十字路口交通信號燈智能控制器的制造方法
【專利說明】
(一)技術領域:
[0001]本發明涉及十字路口交通信號燈智能控制器，它由裝于十字路口各車道流出口處以及候車路段的候車入口處的紅外對射裝置，并配合人行道站立等候區路面上安裝紅外對射裝置，用于計數進入該車道候車段的車輛數，并根據各車道流出口處車流人流情況，實時改變該車道車輛放行時間。
(二)【背景技術】:
[0002]在城市道路網中，平面交叉路口是道路通行能力的瓶頸。特別在上下班時間交通十分擁擠，車輛通過交叉路口相當費時，因此某些國家采用智能方式來控制交通信號，它主要運用GPS全球定位系統等高新技術對傳統的運輸系統進行改造而形成的一種信息化、智能化、社會化的復雜的新型運輸系統。但是，當前國內外主要還是采取依據道路車流量測量評估和統計學原理來優化路口交通信號燈控制，車流量測量是一種路面非接觸式交通信息采集裝置，采用接收車輛反射波，通過高低電平的變化來統計通過檢測區域的車流量，例如采用的微波車輛檢測器它可安裝在路側的燈桿上或專門的立柱上，當車輛通過微波發生裝置發射的雷達波區域時對車輛進行檢測。
[0003]也有采用在路口的各個方向附近的地下埋設感應線圈，當汽車經過時就會產生渦流損耗，環狀絕緣電線的電感開始減少，即可檢測出汽車的通過，但感應線圈體積大約為2米X 2米，安裝不方便且易被壓壞難于廣泛使用。
(三)
【發明內容】
:
[0004]由于交叉路口各種車流和人流交錯通行相互干擾，與獨立路段相比其通行能力大大降低、交通行為更加復雜，影響整個路網的暢通。為了提高車輛的安全通過交叉路口，相互沖突的車流向車輛是不允許同時放行的。解決辦法是在一個周期內將時間分成幾段并分配給不同車流向的車輛放行。一般均采用交通信號燈來指揮車輛通行，其交通信號燈控制通常憑人為預測或經過復雜算法的計算得出紅綠燈時間。然后分別用紅、黃、綠燈的不同組合來指揮兩個方向的通車與禁行，用LED數碼管作為倒計時指示。
[0005]但是當前使用的十字路口交通信號燈控制系統是一種定時放行系統，其設定的車輛放行和禁止車輛通行時間都是固定不變的，由于十字路口經常會出現各車道繁忙狀況不同，這時繁忙車道上的車輛也要等待沖突的車流向空閑車道的固定“放行”時間結束才被允許放行，這就大大浪費有限的道路交通資源和出行人的寶貴時間。
[0006]因此，需要測量各車道車輛數量以便實時控制信號燈的配時方案。但是，當前各種車輛測量手段由于測量儀器結構復雜造價昂貴僅適用于流動測量方式的車流量測量評估。
[0007]本系統在離車道流出口 50-100米路段設置成紅燈時的候車路段，采用在十字路口各車道流出口處以及在候車路段的候車入口處各安裝一付紅外對射裝置，該候車入口處紅外對射裝置配合車道流出口處紅外對射裝置，用于計數進入該車道候車段的車輛數，它是該車道車輛放行時間的依據。紅外對射裝置由紅外發射機、紅外接收機組成，但其紅外光束需通過分別置于收、發端的光學透鏡聚焦將紅外光束聚焦成較細的平行光束，以使紅外光的能量能夠集中傳送。紅外發射機在單片機控制下發射的紅外光束掃描脈沖信號，該信號的每一周期由兩個寬脈沖和兩個窄脈沖組成，每一周期結尾發一個寬的低電平脈沖，當用寬脈沖表示數字“1”，窄脈沖表示數字“O”則容易用4種不同的排列組合，例如1010、0110,0101,1100等，識別4條車道上的紅外對射裝置中紅外二極管發出的紅外光束掃描脈沖信號，單片機采用中斷或查詢方式接收紅外光束掃描脈沖信號，紅外接收機中紅外傳感器接收時，通過單片機對其所發送的和其所接收的紅外光束脈沖信號進行比較識別，提取該頻率的可信脈沖信號，有效排除外界干擾。
[0008]當有車輛通過時，相關紅外對射裝置產生遮斷信號，紅外傳感器接收的紅外光束掃描脈沖信號經濾波放大整形后送單片機處理，單片機對被遮斷的紅外光束掃描脈沖信號計時獲得遮斷時間，同時單片機也對紅外傳感器接收到的紅外光束掃描脈沖信號計數、轉換獲得間隔時間，其中遮斷時間表達某車輛通過時間，它與車速和車輛長度有關，還表示車輛停留時間，一次遮斷時間表示一輛車通過，因此可實現對通過的車輛計數，間隔時間表示車流中前后車輛距離，還與暫時有無車輛通過有關。
[0009]同時，在行人站立或經過的等候區路面上安裝密度適當的幾排紅外對射裝置，有人站立或經過等候區時，必然全部或部分遮擋紅外光束。接收端輸出的紅外光束掃描脈沖信號的強度會因此產生變化，在沒有遮擋的情況下紅外線接收電路產生高電平信號，反之產生低電平信號，因此，根據行人進入、站立等候、走出等候區時等狀態引起的各接收點高低電平的變化，評估等候區行人數量，紅外接收機中紅外傳感器接收的紅外光束掃描脈沖信號，經濾波放大的前置處理后，再經3-5級電壓比較器分級，其每一級電壓比較器設置不同閾值，并分別接于單片機的I/O 口，單片機通過高低電平的變化來統計通過檢測區域的人流量，以此確定綠燈亮時間。
[0010]系統運行時，當某車流向禁止通行即紅燈亮期間，通過對進入該車道候車路段的車輛數和原有未放行車輛數，得出進入該車道候車路段的車輛總數，并在綠燈亮時間同時測量放行時通過車道流出口處的車輛數和進入該車道候車路段的車輛數至紅燈亮獲得未放行車輛數。
[0011]在十字路口各車道流出口處安裝的紅外對射裝置，用于識別在車道流出口處是否有等待放行的車輛，并測量放行時通過車道流出口處的車輛數，同時測量放行通過車道流出口處的前后車輛的間隔時間，用于判斷需要放行的車輛擁堵情況。如果在沖突的車流向車道的綠燈亮時間結束時，本車道流出口處沒有等待放行的車輛，則本車道的綠燈亮時間取最短時間，所述最短時間須視沖突的車流向車道的人行道上等待通行的人流情況，它由紅外傳感器接收的紅外光束掃描脈沖信號，由電壓比較器按不同閾值分級，紅外光束掃描脈沖信號電壓高低的表示人行道上等待通行的行人多少，根據行人多少取5秒-30秒最短時間，用于讓行人通過。當綠燈亮時，測量放行通過車道流出口處的前后車輛的間隔時間如果超過設定值，例如5-12秒，即認為放行車輛已很少，如果此時綠燈亮時間已超過所述最短時間，則立即進入綠燈15秒倒計時，否則取最短時間。
[0012]測量放行通過車道流出口處的每部車輛的遮擋時間和間隔時間，再將候車路段等候放行的車輛總數，按每部車輛的遮擋時間和間隔時間相加，其間隔時間取相同值2-4秒，得到該流向車道車輛的放行時間，如果該流向車道綠燈亮時間即將結束時，仍有多于5-8輛車進入該車道候車路段，同時沖突的車流向車道沒有車輛等候，則綠燈亮時間延遲10-30秒，綠燈時間越長，通過的車輛數越多，綠燈時間占有率反映了路口的車輛通行能力，即應滿足一個車流向的車輛通行需求越大，分配給它的綠燈時間越長，由于本方案通行車輛數總和多于等候車輛數，因此大大縮短了車輛延誤時間。
[0013]平時單片機不斷接收各車道流出口處紅外對射裝置中紅外二極管發出的紅外光束掃描脈沖信號，如果某車道在綠燈亮時間紅外傳感器持續15-30秒接收不到紅外光束掃描脈沖信號，即發出報警信號，系統轉為交通信號燈定時控制模式工作，待信號正常再恢復變時控制模式。太陽光中的紅外波段比較寬，而且特定頻率的紅外波段能量小，對紅外接收機的影響微乎其微，為了抗干擾，紅外線的功率視十字路口氣候條件盡量選擇較大數值。雖然主動式紅外對射裝置大大地降低了天氣的變化的影響，但是為了安全，紅外對射裝置中單片機不斷檢查紅外傳感器接收的紅外光束掃描脈沖信號，當發現15-40秒長時間不正常的紅外光束干擾信號，影響紅外對射裝置正常工作，即它不是所述的紅外光束掃描脈沖信號時，則轉為交通信號燈定時控制模式工作，待信號正常再恢復變時控制模式。
[0014]十字路口包含東向西、西向東、南向北、北向南的車流向，每條車流向均包含1-2個直行車道和左拐及右拐車道，在上述車流向的各車道流出口安裝一付紅外對射裝置。信號燈路口的停止線，表示車輛等候放行的停車位置，即在路面停止線向里0.5米-1米的車道中部處，埋設發射裝置的紅外二極管，其接收裝置中的紅外傳感器安裝于路側的交通信號燈桿或專門立柱的橫臂上，如果交通信號燈桿與車道流出口的停止線有一定距離，在計算候車數時，即將該距離折算成候車數，通常為1-3輛車。為了便于紅外對射裝置的調試，橫臂安裝于紅外二極管的正上方，即橫臂與紅外二極管所形成的平面垂直于路面，橫臂高度為3.5米-7米，橫臂長度視路面寬度取3-6米，橫臂上安裝有與車道對應的均勻分布的3-4個紅外傳感器。
[0015]在路面的紅外二極管安裝位置鉆直徑為8-12CM