[发明专利]基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统及其控制方法

说明书

本发明请求保护一种基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统及其控制方法，其用于交叉路口车辆通行引导。该系统以路侧单元(RSU)、各组交通信号灯、边缘计算(MEC)服务器和通用强制遥控器为基础，实现了MEC根据其数据库中历史的车道级车辆统计数据和绿波带通行引导策略，RSU根据当前路口各车道中车辆的实时分布数据，对该路口各组交通信号灯进行双级动态配时和自动控制；在必要时，在通用强制遥控器中输入某路口ZigBee网络ID向该路口RSU请求该系统，RSU在向MEC在线验证该设备后，允许其加入该系统的ZigBee网络，进而使其对该系统进行强制控制。本发明简化了传统交通信号灯的布线方式，提高了配时方案的合理性和强制控制的安全性。

技术领域

本发明属于智能交通以及车联网技术领域，涉及一种基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统及其控制方法。

背景技术

现阶段，智能交通的实现主要依赖两个方面：实时交通状态信息的采集，应用相关的控制策略。其中，智能交通的控制策略主要是通过控制各交叉路口的交通信号灯发挥作用，而现有的交通信号灯存在布线复杂，导致安装和维护某交叉路口交通信号灯的用时长的问题；并且，交通信号灯的配时方案一般是固定不变的或者配时方案更新周期过长的问题，不能根据实时的交通状态进行合理的动态改变，从而导致交通管理和控制的效率低的问题。

随着无线通信的发展，交通信号灯及其控制系统中复杂的布线可以使用相关的无线通信方式进行替换，从而达到安装和维护简单便捷的目的。在无线通信技术中，ZigBee通信技术具有近距离、低功耗、低成本，以及其网络具有自组织和低复杂度的特点，因而被广泛应用于无线传感器网络中。ZigBee通信是基于IEEE 802.15.4，工作在2.4～2.485G Hz频段；其可靠通信传输范围在10～100米之间，在增加发射功率后，最大可扩展至300米左右，因而在一个交叉路口中ZigBee网络可以满足交通信号灯的控制需要。另外，ZigBee自组织网络支持星型、树型和网状网等多种网络拓扑结构，因而可以根据不同的应用场景灵活采用不同的网络拓扑结构。在实际交叉路口可以采用星型网络拓扑结构，使RSU更加便捷地控制各组交通信号灯。具体可由RSU设备通过ZigBee通信模块建立自组织网络，其他具有ZigBee通信功能的设备后续加入该网络。此外，ZigBee设备组成的自组织网络具有灵活的增加和减少某个ZigBee设备的功能。因此，相比其他短距离无线通信方式，ZigBee设备更加适合作为交叉路口的交通信号灯系统的无线网络。

而在智能交通技术领域中，车联网(V2X)通信方式主要是为了解决智能交通系统中车辆与其他成员之间的高可靠和低时延的信息传输问题，主要包括V2I(Vehicle-to-Infrastructure)、V2V(Vehicle-to-Vehicle)、V2P(Vehicle-to-Pedestrian)和V2N(Vehicle-to-Network)。并且，V2X通信是即将到来的第5代移动通信(5G)标准中重要的组成部分，因此现在交通信号灯系统应该包含V2X通信方式，以适应智能交通的发展。

此外，现有的交通信号灯控制系统主要是使用较大的交通信号控制机作为主控单元，对某个交叉路口所有交通信号灯通过有线通信的方式进行控制，因而在安装和维护时，需要花费大量时间进行线路排查，影响安装和维护的效率。并且，由于这种交通信号控制机一般安放在交叉路口的路边，其不仅占用有限的道路空间，而且容易遭到人为的破坏。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于V2X和ZigBee通信的智能交通信号灯系统及控制方法。本发明的技术方案如下：