平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机

摘要

平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机是一种城市道路平面交叉路口红绿灯信号配时控制装置。本信号机对于城市平面交叉路口具有统一的分类方法、相位划分规范、相位驱动板设置规范和信号灯接线规范，实现了对平面交叉路口的通用控制。本产品采用主控板、相位主板和检测主板、相位驱动板和车辆检测板等3级模块化结构，主控板以高性能Cortex-M3技术的ARM 32位微控制器为核心，通过RS485总线连接相位主板和检测主板，相位主板通过RS485总线连接相位驱动板，控制路口信号灯，检测主板通过RS485总线连接车辆检测板，实现车流量检测，在信号机软件算法和硬件结构上达到了交通信号控制的目标。

权利要求

1.一种平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机，其特征在于：具有通用控制方法，即按照路口交通流的信号控制需求，把平面交叉路口分成十字(丁字、Y型)路口、菱形路口、畸形路口三种类别，对每类路口综合其信号控制相位设置需求，形成统一的相位划分规范，进而形成统一的相位驱动板设置规范和信号灯接线规范。

2.根据权利要求1所述的信号机，其特征在于：具有主控板、相位主板和检测主板、相位驱动板和车辆检测板等3级模块化结构，一级模块是由以高性能Cortex-M3技术的ARM

32位微控制器为核心的主控板和系统底板、检测底板各一块组成；二级模块由相位主板和检测主板各一块组成；三级模块由若干块相位驱动板和若干块车辆检测板组成，各级模块电路板由RS485总线连接。

3.根据权利要求1所述的信号机，其特征在于：信号机软件有：从RS485总线连接的采集设备收集的车流量数据处理软件模块；各级模块间RS485通讯处理软件模块；有行人过街触发模式算法、多时段定时模式算法、感应模式算法和集中协调模式算法等配时方案处理软件模块；有相位主板控制模块，相位驱动板控制模块，检测主板控制模块，车辆检测板控制模块；有信号机计时模块；故障检测模块；数据通讯模块；还有信号机参数设置模块；

有基于RS232的守护进程模块；有基于以太网的守护进程模块；流量数据和信号机配置参数连接配时方案处理软件模块；相位主板控制模块将配时信息传给相位驱动板控制模块；

相位驱动板控制模块向信号机连接的灯组实施灯色显示控制。

说明书

平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机

技术领域

[0001] 本发明属于城市道路平面交叉路口红绿灯信号配时控制装置，具体地讲是指采用了能够统一规范化地实现路口信号配时和安装施工的通用方法和多级模块化结构的交通控制信号机。

背景技术

[0002] 近年来，交通拥挤日渐成为城市交通的主要问题，信号机在功能上也形成了行人过街触发式信号机、多时段定时式信号机、感应式信号机和集中协调式信号机等四种。目前，信号机开始向公交优先、特勤指挥、本地自适应、多智能体和通信规范等功能方向发展，但这些改进都是沿着信号机功能在纵向扩展，而在横向上，往往忽略了城市道路平面交叉路口的多样性和城市交通流的关联性，没有在信号机技术方案和结构上提供充分地支持，对于多种多样的路口类型和交通流情况不具备全面统一的控制和实施规范，有些路口甚至无法实现有效控制。因此，这些信号机在系统的实施过程中，不同的路口需要设置不同的信号相位，有些情况甚至由于案例过于复杂而无法实现，信号灯和检测线圈需要采用不同的接线方式，对用户和工程承包商的安装和实施技能有了很高要求，加大了培训、实施和维护成本。另一方面，完整的信号机包含有主控、通信、灯控、流量检测和故障检测等功能，目前的信号机采用了板卡不划分模块(采用一个整体的控制板)或一级模块化(采用主控板、通信板、灯控板、检测板的组合方式)的结构，这样在生产、调试、安装和维护过程中，会带来很多不便，影响了生产和施工效率。

发明内容

[0003] 为解决现有技术中存在的不具备能够统一规范化地实现城市道路平面交叉路口信号配时和安装施工的通用方法和多级模块化结构，从而不能有效地实现城市道路平面交叉路口的信号控制问题，本发明提出一种带有通用控制方法和多级模块化结构的信号机。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

[0005] 平面交叉路口通用控制方法和多级模块化结构信号机，所述信号机采用了通用控制方法，其特征在于按照路口交通流的信号控制需求，对平面交叉路口进行分类，综合每类路口的信号控制相位设置需求，形成统一的相位划分规范，并在信号机软件算法和硬件结构上予以支持。

[0006] 进一步地，本发明还具有如下技术特征：硬件结构采用多级模块化设计，一级模块是由以高性能Cortex-M3技术的ARM 32位微控制器为核心的主控板和系统底板、检测底板各一块组成；二级模块由相位主板和检测主板各一块组成；三级模块由6块相位驱动板和8块车辆检测板组成。各级模块电路板由串口总线连接。

[0007] 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：

[0008] 1、本发明采用了交叉路口通用控制技术，具有信号机内部接线规范、信号灯接线规范和检测器接线规范三条工程施工标准，构成信号机通用接线规范，使得信号机安装维护变得极为简便和规范；同时，采用了按照通用控制的要求设计的多级模块化的结构，最终实现了平面交叉路口的通用控制。

[0009] 2、信号配时调整便利。由于采用了统一的相位划分设置，使得不同路口的信号配时操作具有了统一的规律可循，提高了信号配时的有效性和高效性。

[0010] 3、本发明所涉及的畸形路口本质上是城市路网中相邻过近的路口，交通流量有着很强的相关性，存在需要严格保持时差的相位，现有技术方案通常采用3台信号机采用时间同步或者联网协调控制，但是采用时间同步的方式存在3台信号机时间不能同步，从而导致相位时差波动，联网协调控制也遭受网络通信不可靠带来的负面影响。本发明的信号机通过进行合理的相位划分，采用一台信号机内部相位协调的方式，可以保证相位时差的可靠运行。

附图说明

[0011] 图1.1是十字(丁字、Y型)路口平面图

[0012] 图1.2是菱形路口平面图

[0013] 图1.3是畸形路口平面图

[0014] 图2.1是十字(丁字、Y型)路口相位划分图

[0015] 图2.2是菱形路口相位划分图

[0016] 图2.3是畸形路口相位划分图

[0017] 图3是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的信号灯接线规范图[0018] 图4是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的3级模块化结构框图[0019] 图5.1是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的主控板原理图之一[0020] 图5.2是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的主控板原理图之二[0021] 图5.3是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的主控板原理图之三[0022] 图6是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的相位主板原理图[0023] 图7.1是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的相位驱动板原理图之一

[0024] 图7.2是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的相位驱动板原理图之二

[0025] 图8是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的检测主板原理图[0026] 图9.1是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的车辆检测板原理图之一

[0027] 图9.2是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的车辆检测板原理图之一

[0028] 图10是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的软件结构框图具体实施方式

[0029] 本发明的具体实施方式为：

[0030] 1、按照路口交通流量的信号控制需求，对平面交叉路口进行分类[0031] 本发明的信号机按照信号控制特点把城市平面交叉路口划分成十字(丁字、Y型)路口、菱形路口和畸形路口三种类别。

[0032] 其中十字(丁字、Y型)路口涵盖所有角度交叉的十字路口、丁字路口和Y型路口，本发明的信号机以路口任一个进口车道作为正东方向，形成图1.1所示的十字(丁字、Y型)路口平面图。

[0033] 菱形路口是两条道路相交，一条道路下穿，形成的容易形成二次停车的交叉路口，本发明的信号机以二次过街道路为东西向，形成图1.2所示的菱形路口平面图。

[0034] 畸形路口是毗邻普通十字(丁字、Y型)路口距离很近(通常在50～100多米)存在一到两个小路口，由于距离过近，需要协调控制的路口组合，本发明的信号机以多个路口共处的一条道路为南北向，形成图1.3所示的畸形路口平面图。

[0035] 2、对不同类别的交叉路口进行控制相位划分

[0036] 本发明的信号机对十字(丁字、Y型)路口、菱形路口和畸形路口三种类别的城市平面交叉路口进行了统一的控制相位划分。

[0037] 如图2.1所示的是十字(丁字、Y型)路口相位划分图。

[0038] 如图2.2所示的是菱形路口相位划分图。

[0039] 如图2.3所示的是畸形路口相位划分图。

[0040] 3、采用统一的相位划分规范和相位驱动板设置规范

[0041] 根据平面交叉路口的通用控制需求，本发明的信号机统一设置了24个独立相位输出，实现各种路口的信号控制。

[0042] 每种路口对于24个独立相位的使用情况和路口相位划分情况如下表所示。

[0043] 相位划分规范

[0044]

[0045] 本发明的信号机采用6个相位驱动板实现24个独立相位的输出，每个相位驱动板实现固定4个相位的输出控制，如下表所示。

[0046] 相位驱动板设置规范

[0047]相位驱动板编号 驱动相位编号
1 1、2、3、4
2 5、6、7、8
3 9、10、11、12
4 13、14、15、16
5 17、18、19、20
6 21、22、23、24

[0048] 4、采用统一的信号灯接线规范

[0049] 本发明的信号机相位驱动板先连接到位于信号机机柜下部的接线端子输入端上，再由接线端子输出端接往路口信号灯，如图3所示是信号机相位驱动板到信号灯的统一接线规范图。

[0050] 5、采用多级模块化的信号机结构

[0051] 如图4所示的一种平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机结构框图，有主控板、相位主板和检测主板、相位驱动板和车辆检测板等3级模块化结构。

[0052] 主控板以高性能Cortex-M3技术的ARM 32位微控制器为核心的主控板，主控板通过RS485总线连接相位主板和检测主板；主控板还有以太网接口、RS232接口、多个I/O接口、RS422接口，可以实现通信功能。相位主板通过RS485总线连接相位驱动板，相位驱动板控制路口信号灯，并具有控制交通信号灯的状态指示灯。检测主板通过RS485总线连接车辆检测板，车辆检测板连接路口各个检测线圈，实现车流量检测，并具有各车检线圈的状态指示灯。

[0053] 图5.1、5.2、5.3所示的是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的主控板原理图。

[0054] 图6所示的是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的相位主板原理图。

[0055] 图7.1、7.2所示的是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的相位驱动板原理图。

[0056] 图8所示的是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的检测主板原理图。

[0057] 图9.1、9.2所示的是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的车辆检测板原理图。

[0058] 本发明的信号机硬件具有主控板、相位主板和检测主板、相位驱动板和车辆检测板等部件，信号机软件有：从RS485总线连接的采集设备收集的车流量数据处理软件模块；各级模块间RS485通讯处理软件模块；有行人过街触发模式算法、多时段定时模式算法、感应模式算法和集中协调模式算法等配时方案处理软件模块；有相位主板控制模块，相位驱动板控制模块，检测主板控制模块，车辆检测板控制模块；有信号机计时模块；故障检测模块；数据通讯模块；还有信号机参数设置模块；有基于RS232的守护进程模块；有基于以太网的守护进程模块；流量数据和信号机配置参数连接配时方案处理软件模块；相位主板控制模块将配时信息传给相位驱动板控制模块；相位驱动板控制模块向信号机连接的灯组灯色显示。

[0059] 图10所示的是平面交叉路口通用控制方法和多级模块化信号机的软件结构框图。

[0060] 总体系统功能：

[0061] 实现了时间计划表控制。最大支持24个相位，24个灯组，计划总条数为128条，时段数没有限制，可以对周日-周六分别设置，支持阳历节假日，阴历节假日，支持多条预案，编辑功能强大。

[0062] 实现了绿波带控制。相位差参数设置简单。相位差回归快速且过渡稳定，一般在三个周期。

[0063] 相位控制属性全面。包括正常、绿闪、黄闪、红闪、常绿、常黄、常红、灭灯。

[0064] 系统接口丰富，可以接入流量采集设备、测速设备、触点设备等。

[0065] 实现了以太网、RS232等通讯方式。

[0066] 数据通讯压缩性高。节约通讯成本，同时提高通讯效率。

[0067] 控制系统可以实现监控路口信号机运行状态和控制状态。

[0068] 实现显示路口控制状态。可以在控制中心实时查看路口状态和强制切换路口状态。

[0069] 支持远程手动控制。

[0070] 实时性、动态性强。毫秒级刷新。

[0071] 可以对相位设置、灯组设置、通讯参数设置、其它控制参数设置等。

[0072] 信号机参数设置方式多样。可以通过网络通讯下载，也可以通过RS232通讯下载。

[0073] 实现了信号机主控板、相位主板、检测主板、相位驱动板和车辆检测板等设备管理。

[0074] 信号机自身检测并主动报警。当信号机检测到或运行过程中发现异常时主动向控制中心报警，并根据错误等级决定信号机的动作。比如发现总线错误时系统报警、写日志、停止控制、全部灭灯。错误分为三级，一般性错误、较严重错误、严重错误。可以通过网络实时监控和现场系统状态灯显示，以监视系统是否正常。

[0075] 错误日志管理。

[0076] 实现灯组控制。相位主板实现对相位驱动板的控制，相位驱动板实现对灯的控制。

[0077] 可以接入人行横道过街请求设备。

[0078] 实现对倒计时的控制。

[0079] GPS校时功能。

[0080] 自动校时。

[0081] 用途：该系统主要用途是对平面交叉路口实施不同交通参与者通行权时间隔离控制，使其在现有的路网交通组织条件下，尽可能的减小路口时间延误和提高安全性。