，提供智能导航计算，确定最佳线路。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、控制实时性、灵活性高，本发明在选择相位时，采用的是分割车道获取各车道排队长度来 确定相位，而不是分析车流量来控制相位，因此实时性更高；在交通灯控制上，本发明没有 采用传统的红绿灯倒计时方式，也不是动态的调整红绿灯时间，而是根据车辆的通行情况来 控制红绿灯，在通行相位内，只要满足通行条件，有车即放行，使车辆的通行率达到最高； 当车辆全部通过时，切换相位，不会浪费绿灯时间。本发明的红绿灯完全由现场的交通状况 来控制，没有提前预设红绿灯时间，因此本发明所述系统没有红绿灯倒计时模块。

2、本发明还将拥堵检测的结果用于交通灯的控制，当路口中某个车道由于交通事故或 者施工，已经不通的情况下，暂时就不给本方向切换绿灯时间，避免了进一步加剧拥堵。

3、智能导航，本发明采用的智能导航数据是依据各路口采集到的视频数据，因此用户 可以在确定出行路线后，查看所要经过路口的实时图像和视频，用户可以获得更加准确的信 息，做出合理的判断，同时，有身临其境的感觉，用户体验得到提升。

附图说明

图1是本发明的城市道路交通智能控制系统的总体结构图。

图2是本发明的路口控制子系统结构图。

图3是本发明的交通信息控制中心结构图。

图4是实施例中十字路口平面示意图。

图5是本发明的工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用 于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明的城市道路交通智能控制系统由路口控制子系统、交通信息控 制中心、终端用户设备三部分组成。

路口控制子系统：每个路口都有一个路口控制子系统，用于采集路口交通信息，实时 控制信号灯，并将路况信息和交通灯状态上传给交通信息控制中心。

交通信息控制中心：处理各路口上传的信息，处理并存储。当终端用户请求相关服务 时，将对应的信息发送给请求用户。

终端用户设备：智能手机、平板电脑等，其特征为：有GPS定位功能、上网功能、可 安装APP软件。

本发明以一个标准的十字路口为例对路口子系统进行详细说明。在实际实施过程中， 可能存在T型路口、Y型路口等非标准路口，只要按照本发明的说明稍作修改即可实施。

标准的十字路口平面图如图4所示，其中：L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8为道 路；S1、S2、S3、S4为交通信号灯；C1、C2、C3、C4为高清摄像机。交通信号灯控制规则 为：在L1上由北往南行驶的车辆由信号灯S1控制；在L3上由南往北行驶的车辆由信号灯 S2控制；在L5上由西往东行驶的车辆由信号灯S3控制；在L7上由东往西行驶的车辆由信 号灯S4控制。

路口控制子系统结构如图2、图4所示，包括交通信号灯、车辆检测装置、路口控制 器、存储模块、通讯模块。

交通信号灯：红、绿、黄三色交通灯，执行路口控制器发出的信号。

车辆检测装置：本实施例中采用高清摄像机，用于实时采集视频信号，每个方向安装 一个，本发明以一个标准的十字路口为例说明，则需要安装四个，分别为C1、C2、C3、C4。

路口控制器：对数据进行分析处理，选择最优的相位以及相位组，将参数转变为交通 信号灯控制信号，实时控制信号灯。其主要功能为：分割车道：根据高清摄像机采集的图像， 能够将车道区分开；排队长度：根据高清摄像机采集的图像，将每个车道车辆排队的长度计 算出来；相位确定：根据各个方向车辆的排队情况，选择最优的相位；交通信号灯控制：各 方向红、绿、黄三种颜色信号灯的亮、灭、闪烁状态控制。高清摄像机和交通信号灯都和路 口控制器连接。

通讯模块：上传信息到交通信号控制中心，接收交通信号控制中心下发的指令；

存储模块：存储配置参数、控制参数，视频数据保存。

交通信息控制中心如图3所示，主要功能是处理各路口上传的信息，处理并存储，为 用户提供智能导航计算，确定最佳线路，同时根据用户的请求，显示路口拥堵等级、照片和 视频，使用户对路口情况有更加直观的感受，做出合理的出行选择。包括：通讯模块：通讯 方式可以是无线或有线，光纤、WIFI都可以，用于收发数据；输入模块：键盘或触摸屏，用 于操作服务器；显示模块：显示重要参数和图像；算法库：包含各种优化算法，可升级更新； 导航控制模型：用于智能导航的路径规划；存储模块：存储配置信息，数据记录；服务器： 接收用户的出行请求，结合各路口上传的实时路况信息，根据导航控制模型和优化算法，确 定合适的出行路线。

本发明的车辆检测装置还可以是安装在每个道路方向上的区域扫描传感器,每个方向 上安装两个或两个以上区域扫描传感器。区域扫描传感器以地面为坐标，勾画出物体的表面 特征值，并将这些值传递给路口控制器，由路口控制器确定出当前车的类型，所在车道，然 后计算出每个车道的车辆数量，根据各个方向的每个车道车辆排队的长度，确定最合适的相 位和周期，输出控制信号。

本发明以一个标准的十字路口为例对本发明的城市道路交通智能控制方法进行详细 说明。

如图4所示，路口车道划分规则如下：

在L1(由北往南)上，左拐车道：L_NGL；直行车道：L_NGZ；右拐车道:L_NGR；

在L3(由南往北)上，左拐车道：L_SGL；直行车道：L_SGZ；右拐车道:L_SGR；

在L5(由西往东)上，左拐车道：L_WGL；直行车道：L_WGZ；右拐车道:L_WGR；

在L7(由东往西)上，左拐车道：L_EGL；直行车道：L_EGZ；右拐车道:L_EGR。

相位选择规则：

1.不能撞车；2.排队长度大的车道尽量在一个相位内；3.车辆通过率最大。

相位设定：

如上表所示，列出了两组4相位信号。此处只是以两组4相位信号为例进行说明，并不 代表本发明只能按上表实现，可根据现场实际情况改变相位组数和相位数。

工作原理如下：

通过高清摄像机检测的结果，得到各方向各车道的车辆排队长度；选出队伍长度最长的 前四个车道来选择相位。在周期开始时，根据各车道排队长度匹配相位，确定相位组；若选 定一组相位，则需要在一个周期内让此组内相位全部通行一遍，然后再根据各车道排队长度 再确定新的相位。因此在周期内，相位组不能改变，相位不能重复，需全部循环一遍；在周 期结束时，重新匹配相位，确定相位组。其流程图如图5所示。

举例说明：

若通过视频信号获得的各车道排队长度数据如下：

L_SGL＝75m，L_SGR＝45m，L_SGZ＝55m；

L_NGL＝65m，L_NGR＝35m，L_NGZ＝50m；

L_EGL＝70m，L_EGR＝30m，L_EGZ＝50m；

L_WGL＝25m，L_WGR＝25m，L_WGZ＝30m。

1.比较数值大小即可得出排队长度最大的四个车道为：L_SGL，L_EGL，L_NGL，L_SGZ；

2.通过和相位表进行匹配，可得出第二组的第一相位为最优通行相位，因此对应车道的交通 灯变绿，其它车道变红，该相位车辆开始通行；

3.当通行相位各车道车辆已全部通过或超过设定的最大通行时间，则该相位通行结束，然后 重新开始检测各车道排队长度，确定下一通行相位。此时相位只能在第二组相位中选择，且 不能是第一相位(在一个周期内相位不重复)；

4.相位在切换时，即绿灯变红灯时，会有绿闪和黄灯过程，以防止正在行驶中的车辆来不及 刹车；

5.按上述方法，直到第二组的4个相位全部通行一遍，此时再重新选择相位组和相位。

如上所述，本发明在选择相位时，采用的是分割车道获取各车道排队长度来确定相位， 而不是分析车流量来控制相位，因此实时性更高；在交通灯控制上，本发明没有采用传统的 红绿灯倒计时方式，也不是动态的调整红绿灯时间，而是根据车辆的通行情况来控制红绿灯。 在通行相位内，只要满足通行条件，有车即放行，使车辆的通行率达到最高；当车辆全部通 过时，切换相位，不会浪费绿灯时间。本发明的红绿灯完全由现场的交通状况来控制，没有 提前预设红绿灯时间，因此本发明所述系统没有红绿灯倒计时模块。

本发明的城市道路交通智能控制方法还包括拥堵检测与控制：

通过高清摄像头检测L2、L4、L6、L8上车辆的通过情况，当由于事故或其它原因造成上述 道路发生堵塞，车辆无法通过时，则无论此时后面的队伍有多长，对应车道的相位都保持为 红灯，不放车辆通过。如：L2发生堵塞，车辆无法通过，则此时L3直行的车道、L5左拐的 车道、L7右拐的车道都保持为红灯，直到L2可以正常通行为止。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。