专利名称：：无相位约束的交叉口信号灯智能控制器的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种交叉口信号灯智能控制器，尤其涉及一种无相位约束的交叉口信号灯智能控制器。
背景技术：
：交叉口信号灯控制是解决城市交通堵塞和冲突的主要手段，现有的受相位约束交叉口信号灯控制器不论是实现配时控制，还是实现自适应感应智能控制均受到相位概念的约束，即在同一相位内信号灯的绿灯开始及结束时刻必须保持一致，因此在冲突信号灯的信号转换期间都有绿灯损失。另外，采用面向相位控制方法的信号灯绿灯长度的确定是根据此信号灯所在的相位中具有最大交通量的那个信号灯所需的绿灯长来确定的，这样不少信号灯会有多余的绿灯。采用相位控制方法的相容信号灯的组合必须用相位的方式事先定义,而且相位数量受到控制器的限制,这使得这种控制方式呆板，不灵活。所以，这种受相位概念约束的控制器对交叉口的控制效果不佳。
实用新型内容本实用新型的目的是针对已有技术中问题，提供一种无相位约束的交叉口信号灯智能控制器，它用间隔绿约束代替了相位约束，使信号灯控制器在遵守间隔绿约束的原则下实现各信号灯的分离控制，可实现交叉口各信号灯绿灯时区的合理设计，提高交叉口的通行效率。为实现上述目的，本实用新型的解决方案如下它具有一个工业PC机，在该工业PC机中设有交叉口固定配时控制模块和交叉口智能控制模块，在该两个模块中均含有一个冲突信号灯的间隔绿检査程序，在工业PC机上还连有数据输入/输出卡、通讯卡，所述的通讯卡用于完成与交通控制中心的数据交换，在工业PC机中还设有时钟，用于为固定配时控制提供标准时间；它还具有多个感应器，用于为工业PC机提供车辆数、相邻车辆间的时间间距、车速、感应器占有时间长度的主要传感信息，该多个感应器由埋设在交叉口各方向路面下的感应线圈或交叉口的视频感应器构成，所述各感应器输出端与数据输入/输出卡相接；它还具有交叉口信号灯的驱动卡，该驱动卡的信号输入端和其信号灯检测输出端与数据输入/输出卡相接，驱动卡的信号输出端与交叉口的各信号灯相接。本实用新型进一步的改进方案如下在工业PC机上设有GPS校时模块，该校时模块用于完成工业PC机时钟的自动校时。本实用新型在控制器中采用了面向信号灯组的控制方法，冲突信号灯的信号转换仅受冲突信号灯间隔绿的约束，因此没有绿灯损失。另外信号灯的绿长是根据每个信号灯所具有的交通量来确定的，因此，根据这种方法所设计的信号灯配时更符合实际的交通量，没有绿灯浪费。本控制器相容信号灯的组合没有相位的约束，可以自由搭配。因此，本实用新型的控制方式非常灵活，无绿灯损失，无绿灯浪费，便于信号协调和公交优先，可以实现各信号灯绿灯区间的合理设计，提高交叉口的通行效率。同时，各信号灯灯色转换的过渡阶段完全分离冲突车流，消除了不安全的隐患。图l、本实用新型的原理方框图。图2、驱动卡电路原理图之一。图3、驱动卡电路原理图之二。图4、实例1中十字交叉口的信号灯和通行方向示意图。图5、实例2中丁字路口的信号灯和通行方向示意图。具体实施方式参见图l,本控制器具有一个工业PC机1，在工业PC机中设有交叉口固定配时控制模块和交叉口智能控制模块，在该两个程序模块中均含有一个冲突信号灯的间隔绿检査程序，在工业PC机中还设有时钟，为固定配时的控制提供准确的时间。所述的固定配时控制模块用于完成交叉口固定配时的控制，即控制器根据自身的时钟及预定的交叉口各信号灯的绿灯开始及结束时间(即根据间隔绿的约束而设计的交叉口各信号灯的固定配时参数)发出信号灯灯色变化指令，并且在发出灯色变化指令之前，对各信号灯的绿灯开始时间进行冲突信号灯的间隔绿检查，当该信号灯的绿灯开始时间符合冲突信号灯的间隔绿时间后，方可发出信号灯灯色变化的指令；在该固定配时控制模块中还设有多种工作模式配时模块，如上、下班模式、白天模式、夜间模式，并可根据上级计算机的指令切换其工作模式。所述交叉口智能控制模块用于完成根据间隔绿约束而设计的交叉口各信号灯的智能控制，即控制器根据感应器给出的车辆检测信息发出灯色变化指令，在发出信号灯灯色变化指令之前，先进行冲突信号灯的间隔绿检查，合格后，再发出灯色变化指令。在工业PC机1上还设有通讯卡2,该通讯卡2采用现有与工业PC机配套的通讯卡，并且它们之间连接为固定插卡连接。所述的通讯卡用于完成工业PC机与交通控制中心的数据交换，交通控制中心可以通过通讯卡接收本控制器工作信息，如信号灯状态及感应器状态，由此可知信号控制器工作是否正常，交通控制中心亦可通过通讯卡向控制器发送其工作模式指令，例如上、下班模式、白天模式、夜间模式等，使本控制器按照该指令切换工作模式。在工业PC机1上还设有一个输入/输出卡3，它用于完成工业PC机与感应器和驱动卡的输入、输出连接。如果本控制器采用信号灯的智能控制，需设多个感应器4,该多个感应器4用于感应车辆数、相邻车辆间的时间间距，车速，感应器占有时间长度等主要感应信息，该多个感应器由埋设在交叉口路面下的感应线圈或各路口的视频感应器构成，所述各感应器的输出端与数据输入/输出卡3相接。感应器4输出的感应信号通过输入/输出卡3送入工业PC机1。本控制器还设有交叉口各信号灯的驱动卡5,所述的驱动卡的信号输入端及信号灯的检测输出端与数据输入/输出卡3相接，驱动卡5的信号输出端与交叉口各信号灯相接。工业PC机1发出的灯色变化指令通过输入/输出卡3送至驱动卡5，由驱动卡驱动信号灯变色。参见图l、2、3,所述的驱动卡5由各灯色信号灯的驱动电路组成，每个灯色的信号灯对应一个驱动电路，该驱动电路包括信号灯的控制回路和执行回路，所述信号灯的控制回路由光电隔离器51、比较器52、多路驱动器53和固态继电器54-1按信号传输次序依次连接构成，所述的执行回路由固态继电器开关54-2、二极管桥式整流电路55和信号灯6串联后与220V市电相接构成，在该执行回路的二极管桥式整流电路55中接入一个信号灯6的检测电路，该检测电路由检测回路和检测输出电路构成，检测回路主要由电阻分压器R9、RIO、光电隔离器57的发光二极管串联构成;检测输出电路由光电隔离器57中的光敏接收管和一个三极管开关58连接构成。当工业PC机发出灯色变色指令时，该指令信号通过光电隔离器51进入比较器52,比较器52将该信号与基准电平比较，当信号大于基准电平时，则比较器52输出有效信号，该有效信号送入多路驱动器53，通过驱动，一路使对应的二极管指示灯59亮，另一路送给固态继电器54-l，使其开关54-2接通，则信号灯6亮；如果信号灯6的LED发光二极管烧坏而断开，则执行回路断开，这时，检测回路的光隔57截止，则三极管开关58截止，检测信号端输出高电平；当信号灯6正常接通时，检测信号端输出低电平。该检测信号送回至输入/输出卡3，并通过输入顺出卡3送回工业PC机1，工业PC机根据要求控制各组信号灯黄闪，并可通过通讯卡2报告给交通控制中心，交通控制中心尽快派人修理。实例l参见图4，以《城市道路交通设计指南》(杨晓光著，ISBN7-114-04689-8)中P171页信号交叉口设计过程中的一个示例为例，图中V1V12是车辆信号灯，P13P16是人行信号灯，实线箭头标示车辆通行方向，虚线箭头标示人行通行方向。上述交叉口信号灯冲突的间隔绿时间如表1所示表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表1中"."表示两信号灯不冲突，"数字"表示两信号灯冲突间隔绿的最小时间，"X"为无用格。如表中信号灯VI所在的行与信号灯V5所在的列的相交值为3，该数字即是信号灯VI绿灯结束时刻与信号灯V5的绿灯开始时刻最小绿间隔的时间值(3秒)。满足间隔绿要求信号灯的绿灯区间是保证冲突车流不发生碰撞的必要条件，本控制器在发出信号灯变色指令之前，必须通过间隔绿检查，即必须满足两个冲突信号灯最小间隔绿的时间值，从而彻底消除不安全隐患。本实用新型用计算机仿真模拟实验，针对上述交叉口分别对已有相位约束控制器和本控制器进行了仿真模拟实验，其结果如下1、已有相位约束控制器在一个通行周期内的控制结果如表2所示:表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>2、本控制器在一个通行时间内的控制结果如表3所示:表3上述表2、3中的灰条代表在120秒的通行周期内各信号灯的绿灯时间。将表2和表3中各信号灯的绿灯时间进行对比，显然，表3各信号灯的绿灯时间比表2增加很多。根据表3，其同一相位信号灯的绿灯开始及结束时刻不需要保持一致，可根据每个信号灯所对应的交通量大小，各信号灯的绿灯开始及结束时刻的绿灯区间可以合理确定，本实用新型贯穿了无相位约束的设计理念，实现了各信号绿灯区间的分离控制，故它的使用可以明显提高交叉口的通行效率。实例2参见图5,—个T型交叉口是由一条东西主干道和一条北侧支路相交构成的，具有6个信号灯，其智能信号设计的控制方案是北侧支路仅在车辆到来时信号灯才由红变绿。控制器根据感应器信息确定北侧支路车辆是否到来，并通过冲突的间隔绿检查合格后，发出信号灯灯色变化指令。灯色变化指令通过输出卡到达驱动卡，驱动卡根据收到的灯色变化指令开、关相应的信号灯。本例与已有相位控制器的区别在于在北支路车辆到来时，本控制器发出信号灯灯色变化指令可以仅针对车辆到来对应的信号灯，而不是像相位控制器是针对车辆到来对应的信号灯所在相位的所有信号灯。例如北侧支路上仅有右转车辆到来时，仅发出东侧直行信号灯由绿变红的指令，西侧直行、左转及东侧右转信号灯仍是绿灯。而已有相位控制器，在北侧支路右转车辆到来时，东西主干道信号灯均由绿变红，西侧直行，左转及东侧右转车也受到阻碍。另外，控制器时间标准的一致对一条道路上多个路口的信号灯协调控制是必须的，因此，为使一条道路上各路口控制器的时间标准一致，在本控制器的工业PC上机设有GPS校时模块，该模块用于完成工业PC机时钟的自动校时。采用上述GPS校时可以保证时间的准确，当然，也可以无线遥控校表等其它方式，但都没有GPS校时方便和准确度高。权利要求1、一种无相位约束的交叉口信号灯智能控制器，其特征是1.1、它具有一个工业PC机(1)，在该工业PC机中设有交叉口固定配时控制模块和交叉口智能控制模块，在该两个模块中均含有一个冲突信号灯的间隔绿检查程序，在工业PC机上还连有数据输入/输出卡(3)、通讯卡(2)，所述的通讯卡用于完成与交通控制中心的数据交换，在工业PC机中还设有时钟，用于为固定配时控制提供标准时间；1.2、它还具有多个感应器(4)，用于为工业PC机提供车辆数、相邻车辆间的时间间距、车速、感应器占有时间长度的主要传感信息，该多个感应器由埋设在交叉口各方向路面下的感应线圈或交叉口的视频感应器构成，所述各感应器输出端与数据输入/输出卡(3)相接；1.3、它还具有交叉口信号灯的驱动卡(5)，该驱动卡的信号输入端和其信号灯检测输出端与数据输入/输出卡(3)相接，驱动卡的信号输出端与交叉口的各信号灯(6)相接。2、根据权利要求1所述的无相位约束的交叉口信号灯智能控制器，其特征是在工业PC机(1)上设有GPS校时模块，该校时模块用于完成工业PC机时钟的自动校时。专利摘要本实用新型涉及一种无相位约束的交叉口信号灯智能控制器。它具有一个工业PC机，在工业PC机中设有交叉口固定配时控制模块和交叉口智能控制模块，在该两个模块中均含有一个冲突信号灯的间隔绿检查程序，它还具有与工业PC机相接的多个感应器、交叉口信号灯的驱动卡、通讯卡等。本实用新型在控制器中使用了冲突信号灯的间隔绿检查，使每个信号灯的绿灯开始和结束时间只受冲突信号灯的间隔绿约束，而不受相位约束，各信号灯的绿灯控制是分离的，可实现交叉口各信号灯多种绿灯配时的设计方案，它为合理设计交叉口信号灯配时、信号协调、公交优先和提高交叉口的通行效率提供了一个必要的控制设备。文档编号H05B37/02GK201066943SQ20072003232公开日2008年5月28日申请日期2007年7月24日优先权日2007年7月24日发明者谭建安,谭建础申请人:西安智达交通科技有限公司