一种易于实现的交通信号灯自适应方法与流程

1.本发明属于交通安全技术领域，具体涉及一种易于实现的交通信号灯自适应方法。


背景技术：

2.随着私家车的大众化，道路交通压力越来越大，交通事故时有发生，交通拥堵更是难以避免，严重时甚至需要大量交警人为疏通，红绿灯系统作为控制车流量、减少交通事故的重要工具，获得了研究人员的广泛关注与研究。
3.研究人员孔祉麒建立了一个红绿灯时间设置模型，并利用实际车流量数据对模型进行了分析，上述研究仅仅关注红灯与绿灯时间的比例，通过找到最佳比例以优化交通系统，但是，这种红灯绿灯的时间比例固定的交通灯系统，只能较好地适应某一特定的车流量，然而，路段不同时间、不同方向的车流量都可能有很大的不同。
4.在此基础上，考虑到道路相对方向车流量不均衡问题，研究人员王维松、章伟、王金生等提出基于fpga的一种智能交通红绿灯设计，提出利用fpga对相对方向的红绿灯产生不同步的信号，以解决车流量不均衡的问题，进而减少对交通资源的浪费，研究人员刘胤哲提出一个智能红绿灯控制模型，该模型的红绿灯时间比例会根据由埋在地下的电磁感应线圈获得的车流量进行实时调整，然而，这些方法依然存在以下缺点：
5.(1)实现难度较大，尤其是在地下埋电感线圈检测车流量，这意味着需要对整个道路进行施工修改；
6.(2)只考虑到通过优化交通系统改善车流量以及车辆排放，却没有考虑到交通信号灯本身也会消耗大量能源；
7.而在现实环境中，交通灯对能源的过度消耗通常存在于以下两种情况：
8.21)有的路口在不拥堵时各道路车流量较为平均，且车流量较大，但是在发生严重的交通拥堵时，道路某一特定方向来车特别多，造成了该方向的拥堵，而其他方向来车很少，也就是说在该时间段车辆几乎都朝相同方向行驶，不会发生交通事故，交警在指挥这类道路的交通时，通常会让堵塞方向来车直接通过，而忽视交通灯信号，这种情况将其命名为拥堵时无需交通灯路口；
9.22)有的路口在用车高峰期时四面都有很多来车，此时如果不用交通灯控制车辆的通行，是极容易发生交通事故的，但是在多数时候，该路段车流量较小，交通灯的存在导致车辆频繁停止启动，不仅容易影响驾驶员行车情绪，也会带来更多的车辆排放，这种情况将其命名为非拥堵时无需交通灯路口。


技术实现要素：

10.为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种易于实现的交通信号灯自适应方法，具有不仅可以根据车流量自适应调整路口所有绿灯时长，而且还可以在特定情况下自动关闭交通信号灯，在改善交通状况的同时实现对交通信号灯更合理使用的特点。
11.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种易于实现的交通信号灯自适应方法，包括以下步骤：
12.s1：系统初始化；
13.s2：车流量数据的采集；
14.s3：路口各交通灯的时长分配；
15.s4：道路状况判定；
16.s5：对交通灯系统的控制。
17.本发明中进一步的，所述步骤s1中，系统初始化的具体步骤为：
18.s11：在每一个交通灯上安装低功耗单片机，并连接高精度、低功耗无线通信模块和摄像头模块；
19.s12：交通信号灯之间的通信初始化
20.s121：任选一个交通灯为主机，其余交通灯为从机；
21.s122：设置从机向主机发消息的优先级高于主机向从机发消息的优先级；
22.s123：设置主机每次收到从机发送的信号后都会立马向从机发送应答信号；
23.s124：设置时间t，如果从机在时间t内未收到确认信号，则认为发送失败，再次向主机发送消息，直至通信成功；
24.s13：车流量数据采集参数初始化
25.s131：初始化计数值为0；
26.s132：初始化计时器为0；
27.s133：设置测量周期为t1、t2，
28.其中，t1作为普通路况下的发送信号的周期，t2作为拥堵路况下的发送信号的周期，t2＜t1；
29.s134：设置一个周期内，摄像头检测范围内的同一辆车不管位置是否改变，都只被统计一次；
30.s14：道路状况判定参数初始化
31.s141：设置每条道路拥堵与非拥堵的阈值分别为a
n
(n＝1,2,
…
道路总数量)；
32.s142：设置每条道路几乎不可能发生事故与可能发生事故的阈值分别为b
n
(n＝1,2,
…
道路总数量)；
33.s15：交通灯时长分配原则初始化
34.对于可能发生碰撞的每组路口，设置如下原则：
35.道路1为绿灯时道路2必为红灯，
36.道路1的绿灯时长 道路2的绿灯时长≤t，
37.该原则可以拓展为多条道路。
38.本发明中进一步的，所述步骤s2中，车流量数据采集的具体步骤为：
39.s21：统计车流量
40.s211：开启计数器、计时器；
41.s212：摄像头模块每识别到一辆车，计数器值加一；
42.s213：若计时器时长达到设定的周期，则从机向主机发送周期内的平均车流量数据，主机统计自己的以及其他所有从机的车流量数据；
43.s214：将计数器、计时器值清零，返回步骤s213，如此往复。
44.本发明中进一步的，所述步骤s3中，路口各交通灯时长分配的具体步骤为：
45.s31：主机根据每个道路的车流量数据，为每个交通灯分配不同的红灯绿灯时长；
46.s32：利用初始化的交通灯时长分配原则进行验证，若不符合要求，则重复s31，直至符合原则规定。
47.本发明中进一步的，所述步骤s4中，道路状况判定的具体步骤为：
48.s41：阈值的确定
49.s411：根据采集的数据，结合现实情况，得出每条道路由非拥堵变为拥堵的对应阈值a
n
；
50.s412：如果道路路况被判定为非拥堵，则进一步根据实测数据得出每条道路由几乎不可能发生事故变为可能发生事故的对应阈值b
n
；
51.s42：根据道路实际车流量与阈值的大小关系判定道路状况
52.s421：若实际车流量小于阈值b
n
，则判定为几乎不可能发生交通事故；
53.s422：若实际车流量小于阈值a
n
且大于阈值b
n
，则判定为可能发生交通事故；
54.s423：若实际车流量大于阈值a
n
，则判定为拥堵；
55.s43：从机向主机发送信号
56.s431：如果从机检测到的道路状况保持不变，则按照周期t1向主机发送平均车流量，如果从机检测到的道路状况为拥堵，则周期减少到t2；
57.s432：如果从机检测到的道路状况发生了改变，则立马向主机发送信号；
58.s44：主机根据从机发送的道路状态以及自己对应道路的道路状态，对整个路口状态做出最终判定
59.s441：如果所有道路状态均为几乎不可能发生交通事故，或者所有可能发生车辆碰撞的道路组合中都只有至多一条道路状态为可能发生交通事故，而其余均为几乎不可能发生交通事故，则路口路况整体判定为几乎不可能发生交通事故；
60.s442：如果没有道路状态为拥堵，且任一可能发生车辆碰撞的道路组合中有多于一条道路状态为可能发生交通事故，则路口路况判定为可能发生交通事故；
61.s443：如果只有一条道路状态为拥堵，且与该条道路可能发生车辆碰撞的道路路况均为几乎不可能发生交通事故，则路口路况整体判定为第一类拥堵路口；
62.s444：如果至少有一条道路为拥堵且不为s443的情况，则路口路况整体判定为第二类拥堵路口。
63.本发明中进一步的，所述步骤s5中，对交通灯系统控制的具体步骤为：
64.s51：主机根据判定的路口路况，对整个系统做出调整
65.s511：如果路口路况整体判定为几乎不可能发生交通事故，则主机直接向从机发送关闭交通灯信号，待从机全部反馈收到信号后，主机将与自己连接的交通灯也关闭，此时只保留每一个交通灯上的单片机、无线通信模块以及摄像头模块工作；
66.s512：如果路口路况整体判定为可能发生交通事故，此时交通灯系统正常工作，更新交通灯时长分配的周期为t1；
67.s513：如果路口路况整体判定为第一类拥堵路口，则主机直接向从机发送关闭交通灯信号，待从机全部反馈收到信号后，主机也关闭自己连接的交通灯，此时同样只保留每一个交通灯上的单片机、无线通信模块以及摄像头模块工作；
68.s514：如果路口路况整体判定为第二类拥堵路口，则交通灯系统保持正常工作，更新交通灯时长分配的周期变为t2。
69.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
70.1、本发明在交通灯上安装低功耗的单片机、无线通信模块与摄像头，可以根据车流量自适应调整路口所有绿灯时长，还可以在特定情况下自动关闭交通信号灯，在改善交通状况的同时实现对交通信号灯更合理的使用，而且安装全程无需对交通灯或者道路进行施工整改，实施简单，成本低。
71.2、本发明车流量数据的测量采用摄像头结合图像处理程序，算法较为成熟，能够准确测量车流量数据。
72.3、本发明交通灯之间利用无线通信模块进行通信，避免了复杂的电路和庞大的硬件结构，对交通灯之间的距离要求不高。
73.4、本发明细致的考虑了各种交通状况，在改善交通拥堵的同时节省了交通灯能源消耗以及人力资源的使用。
74.5、本发明只需在交通灯上增加轻量的测量装置，具有很好的可移植性，可以轻松应用于任何路口的交通系统。
附图说明
75.图1为本发明的流程图。
具体实施方式
76.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
77.请参阅图1，本发明提供以下技术方案：一种易于实现的交通信号灯自适应方法，包括以下步骤：
78.s1：系统初始化
79.s11：在每一个交通灯上安装低功耗单片机，并连接高精度、低功耗无线通信模块和摄像头模块；
80.s12：交通信号灯之间的通信初始化
81.s121：任选一个交通灯为主机，其余交通灯为从机；
82.s122：设置从机向主机发消息的优先级高于主机向从机发消息的优先级；
83.s123：设置主机每次收到从机发送的信号后都会立马向从机发送应答信号；
84.s124：设置时间t，如果从机在时间t内未收到确认信号，则认为发送失败，再次向主机发送消息，直至通信成功；
85.s13：车流量数据采集参数初始化
86.s131：初始化计数值为0；
87.s132：初始化计时器为0；
88.s133：设置测量周期为t1、t2，
89.其中，t1作为普通路况下的发送信号的周期，t2作为拥堵路况下的发送信号的周期，t2＜t1；
90.s134：设置一个周期内，摄像头检测范围内的同一辆车不管位置是否改变，都只被统计一次；
91.s14：道路状况判定参数初始化
92.s141：设置每条道路拥堵与非拥堵的阈值分别为a
n
(n＝1,2,
…
道路总数量)；
93.s142：设置每条道路几乎不可能发生事故与可能发生事故的阈值分别为b
n
(n＝1,2,
…
道路总数量)；
94.s15：交通灯时长分配原则初始化
95.对于可能发生碰撞的每组路口，设置如下原则：
96.道路1为绿灯时道路2必为红灯，
97.道路1的绿灯时长 道路2的绿灯时长≤t，
98.该原则可以拓展为多条道路；
99.s2：车流量数据的采集
100.s21：统计车流量
101.s211：开启计数器、计时器；
102.s212：摄像头模块每识别到一辆车，计数器值加一；
103.s213：若计时器时长达到设定的周期，则从机向主机发送周期内的平均车流量数据，主机统计自己的以及其他所有从机的车流量数据；
104.s214：将计数器、计时器值清零，返回步骤s213，如此往复；
105.s3：路口各交通灯的时长分配
106.s31：主机根据每个道路的车流量数据，为每个交通灯分配不同的红灯绿灯时长；
107.s32：利用初始化的交通灯时长分配原则进行验证，若不符合要求，则重复s31，直至符合原则规定；
108.s4：道路状况判定
109.s41：阈值的确定
110.s411：根据采集的数据，结合现实情况，得出每条道路由非拥堵变为拥堵的对应阈值a
n
；
111.s412：如果道路路况被判定为非拥堵，则进一步根据实测数据得出每条道路由几乎不可能发生事故变为可能发生事故的对应阈值b
n
；
112.s42：根据道路实际车流量与阈值的大小关系判定道路状况
113.s421：若实际车流量小于阈值b
n
，则判定为几乎不可能发生交通事故；
114.s422：若实际车流量小于阈值a
n
且大于阈值b
n
，则判定为可能发生交通事故；
115.s423：若实际车流量大于阈值a
n
，则判定为拥堵；
116.s43：从机向主机发送信号
117.s431：如果从机检测到的道路状况保持不变，则按照周期t1向主机发送平均车流量，如果从机检测到的道路状况为拥堵，则周期减少到t2；
118.s432：如果从机检测到的道路状况发生了改变，则立马向主机发送信号；
119.s44：主机根据从机发送的道路状态以及自己对应道路的道路状态，对整个路口状态做出最终判定
120.s441：如果所有道路状态均为几乎不可能发生交通事故，或者所有可能发生车辆碰撞的道路组合中都只有至多一条道路状态为可能发生交通事故，而其余均为几乎不可能发生交通事故，则路口路况整体判定为几乎不可能发生交通事故；
121.s442：如果没有道路状态为拥堵，且任一可能发生车辆碰撞的道路组合中有多于一条道路状态为可能发生交通事故，则路口路况判定为可能发生交通事故；
122.s443：如果只有一条道路状态为拥堵，且与该条道路可能发生车辆碰撞的道路路况均为几乎不可能发生交通事故，则路口路况整体判定为第一类拥堵路口；
123.s444：如果至少有一条道路为拥堵且不为s443的情况，则路口路况整体判定为第二类拥堵路口；
124.s5：对交通灯系统的控制
125.s51：主机根据判定的路口路况，对整个系统做出调整
126.s511：如果路口路况整体判定为几乎不可能发生交通事故，则主机直接向从机发送关闭交通灯信号，待从机全部反馈收到信号后，主机将与自己连接的交通灯也关闭，此时只保留每一个交通灯上的单片机、无线通信模块以及摄像头模块工作；
127.s512：如果路口路况整体判定为可能发生交通事故，此时交通灯系统正常工作，更新交通灯时长分配的周期为t1；
128.s513：如果路口路况整体判定为第一类拥堵路口，则主机直接向从机发送关闭交通灯信号，待从机全部反馈收到信号后，主机也关闭自己连接的交通灯，此时同样只保留每一个交通灯上的单片机、无线通信模块以及摄像头模块工作；
129.s514：如果路口路况整体判定为第二类拥堵路口，则交通灯系统保持正常工作，更新交通灯时长分配的周期变为t2。
130.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。