智能路口機的製作方法

2023-06-13 05:19:06 3

專利名稱：智能路口機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及城市交通管理設備，尤其是涉及一種可用於智能化城市交通管理網絡系統的路口交通信號裝置。
隨著現代社會的發展，人們對城市交通、公共安全和環境保護越來越重視，提出了城市綠色交通通道的概念。所謂城市綠色交通通道，又稱綠波帶，是指通過提高城市交通全局的綜合管理能力，大幅度提高城市交通效率，避免出現城市交通瓶頸，實現交通安全無事故，降低城市車輛尾氣排放量和噪音，從而減少環境汙染和對地球資源的消耗。目前的城市交通管理系統一般包括控制管理系統和設置在交通路口的執行裝置，如路口機、交通信號機等，採用的是集中或集散控制的方法，當交通區域增大時，還需配置區域控制機。其工作過程是控制管理系統通過對各路段各時段交通流量信息的判斷、信號周期、綠信比和相關路口信號相位差的推算，調整各路口信號配時的解決方案，進而通過路口機執行對路口交通信號燈的控制。但是，由於現有的城市交通管理系統是採用集中控制或集散控制的方法，其中的路口機設備不具有獨立的控制能力，整個城市交通的控制管理方案的調整過程層次多、效率低、偏差大、路口局部交通與城市全局交通的協調能力不足，並且逐個路口按串行方式依次進行調整，並不能實現並行處理，因此，管理效率和管理能力較低，不利於較大區域範圍內的交通管理，不能適應複雜的交通路況，經常需要交警親臨多個路段人工幹預城市交通信號管理系統的運行，無法滿足實現城市綠色交通通道的要求。
本實用新型的目的在於克服現有技術的不足之處，而提供一種適用於管理效率更高、管理能力更強的智能化城市交通管理網絡系統的智能路口機。
本實用新型的目的是這樣實現的，一種智能路口機，適用於智能化城市交通管理網絡系統，所述智能化城市交通管理網絡系統包括交通指揮中心控制管理系統中心區域網(簡稱指揮中心區域網)、寬帶城域網交通控制管理系統專網(簡稱寬帶城域專網)、以及由智能路口機和信息採集設備等組成的交通路口控制管理系統現場區域網(簡稱路口區域網)，所述指揮中心區域網、寬帶城域專網、以及路口區域網採用網絡互聯技術通過城域電信主幹或專用光纜連接成一個完整的城市交通管理網絡；其特徵在於，所述智能路口機是一個具有運行智能化路口信號燈監控程序能力的獨立的控制裝置，包括具有獨立工作和聯機(或聯網)工作能力的智能路口信號控制器、可攜式編碼器、路口信號燈驅動器和智能網絡接口模塊。
實施本實用新型的智能路口機，由於其具有獨立控制能力和聯網功能，因此，除了可以獨立實現交通路口信號燈的監控功能，同時還可以適用於智能化城市交通管理網絡系統，通過採用全分布式處理(每個路口自成對等獨立的控制系統)的兩層扁平式控制方法(中心級的智能網絡層面和現場級的智能路口機層面)和執行多重代理協議(多智能路口機和多信號協議類型)的管理模式，可以全範圍動態地調整城市交通管理方案，並可以獨立解決各個控制點(路口)的交通管理問題，有利於實現交通管理效率的最大化，大幅提高了城市交通管理能力，同時大幅度降低了城市交通管理系統的複雜度和投資成本，具有很強的社會效益和經濟效益。
以下結合附圖和實施例，對本實用新型進行進一步詳細的說明

圖1是本實用新型的智能路口機所適用的智能化城市交通管理網絡系統的一個實施例的系統結構示意圖；圖2是本實用新型智能路口機的一個實施例的系統結構示意圖；圖3是圖2所示的智能路口機的電路原理框圖；圖4是圖1所示的智能化城市交通管理網絡系統的工作流程圖；圖5是圖1所示的智能化城市交通管理網絡系統的信息流程圖；圖6是圖2所示的智能路口機的工作流程圖；圖7是圖2所示的智能路口機的信息流程圖。
如圖1所示，在本實用新型的一個實施例中，智能路口機所適用的智能化城市交通管理網絡系統包括指揮中心區域網，寬帶城域專網和路口區域網，採用乙太網絡互聯技術通過城域電信主幹或專用光纜連接成一個完整的城市交通管理網絡。其中，智能路口機本身是一個獨立的控制系統並具有運行智能化路口信號燈監控程序的能力，整個城市交通管理網絡採用全分布式處理的兩層控制方法和執行多重代理協議的管理模式。
指揮中心區域網的關鍵是交通指揮中心網絡伺服器，在該伺服器上日常運行著城市路網信息庫、交通流量統計庫、城市交通管制系統、城市路口車流量實時採集系統、城市道路事故實時檢測系統等城市交通控制管理公共系統，在這些公共系統信息的基礎上，伺服器上還運行特殊的城市交通信號周期和協議同步系統來執行城市各路口交通信號的協調任務。
寬帶城域專網的關鍵是主幹路由交換機、接入交換機或集線器，這些數字通信設備通過電信電纜或光纖專纜形成一個寬帶城域數字通信網絡。該網絡支持乙太網技術的網絡高速互聯。
路口區域網的關鍵是智能路口機和路口車流量採集器，其中智能路口機通過區域網與路口車流量採集器交換信息，並通過寬帶城域專網與交通指揮中心網絡伺服器共享信息。在智能路口機上運行智能路口信號控制系統，該系統一方面按設定協議規程和智能化動態調整的協議運行參數執行路口的信號控制任務，另一方面接受來自交通指揮中心網絡伺服器的指令，選擇多重代理協議，執行城市交通管制或者城市交通信號周期和協議同步的任務。
如圖2和圖3所示，智能路口機由智能路口信號控制器、可攜式編碼器、路口信號燈驅動器和智能網絡接口模塊組成，每個模塊都具有獨立工作和聯機或聯網工作的能力，且都包含RS485抗共式幹擾的總線通訊功能。下面對各組成部分分別進行詳細的說明智能路口信號控制器其內部電路構成主要包括以下模塊(1)嵌入式微處理器核心模塊主要由微處理器(CPU)，存儲器、總線控制器、時鐘電路、輸入/輸出(I/O)接口電路等組成，其主要功能是執行固有的可以從網絡下載的智能路口機本控程序，與智能網絡配合實現多種交通信號控制和管理模式；(2)總線選通控制器模塊主要由標準門控電路和電子開關電路等組成，其主要功能是在智能路口機的手控和自控工作模式之間自動切換；(3)路向選通控制器模塊主要由標準解碼電路、門控電路和鎖存器電路等組成，其主要功能是確定路口選擇，以對該路口有關監控對象(即交通信號燈和交通指示牌之類的信號裝置)進行狀態信息的輸入/輸出操作；(4)對象選通控制器模塊主要由標準解碼電路、門控電路和鎖存器電路等組成，其主要功能是確定選中路口的監控對象，以對信號燈或裝置進行狀態信息的輸入/輸出操作。(5)狀態選通控制器模塊主要由標準解碼電路、門控電路和鎖存器電路等組成，其主要功能是確定選中路口具體的監控對象有關的狀態鎖存器，以對該路口狀態鎖存器進行狀態信息的輸入/輸出操作，明確此刻該交通信號燈或交通指示牌之類的信號裝置應有的工作狀態。(6)狀態鎖存器模塊主要由標準解碼電路、門控電路和鎖存器電路等組成，其主要功能是鎖存狀態信息和控制對鎖存器狀態信息的輸入/輸出操作；(7)門控驅動電路及方波合成器(RS485通訊接口電路)模塊
主要由標準門控電路、方波合成器、RS485通訊接口電路等組成，其主要功能是根據狀態鎖存器提供的狀態信息自動生成標準的交通信號燈或交通指示牌之類的信號裝置必需的狀態控制信號，並保障通訊信號抗幹擾等要求的可靠傳送。
可攜式編碼器其內部電路構成主要包括以下模塊(1)基礎模塊主要由標準時鐘電路、開關電路、輸入/輸出切換電路、RS485通訊接口電路等組成，其主要功能是實現與智能路口信號控制器的聯機操作。(2)路口顯示模塊主要由標準發光二極體(LED)及其驅動電路等組成，其主要功能是顯示由路口選擇器輸入設置的路口編碼。(3)路燈顯示模塊主要由標準LED及其驅動電路等組成，其主要功能是顯示由路燈選擇器輸入設置的路燈或裝置編碼。(4)狀態顯示模塊主要由標準LED及其驅動電路等組成，其主要功能是顯示由狀態選擇器輸入設置的路燈或裝置的狀態編碼。(5)計時顯示模塊主要由標準LED及其驅動電路等組成，其主要功能是顯示由指示選擇器和數字小鍵盤輸入設置的倒計時指示裝置的狀態編碼。(6)堵車顯示模塊主要由標準LED及其驅動電路等組成，其主要功能是顯示由指示選擇器和數字小鍵盤輸入設置的堵車指示裝置的狀態編碼。(7)路口選擇器模塊主要由標準鍵盤電路、解碼電路、門控電路、鎖存器電路等組成，其主要功能是設置路口編碼信息。(8)路燈選擇器模塊主要由標準鍵盤電路、解碼電路、門控電路、鎖存器電路等組成，其主要功能是設置路燈編碼信息。(9)狀態選擇器模塊主要由標準鍵盤電路、解碼電路、門控電路、鎖存器電路等組成，其主要功能是設置路燈狀態編碼信息。(10)指示選擇器模塊主要由標準鍵盤電路、解碼電路、門控電路、鎖存器電路等組成，其主要功能是選通輸出和設置堵車方向狀態編碼信息。(11)數字小鍵盤模塊主要由標準鍵盤電路、解碼電路、門控電路、鎖存器電路等組成，其主要功能是輸入0～9數字編碼信息。
現有的路口機一般僅能管理四個方向的路況，為了適應複雜路況的需要，在本實施例中，智能路口機配置了8個路口信號燈驅動器，最多可同時監控四面八方共8個交通路口。路口信號燈驅動器其接口電路構成主要包括以下電路(1)RS485通訊接口電路主要由標準RS485總線驅動電路、LED及其驅動電路等組成，其主要功能是與智能路口信號控制器進行狀態信息通訊和通訊狀態的動態顯示。(2)繼電器驅動電路主要由驅動電源接口和固態繼電器電路等組成，其主要功能是為路燈及裝置提供可控的驅動電源。智能網絡接口其內部電路構成主要包括以下模塊(1)通訊協議控制模塊主要由時鐘、CPU、存儲器、總線控制器、I/O控制器等電路組成，其主要功能是執行標準的通訊協議。(2)媒介訪問控制模塊主要由時鐘、CPU、存儲器、總線控制器、I/O
控制器、媒介收發器等電路組成，其主要功能是執行標準的網絡信號傳輸。
本實用新型的智能化城市交通管理網絡系統的功能是通過智能網絡和智能路口機系統兩個層面來實現的，每個城市構成一個所述的智能網絡。
智能網絡層面的功能如下智能化城市交通管理網絡通過各種連接在網絡上的信息採集設備和智能路口機自動更新城市交通網絡管理信息，並以此信息為依據，採用人工智慧的方法實施評估整個城市交通網絡的車輛疏導能力，並利用信號周期同步和信號協議同步的手段動態調節城市交通的管理效率。城市交通指揮中心還可以根據城市交通計劃安排，通過智能化城市交通管理網絡實施城市交通管制任務。
如圖5所示，智能化城市交通管理網絡系統的信息流程如下智能化城市交通管理網絡上的各種信息能在指揮中心區域網內共享和傳播，這些信息的存在對實施有效的城市交通管理起著不可或缺的作用。交通指揮中心網絡伺服器通過城市路網信息、城市交通管制計劃信息、城市路口交通流量統計信息、城市路口實時交通流量信息(來源於各路口交通流量實時採集器)來動態配置路口信號控制協議，並發布城市主幹道協議同步需求信息。智能路口機可同時接收來自交通指揮中心網絡伺服器、相應路口交通流量實時採集器、相應路口交通事故探測器的信息，以便動態調整該路口交通信號的自適應性控制措施。
如圖4所示，智能化城市交通管理網絡系統的工作流程如下
(1)交通指揮中心網絡伺服器啟動，伺服器運行預設的系統初始化程序；(2)系統選擇進入控制或者管制工作模式，如果選擇控制工作模式，則進入步驟(3)，如果選擇管制工作模式，則進入步驟(4)；(3)系統運行於控制工作模式，系統主要進行人工輸入信息和進行系統配置，然後返回步驟(2)；(4)系統運行於管制工作模式，系統進入選擇網控或者本控工作模式的狀態，如果選擇網控工作模式，則進入步驟(5)，如果選擇本控工作模式，則進入步驟(6)；(5)系統運行於網控工作模式，系統主要進行道路交通管制方案信息命令的配置，然後返回步驟(2)；(6)系統運行於本控工作模式，系統開始實施城市交通流量控制的全局優化，同時派發路口交通信號控制代理協議的執行命令，命令通過寬帶城域專網下達到各路口智能路口機。
智能路口機層面的功能如下根據我國國情，智能路口機最多可同時監控四面八方總共8個交通路口方向。
每個路口方向最多可同時監控8個不同對象，最常用的8個對象是紅燈(R)、黃燈(Y)、左轉燈(←)、直行燈(↑)右轉燈(→)、行人燈(∝)、倒計時指示牌以及易塞車方向指示牌(簡稱堵車指示牌)；用於指示機動車輛通行的前五種交通信號燈，均有亮(ON)、閃(FLASH)、滅(OFF)三種工作狀態，且這三種工作狀態邏輯上是「或」的關係，三者必居其一。前五種交通信號燈可各選配一個表明嚴令禁止通行的紅燈(STOP)，在交通管制和事故狀態時啟用，形成第二套交通信號系統；其所選配的禁行燈(STOP)也可有亮、滅兩種工作狀態。當禁行燈處於熄滅狀態時，由交通信號燈指揮機動車輛通行；當禁行燈處於「亮」狀態時，交通信號燈顯示狀態無效，表明嚴禁車輛通行。出於安全性要求路口斑馬線兩端都需設行人燈，即一個路口有顯示狀態相同的兩套行人燈，每套由一個紅燈與一個綠燈所組成；紅燈應有「亮」、「滅」兩種工作狀態，而綠燈則應有「亮」、「閃」、「滅」三種工作狀態可供選擇；每一套行人燈的紅、綠狀態顯示並不是獨立的，紅燈「亮」時禁止行人通行，此時綠燈不應「亮」或「閃」，換言之控制綠燈「滅」的命令及禁行命令(STOP)均應點亮路口斑馬線兩端的紅燈。
綜上所述，對一個路口的前6個監控對象共有「亮」、「閃」、「滅」、「禁行」四種不同的控制命令狀態。
智能路口機對每個路口的每一監控對象實施控制與狀態監測的過程如下嵌入式微處理器核心模塊運行獨立的人工智慧程序實現智能化交通路口信號監控功能，總線選通控制器模塊則由嵌入式微處理器核心模塊操縱提供所有信號監控信息，路向選通控制器模塊根據總線選通控制器模塊的信息可以同時監控一個路口的8個行車方向，對象選通控制器模塊與路向選通控制器模塊配合可同時監控每個路口的8個不同信號對象，狀態選通控制器模塊與路向選通控制器模塊以及對象選通控制器模塊配合可同時監控每個路口的每個信號對象的4個不同工作狀態，總計8×8×4＝256個不同信號狀態，並且這些狀態都同時存儲在狀態鎖存器模塊內，可由門控驅動電路及方波合成器模塊經過信號處理後傳送到信號燈驅動器電路。
智能路口機不僅可對每個路口的每一監控對象實施控制與狀態監測，而且在實施控制時，還有網控與本控兩種工作方式可供選擇。
當處於網控工作方式時，每個智能路口機內部狀態參數都可以通過網絡由交通指揮中心遠程下載設置，以便於根據不同時段路段調整信號周期長度和進行路口間信號協議同步，以易於實現城市綠波帶的最大化和提高交通疏導效率。
當處於本控工作方式時，每個智能路口機是一個具有聯網功能的獨立信號控制系統，執行標準或獨特的信號交換協議，信號周期和協議定時校正值的設定由網絡伺服器通過網絡下傳，如果與路口車流量傳感器等輔助裝置聯網，那麼智能路口機還能夠根據車流量和對堵車率評估，來動態調整各方向綠燈信號在一個協議周期內所佔據的時間長度來提高路口的交通疏導效率。
此外，智能路口機還具有手控和自控兩種操作模式手控模式在系統初裝或檢修、交警現場指揮(如處理事故或執行封路任務)時，智能路口機可設定為手控操作模式，此時不執行任何信號協議，只能單一設定路口的各信號燈及顯示牌狀態。
自控模式在本控運行或聯網運行時，智能路口機處於自控操作模式，可從網絡伺服器中獲得參數設置、復位和同步信號指令，平時執行標準或預置的信號交換協議。
智能路口機能鎖存對各個路口所有監控對象的控制命令；能用新的命令刷新前一次所發的老控制命令。控制命令按路口順序及同一路口監控對象的排序連續設置。並可反向讀取受監控對象狀態以便於自動故障檢測。
智能路口機可串行輸出「倒計時指示」讀數，並在下一次輸出時遞減刷新讀數(該讀數並不是秒概念，而是內部信號相對於最小信號周期的個數，其中最小信號周期定義為一輛車通過路口所需時間)，它和各個路口的「堵車狀態提示」命令及各交通信號燈的顯示命令，可由一公共數據輸出埠在控制系統時鐘脈衝的配合下串行輸出。
如圖7所示，智能路口機的信息流程如下智能路口機的工作是由來自指揮中心網絡伺服器、路口交通事故探測器、路口交通流量實時採集器和現場操作人員提供的信息驅動的。現場操作人員有最高的權限來幹預路口交通的信號控制，通過人工編碼命令來設置或改變路口交通信號狀態。在沒有人工幹預的情況下，智能路口機結合來自指揮中心網絡伺服器、路口交通事故探測器、路口交通流量實時採集器的信息，進行路口堵車方向的評估，進行路口信號配時優化，進行路口紅綠燈信號控制，並提供路口信號燈倒計時和路口堵車方向的提示信息。
如圖6所示，智能路口機的工作流程如下(1)智能路口機啟動，智能路口機運行預設的系統初始化程序；(2)智能路口機選擇進入手控或者自控工作狀態，如果選擇手控工作模式，則進入步驟(3)，如果選擇自控工作模式，則進入步驟(4)；
(3)智能路口機運行於手控工作模式，智能路口機可以接收但無法執行來自交通指揮中心網絡伺服器的任何命令，智能路口機只能執行通過可攜式編碼器人工輸入的指令，然後返回步驟(2)；(4)智能路口機運行於自控工作狀態，智能路口機開始判斷選擇進入網控或者本控工作模式，如果選擇進入網控工作模式，則進入步驟(5)，如果選擇進入本控工作模式，則進入步驟(6)；(5)智能路口機運行於網絡工作模式，智能路口機根據來自指揮中心網絡伺服器的控制命令工作，然後返回步驟(2)；(6)智能路口機運行於本控工作模式，智能路口機實施路口交通流量控制的局部優化，同時執行有效的路口交通信號控制代理協議。
權利要求1.一種智能路口機，是一個具有運行智能化路口信號燈監控程序能力的獨立的控制裝置，適用於由交通指揮中心控制管理系統中心區域網、寬帶城域網交通控制管理系統專網、以及智能路口機與信息採集設備等組成的交通路口控制管理系統現場區域網組成的智能化城市交通管理網絡系統，其特徵在於所述智能路口機由具有獨立工作和聯機工作能力的智能路口信號控制器、可攜式編碼器、路口信號燈驅動器和智能網絡接口組成。
2.根據權利要求1所述的智能路口機，其特徵在於，所述智能路口信號控制器包括(1)執行智能路口機本控程序從而與智能網絡配合實現多種交通信號控制和管理模式的嵌入式微處理器核心模塊，(2)、用以實現在智能路口機的手控和自控工作模式之間自動切換的總線選通控制器模塊，(3)、用以確定路口選擇從而對該路口有關監控對象進行狀態信息的輸入/輸出操作的路向選通控制器模塊，(4)、用以確定選中路口的監控對象從而對信號燈或裝置進行狀態信息的輸入/輸出操作的對象選通控制器模塊，(5)、用以確定選中路口具體的監控對象有關的狀態鎖存器從而對該路口狀態鎖存器進行狀態信息的輸入/輸出操作的狀態選通控制器模塊，(6)、用以鎖存狀態信號和控制對鎖存器狀態信息的輸入/輸出操作的狀態鎖存器模塊，以及(7)、根據狀態鎖存器提供的狀態信息自動生成信號裝置必需的狀態控制信號並保障通訊信號抗幹擾等要求的可靠傳送的門控驅動電路及方波合成器模塊。
3.根據權利要求1所述的智能路口機，其特徵在於，所述可攜式編碼器包括(1)、用以實現與智能路口信號控制器的聯機操作的基礎模塊，(2)、用以顯示由路口選擇器輸入設置的路口編碼的路口顯示模塊，(3)、用以顯示由路燈選擇器輸入設置的路燈或裝置編碼的路燈顯示模塊，(4)、用以顯示由狀態選擇器輸入裝置的路燈或裝置的狀態編碼的狀態顯示模塊，(5)、用以顯示由指示選擇器和數字小鍵盤輸入設置的倒計時指示裝置的狀態編碼的計時顯示模塊，(6)、用以顯示由指示選擇器和數字小鍵盤輸入設置的堵車指示裝置的狀態編碼的堵車顯示模塊，(7)、用以設置路口編碼信息的路口選擇器模塊，(8)、用以設置路燈編碼信息的路燈選擇器模塊，(9)、用以設置路燈狀態編碼信息的狀態選擇器模塊，(10)、用以選通輸出和設置堵車方向狀態編碼信息的指示選擇器模塊，以及(11)、用以輸入數字編碼信息的數字小鍵盤模塊。
4.根據權利要求1所述的智能路口機，其特徵在於，所述智能路口信號控制器、可攜式編碼器、路口信號燈驅動器和智能網絡接口模塊都具有RS485抗共式幹擾的總線通訊功能，其中路口信號燈驅動器還包括繼電器驅動電路。
5.根據權利要求1所述的智能路口機，其特徵在於，所述智能網絡接口用以執行標準的通訊協議的通訊協議控制模塊，以及用以執行標準的網絡信號傳輸的媒介訪問控制模塊。
6.根據權利要求1-5之一所述的智能路口機，其特徵在於，所述嵌入式微處理器核心模塊運行獨立的人工智慧程序實現智能化交通路口信號監控功能，所述總線選通控制器模塊則由嵌入式微處理器核心模塊操縱提供所有信號監控信息，所述路向選通控制器模塊根據總線選通控制器模塊的信息可以同時監控一個路口的8個行車方向，所述對象選通控制器模塊與路向選通控制器模塊配合可同時監控每個路口的8個不同信號對象，所述狀態選通控制器模塊與路向選通控制器模塊以及對象選通控制器模塊配合可同時監控每個路口的每個信號對象的4個不同工作狀態，總計8×8×4＝256個不同信號狀態，並且這些狀態都同時存儲在狀態鎖存器模塊內，可由門控驅動電路及方波合成器模塊經過信號處理後傳送到信號燈驅動器電路。
專利摘要本實用新型提供一種智能路口機，適用於智能化城市交通管理網絡系統，其特徵在於，所述智能路口機是一個具有運行智能化路口信號燈監控程序能力的獨立的控制裝置，包括具有獨立工作和聯機(或聯網)工作能力的智能路口信號控制器、可攜式編碼器、路口信號燈驅動器和智能網絡接口模塊。實施本實用新型的智能路口機，有利於提高城市交通管理效率和管理能力，具有重大的社會效益和經濟效益。
文檔編號G06F19/00GK2476064SQ0122607
公開日2002年2月6日 申請日期2001年6月5日 優先權日2001年6月5日
發明者鄭肖惺, 鄭天生 申請人:鄭肖惺, 鄭天生