專利名稱：智能交通信號管理系統(tǒng)及管理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種交通信號管理系統(tǒng)，同時還涉及交通信號管理方法，屬于交通管理設施技術領域。
背景技術：
交通擁擠是當今世界上發(fā)達國家和發(fā)展中國家普遍存在的問題。為了緩解交通擁擠，人們除了采取種種交通管理措施外，還設置了協(xié)助交通管理的各種設施。據(jù)申請人了解，目前已有的交通管理設施主要有以下幾種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，從而根據(jù)直觀的圖象信息，實現(xiàn)交通信號的實時監(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，獲取通過車輛的信息，據(jù)以實現(xiàn)交通管理控制。
3、雷達監(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發(fā)射接收裝置取代紅外監(jiān)控儀。
以上現(xiàn)有技術實施中不僅成本較高，局限性較大，而且不能獲得準確的監(jiān)控信息(例如，攝像裝置必須安裝在高處，否則將無法獲得緊跟在大型車輛后的小型車輛圖象信息；紅外或雷達監(jiān)控無法識別多車道重疊通過車輛的信息)，因此無法實現(xiàn)科學的智能化交通信號管理。
檢索發(fā)現(xiàn)，申請日為1990.05.10、申請?zhí)枮?0206266.2的中國專利公開了一種智能交通信號控制儀，它由一只單片微機、電子時鐘、埋設于每個道口段的車輛感應探頭，以及紅綠交通信號燈和相應的若干發(fā)光二極管矩陳排列構成的顯示智能交通信號管理系統(tǒng)組成。其特點是采用了簡單、經(jīng)濟、靈敏可靠的小型探頭和能顯示各種交通標志、通行或停車時間的顯示智能交通信號管理系統(tǒng)以及單片微機編程控制，可以根據(jù)車流量(包括快慢車道)及時調(diào)整紅綠燈的持續(xù)時間。然而，該專利并未說明根據(jù)車流量自動控制調(diào)整紅綠燈持續(xù)時間的方法，并且只能逐個在單一地點實施，沒有組網(wǎng)功能，因此無法實現(xiàn)科學地兼顧前后道口的情況，難以適應現(xiàn)代化的交通綜合管理需求，至今未見實施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在現(xiàn)有技術的基礎上，提出一種可以科學方法控制紅綠燈切換、并能實現(xiàn)網(wǎng)絡化管理的智能交通信號管理系統(tǒng)。同時本發(fā)明也將給出智能交通信號管理方法。
為了達到以上目的，本發(fā)明的智能交通信號管理系統(tǒng)包括埋設在平交道口的感應器、含有單片機的控制器，所述感應器的信號輸出線與所述控制器中單片機的信號輸入端相連，所述單片機的控制輸出端與信號燈切換開關相連，其特征在于所述感應器分車道分別埋設在交通道路的駛入端和駛出端，所述控制器還包括與單片機通信端連接的數(shù)據(jù)通信收發(fā)器，用以接收前一道口發(fā)送的進入本道口的車輛數(shù)，以及向下一道口發(fā)送將進入該下一道口的車輛數(shù)，所述單片機用以按如下公式計算出各車道的放行通過時間，并輸出控制相應信號燈的切換直行通過時間Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/直行車流速右行通過時間Trn＝KRn-1×(Xn+an-1)/右行車流速左行通過時間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為感應器檢測到的直行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KRn-1為感應器檢測到的右行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KLn-1為感應器檢測到的左行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)。
換言之，本發(fā)明的智能交通信號管理方法在包括感應器、含有單片機的控制器、以及數(shù)據(jù)通信收發(fā)器的系統(tǒng)中，——將所述感應器分車道分別埋設在交通道路的駛入端和駛出端，其信號輸出線與所述控制器中單片機的信號輸入端相連；——將所述單片機的控制輸出端與信號燈切換開關相連；——將所述數(shù)據(jù)通信收發(fā)器與控制器中單片機的通信端連接，用以接收前一道口發(fā)送的進入本道口的車輛數(shù)，以及向下一道口發(fā)送將進入該下一道口的車輛數(shù)；——所述單片機按如下公式計算出各車道的放行通過時間直行通過時間Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/直行車流速右行通過時間Trn＝KRn-1×(Xn+an-1)/右行車流速左行通過時間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為感應器檢測到的直行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KRn-1為感應器檢測到的右行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；
KLn-1為感應器檢測到的左行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；再依計算結果輸出控制相應信號燈的切換。
本發(fā)明由于將感應器分車道分別埋設在交通道路的駛入端和駛出端，因此不僅可以檢測駛出本道口的車輛數(shù)，而且可以檢測進入本道口的車輛數(shù)，進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；同時由于本發(fā)明中含有與單片機通信連接的數(shù)據(jù)通信收發(fā)器，因此實現(xiàn)了交通管理的網(wǎng)絡化，可以及時得到前道口發(fā)送的進入本道口的車輛數(shù)。在此基礎上，本發(fā)明還根據(jù)統(tǒng)計學等相關數(shù)據(jù)處理原理，總結出一組科學的放行時間計算公式，從而通過將前一道口與本道口車輛信息統(tǒng)籌考慮，實現(xiàn)了交通信號燈科學合理的智能化控制，使信號燈的持續(xù)時間自動根據(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時間、減小路阻、提高道路利用率。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明顯然更為科學合理，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步。


下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
圖1為本發(fā)明一個實施例的示意框圖。
圖2為本發(fā)明在一個路口實施的示意框圖。
圖3為圖1實施例感應器的布置及連接關系示意圖。
圖4為圖1實施例控制器部分的電路原理圖。
具體實施例方式
實施例一本實施例的智能交通信號管理系統(tǒng)如圖1和圖2所示，包括感應器、含有單片機的控制器，有線或無線數(shù)據(jù)通信收發(fā)器。其中感應器如圖2和圖3所示，分車道分別埋設在交通道路的駛入端和駛出端，各感應器信號輸出線通過車輛感應器接口電路與控制器中單片機的信號輸入端相連，單片機的控制輸出端分別通過信號燈隔離、驅動電路以及秒計數(shù)驅動電路與信號燈切換開關以及秒計時顯示器相連，單片機的通信端與有線或無線數(shù)據(jù)通信收發(fā)器連接，進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線通信的方式聯(lián)接，既可接收前一道口發(fā)送的進入本道口的車輛數(shù)，又可以向下—道口發(fā)送將進入該下一道口的車輛數(shù)。
本實施例控制器的具體電路如圖4所示，其中單片機選用MCS51(U1)或兼容芯片(8051等)。分車道埋設在交通道路駛入端和駛出端的感應器信號輸出線通過U1芯片及其外圍電路組成的車輛感應器接口電路經(jīng)單片機芯片的P1口輸入。該單片機通過與其相連的門陣列電路(CPLD)XC9572控制輸出端61-63腳通過信號燈隔離、驅動電路接三個信號燈的切換開關，25、36、37、39、40、41、48、50腳通過秒計數(shù)驅動電路接兩數(shù)碼管的秒計時顯示器。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)器或無線數(shù)據(jù)通信收發(fā)器連接，進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線通信的方式聯(lián)接。它還可與后臺機通信。
圖4中右上角U4(SLA1000)芯片及其外圍器件構成備用CAN總線電路，其作用與上RS485相同。圖4左下角開關器件SW構成的電路用作為連網(wǎng)時設備地址的設定。單片機的下方MAX813芯片是為提高電路的可靠性而設的硬件看門狗。
系統(tǒng)工作時，以直行方向為例，當信號燈在任一紅燈開始至該紅燈結束時期內(nèi)，控制器的單片機接收本路段入口端感應器送來的車輛數(shù)Xn，在本次紅燈結束前瞬間計算Xn+an-1，即紅燈期進入本路段車輛數(shù)Xn加上次滯留的車輛數(shù)an-1，然后乘以上一個綠燈期直行系數(shù)KCn-1，KCn-1為感應器檢測到的直行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)，得到本次直行車輛數(shù)，即KCn-1·(Xn+an-1)，將這個數(shù)除以直行車流速度V，得到本次直行的綠燈時間，即直行的通過時間Tcn(計算公式為Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/V)。
紅燈時間一結束，單片機立即將此Tcn輸出到秒計數(shù)顯示器，且控制點亮直行綠燈，并在整個綠燈期監(jiān)視感應器，計數(shù)通過的車輛數(shù)。在綠燈結束時，將此車輛數(shù)通過有線或無線數(shù)據(jù)通信收發(fā)器發(fā)往下一道口，然后又重復執(zhí)行上述過程。
以上是單片機對直行方向計算控制基本過程的原理性描述，實際實施必要時，還應考慮直行綠燈時間、同道口反方向的時間、左右行時間等因素。其他方向的計算控制過程可以類推，不另贅述。
下面就上述過程量化舉例敘述，以便于理解。
設n-2次開始，收本路段入口端通過串口傳入本控制器(即紅燈時進入本路段)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，設直行車流速為V＝1.6輛/秒，則直行綠燈時間Tcn-1＝73÷1.6＝45(秒)送秒計時器。本次實際放行72輛滯留1輛(別的車為左，右行放出)，KCn-1＝72÷90＝0.8，當綠燈結束時，將直行感應器讀出車輛數(shù)傳給下一道口控制器。
n次(n-1紅燈結束瞬間)本路段入口端串口傳入本控制器車輛數(shù)為98時，Xn+an-1＝99，本次直行車輛數(shù)為KCn-1·99＝79，本次綠燈時間Tcn＝79÷1.6＝49(秒)送秒計時器。本次實際放行79輛，滯留2輛(其余車由左，右行放出)。同樣，綠燈結束時將直行感應器收集的車輛數(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，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，隨著進入本路段的車輛數(shù)的增減，其綠燈時間Tc、也相應地增減，即達到實時動態(tài)地控制信號燈的目的。同時由于具有互通信息的功能，通過無線組網(wǎng)，可大大提高實時、動態(tài)的控制效果，使信號燈的持續(xù)時間自動根據(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時間，提高道路利用率。
權利要求
1.一種智能交通信號管理系統(tǒng)，包括埋設在平交道口的感應器、含有單片機的控制器，所述感應器的信號輸出線與所述控制器中單片機的信號輸入端相連，所述單片機的控制輸出端與信號燈切換開關相連，其特征在于所述感應器分車道分別埋設在交通道路的駛入端和駛出端，所述控制器還包括與單片機通信端連接的數(shù)據(jù)通信收發(fā)器，用以接收前一道口發(fā)送的進入本道口的車輛數(shù)，以及向下一道口發(fā)送將進入該下一道口的車輛數(shù)，所述單片機用以按如下公式計算出各車道的放行通過時間，并輸出控制相應信號燈的切換直行通過時間Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/直行車流速右行通過時間Trn＝KRn-1×(Xn+an-1)/右行車流速左行通過時間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為感應器檢測到的直行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KRn-1為感應器檢測到的右行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KLn-1為感應器檢測到的左行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)。
2.根據(jù)權利要求1所述裝置，其特征在于所述單片機的控制輸出端還與秒計時顯示器相連。
3.根據(jù)權利要求2所述裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)通信收發(fā)器為有線或無線據(jù)通信收發(fā)器。
4.一種智能交通信號管理方法，在包括感應器、含有單片機的控制器、以及數(shù)據(jù)通信收發(fā)器的系統(tǒng)中，——將所述感應器分車道分別埋設在交通道路的駛入端和駛出端，其信號輸出線與所述控制器中單片機的信號輸入端相連；——將所述單片機的控制輸出端與信號燈切換開關相連；——將所述數(shù)據(jù)通信收發(fā)器與控制器中單片機的通信端連接，用以接收前一道口發(fā)送的進入本道口的車輛數(shù)，以及向下一道口發(fā)送將進入該下一道口的車輛數(shù)；——所述單片機按如下公式計算出各車道的放行通過時間直行通過時間Tcn＝KCn-1×(Xn+an-1)/直行車流速右行通過時間Trn＝KRn-1×(Xn+an-1)/右行車流速左行通過時間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為感應器檢測到的直行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KRn-1為感應器檢測到的右行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；KLn-1為感應器檢測到的左行車輛數(shù)除以(Xn-1+an-2)；再依計算結果輸出控制相應信號燈的切換。
5.根據(jù)權利要求1所述智能交通信號管理方法，其特征在于還將所述單片機的控制輸出端與秒計數(shù)顯示器相連，當紅燈時間結束時，單片機立即將計算結果輸出到秒計數(shù)顯示器。
6.根據(jù)權利要求1所述智能交通信號管理方法，其特征在于在綠燈結束時，控制器將車輛數(shù)通過無線數(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管理系統(tǒng)及方法，屬于交通管理設施技術領域。該系統(tǒng)包括感應器、控制器，感應器分車道分別埋設在交通道路的駛入端和駛出端，控制器還包括與單片機通信端連接的數(shù)據(jù)通信收發(fā)器，用以接收前一道口發(fā)送的進入本道口的車輛數(shù)，以及向下一道口發(fā)送將進入該下一道口的車輛數(shù)，單片機用以計算出各車道的放行通過時間，并輸出控制相應信號燈的切換。本發(fā)明可以檢測駛出以及進入本道口的車輛數(shù)，實現(xiàn)了交通管理的網(wǎng)絡化，總結出科學的放行時間計算公式，從而可以實現(xiàn)交通信號燈科學合理的智能化控制，最大限度地縮短城市平交道口車輛占道和通過時間、減小路阻、提高道路利用率。
文檔編號G08G1/01GK1702699SQ200410014979
公開日2005年11月30日 申請日期2004年5月24日 優(yōu)先權日2004年5月24日
發(fā)明者雷建閩, 魯世德, 蔡高明 申請人:南京科爾數(shù)字傳輸技術有限責任公司