专利名称：一种全程独立相位绿波交通流诱导控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全程独立相位绿波交通流诱导控制方法及系统，属于交通信号控制技术领域。
背景技术：
随着城市的不断发展，车辆的不断增多，交通拥堵已成为现代社会最令人头痛的一件事，交通管理工作越来越受到关注，城市道路道路网络基本上由路段和交叉口组成，相对于道路路段而言，交叉口对城市道路的通行能力影响更大，是城市交通流的瓶颈，信号交叉口则是城市路网较为关键的一环。现有城市道路交叉口信号控制周期大多采用历史数据作为依据，这种历史性的统计数据无法反应动态实时的交通流状态，不能切实有效地解决实际出现的问题。目前，交通控制是通过路口的红绿信号灯来实现的。“红灯停、绿灯行”是我们所遵循的最基本的交通法规。随着车辆的不断增多，交通拥堵已成为现代社会最令人头痛的一件事。为解决这个难题，具体实施时，考虑的方式有以下几种
(I)信号联锁控制
将一条线路上所有的信号连接起来，实现一条线路上所有的信号联锁控制。该方式一个信号只与它相邻的信号发生联锁，信号传输的距离较短，但对网络的要求不高，可以直接用双绞线作为传输介质，造价小，而且施工也比较方便。(2)延时τ的实现
为满足延时的要求，每个路口都设置一个延时器，该延时器可以是一个具有延时功能的接口，各路口应该延时的值τ事先计算好后存储在延时器中。当信号显示由红灯转换成绿灯时，立即启动延时器开始计时，当计数时间到达τ值时，即通过电缆向下一个路口发出信号转换脉冲，下一路的信号机接收到转换脉冲后，立即由红灯改点绿灯，一旦绿灯点亮，该路口信号机又立即启动本路口的延时器计时，然后再向下一个路口发出转换信号，以此类推，点亮灯信号得到不断传递。(3) “绿波带”控制技术
“绿波带”控制的本质是对绿波带上的各路口红绿灯的转换进行严格的时间控制，从而使机动车能一路绿灯。“绿波带”就是在一个区域或一条道路上实行指挥一致的信号灯控制，线控范围内的信号灯全部纳入交通计算机控制系统，使用先进的交通算法，根据车流量科学合理地指挥交通，如遇第一个绿灯，司机按一定速度行驶，则所遇到的所有信号灯全是绿灯，整个范围内全是畅通无阻，从被控制的主干道路各交叉口的灯色来看，绿灯就像波浪一样向前行而形成绿波，这种交通信号协调控制方式称为“绿波带”控制。上述各方案中，所有的交通压力都集中在路口，很容易导致控制的失效。即使是最先进的绿波信号控制方式，理想情况下汽车通过路口时会出现一路绿灯，但也有可能会出现一路红灯，而且相关联路口之间的关系极为复杂，任一个小的影响(例如行人横穿马路)都会造成绿波信号控制的混乱。因此，需要通过智能动态交通信号控制方式，实现大部分汽车通过路口时遇到绿灯，提高道路通行能力。发明专利“绿波带显示交通流信号控制装置(200910094194. 5)”提出了一种绿波带交通流信号控制系统，但该方案存在以下问题，无法解决交叉路口在车流密集条件下的交通冲突
(1)没有设置黄波段，导致车辆进入交叉路口后，两列相向而行的绿波段车流在路口会发生冲突，需设置缓冲黄波段信号灯，使得交叉路口存在一个避让空间，避免发生交通冲
关;
(2)交叉路口未设置绿波信号灯，会使得车流在左转并道时，无法准确判断加速并道的最佳时机，导致交叉路口出现延时，甚至混乱。需在交叉路口路面设置并道信号诱导流水信号灯，提示车流加速并道，提高路口通行能力；
(3)无法提高多车道车流的通行效率，特别是多车道在交叉路口时，存在相位差和提前并道的问题。如，左转向的车流要比直行的车流超前一个相位，才不会压制直行车流。因此， 需要对每一个车道提供独立的绿波流水信号灯，以实现相位差异，实现独立诱导，提高路口通行效率；
(4)采用有线信号传输，在某些地方不适用，也不方便，采用无线传输适用性更强。
发明内容
本发明的目的是提供一种全程独立相位绿波诱导信号灯控制方法及系统，通过在道路沿线间隔设置独立的绿波流水信号灯，在交叉路口设置缓冲黄波段信号灯和并道信号诱导流水信号灯，采用无线信号传输，解决交叉路口车流冲突、混乱、通行效率不高和信号传输不便等问题，使车辆根据自身情况调整车速，编队通过路口，提高道路通行能力。本发明的技术方案是全程独立相位绿波交通流诱导控制方法，通过交通流信号的采集与处理、车流绿波信号和交叉路口信号灯的控制，实现车辆流的诱导与顺畅通行；在每条单行道路沿线隔离栏或路面上等距设置多对车辆信息感应器和多个波带信号指示灯， 在交叉路口路面车道引线处设置并道诱导流水信号指示灯，在交叉路口中部设置缓冲黄波段信号灯形成相向车流冲突避让空间；采用无线发射与接收方式传输交通流信号和绿波带控制信号，每个车辆信息感应器均带信号发射装置、每个波带信号指示灯均带信号接收装置，通过信号处理与控制装置无线接收来自于车辆信息感应器的车流脉冲信号，送入计算机进行信息数据处理并对车流进行预编队，再由信号处理与控制台发射预编队脉冲信号指令，由波带信号指示灯的信号接收装置根据指令信号周期性点亮道路沿线的波带信号指示灯，通过周期变化的波带信号指示灯形成沿道路前行方向移动的绿波带，引导车辆的行驶并将连续车流变为编队车流，再与交叉路口的信号灯控制相互配合，实现车流的全程独立相位绿波诱导控制。信号处理与控制装置的数据处理计算机同时通过无线网络与其它路口的数据处理计算机连接，获取其它路口的车流信息，进行绿波带优化协调控制。所述控制道路绿波带周期和交叉路口的信号灯周期同步，驾驶员随绿波带运动通过绿灯亮的路口，各路口之间的通过顺序由计算机绿波控制程序根据车流情况自动协调， 绿波带的运动可为匀速或变速。通过各个绿波带的运动引导，使连续车流变为编队车流；若车队受到扰动，可通过变速绿波带的运动引导进入绿波带的车队分离或组合，以最佳的效率通过路口。预编队车辆的长度根据路段的交通流量和路段的长度确定，预编队周期根据预编队长度确定。所述车流的编队遵循对称性原则、匀速性原则和左转编队优先原则，两组迎面相向的预编队领头车辆在交叉路口中心处交汇错车，车辆保持匀速通过路口，左行车辆编队处于绿波段中最前端且可占据直行车道前端(防止直行编队和左转编队发生干涉)，右转编队处于绿波段中任意位置并根据道路通行状况择时通行；即，相位的设置必须是左转相位提前于直行相位，而右转不设置相位。所述交通流信号和道路沿途波带控制信号的传输与处理，是由信号处理与控制台无线接收来自于车辆信息感应器的车流脉冲信号，经转化为数据信息后送入计算机进行数据信息处理，利用计算机中预设的预编队协调程序，根据车流情况对车流实时进行波动分段，确定出预编队的绿波带数据信息，再将其转换为预编队指令脉冲信号并进行无线发射， 由波带信号指示灯的信号接收装置根据接收到的指令信号、周期性地点亮道路沿线的波带信号指示灯，形成沿道路前行方向移动的绿波带、红波带和黄波带。所述在交叉路口路面车道引线处设置并道诱导流水信号指示灯，是在交叉路口路面的左转引导线、直行引导线和右转引导线上分别设置并道诱导流水信号灯组，每个并道诱导流水信号灯内置红、绿、蓝三色灯，根据程序依次点亮，构成流动的红、绿、蓝三段信号指示灯流(信号灯流流动的速度由程序指令决定)，车辆到达路口车道弓I线处时根据路面左转引导线、直行引导线、右转引导线和相应的并道诱导流水信号灯的指示，进入相应的车道而形成直行、左转、右转三列编队，分别沿左转、直行和右转三个方向快速通过路口。所述道路沿线的每个波带信号指示灯包括信号接收装置和红、绿、黄三色LED灯， 红、绿、黄三色灯分别对应三种控制信号频率，信号处理与控制台根据计算机输出的控制信号数据发射预编队脉冲信号指令，由道路沿线相应波带信号指示灯的信号接收装置根据指令信号周期性地点亮内置的绿色或红色、黄色LED灯，通过周期变化的绿灯形成沿道路前行方向移动的绿波带并引导车辆的行驶，使连续车流变为编队车流，实现对交通流的绿波带控制。信号灯射频装置接收到符合设定频率的射频信号即点亮相应颜色的LED信号灯， 射频脉冲信号消失，LED滤波信号灯即熄灭；通过无线控制道路沿线η个波带信号灯中的红、绿、黄三色LED灯的点亮周期，即可形成沿道路前行方向移动的红波带、绿波带和黄波带，实现对交通流的波带控制。所采用的是间断调频信号，每一个LED信号灯对应一种特定频率信号，红、绿、黄三色LED信号灯对应三种频率，通过3η个调频脉冲信号控制某一地段内的η个波带信号指示灯，对信号灯的控制转换为调频信号的控制，通过调制不同频率的脉冲信号，即可以对波带信号指示灯进行精确控制；脉冲信号的宽度控制信号灯点亮的时间，频率控制具体点亮那一盏信号灯。所示道路沿线路面或隔离栏上成对设置的车辆信息感应器的间距为10 30m，道路沿线隔离栏上设置的波带信号指示灯的间距为I 5m，交叉路口并道引线上设置的并道诱导流水信号灯组中的信号灯距离为O. 5 I. 5m。车辆信息感应器和波带信号指示灯的具体间距，根据道路的实际情况确定。所述交通流诱导控制方法，还可在交叉路口设置多个行人斑马通道，每一个斑马通道均设红绿灯，减少行人通过过马路的时间。本发明的全程独立相位绿波交通流诱导控制系统，包括交通流信号采集装置、车流信号处理与控制装置、交叉路口信号灯控制柜、交叉路口信号灯，在交叉路口路面的左转引导线、直行引导线和右转引导线上分别设置有并道诱导流水信号灯组3，在每条单行道路沿线隔离栏8或路面上等距设置有多对带无线发射装置的车辆信息感应器4和多个带无线接收装置的波带信号指示灯7，在交叉路口中部设置缓冲黄波段信号灯2 ;车辆信息感应器 4和波带信号指示灯7分别与信号处理及控制装置6无线连接，交叉路口信号灯控制柜5与信号处理及控制装置6连接，交叉路口的信号灯I、车道引导线上的并道诱导流水信号灯3 和交叉路口中部的缓冲黄波段信号灯2分别与信号灯控制柜5连接；信号处理与控制装置的数据处理计算机同时通过无线网络与其它路口的数据处理计算机连接。所述每对车辆信息感应器4包括前、后两个感应器(即前感应器I和后感应器II， 两个感应器相同)，每个车辆信息感应器包括信号传感器、信号放大电路、射频信号发射装置和供电电路；每个波带信号指示灯7包括射频信号接收装置，信号放大电路，电子开关电路，供电电路，红、绿、黄三色LED灯，三色LED灯经电子开关电路、信号放大电路与射频信号接收装置连接，红、绿、黄三色信号灯分别对应三种控制信号频率；每个并道诱导流水信号灯中内置红、绿、蓝三色灯；信号处理与控制装置6包括射频信号接收装置、A/D转换电路、 计算机、D/A转换电路、射频信号发射装置和供电电路，射频信号接收装置经A/D转换电路与数据处理装置连接，射频信号发射装置经D/A转换电路与数据处理装置连接。所述道路沿线路面或隔离栏上设置的车辆信息感应器的间距为10 30m，道路沿线隔离栏上设置的波带信号指示灯的间距为I 5m，交叉路口并道引线上设置的并道诱导流水信号灯组中的信号灯距离为O. 5 I. 5m ;车辆信息感应器4、波带信号指示灯7和信号处理与控制装置6的供电电路均为普通太阳能供电电路。所述信号传感器为振动传感器或磁钉传感器、压电传感器等普通市售产品，信号放大装置为运算放大器等普通信号放大器。射频信号接收装置，射频信号发射装置，信号放大电路，电子开关电路、A/D转换电路、D/A转换电路、计算机均为现有普通装置或电路，计算机、压电或振动传感器均为普通市售产品，压电传感器可采用普通磁钉传感器；信号灯控制柜为普通信号灯控制装置。本发明绿波带工作原理是
在绿波诱导中，相位的设置须保证左转相位提前于直行相位，而右转不设置相位，根据实际情况和道路条件，右转车辆择时通过。图7-10反映了绿波诱导车辆通过交叉路口的情形。图7中，白色带绿波区域内是预编队车队；图8中，左车队行驶结束后，直行车队行驶，行驶结束后，另一个路段的车队到达路口 ；图9中，依然按左先行，直行滞后的规则；
图10中， 直行车队通过路口，之后会有新的车并对进入路口。这一切都可以通过信号灯的流速给与提示。与现在过路口的习惯不同的是左转车队占据车道数远远大于现目前的单个车道。图11、12反映了接近路口车辆的整个调整过程。设某一时刻交叉口信号控制灯恰好从绿灯切换至红灯，此时，后面的车辆到达交叉口还存在一段距离
￡22 = 24+Si+4,其中，-黄波段，si -左行绿波段，S〗-直行绿波段；该段距离是次干
道上一个周期内的绿波带和黄波带的距离之和，也即为次干道与之交叉的红波段区，该段距离作为后面车辆的调整距离。在图12中处于红波带(最左边阴影区域L段)的第一辆车是不受红绿波影响的右转车；第二辆车属上个周期内未赶上前一个左转车队的车辆，经绿波信号灯提示，正减速准备编入下一个左转绿波带；处于第一个绿波带(幻段)的左转车辆左转优先占据靠内侧的车道；路口最内侧的车道一直空着，给后面需要左转的车辆有空间加速赶上左转绿波带； 若有直行车辆没赶上前个车辆编队，则从中间车道减速形成下个车队的车头。在图13中，处于减速的车辆自然形成左转车队的头，而加速赶上的车辆则驶入靠右车道。此时下侧车道依然空出为后面左转的车辆留出加速的空间。在继续前进达到交叉路口的过程中，左转车辆赶上左转的绿波带时按由右向左的逐渐填满车道。若前面的左转车队已经填满，通过遥感控制识别系统传出一个信号，传输给波带信号指示灯，后面需要左转的车辆看到信号指示灯的提示后，减速等待作为下一个左转预编车队的车头；当信号指示灯给予左转的车辆信号提示时，后面的左转车辆不再加速行驶，而直行车队则自行将左转车队填满，这样就大大的增加了单位时间内左转车辆的通过量，切实有效地提高了直行车道的通过量，缓解了交叉口点上的压力，提高了路口的通行能力。图14反映了车辆绿波带的情况，从左往右，路口中间车道形成红波+黄波带
L2—绿波带S2—黄波带Z2—绿波带,直行车队的车队长度为& ,左转车队的长度为Jf1 ,
左转车队与直行车队保持距离L1，直行车队与下个左转车队的距离
权利要求
1.一种全程独立相位绿波交通流诱导控制方法，通过交通流信号的采集与处理、车流绿波信号和交叉路口信号灯的控制，实现车辆流的诱导与顺畅通行，其特征在于在每条单行道路沿线隔离栏或路面上等距设置多对车辆信息感应器和多个波带信号指示灯，在交叉路口路面车道引线处设置并道诱导流水信号指示灯，在交叉路口中部设置缓冲黄波段信号灯形成相向车流冲突避让空间；采用无线发射与接收方式传输交通流信号和绿波带控制信号，每个车辆信息感应器均带信号发射装置、每个波带信号指示灯均带信号接收装置，通过信号处理与控制台无线接收来自于车辆信息感应器的车流脉冲信号，送入计算机进行信息数据处理并对车流进行预编队，再由信号处理与控制台发射预编队脉冲信号指令，由波带信号指示灯的信号接收装置根据指令信号周期性点亮道路沿线的波带信号指示灯，通过周期变化的波带信号指示灯形成沿道路前行方向移动的绿波带，引导车辆的行驶并将连续车流变为编队车流，再与交叉路口的信号灯控制相互配合，实现车流的全程独立相位绿波诱导控制。
2.根据权利要求I所述的全程独立相位绿波交通流诱导控制方法，其特征在于控制道路绿波带周期和交叉路口的信号灯周期同步，驾驶员随绿波带运动通过绿灯亮的路口， 各路口之间的通过顺序由计算机绿波控制程序根据车流情况自动协调，绿波带的运动可为匀速或变速；预编队车辆长度根据路段的交通流量和路段的长度确定，预编队周期根据预编队长度确定。
3.根据权利要求I所述的全程独立相位绿波交通流诱导控制方法，其特征在于车流的编队遵循对称性原则、匀速性原则和左转编队优先原则，两组迎面相向的预编队领头车辆在交叉路口中心处交汇错车，车辆保持匀速通过路口，左行车辆编队处于绿波段中最前端且可占据直行车道前端，右转编队处于绿波段中任意位置并根据道路通行状况择时通行。
4.根据权利要求I所述的全程独立相位绿波交通流诱导控制方法，其特征在于交通流信号和道路沿途波带控制信号的传输与处理，是由信号处理与控制台无线接收来自于车辆信息感应器的车流脉冲信号，经转化为数据信息后送入计算机进行数据信息处理，利用计算机中预设的预编队协调程序，根据车流情况对车流实时进行波动分段，确定出预编队的波带数据信息，再将其转换为预编队指令脉冲信号并进行无线发射，由波带信号指示灯的信号接收装置根据接收到的指令信号、周期性地点亮道路沿线的波带信号指示灯，形成沿道路前行方向移动的绿波带、红波带和黄波带。
5.根据权利要求I所述的全程独立相位绿波交通流诱导控制方法，其特征在于在交叉路口路面车道引线处设置并道诱导流水信号指示灯，是在交叉路口路面的左转引导线、 直行引导线和右转引导线上分别设置并道诱导流水信号灯组，每个并道诱导流水信号灯内置红、绿、蓝三色灯，根据程序依次点亮，构成流动的红、绿、蓝三段信号指示灯流，车辆到达路口车道引线处时根据路面左转引导线、直行引导线、右转引导线和相应的并道诱导流水信号灯的指示，进入相应的车道而形成直行、左转、右转三列编队，分别沿左转、直行和右转三个方向快速通过路口。
6.根据权利要求I所述的全程独立相位绿波交通流诱导控制方法，其特征在于道路沿线的每个波带信号指示灯包括信号接收装置和红、绿、黄三色LED灯，红、绿、黄三色LED 灯分别对应三种控制信号频率，信号处理与控制台根据计算机输出的控制信号数据发射预编队脉冲信号指令，由道路沿线相应波带信号指示灯的信号接收装置根据指令信号周期性地点亮内置的绿色或红色、黄色LED灯，通过周期变化的绿灯形成沿道路前行方向移动的绿波带并引导车辆的行驶，使连续车流变为编队车流，实现对交通流的绿波带控制。
7.根据权利要求I所述的全程独立相位绿波交通流诱导控制方法，其特征在于道路沿线路面或隔离栏上设置的车辆信息感应器的间距为10 30m，道路沿线隔离栏上设置的波带信号指示灯的间距为I 5m，交叉路口并道引线上设置的并道诱导流水信号灯组中的信号灯距离为O. 5 I. 5m ;在交叉路口还可设置多个行人斑马通道，每一个斑马通道均设红绿灯，减少行人通过过马路的时间。
8.—种全程独立相位绿波交通流诱导控制系统，包括交通流信号采集装置、车流信号处理与控制装置、交叉路口信号灯控制柜、交叉路口信号灯，其特征在于在交叉路口路面的左转引导线、直行引导线和右转引导线上分别设置有并道诱导流水信号灯组(3)，在每条单行道路沿线隔离栏(8)或路面上等距设置有多对带无线发射装置的车辆信息感应器(4)和多个带无线接收装置的波带信号指示灯(7)，在交叉路口中部设置缓冲黄波段信号灯(2);车辆信息感应器(4)和波带信号指示灯(7)分别与信号处理及控制装置(6)无线连接， 交叉路口信号灯控制柜(5)与信号处理及控制装置(6)连接，交叉路口的信号灯(I)、车道引导线上的并道诱导流水信号灯(3)和交叉路口中部的缓冲黄波段信号灯(2)分别与信号灯控制柜(5)连接。
9.根据权利要求9所述的全程独立相位绿波交通流诱导控制系统，其特征在于每个车辆信息感应器(4)包括压电或振动传感器、信号放大电路、射频信号发射装置和供电电路；每个波带信号指示灯(7)包括射频信号接收装置，信号放大电路，电子开关电路和供电电路，红、绿、黄三色LED灯，三色LED灯经电子开关电路、信号放大电路与射频信号接收装置连接，红、绿、黄三色信号灯分别对应三种控制信号频率；每个并道诱导流水信号灯中内置红、绿、蓝三色灯；信号处理与控制装置(6)包括射频信号接收装置、A/D转换电路、数据处理装置、A/D转换电路、射频信号发射装置和供电电路，射频信号接收装置经A/D转换电路与数据处理装置连接，射频信号发射装置经D/A转换电路与数据处理装置连接。
10.根据权利要求9所述的全程独立相位绿波交通流诱导控制系统，其特征在于道路沿线路面或隔离栏上设置的车辆信息感应器的间距为10 30m，道路沿线隔离栏上设置的波带信号指示灯的间距为I 5m，，交叉路口并道引线上设置的并道诱导流水信号灯组中的信号灯距离为O. 5 I. 5m ;车辆信息感应器(4)、波带信号指TjV灯(7)和信号处理与控制装置(6)的供电电路均为普通太阳能供电电路。
全文摘要
本发明涉及一种全程独立相位绿波交通流诱导控制方法及系统，属于交通信号控制技术领域。在道路沿线设置车辆感应器和波带信号指示灯，路口设置并道诱导流水信号指示灯和缓冲黄波段信号灯，采用无线方式传输交通流信号和绿波带控制信号，车流脉冲信号送入计算机处理并对车流预编队，然后发射预编队信号指令，周期性点亮道路沿线波带信号指示灯，形成移动绿波带，引导车辆行驶并编队车流，再与路口信号灯相互配合，实现车流全程独立相位绿波诱导控制。系统包括交通流信号采集和车流信号处理与控制装置、路口信号灯及其控制柜，道路沿线有车辆感应器和波带信号指示灯，感应器和指示灯与信号处理及控制装置无线连接。具有可实现车辆的相位差异独立绿波带诱导、提高路口通行效率等优点。
文档编号G08G1/08GK102592462SQ20121005659
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月6日 优先权日2012年3月6日
发明者陈蜀乔 申请人:昆明理工大学