一种适用于T型交叉口的光电检测装置及控制方法与流程

本发明属于交通设备装置与交通控制方法领域，特别是适用于t型交叉口的交通信号控制装置及方法。

背景技术：

随着智能交通的发展，依据实时检测得到的交叉口交通流数据，交通信号灯控制的方案进行动态优化的动态自适应模式的交通信号灯控制系统得到应用。现有的动态自适应模式的交通信号灯控制方法，通常是将感应检测器设置在交叉口进口道上游，从而获取交通流数据，对信号相位绿灯时间进行优化，这种方法并不能有效识别进口道上实时的车辆排队状态，即排队长度，以及达到一定排队长度所经历的时间。目前的交通检测设备较为常用的为压敏传感装置和视频检测装置，但压敏传感装置主要有三大缺点：一是压敏传感装置一般需埋于地底下，道路破坏面积大；二是通过车辆驶过产生压力来进行传感，大量车辆驶过压敏传感器易损坏；三是一旦路面上产生压力，数据就会显示有机动车经过，然而多轴车辆的驶过会对检测的车辆数目产生误导，并且行人或非机动车在此处产生的压力也会误以为是机动车。而视频检测装置检测结果易受不良天气、夜间光线不足等影响，且维护不便，成本较高。现有的信号灯控制方法通常是路口的信号相位红灯时间不变的固定模式，缺少针对t型交叉口实时的车辆排队状况而调整的信号控制方案。

技术实现要素：

本发明针对t型路口单向车辆排队等待车辆过多，时常出现排队溢出并且机动车需要二次甚至三次停车才能驶出交叉口的现象，提供了一种适用于t型交叉口的光电检测装置，并提出了根据该检测装置提供的数据而实时调整信号灯控制的一种方法。

本发明所述的一种适用于t型交叉口的光电检测装置采用的技术方案是：由激光发射器、信号接收器、控制单元和交通信号灯组成，在t型交叉口每个路口需受信号灯控制的每个车道的进入端和驶出端各设有一个激光发射器和对应的一个信号接收器，激光发射器与对应的信号接收器配合测出经过的车辆次数，每个信号接收器的输出端均连接控制单元的输入端，控制单元的输出端连接分别控制南向路口、北向路口和西向路口的三个交通信号灯。

本发明所述的一种适用于t型交叉口的光电检测装置的控制方法采用的技术方案是包括如下步骤：

步骤1：控制单元接收每个信号接收器的信号，计算得到南直行st、北直行nt、南左转sl、西左转wl这四个方向进口道在第i周期绿灯过后进口道内所滞留的车辆数fst、fnt、fsl、fwl；

步骤2：当控制单元接收到某一方向的红灯信号时，控制单元开始计时，直到该方向进口道的实时排队车辆数等于设定的最大排队长度或者接收到红灯结束信号的时刻停止计时；

步骤3：控制单元在第i周期的红灯信号期间，对南直行、北直行、南左转、西左转进口道实时排队车辆数gst、gnt、gsl、gwl与南直行、北直行、南左转、西左转进口道设定的排队车辆数目上限sst、snt、ssl、swl进行比较，判断是否gst≥sst、gnt≥snt、gsl≥ssl或gwl≥swl，根据判断结果停止计时；

步骤4：各向位红灯信号结束时，控制单元将所对应的各车道上实时排队长度根据判断结果停止计时与设定的排队上限值比较并判断是否排队达到上限，根据判断结果控制信号灯；

步骤5：当第i周期各相位红灯信号结束时，控制单元计算出截至到第i周期结束驶入南直行、北直行、南左转、西左转进口道总车次，以及截至到第i周期结束驶出南直行、北直行、南左转、西左转进口道总车次。

本发明采用上述技术方案后突显的有益效果是：

1、本发明针对单向排队过长，其余方向车流较小的t型交叉口，能够实时检测交叉口各方向排队长度以及交叉口达到排队溢出所经历的时间，同时也能检测出车头时距、车流量等数据，并且所需的部件较为普遍，成本低廉，安装时对道路破坏程度较小，维护方便，检测结果精准，不受恶劣天气、夜间光线不足等因素影响。

2、本发明能够在某一周期对交叉口进口道进行检测得到车辆排队数据，实时改变下一周期的信号灯控制方案，具有针对性及实时性，能够提高t型口车辆通过停车线的效率，避免某一方向排队溢出及车辆多次排队。

附图说明

图1是本发明所述的一种适用于t型交叉口的光电检测装置安装在t型交叉口处的布置示意图；

图2是图1所示的光电检测装置的控制框图；

图3是图1所示的控制方法流程图；

图中标记说明：1、2、3.交通信号灯；4、5、6、7、8、9、10、11.激光发射器，12、13、14、15、16、17、18、19.信号接收器；22.控制单元。

具体实施方式

如图1和图2所示，t型交叉是双向两车道的t型交叉口，本发明以图1所示的南北向为主路，西向为辅路的t型交叉口为例。南向路口（s）、北向路口（n）、西向路口（w）的t型交叉口为例。其中南向路口（s）的进口道有一条直行车道（st）和一条左转车道（sl），北向路口（n）的进口道有一条右转车道（nr）和一条直行车道（nt），北向路口的右转车道不受信号灯控制；西向路口（w）的进口道有一条右转车道（wr）和一条左转车道（wl），西向路口的右转车道不受信号灯控制。t型路口易发生排队溢出现象，因此在t型路口的主路直行、主路左转和辅路左转三个方向上的车道选取特定长度的路段，并在各路段的各车道上都安装本发明所述的光电检测装置。

本发明所述的光电检测装置由激光发射器、信号接收器、控制单元和交通信号灯组成。在t型交叉口每个路口需受信号灯控制的每个车道的进入端和驶出端各安装一个激光发射器和对应的一个信号接收器。激光发射器都安装在路表面下，路面需留出孔供激光射出且在安装时需考虑到防止多束激光传播路径的重叠以及车辆经过时能有效阻挡激光传播路径。如图1，在南向路口的直行车道的进入端的道路标线处安装一个激光发射器4、左转车道的道路标线处安装一个激光发射器5，在靠近激光发射器4、5的最近的路灯或者隔离护栏上安装对应于激光发射器4、5的信号接收器12、信号接收器13，激光发射器4的激光照射至信号接收器12；激光发射器5的激光照射至信号接收器13。激光发射器4与信号接收器12配合能测出进入该路段第一车道的车辆次数，激光发射器5与信号接收器13配合能分别测出进入南向路口的直行车道和左转车道的车辆次数。在南向路口的直行车道的驶出端的直行车道的道路标线处安装激光发射器8，左转车道的道路标线处安装激光发射器9、在靠近激光发射器8、9的最近的路灯或者隔离护栏上安装对应的信号接收器16、信号接收器17。同样地，在西向路口的左转车道进入端安装激光发射器7和对应的信号接收器15、驶出端安装激光发射器11和对应的信号接收器19，北向路口的直行车道进入端安装激光发射器6和对应的信号接收器14、驶出端安装激光发射器10和对应的信号接收器18。

如图2所示，每个信号接收器12、13、14、15、16、17、18、19的输出端均连接控制单元22的输入端。当车辆驶过时，激光的传播路径受到阻挡，从而在信号接收器处出现激光的中断，每个信号接收器都将检测的光信号转换为电压信号后将电压信号传递给控制单元22。控制单元22可安装于路口某一交通信号灯柱内。控制单元22的输出端连接三个交通信号灯，三个交通信号灯分别是控制南向路口（s）的交通信号1、控制北向路口（n）的交通信号灯2和控制西向路口（w）的交通信号灯3。控制单元22对输入的信号进行滤波、计算后获得某段时刻主路直行、主路左转和辅路左转三个方向上路段的车辆数目，从而控制单元22判断出各路段车辆排队情况，并分辨出哪一路段发生排队溢出，从而对其进行调节。根据该路段达到饱和的时间，实时调整该路段交通信号灯的红灯与绿灯时长，并控制各交通信号灯做出相应的改变，从而缓解该路段的单向车辆排队溢出情况。

控制单元22仅控制主路直行、主路左转、辅路左转这三个相位中有一个相位车流量较多出现单向拥堵。相位规则为：相位一是主路（南北）直行，相位二是主路（南向）左转，相位三是辅路（西向）左转。并且，主路直行、主路左转、辅路左转这三个相位的红灯时间分别用tr1、tr2、tr3表示，主路直行、主路左转、辅路左转三个相位最小绿灯时间分别为t01、t02、t03。每一周期的时长为t固定不变。参见图3，控制单元22的具体控制步骤如下：

步骤1：在某一时刻，如图1所示的t型路口各方向进口道无车情况下，控制单元22对驶入南直行、北直行、南左转、西左转进口道的总车次mⁱst、mⁱnt、mⁱsl、mⁱwl归零，驶出南直行、北直行、南左转、西左转进口道的总车次nⁱst、nⁱnt、nⁱsl、nⁱwl归零，当前所在周期计数i归零，周期固定时长为t。由于已把所有数据清零，控制单元开始计数，故当前周期为第一周期，第一周期前驶入南直行、北直行、南左转、西左转进口道总车次初始值m⁰st、m⁰nt、m⁰sl、m⁰wl为0，驶出南直行、北直行、南左转、西左转进口道总车次初始值n⁰st、n⁰nt、n⁰sl、n⁰wl为0。

步骤2：考虑到行人以及垃圾等物体的干扰，控制单元22将传入信号中的中断时间较短或特长的信号过滤掉，得到第i周期南直行st、北直行nt、南左转sl、西左转wl进口道内绿灯时间内驶入的车次分别为xst、xnt、xsl、xwl；第i周期周期南直行、北直行、南左转、西左转进口道内绿灯时间内驶出的车次分别为yst、ynt、ysl、ywl。第i周期前驶入南直行、北直行、南左转、西左转进口道总车次初始值为m^i-1st、m^i-1nt、m^i-1sl、m^i-1wl，驶出南直行、北直行、南左转、西左转进口道总车次初始值为n^i-1st、n^i-1nt、n^i-1sl、n^i-1wl。

控制单元22经下式计算得到南直行、北直行、南左转、西左转这四个方向进口道在第i周期绿灯过后进口道内所滞留的车辆数fst、fnt、fsl、fwl分别为：

fst=m^i-1st+xst-(n^i-1st+yst)，

fnt=m^i-1nt+xnt-(n^i-1nt+ynt)，

fsl=m^i-1sl+xsl-(n^i-1sl+ysl)，

fwl=m^i-1wl+xwl-(n^i-1wl+ywl)。

步骤3：当控制单元22接收到某一方向的红灯信号时，控制单元22开始计时，直到该方向进口道的实时排队车辆数等于设定的最大排队长度的车辆数或者接收到红灯结束信号的时刻停止计时，南直行、北直行、南左转、西左转的时间计时分别为tst、tnt、tsl、twl。

各进口道进入端激光发射器与对应的信号接收器配合，信号接收器将信号传入控制单元22，控制单元22统计第i周期红灯期间南直行、北直行、南左转、西左转进口道内驶入的实时累计车次zst、znt、zsl、zwl。本发明中，在第i周期红灯期间控制单元22判断接收到车辆驶入信号，则相应进口道的累计车次加1，进而南直行、北直行、南左转、西左转进口道内驶入的实时累计车次zst、znt、zsl、zwl的值实时变化。

从而控制单元22经下式计算得到各进口道第i周期红灯信号期间实时的排队车辆数,分别为：

gst=fst+zst，

gnt=fnt+znt，

gsl=fsl+zsl，

gwl=fwl+zwl。

步骤4：控制单元22在第i周期的红灯信号期间，对南直行、北直行、南左转、西左转进口道实时的排队车辆数gst、gnt、gsl、gwl与南直行、北直行、南左转、西左转进口道设定的排队车辆数目上限sst、snt、ssl、swl进行比较，判断是否gst≥sst、gnt≥snt、gsl≥ssl或gwl≥swl，根据判断结果停止计时，控制信号灯。以主路直行出现拥堵为例：当主路直行在第i周期的红灯期间，出现gst=sst，控制单元22停止对南直行方向的时间计时，得到tst。控制单元22继续对北直行进口道计时，若北直行进口道实时累计排队数在红灯期间内出现gnt=snt，同上得到tnt；若到红灯结束时刻，gnt依然小于snt，停止计时，输出tnt值等于红灯时间。

步骤5：各向位红灯信号结束时，控制单元22将所对应的各车道上实时排队长度与设定的排队上限值比较并判断是否排队达到上限，根据判断结果停止计时，控制信号灯。判断结果主要有以下四种情况：

情况一：主路直行、主路左转及辅路左转都未达到排队上限。

红灯结束时，当gst<sst，gnt<snt，gsl<ssl，gwl<swl，认为各相位排队未溢出，控制单元不对信号配时方案进行调整，使用默认的信号配时时间。

情况二：主路左转排队达上限。

红灯结束时，当gst<sst，gnt<snt，gsl≥ssl，gwl<swl，认为主路左转排队达上限。

控制单元22对南左转方向达到排队上限时间tsl与主路直行相位最小绿灯时间t01、辅路左转相位最小绿灯时间t03之和进行比较，若tsl≥t01+t03，则下一个周期主路左转方向红灯时间tr2=tsl，非红灯时间为t-tsl；若tsl<t01+t03，为不影响其他两个相位车辆的通行，下一个周期主路左转方向红灯时间tr2=t01+t03，非红灯时间为t-（t01+t03）。

情况三：辅路左转排队达上限。

红灯结束时，当gst<sst，gnt<snt，gsl<ssl，gwl≥swl，认为辅路左转排队达上限。

控制单元22对西左转方向达到排队上限时间twl与主路直行相位最小绿灯时间t01、主路左转相位最小绿灯时间t02之和进行比较，若twl≥t01+t02，则下一个周期辅路左转方向红灯时间tr3=twl，非红灯时间为t-twl；若twl<t01+t02，为不影响其他两个相位车辆的通行，下一个周期辅路左转方向红灯时间tr3=t01+t02，非红灯时间为t-（t01+t02）。

情况四：主路直行排队达上限。

红灯结束时，当gst≥sst、gnt<snt、gsl<ssl、gwl<swl或gst<sst、gnt≥snt、gsl<ssl、gwl<swl或gst≥sst、gnt≥snt、gsl<ssl、gwl<swl，出现以上三种情况的任意一种时，认为主路直行排队达上限。控制单元22对南直行方向达到排队上限时间tst与北直行方向达到排队上限时间tnt进行比较：

若tst≤tnt，则继续对南直行方向达到排队上限时间tst与主路左转相位最小绿灯时间t02、辅路左转相位最小绿灯时间t03之和进行比较，若tst≥t02+t03，则下一个周期主路直行方向红灯时间tr1=tst，非红灯时间为t-tst；若tst<t02+t03，为不影响其他两个相位车辆的通行，下一个周期主路直行方向红灯时间tr1=t02+t03，非红灯时间为t-（t02+t03）。

若tst>tnt，方法与上面类似，不再赘述。

步骤六：当第i周期各相位红灯信号结束时，控制单元22计算出截至到第i周期结束驶入南直行、北直行、南左转、西左转进口道总车次，以及截至到第i周期结束驶出南直行、北直行、南左转、西左转进口道总车次分别为：

mⁱst=m^i-1st+xst+zst，nⁱst=n^i-1st+yst，

mⁱnt=m^i-1nt+xnt+znt，nⁱnt=n^i-1nt+ynt，

mⁱsl=m^i-1sl+xsl+zsl，nⁱsl=n^i-1sl+ysl，

mⁱwl=m^i-1wl+xwl+zwl，nⁱwl=n^i-1wl+ywl。

步骤七：各相位进入下一周期，即第i+1周期，控制单元22重复步骤一至步骤六。