CN112735154A - 一种交叉口双向拥塞智能感应控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交叉口双向拥塞智能感应控制系统及方法，该系统包括车辆排队长度地磁检测器、交叉口中央拥塞溢流地磁检测器、LED警示灯、信号灯、无线地磁节点信息接收及控制器和智能信号机；本次发明的交叉口双向拥塞溢流的智能感应与控制系统中，主要依据实时监测到的排队长度和溢流状态数据，在本发明的控制规则下，能够为双向易拥堵交叉口提供逻辑简单、过程智能且易于实现的智能控制方式，降低了交叉口双向拥堵溢流，车辆交织缠绕的风险，提高了不同车流方向的车辆通行效率，提高了交叉口信号控制的智能性。

Description

一种交叉口双向拥塞智能感应控制系统及方法

技术领域

本发明属于智能交通控制技术领域，具体来说涉及一种交叉口双向拥塞智能感应控制系统及方法。

背景技术

随着道路车流量的迅速增加，城市道路交通拥堵程度越来越严重，一些交叉口内会出现，在信号灯最后几秒车辆盲目“抢道”现象。特别是在双向车流量都比较大距离又较近的交叉口，一个方向(例如：东西向)的车流较大，在整个绿灯时长内该方向的排队车流没能放行完毕，由于车流量较大，下一个交叉口的车流排队长度已经达到本交叉口处，东西向会有部分车辆在绿灯的最后几秒甚至黄灯时“抢入交叉口”，而无法通过又溢流在交叉口处。另一个方向(例如：南北向)绿灯信号开始后车流也迅速进入交叉口内。双向车流的“抢道涌入”极易引起交叉口溢流现象，涌入交叉口内的车辆会出现横竖多重交织状态，引起两个方向的车辆在交叉口内交织缠绕，互不相让，双向车流均无法通过，使得整个交叉口的信号控制失效，交叉口开始双向拥塞，完全进入瘫痪状态，通行效率降低。

对容易出现双向拥塞溢流的交叉口，随着智能交通系统中监测设备、监测技术、控制算法和控制技术的不断发展，需要采用智能感应与智能控制技术来避免交叉口拥塞溢流现象的发生，以提高交叉口的通行效率。这种可以防止交叉口双向拥塞溢流的智能感应于控制系统需要实时监测信号灯的状态和交叉口内的拥塞情况，同时可以根据监测到的实时信息智能调节双向信号灯变换，对双向信号灯进行全红控制或对双向信号的时长进行干预控制；要求这种智能控制系统对现有的交叉口控制系统改造施工难度低、占地少、成本低、准确率高并且智能化程度高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种交叉口双向拥塞智能感应控制系统及方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种交叉口双向拥塞智能感应控制系统，包括车辆排队长度地磁检测器、交叉口中央拥塞溢流地磁检测器、LED警示灯、信号灯、无线地磁节点信息接收及控制器和智能信号机；

所述车辆排队长度地磁检测器包括地磁组1、地磁组2、地磁组3和地磁组4，各地磁组设置于通过交叉口后的各车道入口处；

所述交叉口中央拥塞溢流地磁检测器设置于交叉口网格区域的正中央，呈矩阵等间距排列；

所述LED警示灯包括警示灯组1、警示灯组2、警示灯组3和警示灯组4，各警示灯组设置于交叉口网格车流进入侧的边线处；

所述信号灯包括信号灯1、信号灯2、信号灯3和信号灯4，各信号灯设置于各路口的两侧；

所述无线地磁节点信息接收及控制器与车辆排队长度地磁检测器、交叉口中央拥塞溢流地磁检测器通讯连接，接收并处理地磁检测器的监测数据；

所述智能信号机与无线地磁节点信息接收及控制器通讯连接，接收其发送的数据分析与处理结果，而且智能信号机与LED警示灯、信号灯通讯连接，控制其输出信号。

在上述技术方案中，所述车辆排队长度地磁检测器和交叉口中央拥塞溢流地磁检测器均为无线式地磁检测器。

在上述技术方案中，所述交叉口中央拥塞溢流地磁检测器的数量为大于等于9。

在上述技术方案中，所述交叉口中央拥塞溢流地磁检测器的设置间距为拥堵状态下车辆平均车头间距的1/2。

在上述技术方案中，所述LED警示灯的安装方法如下所述：首先预埋好电缆管线，开挖好基坑，在基坑下部放入粗砂和碎石用于排水，然后安装预埋外壳，顶部和地面平齐，在预埋外壳和基坑之间填满细沙或水泥砂浆，接好管线后放置LED灯体。

在上述技术方案中，所述无线地磁节点信息接收及控制器安装于信号机内或安装于信号灯灯杆上方，以便于对其进行供电和信息接收与处理。

一种交叉口双向拥塞智能感应控制方法，如下所述：

交叉路口上，北、南、东、西四个方向上的车辆排队长度地磁检测器分别定义为地磁组1、地磁组2、地磁组3和地磁组4，交叉口中央拥塞溢流地磁检测器的数量为9(更多数量的检测器也可按照相同逻辑执行)，分别定义为交叉口中央地磁组1、2、3、4、5、6、7、8、9，LED警示灯定义为警示灯组1、警示灯组2、警示灯组3和警示灯组4，信号灯定义为信号灯1、信号灯2、信号灯3和信号灯4，有车辆排队时地磁检测器输出值为1，无车辆排队时地磁检测器输出值为0；

1.当地磁组1输出值均为1且交叉口中央地磁组3、6、9、2、5、8输出值均为0，则判断由南向北方向拥堵，警示灯组1闪烁，信号灯1控制为红灯；

2.当地磁组1输出值均为1且交叉口中央地磁组3、6、9、2、5、8输出值任意4个为1，则判断由北向南方向严重拥堵且溢流至交叉口中央，警示灯组1常亮，信号灯1控制为红灯；

3.当地磁组2输出值均为1且交叉口中央地磁组1、4、7、2、5、8输出值均为0，则判断由北向南方向拥堵，警示灯组2闪烁，信号灯2控制为红灯；

4.当地磁组2输出值均为1且交叉口中央地磁组1、4、7、2、5、8输出值任意4个为1，则判断由北向南方向严重拥堵且溢流至交叉口中央，警示灯组2常亮，信号灯2控制为红灯；

5.当地磁组3输出值均为1且交叉口中央地磁组4、5、6、7、8、9输出值均为0，则判断由西向东方向拥堵，警示灯组3闪烁，信号灯3控制为红灯；

6.当地磁组3输出值均为1且交叉口中央地磁组4、5、6、7、8、9输出值任意4个为1，则判断由西向东方向严重拥堵且溢流至交叉口中央，警示灯组3常亮，信号灯3控制为红灯；

7.当地磁组4输出值均为1且交叉口中央地磁组1、2、3、4、5、6输出值均为0，则判断由东向西方向拥堵，警示灯组4闪烁，信号灯4控制为红灯；

8.当地磁组4输出值均为1且交叉口中央地磁组1、2、3、4、5、6输出值任意4个为1，则判断由东向西方向严重拥堵且溢流至交叉口中央，警示灯组4常亮，信号灯4控制为红灯；

9.当所有地磁输出值均为1，则判断交叉口处于双向严重拥堵且严重溢流状态，4个方向的4组警示灯常亮，4个方向的信号控制为全红；

10.当所有地磁输出值均为0，则判断交叉口处于不拥堵状态，所有警示灯熄灭，按默认的信号灯配时进行控制。

本发明的优点和有益效果为：

1.本发明提供的防止交叉口双向拥塞溢流的智能感应与控制系统中，利用无线地磁检测器实时感应监测交叉口各车流方向排队长度和交叉口内车流的溢流情况，为易拥堵交叉口提供了实时感应控制数据，便于进行智能控制。

2.本智能控制系统中需要安装的无线地磁检测器和埋地指示灯数量有限，市场上价格也不高。地磁检测器为电池供电，信号无线传输方式，安装于维护方便。埋地警示灯可以借助交叉口现有的地下线管进行布线，安装难度和改造工程量相对较低。其他设备可借助交叉口已有的信号灯、信号机及其他基础设施进行安装和改造，降低了升级改造难度、降低了成本。因此本发明具有：免布线、安装简单、成本低、维护方便、且检测数据即准确可靠又有实时性的优点。

3.本次发明的交叉口双向拥塞溢流的智能感应与控制系统中，主要依据实时监测到的排队长度和溢流状态数据，在本发明的控制规则下，能够为双向易拥堵交叉口提供逻辑简单、过程智能且易于实现的智能控制方式，降低了交叉口双向拥堵溢流，车辆交织缠绕的风险，提高了不同车流方向的车辆通行效率，提高了交叉口信号控制的智能性。

附图说明

图1为本发明中车辆排队长度地磁检测器、交叉口中央拥塞溢流地磁检测器、警示灯和信号灯的布设位置示意图。

图2为设置于信号灯上的无线地磁节点信息接收及控制器的安装结构示意图。

图3为LED警示灯的施工安装结构示意图。

图4为地磁处有无车辆排队等待的判断步骤图。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例

如图1所示，一种交叉口双向拥塞智能感应控制系统，包括车辆排队长度地磁检测器、交叉口中央拥塞溢流地磁检测器、LED警示灯、信号灯、无线地磁节点信息接收及控制器和智能信号机；

所述车辆排队长度地磁检测器包括地磁组1、地磁组2、地磁组3和地磁组4，各地磁组设置于通过交叉口后的各车道入口处；

所述交叉口中央拥塞溢流地磁检测器设置于交叉口网格区域的正中央，呈矩阵等间距排列；

所述LED警示灯包括警示灯组1、警示灯组2、警示灯组3和警示灯组4，各警示灯组设置于交叉口网格车流进入侧的边线处；

所述信号灯包括信号灯1、信号灯2、信号灯3和信号灯4，各信号灯设置于各路口的两侧；

所述无线地磁节点信息接收及控制器与车辆排队长度地磁检测器、交叉口中央拥塞溢流地磁检测器通讯连接，接收并处理地磁检测器的监测数据；

所述智能信号机与无线地磁节点信息接收及控制器通讯连接，接收其发送的数据分析与处理结果，而且智能信号机与LED警示灯、信号灯通讯连接，控制其输出信号。

如图2所示，所述无线地磁节点信息接收及控制器可安装于信号灯灯杆上方，以便于对其进行供电和信息接收与处理。

如图3所示，本发明中所有地磁检测器的安装方式为：首先在其安装位置进行路面钻孔，直径≥100mm、深度≥110mm。其次孔内底部填沙铺平，要求坚固平整。最后孔内灌满水泥沙，置入地磁车检器并放平，将渗出的泥沙敷盖地磁顶部，铺平；或先将地磁置入孔内放平，浇注沥青，等风干后即可。

所选无线地磁检测器的原因是：传统的感应线圈检测器技术简单、成本低，但感应线圈检测器对车辆检测灵敏度低，抗外界干扰性差，应用于车辆感知时准确率较低，无法准确获得车道的排队长度。通过摄像机实时采集视频，再利用图像处理技术来获得车道内的排队长度和车流量，这种方法检测精度高，但成本高，同时还易受光线和恶劣天气的影响。无线地磁检测器是通过检测车辆对地磁场产生的变化来感知车辆，由于其免布线、成本低、体积小、耗电量低、可使用周期较长、安装及维护方便、检测准确度高(≥98％)、防护等级高(达到IP68)、检测半径适当(0～1.5m可调)、通信距离半径>150m、双向通信频率为2.45GHz、能检测出任何车辆类型、不受恶劣环境的影响、车道地表落叶及雨雪覆盖物影响小等特点。因此本发明选择无线地磁检测器监测车道内的排队长度。

对于无线地磁检测器，当空间内有车辆靠近或停驻在地磁检测器上方时，地球磁场的方向会发生扭曲、强度也会发生变化，根据此原理，车辆地磁检测器使用高精度的磁阻传感器对空间内磁场进行测量，当检测出磁场变化时，将磁场变化数据与车辆模型库进行匹配、判断，从而进行精确的车辆占道或排队检测。无线地磁检测器可以通过内置无线传输模块传输信息，它可将车辆排队长度及交叉口中间是否有车辆拥塞溢流占道信息传输至地磁节点信息接收及控制器。地磁控制器还可以通过无线模块将处理后的信息传输至智能信号机。

一、无线地磁检测器排队长度或停驶占道的检测

地磁检测器是通过监测地磁的变化状况，以判断地磁上方有无车辆通过有无车辆停留或排队，将判断结果通过无线射频传输到接收器，数据接收器通过串口与上位机系统实现数据交换。

地球磁场的强度在0.5至0.6高斯，地球磁场在3-5km的区域内其强度是一定的。当某一车道上的汽车经过或停在地磁检测器的磁场中时，都会使磁场扰动，汽车距离地磁检测器距离越近，其磁场变化幅度越大，地磁处有无车辆排队等待的判断方式如附图4所示。因此地磁检测器能依据检测出地磁场强度的变化，对是否有车辆排队等待的现象进行判断。

磁场变化的平滑及标定过程需要对影响振荡频率变化的因素进行数据过滤、平滑及标定，包括：车辆、气候、元器件参数的漂移等因素。

具体实现方式为：无线地磁车辆检测器输入模块——主要实现检测由于车辆到来产生的与之对应的一定频率的正弦波，通过检查正弦波来判断车辆的到来；输出模块——由控制输出电路来通过无线模式输出至可变车道信号机及可变车道指示牌；通讯模块——采用无线传输模式进行通讯；比较判断模块——由整形放大电路、计数电路、倍频电路和单片机电路几部组成。

二、埋地警示灯的智能控制逻辑

中央地磁组检测交叉口溢流状态的设定规则如下：

(1)中央地磁组3、6、9、2、8检测由南向北方向的车辆溢流状态，只要其中任意4个或以上的地磁输出值为1，即可判定由被向南方向严重拥堵且溢流至交叉口中央。

(2)中央地磁组1、4、7、2、5、8检测由北向南方向的车辆溢流状态，只要其中任意4个或以上的地磁输出值为1，即可判定由北向南方向严重拥堵且溢流至交叉口中央。

(3)中央地磁组4、5、6、7、8、9检测由西向东方向的车辆溢流状态，只要其中任意4个或以上的地磁输出值为1，即可判定由西向东方向严重拥堵且溢流至交叉口中央。

(4)中央地磁组1、2、3、4、5、6检测由东向西方向的车辆溢流状态，只要其中任意4个或以上的地磁输出值为1，即可判定由东向西方向严重拥堵且溢流至交叉口中央。

本发明设计的埋地警示灯的10条智能控制逻辑及实现方法见表1。

表1埋地警示灯的智能控制逻辑

3.各方向信号灯的智能控制逻辑

中央地磁组检测交叉口溢流状态的设定规则同上。本发明设计的各方向信号灯的10条智能控制逻辑及实现方法见表2。

表2各方向信号灯的智能控制逻辑

通过地磁检测器的实时感应监测车辆排队信息和溢流信息，安装以上设计的埋地警示灯和信号灯的控制规则进行智能控制，既可以起到警示作用也可以对拥堵进行信号干预，起到了智能交通的作用。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种交叉口双向拥塞智能感应控制系统，其特征在于：包括车辆排队长度地磁检测器、交叉口中央拥塞溢流地磁检测器、LED警示灯、信号灯、无线地磁节点信息接收及控制器和智能信号机；

所述车辆排队长度地磁检测器包括地磁组1、地磁组2、地磁组3和地磁组4，各地磁组设置于通过交叉口后的各车道入口处；

所述交叉口中央拥塞溢流地磁检测器设置于交叉口网格区域的正中央，呈矩阵等间距排列；

所述LED警示灯包括警示灯组1、警示灯组2、警示灯组3和警示灯组4，各警示灯组设置于交叉口网格车流进入侧的边线处；

所述信号灯包括信号灯1、信号灯2、信号灯3和信号灯4，各信号灯设置于各路口的两侧；

所述无线地磁节点信息接收及控制器与车辆排队长度地磁检测器、交叉口中央拥塞溢流地磁检测器通讯连接，接收并处理地磁检测器的监测数据；

所述智能信号机与无线地磁节点信息接收及控制器通讯连接，接收其发送的数据分析与处理结果，而且智能信号机与LED警示灯、信号灯通讯连接，控制其输出信号。

2.根据权利要求1所述的一种交叉口双向拥塞智能感应控制系统，其特征在于：所述车辆排队长度地磁检测器和交叉口中央拥塞溢流地磁检测器均为无线式地磁检测器。

3.根据权利要求1所述的一种交叉口双向拥塞智能感应控制系统，其特征在于：所述交叉口中央拥塞溢流地磁检测器的数量为大于等于9。

4.根据权利要求1所述的一种交叉口双向拥塞智能感应控制系统，其特征在于：所述交叉口中央拥塞溢流地磁检测器的设置间距为拥堵状态下车辆平均车头间距的1/2。

5.根据权利要求1所述的一种交叉口双向拥塞智能感应控制系统，其特征在于：所述LED警示灯的安装方法如下所述：首先预埋好电缆管线，开挖好基坑，在基坑下部放入粗砂和碎石用于排水，然后安装预埋外壳，顶部和地面平齐，在预埋外壳和基坑之间填满细沙或水泥砂浆，接好管线后放置LED灯体。

6.根据权利要求1所述的一种交叉口双向拥塞智能感应控制系统，其特征在于：所述无线地磁节点信息接收及控制器安装于信号机内或安装于信号灯灯杆上方。

7.一种交叉口双向拥塞智能感应控制方法，其特征在于：

交叉路口上，北、南、东、西四个方向上的车辆排队长度地磁检测器分别定义为地磁组1、地磁组2、地磁组3和地磁组4，交叉口中央拥塞溢流地磁检测器的数量为9(更多数量的检测器也可按照相同逻辑执行)，分别定义为交叉口中央地磁组1、2、3、4、5、6、7、8、9，LED警示灯定义为警示灯组1、警示灯组2、警示灯组3和警示灯组4，信号灯定义为信号灯1、信号灯2、信号灯3和信号灯4，有车辆排队时地磁检测器输出值为1，无车辆排队时地磁检测器输出值为0；

1)当地磁组1输出值均为1且交叉口中央地磁组3、6、9、2、5、8输出值均为0，则判断由南向北方向拥堵，警示灯组1闪烁，信号灯1控制为红灯；

2)当地磁组1输出值均为1且交叉口中央地磁组3、6、9、2、5、8输出值任意4个为1，则判断由北向南方向严重拥堵且溢流至交叉口中央，警示灯组1常亮，信号灯1控制为红灯；

3)当地磁组2输出值均为1且交叉口中央地磁组1、4、7、2、5、8输出值均为0，则判断由北向南方向拥堵，警示灯组2闪烁，信号灯2控制为红灯；

4)当地磁组2输出值均为1且交叉口中央地磁组1、4、7、2、5、8输出值任意4个为1，则判断由北向南方向严重拥堵且溢流至交叉口中央，警示灯组2常亮，信号灯2控制为红灯；

5)当地磁组3输出值均为1且交叉口中央地磁组4、5、6、7、8、9输出值均为0，则判断由西向东方向拥堵，警示灯组3闪烁，信号灯3控制为红灯；

6)当地磁组3输出值均为1且交叉口中央地磁组4、5、6、7、8、9输出值任意4个为1，则判断由西向东方向严重拥堵且溢流至交叉口中央，警示灯组3常亮，信号灯3控制为红灯；

7)当地磁组4输出值均为1且交叉口中央地磁组1、2、3、4、5、6输出值均为0，则判断由东向西方向拥堵，警示灯组4闪烁，信号灯4控制为红灯；

8)当地磁组4输出值均为1且交叉口中央地磁组1、2、3、4、5、6输出值任意4个为1，则判断由东向西方向严重拥堵且溢流至交叉口中央，警示灯组4常亮，信号灯4控制为红灯；

9)当所有地磁输出值均为1，则判断交叉口处于双向严重拥堵且严重溢流状态，4个方向的4组警示灯常亮，4个方向的信号控制为全红；

10)当所有地磁输出值均为0，则判断交叉口处于不拥堵状态，所有警示灯熄灭，按默认的信号灯配时进行控制。

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