基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制系統(tǒng)與控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制系統(tǒng)及控制方法，屬于道路交通【技術領域】。該系統(tǒng)包括信號控制中心服務器，能夠通過物聯(lián)網(wǎng)實時從設置于各個路口的道路監(jiān)控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫服務器獲得相關道路的車輛信息與流量信息，從而能夠利用上述信息，通過本發(fā)明的方法確定當前車流通過相鄰兩個路口的速度及所需的時間，進而優(yōu)化綠波帶方向上各路口綠燈的開始時間和持續(xù)時間，使綠波帶的設置更為實時、準確，由此能更好地應對各種突發(fā)事件，大幅度提高道路通行效率，且本發(fā)明的基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制系統(tǒng)，其結構簡單，成本低廉，控制方法實施簡便，應用范圍也較為廣泛。
【專利說明】基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制系統(tǒng)與控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及道路交通【技術領域】，特別涉及交通信號控制【技術領域】，具體是指一種基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制系統(tǒng)與控制方法。
【背景技術】
[0002]交通問題是全球普遍關注的重要問題，目前已經(jīng)嚴重影響了人類社會經(jīng)濟的正常運行，采用最新的科學技術成果，提供各種能夠解決交通問題的“智能運輸系統(tǒng)”正在全球范圍迅速興起，為此，基于智能體(agent)和智能控制技術的信號控制方法已經(jīng)成為研究熱點之一O
[0003]馬躍峰用仿真數(shù)據(jù)進行了基于agent的區(qū)域信號控制系統(tǒng)的模擬，提出了基于mult1-agent的區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)(馬躍峰,基于mult1-agent的區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)的研究，山東師范大學，2006);承向軍等研究人員提出了一種交通信號自學習控制方法，將模糊理論和機器學習應用到交通信號控制過程中，提出了一種基于遺傳算法的單路口交通信號模糊控制方法。通過對到達車輛數(shù)目的模糊分類，將不同車輛數(shù)目到達情況下的信號控制決策方案以規(guī)則集的形式存儲在知識庫中，在交通信號控制過程中使用遺傳算法對規(guī)則集進行改進(承向軍、楊肇夏，一種交通信號自學習控制方法及仿真實現(xiàn)，系統(tǒng)仿真學報，2004(07))，并進一步提出了基于Q-學習的交通信號控制方法(承向軍、常歆識、楊肇夏，基于Q-學習的交通信號控制方法，系統(tǒng)工程理論與實踐，2006 (08))，常歆識等研究人員將Q-學習應用在城市交通控制中，用來解決單路口信號控制agent的自學習問題(常歆識、承向軍、劉軍，一種交通信號自學習控制方法，鐵路計算機應用，2006(02))。
[0004]交通流具有連續(xù)運動的特點，當一個交叉路口的各個方向交通流的隨機變化很大，特別是現(xiàn)代城市中突發(fā)事件比較多，無法預計交通流變化規(guī)律時，不可避免地出現(xiàn)了控制效率低下的結果。為了解決這個問題，人們發(fā)明了基于圖像檢測、線圈檢測等感應方式的交通信號機，以求準確地檢測出交叉路口各個方向的交通流情況，對信號機進行智能化的控制(李哲，基于圖像檢測的交通信號機技術研究，西北工業(yè)大學，2005 )。
[0005]智能聯(lián)網(wǎng)型信號機在城市已經(jīng)較為普及，如澳大利亞的SCATS (SydneyCoordinatedAdaptive Traffic System)區(qū)域自適應交通信號控制系統(tǒng)、英國的SCOOT(Split-Cycle-OffsetOptimization Technique)實時自適應交通信號控制系統(tǒng)(郭敏、毛斌，英國交通控制技術的應用，國外公路，1999，17(6):33-36);青島海信推出的HSC-100道路交通信號控制機以及上海寶康電子控制工程有限公司推出的GBS-2100系列智能交通信號控制系統(tǒng)等等，均能夠與中心主機聯(lián)網(wǎng)，接受中心的指令，與中心進行數(shù)據(jù)和信息交換；均可通過車輛檢測器實時優(yōu)化配時控制。以SCOOT系統(tǒng)為例，它對路網(wǎng)上各交叉口信號配時方案的檢驗和調(diào)整，每秒鐘都在進行，所以能對路網(wǎng)上交通狀況的任何一種變化趨勢做出迅速的反應。安裝有聯(lián)網(wǎng)可控信號機前端設備的路口，可以通過接收來自于信號控制中心服務器的指令，實時、安全地調(diào)整運行參數(shù)和運行相位(辛帥、金森元，交通信號機跳相位安全控制系統(tǒng)，實用新型專利，專利號:201120204889.7)。[0006]隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的智能終端設備在交通領域獲得了應用，并通過TCP/IP網(wǎng)絡等技術實現(xiàn)了互聯(lián)互通。例如目前廣泛應用在城市道路、高速公路上的電子警察、高清卡口、交通參數(shù)檢測器、交通事件檢測器、交通誘導屏、雷達測速儀等等，均可通過局域網(wǎng)等網(wǎng)絡連接到各個地區(qū)的中心機房，并且可以將大量的實時交通數(shù)據(jù)進行匯總、分析和挖掘，從而為實時交通信號優(yōu)化帶來了可能，也為綠波帶中信號機配時參數(shù)的自動計算提供了條件。
[0007]交通信號“綠波”控制是一項比較特殊的系統(tǒng)，這項系統(tǒng)一般被稱為“綠波帶”，是一種干線協(xié)調(diào)控制方式。城市交叉口信號綠波控制一般是指一條主干道中若干個連續(xù)交叉口交通信號間的協(xié)調(diào)控制，目的是使行駛在主干道協(xié)調(diào)控制的交叉口的車輛，可以不遇紅燈或者少遇紅燈而通過這個協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的各交叉口。從被控制的主干道路各交叉口的燈色來看，綠燈就像波浪一樣向前行而形成綠波，這種交通信號協(xié)調(diào)控制方式稱為“綠波帶”控制。有了“綠波帶”，那么其優(yōu)先保持暢通的車流，就可以“一路綠燈”地通過其道路控制區(qū)域，盡量減少路口的停留時間。
[0008]當然，“綠波帶”主要是為了保證某個方向上的交通流的暢通。在這一控制目的的影響下，現(xiàn)有的“綠波帶”控制方法仍然存在缺陷，最主要的問題是，其僅能夠根據(jù)預先設置的參數(shù)，如控制開始及結束時間和各個道口信號燈相位等，對干道各道口的信號機進行控制，形成一個預設方向的“綠波帶”，而無法根據(jù)實際的交通情況對“綠波帶”進行優(yōu)化。
[0009]具體而言，由于上述的“綠波帶”控制方法的方向性，其主要適用于高峰車流方向性明顯(潮汐式車流)的道路的控制中。在控制的同時，同一道路反方向的通行能力就會受到一定程度的制約。因此，如果在與預設的“綠波帶”方向的反方向出現(xiàn)預計之外的大量車流時，就可能加劇反方向道路的擁堵情況。再比如，當在“綠波帶”方向上發(fā)生突發(fā)事件或事故，產(chǎn)生堵點的情況下，整個“綠波帶”會出現(xiàn)堵點上游車速緩慢，而堵點下游車流量較小的現(xiàn)象，若仍然按照預設的“綠波帶”干道方向大車流的方法進行信號機控制，就會在下游產(chǎn)生很多多余的綠燈時間，使整體路網(wǎng)，特別是干道的周邊道路的通行效率下降。因此，如何實現(xiàn)對于“綠波帶”控制方法的實時優(yōu)化，使其能夠應對不同的交通情況，成為本【技術領域】中亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術中的缺點，提供一種根據(jù)來自于交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)(包括電子警察、高清卡口等)的實時交通數(shù)據(jù)，對“綠波帶”控制方法進行優(yōu)化，使其根據(jù)實際的車流情況對控制方法進行調(diào)整，優(yōu)化交通信號控制，使綠波帶的設置更為實時、準確，從而大幅度提高道路通行效率，且系統(tǒng)結構簡單，成本低廉，方法實施簡便，應用范圍較為廣泛的基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制系統(tǒng)與控制方法。
[0011]為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制系統(tǒng)具有如下構成:
[0012]該基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制系統(tǒng)包括:信號控制中心服務器、信號控制區(qū)域服務器、信號機前端設備和信號監(jiān)控Web服務器。其中:
[0013]信號控制中心服務器通過所述的物聯(lián)網(wǎng)從設置于各個路口的道路監(jiān)控系統(tǒng)獲得車輛信息，通過TCP/IP網(wǎng)絡從數(shù)據(jù)庫服務器獲得車輛信息與流量信息，并根據(jù)干道的車輛信息與流量信息產(chǎn)生干道交通信號實時相位信息；
[0014]信號控制區(qū)域服務器連接于所述的信號控制中心服務器，用于根據(jù)所述的實時相位信息對該信號控制區(qū)域服務器連接的信號機前端設備進行協(xié)調(diào)控制；
[0015]信號機前端設備包含信號機下位機和信號燈，信號機下位機連接所述的信號控制區(qū)域服務器，根據(jù)信號控制區(qū)域服務器的控制指令對路口的信號燈進行實時控制；
[0016]信號監(jiān)控Web服務器連接所述的信號控制中心服務器和信號控制區(qū)域服務器，并通過信號控制中心服務器和信號控制區(qū)域服務器來實時監(jiān)控所有信號機前端設備的運行狀態(tài)，并能夠獲得人工干預指令，對各個信號機前端設備進行參數(shù)配置和人工干預、優(yōu)化。
[0017]該基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制系統(tǒng)中，所述的道路監(jiān)控系統(tǒng)為高清卡口系統(tǒng)，所述的高清卡口系統(tǒng)包括設置于路口的車輛檢測器、攝像機和工控機，所述的車輛檢測器和攝像機連接所述的工控機，該工控機通過所述的物聯(lián)網(wǎng)連接所述的信號控制中心服務器和數(shù)據(jù)庫服務器。
[0018]該基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制系統(tǒng)中，所述的高清卡口系統(tǒng)為電子警察系統(tǒng)，該電子警察系統(tǒng)還包括設置于路口的線圈，所述的線圈也連接所述的工控機。
[0019]本發(fā)明還提供一種利用所述的系統(tǒng)實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制的方法，該方法包括以下步驟:
[0020](I)所述的信號控制中心服務器通過從數(shù)據(jù)庫服務器獲得的流量信息確定交通信號綠波帶控制的方向，并根據(jù)該方向上的信號控制路口的先后順序，將第一組兩個連續(xù)路口設定為當前控制路口 組；
[0021 ] ( 2 )所述的信號控制中心服務器從所述的數(shù)據(jù)庫服務器獲得車輛(C1)經(jīng)過所述的當前控制路口組的時間信息，并根據(jù)以下公式確定車輛通過所述的當前控制路口組的車速VC1:
【權利要求】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括: 信號控制中心服務器，通過所述的物聯(lián)網(wǎng)從設置于各個路口的道路監(jiān)控系統(tǒng)獲得車輛信息，通過TCP/IP網(wǎng)絡從數(shù)據(jù)庫服務器獲得車輛信息與流量信息，并根據(jù)干道的車輛信息與流量信息產(chǎn)生干道交通信號實時相位信息； 信號控制區(qū)域服務器，連接于所述的信號控制中心服務器，用于根據(jù)所述的實時相位信息對該信號控制區(qū)域服務器連接的信號機前端設備進行協(xié)調(diào)控制； 信號機前端設備，包含信號機下位機和信號燈，信號機下位機連接所述的信號控制區(qū)域服務器，根據(jù)信號控制區(qū)域服務器的控制指令對路口的信號燈進行實時控制； 信號監(jiān)控Web服務器，連接所述的信號控制中心服務器和信號控制區(qū)域服務器，并通過信號控制中心服務器和信號控制區(qū)域服務器來實時監(jiān)控所有信號機前端設備的運行狀態(tài)，并能夠獲得人工干預指令，對各個信號機前端設備進行參數(shù)配置和人工干預、優(yōu)化。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的道路監(jiān)控系統(tǒng)為高清卡口系統(tǒng)，所述的高清卡口系統(tǒng)包括設置于路口的車輛檢測器、攝像機和工控機，所述的車輛檢測器和攝像機連接所述的工控機，該工控機通過所述的物聯(lián)網(wǎng)連接所述的信號控制中心服務器和數(shù)據(jù)庫服務器。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的高清卡口系統(tǒng)為電子警察系統(tǒng)，該電子警察系統(tǒng)還包括設置于路口的線圈，所述的線圈也連接所述的工控機。
4.一種利用權利要求1所述的系統(tǒng)實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟: (1)所述的信號控制中心服務器通過從數(shù)據(jù)庫服務器獲得的流量信息確定交通信號綠波帶控制的方向，并根據(jù)該方向上的信號控制路口的先后順序，將第一組兩個連續(xù)路口設定為當前控制路口組； (2)所述的信號控制中心服務器從所述的數(shù)據(jù)庫服務器獲得車輛(C1)經(jīng)過所述的當前控制路口組的時間信息，并根據(jù)以下公式確定車輛通過所述的當前控制路口組的車速VC1:
5.根據(jù)權利要求4所述的實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制的方法，其特征在于，步驟(5)所述的信號控制中心服務器根據(jù)所述的沒有車輛通過當前控制路口組的后一個路口的持續(xù)時間重新確所述的當前控制路口組的前一個路口的綠燈相位周期Pe的時長Ta,具體為: 所述的信號控制中心服務器根據(jù)以下公式重新設定當前控制路口組的前一個路口的綠燈相位周期Pe的時長T, A:
T' A = Vt1, 其中為該綠燈相位周期Pe中第一輛車通過當前控制路口組中的前一個路口的時間，t2為該綠燈相位周期Pe中沒有車輛通過當前控制路口組的后一個路口持續(xù)時間達到預設值的時間。
6.根據(jù)權利要求4所述的實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制的方法，其特征在于，步驟(5)所述的信號控制中心服務器根據(jù)所述的沒有車輛通過當前控制路口組的后一個路口的持續(xù)時間重新確所述的當前控制路口組的前一個路口的綠燈相位周期Pe的時長Ta,具體為: 所述的信號控制中心服務器根據(jù)以下公式重新設定當前控制路口組的前一個路口的綠燈相位周期Pe的時長T, A:
7.根據(jù)權利要求4至6中任一項所述的實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制的方法，其特征在于，所述的步驟(3)的平均速度計算所采用的各車輛的速度|f(b) |/1^的值均滿足以下條件:
V1 ^ F(B) /TCi ^ Vh,其中，V1為最小理論車速，Vh為最大允許車速。
8.根據(jù)權利要求4至6中任一項所述的實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的干道交通信號綠波帶控制的方法，其特征在 于，所述的沒有車輛通過當前控制路口組的后一個路口的持續(xù)時間預設值為5秒。
【文檔編號】H04L29/08GK103810865SQ201210437409
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月6日 優(yōu)先權日:2012年11月6日
【發(fā)明者】辛帥 申請人:上海寶康電子控制工程有限公司