專利名稱：智能交通信號(hào)管理系統(tǒng)及管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交通信號(hào)管理系統(tǒng)，同時(shí)還涉及交通信號(hào)管理方法，屬于交通管理設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
交通擁擠是當(dāng)今世界上發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家普遍存在的問(wèn)題。為了緩解交通擁擠，人們除了采取種種交通管理措施外，還設(shè)置了協(xié)助交通管理的各種設(shè)施。據(jù)申請(qǐng)人了解，目前已有的交通管理設(shè)施主要有以下幾種1、CCD攝像監(jiān)控系統(tǒng)——借助布置在交叉道口兩旁的CCD攝像頭，將車輛圖象信息傳輸給工控機(jī)，從而根據(jù)直觀的圖象信息，實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。
2、紅外監(jiān)控系統(tǒng)——借助安置在交叉道口的紅外監(jiān)控儀，獲取通過(guò)車輛的信息，據(jù)以實(shí)現(xiàn)交通管理控制。
3、雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)——與紅外監(jiān)控系統(tǒng)的情形類似，不同之處僅在于用雷達(dá)發(fā)射接收裝置取代紅外監(jiān)控儀。
以上現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施中不僅成本較高，局限性較大，而且不能獲得準(zhǔn)確的監(jiān)控信息(例如，攝像裝置必須安裝在高處，否則將無(wú)法獲得緊跟在大型車輛后的小型車輛圖象信息；紅外或雷達(dá)監(jiān)控?zé)o法識(shí)別多車道重疊通過(guò)車輛的信息)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)科學(xué)的智能化交通信號(hào)管理。
檢索發(fā)現(xiàn)，申請(qǐng)日為1990.05.10、申請(qǐng)?zhí)枮?0206266.2的中國(guó)專利公開(kāi)了一種智能交通信號(hào)控制儀，它由一只單片微機(jī)、電子時(shí)鐘、埋設(shè)于每個(gè)道口段的車輛感應(yīng)探頭，以及紅綠交通信號(hào)燈和相應(yīng)的若干發(fā)光二極管矩陳排列構(gòu)成的顯示智能交通信號(hào)管理系統(tǒng)組成。其特點(diǎn)是采用了簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、靈敏可靠的小型探頭和能顯示各種交通標(biāo)志、通行或停車時(shí)間的顯示智能交通信號(hào)管理系統(tǒng)以及單片微機(jī)編程控制，可以根據(jù)車流量(包括快慢車道)及時(shí)調(diào)整紅綠燈的持續(xù)時(shí)間。然而，該專利并未說(shuō)明根據(jù)車流量自動(dòng)控制調(diào)整紅綠燈持續(xù)時(shí)間的方法，并且只能逐個(gè)在單一地點(diǎn)實(shí)施，沒(méi)有組網(wǎng)功能，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)科學(xué)地兼顧前后道口的情況，難以適應(yīng)現(xiàn)代化的交通綜合管理需求，至今未見(jiàn)實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種可以科學(xué)方法控制紅綠燈切換、并能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理的智能交通信號(hào)管理系統(tǒng)。同時(shí)本發(fā)明也將給出智能交通信號(hào)管理方法。
為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的智能交通信號(hào)管理系統(tǒng)包括埋設(shè)在平交道口的感應(yīng)器、含有單片機(jī)的控制器，所述感應(yīng)器的信號(hào)輸出線與所述控制器中單片機(jī)的信號(hào)輸入端相連，所述單片機(jī)的控制輸出端與信號(hào)燈切換開(kāi)關(guān)相連，其特征在于所述感應(yīng)器分車道分別埋設(shè)在交通道路的駛?cè)攵撕婉偝龆?，所述控制器還包括與單片機(jī)通信端連接的數(shù)據(jù)通信收發(fā)器，用以接收前一道口發(fā)送的進(jìn)入本道口的車輛數(shù)，以及向下一道口發(fā)送將進(jìn)入該下一道口的車輛數(shù)，所述單片機(jī)用以按如下公式計(jì)算出各車道的放行通過(guò)時(shí)間，并輸出控制相應(yīng)信號(hào)燈的切換直行通過(guò)時(shí)間Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/直行車流速右行通過(guò)時(shí)間Trn＝KRn-1×(Xn+an-1)/右行車流速左行通過(guò)時(shí)間Tln＝KLn-1×(Xn+an-1)/左行車流速式中n表示任意的某次，n-1為前一次，n-2為前二次；Xn為收到前道口發(fā)送的進(jìn)入本道口的車輛數(shù)；an-1和an-1為前一次和前二次綠燈后本道口中滯留的車輛數(shù)；KCn-1為感應(yīng)器檢測(cè)到的直行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KRn-1為感應(yīng)器檢測(cè)到的右行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KLn-1為感應(yīng)器檢測(cè)到的左行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)。
換言之，本發(fā)明的智能交通信號(hào)管理方法在包括感應(yīng)器、含有單片機(jī)的控制器、以及數(shù)據(jù)通信收發(fā)器的系統(tǒng)中，——將所述感應(yīng)器分車道分別埋設(shè)在交通道路的駛?cè)攵撕婉偝龆?，其信?hào)輸出線與所述控制器中單片機(jī)的信號(hào)輸入端相連；——將所述單片機(jī)的控制輸出端與信號(hào)燈切換開(kāi)關(guān)相連；——將所述數(shù)據(jù)通信收發(fā)器與控制器中單片機(jī)的通信端連接，用以接收前一道口發(fā)送的進(jìn)入本道口的車輛數(shù)，以及向下一道口發(fā)送將進(jìn)入該下一道口的車輛數(shù)；——所述單片機(jī)按如下公式計(jì)算出各車道的放行通過(guò)時(shí)間直行通過(guò)時(shí)間Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/直行車流速右行通過(guò)時(shí)間Trn＝KRn-1×(Xn+an-1)/右行車流速左行通過(guò)時(shí)間Tln＝KLn-1×(Xn+an-1)/左行車流速式中n表示任意的某次，n-1為前一次，n-2為前二次；Xn為收到前道口發(fā)送的進(jìn)入本道口的車輛數(shù)；an-1和an-1為前一次和前二次綠燈后本道口中滯留的車輛數(shù)；KCn-1為感應(yīng)器檢測(cè)到的直行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KRn-1為感應(yīng)器檢測(cè)到的右行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；
KLn-1為感應(yīng)器檢測(cè)到的左行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；再依計(jì)算結(jié)果輸出控制相應(yīng)信號(hào)燈的切換。
本發(fā)明由于將感應(yīng)器分車道分別埋設(shè)在交通道路的駛?cè)攵撕婉偝龆?，因此不僅可以檢測(cè)駛出本道口的車輛數(shù)，而且可以檢測(cè)進(jìn)入本道口的車輛數(shù)，進(jìn)而很方便地得出綠燈后本道口中滯留的車輛數(shù)以及車流速；同時(shí)由于本發(fā)明中含有與單片機(jī)通信連接的數(shù)據(jù)通信收發(fā)器，因此實(shí)現(xiàn)了交通管理的網(wǎng)絡(luò)化，可以及時(shí)得到前道口發(fā)送的進(jìn)入本道口的車輛數(shù)。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)等相關(guān)數(shù)據(jù)處理原理，總結(jié)出一組科學(xué)的放行時(shí)間計(jì)算公式，從而通過(guò)將前一道口與本道口車輛信息統(tǒng)籌考慮，實(shí)現(xiàn)了交通信號(hào)燈科學(xué)合理的智能化控制，使信號(hào)燈的持續(xù)時(shí)間自動(dòng)根據(jù)車流量的變化而調(diào)整改變，最大限度地縮短城市平交道口車輛占道和通過(guò)時(shí)間、減小路阻、提高道路利用率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明顯然更為科學(xué)合理，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示意框圖。
圖2為本發(fā)明在一個(gè)路口實(shí)施的示意框圖。
圖3為圖1實(shí)施例感應(yīng)器的布置及連接關(guān)系示意圖。
圖4為圖1實(shí)施例控制器部分的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一本實(shí)施例的智能交通信號(hào)管理系統(tǒng)如圖1和圖2所示，包括感應(yīng)器、含有單片機(jī)的控制器，有線或無(wú)線數(shù)據(jù)通信收發(fā)器。其中感應(yīng)器如圖2和圖3所示，分車道分別埋設(shè)在交通道路的駛?cè)攵撕婉偝龆耍鞲袘?yīng)器信號(hào)輸出線通過(guò)車輛感應(yīng)器接口電路與控制器中單片機(jī)的信號(hào)輸入端相連，單片機(jī)的控制輸出端分別通過(guò)信號(hào)燈隔離、驅(qū)動(dòng)電路以及秒計(jì)數(shù)驅(qū)動(dòng)電路與信號(hào)燈切換開(kāi)關(guān)以及秒計(jì)時(shí)顯示器相連，單片機(jī)的通信端與有線或無(wú)線數(shù)據(jù)通信收發(fā)器連接，進(jìn)而與本路段的另一控制器以及相鄰道口的控制器以有線或無(wú)線通信的方式聯(lián)接，既可接收前一道口發(fā)送的進(jìn)入本道口的車輛數(shù)，又可以向下—道口發(fā)送將進(jìn)入該下一道口的車輛數(shù)。
本實(shí)施例控制器的具體電路如圖4所示，其中單片機(jī)選用MCS51(U1)或兼容芯片(8051等)。分車道埋設(shè)在交通道路駛?cè)攵撕婉偝龆说母袘?yīng)器信號(hào)輸出線通過(guò)U1芯片及其外圍電路組成的車輛感應(yīng)器接口電路經(jīng)單片機(jī)芯片的P1口輸入。該單片機(jī)通過(guò)與其相連的門陣列電路(CPLD)XC9572控制輸出端61-63腳通過(guò)信號(hào)燈隔離、驅(qū)動(dòng)電路接三個(gè)信號(hào)燈的切換開(kāi)關(guān)，25、36、37、39、40、41、48、50腳通過(guò)秒計(jì)數(shù)驅(qū)動(dòng)電路接兩數(shù)碼管的秒計(jì)時(shí)顯示器。該XC9572芯片的26、33、34腳與圖4右下角的RS485數(shù)據(jù)通信收發(fā)器或無(wú)線數(shù)據(jù)通信收發(fā)器連接，進(jìn)而與本路段的另一控制器以及相鄰道口的控制器以有線或無(wú)線通信的方式聯(lián)接。它還可與后臺(tái)機(jī)通信。
圖4中右上角U4(SLA1000)芯片及其外圍器件構(gòu)成備用CAN總線電路，其作用與上RS485相同。圖4左下角開(kāi)關(guān)器件SW構(gòu)成的電路用作為連網(wǎng)時(shí)設(shè)備地址的設(shè)定。單片機(jī)的下方MAX813芯片是為提高電路的可靠性而設(shè)的硬件看門狗。
系統(tǒng)工作時(shí)，以直行方向?yàn)槔?dāng)信號(hào)燈在任一紅燈開(kāi)始至該紅燈結(jié)束時(shí)期內(nèi)，控制器的單片機(jī)接收本路段入口端感應(yīng)器送來(lái)的車輛數(shù)Xn，在本次紅燈結(jié)束前瞬間計(jì)算Xn+an-1，即紅燈期進(jìn)入本路段車輛數(shù)Xn加上次滯留的車輛數(shù)an-1，然后乘以上一個(gè)綠燈期直行系數(shù)KCn-1，KCn-1為感應(yīng)器檢測(cè)到的直行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)，得到本次直行車輛數(shù)，即KCn-1·(Xn+an-1)，將這個(gè)數(shù)除以直行車流速度V，得到本次直行的綠燈時(shí)間，即直行的通過(guò)時(shí)間Tcn(計(jì)算公式為Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/V)。
紅燈時(shí)間一結(jié)束，單片機(jī)立即將此Tcn輸出到秒計(jì)數(shù)顯示器，且控制點(diǎn)亮直行綠燈，并在整個(gè)綠燈期監(jiān)視感應(yīng)器，計(jì)數(shù)通過(guò)的車輛數(shù)。在綠燈結(jié)束時(shí)，將此車輛數(shù)通過(guò)有線或無(wú)線數(shù)據(jù)通信收發(fā)器發(fā)往下一道口，然后又重復(fù)執(zhí)行上述過(guò)程。
以上是單片機(jī)對(duì)直行方向計(jì)算控制基本過(guò)程的原理性描述，實(shí)際實(shí)施必要時(shí)，還應(yīng)考慮直行綠燈時(shí)間、同道口反方向的時(shí)間、左右行時(shí)間等因素。其他方向的計(jì)算控制過(guò)程可以類推，不另贅述。
下面就上述過(guò)程量化舉例敘述，以便于理解。
設(shè)n-2次開(kāi)始，收本路段入口端通過(guò)串口傳入本控制器(即紅燈時(shí)進(jìn)入本路段)的車輛數(shù)為76輛，而an-3次滯留本道口4輛即Xn-2+an-3＝80輛，綠燈后直行放出65輛，滯留an-2＝8輛(其余車輛由左右行放出)，則KCn-2＝65÷80＝0.8125n-1次(n-2次紅燈結(jié)束瞬間)本路段入口端串口傳入本控制器車輛數(shù)為82輛。那么Xn-1+an-2＝82+8＝90(本次總車輛數(shù))。本次綠燈直行放行車輛數(shù)為KCn-2·90＝73輛，設(shè)直行車流速為V＝1.6輛/秒，則直行綠燈時(shí)間Tcn-1＝73÷1.6＝45(秒)送秒計(jì)時(shí)器。本次實(shí)際放行72輛滯留1輛(別的車為左，右行放出)，KCn-1＝72÷90＝0.8，當(dāng)綠燈結(jié)束時(shí)，將直行感應(yīng)器讀出車輛數(shù)傳給下一道口控制器。
n次(n-1紅燈結(jié)束瞬間)本路段入口端串口傳入本控制器車輛數(shù)為98時(shí)，Xn+an-1＝99，本次直行車輛數(shù)為KCn-1·99＝79，本次綠燈時(shí)間Tcn＝79÷1.6＝49(秒)送秒計(jì)時(shí)器。本次實(shí)際放行79輛，滯留2輛(其余車由左，右行放出)。同樣，綠燈結(jié)束時(shí)將直行感應(yīng)器收集的車輛數(shù)傳給下一道口控制器。Kcn＝79÷99＝0.8。
N+1次(n次紅燈結(jié)束瞬間)本路段入口端串口傳入本控制器的車輛數(shù)為82時(shí)，Xn+1+an＝82+2＝84(輛)，本次直行車輛數(shù)為KCn·84＝67(輛)，本次綠燈時(shí)間Tcn+1＝67÷1.6＝41(秒)……。
用同樣的方法一直繼續(xù)下去。
綜上所述，隨著進(jìn)入本路段的車輛數(shù)的增減，其綠燈時(shí)間Tc、也相應(yīng)地增減，即達(dá)到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地控制信號(hào)燈的目的。同時(shí)由于具有互通信息的功能，通過(guò)無(wú)線組網(wǎng)，可大大提高實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的控制效果，使信號(hào)燈的持續(xù)時(shí)間自動(dòng)根據(jù)車流量的變化而調(diào)整改變，最大限度地縮短城市平交道口車輛占道和通過(guò)時(shí)間，提高道路利用率。
權(quán)利要求
1.一種智能交通信號(hào)管理系統(tǒng)，包括埋設(shè)在平交道口的感應(yīng)器、含有單片機(jī)的控制器，所述感應(yīng)器的信號(hào)輸出線與所述控制器中單片機(jī)的信號(hào)輸入端相連，所述單片機(jī)的控制輸出端與信號(hào)燈切換開(kāi)關(guān)相連，其特征在于所述感應(yīng)器分車道分別埋設(shè)在交通道路的駛?cè)攵撕婉偝龆?，所述控制器還包括與單片機(jī)通信端連接的數(shù)據(jù)通信收發(fā)器，用以接收前一道口發(fā)送的進(jìn)入本道口的車輛數(shù)，以及向下一道口發(fā)送將進(jìn)入該下一道口的車輛數(shù)，所述單片機(jī)用以按如下公式計(jì)算出各車道的放行通過(guò)時(shí)間，并輸出控制相應(yīng)信號(hào)燈的切換直行通過(guò)時(shí)間Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/直行車流速右行通過(guò)時(shí)間Trn＝KRn-1×(Xn+an-1)/右行車流速左行通過(guò)時(shí)間Tln＝KLn-1×(Xn+an-1)/左行車流速式中n表示任意的某次，n-1為前一次，n-2為前二次；Xn為控制器收到前道口發(fā)送的進(jìn)入本道口的車輛數(shù)；an-1為前一次綠燈后本道口中滯留的車輛數(shù)；KCn-1為感應(yīng)器檢測(cè)到的直行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KRn-1為感應(yīng)器檢測(cè)到的右行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KLn-1為感應(yīng)器檢測(cè)到的左行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于所述單片機(jī)的控制輸出端還與秒計(jì)時(shí)顯示器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)通信收發(fā)器為有線或無(wú)線據(jù)通信收發(fā)器。
4.一種智能交通信號(hào)管理方法，在包括感應(yīng)器、含有單片機(jī)的控制器、以及數(shù)據(jù)通信收發(fā)器的系統(tǒng)中，——將所述感應(yīng)器分車道分別埋設(shè)在交通道路的駛?cè)攵撕婉偝龆?，其信?hào)輸出線與所述控制器中單片機(jī)的信號(hào)輸入端相連；——將所述單片機(jī)的控制輸出端與信號(hào)燈切換開(kāi)關(guān)相連；——將所述數(shù)據(jù)通信收發(fā)器與控制器中單片機(jī)的通信端連接，用以接收前一道口發(fā)送的進(jìn)入本道口的車輛數(shù)，以及向下一道口發(fā)送將進(jìn)入該下一道口的車輛數(shù)；——所述單片機(jī)按如下公式計(jì)算出各車道的放行通過(guò)時(shí)間直行通過(guò)時(shí)間Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/直行車流速右行通過(guò)時(shí)間Trn＝KRn-1×(Xn+an-1)/右行車流速左行通過(guò)時(shí)間Tln＝KLn-1×(Xn+an-1)/左行車流速式中n表示任意的某次，n-1為前一次，n-2為前二次；Xn為控制器收到前道口發(fā)送的進(jìn)入本道口的車輛數(shù)；an-1和an-1為前一次和前二次綠燈后本道口中滯留的車輛數(shù)；KCn-1為感應(yīng)器檢測(cè)到的直行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KRn-1為感應(yīng)器檢測(cè)到的右行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KLn-1為感應(yīng)器檢測(cè)到的左行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；再依計(jì)算結(jié)果輸出控制相應(yīng)信號(hào)燈的切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能交通信號(hào)管理方法，其特征在于還將所述單片機(jī)的控制輸出端與秒計(jì)數(shù)顯示器相連，當(dāng)紅燈時(shí)間結(jié)束時(shí)，單片機(jī)立即將計(jì)算結(jié)果輸出到秒計(jì)數(shù)顯示器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能交通信號(hào)管理方法，其特征在于在綠燈結(jié)束時(shí)，控制器將車輛數(shù)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)通信收發(fā)器發(fā)往下一道口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交通信號(hào)管理系統(tǒng)及方法，屬于交通管理設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括感應(yīng)器、控制器，感應(yīng)器分車道分別埋設(shè)在交通道路的駛?cè)攵撕婉偝龆?，控制器還包括與單片機(jī)通信端連接的數(shù)據(jù)通信收發(fā)器，用以接收前一道口發(fā)送的進(jìn)入本道口的車輛數(shù)，以及向下一道口發(fā)送將進(jìn)入該下一道口的車輛數(shù)，單片機(jī)用以計(jì)算出各車道的放行通過(guò)時(shí)間，并輸出控制相應(yīng)信號(hào)燈的切換。本發(fā)明可以檢測(cè)駛出以及進(jìn)入本道口的車輛數(shù)，實(shí)現(xiàn)了交通管理的網(wǎng)絡(luò)化，總結(jié)出科學(xué)的放行時(shí)間計(jì)算公式，從而可以實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈科學(xué)合理的智能化控制，最大限度地縮短城市平交道口車輛占道和通過(guò)時(shí)間、減小路阻、提高道路利用率。
文檔編號(hào)G08G1/01GK1702699SQ200410014979
公開(kāi)日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2004年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月24日
發(fā)明者雷建閩, 魯世德, 蔡高明 申請(qǐng)人:南京科爾數(shù)字傳輸技術(shù)有限責(zé)任公司