一种单交叉口交通信号优化控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种城市单交叉路口交通信号控制方法，属于一种基于自适应动态规 划的优化控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着计算机技术的发展和普及，以计算机为核心的城市交通信号控制系统得到了 迅速发展并在很多城市广泛应用。如SCOOT系统，SCATS系统等。这些系统在减少交通延 误和维护交叉路口的交通安全等方面起到了一定的作用。但这些系统除了造价高之外，还 存在一些缺点，如：没有实时交通模型，而是从既定方案中选择信号控制参数，限制了控制 参数的优化程度；选择相位差方案时，无车流实时信息反馈，可靠性低；无法检测到排队长 度，难以消除拥挤。
[0003] 具体地说，目前的路口交通信号控制方式是定时控制，其配时方案是根据以往的 交通情况，按统计规律预先设定信号周期和绿灯时间等参数，在整个运行过程中，参数始终 不变，而实际交通情况是不断变化的，往往与设计时不同，特别是当道路交通流量发生波动 时，出现城市交通拥挤、车辆受阻排队难以消除、车辆延误时间增大等现象。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有交通控制系统存在的问题，提出一种单交叉口交通信号 优化控制方法，它主要用于实现城市路网的统一调度和管理。相对于静态的定时控制方式， 本发明拟采用动态的车辆感应控制方式，以灵活适应交通流的随机变化，取得比定时控制 更出色的控制效果。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] -种单交叉口交通信号优化控制方法，其特征在于：
[0007] (1)建立一交通信号控制系统，包括主控板、车流量检测处理模块、输出驱动及绿 冲突检测模块；
[0008] (2)由车流量检测处理模块实时采集交叉路口各方向的车流量、排队长度信息，传 送给主控板；
[0009] (3)主控板根据实时计算出合适的配时方案，路口各方向的车流量、排队长度信 息，实时计算出合适的配时方案，发送到输出驱动及绿冲突检测模块；
[0010] (4)输出驱动及绿冲突检测模块根据配时方案控制信号灯的灯色变化。
[0011] 所述车流量检测与处理模块采用感应线圈或图像检测技术采集路口各方向的车 流量、排队长度信息。
[0012] 主控板通过通信模块将交叉路口各个方向的车流量信息实时传送到区域上位机， 由上位机根据区域内各路口车流量信息进行区域信号优化，并将各交叉路口的配时方案通 过通信网络下送到主控板，由主控板发送到输出驱动及绿冲突检测模块，实现区域内多个 交叉路口交通信号的实时协调优化控制。
[0013] 所述输出驱动及绿冲突检测模块包括CPU异常检测电路，过流过压保护电路，绿 异常检测电路和功率驱动锁存电路；功率驱动锁存电路实现输出信号的锁存以及信号控制 系统与信号灯的功率匹配。
[0014] 所述信号控制系统还包括一主控板模块热备份，主控板模块热备份预存信号灯控 制应急方案，当CPU出现故障不能工作或异常时，信号出现绿冲突现象或绿不一致现象，系 统出现过流或过压等现象时，主控板模块热备份就接管信号灯控制权，采用预先准备的应 急方案进行信号控制，从而保证系统安全运行。
[0015] 所述信号控制系统还包括一人机接口模块，实现对信号控制系统参数设定、控制 方式选择以及参数和控制方式的显示功能。
[0016] 相对于传统的定时控制方案，在不同的交通流状态下，本发明所采用的动态优化 控制方法能使控制周期内路口的总延误排队车辆数明显减少；另一方面，由于算法是在 CCS中编程实现的，可直接移植到DSP系统中，因此使得信号优化可以直接在路口信号机中 进行，从而提高了系统的实时性，增加了可靠性，更能适应交通流的动态变化。该控制方式 可以根据检测器送来的交通量信息，实时产生出对某种性能指标来说是最佳的配时方案， 自动调节各个参数（周期、绿信比、相位差等）。集成了这种控制方式的交通信号机将检测 到的交通数据实时地通过通信网络传至上位机，上位机根据路网上交通量的变化情况，不 断调整配时方案以达到最优控制。通过这种控制方式，上位机同时控制城市中某个区域内 的多个路口的信号机，实现区域中交叉口交通信号之间的统一协调管理，提高路网的运行 效率。
【附图说明】
[0017] 图1是交通信号控制系统总体结构原理图；
[0018] 图2是主控板结构图；
[0019] 图3是交通信号控制系统工作流程图。
【具体实施方式】
[0020] 本发明针对典型的城市多车道双向交通的交叉路口交通流分布，采用一种动态交 通流的优化控制方法，在DSP的开发环境CCS中实现算法，并将优化算法移植到DSP系统 中，实现单路口的自适应优化控制，采用高性能的浮点DSP作为系统核心处理器芯片，设计 了基于该芯片的主控板，其中各总线通信接口模块与主控板之间的通信接口设计按统一标 准。结合LonWorks总线通信模块，实现信号机各模块间以及与外部设备的数据通信；以 Neuron神经元芯片为核心，采用现场总线拓扑结构进行组网，增强了稳定性和数据传输的 可靠性。运用LTE无线通信模块，实现主控板与上位控制机及图像采集模块、相邻路口信号 机间的数据传输。
[0021] 本发明首先提供一种交通信号控制系统，其结构如图1所示，主要由车流量检测 与处理模块、基于DSP的主控模块、主控模块热备份、人机接口及显示模块、输出驱动及绿 冲突检测模块等组成。整个系统实现原理为：通过感应线圈、图像检测等方法获得的车流量 信息发送给主控板，由主控板根据各个路口的排队长度等交通量信息实时计算出合适的配 时方案，实现交叉路口信号的实时控制；或者通过通信模块将交叉路口各个方向的车流量 信息实时传送到区域上位机，由上位机根据区域内各路口车流量信息进行区域信号优化， 并将各交叉路口的配时方案通过通信网络下送到主控板，由主控板执行信号配时方案，实 现区域内多个交叉路口交通信号的实时协调优化控制。为了提高系统的适用性，信号机内 部采用总线结构传输数据，避免了以往的信号机一旦成品就不能任意更改输出灯色数等弊 端。为方便调试与维护，路口信号机采用模块化结构。
[0022] 主控板模块是信号机的核心组成部分。采用高速处理芯片DSP作为中央处理单 元，主要实现的功能有根据路口车流量信息进行实时动态优化配时，控制灯色变化；实现与 上位机、图像采集模块及其他路口信号机的数据传输，以及对图像采集模块的初始化等等。
[0023] 车流量检测与处理模块为系统提供车流量信息。为了适应不同的需求，系统既预 留了感应线圈采集接口，又可使用图像检测技术，将所获得的交通量信息送给主控板模块， 以做信号决策之用。
[0024] 输出驱动及绿冲突检测模块是保证信号机系统在现场正常工作不可缺少的部分。 包括CPU异常检测电路，过流过压保护电路，绿异常检测电路和功率驱动锁存电路。功率驱 动锁存