[发明专利]道路交通红绿灯自适应控制的一种实现技术

说明书

技术领域

本专利涉及道路交通控制领域，提出红绿灯自适应控制的一种实现技术。

技术背景

红绿灯定时控制的科学性直接影响路口通行效率。现行的定时控制方案是基于事先用人工采集的路口车流量统计数据基础上制定的，总体看已经具有较好的合理性。然而，现行的定时控制方案是固定的，在路口交通状况变化时，没有自适应调整定时方案的功能。就单个路口而言，如果某个方向的绿灯开放时间总是偏短，会造成车辆积压占道；如果开放时间偏长，会造成路口空等，降低通行效率。

红绿灯定时的自适应调整是一个受到广泛关注的问题。不少研究者提出了一些方法，这些方法多数受限于缺乏合理的传感器，来实时和准确地提供路口现场的交通状况统计。一种合理的自适应调整定时方法是基于以下底层原理来考虑的。假定有一个路况传感器能够统计止行线后待行车辆的数量，根据放行这批车辆需要的时间估计，来决定绿灯开启时间最大值。实施这个方法的前提是有一个具有所述统计功能的路况传感器。技术上的困难在于，待行车辆已处于停止状态，大多数传感器不适合于对停止车辆的监测。例如地感线圈容易感应车辆通过时感应场的变化，当车辆停止时会缺乏感应信息；激光传感器需要车辆移动造成遮挡变化来计数，难以得到路段上停止车辆的统计信息。视频传感器对检测移动车辆可以做得很好，对长路段(例如100米或更长)上停止车辆的检测统计是否好用还未见报道。使用线性调频连续波(FLMCW)雷达能够感应车辆的存在，当车处于停止状态时也能提供需要的信息，但适合于这种应用的雷达目前价格比较贵，难以大量进入应用市场。因此，红绿灯自适应调整应用市场上还未能实际地展开。

从原理上说，上一段文字描述的方法是基于对待行车辆的统计来考虑的。大致的做法是，每次绿灯开启后尽量让待行车辆通过，而对赶路车辆进行适当限制。由于在车道方向对上待行车辆数量进行统计的代价较高或目前难以实施，不得不考虑效果接近的其他方法。

本发明基于达到自适应调整定时的不同思路，由此引出不同的实施方案和调整算法。

发明内容

考查路口行车的实际情形可以发现，绿灯开启后，车辆通过的行为有一定的规律性特征：原来排队待行车辆陆续启动，车与车的距离逐步拉开，但车距不会太大；车接着车通过止行线的时间间隔大致是均匀。但后续赶路的车辆之间的距离会逐步增大较多，车接着车通过止行线的时间间隔会逐步更多地拉长。本发明的基本思路正是利用这些特征来形成的。

本发明的基本思路是，绿灯开放时间可以依据放行后通行车辆的密集程度来估计和调整，特别是可以根据车与车之间的距离间隔或通过检测区上一个参考地标的时间间隔来估计和调整。设置车辆监测传感器，将该传感器的检测区安排在止行线前一定距离上(例如，5～10米)，使得当车辆通过路口时必须通过检测区，并且车辆已进入行驶状态。当车辆通过检测区时，传感器必须有能力检测到每个车头和车尾。一旦绿灯开启，传感器总是检测每个车的车尾和等待下一个车的车头出现的时间间隔，将此时间间隔记为Tn_int。如果Tn_int时间很短，例如小于一个事先指定的门限值Tn_thr，则Tn_int置零，检测车尾-车头和记录新Tn_int的过程重复；如果出现Tn_int大于门限值Tn_thr时下一个车头还未出现，则传感器向信号控制机发送一个表达“本车道已无车辆或通过车辆很稀疏”的“通知信息”，可以用符号记为Sn，n是车道编号。当信号控制机收到Sn时，可以提前关断车道n对应的绿灯，同时按事先规定的顺序，启动后续的绿灯开启过程。考虑这种切换机制时必须考虑对“无车或车辆稀疏”的判断尽量准确；实现方案要求的硬件增加量最少；实现代价最低；新切换机制需要的修改必须以原有的红绿灯定时控制方案为基础；以及交通管理的其他要求。

首先考虑对监测传感器的要求。一个基本要求是监测传感器能够准确地检测和分辨每辆通过车辆的车头和车尾，给出检测到车头和车尾的时刻或车间的距离。传感器检测信息传送给红绿灯信号控制机(以下简称信号机)，需考虑传感器到信号机的通讯问题，因为交通口的绿灯可能同时开启多个，一个信号机可能需要同时与几个传感器通讯。

本发明中最基本的红绿灯自适应控制系统是在原有的红绿灯控制系统(含各个红绿灯组、信号机和信号及供电连接电缆)的基础上，对应每个红绿灯组加装一组检测传感器来构成，同时在每只传感器和信号机之间需添加数据通讯线路或无线通讯联系。