CN112885098A - 一种分布式智能交通控制*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式智能交通控制***，属于交通控制技术领域，在每个路口设置有独立的控制***，包括一个控制箱、本路口停车线前方的红绿灯和停车线后方的一组或两组车辆识别装置，所述控制箱连接本路口停车线前方的红绿灯和停车线后方的一组或两组车辆识别装置，所述控制箱与本路口相邻的所有路口的控制箱相互连接。本发明在本路口设置独立的交通控制***，对本路口各个方向的车流进行统计和预测，本路口与相邻路口的交通控制***相互连接并获取其他路口朝向本路口方向的车辆预测数据，然后进行优化处理，并作出处理动作。

Description

一种分布式智能交通控制***
技术领域
本发明涉及交通控制技术领域，尤其是涉及一种分布式智能交通控制***。
背景技术
传统的交通控制***，就是在路口设置红绿灯，红绿灯开启时间固定设置，在早期社会车辆拥有量很少，路上车流量也极少的情况下，这种控制方式有效的对路***通状况进行管控。
随着社会车辆的增加，城市内路上的车辆明显增多，尤其是城市主干道上车流量明显增大，这时位于主干道路口的传统交通控制***，就会造成城市主干道车辆的积压，通行不畅，从而造成主干道因交通控制***造成的人为拥堵，为了解决主干道快速通行的问题，城市交通管理部门把主干道各个路口的交通控制***集中起来，进行控制，形成单向的绿波带，使大部分车辆经过路口时遇到的都是绿灯，不用停车等红灯，从而大大提高了主干道车辆通道效率。
这种方式随后进行变化将整个城市内绝大部分主要路口和全部主干道路口的交通控制***进行集中控制，形成城市集中的管控中心，对路***通进行管控。这就是现有的智能交通控制***，这种***基本由中央控制***、灯号控制器、摄影机、遥传感器与通讯网络构成。遥传感器与摄影机侦测车流/行人数量，并倚靠无线或光纤有线传输将数据回传中央控制***。中央***将对各红绿灯控制器发出指令切换灯号。譬如说在某一方向上侦测到大量车流，***就发出绿灯指示。中央***停摆时，红绿灯可自动切换至传统的独立工作模式。
该模式下中央控制***承载着智能交通控制***的核心功能：数据处理及分析。而其数据量随着交通控制***数量的增多越来越大，中央控制***的负载越来越高，稳定性也随之下降，而且必要时需要更换中央控制***以提高性能。而且中央式控制***容灾性不好，一旦中央控制***停摆，整个地区的交通控制***都将无法智能化运作。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种分布式智能交通控制***，在本路口设置独立的交通控制***，对本路口各个方向的车流进行统计和预测，本路口与相邻路口的交通控制***相互连接并获取其他路口朝向本路口方向的车辆预测数据，然后进行优化处理，并作出处理动作(控制本路口的红绿灯开启闭合，指挥本路口的车辆有序通行)。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种分布式智能交通控制***，在每个路口设置有独立的控制***，包括一个控制箱、本路口停车线前方的红绿灯和停车线后方的一组或两组车辆识别装置，所述控制箱连接本路口停车线前方的红绿灯和停车线后方的一组或两组车辆识别装置，所述控制箱与本路口相邻的所有路口的控制箱相互连接。
进一步的，所述一组车辆识别装置，是指设置在同一杆架和/或同一位置的车辆识别装置。
进一步的，所述车辆识别装置有两组时，两组车辆识别装置设置在两个相邻路口间的路段内，且两组车辆识别装置间隔有一定距离。
进一步的，所述车辆识别装置，为摄像头、车牌识别装置和ETC识别装置中的一种或多种组合，对停车线后方的各个车道的车辆进行识别、测速、摄像或拍照和单位时间段内进行统计。
进一步的，所述控制箱与红绿灯和车辆识别装置通过有线或无线的方式连接。
进一步的，与本路口相邻的所有路口的控制箱之间通过有线或无线的方式连接。
进一步的，所述控制箱之间通过无线方式连接时，其无线通讯模式为ZigBee和WIFI中至少一种。
进一步的，所述控制箱内设置微控制主机，微控制主机上设置微处理器、内存、硬盘和通讯接口。
事实上，控制箱与其他方向控制***的控制箱相互连接的实质为控制箱内的微控制主机相互连接。
进一步的，所述微处理器为Jetson系列高性能微处理器，为英伟达公司生产的一类高性能人工智能芯片。
进一步的，所述微控制主机运行有基于linux开放操作***与Jetson开放平台而开发的智能交通控制***。
一种分布式智能交通控制***的运行方式，包括如下步骤：
步骤1：获取本路口各个方向的实时车流信息，停车线后方的车辆识别装置将获取的信息传递给控制箱内的微控制主机，微控制主机对信息进行分析识别和汇总，得到取本路口每个方向的实时车流信息；
步骤2：建立历史车流信息数据，经过一段时间的收集和统计，建立本路口本各个方向的历史车流信息数据。
步骤3：预测未来某一时段的本路口各个方向的车流信息，微控制主机结合历史车流信息数据，根据软件内置的模型预测未来某时段的车流信息。
步骤4：作出决策，将实时车流信息与先前预测的车流信息进行对比，叠加路口各个方向拥堵车流信息阈值，和相邻路口控制箱的微处理主机传来的向本路口方向的车流信息与决策数据，根据软件事先设定的事件处理方式，作出相应的实时和预测决策，并将处理结果形成数据，与本路口相应方向的车流数据一起，反馈回本路口相邻的路口的控制箱内的微处理主机。
步骤5：实施对本路***通控制，本路口控制箱内的微处理主机将本路口将作出的实时决策转化成控制信号，控制本路口相应方向上的红绿开启闭合，同时结合相邻路口的控制箱内的微控制主机反馈的实时和预测决策数据与车流数据进行不断地优化处理，从而生成新的实时和预测决策，本路口控制箱内的微处理主机发出的实时决策转化成控制信号，控制本路口相应方向红绿灯的开启闭合，就事实形成对本路口的交通控制。
进一步的，所述步骤4中，本路口控制箱内的微处理主机与相邻路口控制箱内的微处理主机全部失联时，则根据本方向的实时车流信息结合历史车流信息，自主决策运行本路口各个方向的红绿灯。
进一步的，所述步骤4中，本路口控制箱内的微处理主机只要与相邻路口的任一控制箱内的微处理主机相连，即可通过转接方式获取其他相邻路口控制箱内的微处理主机向本路口控制箱内的微处理主机传递的向本路口方向的车流数据和决策信息，并将本路口的各个方向车流数据与决策信息传递给所连接相邻路口控制箱内的微处理主机，然后通过转发给其他相邻路口控制箱内的微处理主机，达到每个路口控制箱内的微处理主机均能实时接收到本路口相邻的所有路口朝向本路口方向的车流信息和决策信息。
本发明的一种分布式智能交通控制***，在本路口设置有独立的控制***，包括一个控制箱，控制箱内设置微处理主机，微处理主机内设置有一个Jetson系列高性能微处理器，为英伟达公司生产的一类高性能人工智能芯片，以实时车流数据结合历史车流数据的方式来训练模型，形成闭环数据集，不断优化本地数据集，具有自我学习能力，实现对本路口各个方向的车辆进行智能控制，使每个路口形成分布式智能交通控制***。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的一种分布式智能交通控制***，本路口的交通控制***的控制箱只负责处理分析本路口各个方向的车流数据，并结合相邻路口控制箱内微处理主机传递的数据，作出本路口的实时和预测决策，降低了微控制主机内硬件性能的要求。
2、本发明的一种分布式智能交通控制***，本路口的交通控制***的控制箱的微控制主机的处理器采用Jetson系列高性能微处理器，具有自我学习能力，从而对本方向实现自主智能控制。
3、本发明的一种分布式智能交通控制***，本路口的交通控制***的控制箱的微控制主机就设置在本路口，物理距离的缩短省去了发送数据至中央处理器再返回数据的时间，提高了***响应速度。
4、本发明的一种分布式智能交通控制***，相邻路口控制箱之间的通讯方式可采取类似于Zigbee的形式逐个传递信息，使得网络中的某个微处理器节点出现故障也不影响整体的使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的独立控制***内部信息流向图。
图3为本发明的本路口与相邻路口的控制箱相互连接示意图。
图中：1-红绿灯，2-车辆识别装置，3-控制箱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。
实施例一：
如图1、图2和图3所示，一种分布式智能交通控制***，本路口为主干道十字路口，具体为东西向道路和南北向道路交叉口，在本路口设置独立的控制***，包括控制箱3，本路口的4个方向上(即东西道路的向东向和向西向，南北道路的向南向和向北向)都设置有在路口停车线前方的红绿灯1和停车线后方的两组车辆识别装置2(图中仅显示靠近停车线的第一组车辆识别装置，第二组车辆识别装置设置在第一组车辆识别装置的来车方向)，所述控制箱设置在本路口其中一个红绿灯所在杆架的立柱旁，所述控制箱3通过有线的方式连接红绿灯1和车辆识别装置2，所述控制箱3与本路口相邻的所有路口的控制箱用ZigBee模式无线连接。
所述车辆识别装置2，为摄像头，对停车线后方的各个车道的车辆进行识别、测速、摄像或拍照。
所述控制箱3内设置微控制主机，微控制主机上设置微处理器、内存、硬盘和通讯接口，所述微控制主机以含有Jetson系列中高性能微处理器的Jetson TX2模块为主，Jetson TX2是一台7.5瓦的单模块超级计算机，可为终端提供真正的AI计算功能。此计算机基于NVIDIA PascalTMGPU架构，搭载8GB内存，且内存带宽为59.7GB/秒。Jetson TX2配备多种标准硬件接口，可轻松与不同种类和外形的产品实现集成，所述微控制主机运行有基于linux开放操作***与Jetson开放平台而开发的智能交通控制***。
如图2所述，一种分布式智能交通控制***的运行方式，包括如下步骤：
步骤1：获取本路口各个方向的实时车流信息，停车线后方的车辆识别装置将获取的信息传递给控制箱内的微控制主机，微控制主机对信息进行分析识别和汇总，得到取本路口每个方向的实时车流信息；
步骤2：建立历史车流信息数据，经过一段时间的收集和统计，建立本路口本各个方向的历史车流信息数据。
步骤3：预测未来某一时段的本路口各个方向的车流信息，微控制主机结合历史车流信息数据，根据软件内置的模型预测未来某时段的车流信息。
步骤4：作出决策，将实时车流信息与先前预测的车流信息进行对比，叠加路口各个方向拥堵车流信息阈值，和相邻路口控制箱的微处理主机传来的向本路口方向的车流信息与决策数据，根据软件事先设定的事件处理方式，作出相应的实时和预测决策，并将处理结果形成数据，与本路口相应方向的车流数据一起，反馈回本路口相邻的路口的控制箱内的微处理主机。
步骤5：实施对本路***通控制，本路口控制箱内的微处理主机将本路口将作出的实时决策转化成控制信号，控制本路口相应方向上的红绿开启闭合，同时结合相邻路口的控制箱内的微控制主机反馈的实时和预测决策数据与车流数据进行不断地优化处理，从而生成新的实时和预测决策，本路口控制箱内的微处理主机发出的实时决策转化成控制信号，控制本路口相应方向红绿灯的开启闭合，就事实形成对本路口的交通控制。
所述步骤4中，本路口控制箱内的微处理主机与相邻路口控制箱内的微处理主机全部失联时，则根据本方向的实时车流信息结合历史车流信息，自主决策运行本路口各个方向的红绿灯。
所述步骤4中，本路口控制箱内的微处理主机只要与相邻路口的任一控制箱内的微处理主机相连，即可通过转接方式获取其他相邻路口控制箱内的微处理主机向本路口控制箱内的微处理主机传递的向本路口方向的车流数据和决策信息，并将本路口的各个方向车流数据与决策信息传递给所连接相邻路口控制箱内的微处理主机，然后通过转发给其他相邻路口控制箱内的微处理主机，达到每个路口控制箱内的微处理主机均能实时接收到本路口相邻的所有路口朝向本路口方向的车流信息和决策信息。
由于本路口为两个主干道路的交叉口，一般白天的两条道路的车流量都很大，一般以交替通行为主，但如果东西两个相邻路口的控制箱的微处理主机传递消息向本路口方向的车流量大(既本路口东西向车流量大)，而南北两个相邻路口的控制箱的微处理主机传递消息向本路口的方向的车流量小(即本路口南北向车流量小)，则本路口控制箱的微处理主机控制本路口东西向的绿灯放行时间长，以避免东西向拥堵。
夜晚车流量较小，则实行交替通行，即东西向无车，而南北向有车时，则南北向绿灯放行，直到检测到东西向有车或东西相邻路口控制箱的微处理主机传递向本路口方向来车信息，且南北向为检测到有车且南北相邻路口的控制箱内的微处理主机传递没有向本路口方向来车信息时，东西向绿灯放行，如果东西向和南北向均持续有车，则东西向和南北向的绿灯时间均很短，保证每个方向的车辆都能快速通行。
实施例二：
一种分布式智能交通控制***，本路口为主干道与支路交叉的十字路口，具体为东西向主干道路和南北向支路交叉口，其中南北向支路在东西向主干道路北侧为居民区，东西向主干道路南侧有一学校，日常以主干道路车流量大，但在工作日期间，早晚上下班和上下学期间支路车流量大。
在本路口设置独立的控制***，包括控制箱，本路口的4个方向上(即东西道路的向东向和向西向，南北道路的向南向和向北向)都设置在路口停车线前方的红绿灯1和停车线后方的一组车辆识别装置2，所述控制箱设置在本路口的其中一个红绿灯所在杆架的立柱上，所述控制箱3通过有线的方式连接红绿灯1和车辆识别装置2，所述控制箱3与本路口相邻路口的控制***的控制箱3用光纤有线模式连接。
所述车辆识别装置2，为摄像头，对停车线后方的各个车道的车辆进行识别、测速、摄像或拍照。
所述控制箱内3设置微控制主机，微控制主机上设置微处理器、内存、硬盘和通讯接口，所述微控制主机以含有Jetson系列中高性能微处理器的Jetson Nano模块为主，Jetson Nano采用四核64位ARM CPU和128核集成NVIDIA GPU，可提供472GFLOPS的计算性能。它还包括4GB LPDDR4存储器，采用高效，低功耗封装，具有5W/10W功率模式和5V DC输入。Jetson Nano开发套件的占地面积仅为80x100mm，具有四个高速USB 3.0端口，MIPICSI-2摄像头连接器，HDMI 2.0和DisplayPort 1.3，千兆以太网，M.2Key-E模块，MicroSD卡插槽，和40引脚GPIO接头，可轻松与不同种类和外形的产品实现集成，所述微控制主机运行有基于linux开放操作***与Jetson开放平台而开发的智能交通控制***。
一种分布式智能交通控制***的运行方式和实施例一相同。
实际运行过程中，自安装后经过一段时间的运行，建立历史数据和学习，该路口的交通控制情况如下：
夜间0:00-4:00、白天9:30-11:00和14-16：00的时间段内，支路上几乎无车(即为检测到车辆和支路相邻路口的控制箱内的微处理主机传递的数据中无向本路口方向的车辆通行)，因此主干道路以绿灯为主，当支路上的车辆识别装置检测到有车辆时或支路相邻路口的控制箱内的微处理主机向本路口的控制箱内微处理主机传递数据有向本路口方向的车辆通行时，如果主干道路车辆不多，则支路来车方向显示绿灯，但实际绿灯放行时间很短，一般在10秒之内，让支路车辆及时通过，同时不会使主干道路车辆积压、当主干道路车流量大时(主干道路相邻路口的控制箱的微处理主机传递数据朝向本路口的车辆多)，会让支路车辆进行稍长时间的等待，待主干道路车流量变小后再绿灯放行，或一般等待时间不超过10分钟，本路口的控制箱主动关闭主干道绿灯，打开支路方向的绿灯，避免支路方向的车辆等待时间过长。
白天7:30-9:00和16:30-18:00，这时候主要是学生上下学时间段，支路瞬间车流大，同时，由于支路容纳车辆有限，很容易造成拥堵，因此，此时支路通行为主，同时兼顾主干道路，实行交替通行，当支路车辆大时，以支路绿灯放行为主，当支路车辆减少后，以主干道路绿灯放行为主。
上述时间段外，以主干道路放行为主，同时兼顾支线道路，此时，当支线道路的车辆积压到一定数量时，才会绿灯放行，从而保证了主干道路的快速通行。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种分布式智能交通控制***，其特征在于：在每个路口设置有独立的控制***，包括一个控制箱(3)、本路口停车线前方的红绿灯(1)和停车线后方的一组或两组车辆识别装置(2)，所述控制箱(3)连接本路口停车线前方的红绿灯(1)和停车线后方的一组或两组车辆识别装置(2)，所述控制箱(3)与本路口相邻的所有路口的控制箱(3)相互连接。
2.根据权利要求1所述的一种分布式智能交通控制***，其特征在于：所述车辆识别装置(2)，为摄像头、车牌识别装置和ETC识别装置中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的一种分布式智能交通控制***，其特征在于：所述控制箱(3)与红绿灯(1)和车辆识别装置(2)通过有线或无线的方式连接。
4.根据权利要求1所述的一种分布式智能交通控制***，其特征在于：与本路口相邻的所有路口的控制箱(3)之间通过有线或无线的方式连接。
5.根据权利要求4所述的一种分布式智能交通控制***，其特征在于：所述控制箱(3)之间通过无线方式连接时，其无线通讯模式为ZigBee和WIFI中至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种分布式智能交通控制***，其特征在于：所述控制箱(3)内设置微控制主机，微控制主机上设置微处理器、内存、硬盘和通讯接口。
7.根据权利要求6所述的一种分布式智能交通控制***，其特征在于：所述微处理器为Jetson系列高性能微处理器，为英伟达公司生产的一类高性能人工智能芯片。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种分布式智能交通控制***的运行方式，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：获取本路口各个方向的实时车流信息，停车线后方的车辆识别装置将获取的信息传递给控制箱内的微控制主机，微控制主机对信息进行分析识别和汇总，得到取本路口每个方向的实时车流信息；
步骤2：建立历史车流信息数据，经过一段时间的收集和统计，建立本路口本各个方向的历史车流信息数据。
步骤3：预测未来某一时段的本路口各个方向的车流信息，微控制主机结合历史车流信息数据，根据软件内置的模型预测未来某时段的车流信息。
步骤4：作出决策，将实时车流信息与先前预测的车流信息进行对比，叠加路口各个方向拥堵车流信息阈值，和相邻路口控制箱的微处理主机传来的向本路口方向的车流信息与决策数据，根据软件事先设定的事件处理方式，作出相应的实时和预测决策，并将处理结果形成数据，与本路口相应方向的车流数据一起，反馈回本路口相邻的路口的控制箱内的微处理主机。
步骤5：实施对本路***通控制，本路口控制箱内的微处理主机将本路口将作出的实时决策转化成控制信号，控制本路口相应方向上的红绿开启闭合，同时结合相邻路口的控制箱内的微控制主机反馈的实时和预测决策数据与车流数据进行不断地优化处理，从而生成新的实时和预测决策，本路口控制箱内的微处理主机发出的实时决策转化成控制信号，控制本路口相应方向红绿灯的开启闭合，就事实形成对本路口的交通控制。
9.根据权利要求8所述的一种分布式智能交通控制***的运行方式，其特征在于：所述步骤4中，本路口控制箱内的微处理主机与相邻路口控制箱内的微处理主机全部失联时，则根据本方向的实时车流信息结合历史车流信息，自主决策运行本路口各个方向的红绿灯。
10.根据权利要求8所述的一种分布式智能交通控制***的运行方式，其特征在于：所述步骤4中，本路口控制箱内的微处理主机只要与相邻路口的任一控制箱内的微处理主机相连，即可通过转接方式获取其他相邻路口控制箱内的微处理主机向本路口控制箱内的微处理主机传递的向本路口方向的车流数据和决策信息，并将本路口的各个方向车流数据与决策信息传递给所连接相邻路口控制箱内的微处理主机，然后通过转发给其他相邻路口控制箱内的微处理主机，达到每个路口控制箱内的微处理主机均能实时接收到本路口相邻的所有路口朝向本路口方向的车流信息和决策信息。
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