CN108109403B - 基于车流的自适应交通灯控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于车流的自适应交通灯控系统，包括：等候车流传感器：设置在交通节点的车道出口处，实时监控并统计当前各方向车道上等候的车辆数目，并实时将数据提供给交通服务器；监控车流传感器：设置在各方向车道入口前方，实时监测并统计准备进入个方向车道的车辆数目，并实时将数据提供给交通服务器；智能车道指示灯：设置在交通节点的车道出口处，具体执行交通服务器反馈的车道红绿灯配时方案，设定相应的车道指示灯；交通服务器：与等候车流传感器及监控车流传感器耦合，接收等候车流传感器及监控车流传感器发送的数据，通过基于所述数据计算各个路口指示灯的红绿灯配时方案，并将车道的红绿灯配时方案发送给相应的智能车道指示灯执行。

Description

基于车流的自适应交通灯控系统及方法

技术领域

本发明涉及城市交通管理领域，尤其涉及一种基于车流的自适应交通灯控系统及其调度方法。

背景技术

随着城市化的推进及车辆数目的剧烈增长，城市内的车辆与路面的矛盾日益突出。尤其是一二线等大型城市及城市间连接高速公路主干出入口处，在上下班或节假期日期间的高峰期内，拥堵现象十分突出。

过往单纯地扩宽路面只是治标不治本的方法。一方面该方法的成本较高，需要投入大量资金到基础建设中；另一方面，该方法没有充分考虑到时间段对交通流量的影响，针对交通流量的变化调整交通节点各方向的红绿灯配时方案。事实上，对繁忙时间和非繁忙时间分别针对性地设置不同的红绿灯配时方案，对于改善交通流动质量，更好地利用现有运输能力从而提高交通流动的安全性和快速性起到很大的作用。

目前，随着监控技术的发展，交通节点处的车流量数据(例如各方向等候车道中的车量数目以及通行车道中各车的车型、速度及加速度等)都可以实时获取，使得我们有更多手段测量当前时间点各方向上的车流状况。如何利用上述实时数据，调整交通节点处车流量以缓解交通拥堵成为一项有实际需要的问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种基于车流的自适应交通灯控系统及其调度方法，通过实时检测当前各方向上的车流量状况，调整交通节点处的红绿灯时长配置方案，能够获得减轻交通节点在高峰期拥堵程度和方便人们出行的效果。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案。

首先，本发明提出一种基于车流的自适应交通灯控系统，设置在交通节点的车道处，包括以下模块：等候车流传感器：设置在交通节点的车道出口处，实时监控并统计当前各方向车道上等候的车辆数目及单位时间内通过该车道的车辆数目，并实时将数据提供给交通服务器；监控车流传感器：设置在各方向车道入口前方，实时监测并统计准备进入个方向车道的车辆数目，并实时将数据提供给交通服务器；智能车道指示灯：设置在交通节点的车道出口处，具体执行交通服务器反馈的车道红绿灯配时方案，设定相应的车道指示灯；交通服务器：与等候车流传感器、监控车流传感器以及邻近交通节点的交通服务器耦合，以接收等候车流传感器及监控车流传感器发送的数据，通过基于所述数据计算各个路口指示灯的红绿灯配时方案，并将车道的红绿灯配时方案发送给相应的智能车道指示灯执行。

在本发明的一个实施例中，所述等候车流传感器和监控车流传感器是交通摄像头。

其次，基于本发明的上述实施例，本发明提出一种调度方法，包括以下步骤：根据交通节点的车道出口处的车道数目，创建对应的车道队列并对各车道队列红绿灯配时初始化；接收等候车流传感器和监控车流传感器实时的发送数据，更新各车道上等候车辆的数目；获取当前各车道的等候车辆数目，若当前车道的等候车辆数目大于预设的车道等候阈值，且单位时间内通过该车道的车辆数目大于车道流通阈值时，交通服务器延长相同方向车道上的通行时间以减轻该方向上的交通压力；调整后的红绿灯配时方案发送到对应的智能车道指示灯。

在本发明的上述实施例中，调整交通节点中的红绿灯配时是以固定的时间段作为调整的基本时间单位。

在本发明的上述实施例中，当各车道上等候车辆的数目都大于预设的车道等候阈值且单位时间内各车道通过的车辆数目小于车道流通阈值时，提高各车道的车道等候阈值和降低车道流通阈值。

进一步地，在本发明的上述实施例中，当各车道上等候车辆的数目都小于预设的车道等候阈值且单位时间内各车道通过的车辆数目大于车道流通阈值时，降低各车道的车道等候阈值和提高车道流通阈值。

本发明的有益效果为：通过实时获取当前交通节点各方向上的车流量变化状况，针对性地修改交通节点的红绿灯配时方案，从而更有针对性地调整交通节点的车流量，获得减轻交通节点在高峰期拥堵程度和方便人们出行的效果。

附图说明

图1所示为本发明所公开基于车流的自适应交通灯控系统的局部场景结构图；

图2示为基于图1中基于车流的自适应交通灯控系统的调度方法流程图；

图3示为图2调整红绿等配时方案的具体方法流程图；

图4示为本发明的一个实施例中红绿灯配时的具体调整过程示意图；

图5示为本发明的另一个实施例中红绿灯配时的具体调整过程流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。

在本发明中，车道是指在交通节点的各个路口处，按照驾驶方向划分的道路。参考图1所示的局部场景结构图。图中所示被等候车流传感器以及监控车流传感器所监视的区域安装驾驶方向被划分为4条车道，从左至右分别为左转向及掉头车道、左转向车道、第一直行车道以及第二直行车道。交通服务器是针对各路口处的每条车道上的车流量作出相应的红绿灯配时方案。另外，由于一般情况下红绿灯中黄灯的持续时间是固定的，因此为简化下文讨论，本发明中的红绿灯配时方案仅针对红灯和绿灯的时长，不对黄灯的时长作任何限定。此外，在本发明中所提及的红绿灯配时方案应满足如下简单约束：同一交通节点处相互垂直方向上的红绿灯状态应互斥。具体地，即图1中南北方向上的绿灯亮时，与南北方向相反的东西方向上的红灯应该相应亮起，反之亦然。

参照图1所示的场景结构图，在本发明所公开的一个实施例中，基于车流的自适应交通灯控系统设置在交通节点的车道处，包括以下模块：等候车流传感器：设置在交通节点的车道出口处，实时监控并统计当前各方向车道上等候的车辆数目及单位时间内通过该车道的车辆数目，并实时将数据提供给交通服务器；监控车流传感器：设置在各方向车道入口前方，实时监测并统计准备进入个方向车道的车辆数目，并实时将数据提供给交通服务器；智能车道指示灯：设置在交通节点的车道出口处，具体执行交通服务器反馈的车道红绿灯配时方案，设定相应的车道指示灯；交通服务器：与等候车流传感器及监控车流传感器耦合，以接收等候车流传感器及监控车流传感器发送的数据，通过基于所述数据计算各个路口指示灯的红绿灯配时方案，并将车道的红绿灯配时方案发送给相应的智能车道指示灯执行。其中，智能车道指示灯可设置为显示当前允许的通行状况及该通行持续的时间。

具体地，在本发明的一个实施例中，所述等候车流传感器和监控车流传感器是交通摄像头。等候车流传感器所获得实时监控图像，并可通过图像识别等方式，获取当前车道上停止等候的车辆，从而统计在该车道上的停止等候的车辆数目。在一个优选的实施例中，可进一步识别当前车道上停止车辆各自的车型(例如小轿车、中型车或大型车)，为后继的红绿灯配时方案实时更新提供更充分的依据。类似地，监控车流传感器可设置在各方向车道的入口处。监控车流传感器所获得实时监控图像，可通过图像识别技术判断位于当前车道后方车辆及其左右转向灯是否开启，从而确定该车辆将要进入哪个方向的车道。基于等候车流传感器和监控车流传感器所传回的实时监控数据，可获知当前交通节点在各个方向上的车流量。

参照图2示的方法流程图，基于本发明的上述系统实施例，本发明提出一种调度方法，包括以下步骤：根据交通节点的车道出口处的车道数目，创建对应的车道队列并对各车道队列红绿灯配时初始化；接收等候车流传感器和监控车流传感器实时的发送数据(等候车辆数目和单位时间内通过该车道的车辆数目)，更新各车道上等候车辆的数目；获取当前各车道的等候车辆数目，若当前车道的等候车辆数目大于预设的车道等候阈值，且单位时间内通过该车道的车辆数目大于车道流通阈值时，交通服务器延长相同方向车道上的通行时间以减轻该方向上的交通压力；调整后的红绿灯配时方案发送到对应的智能车道指示灯。车道等候阈值和车道流通阈值可在初始化时设置。例如参照图3示的调整红绿等配时方案的具体方法流程图，车道等候阈值可初始化为10。此时，当该车道中等候车辆数目小于10时，该车道上的红绿灯配时方案保持不变，智能车道指示灯按现有的周期设定红绿灯。当该车道中等候车辆数目大于或等于10时，交通服务器将检测该车道在绿灯时单位时间内通过该车道的车辆数目。若单位时间内通过该车道的车辆数目小于流通阈值(例如15，即在该方向绿灯期间通过该车道的车辆数目大于15)时，则表明该车道前方畅通，延长该车道绿灯时间可明显提升通过该交通节点的车流量，此时应增加一个红绿灯交替的循环周期内该方向的绿灯时间；否则表明该方向前方出现阻塞，提升该方向的绿灯时间无法明显提升通过该方向的车流量，从而应该保持该方向现有的红绿灯配时方案。

进一步地，红绿灯的配送方案主要是在一个红绿灯交替的循环周期内红灯和绿灯的权重比例。从现实意义和实现的可能性考虑，并没有必要将智能车道指示灯精确分配到每一秒。红绿灯时长的粗略变化(例如3秒)已经满足实际需要。基于上述理由，调整交通节点中的红绿灯配时是以固定的时间段作为调整的基本时间单位(例如，绿灯每次延长的时间是3秒)，从而简化红绿灯配时方案的修改。

再进一步地，保持邻近交通节点的车流量平稳变化，避免前一交通节点大幅延长某个方向上车辆的通行时间使得后一交通节点处车流量剧增，导致下一交通节点处车流量突发性拥堵，交通节点中的红绿灯配时的每次调整都是固定的时间段。例如，在上述例子中，参照图4示的红绿灯配时的具体调整过程流程图，当红绿灯在某方向上的配时需要延长6秒时，红绿灯配时并不是一次性地延长6秒，而是在接下来智能车道指示灯的3次状态变化的循环中，与当前的绿灯时间相比，依次延长3秒和6秒，使得车流量可以平稳变化。

在本发明的一个实施例中，为保证各个车道在正常的情况下有相对平均通行时间，避免红绿灯配时的过分调整而导致某个方向上的车辆通行时间被严重缩短，参照图5示的红绿灯配时的具体调整过程流程图，在每次将调整后的红绿灯配时方案发送到对应的智能车道指示灯前，需要先检测调整后的配时方案是否在交通节点中的红绿灯配时具有预设的上限值和下限值。在极端的情况下，如当前车道上出现交通事故时，该方向上的绿灯时间长度可以是零，即表示该方向禁止通行，避免其他车辆误入该车道等候。

当从非高峰期开始进入高峰期时，交通节点各个方向上的车流量与非高峰期相比都显著增加。此时，用于判断是否延长该方向上绿灯时间的车道等候阈值以及车道流通阈值都需要根据当前实际车流量相应调整，使得车流量较大且路况较为理想(即单位时间内该方向能够通过较多车量)车道上的绿灯可被分配更多的时间；相反，那些车流量较大且路况较差(即单位时间内该方向能够通过较少车量)车道上较少的绿灯将适当减少时间。在本发明的一个实施例中，当各车道上等候车辆的数量都大于预设的车道等候阈值且单位时间内各车道通过的车辆数目小于车道流通阈值时，提高各车道的车道等候阈值(例如将其调整为当前值的1.2倍)和降低车道流通阈值(例如将其调整为当前值的80％)。

进一步地，当从高峰期进入非高峰期时，交通节点各个方向上的车流量将明显回落。此时，用于判断是否延长该方向上绿灯时间的车道等候阈值以及车道流通阈值同样需要根据当前实际车流量逐渐恢复为原来的设置。在本发明的一个实施例中，当各车道上等候车辆的数量都大于预设的车道等候阈值且单位时间内各车道通过的车辆数目小于车道流通阈值时，降低各车道的车道等候阈值(例如将其调整为当前值的80％)和提高车道流通阈值(例如将其调整为当前值的1.2倍)。

尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。

Claims (5)

1.一种基于车流的自适应交通灯控系统，设置在交通节点的车道处，其特征在于包括以下模块：

等候车流传感器：设置在交通节点的车道出口处，实时监控并统计当前各方向车道上等候的车辆数目及单位时间内通过该车道的车辆数目，并实时将数据提供给交通服务器；

监控车流传感器：设置在各方向车道入口前方，实时监测并统计准备进入各方向车道的车辆数目，并实时将数据提供给交通服务器；

智能车道指示灯：设置在交通节点的车道出口处，具体执行交通服务器反馈的车道红绿灯配时方案，设定相应的车道指示灯；

交通服务器：与等候车流传感器和监控车流传感器耦合，以接收等候车流传感器及监控车流传感器发送的数据，通过基于所述数据计算各个路口指示灯的红绿灯配时方案，并将车道的红绿灯配时方案发送给相应的智能车道指示灯执行；

所述系统的调度方法，包括以下步骤：

根据交通节点的车道出口处的车道数目，创建对应的车道队列并对各车道队列红绿灯配时初始化；

接收等候车流传感器和监控车流传感器实时的发送数据，更新各车道上等候车辆的数目；

获取当前各车道的等候车辆数目，若当前车道的等候车辆数目大于预设的车道等候阈值，且单位时间内通过该车道的车辆数目大于车道流通阈值时，交通服务器延长相同方向车道上的通行时间以减轻该方向上的交通压力；

调整后的红绿灯配时方案发送到对应的智能车道指示灯；

当各车道上等候车辆的数目都大于预设的车道等候阈值且单位时间内各车道通过的车辆数目小于车道流通阈值时，提高各车道的车道等候阈值和降低车道流通阈值；

当各车道上等候车辆的数目都小于预设的车道等候阈值且单位时间内各车道通过的车辆数目大于车道流通阈值时，降低各车道的车道等候阈值和提高车道流通阈值；

其中，调整交通节点中的红绿灯配时是以固定的时间段作为调整的基本时间单位；交通节点中的红绿灯配时的每次调整都是固定的时间段。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述等候车流传感器和监控车流传感器是交通摄像头。

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，交通节点中的红绿灯配时具有预设的上限值和下限值，使得调整后的红绿灯配时方案在预设的上限值和下限值范围内。

4.根据权利要求3所述系统，其特征在于，红绿灯配时的下限值是不小于零。

5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于该指令被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述系统的调度方法的步骤。

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