CN112581778B - 基于公共汽车优先机制的交通信号智能指引*** - Google Patents
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Abstract
基于公共汽车优先机制的交通信号智能指引***,应用在交通信号灯的智能控制领域、智慧城市规划管理领域、公交车刷卡机***领域、智能公共交通无人驾驶领域。为解决现有智能交通领域缺乏基于公交车数量及乘客人数的信号灯智能轮换机制,现有智慧城市管理领域缺乏将信号灯***与公交车刷卡机***实现一体化管理的信息***,现有的公交车刷卡机***缺乏计算乘客人数、接收信号灯状态的功能,为解决上述问题,本发明设计了一种基于公共汽车优先机制的交通信号智能指引***,实现信号灯***基于公交车及乘客信息智能控制,公交车***与信号灯***统一管理,公交刷卡机***智能分析乘客信息。
Description
技术领域
基于公共汽车优先机制的交通信号智能指引***,应用在交通信号灯的智能控制领域、智慧城市规划管理领域、公交车刷卡机***领域、智能公共交通无人驾驶领域。
背景技术
现有智能交通领域缺乏基于公交车数量及乘客人数的信号灯智能轮换机制,现有智慧城市管理领域缺乏将信号灯***与公交车刷卡机***实现一体化管理的信息***,现有的公交车刷卡机***缺乏计算乘客人数、接收信号灯状态的功能,为解决上述问题,本发明设计了一种基于公共汽车优先机制的交通信号智能指引***,实现信号灯***基于公交车及乘客信息智能控制,公交车***与信号灯***统一管理,公交刷卡机***智能分析乘客信息。
发明内容
基于公共汽车优先机制的交通信号智能指引***,主要由信号灯***、公交车刷卡机***、远程中心应用***、远程中心数据***、信号灯***与公交车刷卡机***的联动机制(软件)组成,其中信号灯***主要由智能信号机、信号灯、远程信号灯数据***、通信模块、摄像模块、远程信号灯应用***组成,公交车刷卡机***主要由车载刷卡端(由刷卡采集模块、GPS定位模块、5G通信模块、天线组成)、车载导航端、摄像模块、远程公交数据***、远程公交应用***组成。
一、公交车刷卡机***
公交车刷卡机***采集乘客上车记录及下车记录,上车刷卡数减去下车刷卡数即乘客人数。
公交车刷卡机***与信号灯***实时通信,信号灯***实时向公交车刷卡机***发送信号灯状态,公交车刷卡机***的车载导航端显示信号灯状态及乘客人数、前方站牌名、前方站牌距离、GIS地图,车载导航端的GIS地图显示行驶规划路线、站牌(坐标位置、站名)信息、行驶位置(自身坐标位置);车载导航端主要由主板、处理器、控制器、存储器、输入输出设备(按键、显示屏、USB接口、语音接口、视频接口等)及I/O通道、通信芯片、天线、电源组成,其安装软件***,通过无线5G接口协议、5G基站与远程公交应用***通信,既传输语音、视频,也传输公交车的位置、乘客人数数据,视频和语音数据实时传向到远程公交应用***及远程公交数据***,并最终存储在远程公交数据***的文件***中;公交车的位置、乘客人数数据最终存储在远程公交数据***的实时数据库中。乘客人数的实时计算由车载导航端的软件***完成,所有***一次刷卡(上车)记录的和减去二次刷卡(下车)记录的和,即总乘客人数。车载导航端是单个公交车刷卡机***的大脑,负责单个公交车刷卡机***的软硬件监测管理。
公交车刷卡机***向信号灯***发送车辆位置及乘客人数,公交车的上车门与下车门分别装有车载刷卡端,每个车载刷卡端装有GPS及5G通信模块,基于多个刷卡端的定位数据拟合公交车的车身长度及位置数据(例如,前门、后门分别装有车载刷卡端,后门刷卡端与车身尾部的距离取近似值,前门车载刷卡端与车身头部位置的距离取近似值,两台车载刷卡端为两点确定一条直线,两点并向前后近似值延伸,最终直线即为公交车的拟合行车位置)。车载刷卡端主要由摄像头及图像处理芯片、射频收发芯片、NFC芯片、单片机及控制电路、缓存、存储器、加密芯片、天线、电源组成,通过二维码、IC射频、NFC方式识别刷卡信息,刷卡信息存储在车载刷卡端的存储器中并实时传输到车载导航端以及远程公交应用***,远程公交应用***再将数据存储在远程公交数据***,远程公交应用***负责远程公交数据***的存取。车载刷卡端实时记录将同一***的两次刷卡(默认为上车和下车)信息,包括***、上车站名、下车站名、上车时间、下车时间,远程公交应用***将两次刷卡信息实时存取在远程公交数据***的实时数据库中,远程公交数据***主要由服务器、实时数据库、关系数据库、文件***、存取硬件(硬盘、磁盘阵列)组成。远程公交应用***主要由服务器、操作***、应用软件、数据库管理***组成,数据库管理***负责远程公交数据***的实时数据库、关系数据库、文件***的管理,包括读取和存入刷卡信息。
摄像模块采集图像数据并传输给车载导航端,车载导航端的处理器处理图像数据并将数据实时传输到远程公交应用***,最终存储到远程公交数据***。
二、信号灯***
智能信号机、信号灯、远程信号灯数据***、摄像模块、远程信号灯应用***智能信号机主要由5G无线通讯模块、卫星定位模块、图形处理器、微处理器、微控制器、存储器、电路主板、机身、天线、电源、接口组成。
智能信号机接收一定距离范围内的公交车载端数据,其功能包括:接收公交车刷卡机***的行车位置及乘客人数信息;向信号灯无线发送指令,控制信号灯的状态;处理道路车辆及行人图像、定位数据;与远程信号灯应用***通信(远程信号灯应用***负责远程信号灯数据***的数据存取),其中:
卫星定位模块接收卫星导航服务***发送来的一定距离范围内的道路导航端(车辆或行人)数据。
图形处理器读取或接收来自摄像模块的车辆及行人图像数据,并与微处理器协调工作。
微处理器负责计算公交车的行车数据(位置及乘客人数)以及道路车辆和行人的图像数据、GPS数据、5G数据,并运行***软件及控制信号灯轮换机制的算法软件,与MCU协调工作。
微处理器与微控制器协调工作,负责管控5G无线通信、GPS通信、接口通信、与信号灯的通信、与摄像模块的通信。
电源负责供电,由外接电源接口、变压器(变压、交直流转换、稳压恒流)、蓄电池组成。
机身由密闭的金属及绝缘材料组成,绝缘材料用于发射及接受信号的天线部位,天线有内置式和外置式两种,靠近内置式天线的外壳部位是绝缘材料,外置式天线由导线从机身引出,导线外层用绝缘材料包裹。
摄像模块主要部件包括镜头、图像传感器、数字信号处理器(DSP),镜头将车辆影像投射到图像传感器并转换为模拟信号,经过A/D转换(模拟信号转换为数字信号),再通过数字信号处理器(DSP)处理,最后通过MPU、GPU处理计算获得车辆的位置、速度、密度、距离数据。
接口包括与信号灯通信的有线接口(智能信号机与信号灯的通信方式包括无线和有线两种)、与摄像模块通信的有线接口、与远程信号灯应用***通信的有线接口。
上述有线接口通信、无线通信都按照一定的通信协议,包信号灯***内部的通信、公交刷卡机***内部的通信、信号灯***与公交刷卡机***的通信。
三、信号灯***与公交车刷卡机***的联动机制
信号灯***基于行驶至路口区域一定距离范围内的公交车数量、行车位置及乘客人数、道路车流量数据(公交车以外的车辆数量、密度、速度)控制信号灯的轮换,具体联动机制包括:
1、取行驶至路口一定距离的多个路段,公交车在该路段的停留时间的和、乘客停留时间的和、公交车在上一路口(行驶至上一个路口的一定距离)路段的停留时间的和以及乘客停留时间的和全部参与该路口信号灯的轮换机制,即公交车在上一路口路段的停留时间和、公交车在本路口路段的停留时间和、乘客人数在上一路口的停留时间和、乘客人数在本路口的停留时间和按照分别的权重系数相加,值越大越享有优先绿灯、绿灯时间延长。
如图1所示,设在本路口路段A的公交车数量有a辆,在本路口路段B(与A交叉,且B信号灯与A信号灯轮换)的公交车数量有b辆,a辆车在路段A的停留时间和为ta0,b辆车在路段B的停留时间和为tb0,a辆公交车在路段A的总乘客人数为Pa,b辆公交车在路段B的总乘客人数为Pb。假设这a辆车全部从路段C驶来,这b辆车全部从路段D驶来,这a辆车在路段C的停留时间为Tac,这b辆车在路段D的停留时间为Tbd,停留时间是指红灯等待时间或拥堵停留时间。绿灯优先模型为:
Φ1(ρta0+κPa+μTac)是路段A相位公交车的综合排队优先量,ρ、κ、μ是占比系数,Φ2(ρt′A0+μT′Ac)是路段A相位常规车辆(非公交车)的综合排队优先量,Φ1是公交车的综合占比系数,Φ2是常规车辆的综合占比系数,Φ2若取0则绿灯优先完全取决于公交车的综合排队优先量;
Φ1(ρtb0+κPb+μTbc)是路段B公交车的综合排队优先量,
Φ2(ρt′B0+μT′Bc)是路段B相位常规车辆(非公交车)的综合排队优先量,Φ1是公交车的综合占比系数,Φ2是常规车辆的综合占比系数;β是道路优先系数,例如道路A是主干车道,道路B为非主干,则通过设置β的值调节道路A与B的重要程度比;
x是路段A与路段B的绿灯优先比,若x大于0,则A优先绿灯,小于0,则B优先绿灯,在此假设路段A和路段B全部为直行相位。
绿灯持续时间模型:
T=jx
T是优先绿灯路段相位的绿灯持续时间,j是持续时间系数,x是绿灯优先比。
2、取行驶至(靠近)路口一定距离的多个路段(或相位),不同路段(或相位)的公交车数量、乘客人数参与该路口信号灯的轮换机制,包括优先绿灯、绿灯时间、相位组合方式。
如图1所示,路段A的公交车数量、乘客人数与路段B的公交车数量、乘客人数的比值即为路段A与路段B的绿灯优先比,绿灯优先模型:
符号x′是路段A与路段B的绿灯优先比,Qa、Qb分别是路段A、路段B的公交车数量,Q′A、Q′B分别是路段A、路段B的常规车(非公交车)数量。同样符号与上述1中解释相同,κPa和κPb分别是路段A和路段B的公交车乘客人数。Φ2若取0,则绿灯优先完全取决于公交车的综合排队优先量。
绿灯持续时间模型:
T=jx′
四、远程中心应用***与远程中心数据***
远程中心应用***与远程公交应用***、远程信号灯应用***关联通信,接收或采集远程公交数据***、远程信号灯数据***数据,并将数据存储到远程中心数据***中,实时监测信号灯***与公交刷卡机***的运维状况,并基于数据分析计算道路通行效率。
附图说明
图1是路口与路段组成的交通网络图;
①路口1
②路口2
③路口3
④路口4
⑤路段A
⑥路段C
⑦路段B
⑧路段D
图2是基于公共汽车优先机制的交通信号智能指引***架构图;
①远程中心应用***
②远程中心数据***
③远程信号灯应用***
④远程信号灯数据***
⑤信号灯
⑥智能信号机
⑦摄像模块
⑧远程公交数据***
⑨远程公交应用***
⑩车载导航端
具体实施方式
1、如图2所示,摄像模块采集公交车乘客数据、公交车周围车辆及行人数据,车载刷卡端采集乘客刷卡数据,数据将传输到车载导航端⑩,车载导航端⑩将数据传输到远程公交应用***⑨,数据存储到远程公交数据***⑧,车载导航端⑩计算乘客人数数据并将结果发送给智能信号机⑥,智能信号机⑥基于公交车乘客数据及摄像模块⑦的数据分析计算,并控制信号灯⑤的轮换状态,智能信号机⑥将信号灯状态实时发送到公交刷卡机***的车载导航端,智能信号机⑥同时将信号灯状态数据及公交车数量、乘客人数数据发送到远程信号灯应用***③,数据最终存储到远程信号灯数据***④,远程信号灯应用***③基于远程信号灯数据***④中的实时数据分析计算,并将结果数据存储到基于远程信号灯数据***④。
远程公交应用***⑧将重点数据实时发送到远程中心应用***①,远程中心应用***①将数据实时存储到远程中心数据***②,远程中心应用***①基于远程中心数据***②中的数据分析计算,并将结果数据存储到远程中心数据***②。
远程信号灯应用***⑧将重点数据实时发送到远程中心应用***①,远程中心应用***①将数据实时存储到远程中心数据***②,远程中心应用***①基于远程中心数据***②中的数据分析计算,并将结果数据存储到远程中心数据***②;
2、软硬件融合,信号灯***与公交刷卡机***一体化
方案一:
信号灯轮换算法软件在远程信号灯应用***运行,公交车乘客人数计算软件在远程公交应用***运行。
公交车刷卡机***通过远程公交应用***向信号灯***的远程信号灯应用***发送行车位置及乘客人数,远程信号灯应用***再基于行车位置及乘客人数、信号灯轮换算法控制信号灯状态。
方案二:
信号灯轮换算法软件在路口的智能信号机中运行,公交车乘客人数计算软件在公交车刷卡机***的车载导航端运行。
公交车刷卡机***通过车载导航端及车载刷卡端向前方路口信号灯***的智能信号机(智能信号机配置数据存储***)发送行车位置及乘客人数,同时将数据实时发送到远程公交应用***,远程公交应用***与远程公交数据***相互通信,远程公家应用***负责远程公交数据***的数据存取。
。智能信号机基于当前路口区域所有公交车发送来的数据控制信号灯的轮换。同时,智能信号机实时将行车位置及乘客人数、信号灯实时状态数据发送到远程信号灯应用***,远程信号灯应用***与远程信号灯数据***相互通信,远程信号灯应用***负责远程信号灯数据***的数据存取。
Claims (2)
1.基于公共汽车优先机制的交通信号智能指引***,由信号灯***、公交车刷卡机***、远程中心应用***、远程中心数据***、信号灯***与公交车刷卡机***的联动机制组成,其中信号灯***由智能信号机、信号灯、远程信号灯数据***、通信模块、摄像模块、远程信号灯应用***组成,公交车刷卡机***由车载刷卡端、车载导航端、摄像模块、远程公交数据***、远程公交应用***组成,其特征在于:车载刷卡端采集乘客刷卡数据,数据将传输到车载导航端,车载导航端将数据传输到远程公交应用***,数据存储到远程公交数据***,车载导航端计算乘客人数数据并将结果发送给智能信号机,智能信号机基于公交车乘客数据分析计算并控制信号灯的轮换状态,智能信号机同时将信号灯状态数据及公交车数量、乘客人数数据发送到远程信号灯应用***,数据最终存储到远程信号灯数据***,远程信号灯应用***基于远程信号灯数据***中的实时数据分析计算,并将结果数据存储到远程信号灯数据***,远程公交应用***将重点数据实时发送到远程中心应用***,远程信号灯应用***将重点数据实时发送到远程中心应用***;信号灯***与公交车刷卡机***的联动机制包括:
绿灯优先模型1:
绿灯持续时间模型1:
T=jx;
绿灯优先模型2:
绿灯持续时间模型2:
T=jx′;
其中,设在本路口路段A的公交车数量有a辆,在本路口路段B的公交车数量有b辆,路段B与A交叉,且B信号灯与A信号灯轮换,a辆车在路段A的停留时间和为ta0,b辆车在路段B的停留时间和为tb0,a辆公交车在路段A的总乘客人数为Pa,b辆公交车在路段B的总乘客人数为Pb,假设这a辆车全部从路段C驶来,这b辆车全部从路段D驶来,这a辆车在路段C的停留时间为Tac,这b辆车在路段D的停留时间为Tbc,停留时间是指红灯等待时间或拥堵停留时间,Φ1(ρta0+κPa+μTac)是路段A相位公交车的综合排队优先量,ρ、κ、μ是占比系数,Φ2(ρt′A0+μT′Ac)是路段A相位常规车辆的综合排队优先量,Φ1是公交车的综合占比系数,Φ2是常规车辆的综合占比系数,
Φ1(ρtb0+κPb+μTbc)是路段B公交车的综合排队优先量,
Φ2(ρt′B0+μT′Bc)是路段B相位常规车辆的综合排队优先量,β是道路优先系数,x是模型1中路段A与路段B的绿灯优先比,T是优先绿灯路段相位的绿灯持续时间,j是持续时间系数,x′是模型2中路段A与路段B的绿灯优先比,Qa、Qb分别是路段A、路段B的公交车数量,Q′A、Q′B分别是路段A、路段B的常规车数量,κPa和κPb分别是路段A和路段B的公交车乘客人数。
2.根据权利要求1所述的基于公共汽车优先机制的交通信号智能指引***,其特征在于:公交车刷卡机***与信号灯***实时通信,信号灯***实时向公交车刷卡机***发送信号灯状态,公交车刷卡机***计算乘客人数。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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