CN111325994A - 一种基于WiFi探针车辆检测技术的信号控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于WiFi探针车辆检测技术的信号控制方法涉及交通信息及控制技术领域。该方法包括：在交叉口相邻两条道路间放置WiFi探针；放置可以检测交叉口每条道路经过车辆的WiFi探针；通过WiFi探针收集的数据对车辆进行定位；对WiFi探针采集的地址进行筛选，检测车辆进出交叉口时间；最后利用得到的数据对信号交叉口进行优化。将WiFi探针技术应用到交叉口的车辆检测上，通过合理布设WiFi探针在交叉口的检测位置，利用WiFi探针收集的mac地址对交叉口车流量大小、车辆流向、拥堵状况等进行统计分析，并对信号交叉口的绿灯时长、运行周期等配时参数进行调整，提高信号交叉口通行能力，缓解交通拥堵问题。

Description

一种基于WiFi探针车辆检测技术的信号控制方法

技术领域

本发明涉及交通信息及控制技术领域，尤其涉及一种基于WiFi探针车辆检测技术的信号控制方法。

背景技术

近年来，我国经济高速发展导致城市化的进程加快，急速增长的机动车数量给城市交通带来了巨大压力，而传统的交通***信息检测方法并不适用于实际的道路状况。现有的交通状况信息检测方法包括传统的传感器检测方法、基于GPS数据的浮动车辆方法和基于视频图像识别的道路状况检测方法等。这些现有方法在成本或场景适用性方面受到很大限制，或设备昂贵，部署和维护很复杂；或严重依赖于用户基础，且准确性不稳定。

而WiFi探针技术是一项新兴技术，由于它无法获取用户的设备ID、手机号码、特定的互联网接入信息或其他个人信息，一般不会侵犯用户的隐私。WiFi探针的探测范围为其可探测距离内的覆盖范围，在开放环境下一般支持半径为50-200米甚至更大的范围。WiFi探针探测的内容包含一般以下几部分：探针mac地址、探测时间、探针探测到的智能终端的mac地址、智能终端的信号强度等。mac地址是用来表示互联网上每一个站点的标识符，采用十六进制数表示，共六个字节(48位)。而不同的厂商拥有不同的mac地址段，因此，mac地址具有唯一性，每一个移动终端的mac地址都不一样，当用户携带移动终端进入探测范围内时，WiFi探针可以检测移动终端并收集mac信息。当智能手机和其他移动终端设备已经打开无线接收器的情况下，它会自动扫描附近的无线网络，当用户携带移动终端进入探测范围内,WiFi探针收集移动终端的mac信息，并将收集的mac地址传输到云服务器中进一步分析。

当前这项技术被运用在多个领域，比如客流量的统计和分析，公共安全，智能考勤等，尚未应用于交叉口的车辆检测上。由于WiFi探针可根据探测到的智能终端信号强度估算探针与移动终端的距离，这为WiFi探针技术应用于交叉口进口道的车辆检测提供了可能。

发明内容

一种基于WiFi探针车辆检测技术的信号控制方法，其特征在于：通过布设WiFi探针在交叉口的检测位置，利用WiFi探针技术收集数据，对道路交叉口路况、车流量大小以及车辆流向进行分析，并对信号交叉口信号配时参数进行调整，进而提高交叉口通行能力，具体方法执行以下步骤：

步骤1：在交叉口相邻两条道路间放置WiFi探针；

步骤2：放置可以检测交叉口每条道路经过车辆的WiFi探针；

步骤3：通过WiFi探针收集的数据对车辆进行定位；

步骤4：对WiFi探针采集的地址进行筛选，检测车辆进出交叉口时间；

步骤5：对各相位绿灯时长进行优化。

上述方法所述一种基于WiFi探针车辆检测技术的信号控制方法，其特征在于所述步骤1包括：将WiFi探针放置在交叉口每相邻两条道路之间，所选用的WiFi探针测量半径不小于两条道路宽度之和，确保可以同时收集两条道路上经过车辆的mac地址与能准确记录当前时刻经过所有车辆mac地址的数量。

上述方法所述一种基于WiFi探针车辆检测技术的信号控制方法，其特征在于所述步骤2包括：在交叉口每条道路上均放置可检测道路驶入车辆mac地址的探针，放置于此处WiFi探针的测量半径应不小于所有驶入车道宽度和的一半，保证可以记录所有当前时刻驶入车辆mac地址的数量。

上述方法所述一种基于WiFi探针车辆检测技术的信号控制方法，其特征在于所述步骤3包括：一个车辆移动终端可以同时被三个WiFi接入点探测到，通过信号特征来推算出移动终端到每个WiFi接入点的距离，再以每个WiFi接入点为圆心，以WiFi接入点到移动终端的距离为半径画圆，交点即为此移动终端的位置，具体计算方式如下：

设三个WiFi接入点A，B，C的坐标为(x_a，y_a)，(x_b，y_b)，(x_c，y_c)，设移动终端O距离三个WiFi接入点的距离分别为da，db，dc；则可由以下公式解出O点坐标，也就是车辆移动终端的具体地址：

上述方法所述一种基于WiFi探针车辆检测技术的信号控制方法，其特征在于所述步骤4包括：

筛选mac地址，去除掉总探测范围内行人所携带的移动终端的mac地址，以及交叉口附近的建筑物内的移动终端的mac地址，具体方法为：去除掉所有在同一时间点只被一个探针检测到的mac地址，只保留在同一时间内被两个及两个以上探针检测到的mac地址；

记录车辆同时被两个探针检测到的时间，将其作为进入交叉口时间；在这之后车辆被另一个探针检测到，则可获得其驶出方向，并记录进入此探针检测区域的时间点，作为其驶出交叉口的时间；通过记录筛选后的mac地址，统计每个方向驶入和驶出的车流量。

上述方法所述一种基于WiFi探针车辆检测技术的信号控制方法，其特征在于所述步骤5包括：设置各行驶方向的最长绿灯时间和最短绿灯时间，在最短时间的基础上，如果在某个时间范围内，被两个探针同时探测到的mac地址少于设定数量，则认定为绿灯空放，此时通过缩短相应的绿灯时间来提高通行效率；

最短绿灯时间的确定：

此处确定的最短绿灯时间为在非饱和的状态下，每个进口道在一个周期等待时间里累积的车辆全部驶出交叉口所需要的时间。

Q_m＝q_t×R_ei

式中，T_s是最短绿灯时间(秒)；Q_m是此进口道的最大排队长度；S是进口道的道路设计通行能力(辆/秒)；q_t是进口道的车辆到达率(辆/秒)；R_ei是此相位的有效红灯时间(秒)；最长绿灯时间的确定：

最长绿灯时间是感应控制中各相位绿灯时间延长的极限值，用来保证各相位的绿灯时间平衡，必须满足绿信比要求。某个相位中绿灯时间到达最长绿灯时间时，不管是否检测到来车，必须按照相序更换相位；

配时调整中，在最短绿灯时间和最长绿灯时间的范围内，当在某固定时间内，检测到通过的mac地址所在移动终端少于设定数量，即视为绿灯空放，即转换为其他流向的绿灯，使其他流向的红灯时间缩短。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明一种基于WiFi探针车辆检测技术的信号控制方法与现有技术相比，实现了WiFi探针技术在车辆检测上的应用，填补技术空白。相比于现有的其他检测方法，本方法适用性高，设备成本低且部署和维护方便。使用WiFi探针技术采集和分析数据，不需要依赖于用户基础，且准确性稳定。以此方法来分析交叉口路况、车流量大小以及车辆流向等问题，通过采集到的数据对信号配时参数进行调整，达到提高通行效率的目的。

附图说明

图1为本发明实施例中一种基于WiFi探针车辆检测技术的信号控制方法操作流程图；

图2为本发明实施例中十字交叉口示意图；

图3为本发明实施例中WiFi探针布设位置示意图；其中a、b、c、d、e、f、g、h为每条道路的两条边缘线，A、B、C、D、E、F、H、G为探针布设位置；

图4为本发明实施例中WiFi探针检测范围示意图；

图5为本发明实施例中相位图；

图6为本发明实施例中改进后相位图。

具体实施方式

针对现有交通信息检测技术存在的问题，本发明提供一种新的交叉口车辆信息检测方法，可以应用于高峰期和非高峰期的车流量差距较大的交叉口，通过合理布设WiFi探针在交叉口的检测位置，利用WiFi探针收集的数据对交叉口路况、车流量大小以及车辆流向等进行分析，并对信号交叉口信号配时参数进行调整，进而提高交叉口通行能力。

为了使本发明的目的、技术方案及优势更加清晰,下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

本发明以图2所示的常见十字交叉口为例进行说明，其中南北为双向十车道，东西为双向四车道，每条车道宽均为3.5米。

假设道路在非高峰期的车流量由南向北直行为900veh/h，由北向南直行为900veh/h，南入口右转车辆为160veh/h，北入口右转车辆为160veh/h，南入口左转车辆为160veh/h，北入口左转车辆为160veh/h，西入口直行左转车道为320veh/h，东入口直行左转车道为320veh/h，西入口右转车道为150veh/h，东入口右转车道为150veh/h。

假设道路的配时如图5所示，配时周期为185秒，南北直行绿灯时间为100秒，红灯时间为80秒，黄灯时间为5秒；南北左转绿灯时间为30秒，红灯时间为150秒，黄灯时间为5秒；东西向绿灯时间为40秒，红灯时间为140秒，黄灯时间为5秒。

流程如图1所示，执行以下步骤：

步骤1：放置可以同时检测两个进口方向的WiFi探针。图3为WiFi探针布设位置图，其中探针A检测范围是半径为47米,与b和g所在直线相切且圆心在东西车道停止线所在直线的圆形区域，圆心即为探针所在位置；探针B检测范围是半径为47米，与a和d所在直线相切且圆心在东西车道停止线所在直线的圆形区域，圆心即为探针所在位置；探针C检测范围是半径为47米且与e和h所在直线相切，圆心在东西车道停止线所在直线的圆形区域，圆心即为探针所在位置；探针D检测范围是半径为47米，与c和f所在直线相切且圆心在东西车道停止线所在直线的圆形区域，圆心即为探针所在位置。

步骤2：放置检测单方向进口道的WiFi探针。图3中探针E的检测范围为半径是8.75米且与道路边缘，中心线，停止线所在直线三边相切的圆形区域，圆形区域的圆心即为探针所在位置；探针F的检测范围为半径为3.5米且与道路边缘，中心线，停止线所在直线三边相切的圆形区域，圆形区域的圆心即为探针所在位置；探针G的检测范围为半径是8.75米且与道路边缘，中心线，停止线所在直线三边相切的圆形区域，圆形区域的圆心即为探针所在位置；探针H的检测范围为半径为3.5米且与道路边缘，中心线，停止线所在直线三边相切的圆形区域，圆形区域的圆心即为探针所在位置。

步骤3：通过WiFi探针收集的数据对车辆进行定位。一个车辆移动终端可以同时被三个WiFi接入点探测到，通过信号特征来推算出移动终端到每个WiFi接入点的距离，再以每个WiFi接入点为圆心，以WiFi接入点到移动终端的距离为半径画圆，交点即为此移动终端的位置。设三个WiFi接入点A，B，C的坐标为(x_a，y_a)，(x_b，y_b)，(x_c，y_c)，设移动终端O距离三个WiFi接入点的距离分别为da，db，dc。则可由以下公式解出O点坐标，也就是车辆移动终端的具体地址。

步骤4：对WiFi探针采集的地址进行筛选。首先，去除掉所有在同一时间点只被一个探针检测到的mac地址，即只保留在同一时间内被两个及两个以上探针检测到的mac地址，图4所示的阴影部分为被去除掉的mac地址所处移动终端的所在区域。通过此次筛选，可以成功去除掉总探测范围内行人所携带的移动终端的mac地址，以及交叉口附近的建筑物内的移动终端的mac地址。记录下所保留的mac地址，以西进口行驶车辆为例，记录其第一次进入非阴影区域的时间点，即同时被两个探针检测到的时间，将其作为进入交叉口时间。如果在这之后车辆被探针G检测到，则其右转驶出交叉口，并记录下进入探针G检测区域的时间点，作为其驶出交叉口的时间点。

步骤5：对各相位绿灯时长进行优化。通过记录筛选后的mac地址，统计每个方向驶入和驶出的车流量。南北向绿灯时间设置最长时间t₁和最短时间t₂，在最短时间t₂的基础上，如果在某个20秒内，被两个探针同时探测到的mac地址少于4个，则认定为绿灯空放，此时便可以通过缩短绿灯时间来提高通行效率。同理，东西向绿灯同样设置最长时间t₃和最短时间t₄，在最短时间t₃的基础上，如果在某个10秒内，被两个探针同时探测到的mac地址少于4个，则认定为绿灯空放，此时便可以通过缩短绿灯时间来提高通行效率。

最短绿灯时间的确定：

此处确定的最短绿灯时间为在非饱和的状态下，每个进口道在一个周期等待时间里累积的车辆全部驶出交叉口所需要的时间。

Q_m＝q_t×R_ei

式中，T_s是最短绿灯时间(秒)；Q_m是此进口道的最大排队长度；S是进口道的道路设计通行能力(辆/秒)；q_t是进口道的车辆到达率(辆/秒)；R_ei是此相位的有效红灯时间(秒)。

最长绿灯时间的确定：

最长绿灯时间是感应控制中各相位绿灯时间延长的极限值，用来保证各相位的绿灯时间平衡，必须满足绿信比要求。某个相位中绿灯时间到达最大绿灯时间时，不管是否检测到来车，必须按照相序更换相位。

配时调整中，在最短绿灯时间和最长绿灯时间的范围内，当在某固定时间内，检测到通过的mac地址所在移动终端少于固定数量，即视为绿灯空放，即转换为其他流向的绿灯。这样可以使其他流向的红灯时间缩短，直接导致分析车道组的初始车辆数减少，也就是清空初始车辆的时间减少。

并利用专业软件进行仿真模拟，选取一个运行周期进行研究。在185秒时，南北直行变绿灯，30秒之后，也就是210秒时，之前在红灯期间等待的车已全部放空，再过25秒之后，即245秒时，车辆明显减少，直到变黄灯之前的40秒之间，南侧驶入与北侧驶入的直行车辆每个方向平均只有7辆。

当290秒时，南北左转方向信号灯变绿，15秒后，即305秒时，等待的车已全部走完，310秒时，车辆明显减少，剩下的10秒内，南北方向驶入的车辆平均每侧只有3辆。

当325秒时，东西方向信号灯变绿，340秒时，即过了15秒后，等待车辆全部驶出停止线，360秒时，驶入车辆明显减少。在从360秒到370秒之间，东西方向驶入的车辆平均每侧只有3辆。

按照本设计的配时方案，在这种情况下，可以通过缩短绿灯时间来提高通行效率，避免绿灯空放。即将南北直行的绿灯时间缩短为60秒，将南北左转的绿灯时间缩短为20秒，将东西向的绿灯时间缩短为30秒。整个周期为125秒。改进后的配时方法如图6所示，通行能力由南向北直行为1500veh/h，由北向南直行为1500veh/h，南入口右转车辆为240veh/h，北入口右转车辆为240veh/h，南入口左转车辆为240veh/h，北入口左转车辆为240veh/h，西入口直行左转车道为400veh/h，东入口直行左转车道为400eh/h，西入口右转车道为200veh/h，东入口右转车道为200veh/h。

因此本设计方案可以应用于高峰期和非高峰期的车流量差距大的路口，通过实时检测改善交通信号配时，以此来提高通行效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；因而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.一种基于WiFi探针车辆检测技术的信号控制方法，其特征在于：通过布设WiFi探针在交叉口的检测位置，利用WiFi探针技术收集数据，对道路交叉口路况、车流量大小以及车辆流向进行分析，并对信号交叉口信号配时参数进行调整，进而提高交叉口通行能力，具体方法执行以下步骤：

步骤1：在交叉口相邻两条道路间放置WiFi探针；

步骤2：放置可以检测交叉口每条道路经过车辆的WiFi探针；

步骤3：通过WiFi探针收集的数据对车辆进行定位；

步骤4：对WiFi探针采集的地址进行筛选，检测车辆进出交叉口时间；

步骤5：对各相位绿灯时长进行优化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：将WiFi探针放置在交叉口每相邻两条道路之间，所选用的WiFi探针测量半径不小于两条道路宽度之和，确保可以同时收集两条道路上经过车辆的mac地址与能准确记录当前时刻经过所有车辆mac地址的数量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：在交叉口每条道路上均放置可检测道路驶入车辆mac地址的探针，放置于此处WiFi探针的测量半径应不小于所有驶入车道宽度和的一半，保证可以记录所有当前时刻驶入车辆mac地址的数量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：一个车辆移动终端可以同时被三个WiFi接入点探测到，通过信号特征来推算出移动终端到每个WiFi接入点的距离，再以每个WiFi接入点为圆心，以WiFi接入点到移动终端的距离为半径画圆，交点即为此移动终端的位置，具体计算方式如下：

设三个WiFi接入点A，B，C的坐标为(x_a，y_a)，(x_b，y_b)，(x_c，y_c)，设移动终端O距离三个WiFi接入点的距离分别为da，db，dc；则可由以下公式解出O点坐标，也就是车辆移动终端的具体地址：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：筛选mac地址，去除掉总探测范围内行人所携带的移动终端的mac地址，以及交叉口附近的建筑物内的移动终端的mac地址，具体方法为：去除掉所有在同一时间点只被一个探针检测到的mac地址，只保留在同一时间内被两个及两个以上探针检测到的mac地址；

记录车辆同时被两个探针检测到的时间，将其作为进入交叉口时间；在这之后车辆被另一个探针检测到，则可获得其驶出方向，并记录进入此探针检测区域的时间点，作为其驶出交叉口的时间；通过记录筛选后的mac地址，统计每个方向驶入和驶出的车流量。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括：设置各行驶方向的最长绿灯时间和最短绿灯时间，在最短时间的基础上，如果在某个时间范围内，被两个探针同时探测到的mac地址少于设定数量，则认定为绿灯空放，此时通过缩短相应的绿灯时间来提高通行效率；

最短绿灯时间的确定：

此处确定的最短绿灯时间为在非饱和的状态下，每个进口道在一个周期等待时间里累积的车辆全部驶出交叉口所需要的时间：

Q_m＝q_t×R_ei

式中，T_s是最短绿灯时间(秒)；Q_m是此进口道的最大排队长度；S是进口道的道路设计通行能力(辆/秒)；q_t是进口道的车辆到达率(辆/秒)；R_ei是此相位的有效红灯时间(秒)；最长绿灯时间的确定：

最长绿灯时间是感应控制中各相位绿灯时间延长的极限值，用来保证各相位的绿灯时间平衡，必须满足绿信比要求，某个相位中绿灯时间到达最长绿灯时间时，不管是否检测到来车，必须按照相序更换相位；

配时调整中，在最短绿灯时间和最长绿灯时间的范围内，当在某固定时间内，检测到通过的mac地址所在移动终端少于设定数量，即视为绿灯空放，即转换为其他流向的绿灯，使其他流向的红灯时间缩短。

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