一种针对直通式公交专用道的交通信号灯控制方法.doc

发明名称：一种直通式公交专用道的在信号交叉口的公交优先控制方法申请人：东南大学组织代码： 邮编：210096地址：江苏省南京市四牌楼2号 发明人：程琳、周扬、肖枭、王宇俊、臧骁、黄恺（交通运输规划与管理）第一发明人身份证号码系人： 周扬、王宇俊电子邮箱：联系电话15895916811代理：南京天翼专利代理有限责任公司 奚铭 E-mail: / layla_ 电话806 / 明 书 摘 要一种针对直通式公交专用道的交通信号灯控制方法，通过光传感器、MCS-51单片机、DSP、RS-232模块 class A蓝牙的综合使用，完成信号灯控制，每辆公交车上装有一样的信号处理器，信号灯只与对应车道上1.5个标准公交车长距离内的公交车进行点对点的信号交流，公交车与相邻的公交车通过点对点之间的交流，若红灯或绿灯时间即将结束，信号灯开始工作，同时向后发送信号给下一辆公交，依次类推，直至第一辆车产生最终计数器的值，将该值发送给信号灯的处理器，若该值大于等于3，则在红灯时提前绿灯或绿灯即将结束时延长绿灯时间进行优化。本发明通过对信号等的控制，减短了公交车等待红灯的时间，在绿灯上给予公交车优先行使权。1摘 要 附 图1权 利 要 求 书1、一种针对直通式公交专用道的交通信号灯控制方法，其特征是对设有直通式公交专用道的道路，在路口对交通信号灯进行控制：1）在硬件设置的安装方面，是不是就是如这里的1）中描述的这样？原材料中提到的RS-232模块设置在哪里？作用是？在公交车上安装MCS-51系列单片机一定要是这个系列，其它的不可以？，蓝牙传输设备以及光电信号发射器和接收器，原材料中有描述光传感器、光电信号发射接收器、光电发射装置等，请统一全文中的术语描述。其它部分的术语也请注意一并统一。对路口的信号灯安装光电信号发射器、蓝牙传输设备以及DSP数字信息处理设备，其中公交车的头尾分别安装有光电信号接收器和发射器，蓝牙传输设备以及光电信号发射接收器与单片机连接，所述光电信号发射器和接收器之间实现通信；2）信号灯的光电信号发射器的设置于公交专用道停车线后1.5个车长处，以第一个接收并且建立连接的公交车作为公交车队列的第一辆公交车，此后的信息联系建立于蓝牙传输，公交车通过头尾的光电信号发射接收器发送接收信号，统计公交车间距离小于等于一个公交车身长的公交车数，所述公交车数的信息通过蓝牙传输设备在公交车之间传输；3）公交车队列的第一辆车与信号灯之间通过蓝牙进行车辆数的传递，信号灯上的DSP数字信息处理设备对计数器上的值进行判断，若车辆数小于三，则维持信号灯原配时不变，若此值大于等于三，即确定此时直通式公交专用道上形成含有三辆以上公交车的公交车队列，则DSP数字信息处理设备进行下一个判断，若此时为红灯，则红灯继续10秒后则提前放行，若为绿灯则计算延时时间延长绿灯时间；4）路口的信号灯之间通过蓝牙传输设备相互传递信息，并通过DSP数字信息处理设备进行信号协调控制。2、根据权利要求1所述的一种针对直通式公交专用道的交通信号灯控制方法，其特征是信号灯通过DSP数字信息处理设备控制绿灯延时时间，对大于等于3的公交车队列，绿灯延时时间为：T= nL+(n-1)(D-L)v+3其中，D= 0. 09v2-0.67v + 14.805，T为绿灯延时闪烁时间，n为公交车队中公交车数，L为该城市公交车平均长度，D为连续行驶车流车头间距，v为该路段公交车平均行驶速度这个数值如何获得？。3、根据权利要求1或2所述的一种针对直通式公交专用道的交通信号灯控制方法，其特征是公交车之间通过蓝牙传输设备传输公交车的状态信息。4、根据权利要求1或2所述的一种针对直通式公交专用道的交通信号灯控制方法，其特征是当主向与侧向信号同时到达信号灯的DSP数字信息处理设备时，以绿灯相位信号优先，即若两个交通方向的公交车队列信号同时到达，并且两个交通方向公交车数皆大于等于三辆，则优先让5秒内绿灯方向的直行公交车队优先直接通过。1说 明 书一种针对直通式公交专用道的交通信号灯控制方法技术领域 本发明属于交通信号装置技术领域，为一种针对直通式公交专用道的交通信号灯控制方法。背景技术随着现代化的进程，各类汽车的数量持续增加，导致了部分城市严重的交通拥堵。而大力发展公共交通是解决这一现状问题的最佳方案之一。而公交车优先行驶是其中投资少，见效快，绿色环保的方案。随着国家的对于公交优先的重视，不少城市都已经建设好了一些公交直行专用道，但由于信号周期与信号相位设置的不合理，公交车仍要遵守固定的红绿灯信号，因而公交优先并没有取得应有的效率。导致公交乘客的数量依旧未能增加，而私家车的持有量急剧上升，因而城市交通拥堵问题越发严重。伴随着蓝牙技术近十年发展迅速并已十分成熟，尤其在电子通讯及计算机硬件领域运用广泛，由于蓝牙抗干扰能力强，点对点连接，数据传输技术方便的特点，将蓝牙技术应用于公交优先技术将有效缓解交通拥堵问题，提高公交车的运行效率。发明内容 本发明要解决的问题是：现有的公交专用道收到交通信号灯的设置影响，对公交车优先通行的效果并不明显，达不到预期效果。本发明的技术方案为：一种针对直通式公交专用道的交通信号灯控制方法，对设有直通式公交专用道的道路，在路口对交通信号灯进行控制：1）在公交车上安装MCS-51系列单片机，蓝牙传输设备以及光电信号发射器和接收器，对路口的信号灯安装光电信号发射器、蓝牙传输设备以及DSP数字信息处理设备，其中公交车的头尾分别安装有光电信号接收器和发射器，蓝牙传输设备以及光电信号发射接收器与单片机连接，所述光电信号发射器和接收器之间实现通信；2）信号灯的光电信号发射器的设置于公交专用道停车线后1.5个车长处，以第一个接收并且建立连接的公交车作为公交车队列的第一辆公交车，此后的信息联系建立于蓝牙传输，公交车通过头尾的光电信号发射接收器发送接收信号，统计公交车间距离小于等于一个公交车身长的公交车数，所述公交车数的信息通过蓝牙传输设备在公交车之间传输；3）公交车队列的第一辆车与信号灯之间通过蓝牙进行车辆数的传递，信号灯上的DSP数字信息处理设备对计数器上的值进行判断，若车辆数小于三，则维持信号灯原配时不变，若此值大于等于三，即确定此时直通式公交专用道上形成含有三辆以上公交车的公交车队列，则DSP数字信息处理设备进行下一个判断，若此时为红灯，则红灯继续10秒后则提前放行，若为绿灯则计算延时时间延长绿灯时间；4）路口的信号灯之间通过蓝牙传输设备相互传递信息，并通过DSP数字信息处理设备进行信号协调控制。信号灯通过DSP数字信息处理设备控制绿灯延时时间，对大于等于3的公交车队列，绿灯延时时间为：T= nL+(n-1)(D-L)v+3其中，D= 0. 09v2-0.67v + 14.805，T为绿灯延时闪烁时间，n为公交车队中公交车数，L为该城市公交车平均长度，D为连续行驶车流车头间距，v为该路段公交车平均行驶速度。公交车之间通过蓝牙传输设备传输公交车的状态信息。当主向与侧向信号同时到达信号灯的DSP数字信息处理设备时，以绿灯相位信号优先，即若两个交通方向的公交车队列信号同时到达，并且两个交通方向公交车数皆大于等于三辆，则优先让5秒内绿灯方向的直行公交车队优先直接通过。本发明克服传统公交优先控制的缺陷，提供一种进一步减少公交车在交叉口的延误，进一步提高公交车运行效率的、基于现代通讯及信息处理技术（DSP、RS-232模块 class A蓝牙）的智能控制的方法，并搭建一个易于扩展的公共交通信息传递平台，本发明针对公交车队而非传统意义上的单个公交，这样可以有效避免过分强调优先单独公交而造成整个路口资源的浪费，同时利用蓝牙系统增加车与车间的联系增强车队行驶的安全性。附图说明图1为本发明的原理示意图。图2为本发明信号灯绿灯时的处理流程图。图3为本发明信号灯红灯时的处理流程图。请在具体实施方式中补充对应于图2和图3的文字说明，描述整个流程。图4为本发明请对图4做说明具体实施方式本发明适用于大型城市中车流量，尤其是公交车流量较大并在道路右侧设有公交专用道的城市道路，主要针对直行方向公交车队（车辆数大于等于三辆）的信号交叉口优先通过技术，如图1，其实现为：1.在城市大型交叉口信号灯处安装组合单片机的DSP简单数字信号处理系统，蓝牙信息传输系统，光电信号发射接收器，以此根据数字信号调度信号灯相应配时程序的功能。2. 每辆公交车首尾安装光电信号接收发射器，保证与信号灯的系统及公交间能够完成信息的相互之间的联系。3. 公交车上装载具有RS-232模块、class A蓝牙，用于信号灯与车，车与车间传递数量信息，必要情况下该应用可以扩展到公交车间行驶状况相互传递，同时配以以MCS-51系列单片机为核心的简单计数系统，完成对车辆数信息的计数4. 利用光电信号直线传播的特点，信号灯光电发射装置光电信号发射位置位于公交专用道停车线后一点五个车长处，以第一个接收并且建立连接的公交车作为公交车队的第一辆公交车，而此后的联系建立于蓝牙传输，车队与信号灯的信息交流便建立在这第一辆公交车和信号灯上。5. 当信号灯处于距离绿灯结束5秒，以及在红灯开始时启动信号灯光电装置以及蓝牙传输设备,绿灯结束时及距红灯停止前10秒设备关闭。 6当安装有光电装置的第一辆公交进入交叉口信号灯的信号发射范围时，由交叉口信号灯向此公交发射光电信号，公交接收到信号后启动蓝牙装置并与信号灯蓝牙装置进行点对点连接，同时向后车继续发射信号。若其后有公交车，则后车将启动蓝牙装置与前车建立点对点连接并继续向后车发送信号，依次类推。7上一步的动作持续至某一辆公交后不再有公交，此时最后一辆公交计数器值将置为1，利用已建立连接的蓝牙连接向前传递车辆数信号，该车传递结束后蓝牙关闭并计数器值清零，依次类推，每向前车传递一次数量信息，计数器值加1，传递后该车蓝牙关闭并计数器值清零，直到原始第一辆收到后面车传递的车数量信息并将其用蓝牙传递给信号灯上的DSP系统。 8. 信号灯处单片机数字信息处理系统将处理最后接受到的公交车数量信息n并对其进行判断，若车辆数小于3辆，则维持原信号配时不变，信号灯光电装置及蓝牙设备继续工作，若车辆数大于等于3辆，将激发内部预先存储好的相位模式：（1）若此时为绿灯相位，则绿灯延时，绿灯延时时间为：T= nL+(n-1)(D-L)v+3其中，D= 0. 09v2-0.67v + 14.805T-绿灯闪烁时间n-公交车队中公交车数L-该城市公交车平均长度D-连续行驶车流车头间距v-该路段公交车平均行驶速度同时对侧向信号灯进行相应的信号配时。（2）若此时为红灯相位时间，则于10秒后红灯提前结束，侧向信号灯信号配时做相应调整。9信号灯信息处理配时完成后恢复原信号配时。 当主向与侧向信号同时到达信号处理器时，以绿灯相位信号优先，即若两方向信号同时到达，并且两方向公交车数皆大于等于三辆，则优先让5秒内绿灯方向的直行公交车队优先直接通过，因为此方向公交车队不需停车，可以有效增强信号交叉口车辆的运行效率。 本发明另一个功能是建立于蓝牙传输系统上的，如果此间公交车队中某一辆公交车行驶过程或者红灯等待时发生意外，公交司机可以利用公交车内的保障系统向车队中前后车辆发出意外警告。以此保证了公交车队的行驶连贯性和安全性，同时利用公交间的联络使得公交间互相帮助，增强了路面间行驶安全。下面结合附图及本发明的方法作进一步详细的说明。本发明的基本思路：a：交叉口信号灯DSP处理器和公交车MCS-51单片机装置待机时均处于初始化状态。b：信号灯光电传感器在红灯期间且剩余红灯时间不少于10s以及绿灯剩余时间少于5s时不断发射信号判断该道路上的有效距离内有无公交车进入。c：当公交车在该路段进入有效距离即离停车线3个公交车车身长度内时，公交车光传感器接收到信号灯光传感器的发出的识别信息。d：若当前状态处于红灯期间且剩余红灯时间不少于10s，则执行步骤e，若处于绿灯剩余时间少于5秒状态，执行步骤i。e：当前是红灯状态，第一辆公交车的光传感器接收到由信号灯光传感器发出的信号，做出以下动作：f：信号灯光传感器接收到第一辆公交车的反馈信息后停止信号发射，即建立与第一辆公交车的单独交流。g：利用不同公交车class A蓝牙之间的联系确定公交车队车辆数，原理如下：第一辆公交车，下面简称公交1，将光电信号向后传递，当其后的公交车进入公交车之间信号传输距离即一个标准公交车长时，前后公交车进行信号交流，同时建立点对点的蓝牙交流。公交车单片机计数器初始值为t=0，传递方向先由前往后直至最后一辆公交车，在此过程中公交车计数器参量值t均为0，不产生计数效果，当最后一辆公交车向后发射信号而无回应时，最后一辆公交车的计数器t值变为1，并且用蓝牙设备开始向前传递参数t，传递参数器后计数器初始化，蓝牙设备重新变为待机状态。每通过一辆公交车，即一个信号接收器，实行t=t+1算法，直至公交1，此时的t值即为公交车队的车辆数，借助于公交1与信号灯处信息处理系统之间的单独交流，将t值传输给信号灯信息处理系统后，公交1的信号处理器也初始化。h：信号灯信息处理系统完成对绿灯提前亮灯的系统判断和执行。具体操作如下：上述步骤g已经完成车辆数的计算，信号灯信息处理系统对接受到的数据t进行判断，若t大于等于3时，判断完毕，则使红灯再执行10秒即变为绿灯提前放行公交车队，而后信号灯计数器t值初始化。若t小于3秒，则执行步骤b。i：当前状态为绿灯剩余时间小于等于5秒时，采用中的f，g操作建立公交车1与信号灯之间的单独联系，此时可计算出公交车车队的车辆数t。j：信号灯信息处理系统完成对绿灯延长的系统判断和执行。具体操作如下：信号灯信息处理系统对t值进行判断，若t大于等于3，则执行步骤k；若小于3，则执行步骤b。k：根据车辆数t，计算绿灯延长时间，公交车信号灯时间调整计算公式(绿灯)，绿灯延长时间值比理论延长值多三秒，绿灯后为三秒黄灯，此6秒用于保证每辆公交车通过停车线，T= tL+(t-1)(D-L)v+3其中，D= 0. 09v2-0.67v + 14.805T-绿灯闪烁时间t-公交车队中公交车数L-该城市公交车平均长度D-连续行驶车流车头间距v-该路段公交车平均行驶速度l：根据计算所得的绿灯延长时间进行延长，同时信号灯计数器初始化，蓝牙待机。m： 在进行以上步骤的过程中，情况i的执行优先级大于情况d的优先级。即若在交叉口的两个方向同时在情况i与情况d上出现公交车，并通过以上步骤判断得车队中车辆数量均满足公交优先通行的要求（大于3