基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統與控制方法
2023-05-24 04:43:01
基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統與控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統及控制方法，屬於道路交通【技術領域】。該系統包括信號控制中心伺服器，能夠通過物聯網實時從設置於各個路口的道路監控系統及資料庫伺服器獲得相關道路的車輛信息與流量信息，從而能夠利用上述信息，通過本發明的方法確定當前車流通過相鄰兩個路口的速度及所需的時間，進而優化綠波帶方向上各路口綠燈的開始時間和持續時間，使綠波帶的設置更為實時、準確，由此能更好地應對各種突發事件，大幅度提高道路通行效率，且本發明的基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統，其結構簡單，成本低廉，控制方法實施簡便，應用範圍也較為廣泛。
【專利說明】基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統與控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及道路交通【技術領域】，特別涉及交通信號控制【技術領域】，具體是指一種基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統與控制方法。
【背景技術】
[0002]交通問題是全球普遍關注的重要問題，目前已經嚴重影響了人類社會經濟的正常運行，採用最新的科學技術成果，提供各種能夠解決交通問題的「智能運輸系統」正在全球範圍迅速興起，為此，基於智能體(agent)和智能控制技術的信號控制方法已經成為研究熱點之一O
[0003]馬躍峰用仿真數據進行了基於agent的區域信號控制系統的模擬，提出了基於mult1-agent的區域交通信號控制系統(馬躍峰,基於mult1-agent的區域交通信號控制系統的研究，山東師範大學，2006);承向軍等研究人員提出了一種交通信號自學習控制方法，將模糊理論和機器學習應用到交通信號控制過程中，提出了一種基於遺傳算法的單路口交通信號模糊控制方法。通過對到達車輛數目的模糊分類，將不同車輛數目到達情況下的信號控制決策方案以規則集的形式存儲在知識庫中，在交通信號控制過程中使用遺傳算法對規則集進行改進(承向軍、楊肇夏，一種交通信號自學習控制方法及仿真實現，系統仿真學報，2004(07))，並進一步提出了基於Q-學習的交通信號控制方法(承向軍、常歆識、楊肇夏，基於Q-學習的交通信號控制方法，系統工程理論與實踐，2006 (08))，常歆識等研究人員將Q-學習應用在城市交通控制中，用來解決單路口信號控制agent的自學習問題(常歆識、承向軍、劉軍，一種交通信號自學習控制方法，鐵路計算機應用，2006(02))。
[0004]交通流具有連續運動的特點，當一個交叉路口的各個方向交通流的隨機變化很大，特別是現代城市中突發事件比較多，無法預計交通流變化規律時，不可避免地出現了控制效率低下的結果。為了解決這個問題，人們發明了基於圖像檢測、線圈檢測等感應方式的交通信號機，以求準確地檢測出交叉路口各個方向的交通流情況，對信號機進行智能化的控制(李哲，基於圖像檢測的交通信號機技術研究，西北工業大學，2005 )。
[0005]智能聯網型信號機在城市已經較為普及，如澳大利亞的SCATS (SydneyCoordinatedAdaptive Traffic System)區域自適應交通信號控制系統、英國的SCOOT(Split-Cycle-OffsetOptimization Technique)實時自適應交通信號控制系統(郭敏、毛斌，英國交通控制技術的應用，國外公路，1999，17(6):33-36);青島海信推出的HSC-100道路交通信號控制機以及上海寶康電子控制工程有限公司推出的GBS-2100系列智能交通信號控制系統等等，均能夠與中心主機聯網，接受中心的指令，與中心進行數據和信息交換；均可通過車輛檢測器實時優化配時控制。以SCOOT系統為例，它對路網上各交叉口信號配時方案的檢驗和調整，每秒鐘都在進行，所以能對路網上交通狀況的任何一種變化趨勢做出迅速的反應。安裝有聯網可控信號機前端設備的路口，可以通過接收來自於信號控制中心伺服器的指令，實時、安全地調整運行參數和運行相位(辛帥、金森元，交通信號機跳相位安全控制系統，實用新型專利，專利號:201120204889.7)。[0006]隨著物聯網的發展，越來越多的智能終端設備在交通領域獲得了應用，並通過TCP/IP網絡等技術實現了互聯互通。例如目前廣泛應用在城市道路、高速公路上的電子警察、高清卡口、交通參數檢測器、交通事件檢測器、交通誘導屏、雷達測速儀等等，均可通過區域網等網絡連接到各個地區的中心機房，並且可以將大量的實時交通數據進行匯總、分析和挖掘，從而為實時交通信號優化帶來了可能，也為綠波帶中信號機配時參數的自動計算提供了條件。
[0007]交通信號「綠波」控制是一項比較特殊的系統，這項系統一般被稱為「綠波帶」，是一種幹線協調控制方式。城市交叉口信號綠波控制一般是指一條主幹道中若干個連續交叉口交通信號間的協調控制，目的是使行駛在主幹道協調控制的交叉口的車輛，可以不遇紅燈或者少遇紅燈而通過這個協調控制系統中的各交叉口。從被控制的主幹道路各交叉口的燈色來看，綠燈就像波浪一樣向前行而形成綠波，這種交通信號協調控制方式稱為「綠波帶」控制。有了「綠波帶」，那麼其優先保持暢通的車流，就可以「一路綠燈」地通過其道路控制區域，儘量減少路口的停留時間。
[0008]當然，「綠波帶」主要是為了保證某個方向上的交通流的暢通。在這一控制目的的影響下，現有的「綠波帶」控制方法仍然存在缺陷，最主要的問題是，其僅能夠根據預先設置的參數，如控制開始及結束時間和各個道口信號燈相位等，對幹道各道口的信號機進行控制，形成一個預設方向的「綠波帶」，而無法根據實際的交通情況對「綠波帶」進行優化。
[0009]具體而言，由於上述的「綠波帶」控制方法的方向性，其主要適用於高峰車流方向性明顯(潮汐式車流)的道路的控制中。在控制的同時，同一道路反方向的通行能力就會受到一定程度的制約。因此，如果在與預設的「綠波帶」方向的反方向出現預計之外的大量車流時，就可能加劇反方向道路的擁堵情況。再比如，當在「綠波帶」方向上發生突發事件或事故，產生堵點的情況下，整個「綠波帶」會出現堵點上遊車速緩慢，而堵點下遊車流量較小的現象，若仍然按照預設的「綠波帶」幹道方向大車流的方法進行信號機控制，就會在下遊產生很多多餘的綠燈時間，使整體路網，特別是幹道的周邊道路的通行效率下降。因此，如何實現對於「綠波帶」控制方法的實時優化，使其能夠應對不同的交通情況，成為本【技術領域】中亟待解決的問題。
【發明內容】
[0010]本發明的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種根據來自於交通物聯網系統(包括電子警察、高清卡口等)的實時交通數據，對「綠波帶」控制方法進行優化，使其根據實際的車流情況對控制方法進行調整，優化交通信號控制，使綠波帶的設置更為實時、準確，從而大幅度提高道路通行效率，且系統結構簡單，成本低廉，方法實施簡便，應用範圍較為廣泛的基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統與控制方法。
[0011]為了實現上述的目的，本發明的基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統具有如下構成:
[0012]該基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統包括:信號控制中心伺服器、信號控制區域伺服器、信號機前端設備和信號監控Web伺服器。其中:
[0013]信號控制中心伺服器通過所述的物聯網從設置於各個路口的道路監控系統獲得車輛信息，通過TCP/IP網絡從資料庫伺服器獲得車輛信息與流量信息，並根據幹道的車輛信息與流量信息產生幹道交通信號實時相位信息；
[0014]信號控制區域伺服器連接於所述的信號控制中心伺服器，用於根據所述的實時相位信息對該信號控制區域伺服器連接的信號機前端設備進行協調控制；
[0015]信號機前端設備包含信號機下位機和信號燈，信號機下位機連接所述的信號控制區域伺服器，根據信號控制區域伺服器的控制指令對路口的信號燈進行實時控制；
[0016]信號監控Web伺服器連接所述的信號控制中心伺服器和信號控制區域伺服器，並通過信號控制中心伺服器和信號控制區域伺服器來實時監控所有信號機前端設備的運行狀態，並能夠獲得人工幹預指令，對各個信號機前端設備進行參數配置和人工幹預、優化。
[0017]該基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統中，所述的道路監控系統為高清卡口系統，所述的高清卡口系統包括設置於路口的車輛檢測器、攝像機和工控機，所述的車輛檢測器和攝像機連接所述的工控機，該工控機通過所述的物聯網連接所述的信號控制中心伺服器和資料庫伺服器。
[0018]該基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統中，所述的高清卡口系統為電子警察系統，該電子警察系統還包括設置於路口的線圈，所述的線圈也連接所述的工控機。
[0019]本發明還提供一種利用所述的系統實現基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制的方法，該方法包括以下步驟:
[0020](I)所述的信號控制中心伺服器通過從資料庫伺服器獲得的流量信息確定交通信號綠波帶控制的方向，並根據該方向上的信號控制路口的先後順序，將第一組兩個連續路口設定為當前控制路口 組；
[0021 ] ( 2 )所述的信號控制中心伺服器從所述的資料庫伺服器獲得車輛(C1)經過所述的當前控制路口組的時間信息，並根據以下公式確定車輛通過所述的當前控制路口組的車速VC1:
【權利要求】
1.一種基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統，其特徵在於，所述的系統包括: 信號控制中心伺服器，通過所述的物聯網從設置於各個路口的道路監控系統獲得車輛信息，通過TCP/IP網絡從資料庫伺服器獲得車輛信息與流量信息，並根據幹道的車輛信息與流量信息產生幹道交通信號實時相位信息； 信號控制區域伺服器，連接於所述的信號控制中心伺服器，用於根據所述的實時相位信息對該信號控制區域伺服器連接的信號機前端設備進行協調控制； 信號機前端設備，包含信號機下位機和信號燈，信號機下位機連接所述的信號控制區域伺服器，根據信號控制區域伺服器的控制指令對路口的信號燈進行實時控制； 信號監控Web伺服器，連接所述的信號控制中心伺服器和信號控制區域伺服器，並通過信號控制中心伺服器和信號控制區域伺服器來實時監控所有信號機前端設備的運行狀態，並能夠獲得人工幹預指令，對各個信號機前端設備進行參數配置和人工幹預、優化。
2.根據權利要求1所述的基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統，其特徵在於，所述的道路監控系統為高清卡口系統，所述的高清卡口系統包括設置於路口的車輛檢測器、攝像機和工控機，所述的車輛檢測器和攝像機連接所述的工控機，該工控機通過所述的物聯網連接所述的信號控制中心伺服器和資料庫伺服器。
3.根據權利要求2所述的基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制系統，其特徵在於，所述的高清卡口系統為電子警察系統，該電子警察系統還包括設置於路口的線圈，所述的線圈也連接所述的工控機。
4.一種利用權利要求1所述的系統實現基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制的方法，其特徵在於，所述的方法包括以下步驟: (1)所述的信號控制中心伺服器通過從資料庫伺服器獲得的流量信息確定交通信號綠波帶控制的方向，並根據該方向上的信號控制路口的先後順序，將第一組兩個連續路口設定為當前控制路口組； (2)所述的信號控制中心伺服器從所述的資料庫伺服器獲得車輛(C1)經過所述的當前控制路口組的時間信息，並根據以下公式確定車輛通過所述的當前控制路口組的車速VC1:
5.根據權利要求4所述的實現基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制的方法，其特徵在於，步驟(5)所述的信號控制中心伺服器根據所述的沒有車輛通過當前控制路口組的後一個路口的持續時間重新確所述的當前控制路口組的前一個路口的綠燈相位周期Pe的時長Ta,具體為: 所述的信號控制中心伺服器根據以下公式重新設定當前控制路口組的前一個路口的綠燈相位周期Pe的時長T, A:
T' A = Vt1, 其中為該綠燈相位周期Pe中第一輛車通過當前控制路口組中的前一個路口的時間，t2為該綠燈相位周期Pe中沒有車輛通過當前控制路口組的後一個路口持續時間達到預設值的時間。
6.根據權利要求4所述的實現基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制的方法，其特徵在於，步驟(5)所述的信號控制中心伺服器根據所述的沒有車輛通過當前控制路口組的後一個路口的持續時間重新確所述的當前控制路口組的前一個路口的綠燈相位周期Pe的時長Ta,具體為: 所述的信號控制中心伺服器根據以下公式重新設定當前控制路口組的前一個路口的綠燈相位周期Pe的時長T, A:
7.根據權利要求4至6中任一項所述的實現基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制的方法，其特徵在於，所述的步驟(3)的平均速度計算所採用的各車輛的速度|f(b) |/1^的值均滿足以下條件:
V1 ^ F(B) /TCi ^ Vh,其中，V1為最小理論車速，Vh為最大允許車速。
8.根據權利要求4至6中任一項所述的實現基於物聯網的幹道交通信號綠波帶控制的方法，其特徵在 於，所述的沒有車輛通過當前控制路口組的後一個路口的持續時間預設值為5秒。
【文檔編號】H04L29/08GK103810865SQ201210437409
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月6日 優先權日:2012年11月6日
【發明者】辛帥 申請人:上海寶康電子控制工程有限公司