一种基于交通信号灯变化控制以及交通流量数据的拥堵预测模拟教具

1.本发明涉及教学教具领域，尤其是一种帮助学生理解以及预测不同红绿灯时长下的交通拥堵情况。


背景技术：

2.红绿灯时长与交通流量之间存在一定的相互影响关系，因此如何根据交通流量来控制红绿灯时长以及如何根据红绿灯时长来引导交通流量是一项需要科学布局，科学统筹的重要课题。
3.现有的交通沙盘教具，大量集中于学龄前教育，目的在于让学生能够基本理解交通的运行守则以及行为规范，但是对于一些大学生尤其是计算机专业以及城市管理专业，如何研发一种教具，可以让大学生更深层次的理解红绿灯与交通流量的影响关系，以及根据现有数据进行再预测，成为了需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述技术问题，一种基于交通信号灯变化控制以及交通流量数据的拥堵预测模拟教具，包括道路模拟平台以及流量控制平台，所述道路模拟平台包括四个双向车道以及设置在四个双向车道内的交通信号灯，所述双向车道为第一变速轨道，工具车放置于变速轨道之上以用来工具车辆正常行驶，所述流量控制平台包括设置于道路模拟平台一侧的车辆等候系统以及车辆进场系统，所述车辆进场系统包括第二变速轨道，所述双向车道的各个路口处设置有控制车辆是否转移进入其他车道的控制装置，通过控制车辆进场系统上的第二变速轨道的速率来调节单位时间内进入道路模拟平台的车辆，通过控制第一变速轨道的速率来调节汽车移动速度，交通信号灯与控制装置联动，控制装置可根据交通信号灯的变化情况来控制车辆的转移情况。
5.采用了上述技术方案后，设置了第一变速轨道以及第二变速轨道，通过调节第一变速轨道的速度，来工具车辆在马路上行驶，而第二变速轨道是设置在第一变速轨道一侧的只要是为了向第一变速轨道输送工具车辆，当第二变速轨道的速度越快时，其单位时间内向第一变速轨道中输送的车辆越多，即模拟马路上的车流量越来越多。这样设置的好处就是巧妙的通过两个变速轨道的速度设置就可以实现对车辆流量的模拟，并且与以往的模拟系统不同的是，本专利脱离了汽车本身的驱动，依靠变速轨道来对汽车进行驱动，这样设置的好处有：1、所有车辆之间的车距保持高度可控，2、车速的可调节性变得非常简单，与现有技术相比，车辆要么不可调速，要么需要对每个工具车辆进行改装来适配不同的车速，因此，利用变速轨道来带动工具车辆进行运动是非常合理并且效果非常好的技术手段。另一方面，第二变速轨道相当于一个“进料设备”，通过进料设备进料的速度调节来控制单位时间内车道上的车辆数量，由此就可以方便的利用调速来调整车流量。由此该教具可以通过调速以及控制红绿灯的时长分别探究上述两个因素对于车流量的控制变化，以及在不同条
件下应该选择怎样的参数指标来让车行速率和红绿灯时长达到最优配比，使学生能够更直观的了解其中的算法规律以及预测规律。
6.作为本发明的进一步改进，所述车辆等候系统为设置于双向车道一侧的旋转式候车楼，工具车依次摆放于候车楼中，并且通过设置于旋转式候车楼中的第二变速轨道来使车辆进入道路模拟平台，所述道路模拟平台上的第一变速轨道与旋转式候车楼中的第二变速轨道相互承接。
7.采用了上述结构后，通过旋转式候车楼，不仅可以储备大量的车辆，也可以在这个候车楼中完成中转，不断的循环进出车辆，达到模拟正常行车的技术效果。
8.作为本发明的进一步改进，所述控制装置包括设置于各个路口处的用于阻挡车辆继续前进的阻挡块，所述交通信号灯设置有信号发送单元，所述阻挡块内设置有信号接收单元以及驱动单元，当交通信号灯发生变化时，发送相应的信号至阻挡块内的信号接收单元，信号接收单元根据接收到的信息来控制驱动单元，使其驱动阻挡块做出相应的动作。所述控制装置包括设置于各个路口处的用于阻挡车辆继续前进的阻挡块，所述交通信号灯设置有信号发送单元，所述阻挡块内设置有信号接收单元以及驱动单元，当交通信号灯发生变化时，发送相应的信号至阻挡块内的信号接收单元，信号接收单元根据接收到的信息来控制驱动单元，使其驱动阻挡块做出相应的动作。所述驱动单元为设置于阻挡块底部的铰接块，阻挡块可在铰接块的作用下进行翻转，当交通信号灯转化为红灯时，发送相应的信号至信号接收单元中，信号接收单元接收到相应的信号来控制铰接块驱动阻挡块翻转成与第一变速轨道呈竖立状形态，当交通信号灯为绿灯时，发送相应的信号至信号接收单元中，信号接收单元接收到相应的信号来控制铰接块驱动阻挡块翻转成与第一变速轨道呈平卧状形态。
9.采用了上述结构后，由于汽车本身没有动力进行驱动，所以当需要模拟红绿灯的通行与禁行时，需要其他辅助装置来进行控制，本专利中在交通信号灯设置相应的阻挡单元，而阻挡单元正好起到了红灯的禁行作用，当某向车道红灯亮起时，信号灯就会发送相应的信号到阻挡单元中，从而阻挡单元阻止模拟汽车继续前行，当绿灯亮起时，信号灯就会发送相应信号至阻挡单元中，从而阻挡单元允许模拟汽车继续前行。而阻挡单元是由可水平翻转的阻挡块组成，不仅结构简单，而且阻挡效果好，变速轨道无需暂停工作，即可完全阻止工具车辆的继续前行，达到了驱动功能与阻止功能的互不干涉。
10.作为本发明的进一步改进，所述第一距离保持装置以及第二距离保持装置均为设置在车辆头尾部的磁铁，并且设置在头部的磁铁的磁极与与其相邻的车辆设置在尾部的磁铁的磁极相同从而产生斥力，并且两个相邻车辆的斥力大于车辆在轨道中产生的静摩擦力。
11.采用了上述结构后，由于工具车辆本身没有驱动力，如果在阻挡块升起时，后方车辆会因为变速轨道的作用一直往前移动，此时就需要距离保持装置来让相邻车辆保持一定距离，否则将会出现车辆碰撞以及堆叠的问题，不仅无法模拟正常的车辆行驶，还会对后续的车辆转移造成影响，所以，本专利在工具车辆的前后两端设置磁极相同的磁铁，利用磁铁的斥力可以让两辆车始终保持一定车距，并且在旋转候车楼中移动时也不会因为重力因素导致前后两个车辆产生碰撞，巧妙的实现了结构简单又可保持车距的技术效果。
12.作为本发明的进一步改进，所述旋转式候车楼的数量为四个，分别设置于四个双
向车道一侧，并且旋转式候车楼的第二变速轨道包括送出轨道以及返回轨道，所述第一变速轨道根据送出轨道以及返回轨道的运行方向分为去向轨道以及来向轨道，通过送出轨道将工具车辆送入去向轨道中并模拟红绿灯下的运行情况，再根据返回轨道将来向轨道上的工具车辆送回至旋转式候车楼中形成循环往复动作。
13.采用了上述结构后，通过每个车道一侧的旋转候车楼，实现不断的循环车辆进场以及车辆候场的技术效果。
附图说明
14.图1所示为本专利平面结构示意图；
15.图2所示为本专利立体结构示意图；
16.图3所示为本专利车道结构示意图。
具体实施方式
17.一种基于交通信号灯变化控制以及交通流量数据的拥堵预测模拟教具，包括道路模拟平台1以及流量控制平台2，所述道路模拟平台1包括四个双向车道11以及设置在四个双向车道内的交通信号灯12，所述双向车道为第一变速轨道11，工具车放置于第一变速轨道11之上以用来工具车辆正常行驶，所述流量控制平台2包括设置于道路模拟平台一侧的车辆等候系统以及车辆进场系统，所述车辆进场系统包括第二变速轨道21，所述双向车道的各个路口处设置有控制车辆是否转移进入其他车道的控制装置3，通过控制车辆进场系统上的第二变速轨道的速率来调节单位时间内进入道路模拟平台的车辆，通过控制第一变速轨道的速率来调节汽车移动速度，交通信号灯与控制装置联动，控制装置3可根据交通信号灯12的变化情况来控制车辆的转移情况。设置了第一变速轨道11以及第二变速轨道21，通过调节第一变速轨道的速度，来工具车辆在马路上行驶，而第二变速轨道是设置在第一变速轨道11一侧的只要是为了向第一变速轨道输送工具车辆，当第二变速轨道21的速度越快时，其单位时间内向第一变速轨道11中输送的车辆越多，即模拟马路上的车流量越来越多。这样设置的好处就是巧妙的通过两个变速轨道的速度设置就可以实现对车辆流量的模拟，并且与以往的模拟系统不同的是，本专利脱离了汽车本身的驱动，依靠变速轨道来对汽车进行驱动，这样设置的好处有：1、所有车辆之间的车距保持高度可控，2、车速的可调节性变得非常简单，与现有技术相比，车辆要么不可调速，要么需要对每个工具车辆进行改装来适配不同的车速，因此，利用变速轨道来带动工具车辆进行运动是非常合理并且效果非常好的技术手段。另一方面，第二变速轨道相当于一个“进料设备”，通过进料设备进料的速度调节来控制单位时间内车道上的车辆数量，由此就可以方便的利用调速来调整车流量。由此该教具可以通过调速以及控制红绿灯的时长分别探究上述两个因素对于车流量的控制变化，以及在不同条件下应该选择怎样的参数指标来让车行速率和红绿灯时长达到最优配比，使学生能够更直观的了解其中的算法规律以及预测规律。
18.所述车辆等候系统为设置于双向车道一侧的旋转式候车楼22，工具车依次摆放于候车楼中，并且通过设置于旋转式候车楼中的第二变速轨道来使车辆进入道路模拟平台，所述道路模拟平台上的第一变速轨道与旋转式候车楼中的第二变速轨道相互承接。通过旋转式候车楼，不仅可以储备大量的车辆，也可以在这个候车楼中完成中转，不断的循环进出
车辆，达到模拟正常行车的技术效果。
19.所述控制装置3包括设置于各个路口处的用于阻挡车辆继续前进的阻挡块31，所述交通信号灯设置有信号发送单元，所述阻挡块内设置有信号接收单元以及驱动单元，当交通信号灯发生变化时，发送相应的信号至阻挡块内的信号接收单元，信号接收单元根据接收到的信息来控制驱动单元，使其驱动阻挡块做出相应的动作。所述控制装置包括设置于各个路口处的用于阻挡车辆继续前进的阻挡块，所述交通信号灯设置有信号发送单元，所述阻挡块31内设置有信号接收单元以及驱动单元，当交通信号灯发生变化时，发送相应的信号至阻挡块内的信号接收单元，信号接收单元根据接收到的信息来控制驱动单元，使其驱动阻挡块做出相应的动作。所述驱动单元为设置于阻挡块底部的铰接块，阻挡块可在铰接块的作用下进行翻转，当交通信号灯转化为红灯时，发送相应的信号至信号接收单元中，信号接收单元接收到相应的信号来控制铰接块驱动阻挡块翻转成与第一变速轨道呈竖立状形态，当交通信号灯为绿灯时，发送相应的信号至信号接收单元中，信号接收单元接收到相应的信号来控制铰接块驱动阻挡块翻转成与第一变速轨道呈平卧状形态。由于汽车本身没有动力进行驱动，所以当需要模拟红绿灯的通行与禁行时，需要其他辅助装置来进行控制，本专利中在交通信号灯设置相应的阻挡单元，而阻挡单元正好起到了红灯的禁行作用，当某向车道红灯亮起时，信号灯就会发送相应的信号到阻挡单元中，从而阻挡单元阻止模拟汽车继续前行，当绿灯亮起时，信号灯就会发送相应信号至阻挡单元中，从而阻挡单元允许模拟汽车继续前行。而阻挡单元是由可水平翻转的阻挡块组成，不仅结构简单，而且阻挡效果好，变速轨道无需暂停工作，即可完全阻止工具车辆的继续前行，达到了驱动功能与阻止功能的互不干涉。
20.所述第一距离保持装置以及第二距离保持装置均为设置在车辆头尾部的磁铁，并且设置在头部的磁铁的磁极与与其相邻的车辆设置在尾部的磁铁的磁极相同从而产生斥力，并且两个相邻车辆的斥力大于车辆在轨道中产生的静摩擦力。由于工具车辆本身没有驱动力，如果在阻挡块升起时，后方车辆会因为变速轨道的作用一直往前移动，此时就需要距离保持装置来让相邻车辆保持一定距离，否则将会出现车辆碰撞以及堆叠的问题，不仅无法模拟正常的车辆行驶，还会对后续的车辆转移造成影响，所以，本专利在工具车辆的前后两端设置磁极相同的磁铁，利用磁铁的斥力可以让两辆车始终保持一定车距，并且在旋转候车楼中移动时也不会因为重力因素导致前后两个车辆产生碰撞，巧妙的实现了结构简单又可保持车距的技术效果。
21.所述旋转式候车楼的数量为四个，分别设置于四个双向车道一侧，并且旋转式候车楼的第二变速轨道包括送出轨道以及返回轨道，所述第一变速轨道根据送出轨道以及返回轨道的运行方向分为去向轨道以及来向轨道，通过送出轨道将工具车辆送入去向轨道中并模拟红绿灯下的运行情况，再根据返回轨道将来向轨道上的工具车辆送回至旋转式候车楼中形成循环往复动作。通过每个车道一侧的旋转候车楼，实现不断的循环车辆进场以及车辆候场的技术效果。