基于人工智能避免交通拥塞的行车引导系统及方法与流程

本发明涉及人工智能与智慧交通领域，具体是涉及一种基于人工智能避免交通拥塞的行车引导系统及方法。

背景技术

近年来随着汽车产业的大力发展，汽车的数量保持高速增长，虽然各个城市政府在大力发展城镇化的同时，也在大力发展道路建设，但由于各个方面原因，道路的建设速度远远跟不上汽车的发展速度，而随之而来的问题就是车辆在道路上行驶的各种拥堵，尤其是在各个大城市的交通信号灯路口，到了路口有时要等待多个红绿灯，才能艰难通过，并且发现：过了路口一马平川，一到下个路口，又排着长队，等待信号灯的转变，周而复始。

虽然拥塞的起因是汽车发展的速度远远超出城市道路资源发展的速度，导致城市里汽车的通行效率开始日渐下降，但究其本质，可以归结为相对落后的信号灯引导方式与灵活的道路资源分配之间的不平衡造成的矛盾。因此，如何在各个路口将道路资源占用、汽车的转向需求等与有效的行车引导进行匹配，对交通进行更加有效的疏导，避免交通拥塞，成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于人工智能避免交通拥塞的行车引导系统及方法，由人工智能自动判断交通信号灯切换时机、以及通过交通信号灯对车辆行进方向进行引导，采用最佳时空分配方案来引导车辆通过交通路口，避免交通拥塞。

本发明提供一种基于人工智能避免交通拥塞的行车引导系统，该系统包括交通路况采集单元、人工智能数据处理单元和信号灯控制单元，所述交通路况采集单元包括多个路口处理子单元，每个路口处理子单元记录对应路口每个行驶方向上每一个信号周期的时长、每一个信号周期内通过车辆的数量和每一辆车的离开速度，各路口处理子单元将实时更新的数据上报给人工智能数据处理单元；人工智能数据处理单元根据路口处理子单元更新的数据，预算本次路口各种车辆行驶的最佳期望值，根据最佳期望值计算行车方向、最佳通行时间，下发给信号灯控制单元。

在上述技术方案的基础上，所述系统还包括行车方向分配单元，用于接收人工智能数据处理单元计算的行车方向，下发给信号灯控制单元；以及根据实际情况人工调整行车方向，下发给信号灯控制单元。

在上述技术方案的基础上，所述系统还包括时间分配单元，用于接收人工智能数据处理单元计算的最佳通行时间，下发给信号灯控制单元；以及根据实际情况调整信号灯的启闭时间，下发给信号灯控制单元。

在上述技术方案的基础上，所述人工智能数据处理单元采用符号表示车辆数目，其中下标m∈{1，2，3，4，5，6……}，m表示车辆当前所在路口；上标n表示车辆行驶的目标路口，n∈{1，2，3，4，5，6……}，m≠n。

在上述技术方案的基础上，所述人工智能数据处理单元采用符号vⁿm表示车辆离开速度，其中下标m∈{1，2，3，4，5，6……}，m表示车辆当前所在路口，上标n表示车辆行驶的目标路口，n∈{1，2，3，4，5，6……}，m≠n。

在上述技术方案的基础上，所述人工智能数据处理单元采用符号dⁿmt表示车辆从m路口行驶到n路口，通行时间为t秒。

本发明还提供一种适用于上述系统的基于人工智能避免交通拥塞的行车引导方法，包括以下步骤：

每个路口处理子单元记录对应路口每个行驶方向上每一个信号周期的时长、每一个信号周期内通过车辆的数量和每一辆车的离开速度，各路口处理子单元将实时更新的数据上报给人工智能数据处理单元；

人工智能数据处理单元根据路口处理子单元更新的数据，预算本次路口各种车辆行驶的最佳期望值，根据最佳期望值计算行车方向、最佳通行时间，下发给信号灯控制单元。

在上述技术方案的基础上，所述方法还包括以下步骤：所述人工智能数据处理单元采用符号表示车辆数目，其中下标m∈{1，2，3，4，5，6……}，m表示车辆当前所在路口；上标n表示车辆行驶的目标路口，n∈{1，2，3，4，5，6……}，m≠n。

在上述技术方案的基础上，所述方法还包括以下步骤：所述人工智能数据处理单元采用符号vⁿm表示车辆离开速度，其中下标m∈{1，2，3，4，5，6……}，m表示车辆当前所在路口，上标n表示车辆行驶的目标路口，n∈{1，2，3，4，5，6……}，m≠n。

在上述技术方案的基础上，所述方法还包括以下步骤：所述人工智能数据处理单元采用符号dⁿmt表示车辆从m路口行驶到n路口，通行时间为t秒。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明记录各路口每个行驶方向上每一个信号周期的时长、每一个信号周期内通过车辆的数量和每一辆车的离开速度，通过人工智能预算本次路口各种车辆行驶的最佳期望值，根据最佳期望值计算行车方向、最佳通行时间，来控制信号灯。通过人工智能对交通路口的行车方向、通行时间进行引导，对道路资源合理预约、分配，利用物联网技术和人工智能网，通过分析交通路口的车辆行进方向、交通流量速度状况、交通状况变化趋势，由人工智能自动判断交通信号灯切换时机、以及通过交通信号灯对车辆行进方向进行引导，采用最佳时空分配方案来引导车辆通过交通路口，避免交通拥塞。

附图说明

图1是本发明实施例1中基于人工智能避免交通拥塞的行车引导系统的结构框图。

图2是本发明实施例2中基于人工智能避免交通拥塞的行车引导系统的结构框图。

图3是乘车方向的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

参见图1所示，本发明实施例提供一种基于人工智能避免交通拥塞的行车引导系统，该系统包括交通路况采集单元、人工智能数据处理单元和信号灯控制单元。

交通路况采集单元包括多个路口处理子单元，每个路口处理子单元记录对应路口每个行驶方向上每一个信号周期的时长、每一个信号周期内通过车辆的数量和每一辆车的离开速度。

路口处理子单元用于统计本路口所有行驶方向的车辆，在每一个信号通过周期之内，统计本路口每一个行驶方向上通过的车辆数目、每一辆车的离开速度；路口处理子单元内的数据实时更新，各个路口处理子单元将实时更新的数据上报给人工智能数据处理单元。

人工智能数据处理单元根据路口处理子单元更新后的数据，预算本次路口各种车辆行驶的最佳期望值，然后根据最佳期望值计算行车方向、最佳通行时间，下发给信号灯控制单元。

实施例2

参见图2所示，本发明实施例提供一种基于人工智能避免交通拥塞的行车引导系统，该系统包括交通路况采集单元、人工智能数据处理单元、行车方向分配单元、时间分配单元和信号灯控制单元。

交通路况采集单元包括多个路口处理子单元，每个路口处理子单元记录对应路口每个行驶方向上每一个信号周期的时长、每一个信号周期内通过车辆的数量和每一辆车的离开速度。

路口处理子单元用于统计本路口所有行驶方向的车辆，在每一个信号通过周期之内，统计本路口每一个行驶方向上通过的车辆数目、每一辆车的离开速度；路口处理子单元内的数据实时更新，各个路口处理子单元将实时更新的数据上报给人工智能数据处理单元。

人工智能数据处理单元根据路口处理子单元更新后的数据，预算本次路口各种车辆行驶的最佳期望值，然后根据最佳期望值计算行车方向、最佳通行时间。

行车方向分配单元用于：接收人工智能数据处理单元计算的行车方向，下发给信号灯控制单元；以及根据实际情况人工调整行车方向，下发给信号灯控制单元。

时间分配单元用于：接收人工智能数据处理单元计算的最佳通行时间，下发给信号灯控制单元；以及根据实际情况调整信号灯的启闭时间，下发给信号灯控制单元。

实施例3

在实施例1或2的基础上，本发明实施例还提供一种适用于上述系统的基于人工智能避免交通拥塞的行车引导方法，包括以下步骤：

每个路口处理子单元记录对应路口每个行驶方向上每一个信号周期的时长、每一个信号周期内通过车辆的数量和每一辆车的离开速度，各路口处理子单元将实时更新的数据上报给人工智能数据处理单元；

人工智能数据处理单元根据路口处理子单元更新的数据，预算本次路口各种车辆行驶的最佳期望值，根据最佳期望值计算行车方向、最佳通行时间，下发给信号灯控制单元。

实施例4

在实施例1或2或3的基础上，假设某个十字路口一个周期内所有绿灯的时间为t，同时假设十字路口所有的绿灯时间不重叠，对于绿灯时间重叠的情况，只需扣除重叠部分即可。路口处理子单元感知每一个行驶方向上通过的车辆数目和每一辆车的离开速度。

参见图3所示，以十字路口的1号路口为例，1号路口的车辆行驶方向可以分为13、12和14，13表示从1号路口左转到3号路口，12表示从1号路口到对向2号路口，14表示从1号路口右转到4号路口，丁字路口或其他路口依此类推。

人工智能数据处理单元可以采用符号表示车辆数目，其中下标m∈{1，2，3，4，5，6……}，表示车辆当前所在路口；上标n表示车辆行驶的目标路口，上标n∈{1，2，3，4，5，6……}，m≠n，暂不考虑m＝n，即车辆原地掉头的情况，因为车辆原地掉头不占用其他路口资源。

人工智能数据处理单元可以采用符号vⁿm表示车辆离开速度，其中下标m∈{1，2，3，4，5，6……}，m表示车辆当前所在路口，上标n表示车辆行驶的目标路口，上标n∈{1，2，3，4，5，6……}，m≠n，暂不考虑m＝n，即车辆原地掉头的情况，因为车辆原地掉头不占用其他路口资源。

例如：的含义如下：最近1次本十字路口沿1号路口左转的车辆数目为20辆；v³1＝20的含义为：最近1次本十字路口沿1号路口左转的车辆离开速度为20km/h。

人工智能数据处理单元根据路口处理子单元更新后的数据，结合相邻路口的路口处理子单元的数据，预算本次十字路口各种车辆行驶的最佳行车路线，计算本次通行周期对应的最佳车辆期望值，之后由行车方向分配单元分配最佳行车路线，下发给信号灯控制单元，时间分配单元一并下发本周期通行时间给信号灯控制单元。

人工智能数据处理单元可以采用符号dⁿmt表示车辆从m路口行驶到n路口，通行时间为t秒。

例如：d³130表示在1号路口最左侧左转车道直接左转到第3路口，通行时间30秒；d^4/2120表示中间直行车道先右转到第4路口，然后掉头，再右转到第2路口，间接实现直行，通行时间20秒；d⁴160表示右侧右转车道直接右转到第4路口，通行时间为60秒。

时间分配单元为每个红绿灯设计好最佳时间段后，采用在线的方式发送给信号灯控制单元，从而使得红绿灯按照最佳时间启闭。黄灯时间可以设置为3s或其它比较合适的时间段，相应的红灯时间可以根据车辆的数量和速度动态调整，参见表1所示。

表1、避免路口拥塞的对应表

车辆根据信号灯控制单元显示的方向行驶，例如：路口畅通时，对于左转车辆，信号灯控制单元显示直接左转；路口比较拥塞时，信号灯控制单元可以显示先直行，再掉头右转或者右转后再掉头的迂回行进方式，使得路口资源利用率和道路通行能力得到提升，避免交通拥塞。

本发明实施例的创新在于：实时感知测算各个路口往各个方向通行的车辆流量、速度，并根据流量速度变化进行流量与速度预测，同时根据预测情况通过信号灯给出行车引导和通过路口预计时间。它采取与传统的信号集中控制相反的策略，采用完全分散的方法来控制道路网络中的交通：每个交叉点基于实际进入的车辆流独立地分配其绿灯时间，而且能够对行驶车辆给出到达目标路口的信号灯引导方案，方案可根据实际情况分为直接到达和迂回到达两种方式。然后将所计划的流出情况传送到人工智能局端，以增加对未来入站流量的可见性。依赖分散的交叉控制，确保对实际交通状况的最大实时响应，而预计流出到相邻交叉口的流量，使得协调控制和创建绿波带成为可能。在局端，采用人工智能技术，根据车辆与道路的综合情况，分析相邻的交叉口流量，预算通过交叉路口的车辆最佳期望值，根据最佳期望值及时调整信号灯的时间分配和引导方向，作出最佳时空分配，避免交通拥塞，可以避免目前交通信号灯指示单一、等红灯时存在一半道路资源空闲等问题，而且具备以下优势：

可扩展性：额外增加信号灯进行方向控制或倒计时显示，非常容易；

持久性：一个单元出现故障，剩余部分会自动调整以做出补救。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。