CN110889969B - 一种分布式道路交通信号线协调自适应控制*** - Google Patents

一种分布式道路交通信号线协调自适应控制*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种分布式道路交通信号线协调自适应控制***。首先，通过各信号机自身计算周期和绿信比；然后，通过区域无线通信网竞争推举统一周期，依靠来回接力传递的数据通信，得到相邻路口的出入口流量计算相位差，实现区域线路的自适应绿波协调控制。本发明能够实现去中心化，从而达到节省中心庞大的设备投资和中心到各路口的光纤通信网投资，对暂时没有资金建设中心大***的地方，具有重大应用价值，能够有效缓解城市交通拥堵的问题，助力智慧城市的建设。

Description

一种分布式道路交通信号线协调自适应控制***
技术领域
本发明涉及一种分布式道路交通信号线协调自适应控制***。
背景技术
随着我国城市汽车数量迅速增加，城市交通拥堵问题已经显得尤为突出，每年因交通拥挤而造成巨大的经济损失，单纯的拓展车道或车辆限行来解决交通拥堵问题并不是长久之计。在改善道路通行，减轻交通堵塞等方面问题时城市交通信号控制***发挥着不可替代的作用，但当前城市道路交叉口的信号机控制模式分为两种：一、多时段无通信协调控制；二、由上位***集中控制；前者基于交通流量调查数据，把流量阶梯化后，决定实施不同信号方案的时段，在不同时段进行不同的线线协调控制。由于不是基于实测的流量，实际的控制效果有限。后者实际上有两种，一种与前者相同，只改由上位机发送基于调查流量优化的信号方案；另一种是基于实时交通流的自适应信号控制，可以下发实时的信号方案。但是，上位***集中控制需要庞大的光纤通信网和上位***设备，工程耗费巨大，在小城市难以实施，中等城市实施的也不多。因此，在建设资金不足的情况下，如何根据实时车流量自动调整控制方案，在目前单路口信号机的基础上实现各个路口信号机***的协调控制，尽量减少车辆在各个路口的等待时间，更加智能和自动地疏导路面交通拥堵状况，是本领域在目前共建智慧城市的大背景下所亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式道路交通信号线协调自适应控制***，通过将中心的智慧脑袋分散到各路口信号机，实现去中心化，从而达到节省中心庞大的设备投资和中心到各路口的光纤通信网投资。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种分布式道路交通信号线协调自适应控制***，包括交叉口信号机、交通流量检测器和无线通信模块；
所述交通流量检测器提供道路出入***通流数据；
所述无线通信模块用于实现各路口间的数据通信；
所述交叉口信号机根据交通流数据来计算和优化周期时长、绿信比和相位差，并在规定的时间窗口内利用所述无线通信模块广播周期时长，时间窗口过后，各路口的交叉口信号机选择最长周期作为本线路统一的协调周期，从而实现区域干线自适应绿波信号协调控制。
在本发明一实施例中，所述交叉口信号机根据交通流量大小差距，分为关键路***叉口信号机和普通路***叉口信号机，其中，关键路***叉口信号机即交通流量较大的路口的交叉口信号机；关键路***叉口信号机具有自适应周期时长优化和绿信比优化计算功能，并存储有10个与统一信号周期和上下行交通流量对应的相位差方案；普通路***叉口信号机存有10个与统一信号周期和阶梯化交通流量对应的绿信比方案及10个与统一信号周期和上下行交通流量对应的相位差方案。
在本发明一实施例中，每隔预定时间，处于线路始端的交叉口信号机发起通信，传输4字节数据，并沿线路方向接力传送，到达处于终端的交叉口信号机，则回传数据；发起通信的始端交叉口信号机若是关键路***叉口信号机，则发送数据中的周期时长为优化周期时长，若是普通路***叉口信号机，则发送数据中的周期时长为最短周期时长。
在本发明一实施例中，所述4字节数据为1字节周期时长+1字节出口流量+2字节出口占有时间；正向传输时，每个路口的交叉口信号机收到上一个路口的交叉口信号机传输的4字节数据时，替换4字节数据中的出口流量、出口占有时间为本路口的相应数据，若本路口的交叉口信号机为关键路***叉口信号机，且4字节数据中周期时长比本路口优化周期时长短时，则同时替换周期时长为本路口的优化周期时长，而后传输替换后的4字节数据给下一个路口的交叉口信号机；回传数据时，每个路口的交叉口信号机，都把回传数据中的周期时长作为本路口的交叉口信号机下一个周期信号的周期时长，同时替换回传数据中的出口流量、出口占有时间为本路口的相应数据；若是普通路***叉口信号机，则配上对应的绿信比、以及计算的相位差，作为下一周期的信号方案；若是关键路***叉口信号机，则配上优化的绿信比和计算的相位差，作为下一周期的信号方案。
在本发明一实施例中，所述无线通信模块为LoRa无线通信模块，各路口的LoRa无线通信模块组成区域路网无线通信网络。
在本发明一实施例中，所述交通流量检测器为环形线圈车辆检测器或视频检测器。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明在没有上位信号***情况下（即无需集中控制），就能够实现区域干线的自适应绿波信号协调控制，从而省去了造价昂贵的上位信号***、以及交通指挥中心与路口的光纤通信网，极大降低了***的造价成本，对暂时没有资金建设中心大***的地方，具有重大应用价值，对有效缓解城市交通拥堵的问题，助力智慧城市的建设有巨大的经济效益。
附图说明
图1为本发明的设计框图。
图2为中继数据传输过程。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提供了一种分布式道路交通信号线协调自适应控制***，包括交叉口信号机、交通流量检测器和无线通信模块；
所述交通流量检测器提供道路出入***通流数据；
所述无线通信模块用于实现各路口间的数据通信；
所述交叉口信号机根据交通流数据来计算和优化周期时长、绿信比和相位差，并在规定的时间窗口内利用所述无线通信模块广播周期时长，时间窗口过后，各路口的交叉口信号机选择最长周期作为本线路统一的协调周期，从而实现区域干线自适应绿波信号协调控制。
以下为本发明的具体实现过程。
如图1所示，一种分布式道路交通信号线协调自适应控制***。包括：路口信号机，交通流量检测器，无线通信模块三部分组成。在所述控制***中，受控的一条城市干道绿波协调路线，由若干个交通流量较大的关键路口和交通流量不大的普通路口组成。根据道路交通信号绿波协调控制原理，一个线路的路口要实现绿波协调，要选满***通流量最大的路口信号需求的周期作为统一的周期。
本发明采用的LoRa无线通信模块具有低功耗，通信距离远、能够满足城市道路绝大部分路口间通信的特点，组成区域路网无线通信网络。让处于该通信网络中的信号机相互通信，发送各机自适应优化的周期时长或交通流数据。让各关键路口信号机参与统一周期竞争和裁决，推举出最大周期时长；同时接收相邻路口与本地连接方向的出入***通流数据，决定协调干道的信号相位差。
关键路口的信号机具有自适应周期时长优化和绿信比优化计算功能，普通路口信号机存有10个与统一信号周期和阶梯化交通流量对应的绿信比方案，同时两者均存有10个与统一信号周期和上下行交通流量对应的相位差方案。每隔2.5分钟或5分钟时间（具体由参数决定），处于线路始端的信号机发起通信，传送4字节数据（1字节周期时长、1字节出口流量、2字节出口占有时间），沿线路方向接力传送。发起通信的始端信号机若是关键路口，发送数据中的周期时长为优化周期时长，若是普通路口，发送的数据则为最短周期时长。
如图2所示，为中继数据在干线传输的具体过程。在接力传送过程中，每个信号机都能收到中继数据。收到流量数据和占有时间数据后，结合统一周期和本地流量作为选择相位差的参量，同时把本地中继方向的出口流量和占有时间替换到中继数据中，传给下一个路口。当关键路口信号机接收到比本地优化周期时长较短的数据时，亦把本地路口的优化周期时长替换到中继数据中，但普通路口则不做替换。当中继数据到达线路终端信号机时，数据中继转为回传。每个路口的信号机依然接收上游的出口流量和占有时间，并用本地回传方向的出口流量和占有时间替换到中继数据中，但中继数据中的周期时长保持固定不变。
在回传过程中，每个路口的信号机，都把回传数据中的周期时长作为本地下一个周期信号的周期时长。若是普通路口，配上对应的绿信比、以及基于统一周期和流量计算的相位差，作为下一周期的信号方案；若是关键路口，则配上优化的绿信比和基于统一周期和流量计算的相位差，作为下一周期的信号方案。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种分布式道路交通信号线协调自适应控制***，其特征在于，包括交叉口信号机、交通流量检测器和无线通信模块；
所述交通流量检测器提供道路出入***通流数据；
所述无线通信模块用于实现各路口间的数据通信；
所述交叉口信号机根据交通流数据来计算和优化周期时长、绿信比和相位差，并在规定的时间窗口内利用所述无线通信模块广播周期时长，时间窗口过后，各路口的交叉口信号机选择最长周期作为本线路统一的协调周期，从而实现区域干线自适应绿波信号协调控制；
所述交叉口信号机根据交通流量大小差距，分为关键路***叉口信号机和普通路***叉口信号机，其中，关键路***叉口信号机即交通流量较大的路口的交叉口信号机；关键路***叉口信号机具有自适应周期时长优化和绿信比优化计算功能，并存储有10个与统一信号周期和上下行交通流量对应的相位差方案；普通路***叉口信号机存有10个与统一信号周期和阶梯化交通流量对应的绿信比方案及10个与统一信号周期和上下行交通流量对应的相位差方案；
每隔预定时间，处于线路始端的交叉口信号机发起通信，传输4字节数据，并沿线路方向接力传送，到达处于终端的交叉口信号机，则回传数据；发起通信的始端交叉口信号机若是关键路***叉口信号机，则发送数据中的周期时长为优化周期时长，若是普通路***叉口信号机，则发送数据中的周期时长为最短周期时长；
所述4字节数据为1字节周期时长+1字节出口流量+2字节出口占有时间；正向传输时，每个路口的交叉口信号机收到上一个路口的交叉口信号机传输的4字节数据时，替换4字节数据中的出口流量、出口占有时间为本路口的相应数据，若本路口的交叉口信号机为关键路***叉口信号机，且4字节数据中周期时长比本路口优化周期时长短时，则同时替换周期时长为本路口的优化周期时长，而后传输替换后的4字节数据给下一个路口的交叉口信号机；回传数据时，每个路口的交叉口信号机，都把回传数据中的周期时长作为本路口的交叉口信号机下一个周期信号的周期时长，同时替换回传数据中的出口流量、出口占有时间为本路口的相应数据；若是普通路***叉口信号机，则配上对应的绿信比、以及计算的相位差，作为下一周期的信号方案；若是关键路***叉口信号机，则配上优化的绿信比和计算的相位差，作为下一周期的信号方案。
2.根据权利要求1所述的一种分布式道路交通信号线协调自适应控制***，其特征在于，所述无线通信模块为LoRa无线通信模块，各路口的LoRa无线通信模块组成区域路网无线通信网络。
3.根据权利要求1所述的一种分布式道路交通信号线协调自适应控制***，其特征在于，所述交通流量检测器为环形线圈车辆检测器或视频检测器。
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