[发明专利]基于车辆自组网的单点十字交叉口信号灯实时控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及城市单点十字交叉口的信号灯实时控制方法。 

背景技术

许多国家都高度关注城市、尤其是大城市的交通拥堵问题。最常用的方法是在交叉口处实现信号控制。单点交叉口的信号控制方法大致可以分为3类：分时段信号控制、定时信号控制和实时信号控制。基于一天中不同时段的信号控制，将一天划分为某几个时段，每个时段采用一种预先制定的信号配时方法。定时信号控制则不管交通环境和时间如何改变，完全采用静态的信号控制方案。实时信号控制通过分析实时的交通运行状况，自动优化调整信号配时方案。 

分时段信号控制和定时信号控制的优点在于无需额外的交通信息采集设备以及复杂的控制算法，但其控制效果相比实时信号控制而言具有较大的差距。另一方面，实时信号控制通过实时交通信息的获取，能够制定更加合理的信号控制方案，从而缓解交通拥堵。但其核心的难点是如何检测准确的、实时的交通信息。当前，信号交叉口处最常用的交通信息检测设备主要包括：线圈检测器、超声检测器、微波检测器以及视频检测器等。线圈检测器与超声监测器需要埋设在路面下方，造成其维护成本较高。视频和微波检测器虽然易于安装，同样会导致较高的维护成本。 

目前，依据交叉口各进口道排队长度的信号控制是最优的实时信号控制方法。在以往的工程实践中，为实现该控制方法，需要在每个进口道的每条车道上安装线圈检测器。排队长度的检测依赖于上游排队长度检测器和下游溢回检测器的数据。此外，所计算的排队长度非常容易受到检测速度误差的影响，从而造成所估计的排队长度与实际偏差较大。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于车辆自组网的单点十字交叉口信号灯实时控制方法，以解决现有技术利用线圈检测器检测各进口道排队长度的信号控制方法，所计算的排队长度非常容易受到检测速度误差的影响，从而造成所估计的排队长度与实际偏差较大的问题。 

本方法基于车辆自组网，对每个进口道车道的排队车辆进行组队，并选择某一车辆作为该车辆自组网的对外通信节点，由该车辆向该信号交叉口信号灯的信号控制器发送车辆排队长度信息；信号控制器基于车辆排队信息完成下一个信号控制周期长度的计算和绿灯相位组合配时的设计。 

车辆自组网（VANETs）技术的提出，使得无需在交叉口处安装任何交通信息检测设 备，便可以通过车与车的通信、车辆与信号控制器的通信，获取交叉口各进口道的排队长度交通信息，从而准确地计算和配时。解决了现有技术利用线圈检测器检测各进口道排队长度的信号控制方法，所计算的排队长度非常容易受到检测速度误差影响的问题。 

附图说明

图1是基于VANETs的交叉口实时信号控制系统示意图；图2是十字交叉口进口道及车道编号的示意图；图3是双环信号控制的相位设置对应图；图4系统的工作流程图；图5是车辆组队示例图。 

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图5具体说明本实施方式。本实施方式的方法基于车辆自组网，对每个进口道车道的排队车辆进行组队，并选择某一车辆作为该车辆自组网的对外通信节点，由该车辆向该信号交叉口信号灯的信号控制器1发送车辆排队长度信息；信号控制器1基于车辆排队信息完成下一个信号控制周期长度的计算和绿灯相位组合配时的设计。 

（1）本发明方法的系统架构 

本发明系统的功能是实现对单点十字交叉口的实时信号控制。系统组成包含了：信号控制器1和车辆自组网（VANETs）。车辆自组网能够实现车与车间的通信和车辆与交叉口信号控制器1之间通信的功能。车辆自组网的功能是获取交叉口进口道车辆排队长度的信息，基于车-车通信在自组网内部选出“领导者”车辆（leader），由“leader”车辆将排队长度信息定期传送给信号控制器。信号控制器实现基于车道排队长度的实时最优信号控制，主要包含了信号控制周期优化模块和相位绿灯时间优化模块。系统示意如图1所示。 

（2）交叉口及其信号控制相位的数字化模型 

为实现交叉口的实时信号控制，首先需要对交叉口及其控制相位进行数字化建模。交叉口的各进口道依据各自的方位依次进行编号：东（E）、南（S）、西（W）、北（N）。每个进口道假定有2条车道，分别为左转车道（L）和直行/右转车道（F）。因而，可以将交叉口处的每一进口道车道用一个标示符D来表示，也就是D=EF,EL，NF,NL，WF,WL，SF,SL。由此产生的交叉口模型如图2所示。