CN107895496B

CN107895496B - 一种可预测式交通信号控制器、装置及方法

Info

Publication number: CN107895496B
Application number: CN201711239036.5A
Authority: CN
Inventors: 赵瑞锋; 白凤仙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2020-05-08
Anticipated expiration: 2037-11-30
Also published as: CN107895496A

Abstract

一种可预测式交通信号控制器、装置及方法是智能交通技术领域，根据交通信号控制器的运行规律及同步时间信息来计算判断所需相位的交通信号灯的状态信息，在相关运行规律信息长时间不变时，比如最常用的多时段定周期控制方式，不必“实时互联”便可计算判断出相应的交通信号灯状态信息；在需要“实时互联”时可提前发送相应运行规律信息等数据，以降低对互联的实时性要求；由于很多情况下能够减少“实时互联”部分，不仅可靠性能得到提高，以交通信号控制器为核心的交通信号控制机的材料成本及维护成本也可降低。

Description

一种可预测式交通信号控制器、装置及方法

技术领域

本发明涉及智能交通技术领域，尤其是一种可预测式交通信号控制器、装置及方法。

背景技术

交通信号控制器是控制交通信号灯的装置，为交通信号控制机的主要部分。目前广泛应用的交通信号控制机控制的信号灯常常不能被机器设备“读懂”，如果能“读懂”信号灯，通行者便可以在电子地图的帮助下方便的选择路口、调控速度，可以为赶上前方的绿灯适当加快速度，也可以用最经济舒适的速度行驶,这样可使车辆减少停车、刹车行为，提高行驶的便利与舒适性，提高车辆能量利用与道路的通行效率。

目前实时获取交通信号灯信息的技术离不开设备与交通控制***的实时通信，如申请号 401340372851.X“车载红绿灯显示***”、申请号 401510066700.5“一种显示信号灯信息的方法及装置”与申请号401410652409.1“一种智能交通信号灯***”，都需要实时发送、接收信号灯的有关信息。这种“实时互联”对于不直接联网的使用量很大的定周期控制的信号机难以作出准确判断，且成本较高、维护量较大，在通信质量较差时也不便使用。

发明内容

本发明的实施例提供了一种可预测式交通信号控制器、装置及方法，主要目的是提供一种方案，根据交通信号控制器的运行规律及同步时间信息来计算判断所需相位的交通信号灯的状态信息。在相关运行规律信息长时间不变时，比如最常用的多时段定周期控制方式，不必“实时互联”便可计算判断出相应的交通信号灯状态信息。在需要“实时互联”时可提前发送相应运行规律信息等数据，以降低对互联的实时性要求。使用本方案，对普通交通信号控制机而言，如果***时间精准，甚至仅变动控制软件便可增加“可预测功能”，而且信号机的基本设置操作方法不变；对普通智能设备而言，如果设备时间准确度符合要求或能及时获取同步时间信息则仅升级软件程序便可增加“预测”功能。由于很多情况下能够减少“实时互联”部分，不仅可靠性能得到提高，以交通信号控制器为核心的交通信号控制机的材料成本及维护成本也可降低。

为了实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：

本发明实施例提供一种可预测式交通信号控制器，一般位于道路交叉口旁的交通信号控制机或临时使用的太阳能交通信号控制机内，包括主控制单元、存储单元、时间单元、运算调整单元，该控制器可控制交通信号灯控制信号在某有规律时刻转换，即能控制输出信号的某种状态与时间的关系为某种函数关系 y=f(t)。

本发明提供了一种可预测式交通信号控制器的运行方法，该方法能使可预测式交通信号控制器输出既符合其固定配时信息又符合相关运行规律信息的交通灯控制信号。在普通交通信号控制器的基础上使用此方法可升级为可预测式交通信号控制器。

本发明提供了一种预测方法，是能运算判断上述可预测式交通信号控制器控制的交通信号灯状态信息的方法。根据可预测式交通信号控制器的运行规律y=f(t)及预测装置获取的同步时间信息，即使用相关运行规律信息与其参考时间信息来运算判断某时刻某相位的信号灯状态信息，如果使用当前时刻便可运算判断出实时的红绿灯状态信息。

本发明提供了另一种预测方法，使用有关运行规律信息及时差信息计算相关交通信号灯状态信息的方法。与上一种预测方法相比，此处通过时差信息与预测装置本地时间的关系推算出相关的控制器时间，进而计算所需相位的信号灯状态信息。本方法也适用于短时间内正常运行的普通交通信号控制器，但需与预测装置“实时互联”，与普通的实时信号显示技术相比，它能计算出各相位的信号灯状态信息，且可在运行规律信息改变的某段时间前发送并由预测装置接收，不仅可以降低通信要求也能使通行者可以预测未来一段时间内的信号灯状况，从而增加安全性、经济性减少环保的影响。

本发明实施例提供了一种预测装置，此装置能获取与可预测式交通信号控制器相同步的时间信息即相关的参考时间信息，再根据该交通信号控制器的运行规律y=f(t)和有关数据即有关运行规律信息，来运算判断所需相位的的交通信号灯状态信息。由于常用的固定配时方案下的可预测式交通信号控制器的运行规律具有一定的稳定性，预测装置只要提前存储相应的运行规律信息再加上获得的相关参考时间信息便可计算判断相应的交通信号灯状态信息，这种情况下预测装置不与可预测式交通信号控制器“互联”也能运算判断所需红绿灯的状态信息。

本发明还提供了一种可预测式交通信号控制器与预测装置间的信息更新方法，包括可预测式交通信号控制器相关的运行规律信息提供给某种服务器，再由该服务器把所需信息传递给预测装置的过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例公开的可预测式交通信号控制器的结构示意图；

图2是本发明实施例公开的预测装置的结构示意图；

图3是本发明实施例公开的可预测式交通信号控制器输出的相位转移函数图；

图4是本发明实施例公开的另一种可预测式交通信号控制器输出的相位转移函数图；

图5是本发明实施例公开的可预测式交通信号控制器启动调整流程；

图6是本发明实施例公开的可预测式交通信号控制器运算调整流程；

图7是本发明实施例公开的可预测式交通信号控制器的红绿灯状态信息的求解流程图；

图8是普通交通信号运行方案图表，由图9~11组合而成；

图9图8表；

图10图8表；

图11图8表；

图12是本发明实施例公开的可预测式交通信号控制器之常用运行规律信息图表，由图13~15组合而成；

图13图12表；

图14图12表；

图15图12表；

图16是本发明实施例公开的可预测式交通信号控制器与预测装置间的信息传递网络示意图。

具体实施方式

为了***地说明本发明和本发明提供的实施例，结合部分附图先对本发明使用的原理、特殊术语进行说明，其中的原理与方法只是一种参考，可以方便的推出其他相关内容。本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”“第三”等用于区别不同的对象，而并非用于描述特定的顺序，“单元”均为虚拟单元，物理上可以根据需要组合。

本发明有关术语、用语及可预测式交通信号控制器的运行规律推导说明如下：

001. 预测：一般是指依照一定的方法和规律对未来的事情进行测算，本发明则还包含对当前甚至过去的交通灯信号进行的判断计算。

002. 交通信号控制器、可预测式交通信号控制器

交通信号控制器：是对路口的交通信号灯控制的装置，为交通信号控制机的主要部分，在本发明中包括普通交通信号控制器与可预测式交通信号控制器。一个路口可有多个上述控制器组合控制也可由单个控制器控制，本发明约定使用单个所述控制器控制整个路口，所以本发明文件中的“与控制器相关”或“与某路口相关”等的意义是相同的。

可预测式交通信号控制器：按某种运行规律运行且能够被其他装置依相关的运行规律信息及其参考时间信息运算判断其控制的交通信号灯状态信息的装置。

003. 预测装置：能运算判断可预测式交通信号控制器控制的交通信号灯状态信息的装置。

004. 交通信号灯状态信息：包括交通信号灯的灯色信息、色灯时长信息，本发明主要使用红绿灯的剩余时长信息。

005. 可预测状态：可预测式交通信号控制器处于能被预测判断出其控制的交通信号灯状态信息的状态。

006. 标准时间***：包括常用的UTC（协调世界时）、GPS（全球定位***）BDS（北斗***）、GALILEO（伽利略***）、GLONASS（格洛纳斯）及交通信号控制器所使用的其他时间***。

007. 标准时间、参考时间

标准时间，直接或间接来自于标准时间***的时间；

参考时间：以交通信号控制器所要求的标准时间***的时间为基准且在某偏差范围内的时间，主要由交通信号控制器与预测装置使用以保持时间的同步性。此时间可取自具有相应准确度的控制器时间或预测装置的***时间，也可由其他标准时间据控制器的时间***要求转换得到。如某标准时间为GPST，控制器要求的是UTC地方时，则根据GPST与UTC时间的同步关系，参考时间为：

GPST + 时区时差–秒差 +/- 某偏差值

其中时区为该控制器所在位置的时区，秒差为GPST与UTC间的秒级差值，目前为18秒，某偏差值的大小可根据需要而定，只要控制器使用的参考时间与预测装置获得的参考时间之差符合要求即可。尽管控制器时间与预测装置获得时间的偏差容易控制在1秒以内，但本发明人认为此偏差控制在3秒内也是具有实际使用价值的。

控制器时间与预测装置获得的参考时间可来自不同的标准时间***，各标准时间***间应具有相对稳定的同步性，以便预测装置结合约定或运行规律信息要求的时间***得到相关控制器时间的具体信息。如果交通信号控制***实际使用的时间***与其他标准时间***不具同步性则预测装置需直接由交通信号控制***获得所需的时间信息。

008. 控制器时间、控制器时间点、具体控制器时间点

控制器时间：本发明中既包括交通信号控制器的***时间，即本地时钟时间，也包括因某种原因对***时间进行补偿后控制对象的实际被执行时间，此实际被执行时间与约定的或运行规律信息要求的时间***的时间，即参考时间一致。具体说明：设时间偏差为ΔS，控制对象如方案切换时间原为t_x，由时间偏差补偿后方案的实际切换时间变为t_x+ ΔS ，补偿后的时间本发明也称作控制器时间，此时间与要求的时间***的时间信息是一致的。

控制器时间点为控制器时间上的某点，可以是具体的也可以是相对的时间点。

具体控制器时间点则为控制器时间的某具体时刻，即包含时分秒等时间信息的时刻。

009. 信号特征点：交通信号工作“波形图”上有一定特征的点，在本发明中既可指信号在物理上的特征点也可指该信号特征点相对应的时间点。如采用某个信号关闭或开启时的上升沿或下降沿作为信号特征点，采用“第i相位绿灯开启时刻”作为信号特征点。

010.运行规律推导

010a．相位排序、命名

把与通行方向关联的信号相位按工作顺序排序并命名，可由字母、数字和文字等构成，如按“某方向直行方向”为第1相位，其后工作的相位为第2相位......。

010b. 运行规律

按交通信号的基本转换顺序“红灯—绿灯—黄灯—红灯”，设每个相位包含绿灯、黄灯、全红等信号，把不同信号或组合看做某种电平，用二维坐标中的一维表示，另一维表示时间,按交通信号灯的相位运行顺序把各相位所述电平作于图上，便形成了交通信号的工作“波形”。对一定的“波形”来说，如果将某个信号特征点作为参考点，使其与时间的某固定时刻相对应，即在二维图中形成一种位置及变化均固定的“波形”,则此图形就是在某段时间内以时间为自变量以各相位各信号或信号组合的某种状态为因变量的函数关系，即第i相位所述状态与时间的关系为y_i=f_i(t)，此种函数关系即为可预测式交通信号控制器的运行规律。

例一：把绿灯时间看做高电平，绿灯后的黄灯看作稍低电平，全红时间，即清空时间看作0电平，按交通信号灯的相位运行顺序把各相位所述电平作于图上，便形成了交通信号的工作“波形”图，对于某个固定的波形图来说，如果把所述控制器输出的某特征点与***时间上的某个时刻相对应，其图形便是一种函数图形，本文且称为相位转移函数图，参考图3“可预测式交通信号控制器输出的相位转移函数图”。图中“第i相位”可指代任一个相位。

例二：如果把通行的绿灯和其后的黄灯信号均看作高电平用纵坐标表示，把信号转换间的全红时间，即清空时间看作低电平，横轴为时间轴，代表***时间，可设每天的零点或其他时刻为起始点，见另一种可预测式交通信号控制器输出的相位转移函数如图4，图中全红时间AR₁、AR₂...AR_i等于大于0，“第i相位”可指代任一个相位。

此类函数图形是函数关系y_i=f_i(t)的图形表达方式，由于函数图直观明了，本发明只用它来分析运算。

根据交通信号转换的基本规律，对任意时刻的交通信号灯状态，如果不是绿灯、黄灯，便是红灯，所以，从其相位转移函数图3、图4上不仅能看出某时刻通行相位的信号灯时长信息，也可以计算判断出其它相位的信号灯时长信息。

011. 相位：参考物理中信号波形中的“相位”，它反映某时刻在循环或周期中的相对位置，此处以秒为单位，在本发明中统一加下划线表示，以示与交通***中的“相位”相区别。

012. 参考点、起始参考点、参考周期、参考相位

参考点、起始参考点：可设某信号特征点做为参考点，本发明均设“第1相位的绿灯开启时刻”作为每个周期的起始参考点。

参考周期：本发明指以起始参考点作为开始点的任一个周期，其时间单位为秒。

参考相位：在参考周期中的相位，即在每个周期中以“第1相位绿灯开启时刻”为初始值的相对相位，本发明用T_{1s 、}T_is，T_{1o 、}T_io等表示，参考图4“另一种可预测式交通信号控制器输出的相位转移函数图”。

在参考周期中各相位绿灯起点相位与终点相位的关系，如图4：

第1相位的绿灯起点相位T_1s，此处约定为初始值0相位，绿灯终点相位T_1o，绿灯终点相位为本相位的绿灯、黄灯之和，单位均为秒。

第2相位的绿灯起点相位：T_2s=T_1o+ AR₁，为第1相位的绿灯终点相位T_1o与第1相位绿灯后的全红时间AR₁之和；绿灯终点相位T_2o，为本相位的绿灯起点相位T_2s与本相位的绿灯、黄灯之和，单位均为秒。

第i相位的绿灯起点相位：T_is=T_（i-1）o+ AR_i-1，为前一相位的绿灯终点相位与其后的全红时间之和；绿灯终点相位T_io，为i相位绿灯起点相位T_is与i相位的绿灯、黄灯之和，单位均为秒。

013. 运行规律信息

本发明中的运行规律信息是指预测交通信号灯状态信息时所需要的所有信息，该运行规律信息主要取自控制方案及方案调度计划等信息，具体内容除了常用的有关相位信息、相位序列信息、各信号时长信息外，还至少包含一个控制器时间点与某相位某信号特征点的关联信息，如某具体控制器时间点所对应的某相位某信号特征点信息，或某控制器时间点与某相位某信号特征点相对的时间信息，由于这两种情况能互相推导出，本发明实施例只选择其中一种进行说明。根据需要还可增加其他内容，如方案计划数据、通行方向信息、时间***信息、控制器的识别信息、辅助信息等，此类信息可编成一定格式的文件或代码等以便应用。可以约定某些信息以便减少运行规律信息的相应内容，比如约定所有设置时段的起点或其附近的某规律时刻为“第1相位绿灯开启时刻”，相应地可减少某控制器时间点与某信号特征点的关联信息；也可以约定有关交通信号控制器时间***统一使用gps时间或北斗时间或utc时间（协调世界时）等，运行规律信息中便可省去相应的时间***信息，如无说明本发明均以上面约定处理。显然可预测式交通信号控制器与预测装置所需要的运行规律信息并不完全相同，二者须根据需要选用。

多时段定周期控制方式下的可预测式交通信号控制器之常用运行规律信息参考图表12（由图13~15组合而成），其基本数据可由图表8“普通交通信号运行方案”数据转换得到（图8由图9~11组合而成）。其中：

在图8中， t_ing、t_infg、t_infy表示n方案下i相位各信号的时长_；AR_in，为n方案下i相位的全红时间；

在图12“可预测式交通信号控制器之常用运行规律信息”中，“a_js：b_js：c_js”的单位为“小时：分钟：秒钟”，指代任何一个时间段的开始，表示方案的具体执行时间，也为信号特征点“第1相位绿灯开启时刻”所对应的时间点；T_{ins 、}T_ino为n方案下i相位绿灯在起点和终点的参考相位，AR_in，为n方案下i相位的全红时间。

014. 固定配时信息：交叉口各信号灯运行顺序、时长及间隔都固定不变的配时信息，如固定配时方案所使用的信息，只要能预测计算出相应的信号灯状态均可看作某种“固定配时信息”，如黄闪、全红等。

015. 定周期控制：交叉口按预设的固定配时方案重复运行的控制方式。

016. 等待红灯停车时间：正常排队等待红绿灯的车辆从不能前行的静止状态到能够移动所需要的时间。

017. 候车移动传递、候车移动传递速度

候车移动传递：车辆正常排队等候时，前方静止车辆移动某段距离或时间后后方静止车辆才会移动的现象。候车移动传递速度则是指从前方车辆开始移动的位置到后方开始移动车辆的距离或路程与前后方车辆开始移动的时间间隔的比值，此值与驾驶习惯、车型、车距、行车方向的干扰程度等有关，对城区内普通车辆而言直行车辆的候车移动传递速度多在3~6 m/s 。

下面结合上述说明及本发明实施例中的附图，继续对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

可预测式交通信号控制器的运行规律如前010“运行规律推导”所述。由于非机动车信号灯、行人横道信号灯等与机动车信号灯的运行转换关系常常是固定的，即前两者容易被后者推导得出，所以本发明的实施例均以机动车信号灯的运行规律来说明。另外，只有提前知道运行规律信息才可能做到交通灯信号的准确预测，如常用的多时段定周期控制方式的固定配时方案的使用时间一般短的几天长的数年，即预测装置接收一次相关信息便可长时间使用。一般地，交通灯信号的整个运行规律常可看作由定时使用和动态选取相应的主要包括“固定配时”的运行规律信息所组成。定时使用不同固定配时信息如多时段定周期控制，可以被准确预测；动态选取则可看作根据交通状况临时选取某一固定配时信息，比如自适应控制方式下临时选用的配时方案等信息。要做到准确预测需要把这种临时使用的“固定配时”的相关数据在合理的时间内传送给预测装置，即需要增加交通信号控制器与预测装置间的通信功能。由于它们的基本工作原理相同，所以下面实施例主要以多时段定周期控制方式为例来给予说明。

实施例1

本发明提供的实施例一种可预测式交通信号控制器，该控制器能按某种运行规律运行且能够被其他装置依与所述控制器相关的运行规律信息及其参考时间信息运算判断其控制的交通信号灯状态信息。有关运行规律的具体说明见前述010 “运行规律推导”,参考时间信息说明见007“参考时间”。此控制器控制的交通信号灯控制信号的某种状态与时间的关系为某种函数关系，图1是本发明实施例公开的可预测式交通信号控制器的结构示意图，参考虚线框内“可预测式交通信号控制器”部分，包括主控制单元、存储单元、时间单元、运算调整单元，下面给予必要说明。

101. 存储单元，存储该可预测式交通信号控制器所需的运行规律信息，此运行规律信息主要来自于配时方案等运行参数，具体说明如前013“运行规律信息”所述，可约定“某方案切换时间点对应于第1相位绿灯的开启时刻”，相应地也可减少运行规律信息中的“具体控制器时间点所对应的某相位某信号特征点信息”，本发明默认以此约定来说明。

102. 时间单元，可获得符合本控制器所要求的参考时间信息，此参考时间信息具体说明见007“标准时间、参考时间”。既可以通过含有时间信号或信息的媒介直接获取或接收所需参考时间信息，也可先获得某标准时间信息再根据约定或结合运行规律信息要求的时间***得到所需参考时间信息。相关时间信息既可通过网络指令直接获取或被动设置，也可通过各种时间同步技术取得。常用的同步校时技术，如GPS/北斗等卫星校时、移动通信网络校时、互联网校时、电波校时等，可根据当地情况选择。

优选地，可以通过获得的标准时间信息和所要求的时间***对该控制器本地时间进行校时，结合一定精度的时钟可使本地时间拥有较高准确度（最好保证无累计误差的时间准确度在1秒以内）。这样只需要在合适的情况下对时钟进行校时，一般情况下***直接使用本地时间作为参考时间即可，本发明的实施例统一使用此优选方案来说明。

103. 主控制单元，执行控制交通信号灯的普通功能，即目前技术所使用的功能，此单元主要负责信号方案的运行、信号时序的转换以及控制相应信号灯等功能。此主控制单元可采用上述所获得的参考时间信息控制***的运行。

104. 运算调整单元，能根据存储的有关运行规律信息及获得的参考时间信息进行运算调整该控制器控制的交通灯信号在符合有关运行规律信息的时刻转换，即调整各相位输出符合其函数关系y_i=f_i(t)，此单元内容主要由程序实现可与主控制单元合于一体。有关获取参考时间信息的应用方法可参考本发明的实施例2“一种可预测式交通信号控制器的运行方法”之“在步骤202中，参考时间信息的使用”。

此运算调整单元可通过比较在参考周期中的相位来工作，即通过比较某时刻某相位某信号某特征点在参考周期中的实际相位值与可预测状态下该时刻在参考周期中的相位大小，再通过适当调节红绿灯时长达到实际工作在可预测状态的目的，可参考实施例2“可预测式交通信号控制器的运行方法”之“运算调整步骤”，运算调整流程可参考图6“可预测式交通信号控制器运算调整流程”。

另外，为了使可预测式交通信号控制器尽快进入可预测状态，可增加启动调整功能。可预测式交通信号控制器从开机到启动调整的流程如图5“可预测式交通信号控制器启动调整流程”，参数含义参考图4“另一种可预测式交通信号控制器输出的相位转移函数图”及本文之前术语、用语说明，如011、012等。其中，对于图5：

104a. 计算t_x时刻在参考周期中的相位方法：

设预计第一个绿灯开启的最早时刻t_x=a_x：b_x：c_x，（小时：分钟：秒钟，本发明统一表示），根据t_x所属控制时间段，设所用方案实际切换时间为a_js：b_js：c_js、周期为T_j,则

可预测状态下t_x时刻在参考周期中所处位置，即为该时刻的参考相位T_i：

T_i= mod｛[3600（a_x-a_js）+60（b_x-b_js）+c_x-c_js]/T_j｝

其中mod（ / ）为求余函数。

104b. 对于图中5a,“是否运算调整”：根据有关控制信息判断是否要调整到可预测状态。有时因某种原因改变了原来的可预测状态，如公交优先控制信号、紧急事件优先、行人请求控制信号、某些感应信号、手动控制等情况下，此时运算调整单元需要暂停工作，直到此类“中断”性的操作、信号等消除。此判断功能同运算调整单元一样主要用程序来实现，可全部整合到主控制单元中。

另外，为使异常状态下仍具有可预测性则需能提前或实时发送有关运行规律信息，即及时发送异常状态下临时选取的“固定配时”等信息并由预测装置接收。进一步地，可以把各种“固定配时”等信息编制为多种执行模型，执行模型可以提前发送给预测装置，具体使用时则只发送执行模型代码和开始执行时间信息即可。

可预测式交通信号控制器对硬件要求不高，普通的交通信号控制器所使用的CPU（如ARM等）、FPGA技术、PLC、甚至单片机等硬件一般都具有相应运算判断能力，如能满足时间、运算、IO、存储等要求，通过变更软件程序便可升级为可预测式交通信号控制器。

实施例2

本发明实施例提供一种可预测式交通信号控制器的运行方法，此运行方法为获得所需参考时间信息并调整所述控制器使用固定配时信息控制下的信号时长并输出某规律交通灯控制信号的过程，所述某规律交通灯控制信号是指既符合所述固定配时信息又符合与所述控制器相关的运行规律信息的交通信号灯控制信号，步骤包括：

201. 获得所需参考时间信息；

202. 采用或结合上述参考时间信息及相关运行规律信息运算调整所述固定配时信息控制下的信号时长，使其输出的交通灯控制信号符合所述相关的运行规律信息。

其中：

在步骤201中，获得所需参考时间信息的方法：可以先从外部含有时间信号或信息的媒介获取或接收所需标准时间信息，或先获得其他标准时间信息，再根据约定或结合运行规律信息要求的时间***，求得本地所需的参考时间信息。相关标准时间信息可通过指令直接设置、获取或通过各种时间同步技术取得。常用的同步校时技术，如GPS/北斗等卫星校时、移动通信网络校时、互联网校时、电波校时等，可根据情况选择。

优选地，在本地时钟满足准确度要求的情况下可直接使用本地时间作为参考时间信息，而仅在合适情况下通过外部获取或接收的某标准时间信息结合约定或运行规律信息要求的时间***对本地时钟进行校时即可。

在步骤202中，参考时间信息的使用：一种是根据获得的参考时间与本地时间的时间偏差对有关控制对象的运行时间进行补偿，使得控制对象的实际被执行时间与约定或运行规律信息要求的时间***的时间信息一致。具体说明见008“控制器时间”，另一种则是直接采用满足准确度的本地***时间作为参考时间来控制***的运行，本发明实施例均用此方案来说明。

运算调整相关信号时长所需的最长持续时间一般不超过3个信号周期，运算调整步骤包括：

202A. 取得实际的的某相位某信号特征点相对某参考点的时间Δt；

202B. 根据相关运行规律信息计算出在可预测状态下该信号特征点对应时刻相对上述某参考点的时间T；

202C. 比较Δt与T并调整:

当Δt大于T时，适当减小该信号特征点后的红与/或绿灯时长

当Δt小于T时，适当增加该信号特征点后的红与/或绿灯时长

当Δt等于T时，不做调整

其中：

由于位置的相对性， 202A中的某参考点可为任何点，但为方便起见，这里设置为起始参考点，起始参考点说明见012，下边以该参考点为起始参考点来说明；

步骤202A中，可以根据实际情况记录某个已经出现的某相位某信号特征点的对应时刻，然后计算出该信号特征点相对于所在周期的起始参考点的时间Δt 。

步骤202B中，该信号特征点对应时刻相对本周期的起始参考点的时间T，即为在可预测状态下该时刻的参考相位，可参考本文之前术语、用语说明，如011和012。

步骤202A、202B顺序可互换，有时在特殊情况下不能执行调整功能，可在202A步骤前增加是否进行运算调整的判断，如图6“可预测式交通信号控制器运算调整流程”中的6a，还可参考104b“是否运算调整”的说明；

下面说明运算调整的具体方法流程。

可以按某时刻、每相位、某一相位或其它方式进行调整，下面以每相位调整举一实例说明：

设所采用某固定配时信息为一种固定配时方案，其实际开始时间为a_j：b_j：c_j，周期为T_j，则：

202X. 可预测式交通信号控制器按固定配时方案输出信号后记录某周期的起始参考点时刻t₀、第i相位绿灯实际启动时刻t_i，设t_i=a_is：b_is：c_is；

202Y. 计算出i相位绿灯开启时刻相对于本周期起始参考点的时间Δt=t_i-t₀；

202Z. 计算可预测状态下t_i时刻在参考周期中的相位T=T_i

T_i =Mod{[3600（a_is-a_j）+60（b_is-b_j）+c_is-c_j]/T_j}

其中，mod（ / ）为求余函数，具体工作流程可参考可预测式交通信号控制器运算调整流程图6 。其中红灯或绿灯时长在一个相位内补偿量不足时可在下个相位继续调整。

以上实施例只是在固定配时方案下的运行方法流程，可应用于单时段和多时段定周期控制方式。特别地，对于其他控制方式来说，在某些情况下，如果在其连续工作周期内的交通信号变化完全相同，且出现机率较高时也可参照相同的原理方法给该交通信号控制器增加可预测功能，可使通行者在某些情况下提高准确预测交通灯信号状态的机率。目前有不少新型的交通信号控制机具有GPS等校时功能，如果时间准确度符合要求，增加“预测”功能很方便，甚至只改动软件程序即可。

实施例3

本发明的实施例一种预测方法，是能运算判断可预测式交通信号控制器控制的交通信号灯状态信息的方法，所述交通信号灯状态信息主要包括红灯和绿灯剩余时长信息，此方法需要获得某路口即有关控制器相关的运行规律信息与参考时间信息，此运行规律信息具体说明见013“运行规律信息”，参考时间信息的说明见007“参考时间”，步骤包括：

301. 获取与某路口相关的运行规律信息；

302. 获得该控制器的参考时间信息；

303. 根据获得的相关运行规律信息及参考时间信息求得该路口所需交通信号灯的状态信息。

其中，

步骤301与步骤302顺序可根据需要调整；

在步骤301中，可根据需要选择某路口相关的运行规律信息，比如可根据通行者所处位置、行驶方向等确定所需路口的位置信息再确定与位置关联的可预测式交通信号控制器的运行规律信息及可能使用的相位信息；

在步骤302中，该参考时间信息的获得方法：既可以通过含有时间信号或信息的媒介直接获取或接收所需参考时间信息，也可先获得某标准时间信息再根据约定或结合运行规律信息要求的时间***得到所需参考时间信息。相关时间信息既可通过网络指令直接获取，也可通过各种时间同步技术取得。常用的同步校时技术，如GPS/北斗等卫星校时、移动通信网络校时、互联网校时、电波校时等，可根据当地情况选择；

优选地，可以通过获得的某标准时间信息结合预测装置对时间***的要求对本地时间进行校时，结合一定精度的时钟可使本地时间拥有较高准确度（最好保证无累计误差的时间准确度在1秒以内）。这样只需要在合适的情况下对本地时钟进行校时，一般情况下***直接使用本地时间作为参考时间使用，或由本地时间结合该控制器的时间***要求转换为所需参考时间即可，转换方法参考007“参考时间”；

在步骤303中，求解某相位某信号灯状态信息的方法：

根据可预测式交通信号控制器的运行规律即有关交通信号的某种状态与时间的函数关系y_i=f_i(t)，以所获得的参考时间作为该控制器时间来求得某时刻某相位某信号灯状态信息。下面根据有关运行规律信息和有关的函数图形、以常用的多时段定周期控制方式为例给予说明，这里设以某具体控制器时间点，如方案的切换时间作为信号特征点“第1相位绿灯开启时刻”。

如果通行者需要“第i相位”的信号灯状态信息，即求控制器时间点t_x时刻i相位的信号灯状态信息，则：

设t_x时刻的参考相位为T_x，所在相位x， i相位在参考周期中的绿灯起止相位分别为T_is、T_io, 可参考图4“另一种可预测式交通信号控制器输出的相位转移函数图”，运算判断t_x时刻i相位的信号灯状态信息的流程参考图7“可预测式交通信号控制器的红绿灯状态信息的求解流程图”。图中方框7a中T_x的计算方法如下：

若t_x = a_x：b_x：c_x（时：分：秒）、切换所用控制方案的控制器时间点为a_j：b_j：c_j（时：分：秒）、所在信号周期为T_j，则：t_x时刻的参考相位:

T_x=Mod{[3600（a_x-a_j）+60（b_x-b_j）+c_x-c_j]/T_j}

其中mod（ / ）为求余函数。使用图7可求得t_x时刻任意相位的绿灯、红灯剩余时长等重要数据，若t_x为当前时间便可得到实时的信号灯状态信息。

目前很多智能设备如果使用专用时间同步软件或者直接获取设备外的时间信息，则得到的时间准确度容易控制在1秒以内，通过软件便可实现交通信号状态的预测判断功能。

作为一个实用例子，可以在现有电子地图上增加一个红绿灯信息指示功能，方便导航软件使用。另外可以利用303求得红灯剩余时长再结合其他信息可得到车辆的等待红灯停车时间,还可结合车辆自身的损耗排放特点、道路安全要求、车辆所在地的环保要求等提示合理的驾驶方式与/或合理速度与/或是否停车熄火等信息。具体参考实施例5“一种预测装置”中的“等待红灯时是否停车熄火的实施方法”。

实施例4

本发明提供的另一种预测方法，此预测方法是使用与交通信号控制器相关的运行规律信息结合时差信息计算相关交通信号灯状态信息的方法，所述运行规律信息包括有关相位信息、相位序列信息、各信号时长信息外，还至少包含一个控制器时间点与某相位某信号特征点的关联信息，所述时差为从某上述控制器时间点与预测装置某参考时间点的时间间隔。

本方法也适用于具有可预测性的普通交通信号控制器，如正常运行在固定配时信息控制下的普通交通信号控制器，在短时间，比如30分钟内，其***时间偏差一般会小于0.1秒而忽略不计，可认为短时间内是按一定运行规律运行并具有可预测性的。预测装置所需要的运行规律信息，除了包括该控制器的配时信息外还需获得控制器某时刻某相位某信号灯状态，或者说某时刻的参考相位。下面使用有关运行规律的方法原理说明实施过程。

本预测方法实际是由某控制器时间点t_m在相位转移函数图上的相位结合该时间点与预测装置t_y时刻的时差Δtd，求出预测装置t_y时刻的参考相位进而求得某时刻某相位的交通灯信号信息。进一步地可直接设该运行规律信息包含的关联信息为控制器时间点t_m相对于起始参考点的时间为T_m，即控制器时间t_m时刻在其相位转移函数图上的参考相位，参考图4“另一种可预测式交通信号控制器输出的相位转移函数图”。

运算步骤如下：

401. 获得与某路口相关的运行规律信息与时差信息；

为便于运算，设该运行规律信息包含的关联信息为：控制器时间t_m时刻的参考相位T_m，所传输的信息从控制器时间t_m时刻发送至预测装置接收t_y时刻所需时间为时差Δtd，忽略信息处理、运算等时间，时差Δtd主要由t_m时刻到相关信息发送的等待发送时间Δtw及传输过程中的传输时延Δtt所组成，即

Δtd = Δtw+ Δtt

传输时延Δtt可根据传输特征确定相应的获取方法，如为网络传输可以根据某些网络传输协议使用命令取得；等待发送时间Δtw可对传输信息添加时间标签的方式获得，此时间信息可以包含于运行规律信息一起发送，或者与运行规律信息分开发送，由于Δtw是在自身信息被发送前确定的，所以传输的Δtw值会比实际的略小，可根据需要确定是否适当补偿。

402. 由上述运行规律信息结合上述时差信息求出所需相位的信号灯状态信息。

402a. 设信号运行周期为T，由控制器时间t_m时刻的参考相位T_m、时差Δtd ，可知预测装置时刻t_y= a_y：b_y：c_y的参考相位：

T_y = MOD{( T_m + Δtd )/ T }

则预测装置本地时刻t_x= a_x：b_x：c_x的参考相位：

T_x =Mod{{T_y +[3600（a_x-a_y）+60（b_x-b_y）+c_x-c_y]}/T}

其中，MOD( / )为求余函数。

402b. 求预测装置t_x时刻的i相位的信号灯状态信息

设t_x时刻在参考周期中处于X相位，由运行规律信息中的配时信息可得到i相位绿灯的起点相位T_is和终点相位T_io，结合上述T_x便可求出i相位的信号灯状态信息，具体流程参考图7“可预测式交通信号控制器的红绿灯状态信息的求解流程图”。

另外_，使用402b可求得红灯剩余时长，结合电子地图上的其他信息可进一步得到车辆的等待红灯停车时间，还可结合车辆自身的损耗排放特点、道路安全要求、车辆所在地的环保要求等得到驾驶方式提示与/或合理速度与/或是否停车熄火等信息。具体参考实施例5“一种预测装置”中的“等待红灯时是否停车熄火的实施方法”。

实际上只要交通信号控制器的运行规律信息不变，获取一次相关信息运算设备便可以长时间使用，此时间的长度与设备的时间稳定性及相关要求有关。相关运行规律信息与时差信息推荐在执行前一段时间发送或获取，这不仅有利于安全节能减排也能降低对“实时互联”的时延要求。发送获取信息的方法可以直接无线传送或用无线网络方式传送，可参考实施例6“一种可预测式交通信号控制器与预测装置间的信息更新方法”。

实施例5

本发明提供的实施例一种预测装置，所述预测装置是能运算判断可预测式交通信号控制器控制的交通信号灯状态信息的装置，不但可用于车载设备，如导航仪，也可以用于行人的便携设备、穿戴设备等。

本发明实施例公开的预测装置的结构示意图如图2，其中各单元功能可根据需要重新组合，预测装置500包括：

第一单元501，用于存储可能使用的所有可预测式交通信号控制器相关的运行规律信息，此运行规律信息的具体说明请参考013“运行规律信息”，具体数据参考本发明实施例公开的可预测式交通信号控制器之常用运行规律信息图12。

第二单元502，用于获取信息，包括通行者位置和移动方向信息，并基于所获取的信息在第一单元501中或其他位置取得所需的运行规律信息，所述通行者包括使用预测装置的车辆或行人；

所述第二单元502获取信息的方法，可以在电子地图中使用卫星定位***自动获取当前通行者的位置、运动速度、运动方向等信息，再与附近交叉口的道路位置信息相结合计算判断出可能需要的交叉路口及相位信息，最后根据所需交叉路口的位置信息在第一单元501中或其他位置确定相关联的运行规律信息。

另外，可预测式交通信号控制器如果临时发送以固定配时信息为主的运行规律信息时，则需预测装置能够在合理的时间内接受这种信息，可通过无线方式传送，具体可以参考本发明实施例6“一种可预测式交通信号控制器与预测装置间的信息更新方法”。进一步地，可在第一单元501中提前存储好各种固定配时信息的执行模型，只要接收相关固定配时信息的代码和执行时间即可。

第三单元503，用于获得相关控制器的参考时间信息；

所述第三单元503获得的参考时间信息说明见007“参考时间”。既可以通过含有时间信号或信息的媒介直接获取或接收所需参考时间信息，也可先获得某标准时间再根据约定或结合运行规律信息要求的时间***得到所需参考时间信息。相关时间信息既可通过网络指令直接获取，也可通过各种时间同步技术取得。常用的同步校时技术，如GPS/北斗等卫星校时、移动通信网络校时、互联网校时、电波校时等，可根据当地情况选择。

优选地，在本地时间准确度满足要求的前提下，也可以直接采用本地时间作为参考时间，或由本地时间结合相关控制器的***时间要求转换得到所需参考时间。可在有校时信号时使用某标准时间信息结合预测装置时间***的要求对本地时钟进行校时以提高时间的准确度。

第四单元504，根据第三单元503获得的参考时间信息和第二单元502获取的运行规律信息运算判断出该控制器控制的可能相位的信号灯状态信息，所述信号灯状态信息包括红灯与/或绿灯的剩余时长信息。

只要知道可预测式交通信号控制器的运行规律 f=y（t）及参数，结合该控制器的参考时间信息，便可求出所述控制器控制的某时刻某相位信号灯的状态信息；现以常用的多时段定周期控制方式为例做具体说明。

如果通行者的通行方向为i，现求t_x时刻的i相位的信号状态，若t_x时刻的参考相位为T_x，所在相位x， i相位在参考周期中的绿灯起止相位分别为T_is、T_io ，则可预测式交通信号控制器的红绿灯状态信息的求解流程图见图7，有关数据可参考图12“可预测式交通信号控制器之常用运行规律信息”。如果t_x为当前时间，则所求结果即为当前的交通信号灯状态信息，可参考前述实施例3的预测方法，此处不再赘述。

第五单元505，根据第四单元504运算判断出的信号灯状态信息输出人与/或机能够识别的信息；

根据第四单元504输出的交通信号灯状态信息直接由其他设备使用或经处理后使用文字、图像、声音等形式提示通行者，如输出到显示或音响等设备上，或者通过无线或有线方式传输到其他设备上使用。其中，无线传输的方式可以通过各种无线网络，如蓝牙、zigbee、WLAN、GPRS、4G或者红外等传输。

进一步地，可以参考等待红灯停车时间结合不同车辆的损耗排放特点、车辆所在地环保要求等输出是否停车熄火等信息。

一般地，不同车辆的运行效率、尾气排放等与行车速度、驾驶方式的关系比较复杂，不同道路的安全要求不尽相同，在不同地区不同时间的环保要求也有区别，用什么样的速度能安全经济地通过红绿灯，等待红灯时是否有必要停车熄火，合理处理上述内容是一个难题，本发明给出一个解决方案，即由汽车、交通、环保等各方面的专家根据不同车型、道路安全要求、该时段所属地区的环保要求等精心制定不同指令，结合信号灯状态信息、距离、道路状况等使装置能自动给出“最佳”的提示或/和选择：选择哪个路口所需时间较短、用何种速度通过路口最佳、遇到等红灯时是否需要停车熄火等。

先说下“等待红灯停车时间“，具体说明见016，正常情况下主要由当前相位的红灯剩余时长与候车移动传递而延迟的时间所组成，候车移动传递的有关说明见017“候车移动传递”。

等待红灯时是否停车熄火的实施方法，步骤参考如下：

505A1. 设本相位的红灯剩余时长为Tr，可以由第四单元504运算判断出的信号灯状态信息获得；

505A2. 设本车辆与信号灯或停止线的距离或路程为L，候车移动传递速度为Vc（候车移动传递速度有关说明见017 “候车移动传递速度”，此处Vc可选较大值），则本车因候车移动传递而延迟的时间Td = L/Vc ；

505A3. 本车等待红灯停车时间Tp = Tr + Td ；

505B. 根据车型，还可结合温度、车况等信息确定该车的损耗排放特征，再根据其损耗特征、排放特征分别得出在时间Tp内怠速运行的经济性数据G1、排放数据PM1；熄火后重启的经济性数据G0、排放数据PM0；

505C. 由等待红灯停车时间，或参考上述经济性数据、排放数据、环保要求等制定相应策略，比如在车辆因等红灯而停止移动后：

仅根据等待红灯停车时间：Tp>60s 时，提示熄火，或者：

环保要求较高时：PM1 > PM0 时提示熄火；

经济性要求高时：G1 >G0 时提示熄火；

综合策略：G0/G1 > PM1/PM0 > 1 或者PM0/PM1 > G1/G0 > 1时提示熄火。

其中，经济性数据G0、G1主要是指能量损耗及其他损耗所造成的经济损失，能量损耗如燃油或其他能源损耗，其他损耗如对发动机、电池的寿命影响而造成的影响等；排放物组成比较复杂，这里以综合性数据PM0、PM1进行了简要说明。事实上，不同动力类型的车辆如汽油机、柴油机、各种新能源动力等损耗排放差别较大，可根据需要设定相应数学模型以便应用即可。

实施例6

本发明实施例提供的一种可预测式交通信号控制器与预测装置间的信息更新方法，所述信息更新方法是指服务器接收与可预测式交通信号控制器相关的运行规律信息并传递给预测装置的过程。图16为可预测式交通信号控制器与预测装置间的信息传递网络示意图，其间需要使用一种服务器，可以是网络更新服务器，可具有如下功能:

- 提供数据库，可接收存储包含可预测式交通信号控制器相关的运行规律信息

- 保存更新规则信息或更新策略

- 保存用户信息，如用户需求、更新信息等

- 传送信息

基本步骤包括：

601. 更新服务器接收、处理、存储包含各种与可预测式交通信号控制器相关的运行规律信息等内容；

602. 更新服务器或预测装置向对方发起连接请求；

603. 经由无线或有线网络在更新服务器与预测装置之间建立连接；

604. 根据需求进行有关运行规律信息内容的适配；

605. 通过建立的连接把有关运行规律信息推送给预测装置。

其中：

步骤601中，更新服务器接收的内容可由交通信号控制***自动更新到服务器，或由相关人员通过有线链路（如电缆、光缆等）、无线链路（如无线通信链路、红外线链路、蓝牙链路等）或各种存储媒介（如u盘、硬盘、光盘等）等方式把有关信息传递到服务器上，只要某个可预测式交通信号控制器相关的运行规律信息不变，传送一次即可；

步骤602、603中，更新服务器可根据更新策略或保存的用户信息等寻找目标预测装置，预测装置也可根据自身策略在有网络连接时适时向服务器发起连接请求；

步骤604中，可以根据更新服务器与预测装置的更新比较策略等确定具体推送内容；

步骤605中，只要某可预测式交通信号控制器相关的运行规律信息不变，预测装置一次获得便可一直使用，直到该运行规律信息发生改变。

以上实施方法步骤只是与本发明有关的一个特例，本领域的普通技术人员应当理解还可以增加其他功能，也可以用其他方式来实现有关信息的传递。

上文使用各种实施例及原理方法把可预测式交通信号控制器、预测装置、预测方法及信息更新方法给予了***全面介绍，各实施例间可以互相参考，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可以使用其他方法进行运算判断或做出若干改进和调整，这些均应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种预测方法，所述预测方法是能运算判断可预测式交通信号控制器控制的交通信号灯状态信息的方法，所述可预测式交通信号控制器能按某种运行规律运行且能被其他装置依与所述控制器相关的运行规律信息及其参考时间信息运算判断其控制的交通信号灯状态信息，所述运行规律信息包括有关相位信息、相位序列信息、各信号时长信息外，还至少包含一个控制器时间点与某相位某信号特征点的关联信息；所述参考时间，是以所述控制器所要求的标准时间***的时间为基准且在某偏差范围内的时间，其特征在于：该方法包括：

获取与某路口相关的所述运行规律信息；

获得所述参考时间信息；以及根据所述运行规律信息及所述参考时间信息计算判断所述路口相关的交通信号灯状态信息；

其中，获取所述运行规律信息与获得所述参考时间信息先后顺序可根据需要调整。

2.一种预测方法，所述预测方法是使用与交通信号控制器相关的运行规律信息结合时差信息计算相关交通信号灯状态信息的方法，所述运行规律信息包括有关相位信息、相位序列信息、各信号时长信息外，还至少包含一个控制器时间点与某相位某信号特征点的关联信息，所述时差为某所述控制器时间点与预测装置的某参考时间点的时间间隔，其特征在于：包括：

获得与某路口相关的所述运行规律信息与所述时差信息；

由所述运行规律信息结合所述时差信息求出所需相位的信号灯状态信息。

3.根据权利要求1或 2 所述的方法，其特征在于：还能参考等待红灯停车时间给出是否停车熄火的信息，所述等待红灯停车时间包括红灯剩余时长与因候车移动传递而延迟的时间之和。

4.一种预测装置，所述预测装置是能运算判断可预测式交通信号控制器控制的交通信号灯状态信息的装置，所述可预测式交通信号控制器能按某种运行规律运行且能被其他装置依与所述控制器相关的运行规律信息及其参考时间信息运算判断其控制的交通信号灯状态信息，所述运行规律信息包括有关相位信息、相位序列信息、各信号时长信息外，还至少包含一个控制器时间点与某相位某信号特征点的关联信息；所述参考时间，是以所述控制器所要求的标准时间***的时间为基准且在某偏差范围内的时间，其特征在于：包括：

第一单元，用于存储可能使用的所有交通信号控制器相关的运行规律信息；

第二单元，用于获取信息，包括通行者位置和移动方向信息，并基于所述获取信息取得有关交通信号控制器之相关运行规律信息，所述通行者包括使用预测装置的车辆或行人；

第三单元，用于获得相关控制器的参考时间信息；

第四单元，根据所述参考时间信息和取得的所述运行规律信息运算判断出所述控制器控制的信号灯状态信息，所述信号灯状态信息包括红灯与/或绿灯的剩余时长信息；

第五单元，根据所述控制器控制的信号灯状态信息输出人与/或机能够识别的信息。

5.根据权利要求4所述的预测装置，其特征在于：

所述第五单元能参考等待红灯停车时间给出是否停车熄火的信息，所述等待红灯停车时间包括红灯剩余时长与因候车移动传递而延迟的时间之和。

6.一种可预测式交通信号控制器与如权利要求4所述预测装置间的信息更新方法，所述可预测式交通信号控制器能按某种运行规律运行且能被其他装置依与所述控制器相关的运行规律信息及其参考时间信息运算判断其控制的交通信号灯状态信息，所述运行规律信息包括有关相位信息、相位序列信息、各信号时长信息外，还至少包含一个控制器时间点与某相位某信号特征点的关联信息；所述参考时间，是以所述控制器所要求的标准时间***的时间为基准且在某偏差范围内的时间，所述信息更新方法是指服务器接收与所述可预测式交通信号控制器相关的运行规律信息并传递给所述预测装置的过程，其特征在于包括以下步骤：

所述服务器接收包含有所述运行规律信息的相关内容；

经由无线或有线网络在所述服务器与所述预测装置之间建立连接；

根据需求进行包含有所述运行规律信息的内容适配；

通过建立的连接将含有所述运行规律信息传送给所述预测装置。