信号灯任意放行控制方法及基于总线的信号灯控制系统与流程

1.本发明涉及智能交通控制技术领域，尤其是信号灯任意放行控制方法及基于总线的信号灯控制系统。


背景技术：

2.现在市场上绝大部分红绿灯信号控制机采用导通和断开220v供电的方式，进行红绿灯的亮灭控制，这类信号机系统排线复杂、成本高，每个红绿灯都需要两根220v线进行控制，而且无法准确的监测信号灯当前的实际工作状态。
3.为解决上述问题，行业内提出了总线型信号系统，信号灯和信号控制机之间通过总线进行连接，大大减少了排线，同时增加了信号灯的智能化程度，可以进行数据交互，为信号系统的智能化发展提供了空间。但该方案也存在一些问题，如距离过远总线传输速度受限，以及如何保证信号完整性等。通常信号传输会存在一定的延时，且随着传输距离增加和设备数量增多，信号传输延时和设备间信号接收时差都会增加，很难进行实时的灯色切换，一般通过预设方案、提前下发或定点切换的形式进行灯色切换，但这类控制方法很难进行任意相序的放行，任意相序需要实时的调整放行方案，根据车流量的情况，动态的调整下一放行方向和放行时间，而通过预设等方式进行控制，将使放行方案的实施存在一定的滞后，进而可能对疏导交通起反作用。
4.当实时控制信号的传输存在较大延时，尤其是不同信号灯之间存在亮灯延时时，配套的违法抓拍设备会接收到不准确的红灯信号，导致拍摄画面中出现绿灯情况，最终导致违法抓拍无效。所以为避免该情况，总线信号机在实现任意相序控制的同时，还要求能够低延时或无延时、非预设的进行控制。


技术实现要素：

5.本发明人针对上述问题及技术需求，提出了信号灯任意放行控制方法及基于总线的信号灯控制系统，本发明的技术方案如下：
6.第一方面，本技术提供了一种信号灯任意放行控制方法，包括如下步骤：
7.计算当前时刻任一路口各车道的放行迫切性评估值f；
8.选择放行迫切性评估值f最大的车道作为第一放行车道，并给出当前放行车道对应的智能灯组放行指令；
9.放行过程中实时更新各车道的排队车辆数w和已等待时长s，在满足当前放行车道的最短放行时长t后，若满足切换条件则给出当前放行车道对应的智能灯组切换灯色指令；
10.重新执行计算当前时刻任一路口各车道的放行迫切性评估值f。
11.其进一步的技术方案为，计算当前时刻任一路口各车道的放行迫切性评估值f的方法包括：
12.获取当前时刻任一路口各车道的排队车辆数w、车辆积压增速a和已等待时长s；
13.对于每个车道，通过比较该车道的已等待时长s及其设定的最长允许等待时长sa
确定该车道的放行迫切性评估值f。
14.其进一步的技术方案为，切换条件为存在任一车道的已等待时长s超过其设定的最长允许等待时长sa，或者当前放行车道的排队车辆数w降低到指定车道的排队车辆数的预设阈值时；其中，指定车道是指将实时更新的各车道的排队车辆数w由大到小排列，取第二顺位车道作为指定车道。
15.其进一步的技术方案为，通过比较该车道的已等待时长s及其设定的最长允许等待时长sa确定该车道的放行迫切性评估值f的方法包括：
16.若s＜sa，则f＝k*w+j*a*t；
17.若s≥sa，则f＝k*w
max
；
18.式中，k和j为比例系数，根据道路情况调整；w
max
为该车道设定的最长排队车辆数。
19.其进一步的技术方案为，该方法还包括：
20.将计算得到的各车道的放行迫切性评估值f由大到小排列，按照排列顺序依次分析其他车道与第一放行车道是否存在绿冲突，将不存在绿冲突的车道同第一放行车道均作为当前放行车道，执行给出当前放行车道对应的智能灯组放行指令。
21.第二方面，本技术还提供了一种基于总线的信号灯控制系统，包括总线信号机以及通过总线连接的多个智能信号灯组和多个红灯信号总线检测盒；总线信号机执行第一方面提供的方法的步骤，将给出的当前放行车道对应的智能灯组切换灯色指令通过总线传输协议同步传输给智能信号灯组和红灯信号总线检测盒；红灯信号总线检测盒用于解析智能灯组切换灯色指令，并发送给相连的抓拍相机。
22.其进一步的技术方案为，总线传输协议包括基础协议和极简协议，基础协议用于单点数据传输，实现设备配置、心跳通信、信号灯亮灯情况查询；极简协议用于基于智能灯组切换灯色指令实现多设备的实时状态控制。
23.其进一步的技术方案为，在基础协议下确认连接总线的各个智能信号灯组工作状态正常后，总线传输协议切换为极简协议；在极简协议下，总线信号机给出多播的当前放行车道对应的智能灯组切换灯色指令，智能信号灯组和红灯信号总线检测盒接收智能灯组切换灯色指令，当前放行车道对应的智能信号灯组按照指令变更灯色，同时当前放行车道对应的抓拍相机根据红灯信号总线检测盒解析指令结果执行相应动作；指令发送完成，总线传输协议再次切换为基础协议，在基础协议下，总线信号机和红灯信号总线检测盒从总线中获取各个智能信号灯组回传的当前亮灯状态，并根据当前亮灯状态给出相关调整指令；
24.其中智能信号灯组工作状态正常是指智能信号灯组中的各个智能信号灯在线且亮灯情况正常。
25.其进一步的技术方案为，具有相同亮灯时间要求的智能信号灯隶属于同一智能信号灯组，将智能信号灯组、红灯信号总线检测盒与所在车道对应绑定，总线信号机通过基础协议对各个智能信号灯组进行信号灯属性配置；
26.智能信号灯作为一个可控设备包含多个颜色灯盘和发光检测装置，发光检测装置用于检测灯盘内灯珠亮灯情况，并在总线信号机询问时通过基础协议回传给总线信号机；其中检测灯珠亮灯情况包括检测灯珠颜色、亮度和显示完整性。
27.其进一步的技术方案为，若在基础协议下确认连接总线的智能信号灯组工作状态异常，则总线信号机给出相应异常智能信号灯组关闭指令或切换黄闪指令，红灯信号总线
检测盒从总线中获取并解析异常智能信号灯组关闭指令或切换黄闪指令，并发送给相连的抓拍相机，抓拍相机停止抓拍动作；
28.当总线信号机在一定时间范围内未能连续接收到智能信号灯组中智能信号灯回传的心跳包，则在智能信号灯组中将其暂时性剔除，待恢复通信后再连接回总线。
29.本发明的有益技术效果是：
30.本技术公开的信号灯任意放行控制方法，通过获取任一路口各车道的车流情况，并对其综合分析得到该路口的任意放行方案，该方案综合考虑了车流积压、已等待时间、绿冲突等情况，动态得出一种最优的放行方案，包含了智能灯组切换灯色指令。本技术公开的信号灯控制系统基于总线传输协议，可让总线信号机在准确清楚智能信号灯工作状态的情况下，快速将切换灯色指令同步传输到智能信号灯组和红灯信号总线检测盒，实现所有待切换灯色信号灯的同时控制，最终实现红绿信号灯的同步切换，同时通过红灯信号总线检测盒实现抓拍相机对于切换灯色指令的实时获取，很好的控制了信号灯切换和抓拍启动之间的时差，保证抓拍准确率。
附图说明
31.图1是本技术提供的信号灯任意放行控制方法流程图。
32.图2是本技术提供的基于总线的信号灯控制系统示意图。
33.图3是本技术提供的极简协议的数据格式。
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
35.请参考图1所示，本实施例提供了一种信号灯任意放行控制方法，包括如下步骤：
36.步骤1：计算当前时刻任一路口各车道的放行迫切性评估值f，包括：
37.步骤1.1：获取当前时刻任一路口各车道的排队车辆数w、车辆积压增速a和已等待时长s。可选的，上述数据可以利用车流量检测设备获取，如线圈车流量检测器、视频车流量检测器等。
38.步骤1.2：对于每个车道，通过比较该车道的已等待时长s及其设定的最长允许等待时长sa确定该车道的放行迫切性评估值f。
39.若s＜sa，则f＝k*w+j*a*t；
40.若s≥sa，则f＝k*w
max
；
41.式中，w
max
为该车道设定的最长排队车辆数，与排队车辆数w的单位为辆；车辆积压增速a的单位为辆/秒；已等待时长s、最短放行时长t、最长允许等待时长sa的单位均为秒；k和j为比例系数，根据道路情况调整。其中k的调整机制为，通过k*w的计算可以获得排队车辆放行完毕所需要的时间；j的调整机制为，通过j*a*t的计算可以获得继续等待一个最短放行周期所积压的车辆，完成放行需要的时间。
42.步骤2：将计算得到的各车道的放行迫切性评估值f由大到小排列，选择放行迫切性评估值f最大的车道作为第一放行车道。
43.步骤3：按照放行迫切性评估值f的排列顺序依次分析其他车道与第一放行车道是否存在绿冲突，将不存在绿冲突的车道同第一放行车道均作为当前放行车道，并给出当前
放行车道对应的智能灯组放行指令。
44.其中，本实施例采用本领域的常规技术手段来分析两车道是否存在绿冲突，在此不再详细赘述。
45.步骤4：放行过程中实时更新各车道的排队车辆数w和已等待时长s，在满足当前放行车道的最短放行时长t后，若满足切换条件则给出当前放行车道对应的智能灯组切换灯色指令。
46.其中，切换条件为存在任一车道的已等待时长s超过其设定的最长允许等待时长sa，或者当前放行车道的排队车辆数w降低到指定车道的排队车辆数的预设阈值时，比如降低到指定车道的排队车辆数的50％。
47.其中，指定车道是指将实时更新的各车道的排队车辆数w由大到小排列，取第二顺位车道作为指定车道。
48.可选的，本实施例所指的实时更新是每秒更新所需数据。
49.重复执行上述步骤1～4实现任一路口的信号灯任意放行控制方法。
50.基于同样的发明构思，请参考图2所示，本实施例还提供了一种基于总线的信号灯控制系统，包括总线信号机以及通过rs485总线连接的多个智能信号灯组和多个红灯信号总线检测盒。
51.总线信号机的硬件组成为行业通用的类型，软件为定制的能够执行上述信号灯任意放行控制方法的步骤，将给出的当前放行车道对应的智能灯组放行指令、智能灯组切换灯色指令通过总线传输协议传输给多个智能信号灯组，用于通过总线控制所连接的智能信号灯以及切换灯色等，同时将给出的当前放行车道对应的智能灯组切换灯色指令通过总线传输协议同步传输给挂载于总线上的多个红灯信号总线检测盒。其中，总线传输协议包括基础协议和极简协议。
52.智能信号灯组通过rs485总线进行对外数据通信，本实施例将具有相同亮灯时间要求(即同时亮灭)的智能信号灯隶属于同一智能信号灯组，智能信号灯作为一个可控设备包含多个颜色灯盘和发光检测装置，发光检测装置用于检测灯盘内灯珠亮灯情况。其中，发光检测装置包括用于检测灯珠显示完整性(即灯盘点亮时灯珠是否全部亮起)的电流传感器和电压传感器，用于检测灯珠颜色的颜色传感器，以及用于检测灯珠亮度的光敏传感器等电路，在此不再详细介绍电路组成。
53.红灯信号总线检测盒用于解析从总线获取的智能灯组切换灯色指令，确认智能信号灯红灯或绿灯切换时间点，并将其转换成符合所连接的抓拍相机的通信接口能接收的信号作为解析指令结果，则抓拍相机根据接收的信号执行启动或关闭相机动作。
54.在启用系统前，需人为将智能信号灯组、红灯信号总线检测盒与所在车道对应绑定，总线信号机通过基础协议对各个智能信号灯组进行信号灯属性配置，比如所属方向(东南西北)、指示功能(箭头左转、箭头直行、箭头右转、满灯、人行灯、调头灯、特殊符号灯)、心跳间隔等参数，为后续实现相关控制功能做准备。
55.本实施例提供的信号灯任意放行控制方法需要一种基于总线的能够快速、可靠的传递控制指令的总线传输协议以实现相关功能，该协议包含两种数据格式：一种基础协议，用于单点数据传输，实现设备配置、心跳通信、信号灯亮灯情况查询等功能，不再进行详细解释；另一种极简协议，用于基于小数据量的智能灯组切换灯色指令实现多设备的实时状
态控制。基于以上描述的协议，可让总线信号机在准确清楚智能信号灯工作状态的情况下，快速将切换灯色指令传输到各个智能信号灯及红灯信号总线检测盒。其中总线传输协议的主要内容描述如下：
56.先通过基础协议不断对各智能信号灯组中的各个智能信号灯依次进行在线确认，并通过发光检测装置检测信号灯的当前亮灯情况，通过协议回传给总线信号机；在基础协议下确认连接总线的各个智能信号灯组工作状态正常后，总线传输协议切换为极简协议，通过极简协议控制信号灯切换灯色，切换完成后，再次通过基础协议进行在线确认和亮灯情况读取，确认协议传输和执行正常，工作正常后，实现整个控制的闭环。若在基础协议下确认连接总线的智能信号灯组工作状态异常，即任何在线和亮灯情况数据分析发现异常，总线信号机给出相应异常智能信号灯组关闭指令或切换黄闪指令，红灯信号总线检测盒从总线中获取并解析异常智能信号灯组关闭指令或切换黄闪指令，并发送给相连的抓拍相机，则抓拍相机停止抓拍动作；当总线信号机在一定时间范围内未能连续接收到智能信号灯组中智能信号灯回传的心跳包，即该智能信号灯无法实现通信，则在智能信号灯组中将其暂时性剔除，待恢复通信后再连接回总线。
57.总线传输协议部分具体分步描述如下：
58.step1：在基础协议下，智能信号灯连续检测当前亮灯状态，包含灯色、亮度、显示完整性；
59.step2：总线信号机询问当前亮灯状态；
60.step3：智能信号灯答复当前状态(总线信号机以此保证信号灯在线)，总线传输协议切换为极简协议；
61.step4：在极简协议下，等待切换时点，总线信号机给出多播的当前放行车道对应的智能灯组切换灯色指令；
62.step5：智能信号灯组和红灯信号总线检测盒接收智能灯组切换灯色指令；
63.step6：当前放行车道对应的智能信号灯组按照指令变更灯色，同时当前放行车道对应的抓拍相机根据红灯信号总线检测盒解析指令结果执行相应动作，即开启或关闭相机，实现闯红灯抓拍功能，总线传输协议切换为基础协议；
64.step7：在基础协议下，总线信号机询问各个智能信号灯组执行情况或亮灯情况；step8：各个智能信号灯组答复当前亮灯状态；
65.step9：总线信号机和红灯信号总线检测盒从总线中获取询问结果并给出相关调整指令。
66.以上描述主要基于智能信号灯组和总线信号机的通信角度进行，红灯信号总线检测盒仅被动接受相关通信数据。其中智能灯组切换灯色指令的实现，可以具体描述为由总线信号机连续发出多播的切换灯色指令，各设备接收到指令后，先判断是否包含设置本智能信号灯的指令，如有根据要求判断和当前灯色是否一致，一致则无需调整，并准备好接收下一切换灯色指令，不一致则立即调整。
67.红灯信号总线检测盒仅接收协议数据并分析和转换，转换后发送给连接的抓拍相机使用，其不主动发送数据，设备直接挂载于总线上，可接受到信号机和信号灯发出的所有数据，根据指令内包含的待设置的信号灯组和连接相机之间的关系，决定是否启动或关闭抓拍相机。检测盒接收数据和智能信号灯组完全同步，且都是实时执行，可以保证信号灯灯
色和抓拍相机拍摄到的灯色保持一致，且当信号灯本身出现故障时，检测盒也可以根据后续的状态询问数据包，快速获取相关状态，进行纠错。如出现灭灯、亮度小于阈值、常亮灯等异常情况，及时关闭抓拍功能，保证抓拍的准确率。
68.如图3所示，极简协议由起始位、数据位、校验位、结束位组成，其中数据位不固定长度，通过前5bit表述智能信号灯组地址，后3bit表述信号灯亮灯模式(红灯、绿灯、黄灯闪烁等)，所有智能信号灯接收到该协议数据后，先
69.筛选出符合自己地址的数据，根据数据内的切换灯色指令，执行变换灯色动作。5在本实施例中，起始位固定为0xff，结束位固定为0xfe，除去起始位和结束位，若数据包内的剩余数据中出现了0xff和0xfe，需要进行转义，转义方式为在0xff或0xfe后补一位0xfd，组成0xff和0xfd、0xfe和0xfd，即若检测到0xff或0xfe后出现了0xfd，说明该数据不是起始位或结束位。校验位采用常规的crc校验计算，在此不再赘述。
70.0以上所述的仅是本技术的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种信号灯任意放行控制方法，其特征在于，所述方法包括：计算当前时刻任一路口各车道的放行迫切性评估值f；选择放行迫切性评估值f最大的车道作为第一放行车道，并给出当前放行车道对应的智能灯组放行指令；放行过程中实时更新各车道的排队车辆数w和已等待时长s，在满足当前放行车道的最短放行时长t后，若满足切换条件则给出当前放行车道对应的智能灯组切换灯色指令；重新执行所述计算当前时刻任一路口各车道的放行迫切性评估值f。2.根据权利要求1所述的信号灯任意放行控制方法，其特征在于，所述计算当前时刻任一路口各车道的放行迫切性评估值f的方法包括：获取当前时刻任一路口各车道的排队车辆数w、车辆积压增速a和已等待时长s；对于每个车道，通过比较该车道的已等待时长s及其设定的最长允许等待时长sa确定该车道的放行迫切性评估值f。3.根据权利要求1所述的信号灯任意放行控制方法，其特征在于，所述切换条件为存在任一车道的已等待时长s超过其设定的最长允许等待时长sa，或者当前放行车道的排队车辆数w降低到指定车道的排队车辆数的预设阈值时；其中，所述指定车道是指将实时更新的各车道的排队车辆数w由大到小排列，取第二顺位车道作为指定车道。4.根据权利要求2所述的信号灯任意放行控制方法，其特征在于，所述通过比较该车道的已等待时长s及其设定的最长允许等待时长sa确定该车道的放行迫切性评估值f的方法包括：若s＜sa，则f＝k*w+j*a*t；若s≥sa，则f＝k*w
max
；式中，k和j为比例系数，根据道路情况调整；w
max
为该车道设定的最长排队车辆数。5.根据权利要求1所述的信号灯任意放行控制方法，其特征在于，所述方法还包括：将计算得到的各车道的放行迫切性评估值f由大到小排列，按照排列顺序依次分析其他车道与第一放行车道是否存在绿冲突，将不存在绿冲突的车道同第一放行车道均作为当前放行车道，执行所述给出当前放行车道对应的智能灯组放行指令。6.一种基于总线的信号灯控制系统，其特征在于，所述系统包括总线信号机以及通过总线连接的多个智能信号灯组和多个红灯信号总线检测盒；所述总线信号机执行权利要求1-5任一所述的方法的步骤，将给出的当前放行车道对应的智能灯组切换灯色指令通过总线传输协议同步传输给智能信号灯组和红灯信号总线检测盒；所述红灯信号总线检测盒用于解析所述智能灯组切换灯色指令，并发送给相连的抓拍相机。7.根据权利要求6所述的基于总线的信号灯控制系统，其特征在于，所述总线传输协议包括基础协议和极简协议，所述基础协议用于单点数据传输，实现设备配置、心跳通信、信号灯亮灯情况查询；所述极简协议用于基于所述智能灯组切换灯色指令实现多设备的实时状态控制。8.根据权利要求7所述的基于总线的信号灯控制系统，其特征在于，在所述基础协议下确认连接总线的各个智能信号灯组工作状态正常后，总线传输协议切换为极简协议；在所述极简协议下，所述总线信号机给出多播的当前放行车道对应的智能灯组切换灯色指令，所述智能信号灯组和所述红灯信号总线检测盒接收智能灯组切换灯色指令，当前放行车道
对应的智能信号灯组按照指令变更灯色，同时当前放行车道对应的抓拍相机根据红灯信号总线检测盒解析指令结果执行相应动作；指令发送完成，总线传输协议再次切换为基础协议，在所述基础协议下，所述总线信号机和所述红灯信号总线检测盒从总线中获取各个智能信号灯组回传的当前亮灯状态，并根据当前亮灯状态给出相关调整指令；其中所述智能信号灯组工作状态正常是指所述智能信号灯组中的各个智能信号灯在线且亮灯情况正常。9.根据权利要求7所述的基于总线的信号灯控制系统，其特征在于，具有相同亮灯时间要求的智能信号灯隶属于同一智能信号灯组，将智能信号灯组、红灯信号总线检测盒与所在车道对应绑定，所述总线信号机通过基础协议对各个智能信号灯组进行信号灯属性配置；所述智能信号灯作为一个可控设备包含多个颜色灯盘和发光检测装置，所述发光检测装置用于检测灯盘内灯珠亮灯情况，并在所述总线信号机询问时通过基础协议回传给总线信号机；其中检测灯珠亮灯情况包括检测灯珠颜色、亮度和显示完整性。10.根据权利要求8所述的基于总线的信号灯控制系统，其特征在于，若在基础协议下确认连接总线的智能信号灯组工作状态异常，则所述总线信号机给出相应异常智能信号灯组关闭指令或切换黄闪指令，所述红灯信号总线检测盒从总线中获取并解析异常智能信号灯组关闭指令或切换黄闪指令，并发送给相连的抓拍相机，所述抓拍相机停止抓拍动作；当所述总线信号机在一定时间范围内未能连续接收到智能信号灯组中智能信号灯回传的心跳包，则在智能信号灯组中将其暂时性剔除，待恢复通信后再连接回总线。

技术总结
本发明公开了信号灯任意放行控制方法及基于总线的信号灯控制系统，涉及智能交通控制技术领域，该方法包括：计算当前时刻任一路口各车道的放行迫切性评估值；选择放行迫切性评估值最大的车道作为第一放行车道，并给出当前放行车道对应的智能灯组放行指令；放行过程中实时更新各车道的排队车辆数和已等待时长，在满足当前放行车道的最短放行时长后，若满足切换条件则给出当前放行车道对应的智能灯组切换灯色指令；重新执行计算放行迫切性评估值，动态得出该路口的最优放行方案。控制系统基于总线传输协议，快速将切换灯色指令同步传输到智能信号灯组和红灯信号总线检测盒，很好的控制了信号灯切换和抓拍启动之间的时差，保证抓拍准确率。拍准确率。拍准确率。


技术研发人员：徐益
受保护的技术使用者：江苏航天大为科技股份有限公司
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/7/12