基于地感线圈的交通信号灯控制与违停检测系统及方法
技术领域
本发明属于道路交通领域，尤其涉及一种基于地感线圈的交通信号灯控制与违停检测系统及方法。
背景技术
现有城乡结合部道路以及乡村道路上，经常有穿过干线道路的小型支线道路，而小型支线道路平时车流量稀少，同时还经常存在各种违规停车；当前的处理方法是，在交通信号灯配时上，采用固定延时配时，将大部分通行时间用于干线道路通行，定时短时放行支线道路，这种方法既因为无效的支线道路放行时间造成主干线实际通行时间减少，又造成支线通行车辆等待时间延长；针对违规停车，采用交警不定期开罚单的方法进行处理，既增加了交警负担，又不能有效管理违规停车。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的在于提供一种基于地感线圈的交通信号灯控制与违停检测系统，本发明的第一目的在于根据此系统，提供相应的交通信号灯配时方法与车辆违停检测方法。
技术方案：本发明的基于地感线圈的交通信号灯控制与违停检测系统，包括交叉路口交通信号灯控制子系统、多个地感监控子系统和交通数据中心；所述交叉路口交通信号灯控制子系统包含中央控制模块，以及与中央控制模块相连的数据存储模块、交通交通信号灯组、ZigBee自组网模块、5G通信模块；每个地感监控子系统包含地感线圈组、监控摄像头组、ZigBee自组网模块；各ZigBee自组网模块相互连接构成以交叉路口交通信号灯控制子系统为中心的网络；交通数据中心与各交叉路口交通信号灯控制子系统通过5G通信模块连接。
进一步地，所述中央控制模块包括中央处理器、存储器和外围电路；所述中央控制模块用于接收并处理地感线圈组信号、控制道路交通信号灯组配时、控制监控摄像头组摄像和拍照、将监控摄像头组摄像和拍照的内容通过5G通信模块上传到交通数据中心。
进一步地，所述地感线圈组由多个地感线圈组成，各车道下的相邻线圈相隔固定距离，安装在干线和支线道路车道下方，用于感应上方是否有车辆。
进一步地，所述ZigBee自组网模块包含单片机，具备嵌入式控制能力，ZigBee自组网模块通过所连接的地感线圈检测道路上车辆数量和车辆停留的时间，其检测方法根据基于地感线圈车辆检测的交通信号灯配时方法和基于地感线圈的车辆违停检测方法的要求完成，并将结果发送至中央控制模块。
进一步地，所述监控摄像头组接收中央控制模块通过ZigBee自组网模块发送的控制指令，对道路上车辆进行摄像和拍照，将摄像和拍照的内容通过ZigBee自组网模块发送至中央控制模块。
本发明的基于地感线圈的交通信号灯控制与违停检测系统的交通信号灯配时方法，包括如下步骤：
步骤一、正常状态下，干线道路交通信号灯保持绿灯，支线道路上交通信号灯保持红灯；中央控制模块通过部署在干线道路上的地感监控子系统持续监测干线道路车流量，并保存过去T0时间的干线道路车流感应密度ρ干，ρ干的计算方法为ρ干＝CL/T0,CL表示长度为L的干线道路上在过去T0时刻所有地感线圈感应到的车辆数量之和；
步骤二、中央控制模块通过部署在支线道路上的地感监控子系统，获取到支线道路有车辆需要通过十字路口，启动支线道路候车权值计算，支线道路候车权值W支的计算方法为W支＝λ支×N支×2Tw，其中支线权值系数λ支为常量，N支为支线当前等候的车辆数量，Tw为支线当前等候车辆中等待时间最长车辆的等待时间；
步骤三、中央控制模块通过部署在干线道路上的地感监控子系统监测当前干线上长度为L的干线道路上车辆的数量NUML；
步骤四、取常数σ作为干线车流量判定系数，当σ＜ρ干/NUML时执行步骤七，否则执行步骤五；
步骤五、计算干线道路候车权值W干，计算方法为W干＝λ干×NUML，其中干线权值系数λ干为常量；
步骤六、比较W干和W支的值，若W干＜W支，执行步骤七，否则更新W干和W支的值，重新执行步骤六；
步骤七、将干线道路交通信号灯变更为黄灯，并启动倒计时T黄，当倒计时归零时，干线道路交通信号灯变更为红灯，支线道路交通信号灯变更为绿灯。
本发明的基于地感线圈的交通信号灯控制与违停检测系统的车辆违停检测方法，包括如下步骤：
步骤一、确定T违、T监、C监三个参数的值，其中T违表示道路停车后启动拍摄的时间，T监表示多次拍摄的间隔时间、C监表示拍摄的次数；
步骤二、地感线圈检测道路上是否有车辆存在，若无车辆存在，重复步骤二，若有车辆存在，启动定时器T；
步骤三、地感线圈持续判断地面车辆是否停留，若车辆离开，返回步骤二，若车辆持续停留在该地感线圈上，定时器T≥T违时，启动监控摄像头组中对应该地感线圈的摄像头，对停留在该地感线圈上的车辆进行拍照和摄像，影像资料含时间戳，计数器N置1；重置定时器，地感线圈持续判断地面车辆是否停留，若车辆离开，返回步骤二，若车辆持续停留在该地感线圈上，定时器T≥T监时，启动监控摄像头组中对应该地感线圈的摄像头，对停留在该地感线圈上的车辆进行拍照和摄像，影像资料含时间戳，计数器N加1，若计数器N≥C监时，转步骤四，否则重新执行步骤三；
步骤四、地感监控子系统通过ZigBee自组网模块将拍照和摄像的数据传送至中央控制模块，再经5G通信模块传输至交通数据中心。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明的交通信号灯配置和切换是基于地感线圈车辆检测的结果，且通过基于地感线圈车辆检测的交通信号灯配时方法基于两种判定结果进行道路交通灯切换，一种是当前干线道路待通行车辆远低于前期平均水平，另一种是支线道路等候车辆的数量和等候时间构成的权值超过了干线道路待通行车辆的权值，这样就有效避免了因交通信号灯固定配时导致的低效；同时采用自组网络将多个小型的地感线圈检测与视频监控构成的系统组合起来，构成大网络，既可有效监控违规停车，节省交警的人力资源，又可作为智慧城市物联网架构的一环，融入智慧城市。
附图说明
图1为本发明各模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明的基于地感线圈的交通信号灯控制与违停检测系统包含交叉路口交通信号灯控制子系统、多个地感监控子系统、交通数据中心、基于地感线圈车辆检测的交通信号灯配时方法、基于地感线圈的车辆违停检测方法；交叉路口交通信号灯控制子系统包含中央控制模块、数据存储模块、交通交通信号灯组、ZigBee自组网模块、5G通信模块；多个地感监控子系统以地感监控子系统-1～地感监控子系统-N编号，每个地感监控子系统包含地感线圈组、监控摄像头组、ZigBee自组网模块；各ZigBee自组网模块相互连接构成以交叉路口交通信号灯控制子系统为中心的网络；交通数据中心与各交叉路口交通信号灯控制子系统通过5G通信模块连接，集中管理各路口数据，实现远程控制基于地感线圈的交通信号灯控制与违停检测系统。
所述的中央控制模块包含中央处理器、存储器和外围电路，与数据存储模块、交通交通信号灯组、ZigBee自组网模块、5G通信模块连接，用于接收并处理地感线圈组信号、控制道路交通信号灯组配时、控制监控摄像头组摄像和拍照、将监控摄像头组摄像和拍照的内容通过5G通信模块上传到交通数据中心。
所述的道路交通信号灯组部署在道路十字路口，与中央控制模块相连，负责控制干线和支线道路通行。
所述地感监控子系统包含地感线圈组、监控摄像头组、ZigBee自组网模块；其中地感线圈组由多个地感线圈组成，各车道下的相邻线圈相隔固定距离，安装在干线和支线道路车道下方，用于感应上方是否有车辆；ZigBee自组网模块包含单片机，具备嵌入式控制能力，ZigBee自组网模块通过所连接的地感线圈检测道路上车辆数量和车辆停留的时间，其检测方法根据基于地感线圈车辆检测的交通信号灯配时方法和基于地感线圈的车辆违停检测方法的要求完成，并将结果发送至中央控制模块；监控摄像头组接收中央控制模块通过ZigBee自组网模块发送的控制指令，对道路上车辆进行摄像和拍照，将摄像和拍照的内容通过ZigBee自组网模块发送至中央控制模块。
1、基于地感线圈车辆检测的交通信号灯配时方法：
第一步，正常状态下，干线道路交通信号灯保持绿灯，支线道路上交通信号灯保持红灯；中央控制模块通过部署在干线道路上的地感监控子系统持续监测干线道路车流量，并保存过去T0时间的干线道路车流感应密度ρ干，ρ干的计算方法为ρ干＝CL/T0,CL表示长度为L的干线道路上在过去T0时刻所有地感线圈感应到的车辆数量之和；
第二步，中央控制模块通过部署在支线道路上的地感监控子系统，获取到支线道路有车辆需要通过十字路口，启动支线道路候车权值计算，支线道路候车权值W支的计算方法为W支＝λ支×N支×2Tw，其中支线权值系数λ支为常量，N支为支线当前等候的车辆数量，Tw为支线当前等候车辆中等待时间最长车辆的等待时间；
第三步，中央控制模块通过部署在干线道路上的地感监控子系统监测当前干线上长度为L的干线道路上车辆的数量NUML；
第四步，取一常数σ作为干线车流量判定系数，当σ＜ρ干/NUML时执行第七步，否则执行第五步；
第五步，计算干线道路候车权值W干，计算方法为W干＝λ干×NUML，其中干线权值系数λ干为常量；
第六步，比较W干和W支的值，若W干＜W支，执行第七步，否则更新W干和W支的值，重新执行第六步；
第七步，将干线道路交通信号灯变更为黄灯，并启动倒计时T黄，当倒计时归零时，干线道路交通信号灯变更为红灯，支线道路交通信号灯变更为绿灯。
2、基于地感线圈的车辆违停检测方法：
第一步，确定T违、T监、C监三个参数的值，其中T违表示道路停车后启动拍摄的时间，T监表示多次拍摄的间隔时间、C监表示拍摄的次数；
第二步，地感线圈检测道路上是否有车辆存在，若无车辆存在，重复第二步，若有车辆存在，启动定时器T；
第三步，地感线圈持续判断地面车辆是否停留，若车辆离开，返回第二步，若车辆持续停留在该地感线圈上，定时器T≥T违时，启动监控摄像头组中对应该地感线圈的摄像头，对停留在该地感线圈上的车辆进行拍照和摄像，影像资料含时间戳，计数器N置1；重置定时器，地感线圈持续判断地面车辆是否停留，若车辆离开，返回第二步，若车辆持续停留在该地感线圈上，定时器T≥T监时，启动监控摄像头组中对应该地感线圈的摄像头，对停留在该地感线圈上的车辆进行拍照和摄像，影像资料含时间戳，计数器N加1，若计数器N≥C监时，转第四步，否则重新执行第三步；
第四步，地感监控子系统通过ZigBee自组网模块将拍照和摄像的数据传送至中央控制模块，再经5G通信模块传输至交通数据中心。
