CN100570663C - 实现公交信号优先申请的方法、***及信号融合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现公交信号优先申请的方法、***及信号融合装置，在车辆检测设备与信号机之间增加信号采集板和信号融合装置，由信号融合装置对各种优先申请信号进行预处理和加权处理，并将处理后的信号传输给信号机；同时，在信号采集板与信号融合装置之间设置了统一标准的上行、下行传输格式，以方便信号的传输与处理。采用本发明能最大限度的降低对信号机的要求和处理难度，提高公交信号优先申请的处理能力和效率，保证公交优先申请信号的可靠、有效传输。

Description

实现公交信号优先申请的方法、***及信号融合装置

技术领域

本发明涉及公交车辆信号管理技术，尤其涉及一种实现公交信号优先申请的方法、***及信号融合装置。

背景技术

随着城市人口的越来越密集，城市公共交通状况已成为影响人民生活水平的主要因素。目前提出的公交优先机制从形式上可分为道路优先和信号优先，其中，道路优先是指为公交车辆规划专用的道路，供其优先行使，这种方法虽然在一定程度上提高了公交车辆道路的使用权，但由于没有在路口处划定优先道，以及优先道不构成完整的网络体系，在很大程度上不能发挥出预想的效果，尤其是路口由于考虑社会车辆转向等因素，造成公交车辆与社会车辆完全混行在一起，严重影响了优先效果。针对这种情况，又提出了信号优先，信号优先是通过交通信号的控制，对公交车辆进行倾斜性的信号分配，提高公交车辆在路口的通行效率。

现有技术中，所述的信号优先申请***由车辆检测设备、传输设备、融合器及信号机构成，信号优先从实现过程来看主要可分为：车辆检测、信号传输、优先申请处理和信号分配四个过程。具体的，信号优先处理过程包括：

步骤A、通过检测设备对优先申请信号进行识别和检测。

目前，公交车辆优先申请的检测形式主要有两种：一种是基于车辆检测设备的公交优先申请，这种方式可以通过预埋检测线圈、专用短程通信(DSRC，Dedicated Short Range Communication)及常规无线射频识别(RFID，RadioFrequency Identification)等不同形式，但都需要在检测点路侧安装一定的检测设备，然后将检测结果送至信号机端；另一种是基于公交车辆上车载设备的无线申请，这种方式依靠车辆自身具有的定位与无线通信能力，由车辆判断是否到达检测位置，满足条件时按照一定的方式向信号机发送有限申请信号。

现有的车辆检测设备有多种，比如：环形线圈感应检测器、微波检测器、红外光检测器、激光检测器、超声波检测器、视频检测器，无线识别检测器等。

步骤B、在指定位置获得车辆ID信息后，将车辆ID及优先申请的方向、位置等相关信息发送到信号机端，以便使信号机能及时了解车辆位置及申请的相关信息并进行信号优先分配。

步骤C、信号机端得到优先申请信号后，对申请信号进行一定的处理，所述处理一般是指进行信号电气或数据传输结构的变换，使得信号机能够接收到信号申请。

步骤D、信号机根据预先设定的优先原则，对所收到的优先申请信号进行合理的信号优先分配，以达到一定的优先效果。

本步骤的操作一般取决于信号机内部的控制与优化逻辑，通过感应控制与定时控制的方式实现信号的优先申请。

现有公交优先***在实际应用中存在一定的复杂性，主要表现在以下方面：

1)信号机种类众多，不同信号机采用的信号接口不同。而且，目前并不是所有的信号机都具备公交优先能力，即便是具有优先功能，控制参数的配置方案也都不尽相同，因此，不能直接接收各种优先申请信号。

2)车辆识别手段众多，信号识别主要基于车辆识别技术。由于目前车辆识别有检测线圈识别、RFID、DSRC、微波识别等方式，针对不同的识别技术，采用的识别装置不同，识别的信号也不同，因此，各种识别信号不能都直接传输给信号机，需要进行信号的预处理。

3)路口信号优先申请复杂。路口各种车辆混行，交通流量大，可能存在不同方向的优先申请信号，同时还有左转、右转申请信号等。由于多种申请可能会同时产生，因此，发生信号传输冲突的可能性很大。

4)优先控制目标变化多样。路口的信号控制是一个复杂的优化问题，并不是给公交车辆绝对的优先，而是要在综合考虑路口通行效率的基础上为公交车辆一定的优先。一般，公交优先在实现过程中要综合以下因素考虑：同一路口多个方向的公交优先并存时如何分配有限的优先资源；对于相同公交线路，由于各个路口的特殊情况，优先处理方式也不完全相同；如何平衡公交优先与社会交通，特别是冲突方向的交通需求。

从上述情况可以看出，随着交通压力的日益增大，现有公交优先***存在明显的不足：一方面，没有对优先申请信号进行合理地预处理，而是直接将优先申请信号送给信号机，不仅大大增加了信号机端的配置工作，某些情况下可能会造成信号机端优先信号的冲突，在某种程度上干扰了信号机的正常运行。另一方面，没有建立满足任意路口公交优先需求的优先信号传输体制。现有公交优先在信号申请机制方面并没有充分考虑路口的任意性、多路公交优先申请并存的复杂情况，没有建立起一套完整的优先申请信号描述方法，也没有解决多个优先申请信号冲突的问题，不能满足复杂情况下公交优先的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现公交信号优先申请的方法及***，能最大限度的降低对信号机的要求和处理难度，提高公交信号优先申请的处理能力和效率，保证公交优先申请信号的可靠、有效传输。

本发明的另一目的在于提供一种实现公交信号优先申请的信号融合装置，支持对信号的预处理和加权处理，从而提高公交信号优先申请的处理能力和效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种信号融合装置，设置于信号采集板与信号机之间，包括接入单元、CPU、隔离电平信号输出单元、UART数字信号输出单元，其中，

接入单元，用于连接远程的信号采集板，接收包括采集到的车辆信息的优先申请信号；CPU，用于根据预先配置的参数，包括权重配置、信号间隔配置、基准距离D的设置和预处理冗余时间参数t的设置，对申请信号进行预处理，在预先设置的响应时间内，屏蔽冗余优先申请信号；以及对所述预处理后的信号进行加权处理，根据不同的交通流方向设置不同的权重比，并根据预处理和加权处理的结果控制向信号机发送申请信号；隔离电平信号输出单元，与信号机相连，将优先申请信号发送给信号机；UART数字信号输出单元，与信号机相连，实现与信号机之间的数据交换，完成信号申请功能。

其中，所述接入单元包括UART扩展单元和一个或一个以上接入模块。所述接入模块为基于RS485总线方式的接入模块、和/或基于无线方式的接入模块。

一种实现公交信号优先申请的***，包括车辆检测设备、信号采集板、信号融合装置以及信号机，其中，

车辆检测设备，用于采集车辆通过信息以及车辆ID信息；信号采集板，用于获取车辆检测设备检测的车辆信息，并将包括采集到的车辆信息的优先申请信号通过长距离通信传输给信号融合装置；信号融合装置，接收信号采集板发来的车辆信息以及优先申请信号，根据预先配置的参数，包括权重配置、信号间隔配置、基准距离D的设置和预处理冗余时间参数t的设置，根据预先配置的参数，包括权重配置、信号间隔配置、基准距离D的设置和预处理冗余时间参数t的设置，对申请信号进行预处理，在预先设置的响应时间内，屏蔽冗余优先申请信号；以及对所述预处理后的信号进行加权处理，根据不同的交通流方向设置不同的权重比；并根据所述预处理和加权处理后的结果向所述信号机发送优先申请信号；还用于向所述信号采集板发送用于信息同步及申请反馈信息的信号。信号机，用于根据收到的优先申请信号对信号灯实施相位控制。

一种实现公交信号优先申请的方法，包括以下步骤：

A、采集车辆信息，根据采集到的车辆信息产生包含所采集车辆信息及检测点编码信息的优先申请发送给信号融合装置；

B、信号融合装置根据预先配置的参数，对收到的优先申请进行预处理，并将预处理后的信号进行加权处理，将经过加权处理的优先申请发送给信号机；所述预处理为：在预先设置的响应时间内，屏蔽冗余的优先申请信号；所述对预处理后的信号进行加权处理为：对不同的交通流方向设置不同的权重比；

C、信号机根据收到的优先申请信号，对信号灯进行相位控制。

其中，步骤B中所述在预先设置的响应时间内，屏蔽冗余的优先申请信号，具体为：设置响应时间t，在接收到一次申请之后开始计时，在时间t内的申请都视作无效申请，不将其传输给信号机；t时间之后，若还有优先申请，则再接收一次申请，传输给信号机，然后再重新开始计时，重复以上过程；若是多辆不同公交车辆的优先申请，则正常传输相应次数的优先申请信号；

或者，根据检测点距路口的距离，形成一次以上优先申请信号，通过延时逐一发送给信号机，具体为：设检测点到路口的距离为S，信号融合装置内设基准距离D，以S/D取整作为优先申请信号的次数，然后通过延时逐一发送，基准距离D可根据具体道路信息进行调整；

或者，对于来自对应方向的相位相同的优先申请信号进行合并，具体为：

若信号机没有足够的接入端口，当收到南向北、北向南方向，或东向西、西向东方向的优先申请信号时，若所述方向的双向信号相位相同，则信号融合装置将其合并作为一路优先申请信号，只占用信号机的一个接入端口；若信号机有足够的接入端口，信号融合装置则对所述方向生成南向北、北向南，或东向西、西向东方向的两路优先申请信号。

该方法进一步包括：对不同的交通流方向设置不同的权重比；具体为：当信号机只能接收常规电平信号时，由预处理后的优先申请信号数乘以该方向上的权重比，得到申请信号发送次数，然后由信号融合装置输出相应的电平信号个数送至信号机，从而实现权重调整；当信号机接收数字信号时，由预处理后的优先申请信号数乘以该方向上的权重比，得到申请信号发送次数，然后由信号融合装置按照信号机规定的通信协议多次发送，从而实现权重调整。

所述信号采集板向信号融合装置发送的消息至少包括指令报头、指令类别、数据长度、检测点编码、数据内容、车辆ID、校验和以及结束符；所述信号融合装置向信号采集板发送的消息至少包括指令报头、指令类别、数据长度、数据内容、校验和以及结束符。

本发明所提供的实现公交信号优先申请的方法、***及信号融合装置，在车辆检测设备和信号机之间增加信号采集板和信号融合装置，由信号融合装置对来自各种信号识别方式的优先申请信号进行预处理和加权处理，自动生成一定形式的最终申请信号传输给信号机，如此，不仅能充分考虑到路***通的任意性和复杂性，考虑到社会车辆和公交车辆优先权重的不同，完成路口各个方向公交优先申请信号的合理融合，对公交车辆进行合理优先；而且能达到不对原信号机进行任何改动，即可实现公交信号优先的功能，能适应多类信号机的需求。

另外，本发明通过增加与车辆检测设备就近连接的信号采集板，实现了不同车辆检测设备的接入；并且，通过提供信号采集板与信号融合装置之间统一的上下行消息传输格式，以方便信号的传输、处理与控制，如此，能避免不同申请信息的冲突，并采集充分的信号优先决策依据数据，提高公交信号优先申请的处理能力和效率，保证公交优先申请信号的可靠、有效传输。

附图说明

图1为本发明中信号融合装置的组成结构示意图；

图2为本发明实现公交信号优先申请的方法流程示意图；

图3为本发明一实施例的***组成结构及应用环境示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：在车辆检测设备与信号机之间增加信号采集板和信号融合装置，由信号融合装置对各种优先申请信号进行预处理和加权处理，并将处理后的信号传输给信号机；同时，在信号采集板与信号融合装置之间设置了统一标准的上行、下行传输格式，以方便信号的传输与处理。

具体的，信号融合装置按照设定的协议格式，接收来自各种信号识别方式的优先申请信号；在获取信号之后先进行优先申请信号预处理，以使信号融合装置的输出信号满足各种信号机相位控制的需求；预处理后进行信号加权处理，以适应不同路口的交通流量控制；经过预处理和信号加权之后的信号，进行信号模拟，形成信号机可以接收的信号。

图1为本发明中信号融合装置的组成结构示意图，如图1所示，信号融合装置设置于信号采集板与信号机之间，包括接入单元、CPU、隔离电平信号输出单元、UART数字信号输出单元。其中，接入单元用于连接远程的信号采集板，接收包括采集到的车辆信息的优先申请信号；接入单元进一步包括UART扩展单元和一个以上接入模块，UART扩展单元用于实现多路UART设备的接入，接入模块用于通过RS485总线和/或无线方式远程的信号采集板连接，接收申请信号，基于RS485总线方式的接入模块可以有一个或多个，基于无线方式的接入模块也可以有一个或多个。

图1给出的实例中采用的是4路扩展方式，有一个无线方式接入模块，三个485总线接入模块，每路扩展的接入模块在传输协议的作用下都支持连接多个信号采集板。CPU，是信号融合装置的核心部分，完成所有传输与融合处理，包括信号的预处理和加权处理；并用于完成向信号机发送申请信号的控制任务。隔离电平信号输出单元，通过模拟普通检测线圈的方式，将优先申请信号发送给信号机，由于具有隔离功能，可以保证信号机不受外界设备的干扰。UART数字信号输出单元，在信号机具有数字接口能力时，通过UART实现信号融合装置与信号机的数据交换，完成信号申请功能。

在信号融合装置中，需要预先进行不同参数的配置，以完成对优先申请信号的预处理和加权处理。所需进行的参数配置包括：权重配置、信号间隔配置、基准距离D的设置、预处理冗余时间参数t的设置，其中，

权重配置，根据优先申请的方向数目、优先方向之间以及公交优先与社会交通方向之间的平衡关系，设置各个优先申请方向的权重，最小权重为1，优先级别越高的权重值越高；

信号间隔设置，信号融合装置在经过预处理、权重调整后，在向信号机发送最终申请信号时，如果需要发送多个信号，每两次之间的时间间隔；

基准距离D设置，针对检测点距离路口较远的情况而设，一般根据路口及车速等具体情况设置，通常需要150米左右的距离，如果有站台且站台距离路口较近时，尽可能争取最大的距离，如果检测点与路口的距离小于D，则不进行相应处理；

预处理冗余时间参数t设置，针对同一辆车可能会在短时间内输出多次车辆识别结果的情况，需要设定一个时间的阈值以消除冗余的优先申请信号，通常可以设为3秒。

在信号融合装置相关参数设置完毕后，信号融合装置即可进行相关的融合处理，包括信号预处理和申请信号权重调整。其中，所述信号预处理包括：接收来自各个UART接口的包括车辆信息的申请信号；对车辆ID信息进行比较分析，如果在t时间内有相同的ID，则忽略后续同一车辆ID的信息；根据检测点距离信息进行延时处理，当检测点距离路口较远时，计算出应当产生的申请次数；产生最终优先申请信号传递给权重调整部分。

在所述信号预处理过程中，如何计算产生申请的次数一般根据信号机参数的设定而定，产生的原则是只要满足常规检测线圈方式下认为有连续车辆通过即可。例如：当单位时间内通过的车辆数目为n(n＞1)时，信号机认为有连续的车辆通过。假设，检测点与信号机之间的距离为D，车速为v，那么至少需要产生1+(D×n)/v次申请，对于采用常规的模拟检测线圈输入的方式，才能满足该方向对信号优先的要求。

在所述信号预处理过程中，所述申请信号权重调整包括：对于预处理的每个申请信号，进行加权调整，产生一定间隔一定数量的最终申请信号传输给信号机。权重越高、单位时间内产生的申请数目越多，也越能模拟该方向更多车辆通过的效果，从而获得该方向更高的信号分配比例，达到优先通过的目的。

由于信号机在接收来自路口各方向的申请信号时，需要知道是公交车辆发出的优先申请，还是社会车辆的经过信息；同时要能够准确确定出公交车辆的位置信息，以方便信号机对路***通情况有正确的把握，才能进行信号灯的相位控制。因此，传输的申请信号中至少要包含公交车辆识别信息、公交车辆的位置信息以及公交车辆的行驶状态信息。

为方便信号的控制，本发明提供了统一标准的上行、下行传输格式，所述传输格式中主要包括检测点编码、数据内容和车辆ID，分别用于提供公交车辆的位置信息、车辆行驶状态信息和公交车辆的识别信息，是信号控制的必要信息，对信号控制起决定作用。

所述统一标准的传输格式可用于有线优先信号申请，也可以适用于无线申请。所述传输格式包括上行传输格式和下行传输格式，下面分别进行详细介绍。

所谓上行传输是由信号采集板将检测信息传输到信号机侧信号融合装置的过程，上行传输格式如表一所示。

序号	传输字段	占用字节
			1	指令报头	7字节
2	指令类别	1字节
			3	数据长度	1字节
4	检测点编码	可变字节
			5	数据内容	12字节
6	车辆ID	16字节
			7	校验和	1字节

8

结束符

1字节

表一

其中，指令报头用于区分是数据包、信号采集板到信号融合装置的指令，还是信号融合装置到信号采集板的指令。一般为由信号采集板到信号机端信号融合装置的指令，为保证数据传输的可靠性采用7字节长度，在实际使用中也可进行其他长度的调整。

指令类别，包含优先申请信号和状态查询，所述优先申请指公交快到达路口时，由信号采集板采集到的优先申请信号；状态查询指信号采集板定时向信号机端控制板发送状态信号，表明该采集板正常工作。

数据长度包括从检测点编码到校验和之间所有内容的长度，单位为字节，目前应用可以不检测该字节。

检测点编码，表明车辆检测点的位置。对交叉路口，根据实际情况的需要，一条道路可以设一到多个检测点，对各检测点采用逆时针编码的方式，最多可以支持256种情况。一般的道路都只需要两个检测点，一个检测车辆进入路口，一个检测车辆驶出路口。对于标准含四条道路的交叉路口，只需八个检测点即可，该字节中剩余的位置留作备用。

数据内容，由优先申请方向、检测点距离路口距离、车辆速度和检测位置经纬度坐标几部分构成。其中，优先申请方向，占用1字节，用于表明检测点车辆的行驶方向。对不同检测点处，车辆行驶方向可以是东向西、西向东、北向南、南向北、东向北、东向南等，即可以有直行方向，也包含转弯的方向。为正确反映道路各方向的交通信息量，以方便信号融合过程，对检测点处的车辆行驶方向采用逆时针编码，最多可支持256种申请情况。检测点距离路口距离，占用2字节单位为米，对于路侧检测设备，可以获得准确的距离信息，并将该距离信息设置到信号采集板中，每次上传数据时发送。车辆速度，单位为米/秒，对于依靠GPS定位的车载无线申请***，或路侧设备可以直接测量速度的情况，将速度信息变换后放入该字节，对于不具备测速能力的***，使用0xFF填充该位置。检测位置经纬度坐标，对于依靠GPS定位的车载无线申请***所提供的更为灵活的判断车辆距离路口距离的方式，当该部分不是以0填充时有效，对于路侧检测设备，不使用这种方式，而是直接使用检测点距离路口距离。

车辆ID，对于具有车辆ID识别的检测设备，16字节的长度可以满足现有检测设备的ID长度需要，当车辆检测***ID长度不足16字节时，可以使用实际长度，其他字节以0x00填充。对于不具备ID检测能力的设备，可以将该部分内容设为全部0xFF，以示区分。

校验和，从数据长度到校验和之间所有字节的异或和，用于检测数据在传输过程中是否有误码出现。

结束符，表示指令的结束，具体使用过程中，也可以不对该字节进行处理。

所谓下行传输是指信号机侧信号融合装置向信号采集板发送的信息，主要包括信息同步及申请反馈信息两大功能，具体格式如表二所示。

序号	传输字段	占用字节
			1	指令报头	7字节
2	指令类别	1字节
			3	数据长度	1字节
4	数据内容	可变字节，最多250字节
			5	校验和	1字节
6	结束符	1字节

表二

其中，指令报头，用于区分是数据包、信号采集板到信号融合装置的指令，还是信号融合装置到信号采集板的指令。此处为信号融合装置到信号采集板的指令，为保证数据传输的可靠性采用7字节长度，在实际使用中也可进行其他长度的调整。

指令类别，该字节用于区分下行指令的类别，常用指令有两种：同步与信息反馈指令和同步时间对准指令，其中，同步与信息反馈指令的功能在于：第一、通过该指令的接收，可以使各信号采集板获得统一的时隙对准信息，为后续的数据上传时使用的时隙ALOHA防冲撞提供参考时间；第二、在数据内容中携带上一时间段内已经成功申请的车辆ID信息，给各信号采集板以申请的确认信息。在很多情况下，各个信号采集板需要绝对的时间，这时可以通过下行指令广播时间信息，完成对各个信号采集板的绝对时间设置，当然该指令同样具备时隙对准功能。

数据长度为数据内容长度与校验和部分的总长度，单位为字节。

数据内容，字节长度可变，最多250字节。在下行传输指令中，数据内容随着下行指令类型的不同而不同。在同步及信息反馈指令中，数据内容可按如下方式组织：

申请成功车辆ID1

申请成功车辆ID2

申请成功车辆IDn

通常情况下，ID数量不会超过5个，ID的表示法与上行传输中格式一致。

在同步时间对准指令中，数据内容按如下方式组织：

年2字节

月1字节

日1字节

时1字节

分1字节

秒1字节

校验和，从数据长度到校验和之间所有字节的异或和，用于检测数据在传输过程中是否有误码出现。

结束符，表示指令的结束。

针对路口多个信号采集板并存且存在传输信息冲突的情况，本发明还采用下行数据定时广播的方式，通常定时间隔设为1秒，并在两次下行数据间划分10个上传时隙，各个信号采集板通过下行时隙进行发送时间对准，然后利用时隙ALOHA实现防信息冲撞处理。

这样可以有效消除信息冲撞的影响，确保信号采集板能够及时将车辆ID检测信息发送给信号融合装置；同时，通过下行数据可以给申请设备以申请成功的确认，未获确认的信号采集板可继续上传申请信息，确保申请的可靠性。

基于上述上行和下行传输格式、以及定时广播的传输方式，本发明实现公交信号优先申请的方法如图2所示，包括以下步骤：

步骤201：车辆检测设备检测到车辆通过时，采集车辆信息，并通过信号采集板将包含所采集的车辆信息及检测点编码信息的优先申请发送给信号融合装置；

这里，所述车辆信息包括车辆通过信息、车辆ID信息、车辆行驶方向等等；

步骤202：信号融合装置对收到的优先申请进行预处理，并将预处理后的信号乘以该申请所对应方向上预设的权重系数，将经过权重处理的优先申请发送给信号机；

这里，权重系数是根据不同需求直接固化在信号融合装置中的，比如：假设根据统计某路口从东向西的流量通常比较大，则给从东向西的方向设置较大的权重系数，以加大车辆通过机率；假设某路口从南向西是重要交通路线，则可以给该路口从南向西的方向设置较大的权重系数，以加大车辆通过机率；

步骤203：信号机根据收到的优先申请信号，对信号灯进行相位控制，以使某方向的车辆优先通行。

图2所示的方法中，最关键的就是对收到的申请信号进行预处理和加权处理。其中，信号预处理是针对各检测点公交车辆优先申请的不同情况，对优先申请信号进行综合处理，可以有效防止对优先申请信号的误判，也可适应不同信号机的需求。

具体的，由于路***通比较复杂，所述信号预处理主要包括以下几种情况：

a.对同一公交车辆发出多次优先申请的情况：当同一公交车辆在检测点附近运行速度较慢，甚至出现停滞状态时，检测点可能会多次采集到同一辆公交的信息，如果直接发送优先申请信号到信号机，则信号机在较短的时间内接收到多次优先申请信号，就可能会误认为有多辆公交行驶至该路口，而错误的加大该方向的放行权重。

由于信号融合装置可以判定是同一辆公交的优先申请，还是多辆公交的优先申请，因此，针对这种情况，设置响应时间t，对于t时间内可能造成信号机误判的多次申请，所述信号预处理为：对多余的优先申请信号进行屏蔽。

具体实现是：在接收到一次申请之后开始计时，在时间t内的申请都视作无效申请，不将其传输给信号机。t时间之后，如果还有优先申请，表明该公交还没有通过路口，确实存在优先的必要，因此再接收一次申请，传输给信号机，然后再重新开始计时，重复以上过程，这样即可完成冗余信号的屏蔽。如果是多辆不同公交车辆的优先申请，则正常传输相应次数的优先申请信号。

b.信号检测点距离路口较远，同一车辆只有单次申请的情况：对于有的道路，信号检测点与路口的距离较远，当公交车辆经过检测点时，发出一次优先申请信号；但由于距离远、时间长，发出的优先申请信号不足以使公交车辆在优先申请信号的时间内通过路口，则无法达到公交优先的目的。

针对这种情况，所述预处理为：信号融合装置可根据检测点距路口的距离，形成多次优先申请信号，距离远的形成的申请信号次数多，距离近的形成的信号次数少，次数可根据距离调节，以实现有效的公交优先。

具体实现是：假设检测点到路口的距离为S，信号融合装置内设基准距离D，以S/D取整作为优先申请信号的次数，然后通过延时逐一发送，基准距离D可根据具体道路信息进行调整。一般，对于模拟常规检测线圈的情况，通常30米以上都采用这种方式；对于具有数字接口的信号机，根据信号机参数设置情况而定。

c.同一方向上申请信号的处理：一般方向指东西向或南北向，以南北向为例，该方向上由南向北和由北向南方向可能同时有优先申请信号，由于信号机的接入端口有数量上的限制，当南向北、北向南方向的优先申请信号作为两个不同的端口接入信号机时，可能会造成信号机端口不够用。

针对这种情况，所述预处理为：在收到南向北、北向南方向的优先申请信号时，只要双向的信号相位相同，信号融合装置就可以将其合并作为一路优先申请信号，只占用信号机的一个接入端口；如果信号机有足够的接入端口，信号融合装置也可分别形成南向北、北向南两路不同的优先申请信号，以适应信号机的需求。

上述方案a、b、c，是三种特殊情况下的信号预处理方式。正常情况下，不同公交车辆行经路口，对于不同车辆的优先申请，信号融合装置只需按照收到的信号形成相应次数的优先申请信号。

对于经过预处理后的信号再进行信号加权，所谓信号加权处理是针对路口各方向上多辆公交同时进行优先申请的情况，需要考虑社会车辆与公交车辆的优先权重问题，合理进行优先。

公交信号优先不是绝对的，并不是给一个优先申请信号，信号机就会马上调整信号灯相位去响应该信号。在路口的信号控制过程中，需充分考虑其他通行方向的需求、以及信号灯当前的相位情况。根据实际应用可知，路***叉方向的车流量大小，由该流量信息，一般都可以将两个交叉方向分为车流量大的主要交通流方向和车流量小的次要交通流方向。当公交车辆运行方向不是路口的主要交通流方向的情况下，该公交的优先的程度将会下降。

本发明对预处理后的优先申请信号进行权重调整，可实现不同路口不同权重的任意配置。优先申请信号的权重调整主要考虑以下两个方面：

第一，当路口各方向的多辆公交同时进行公交优先申请时，应如何进行车辆优先；第二，如何处理公交车辆和社会车辆的优先关系。

根据具体路口的交通调查结果，可确定出车流量大的主要交通流方向和车流量相对小的次要交通流方向，主要交通流方向代表着客流的主要方向，应当具有相对与其它公交线路更高的优先级。因此，在交叉方向都有公交优先申请的情况下，设置主要交通流方向较高的权重，次要方向相对较低的权重，也就是说，对路口各个方向设置不同的权重比例。

权重调整的具体实现方式是：当信号机只能接收常规电平信号时，由预处理后的优先申请信号数乘以该方向上的权重比，得到申请信号发送次数，然后由信号融合装置输出相应的电平信号个数送至信号机，从而实现权重调整；当信号机可以接收数字信号时，由预处理后的优先申请信号数乘以该方向上的权重比，得到申请信号发送次数，然后由信号融合装置按照信号机规定的通信协议多次发送，从而实现权重调整。

经过信号融合装置预处理及权重调整后的优先申请信号，需要进行信号模拟，形成信号机能够接收的信号。针对不同型号的信号机，信号融合装置可以模拟不同的优先申请信号，以适应不同信号机的接口和各种控制参数的要求。

一般，不同种类、不同型号的信号机都有电平触发的功能。车辆经过检测线圈，会在信号机端触发一次脉冲，即产生一次电平触发信号。针对信号机的电平触发特性，信号融合装置的输出信号可模拟普通线圈的信号，即将信号融合装置预处理及权重调整后的优先申请信号，变成相应次数的脉冲触发信号。

对于可以接收公交优先申请信号的信号机，信号融合装置也可以模拟数字信号，即含有车辆ID的信号，然后输出给信号机。

图3给出了本发明一个针对快速公交***具体应用实例的***组成及应用环境，图3中，实现公交信号优先申请的***至少车辆检测设备1、信号采集板2、信号融合装置3以及信号机4，其中，车辆检测设备1用于感应车辆的通过，并获得车辆ID信息；信号采集板2，用于建立与信号融合装置的连接，将车辆通过信息以及车辆ID信息传输给信号融合装置，并获得信号融合装置的确认与设置信息；信号融合装置3，接收信号采集板2发来的车辆信息以及优先申请信号，对优先申请信号进行预处理和加权处理后发送给信号机4；信号机4用于根据收到的优先申请信号对信号灯实施相位控制。图3中深色区域为车辆行驶的道路，图3正中为信号灯，信号灯两侧的白色区域是隔离带，隔离带中包括公交车辆的站台。

基于图3给出的应用环境，针对一个方向的车辆优先申请过程包括：

步骤30：公交车A沿箭头方向行驶，行经车辆检测设备1时，车辆检测设备1检测到公交车A的通过；这里，车辆检测设备可以是天线；

步骤31：信号采集板2读出车辆ID信息，并将车辆信息及检测点编码信息传输到信号融合装置3，即发出优先申请；

步骤32：信号融合装置3对所收到的优先申请信号进行预处理和加权处理；

由于公交车A刚出站台，可能速度较慢，信号采集板2在一段时间内可能多次检测到公交车A的车辆ID信息，因此，会向信号融合装置3反复传输优先申请信号。那么，所述预处理就是：信号融合装置3收到优先申请信号后，对检测点信息、车辆行驶方向以及车辆ID信息进行判断，若发现是同一车辆的ID，在时间t内进行了多次优先申请，则只向信号机4传输一次优先申请信号；当超过时间t，如果仍然有申请信号，信号融合装置3才再模拟一次优先申请信号，传输给信号机。

经过预处理之后，再将处理后的信号乘以该方向上对应的权重比，结果作为该方向的优先申请信号。这里，可以是将经过预处理确定的该方向的优先申请次数乘以该方向的权重比，得到新的优先申请次数，然后发送新的优先申请次数个优先申请信号给信号机。

步骤33：将经过预处理和加权处理后的信号，模拟普通线圈的信号，然后输出给信号机4。

步骤34：信号机4根据收到的优先申请信号对信号灯实施相位控制，确定优先放行的方向、时间等。

实际应用***中，在各个方向都设有检测点，检测点的信号采集板可以读出各方向的车辆来往信息，将所有读出的信息传输给信号融合装置，信号融合装置对路口各方向的优先申请信号进行适当的预处理和权重调整后，生成一定频率的最终申请信号输送给信号机，由信号机对信号灯进行控制。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1、一种信号融合装置，其特征在于，该装置设置于信号采集板与信号机之间，包括接入单元、CPU、隔离电平信号输出单元、UART数字信号输出单元，其中，

接入单元，用于连接远程的信号采集板，接收包括采集到的车辆信息的优先申请信号；

CPU，用于根据预先配置的参数，包括权重配置、信号间隔配置、基准距离D的设置和预处理冗余时间参数t的设置，对申请信号进行预处理，在预先设置的响应时间内，屏蔽冗余优先申请信号；以及对所述预处理后的信号进行加权处理，根据不同的交通流方向设置不同的权重比，并根据预处理和加权处理的结果控制向信号机发送申请信号；

隔离电平信号输出单元，与信号机相连，将优先申请信号发送给信号机；

UART数字信号输出单元，与信号机相连，实现与信号机之间的数据交换，完成信号申请功能。

2、根据权利要求1所述的信号融合装置，其特征在于，所述接入单元包括UART扩展单元和一个或一个以上接入模块。

3、根据权利要求2所述的信号融合装置，其特征在于，所述接入模块为基于RS485总线方式的接入模块、和/或基于无线方式的接入模块。

4、一种使用权利要求1所述信号融合装置的公交信号优先申请的***，该***包括车辆检测设备和信号机，其特征在于，该***还包括信号采集板和信号融合装置，其中，

车辆检测设备，用于采集车辆通过信息以及车辆ID信息；

信号采集板，用于获取车辆检测设备检测的车辆信息，并将包括采集到的车辆信息的优先申请信号通过长距离通信传输给信号融合装置；还用于接收所述信号融合装置发送的用于消除信息冲撞的信息同步及申请反馈的信号。

信号融合装置，用于接收信号采集板发来的车辆信息以及优先申请信号，根据预先配置的参数，包括权重配置、信号间隔配置、基准距离D的设置和预处理冗余时间参数t的设置，根据预先配置的参数，包括权重配置、信号间隔配置、基准距离D的设置和预处理冗余时间参数t的设置，对申请信号进行预处理，在预先设置的响应时间内，屏蔽冗余优先申请信号；以及对所述预处理后的信号进行加权处理，根据不同的交通流方向设置不同的权重比；并根据所述预处理和加权处理后的结果向所述信号机发送优先申请信号；还用于向所述信号采集板发送用于信息同步及申请反馈信息的信号。

信号机，用于根据收到的优先申请信号对信号灯实施相位控制。

5、一种实现公交信号优先申请的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、采集车辆信息，根据信号采集板所采集到的车辆信息产生包含所采集车辆信息及检测点编码信息的优先申请发送给信号融合装置；

B、所述信号融合装置根据预先配置的参数，对收到的优先申请进行预处理，并将预处理后的信号进行加权处理，将经过加权处理的优先申请发送给信号机；所述预处理为：在预先设置的响应时间内，屏蔽冗余的优先申请信号；所述对预处理后的信号进行加权处理为：对不同的交通流方向设置不同的权重比；

C、信号机根据收到的优先申请信号，对信号灯进行相位控制。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤B中所述在预先设置的响应时间内屏蔽冗余的优先申请信号，具体为：设置响应时间t，在接收到一次申请之后开始计时，在时间t内的申请都视作无效申请，不将其传输给信号机；t时间之后，若还有优先申请，则再接收一次申请，传输给信号机，然后再重新开始计时，重复以上过程；若是多辆不同公交车辆的优先申请，则正常传输相应次数的优先申请信号；

或者，

根据检测点距路口的距离，形成一次以上优先申请信号，通过延时逐一发送给信号机，具体为：设检测点到路口的距离为S，信号融合装置内设基准距离D，以S/D取整作为优先申请信号的次数，然后通过延时逐一发送，基准距离D可根据具体道路信息进行调整；

或者，

对于来自对应方向的相位相同的优先申请信号进行合并，具体为：

若信号机没有足够的接入端口，当收到南向北、北向南方向，或东向西、西向东方向的优先申请信号时，若所述方向的双向信号相位相同，则信号融合装置将其合并作为一路优先申请信号，只占用信号机的一个接入端口；若信号机有足够的接入端口，信号融合装置则对所述方向生成南向北，北向南，或东向西、西向东方向的两路优先申请信号。

7、根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述对不同的交通流方向设置不同的权重比，具体为：当信号机只能接收常规电平信号时，由预处理后的优先申请信号数乘以该方向上的权重比，得到申请信号发送次数，然后由信号融合装置输出相应的电平信号个数送至信号机，从而实现权重调整；当信号机接收数字信号时，由预处理后的优先申请信号数乘以该方向上的权重比，得到申请信号发送次数，然后由信号融合装置按照信号机规定的通信协议多次发送，从而实现权重调整。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述信号采集板向信号融合装置发送的消息至少包括指令报头、指令类别、数据长度、检测点编码、数据内容、车辆ID、校验和以及结束符。

9、根据权利要求5至8任一项所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：信号融合装置向信号采集板发送消息，用于信息同步及申请反馈信息，所述至少包括指令报头、指令类别、数据长度、数据内容、校验和以及结束符。

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