一種智慧型主動式交通信號控制器及控制方法
【專利摘要】一種智慧型主動式交通信號控制器，涉及一種智能交通控制領(lǐng)域。它由CPU核心模塊，包括i.MX 6QuadPlus系列ARM Cortex?A9嵌入式多核處理器分別連接GPS信號接收模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)流量采集和數(shù)據(jù)IO模塊、可熱插拔信號輸出及故障黃閃器模塊、專用特勤模塊和PDA無線手持屏操作單元構(gòu)成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、線路簡化、性能穩(wěn)定、迅速精準(zhǔn)預(yù)測車流狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)定位擁堵點，將交通流控制在一個相對流暢的狀態(tài)，使控制區(qū)域呈現(xiàn)交通暢通有序狀態(tài)，為智能交通控制和管理領(lǐng)域提供高性價比且功能完善的智慧型主動式交通信號控制器。
【專利說明】
一種智慧型主動式交通信號控制器及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種智能交通控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，智能交通信號燈控制系統(tǒng)和智能交通管理技術(shù)領(lǐng)域?qū)χ悄芙煌ㄐ盘柨刂破鞯囊笤絹碓礁?，首先要求穩(wěn)定運行信號控制調(diào)度功能，包括定周期、單點自感應(yīng)、單點優(yōu)化、單點自適應(yīng);其次，可輸出觸發(fā)信號或通信數(shù)據(jù)驅(qū)動路口倒計時器;再有，能接收路口流量數(shù)據(jù)上傳至指揮中心服務(wù)器軟件，供其分析;最后，必須還能由指揮中心接管或路口交警進行勤務(wù)控制，并且能轉(zhuǎn)發(fā)誘導(dǎo)屏之誘導(dǎo)信息。凡此等等，目前的控制器都是基于路口流量進行被動處理相關(guān)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)自適應(yīng)控制交通流，達到事后控制的目的。然而，路口交通流狀態(tài)是一個實時動態(tài)的過程，隨著時間推移會有著不盡的狀態(tài)變化，一旦一個路口交通流發(fā)生改變，立即會引起連鎖反應(yīng)，直接導(dǎo)致關(guān)聯(lián)路口迅速出現(xiàn)流量變化，如果不及時預(yù)測并作預(yù)處理，很快會形成某區(qū)域或整個城區(qū)大面積擁塞，從而致使相關(guān)區(qū)域交通癱瘓。
[0003]由于存在此類問題，行業(yè)內(nèi)諸多廠家和研究工作者開始思考路口路口擁堵成因，研究路口車流疏導(dǎo)理論，尋求解決路口擁堵的方法。1.基于誘導(dǎo)理論的解決方案，如，公布號CN104778845A所提及的《多相位跳變和車輛全動態(tài)誘導(dǎo)交通控制方法》從誘導(dǎo)角度予以闡述并試著緩解路口擁堵問題，該方法僅僅適應(yīng)于當(dāng)前控制路口對應(yīng)路段的交通流疏導(dǎo)，并且必須在流量中度或輕度擁堵時有效；2.基于本地路口疏導(dǎo)的控制系統(tǒng)，如，公布號CN104933876A的《一種自適應(yīng)智慧城市智能交通信號的控制方法》該控制方法只要基于本地路口疏導(dǎo)來達到道路疏通的目的，該方法可以解決部分車流量比較小的路口的問題，而目前存在的問題是在大部分時間段內(nèi)路口流量都非常大，無法通過直接調(diào)整當(dāng)前路口的流量達到疏導(dǎo)的目的；3.基于協(xié)同的事后控制系統(tǒng)，如，公布號CN104064040A《一種具有協(xié)同疏導(dǎo)功能的交通信號控制器》，該發(fā)明本發(fā)明提供一種具有協(xié)同疏導(dǎo)功能的交通信號控制機，其特征在于:在每個路口設(shè)置信號機，多個路口的信號機通過無線通信接口與公用無線網(wǎng)的連接而相互之間通信連接，使在城市路網(wǎng)關(guān)聯(lián)性強的子區(qū)內(nèi)，當(dāng)關(guān)鍵路口發(fā)生交通擁塞時，能夠使周邊信號機協(xié)同控制路口紅綠燈顯示狀態(tài)而疏導(dǎo)交通，形成事后控制協(xié)同體系，能解決輕度擁堵狀態(tài)下交通擁塞的問題，如果嚴(yán)重擁堵，區(qū)域交通流直接進入死鎖狀態(tài)而導(dǎo)致無解;4.基于集中管理模式解決方案，其實并不現(xiàn)實，集中管理可以統(tǒng)籌規(guī)劃交通流，但是需要穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，龐大的機房，路口依然需要基于單片機或嵌入式系統(tǒng)前段控制設(shè)備，此方案成本這一環(huán)節(jié)可暫時不關(guān)注，然而隨著設(shè)備的增加，系統(tǒng)故障概率增加成為必然。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、線路簡化、性能穩(wěn)定、迅速精準(zhǔn)預(yù)測車流狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)定位擁堵點，將交通流控制在一個相對流暢的狀態(tài)，使控制區(qū)域呈現(xiàn)交通暢通有序狀態(tài)，為智能交通控制和管理領(lǐng)域提供高性價比且功能完善的智慧型主動式交通信號控制器。
[0005]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種智慧型主動式交通信號控制器，其主要技術(shù)特征是它由CPU核心模塊，包括1.MX 6QuadPlus系列ARM Cortex_A9嵌入式多核處理器分別連接GPS信號接收模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)流量采集和數(shù)據(jù)1模塊、可熱插拔信號輸出及故障黃閃器模塊、專用特勤模塊和PDA無線手持屏操作單元構(gòu)成；
所述的GPS信號接收模塊，GPS模塊是型號為SKG17芯片，它由SKG17芯片連接MAX3232接口構(gòu)成，MAX3232接口為RS232串行信號輸出接口芯片；
所述的數(shù)據(jù)通信模塊由W1-Fi數(shù)據(jù)傳輸模塊連接2個網(wǎng)絡(luò)通信接口、再連接3G、4G無線網(wǎng)絡(luò)模塊構(gòu)成，所述2個網(wǎng)絡(luò)通信接口，其中網(wǎng)絡(luò)模塊I采用低功耗LAN871 Oa網(wǎng)絡(luò)接口芯片用于接入W1-Fi數(shù)據(jù)傳輸模塊，該模塊選擇通用模塊，其傳輸勤務(wù)控制信號或交通誘導(dǎo)信號；網(wǎng)絡(luò)模塊2采用工業(yè)級AR8035-AL，板載標(biāo)準(zhǔn)RJ45網(wǎng)絡(luò)接口 10/100M/1000M自適應(yīng)，接入光線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或3G、4G無線網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，用于系統(tǒng)控制與視頻數(shù)據(jù)傳輸；
所述數(shù)據(jù)流量采集和數(shù)據(jù)1模塊，所述模塊有流量采集模組、CAN接口和1接口成;流量采集模組采用STM32F107處理器，支持網(wǎng)絡(luò)和RS485數(shù)據(jù)輸入，本系統(tǒng)支持最大12路視頻流量采集攝像機單元;CAN接口接收來自流量采集模組的數(shù)據(jù)傳輸至ARM Cortex-A9主處理器完成數(shù)據(jù)分析工作；1接口由兩部分組成主處理器的G1接口以及系統(tǒng)由GM8164擴展的端口一共64個1口，32個輸入端口和32個輸出端口，所有輸入端口均以EL817完成隔離以確保系統(tǒng)安全;32個輸出端口也通過光耦EL817將車輛有無信號輸出給TTL檢測端口作車流量數(shù)量統(tǒng)計和自感應(yīng)使用；
所述可熱插拔信號輸出及故障黃閃器模塊，該模塊信號輸出模塊可通過W1-Fi或Zigbee等無線通信模式擴展，它由芯片65HVD3082分別連接黃閃控制器、燈色輸出和倒計時信號模塊構(gòu)成；
所述專用特勤模塊和TOA無線手持屏操作單元，該單元PDA部分實現(xiàn)信號機參數(shù)，專用特勤模塊則負責(zé)通過433Mhz或315Mhz無線模塊接收簡易手持遙控信號實現(xiàn)路口勤務(wù)指揮功能。
[0006]—種智慧型主動式交通信號控制器的控制方法，首先構(gòu)建融合多種算法的城市交通流預(yù)測模型和流量分配控制模型，然后在控制模型的基礎(chǔ)上，發(fā)布前先輸入?yún)^(qū)域內(nèi)歷史流量信息進行訓(xùn)練，接著開啟路口流量實時輸入數(shù)據(jù)接口，連接區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，形成有機自主控制的信號控制與誘導(dǎo)發(fā)布體系，該體系預(yù)留有指揮中心控制接口，通信協(xié)議模塊支持模塊重載插入模式，兼容多種協(xié)議平臺，可與中心綜合平臺實現(xiàn)無縫對接。
[0007]控制方法具體控制步驟如下:
第一步:統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)包含的路段及路口，根據(jù)路口分布設(shè)置核心關(guān)鍵路口、邊緣關(guān)鍵路口和核心路段。其中，核心關(guān)鍵路口是區(qū)域中心位置，四個方向流量均比較大，周邊分布有醫(yī)院、商場或政府機關(guān)單位的路口；邊緣關(guān)鍵路口是指潮汐交通流明顯的入城交叉路口 ；核心路段是指交通流密集的路段。本發(fā)明涉及的信號機安裝到區(qū)域路口內(nèi)會自動收集流量信息，區(qū)分出核心關(guān)鍵路口、邊緣關(guān)鍵路口和核心路段。
[0008]第二步:輸入?yún)^(qū)域路段和路口過去12個月內(nèi)歷史機動車流量半小時、I小時統(tǒng)計流量，該部分可以采用歷史采集流量，也可以由安裝到區(qū)域內(nèi)的信號機自動收集；
第三步:分析歷史車流信息，據(jù)此劃分信號調(diào)度基礎(chǔ)時段，本部分由專利涉及信號機根據(jù)流量變化情況、車道占有率情況自動分析完成； 第四步:統(tǒng)計左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)歷史車流情況，分配各方向車道數(shù)，并根據(jù)右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)、直行車流量情況確定實施渠化方案，分配車道；
第五步:采用Webster算法計算基礎(chǔ)配時，綜合沖突點控制方法調(diào)整配時參數(shù)，最后形成路口寄出配時方案；
第六步:試運行獲取當(dāng)前實時流量，采用滑動時間窗時間序列預(yù)測方法，結(jié)合數(shù)據(jù)融合技術(shù)實現(xiàn)對下一個周期車流的預(yù)測；
第七步:根據(jù)預(yù)測模型生成的車流量數(shù)據(jù)，運用優(yōu)化粒子模型，采用調(diào)整粒子模型中學(xué)習(xí)因子的自適應(yīng)學(xué)習(xí)因子浮動算法，該算法采用自動控制理論的模糊算法實現(xiàn)學(xué)習(xí)因子的自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)配時信息的實時自動調(diào)整，從而達到本路段、本路口交通流疏導(dǎo)的目的。
[0009]第八步:將本路段、路口的數(shù)據(jù)流加以分析統(tǒng)計，將5分鐘、30分鐘、60分鐘車流量信息本路口信號機當(dāng)前運行綠信比或配時信息發(fā)送至關(guān)聯(lián)路口本發(fā)明涉及的信號機供其使用；同時接收其它關(guān)聯(lián)路口本發(fā)明涉及信號機發(fā)送過來的流量數(shù)據(jù)和燈態(tài)信息，適時微調(diào)本控制器的配時信息；如果遇到路口嚴(yán)重擁堵情況，實時調(diào)整相位放行方式，將進入擁堵區(qū)域的車流屏蔽在該區(qū)域之外；
第九步:將流量信息和路口、路段流量狀態(tài)、當(dāng)前路口剩余紅燈秒數(shù)和綠燈秒數(shù)發(fā)布至誘導(dǎo)系統(tǒng)供第三方平臺或APP軟件使用；
第十步:閑時路口信號自動優(yōu)化功能，一旦路口流量低于設(shè)定流量閾值，系統(tǒng)啟動定時器開始流量低超時倒計時，倒計時以周期計算，超過2個周期，系統(tǒng)自動進入低流量信號燈調(diào)度模式，路口實現(xiàn)自感應(yīng)模式，系統(tǒng)運行最小調(diào)度周期(一般設(shè)置為正常周期的1/2，周期約為60秒)，實現(xiàn)通過路口車輛等待時間縮短，減少因等候而增加的碳排放量。
[0010]第十一步:信號機接收路口車輛請求信息，分析判斷是自主處理還是匯報給指揮中心，自主處理則分析是何種請求，本系統(tǒng)中設(shè)置有白名單車輛(可以由指揮中心或允許的APP添加、修改和刪除)和緊急事件列表(火警、120急救、嚴(yán)重交通事故施救)，一旦檢測到該類車輛，信號機會放行對應(yīng)方向到的信號，讓特征車輛有序安全通過；
第十二步:繼續(xù)等待接收指揮中心的控制指令。
[0011]本發(fā)明將給客戶提供友好的用戶體驗，該裝置穩(wěn)定可靠，能夠高效獲取流量信息并加以分析供本裝置自主使用，同時可提供給關(guān)聯(lián)裝置作為信號調(diào)度參考。能實時反饋路口交通狀況或接收到定的請求給指揮中心，能提供給第三方平臺有效準(zhǔn)確的流量和信號剩余時間數(shù)據(jù)。該發(fā)明涉及的信號機相互之間協(xié)同工作，大大提高系統(tǒng)內(nèi)交通流量。整個系統(tǒng)將為交通部門節(jié)約警力，為社會綠色環(huán)保做出不俗的貢獻。該發(fā)明涉及的信號機及系統(tǒng)安裝調(diào)試操作便捷，方便用戶操作使用。
[0012]【附圖說明】:
圖1為智慧型主動式交通信號控制器裝置工作原理框圖；
圖2智慧型主動式交通信號控制器裝置結(jié)構(gòu)圖；
圖3為控制方法流程圖；
圖4本發(fā)明應(yīng)用拓撲結(jié)構(gòu)圖；
圖5硬件結(jié)構(gòu)；
圖6軟件結(jié)構(gòu)圖。
[0013]【具體實施方式】:
如圖1、圖2所示，本控制器采用可熱插拔模塊設(shè)計結(jié)構(gòu)，主芯片采用工業(yè)級多核ARMCortex-A9架構(gòu)，主頻可達800MHz，工業(yè)級溫寬，時間同步采用GPS+北斗雙模衛(wèi)星定位校時模塊，支持Wi_F1、3G或4G無線組網(wǎng)技術(shù)，獨有的帶認證無線遙控勤務(wù)控制子系統(tǒng)，顯示操作PDA支持5吋/7吋工業(yè)級電容觸摸屏;本控制器支持LED大屏誘導(dǎo)信息輸出，交通流信息發(fā)布接口，交通事故采集回報接口，電子警察、監(jiān)控聯(lián)動接口；交通流數(shù)據(jù)采集接口 ；預(yù)留電子警察管理單元接口。控制方法涉及一種主動式流量控制與誘導(dǎo)模型，該模型包括以下功能模塊:區(qū)域內(nèi)飽和交通流參數(shù)采集模塊、歷史流量收集與分析模塊、實時流量采集模塊、交通流預(yù)測模塊、路口自協(xié)同模塊、誘導(dǎo)信息發(fā)布模塊、交通狀態(tài)匯報模塊、實時指令接收模塊、網(wǎng)絡(luò)安全檢測與處理模塊、系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)度模塊和信號控制器基礎(chǔ)功能模塊。
[0014]圖2中各模塊結(jié)構(gòu)和功能描述
I為GPS信號接收模塊，SKG17是GPS模塊，MAX3232為RS232串行信號輸出接口芯片。
[0015]2為數(shù)據(jù)通信模塊，本控制器設(shè)置有2個網(wǎng)絡(luò)通信接口，網(wǎng)絡(luò)模塊I采用低功耗LAN8710a網(wǎng)絡(luò)接口芯片用于接入W1-Fi數(shù)據(jù)傳輸模塊，該模塊選擇通用模塊，其傳輸勤務(wù)控制信號或交通誘導(dǎo)信號；網(wǎng)絡(luò)模塊2采用工業(yè)級AR8035-AL，板載標(biāo)準(zhǔn)RJ45網(wǎng)絡(luò)接口 10/10M/ 1000M自適應(yīng)，接入光線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或3G、4G無線網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，用于系統(tǒng)控制與視頻數(shù)據(jù)傳輸。
[0016]3為數(shù)據(jù)流量采集和數(shù)據(jù)1模塊，該模塊有流量采集模組、CAN接口和1接口組成。流量采集模組采用STM32F107處理器，支持網(wǎng)絡(luò)和RS485數(shù)據(jù)輸入，本系統(tǒng)支持最大12路視頻流量采集攝像機單元;CAN接口接收來自流量采集模組的數(shù)據(jù)傳輸至ARM Cortex-A9主處理器完成數(shù)據(jù)分析等工作；1接口由兩部分組成主處理器的G1接口以及系統(tǒng)由GM8164擴展的端口一共64個1口，32個輸入端口和32個輸出端口，所有輸入端口均以EL817完成隔離以確保系統(tǒng)安全。32個輸出端口也通過光耦EL817將車輛有無信號輸出給TTL檢測端口作車流量數(shù)量統(tǒng)計和自感應(yīng)使用。
[0017]4為CPU核心模塊，包括1.MX 6QuadPlus系列ARM Cortex_A9嵌入式多核處理器，工業(yè)級溫寬，保證信號機系統(tǒng)的穩(wěn)定性;最多支持12個串行數(shù)據(jù)接口，其中4個RS485接口，8個RS232接口 ；支持帶觸摸屏8吋液晶屏，觸摸屏支持電容屏和電阻屏;支持I路CAN接口，該接口用于車流量數(shù)據(jù)采集模塊的接入;I路SD卡接口用于存儲信號機參數(shù)，支持熱插拔更新信號方案數(shù)據(jù)。
[0018]5為可熱插拔信號輸出及故障黃閃器模塊，該模塊信號輸出模塊可通過W 1-F i或Zigbee等無線通信模式擴展，本控制器信號燈色和倒計時信號默認支持W1-Fi模式傳輸，最遠距離超過200米。該模式無需增加任何復(fù)雜的控制模式，因為模塊自帶糾錯模塊，在無線信號失步的情況下，可設(shè)置為黃閃或繼續(xù)原有周期，持續(xù)故障超過3s自動進入黃閃模式。
[0019]6為專用特勤模塊和PDA無線手持屏操作單元，該單元PDA部分主要實現(xiàn)信號機參數(shù)，專用特勤模塊則負責(zé)通過433Mhz或315Mhz無線模塊接收簡易手持遙控信號實現(xiàn)路口勤務(wù)指揮功能。
[0020]本控制器實現(xiàn)智能主動地控制管控區(qū)域內(nèi)的交通流，包括先進的流量采集處理模塊、復(fù)合通信傳輸模塊、擴展系統(tǒng)接入模塊、誘導(dǎo)信息輸出模塊、主動分析綜合處理模塊、網(wǎng)絡(luò)安全處理模塊及信號機必備之信號燈控制、倒計時控制、可變車道控制功能模塊。[0021 ]本控制器將給客戶提供友好的用戶體驗，該裝置穩(wěn)定可靠，能夠高效獲取流量信息并加以分析供本裝置自主使用，同時可提供給關(guān)聯(lián)裝置作為信號調(diào)度參考。能實時反饋路口交通狀況或接收到定的請求給指揮中心，能提供給第三方平臺有效準(zhǔn)確的流量和信號剩余時間數(shù)據(jù)。該控制器涉及的信號機相互之間協(xié)同工作，大大提高系統(tǒng)內(nèi)交通流量。整個系統(tǒng)將為交通部門節(jié)約警力，為社會綠色環(huán)保做出不俗的貢獻。該發(fā)明涉及的信號機及系統(tǒng)安裝調(diào)試操作便捷，方便用戶操作使用。
[0022]如圖3所示，本專利涉及的控制方法其創(chuàng)新在于首先構(gòu)建融合多種算法的城市交通流預(yù)測模型和流量分配控制模型，然后在控制模型的基礎(chǔ)上，發(fā)布前先輸入?yún)^(qū)域內(nèi)歷史流量信息進行訓(xùn)練，接著開啟路口流量實時輸入數(shù)據(jù)接口，連接區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，形成有機自主控制的信號控制與誘導(dǎo)發(fā)布體系，該體系預(yù)留有指揮中心控制接口，通信協(xié)議模塊支持模塊重載插入模式，兼容多種協(xié)議平臺，可與中心綜合平臺實現(xiàn)無縫對接。
[0023]本發(fā)明專利涉及的城市交通流預(yù)測模型和流量分配控制模型，基于最近12個月歷史車流量、行人、非機動車流量信息，劃分時段，確定是否需要渠化車流，分配車道，計算基礎(chǔ)綠信比完成基礎(chǔ)配時;采用優(yōu)化短時交通流預(yù)測方法預(yù)測未來短時車流量情況，借鑒改進型粒子優(yōu)化算法等相關(guān)算法原理，創(chuàng)造性地融合上述各算法的優(yōu)勢，形成本發(fā)明中的預(yù)測與控制算法。具體路口實施、流量預(yù)測與交通信號控制過程如下:
I.統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)包含的路段及路口，根據(jù)路口分布設(shè)置核心關(guān)鍵路口、邊緣關(guān)鍵路口和核心路段。其中，核心關(guān)鍵路口是區(qū)域中心位置，四個方向流量均比較大，周邊分布有醫(yī)院、商場或政府機關(guān)單位的路口 ；邊緣關(guān)鍵路口是指潮汐交通流明顯的入城交叉路口；核心路段是指交通流密集的路段。本發(fā)明涉及的信號機安裝到區(qū)域路口內(nèi)會自動收集流量信息，區(qū)分出核心關(guān)鍵路口、邊緣關(guān)鍵路口和核心路段。
[0024]2.輸入?yún)^(qū)域路段和路口過去12個月內(nèi)歷史機動車流量半小時、I小時統(tǒng)計流量，該部分可以采用歷史采集流量，也可以由安裝到區(qū)域內(nèi)的信號機自動收集；
3.分析歷史車流信息，據(jù)此劃分信號調(diào)度基礎(chǔ)時段，本部分由專利涉及信號機根據(jù)流量變化情況、車道占有率情況自動分析完成；
4.統(tǒng)計左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)歷史車流情況，分配各方向車道數(shù)，并根據(jù)右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)、直行車流量情況確定實施渠化方案，分配車道；
5.采用Webster算法計算基礎(chǔ)配時，綜合沖突點控制方法調(diào)整配時參數(shù)，最后形成路口寄出配時方案；
6.試運行獲取當(dāng)前實時流量，采用滑動時間窗時間序列預(yù)測方法，結(jié)合數(shù)據(jù)融合技術(shù)實現(xiàn)對下一個周期車流的預(yù)測；
7.根據(jù)預(yù)測模型生成的車流量數(shù)據(jù)，運用優(yōu)化粒子模型，采用調(diào)整粒子模型中學(xué)習(xí)因子的自適應(yīng)學(xué)習(xí)因子浮動算法，該算法采用自動控制理論的模糊算法實現(xiàn)學(xué)習(xí)因子的自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)配時信息的實時自動調(diào)整，從而達到本路段、本路口交通流疏導(dǎo)的目的。
[0025]8.將本路段、路口的數(shù)據(jù)流加以分析統(tǒng)計，將5分鐘、30分鐘、60分鐘車流量信息本路口信號機當(dāng)前運行綠信比或配時信息發(fā)送至關(guān)聯(lián)路口本發(fā)明涉及的信號機供其使用；同時接收其它關(guān)聯(lián)路口本發(fā)明涉及信號機發(fā)送過來的流量數(shù)據(jù)和燈態(tài)信息，適時微調(diào)本控制器的配時信息;如果遇到路口嚴(yán)重擁堵情況，實時調(diào)整相位放行方式，將進入擁堵區(qū)域的車流屏蔽在該區(qū)域之外； 9.將流量信息和路口、路段流量狀態(tài)、當(dāng)前路口剩余紅燈秒數(shù)和綠燈秒數(shù)發(fā)布至誘導(dǎo)系統(tǒng)供第三方平臺或APP軟件使用；
10.閑時路口信號自動優(yōu)化功能，一旦路口流量低于設(shè)定流量閾值，系統(tǒng)啟動定時器開始流量低超時倒計時，倒計時以周期計算，超過2個周期，系統(tǒng)自動進入低流量信號燈調(diào)度模式，路口實現(xiàn)自感應(yīng)模式，系統(tǒng)運行最小調(diào)度周期(一般設(shè)置為正常周期的1/2，周期約為60秒)，實現(xiàn)通過路口車輛等待時間縮短，減少因等候而增加的碳排放量。
[0026]11.信號機接收路口車輛請求信息，分析判斷是自主處理還是匯報給指揮中心，自主處理則分析是何種請求，本系統(tǒng)中設(shè)置有白名單車輛(可以由指揮中心或允許的APP添加、修改和刪除)和緊急事件列表(火警、120急救、嚴(yán)重交通事故施救)，一旦檢測到該類車輛，信號機會放行對應(yīng)方向到的信號，讓特征車輛有序安全通過；
繼續(xù)等待接收指揮中心的控制指令。
[0027]本專利涉及的控制方法可實現(xiàn)如下功能:
1.主動式區(qū)域流量跟蹤與發(fā)布
2.主動式路口信號控制調(diào)整與上報
3.出入城擁塞分析與疏導(dǎo)
4.主動路口狀態(tài)發(fā)布
5.主動獲取路口車輛需求
6.路口燈態(tài)調(diào)度閑時優(yōu)化
如圖4所示，本發(fā)明專利應(yīng)用由城市智能交通信號控制與交通誘導(dǎo)系統(tǒng)，系統(tǒng)由指揮中心、誘導(dǎo)信息發(fā)布APP接口、本發(fā)明控制器三部分組成。指揮中心通過光纖網(wǎng)絡(luò)W1-Fi/3G/4G網(wǎng)絡(luò)與本智慧型主動式交通信號控制器聯(lián)系，由于本發(fā)明涉及的控制器是個相對獨立的主體，區(qū)域內(nèi)關(guān)聯(lián)定的控制器之間會相互交流機動車流量、行人流量數(shù)據(jù)而實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)交通流動態(tài)平衡;本發(fā)明所涉及信號控制器會主動發(fā)送誘導(dǎo)信息給誘導(dǎo)接口，也可以接收來自誘導(dǎo)APP接口的信息查詢;誘導(dǎo)信息根據(jù)區(qū)域內(nèi)路段和路口交通流信息實時更新，給駕駛員和交通管理部門提供有效的、符合預(yù)期需求的誘導(dǎo)提示和決策數(shù)據(jù)。控制器自帶顯示器上也會顯示對應(yīng)的擁堵/暢通等信息。本系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于在接收指揮中心控制的同時充分發(fā)揮本發(fā)明智慧型主動式交通信號控制器的主動式特征，自動完成區(qū)域內(nèi)交通流自愈功能，協(xié)調(diào)各路段、各路口的交通流疏導(dǎo)；信號機擁有基于W1-Fi的數(shù)據(jù)采集接口獲取經(jīng)過車輛APP請求;主動連接交通誘導(dǎo)接口平臺上報路口狀態(tài);推送路口狀態(tài)信息至交通誘導(dǎo)信息APP接口和指揮中心;支持特殊勤務(wù)任務(wù)時，警務(wù)車輛信息上報功能。
[0028]如圖5、圖6，系統(tǒng)調(diào)度模塊，負責(zé)系統(tǒng)各模塊的協(xié)同工作，合理調(diào)配系統(tǒng)資源。
[0029]數(shù)據(jù)傳輸，通過RJ-45和RS-232數(shù)據(jù)接口，采用光纖網(wǎng)絡(luò)/3G/4G通信模塊修改系統(tǒng)參數(shù)或上傳下達指揮中心的相關(guān)指令。
[0030]GPS信息處理模塊，獲取GPS相關(guān)信息，提取本裝置需要的時間相關(guān)信息。
[0031]流量采集與預(yù)處理模塊，由視頻車流量服務(wù)器、微波車流量檢測器、地磁感應(yīng)車流量檢測器輸出的車流量數(shù)據(jù)信息，通過RS-485串行接口或RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口接入車流量檢測服務(wù)模塊經(jīng)過CAN總線傳輸至主處理器ARM Cortex-AQ嵌入式多核處理器進行預(yù)處理。
[0032]系統(tǒng)配置模塊，配置信號控制器基本信息，一般包網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、串行通信接口參數(shù)、系統(tǒng)信號輸出板參數(shù)、倒計時器參數(shù)、時段基本信息等等。
[0033]流量分析與預(yù)測，根據(jù)歷史流量和當(dāng)前流量預(yù)測未來短時交通流信息提供給主動式信號協(xié)調(diào)與控制模塊。
[0034]主動式信號協(xié)調(diào)與控制，接收來自流量分析預(yù)測模塊提供的信息，根據(jù)系統(tǒng)基本設(shè)置參數(shù)按照主動式控制算法自動協(xié)調(diào)和控制交通信息。
[0035]誘導(dǎo)信息處理與輸出，根據(jù)流量分析與預(yù)測模塊及協(xié)調(diào)與控制模塊提供的數(shù)據(jù)信息，生成路口誘導(dǎo)信息輸出至本公司專用LED大屏、可變車道控制模塊和待轉(zhuǎn)區(qū)控制模塊。
[0036]路口車流和信號狀態(tài)反饋，根據(jù)流量分析與預(yù)測模塊及協(xié)調(diào)與控制模塊提供的數(shù)據(jù)信息，合成路口路段車流量、信號狀態(tài)反饋給指揮中心或第三方APP接口軟件。
[0037]路口勤務(wù)或特殊車輛請求服務(wù)，接收路口勤務(wù)指令、指揮中心指令，本發(fā)明關(guān)鍵可接收路口特種車輛APP特服請求，調(diào)度當(dāng)前路口信號燈指示狀態(tài)并將狀態(tài)提交給路口車流和信號狀態(tài)反饋模塊供指揮中心或第三方APP軟件使用。
【主權(quán)項】
1.一種智慧型主動式交通信號控制器，其特征在于它由CPU核心模塊，包括1.MX6QuadPlus系列ARM CorteX-A9嵌入式多核處理器分別連接GPS信號接收模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)流量采集和數(shù)據(jù)1模塊、可熱插拔信號輸出及故障黃閃器模塊、專用特勤模塊和PDA無線手持屏操作單元構(gòu)成。2.如權(quán)利要求1所述的一種智慧型主動式交通信號控制器，其特征在于所述的GPS信號接收模塊，GPS模塊是型號為SKG17芯片，它由SKG17芯片連接MAX3232接口構(gòu)成，MAX3232接口為RS232串行信號輸出接口芯片。3.如權(quán)利要求1所述的一種智慧型主動式交通信號控制器，其特征在于所述的數(shù)據(jù)通信模塊由W1-Fi數(shù)據(jù)傳輸模塊連接2個網(wǎng)絡(luò)通信接口、再連接3G、4G無線網(wǎng)絡(luò)模塊構(gòu)成，所述2個網(wǎng)絡(luò)通信接口，其中網(wǎng)絡(luò)模塊I采用低功耗LAN8710a網(wǎng)絡(luò)接口芯片用于接入W1-Fi數(shù)據(jù)傳輸模塊，該模塊選擇通用模塊，其傳輸勤務(wù)控制信號或交通誘導(dǎo)信號；網(wǎng)絡(luò)模塊2采用工業(yè)級AR8035-AL，板載標(biāo)準(zhǔn)RJ45網(wǎng)絡(luò)接口 10/100M/1000M自適應(yīng)，接入光線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或3G、4G無線網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，用于系統(tǒng)控制與視頻數(shù)據(jù)傳輸。4.如權(quán)利要求1所述的一種智慧型主動式交通信號控制器，其特征在于所述數(shù)據(jù)流量采集和數(shù)據(jù)1模塊，所述模塊有流量采集模組、CAN接口和1接口成；流量采集模組采用STM32F107處理器，支持網(wǎng)絡(luò)和RS485數(shù)據(jù)輸入，本系統(tǒng)支持最大12路視頻流量采集攝像機單元;CAN接口接收來自流量采集模組的數(shù)據(jù)傳輸至ARM Cortex-AQ主處理器完成數(shù)據(jù)分析工作；1接口由兩部分組成主處理器的G1接口以及系統(tǒng)由GM8164擴展的端口一共64個1口，32個輸入端口和32個輸出端口，所有輸入端口均以EL817完成隔離以確保系統(tǒng)安全;32個輸出端口也通過光耦EL817將車輛有無信號輸出給TTL檢測端口作車流量數(shù)量統(tǒng)計和自感應(yīng)使用。5.如權(quán)利要求1所述的一種智慧型主動式交通信號控制器，其特征在于所述可熱插拔信號輸出及故障黃閃器模塊，該模塊信號輸出模塊可通過W1-Fi或Zigbee等無線通信模式擴展，它由芯片65HVD3082分別連接黃閃控制器、燈色輸出和倒計時信號模塊構(gòu)成。6.如權(quán)利要求1所述的一種智慧型主動式交通信號控制器，其特征在于所述專用特勤模塊和TOA無線手持屏操作單元，該單元PDA部分實現(xiàn)信號機參數(shù)，專用特勤模塊則負責(zé)通過433Mhz或315Mhz無線模塊接收簡易手持遙控信號實現(xiàn)路口勤務(wù)指揮功能。7.如權(quán)利要求1所述的一種智慧型主動式交通信號控制器的控制方法，其特征在于本方法首先構(gòu)建融合多種算法的城市交通流預(yù)測模型和流量分配控制模型，然后在控制模型的基礎(chǔ)上，發(fā)布前先輸入?yún)^(qū)域內(nèi)歷史流量信息進行訓(xùn)練，接著開啟路口流量實時輸入數(shù)據(jù)接口，連接區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，形成有機自主控制的信號控制與誘導(dǎo)發(fā)布體系，該體系預(yù)留有指揮中心控制接口，通信協(xié)議模塊支持模塊重載插入模式，兼容多種協(xié)議平臺，可與中心綜合平臺實現(xiàn)無縫對接； 控制方法具體控制步驟如下: 第一步:統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)包含的路段及路口，根據(jù)路口分布設(shè)置核心關(guān)鍵路口、邊緣關(guān)鍵路口和核心路段;其中，核心關(guān)鍵路口是區(qū)域中心位置，四個方向流量均比較大，周邊分布有醫(yī)院、商場或政府機關(guān)單位的路口；邊緣關(guān)鍵路口是指潮汐交通流明顯的入城交叉路口 ；核心路段是指交通流密集的路段;本發(fā)明涉及的信號機安裝到區(qū)域路口內(nèi)會自動收集流量信息，區(qū)分出核心關(guān)鍵路口、邊緣關(guān)鍵路口和核心路段； 第二步:輸入?yún)^(qū)域路段和路口過去12個月內(nèi)歷史機動車流量半小時、I小時統(tǒng)計流量，該部分可以采用歷史采集流量，也可以由安裝到區(qū)域內(nèi)的信號機自動收集； 第三步:分析歷史車流信息，據(jù)此劃分信號調(diào)度基礎(chǔ)時段，本部分由專利涉及信號機根據(jù)流量變化情況、車道占有率情況自動分析完成； 第四步:統(tǒng)計左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)歷史車流情況，分配各方向車道數(shù)，并根據(jù)右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)、直行車流量情況確定實施渠化方案，分配車道； 第五步:采用Webster算法計算基礎(chǔ)配時，綜合沖突點控制方法調(diào)整配時參數(shù)，最后形成路口寄出配時方案； 第六步:試運行獲取當(dāng)前實時流量，采用滑動時間窗時間序列預(yù)測方法，結(jié)合數(shù)據(jù)融合技術(shù)實現(xiàn)對下一個周期車流的預(yù)測； 第七步:根據(jù)預(yù)測模型生成的車流量數(shù)據(jù)，運用優(yōu)化粒子模型，采用調(diào)整粒子模型中學(xué)習(xí)因子的自適應(yīng)學(xué)習(xí)因子浮動算法，該算法采用自動控制理論的模糊算法實現(xiàn)學(xué)習(xí)因子的自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)配時信息的實時自動調(diào)整，從而達到本路段、本路口交通流疏導(dǎo)的目的； 第八步:將本路段、路口的數(shù)據(jù)流加以分析統(tǒng)計，將5分鐘、30分鐘、60分鐘車流量信息本路口信號機當(dāng)前運行綠信比或配時信息發(fā)送至關(guān)聯(lián)路口本發(fā)明涉及的信號機供其使用；同時接收其它關(guān)聯(lián)路口本發(fā)明涉及信號機發(fā)送過來的流量數(shù)據(jù)和燈態(tài)信息，適時微調(diào)本控制器的配時信息；如果遇到路口嚴(yán)重擁堵情況，實時調(diào)整相位放行方式，將進入擁堵區(qū)域的車流屏蔽在該區(qū)域之外； 第九步:將流量信息和路口、路段流量狀態(tài)、當(dāng)前路口剩余紅燈秒數(shù)和綠燈秒數(shù)發(fā)布至誘導(dǎo)系統(tǒng)供第三方平臺或APP軟件使用； 第十步:閑時路口信號自動優(yōu)化功能，一旦路口流量低于設(shè)定流量閾值，系統(tǒng)啟動定時器開始流量低超時倒計時，倒計時以周期計算，超過2個周期，系統(tǒng)自動進入低流量信號燈調(diào)度模式，路口實現(xiàn)自感應(yīng)模式，系統(tǒng)運行最小調(diào)度周期(一般設(shè)置為正常周期的1/2，周期約為60秒)，實現(xiàn)通過路口車輛等待時間縮短，減少因等候而增加的碳排放量； 第十一步:信號機接收路口車輛請求信息，分析判斷是自主處理還是匯報給指揮中心，自主處理則分析是何種請求，本系統(tǒng)中設(shè)置有白名單車輛(可以由指揮中心或允許的APP添加、修改和刪除)和緊急事件列表(火警、120急救、嚴(yán)重交通事故施救)，一旦檢測到該類車輛，信號機會放行對應(yīng)方向到的信號，讓特征車輛有序安全通過； 第十二步:繼續(xù)等待接收指揮中心的控制指令。
【文檔編號】G08G1/01GK106056934SQ201610633191
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月4日 公開號201610633191.4, CN 106056934 A, CN 106056934A, CN 201610633191, CN-A-106056934, CN106056934 A, CN106056934A, CN201610633191, CN201610633191.4
【發(fā)明人】文建斌
【申請人】杭州普樂科技有限公司