十字路口交通信号灯变时控制系统

1.十字路口交通信号灯变时控制系统,其特征是，采用在十字路口各车道流出口处各安装一付激光对射装置，用于识别在车道流出口处是否有等待放行的车辆，并测量放行通过车道流出口处的车辆数，供后方十字路口交通控制器计算放行时间，同时测量放行通过车道流出口处的前后车辆的间隔时间，用于判断需要放行的车辆拥堵情况；如果在冲突的车流向车道的绿灯亮时间结束时，本车道流出口处没有等待放行的车辆，则本车道的绿灯亮时间取最短时间，所述最短时间须视冲突的车流向车道的人行道宽度，取为15秒-30秒，用于让行人通过；其绿灯亮时间由RS485接收前方十字路口车道放行的车辆数据，计算到达的车辆数来确定放行时间，但该放行时间还随车辆中途停车、变道和延迟而实际未能进入本次放行时间区的情况，当绿灯亮时，测量放行通过车道流出口处的前后车辆的间隔时间如果超过设定值，即认为放行车辆已很少，如果此时绿灯亮时间已超过所述最短时间，则立即进入绿灯15秒倒计时，如果该流向车道绿灯亮时间即将结束时，根据前方十字路口交通控制器传送来的数据，仍有多于5-8辆车进入该车道绿灯放行结束时间点附近，同时冲突的车流向车道没有车辆等候，则绿灯亮时间延迟10-30秒，绿灯时间越长,通过的车辆数越多缩短了车辆延误时间；
激光对射装置由发射装置和接收装置组成，由于这里激光对射距离仅3﹒5-7米，并采用占空比小的激光二极管脉冲电源，额定功率取小于0.5mW，因此是安全的对人身没任何损害对车辆也不会有危险；
激光对射装置中激光二极管,在单片机控制下发射的激光扫描脉冲信号，该信号每一周期由两个宽脉冲和两个窄脉冲组成，每一周期结尾发送一个宽的低电平脉冲，当用宽脉冲表示数字“1”,窄脉冲表示数字“0”则容易用4种不同的排列组合：1010、0110、0101、
1100，识别4条车道上的激光对射装置中激光二极管发出的激光扫描脉冲信号,单片机采用中断或查询方式接收激光扫描脉冲信号，并通过单片机对其所发送的和所接收的激光扫描脉冲信号进行脉冲宽度比较识别，提取该频率的可信的激光扫描脉冲信号，有效排除外界干扰；
在上述车流向的各车道流出口路面停止线向里0﹒5米-1米的车道中点处,埋设发射装置的激光二极管，其接收装置中的光线接收头安装于路侧的交通信号灯杆或专门立柱的横臂上，如果交通信号灯杆与车道流出口的停止线有一定距离，在计算候车数时，即将该距离折算成候车数，为了便于激光对射装置的调试，横臂安装于激光二极管的正上方，即横臂与激光二极管所形成的平面垂直于路面，横臂高度为3﹒5米-7米，横臂长度视路面宽度取3-6米，横臂上安装有与车道对应的均匀分布的3-4个光线接收头，在路面的激光二极管安装位置钻直径为8-12CM深20CM的圆孔，圆孔内用树脂胶固定外径为8-12CM高20CM的钢管，钢管底部焊接底盖密封，钢管底部两侧留有排水管和电缆管的孔，排水管穿过钢管部分的下端，钻有数个小孔用于钢管内部通水，在钢管底部的排水管上面放置金属网，用于隔离沙石，钢管内部焊有支架，固定板固定在支架上，激光二极管套件固定在固定板上，支架上留有长条形的孔，用于穿过螺钉，使固定板固定位置可调，激光对射装置中激光二极管发出的光线须对准接收装置中的光线接收头，可借助激光定位仪等帮助对准，对准后用螺钉、垫片、防滑垫圈、硅胶防震垫片使固定板固定于支架上，在路面安装的钢管上端经螺钉固定一个盖板，盖板中心部位镶嵌一个圆形玻璃片，用于透过激光二极管发出的光线，圆形玻璃片平面略低于金属盖板平面以减少磨擦。
2.根据权利要求1所述的十字路口交通信号灯变时控制系统,其特征在于包括:
图2是所述激光二极管埋设图，由钢管(1)、盖板(2)、圆形玻璃片(3)、激光二极管套件(4)、固定板(5)、螺钉套件(6)、支架(7)、接线盒(8)、导线(9)、金属网(10)、电缆管(11)、排水管(12)、底盖(13)构成，其中螺钉套件(6)由螺钉、螺母、垫片、防滑垫圈、硅胶防震垫片组成，安装时，支架(7)平面中线应与安装光线接收头的横臂中线平行，在支架(7)上用于穿过螺钉套件(6)中螺钉的孔，是一种沿支架(7)平面中线方向的长条状孔，使固定板(5)固定位置可调，并通过螺钉、螺母、垫片、防滑垫圈、硅胶防震垫片使固定板(5)固定于支架(7)上。

十字路口交通信号灯变时控制系统\n(一)技术领域：\n[0001] 本发明涉及十字路口交通信号灯变时控制系统,它由装于十字路口各车道流出口处的激光对射装置，识别在车道流出口处等待放行的车辆，并计算前方十字路口放行后到达本十字路口的车辆数，实时确定红绿灯配时方案。\n(二)背景技术：\n[0002] 随着我国经济的飞速发展,城市机动车保有量和交通总量持续增长,而相应的道路基础设施建设很难及时跟上,因此在城市道路网中,特别是平面交叉路口它又是道路通行能力的瓶颈。特别在上下班时间交通十分拥挤,车辆通过交叉路口相当费时，因此提高平面交叉路口的通行能力，改善交通路口交通信号灯控制能力是一个紧迫的问题。\n[0003] 当前国内外主要还是采取依据道路车流量的测量和评估，再利用统计学原理来优化路口交通信号灯控制。车流量测量是一种路面非接触式交通信息采集装置，主要分为波频探测和视频探测两大类。波频探测又可分为微波、超声波和红外三种，采用接收车辆反射波，通过高低电平的变化来统计通过检测区域的车流量，因此不存在安装维护困难、使用寿命短等缺点。例如采用的微波车辆检测器它可安装在路侧的灯杆上或专门的立柱上，当车辆通过微波发生装置发射的雷达波区域时，对车辆进行检测。\n[0004] 也有采用在路口的各个方向附近的地下埋设感应线圈，当汽车经过时就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少，即可检测出汽车的通过，但感应线圈体积大,约为\n2米×2米，安装不方便且易被压坏难于广泛使用。\n(三)发明内容：\n[0005] 由于交叉路口各种车流和人流交错通行相互干扰，与单独路段相比其通行能力大大降低、交通行为更加复杂，交叉路口已经成为道路交通网络的瓶颈和交通拥挤发生源，经常造成局部交通拥堵，影响整个路网的畅通。为了提高车辆的安全通过交叉路口,相互冲突的车流向车辆是不允许同时放行的,解决办法是在一个周期内将时间分成几段并分配给不同车流向的车辆放行。一般均采用交通信号灯来指挥车辆通行,其交通信号灯控制通常凭人为预测或经过复杂算法计算得出红绿灯时间,然后分别用红、黄、绿灯的不同组合来指挥两个方向的通车与禁行，用LED数码管作为倒计时指示,使得车辆在相互冲突的车流向在一个周期内的不同时段获得绿灯放行,而相互不冲突的车流向的车辆可以在同一时段获得绿灯放行,从而在一个周期内的一个连续时段达到安全疏导交通车流的目的。\n[0006] 但是正在使用的十字路口交通信号灯控制系统是一种定时放行系统，当车道放行或禁止车辆通行时，其设定的车辆放行时间和禁止车辆通行时间都是固定不变的，由于十字路口经常会出现各车道繁忙状况不同，繁忙车道车辆很多，放行时间显得太短，车流拥堵，这时冲突的车流向车道车辆有时却很少甚至没有车辆，但是繁忙车道上的车辆也要等待冲突的车流向空闲车道的固定“放行”时间结束才被允许放行，这就大大浪费有限的道路交通资源和出行人的宝贵时间。\n[0007] 因此，采用评估或预测方法只能满足车流向不冲突的交通安全要求，这是不够的,需要实时测量各车道车辆数量以便实时合理安排信号灯的配时方案。但是，当前各种车辆测量手段由于测量仪器结构复杂造价昂贵仅适用于流动测量方式的车流量测量评估，对于量大面广的交叉路口交通信号的实时控制，其车辆测量设备需要具备结构简单、安装容易、造价低等特点。\n[0008] 本系统采用在十字路口各车道流出口处各安装一付激光对射装置，用于识别在车道流出口处是否有等待放行的车辆，并测量放行通过车道流出口处的车辆数，供后方十字路口交通控制器计算放行时间，同时测量放行通过车道流出口处的前后车辆的间隔时间，用于判断需要放行的车辆拥堵情况。如果在冲突的车流向车道的绿灯亮时间结束时，本车道流出口处没有等待放行的车辆，则本车道的绿灯亮时间取最短时间，所述最短时间须视冲突的车流向车道的人行道宽度，取15秒-30秒，用于让行人通过。当绿灯亮时，测量放行通过车道流出口处的前后车辆的间隔时间如果超过设定值，例如5-12秒，即认为放行车辆已很少，如果此时绿灯亮时间已超过所述最短时间，则立即进入绿灯15秒倒计时，否则取最短时间。所述测量放行通过车道流出口处的车辆数，是用作后方十字路口交通控制器计算放行时间参考。即其绿灯亮时间由RS485接收前方十字路口车道放行的车辆数据，计算到达的车辆数来确定放行时间，但该放行时间还随车辆中途停车、变道和延迟而实际未能进入本次放行时间区等情况，通过测量放行时前后车辆的间隔时间而实时改变放行时间。\n具体计算放行时间是将前方十字路口交通控制器传送来的车道流出的车辆数、平均车速计算到达本十字路口时间，得出等候放行的车辆数，同时将其每部车辆的遮挡时间和间隙时间相加，其间隙时间取相同值2-4秒，得到该流向车道车辆的放行时间，并同时将其数据经RS485传送给后方十字路口交通控制器，如果该流向车道绿灯亮时间即将结束时，根据前方十字路口交通控制器传送来的数据，仍有多于5-8辆车进入该车道绿灯放行结束时间点附近，同时冲突的车流向车道没有车辆等候，则绿灯亮时间延迟10-30秒，绿灯时间越长,通过的车辆数越多，绿灯时间占有率反映了路口的车辆通行能力,即应满足一个车流向的车辆通行需求越大,分配给它的绿灯时间越长，由于本方案通行车辆数总和多于等候车辆数，因此大大缩短了车辆延误时间。\n[0009] 激光对射装置由发射装置和接收装置组成，发射装置中安装有激光二极管，它发出的是一种不可见激光信号，由于这里激光对射距离仅3﹒5-7米，并采用占空比小的激光二极管脉冲电源，额定功率取小于0.5mW，因此是安全的对人身没任何损害对车辆也不会有危险。\n[0010] 激光对射装置中激光二极管,在单片机控制下发射的激光扫描脉冲信号，该信号每一周期由两个宽脉冲和两个窄脉冲组成，每一周期结尾发送一个宽的低电平脉冲，当用宽脉冲表示数字“1”,窄脉冲表示数字“0”则容易用4种不同的排列组合，例如1010、0110、\n0101、1100等，识别4条车道上的激光对射装置中激光二极管发出的激光扫描脉冲信号,单片机采用中断或查询方式接收激光扫描脉冲信号，并通过单片机对其所发送的和其所接收的激光扫描脉冲信号进行脉冲宽度比较识别，提取该频率的可信的激光扫描脉冲信号，有效排除外界干扰。\n[0011] 当有车辆通过时，相关激光对射装置产生遮断信号，光线接收头接收的激光扫描脉冲信号经滤波放大整形后送单片机处理，单片机对被遮断的激光扫描脉冲信号计时获得遮断时间，同时单片机也对光线接收头接收到的激光扫描脉冲信号计数、转换获得间隙时间，其中遮断时间表达某车辆通过时间，它与车速和车辆长度有关，还表示车辆停留时间，一次遮断时间表示一辆车通过，因此可实现对通过的车辆计数，间隙时间表示车流中前后车辆距离，还与暂时有无车辆通过有关。\n[0012] 十字路口包含东向西、西向东、南向北、北向南的车流向，每条车流向均包含1-2个直行车道和左拐及右拐车道，在上述车流向的各车道流出口安装一付激光对射装置。信号灯路口的停止线，表示车辆等候放行的停车位置,即在路面停止线向里0﹒5米-1米的车道中点处,埋设发射装置的激光二极管，其接收装置中的光线接收头安装于路侧的交通信号灯杆或专门立柱的横臂上，如果交通信号灯杆与车道流出口的停止线有一定距离，在计算候车数时，即将该距离折算成候车数，通常为1-3辆车。为了便于激光对射装置的调试，横臂安装于激光二极管的正上方，即横臂与激光二极管所形成的平面垂直于路面，横臂高度为3﹒5米-7米，横臂长度视路面宽度取3-6米，横臂上安装有与车道对应的均匀分布的3-4个光线接收头。在路面的激光二极管安装位置钻直径为8-12CM深20CM的圆孔，圆孔内用树脂胶固定外径为8-12CM高20CM的钢管，钢管底部焊接底盖密封，钢管底部两侧留有排水管和电缆管的孔，排水管穿过钢管部分的下端，钻有数个小孔用于钢管内部通水，在钢管底部的排水管上面放置金属网，用于隔离沙石。钢管内部焊有支架，固定板固定在支架上，激光二极管套件固定在固定板上，支架上留有长条形的孔，用于穿过螺钉，使固定板固定位置可调。激光对射装置中激光二极管发出的光线须对准接收装置中的光线接收头，可借助激光定位仪等帮助对准，对准后用螺钉、垫片、防滑垫圈、硅胶防震垫片使固定板固定于支架上。在路面安装的钢管上端经螺钉固定一个盖板，盖板中心部位镶嵌一个圆形玻璃片，用于透过激光二极管发出的光线，圆形玻璃片平面略低于金属盖板平面以减少磨擦。\n(四)附图说明：\n[0013] 图1是十字路口车流向分布图；\n[0014] 图2是所述激光二极管埋设示意图。\n(五)具体实施方式：\n[0015] 十字路口交通信号灯变时控制系统的十字路口车流向分布图如图1所示,该十字路口车流向分布图，仅表示各种不同类型车流向分布及其车流控制的一种，其它类型车流向分布及其车流控制的十字路口交通信号灯变时控制系统容易通过类比得到。图1中是东西向红灯亮时，南北向中A为直通与右拐的绿灯亮时间，B为左拐的绿灯亮时间[0016] 所述激光二极管埋设示意图如图2所示。其结构包括：钢管(1)、盖板(2)、圆形玻璃片(3)、激光二极管套件(4)、固定板(5)、螺钉套件(6)、支架(7)、接线盒(8)、导线(9)、金属网(10)、电缆管(11)、排水管(12)、底盖(13)构成，其中螺钉套件(6)由螺钉、螺母、垫片、防滑垫圈、硅胶防震垫片组成。安装时，支架(7)平面中线应与安装光线接收头的横臂中线平行。在支架(7)上用于穿过螺钉套件(6)中螺钉的孔，是一种沿支架(7)平面中线方向的长条状孔，使固定板(5)固定位置可调，并通过螺钉、螺母、垫片、防滑垫圈、硅胶防震垫片使固定板(5)固定于支架(7)上。\n[0017] 交通控制器由单片机89C52、EEPRAM24C32、RS485模块、LED显示器模块和电源模块组成，其中RS485模块用于各个十字路口交通控制器之间的通信，它是通过单片机采用RS-485进行串行通信，RS485模块需要将TTL电平的串行接口通过MAX485芯片转换为RS-485串行接口。EEPRAM24C32用于保存数据，LED显示器模块包含驱动电路和显示电路它与单片机89C52的I/O口相接，受单片机控制。