一种道路施工区单车道双向通行自适应信号灯控制系统的制作方法

本发明属于道路交通工程领域，更具体的说涉及一种道路施工区单车道双向通信自适应信号灯控制系统。

背景技术：

道路使用一段时间后需要维护或修补，维护或修补道路一般需要占用至少一个车道形成道路施工区。施工区一般需要采取保通措施，以保证车辆能够继续通行（特殊情况完全断交的除外）。但目前我国还有很多的双车道道路，一些2级路、景区专道、山区道路基本为双车道道路。双车道道路施工时，通常只有一个车道能通行。当施工区道路具有一定的距离，特别是山区或景区道路弯多、树多，或有山体遮挡，通常看不见对面是否有来车，这时需要指挥控制施工区两侧车辆交替通行。我国目前主要采用人工值守，通过对讲机及小旗指挥的控制方式。对于需要较长时间的施工区，这种方法基本不可采取。

人工值守的方式需要至少两人，分别在施工区两个端头24小时昼夜值守，通过对讲机联系，现场指挥。因为工作强度大，昼夜值守，需要换班。当施工时间比较长时，施工企业很难采用这种方法；

人工值守需要注意力集中，并且需要判断确定通过的最后一辆车。这种方式效率较低，容易出错，夜间值守人员还存在安全风险。

由于上述原因，很多双车道道路的维修都只能放弃采用一条通道的施工方案，从而影响道路的维护方案。

技术实现要素：

针对当前人工值守的缺点，开发了自适应信号灯控制系统。该信号灯系统用以解决山区或景区公路施工保通时，自动控制单车道双向通行的问题，且无需人员看守，节省人力、财力；该信号灯系统能实现自适应控制方式，对上下行交通流不均衡时，能延长交通流大的一侧的通行时间，减少交通流较小一侧的通行时间，因此能最大程度提高施工区的通行效率。

为了解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：所述的道路施工区单车道双向通行自适应信号灯控制系统由两个带有信息发射和接收模块的信号灯系统组成，分别安置在施工区两侧，两个信号灯之间通过无线方式进行双向通讯。

优选的，每个信号灯都带有统计经过车辆的计数模块，用于控制整个系统的控制模块；用于控制道路通行与否的红绿灯模块；用于施工道路两端信息传输的通信模块；用于提供稳压电源的稳压模块。

优选的，车辆计数器模块、红绿灯模块、通讯模都通过端口与单片机连接，控制模块有一个串口连接通讯模块，实现施工道路两侧信息的双向传输；红绿灯模块由红绿黄三色灯和驱动芯片组成；控制器通过io端口控制信号灯驱动模块，实现信号灯的变化。

优选的，所述的控制系统通过以下控制步骤实现：

步骤1.两个信号灯分别安置在施工区a、b两侧（分别简称a侧和b侧）；

步骤2.设定好a、b两侧正常放行时间、（初始时）和车辆到达最大许可时间（小于或）；

步骤3.两组信号灯连通后开始工作，a、b两个信号灯均为绿灯，道路任一侧（如a侧）一旦有车辆进入，另一侧（b侧）立即变为红灯，反之亦然；

步骤4.a侧放行车辆同时，记录车辆到达时间并统计该侧通过的车辆数，当该侧绿灯达到停止通行条件或结束正常放行时间时，a侧灯变为红色，停止放行，并将a放行的车辆数目通过无线通讯发送给b侧信号灯系统；

步骤5.在b侧处统计驶出施工区的车辆数，并与a侧放行车辆数进行对比，待施工区内车辆全部清空后，b侧灯变绿，放行b侧车辆。

优选的，所述的步骤2，实际绿灯时间是自适应可变的，由控制条件确定，具体控制方式如下：

1）比较a、b侧各自放行车辆数，调整正常放行（绿灯）时间或，当a侧通过的车辆明显多于b侧时，就增加a侧的绿灯时间，反之亦然；

2）当某侧在绿灯状态，后续到达车辆的时间超过车辆到达最大许可时间时，提前终止绿灯，变为红灯，并将通行权转到另一侧的灯控系统。

优选的，所述的通信模块为无线通信模块，控制模块为单片机，车辆计数器采用红外对光管作为传感器，当有遮挡状态发生改变时，红外对光管电平发生变化，并采用光电耦合模块实现电平转化，转换后信号直接和单片机io端口连接。

本发明有益效果：

1）该信号灯系统用以解决山区或景区公路施工保通时，自动控制单车道双向通行的问题，且无需人员看守，节省人力、财力；

2）该信号灯系统能实现自适应控制方式，对上下行交通流不均衡时，能延长交通流大的一侧的通行时间，减少交通流较小一侧的通行时间，因此能最大程度提高施工区的通行效率。

附图说明

图1为本发明信号灯系统；

图2为ab两侧信号灯安装方式；

图3为本发明电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图与实例对本发明作进一步详细说明，但所举实例不作为对本发明的限定。

如图1和3所示，红外对光管获取车辆到达信息，通过光点耦合模块接入单片机，单片机计算处理后，获取车辆到达时间和通过车辆数，运行控制算法，若达到变灯条件，给驱动模块发送指令，改变信号灯；同时将车辆信息通过无线通讯模块传送至另一侧灯控系统。12v电源8为红外对射管、信号灯模块提供电源，5v电源为光电耦合模块、单片机、驱动模块模块提供电源。

单片机是信号灯的信号灯的控制中心，车辆计数器模块、红绿灯模块、无线通讯模都通过端口与单片机连接，稳压模块提供稳定的电源。单片机有一个串口连接无线通讯模块，实现a、b侧信息的双向传输。车辆计数器采用红外对光管作为传感器。当有遮挡状态发生改变时，红外对光管电平发生变化，并采用光电耦合模块实现电平转化，转换后信号直接和单片机io端口连接。红绿灯模块，该模块由红绿黄三色灯和驱动芯片组成。单片机通过io端口控制信号灯驱动模块，实现信号灯的变化。

如图2所示，信号灯系统由两个带有信息发射和接收模块的信号灯系统组成，分别安置在施工区两侧，两个信号灯之间通过无线方式进行双向通讯。每个信号灯都带有统计经过车辆的计数模块，当有车辆经过时车辆计数模块会自动记录车辆到达的时间，并记录通过该断面的车辆数目。

本系统工作流程如下：设两个信号灯分别安置在施工区a、b两侧（分别简称a侧和b侧），预先设定a、b两侧绿灯正常放行时间分别为、（初始时）和车辆到达最大许可时间（小于或）。实际绿灯时间是自适应可变的，由控制条件确定。两组信号灯连通后开始工作，a、b两个信号灯均为绿灯。道路任一侧（如a侧）一旦有车辆进入，另一侧（b侧）立即变为红灯，反之亦然。a侧放行车辆同时，记录车辆到达时间并统计该侧通过的车辆数，当该侧绿灯达到停止通行条件或结束正常放行时间时，a侧灯变为红色，停止放行，并将a侧放行的车辆数目通过无线通讯发送给b侧灯。与此同时，在b侧处统计驶出施工区的车辆数，并与a侧放行车辆数进行对比，待施工区内车辆全部清空后，b侧灯变绿，放行b侧车辆。b侧工作原理与a侧相同，a、b侧循环实现施工区两侧车辆的交替通行。

a、b两侧红绿灯的改变是通过自适应控制模块来实现的，即a、b两端的通行时间不是固定均等分配的，而是根据施工区两端车流情况进行自动调整的。控制方式如下，1）比较a、b侧各自放行车辆数，调整正常放行（绿灯）时间或，当a侧通过的车辆明显多于b侧时，就增加a侧的绿灯时间为，反之亦然；2）当某侧在绿灯状态，后续到达车辆的时间超过设定的最大许可时间时，提前终止绿灯，变为红灯，并将通行权转到另一侧的灯控系统；其具体控制方式实现如下：

1.开始或施工路段车辆已清空且两侧无车a、b侧均为绿灯。

2．当a侧来车或接受b侧发送的变灯指令，根据b侧放行车辆清空后由红灯转为绿灯

1）b侧为红灯，

2）a侧开始放行并记录：

（1）第一辆进入的时间：，延时

（2）后续车辆进入时间：（=0,1,2,3…..）

后续车辆到达的等待时间：

（3）记录通过车辆数。

3）当大于a侧通行放行时间

（1）a侧变为红灯；

（2）向b侧发送变灯指令，同时发送a侧放行车辆数；

（3）比较a、b两侧放行的车辆数与的大小；

（4）若a侧车辆明显多于b侧车辆，则增加a侧放行时间，反之则减少；

（5）转第3条。

4）当车辆到达的最大许可时间。

（1）a侧变为红灯

（2）向b侧发送变灯指令，同时发送a侧放行车辆数

（3）转第3条

3．b侧接受a侧发送的控制指令，根据a侧放行车辆数，清空后由红灯转为绿灯，接下来的步骤与a侧相同。

该信号灯系统可以实现施工区单车道路的双向自动控制通行，无需投入人力值守。该信号灯系统采用自适应控制算法，当上下行交通流不均衡时，能延长交通流大的一侧的通行时间，减少交通流较小一侧的通行时间，因此能最大程度提高施工区的通行效率。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。