一种网联交通信号灯控制器及紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法

1.本发明属于智能交通领域，特别涉及一种网联交通信号灯控制器及紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法。


背景技术：

2.随着城市化的不断发展以及人们生活水平的不断提高，交通拥堵的代价也越来越高，城市交通压力不断增大，交通拥堵问题尤其是尤其引起的紧急车辆堵塞问题已经成为城市治理以及保障人民生命财产安全的重要方面。减少交通拥堵的一种方法是通过当前路面的车流密度来智能调控交通信号灯的相位进行车辆调度，并且尽可能保证紧急车辆的优先通行。
3.在相关技术中，大多数信号灯仍然是通过预先设定的固定时间来控制的，并没有实时观测道路上车辆信息的状况，也无法感应到应急车辆，更无法根据实时流量动态自适应地更新调度策略。少数信号灯实现了通过无线通讯技术构建的交叉路口紧急车辆优先通行系统，有效缓解了紧急车辆拥堵问题，如文献“基于v2x的智能网联交叉口信号控制系统设计，卢涛，计算机技术与发展，2021”中基于v2x网络设计了一种智能网联交叉口信号控制系统,可以实现交叉口交通要素的准确感知及控制。系统包含人机交互、车载端、路侧端和信号控制四部分,车辆与车辆之间通过v2x网络交换位置、速度、加速度等信息,路侧设备通过v2x网络将信号灯的相位、配时等信息发送给车辆,实现了绿波车速引导、紧急车辆优先通行和左转辅助等先进辅助驾驶应用,可以有效提升交叉口通行效率,降低交通事故发生率。
4.但上述研究是基于路面上车辆都搭载了v2x通信模块的场景下提出的一种理论模型，其并未将车联网紧急车辆与普通车辆信号灯智能配时调度做交叉融合工作，并且未考虑实时路面状况，无法保证紧急车辆与普通车辆交叉通过时的安全与效率问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种网联交通信号灯控制器及紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法。所述方法通过应用于网联交通信号灯控制器ntlc(networked traffic light controller)中，充分利用路面车辆图像信息实时监控路面状况，获取各交通流以及各相位普通车辆车流密度；充分利用无线通信交互接收到的网联紧急车辆信息和车流密度信息计算权重，进而执行网联紧急车辆与普通车辆信号灯的配时调度与控制，最终实现了紧急车辆优先的交通信号灯智能控制，克服了现有方法中不能参考实时路面状况同时对紧急车辆与普通车辆进行车辆调度的缺陷，同时通过信息预约机制，精准处理紧急车辆优先通行的问题，使紧急车辆在保证安全的情况下迅速通过路口，同时提高了路口车辆通过的效率。
6.为了使本发明内容表述更加清晰，首先对交通流与相位的概念进行解释：
7.交通流：将同一个到达方向并在一条或者多条车道上形成同一队列的车辆流定义为交通流tfi(0≤i≤n-1，n≤3n)；
8.其中，i是该交通流在路口中的编号，n是一个表示路口车流来向数量的正整数，每个来向的车流最多有右转、直行、左转三个去向，因此每个路口最多有3n个交通流，i＝3m时，表示tfi是一个右转交通流，i＝3m+1时，表示tfi是一个直行交通流，i＝3m+2时，表示tfi是一个左转交通流；
9.例如tf0表示第一个路口右转的交通流，tf1表示第一个路口直行的交通流，tf2表示第一个路口左转的交通流，tf3表示第二个路口右转的交通流；
10.需要说明的是，一个交通流tfi中不止一条车道，记第k条车道为lk，每条交通流对应一个其包含的车道集合依此定义通过交通流下标判定该交通流所表示的车流通行方向。
11.相位：定义所有信号灯的集合是信号灯组d
p
，在同一时刻灯组里面有红、绿两种状态，相位pj是一种信号灯组的状态，表示为：
[0012][0013]
其中，0≤j≤m，m表示相位数量，p
j,绿灯
表示在相位pj中绿色状态的信号灯，p
j,红灯
则为红色状态的信号灯；
[0014]
需要说明的是，p
j,绿灯
所放行的交通流之间不会产生冲突，且每个相位对应一个放行的交通流集合
[0015]
定义初始相位p
初始
代表系统启动时路口各车道禁止通行，p
初始
表示为：
[0016][0017]
为了使本发明的发明内容表述更加清晰，还需要对交通流权重、相位权重、交通流紧急权重以及相位紧急度的概念进行简要解释：
[0018]
交通流权重：交通流权重对应了该方向交通流的拥塞程度，是一个大于0的实数，其值越大，该交通流的拥塞程度越高，紧急度越高；反之，该交通流的拥塞程度越低，紧急度越低。
[0019]
相位权重：相位权重是相位pj中p
j,绿灯
所对应交通流权重的加权和，是一个大于0的实数，由于一个相位对应多个交通流，所以在评估相位拥塞程度时，要考虑相位对应的每个交通流的拥塞程度。
[0020]
交通流紧急权重：交通流紧急权重是一个大于0的实数，其数值大小对应了该方向交通流的网联紧急车辆拥塞程度。
[0021]
相位紧急度：相位紧急度是有网联紧急车辆时相位pj的权重。
[0022]
本发明基于路口相位集合中的各个相位pj所对应交通流的权重进行相位选择并且配时。
[0023]
在本发明的交通场景中，包括普通车辆和网联紧急车辆两种车辆类型：
[0024]
普通车辆，包括：
[0025]
(1)未安装网联通信模块的车辆，该类车辆占路面车辆的大多数，并且其无法与路口网联交通信号灯控制器的无线通信模块进行通信，网联交通信号灯控制器ntlc通过摄像头获取车流密度进行权重计算；
[0026]
(2)安装网联通信模块但未发出紧急车辆预约信息的车辆，该类车辆占路面车辆的极少数，其安装了网联通信模块，可以与路口网联交通信号灯控制器的无线通信模块进行通信。
[0027]
网联紧急车辆：包括安装网联通信模块且发出紧急车辆预约信息的车辆，在本发明的交通场景中，默认所有需要进行紧急救援任务的紧急车辆都安装了网联通信模块，并且可以与路口所述网联交通信号灯控制器中的无线通信模块进行通信，在任何情况下通过预约机制获得优先通行权。
[0028]
在网联交通信号灯控制器ntlc执行车辆调度初始化程序后，进入车辆调度程序；
[0029]
若路面无网联紧急车辆存在时，网联交通信号灯控制器ntlc通过摄像头在固定时间间隔δt内对路面车辆图像信息进行采集，基于图像识别算法获取每个车道上的普通车辆车流密度信息和各方向车流的等待时间随后，网联交通信号灯控制器ntlc基于普通车辆车流密度信息以及车流等待时间计算各个交通流的权重最后根据计算相位权重选择权重最大的相位并且计算配时。
[0030]
在执行配时方案的过程中，如果网联交通信号灯控制器ntlc接收到来自车载网联通信模块的网联紧急车辆预约信息，说明当前路段驶入了网联紧急车辆并且已经在该路口的调度范围之内。此时，网联交通信号灯控制器ntlc停止当前配时方案，并且提前n秒显示黄灯进行车辆缓冲(0≤n≤3)，并且转入多优先级紧急车辆调度程序。网联交通信号灯控制器ntlc收到网联紧急车辆预约信息后，根据网联紧急车辆预约信息将该网联紧急车辆加入对应相位的网联紧急车辆处理队列随后计算出各个相位紧急度并且选择相位紧急度最大的相位。
[0031]
在紧急车辆通行时，如果网联交通信号灯控制器ntlc接收到网联紧急车辆预约信息，则将该网联紧急车辆加入对应相位的网联紧急车辆处理队列并且继续监听车辆信息；如果ntlc接收到网联紧急车辆通过信息，则将该车辆从该相位网联紧急车辆处理队列中删除，如果该相位依然存在网联紧急车辆需要通行，则不改变相位，如果该相位网联紧急车辆都已通行，即为空，并且其他相位依然存在网联紧急车辆，则重新计算相位紧急度，重新分配相位通行权；如果路面上紧急车辆都已通行完毕，即所有相位的处理队列都为空，则结束多优先级紧急车辆调度，跳转至普通车辆调度。
[0032]
本发明的技术方案为：
[0033]
一种网联交通信号灯控制器，包括：
[0034]
无线通信模块，用于与车辆安装的网联通信模块进行交互，接收网联紧急车辆预约信息和通过信息；
[0035]
摄像头，用于实时监测每个来向的交通流状况，采集路面车辆图像信息；
[0036]
所述网联交通信号灯控制器用于计算配时方案、执行车辆调度和信号灯状态的控
制决策。
[0037]
根据所述网联交通信号灯控制器实施一种紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法，包括步骤如下：
[0038]
步骤1，所述网联交通信号灯控制器执行车辆调度初始化，包括普通车辆调度初始化和多优先级紧急车辆调度初始化；
[0039]
步骤2，若所述无线通信模块未收到网联紧急车辆预约信息，则所述网联交通信号灯控制器执行普通车辆调度，同时所述无线通信模块持续监听网联紧急车辆预约信息，直到收到网联紧急车辆预约信息时，所述网联交通信号灯控制器将当前通行信号灯置为黄灯且持续n秒同时执行步骤3；
[0040]
步骤3，若所述无线通信模块收到网联紧急车辆预约信息，则所述网联交通信号灯控制器执行多优先级紧急车辆调度，同时所述无线通信模块监听网联紧急车辆预约信息与紧急车辆通过信息，直到无网联紧急车辆预约信息且收到全部网联紧急车辆通过信息时，所述网联交通信号灯控制器执行步骤2；
[0041]
步骤4，重复步骤2和步骤3，实现紧急车辆优先的交通信号灯智能控制。
[0042]
进一步的，所述步骤1中车辆调度初始化具体包括：
[0043]
普通车辆调度初始化：
[0044]
根据路口形状，初始化交通流tfi(0≤i≤n-1，n≤3n)；
[0045]
其中，i是该交通流在路口中的编号，n是一个表示路口车流来向数量的正整数，每个来向的车流最多有右转、直行、左转三个去向，因此，每个路口最多有3n个交通流；一个交通流tfi中不止一条车道，记第k条车道为lk，每条交通流对应一个其包含的车道集合用于通过交通流下标判定该交通流所表示的车流通行方向；
[0046]
初始化所有信号灯的集合，即信号灯组d
p
，初始化所有权重，包括交通流权重相位权重交通流紧急权重相位紧急度并将其值初始化为0；将所有信号灯组的相位初始化为p
初始
；初始化每个相位pj，并且初始化其放行交通流集合
[0047]
多优先级紧急车辆调度初始化：
[0048]
每个相位对应一个网联紧急车辆处理队列队列存储描述网联紧急车辆状态信息的数据结构《id,tfi,v
id
,t
id
,e
id
》，其中，id为网联紧急车辆唯一标识符，tfi为所属交通流，v
id
为速度，t
id
为在路口等待时间，e
id
为紧急度。
[0049]
进一步的，所述相位pj和所述p
初始
具体为：
[0050]
所述相位pj表示信号灯组d
p
的状态：
[0051][0052]
其中，0≤j≤m，m是相位数量，p
j,绿灯
表示在相位pj中绿色状态的信号灯，p
j,红灯
则为红色状态的信号灯；
[0053]
所述p
初始
为初始相位，表示系统启动时路口各车道禁止通行：
[0054][0055]
进一步的，所述步骤2中普通车辆调度具体包括如下子步骤：
[0056]
步骤2.1，所述网联交通信号灯控制器通过图像识别算法根据路面车辆图像信息获取普通车辆车流密度信息；
[0057]
各方向的所述摄像头在固定的时间间隔δt内采集连续n帧路面车辆图像信息(1≤n≤5)，提取各帧图像上每个车道的车辆数并获取各车流第一辆到达路口的普通车辆等待时间其中，lk代表所属车道，n代表第n帧；
[0058]
若所述网联交通信号灯控制器未获取到当前路面车辆图像中的普通车辆车流密度信息，所有处理队列为空，则重新根据实时路面车辆图像信息获取普通车辆车流密度信息；
[0059]
步骤2.2，若所述网联交通信号灯控制器获取到普通车辆车流密度信息，则根据普通车辆车流密度信息进行相位权重以及配时计算，包括：
[0060]
交通流tfi在连续n帧路面车辆图像中的车辆数目分别为其中，n是大于等于1的整数，车辆数目的计算公式表示为：
[0061][0062]
进而计算各交通流变化趋势参数的计算公式表示为：
[0063][0064]
则交通流tfi的权重的计算公式表示为：
[0065][0066]
其中，u1、u2为权值，是一个自然数，用于调控各个参数对于整体权重的影响因子，同时起到数据标准化的作用；
[0067]
其中，f为密度函数，其输入为各帧的车辆数目输出为该车道的车流密度；
[0068]
相位pj的权重的计算公式表示为：
[0069][0070]
所述网联交通信号灯控制器计算配时，获得配时方案，若交叉路口存在n个相位，并且第i相位pi权重最大，则pi获得的配时pt的计算公式表示为：
[0071][0072]
其中，t为每个相位所能获得的最大配时时间，且由用户自己设置；
[0073]
步骤2.3，所述网联交通信号灯控制器执行所述配时方案，同时通过所述无线通信
模块持续监听网联紧急车辆预约信息；
[0074]
若所述无线通信模块未收到网联紧急车辆预约信息，则所述网联交通信号灯控制器等待当前配时方案将要结束时重新计算各相位权重，重新生成配时方案；
[0075]
若所述无线通信模块收到网联紧急车辆预约信息，则所述网联交通信号灯控制器提前n秒将当前相位置为黄灯，将发出预约的网联紧急车辆加入所述网联紧急车辆处理队列进而执行多优先级紧急车辆调度。
[0076]
进一步的，所述步骤3中多优先级紧急车辆调度具体包括如下子步骤：
[0077]
步骤3.1，所述网联交通信号灯控制器计算各相位紧急度，选择相位紧急度最大的相位，放行对应中的交通流；
[0078]
根据所述无线通信模块获取的网联紧急车辆预约信息填充网联紧急车辆状态信息《id,tfi,v
id
,t
id
,e
id
》，根据所述网联紧急车辆状态信息计算交通流紧急权重若tfi存在n辆网联紧急车辆，且tfi上最大限速为v
max
，则所述交通流tfi的交通流紧急权重的计算公式表示为：
[0079][0080]
其中，r1、r2、r3、r4为权值，其均为自然数，用于调控各个参数对于整体权重的影响因子，同时到数据标准化的作用；
[0081]
相位pj的相位紧急度的计算公式表示为：
[0082][0083]
步骤3.2，所述无线通信模块持续监听网联紧急车辆预约信息与通过信息；
[0084]
若无线通信模块接收到网联紧急车辆通过信息后，所述网联交通信号灯控制器删除中对应通过车辆信息；
[0085]
若收到该相位网联紧急车辆的全部通过信息，并且其他相位依然存在网联紧急车辆时，所述网联交通信号灯控制器重新执行多优先级紧急车辆调度，否则不改变相位，等待该相位网联紧急车辆全部安全通过；
[0086]
若每个相位对应的网联紧急车辆处理队列都为空，即路面上网联紧急车辆都已通过路口时，所述网联交通信号灯控制器执行普通车辆调度，否则，重新执行多优先级紧急车辆调度。
[0087]
进一步的，所述普通车辆包括未安装网联通信模块的车辆、已安装网联通信模块但未发出紧急车辆预约信息的车辆；
[0088]
所述网联紧急车辆包括安装网联通信模块且发出紧急车辆预约信息的车辆，同时所述紧急车辆具有不同优先级。
[0089]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0090]
本发明融合了普通车辆自适应调度与网联紧急车辆调度方法，通过图像识别算法对路面车辆图像信息进行实时提取，监测普通车辆车流状况，同时通过无线通信模块与紧急车辆安装的网联通信模块建立信息预约机制，及时获取网联紧急车辆状态信息，进而计
算出当前最合理的相位分配以及信号灯配时方案，在保证紧急车辆优先通行的同时，最大程度的保证了普通车辆的路口智能调度，尽可能减少了对于普通车辆通行效率的影响。
[0091]
本发明在进行紧急车辆调度时，将紧急车辆的优先级通过各种评估参数进行了更细的划分，在路面上出现多种优先级的紧急车辆、多个相位同时驶入紧急车辆的交通场景下，根据紧急车辆优先级的高低，对紧急车辆处理队列进行排序，保证了多紧急车辆调度的高效、精准，提高了多紧急车辆总体通行效率，证明了一种网联交通信号灯控制器及紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法的实用性。
附图说明
[0092]
图1是本发明实施例中一种紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法的系统结构示意图。
[0093]
图2为本发明实施例中一种紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法的逻辑流程图。
具体实施方式
[0094]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细、完整的说明。要注意的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，该实施方案不会限制本发明的权利保护范围。
[0095]
实施例
[0096]
在交通路口采用如图1所示紧急车辆优先的交通信号灯智能控制系统结构，所述系统包括搭载有无线通信模块和摄像头的网联交通信号灯控制器ntlc、网联紧急车辆以及普通车辆；
[0097]
其中，各种装置类型以及性能不做限定，任何该形式的调度方法都在本发明的保护范围之内。
[0098]
本发明的主体是网联紧急车辆与普通车辆，其中，ntlc通过摄像头采集的路面车辆图像信息，网联紧急车辆则需要通过预约机制与ntlc进行交互。通过图像识别算法，ntlc会基于采集的路面车辆图像信息获取普通车辆车流密度信息，根据普通车辆车流密度信息、网联紧急车辆状态信息做出相位决策并且进行智能配时。其中，图像识别算法与决策算法不做限定。
[0099]
如图2所示，一种紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法，包括步骤如下：
[0100]
步骤a：车辆调度初始化
[0101]
a1：普通车辆调度初始化
[0102]
第一次应用到某交叉路口或者需要对该方法基础设置进行更改时，需要根据路口形状初始化d
p
，初始化所有权重，包括交通流权重相位权重交通流紧急权重相位紧急度并将其值初始化为0。所有灯组初始化为相位p
初始
。初始化相位pj，并且初始化其放行交通流集合
[0103]
本步骤中，被初始化的交叉路口可以是十字路口、t型路口或者任何其他形状不规则的有信号灯的路口；
[0104]
被初始化的路口信息灯相位可以是常见的双相位、三相位或者任何复杂的互不冲突的相位设置；
[0105]
为了更好描述交通流与相位之间的对应关系，分别将东、南、西、北四个方向对应字母e、s、w、n，从南到北方向记为s-n，从东到西方向记为e-w，以此类推。
[0106]
在本实施例中，交叉路口是一个夹角为90
°
的十字路口，且该交叉路口的相容信号组集合包含三个相位p1、p2、p3，且该路口每个交通流上包含两条车道。相位p1包括e-w、e-n、w-e、w-s四个方向的交通流tf1、tf0、tf4、tf3；相位p2包括w-n、e-s两个方向的交通流tf2、tf5；相位p3包括n-s、s-n、n-w、n-e、s-w、s-e六个方向的交通流tf6、tf9、tf8、tf7、tf
10
、tf
11
。
[0107]
a2：紧急车辆调度初始化；
[0108]
初始化紧急车辆处理程序，每个相位对应一个网联紧急车辆处理队列队列存储描述紧急车辆状态信息的数据结构《id,tfi,v
id
,t
id
,e
id
》，其参数含义分别为，紧急车辆唯一标识符，所属交通流，速度，在路口等待时间以及紧急度。
[0109]
本步骤中，网联紧急车辆类型不做限定，可以是救护车、消防车、警车甚至是遇到突发状况的任何安装有网联通信模块的车辆。
[0110]
本步骤中，获取网联紧急车辆状态信息的方法不做限定，可以是通过图像识别算法获取状态信息，也可以由紧急车辆向路口信息监听装置发送获得。
[0111]
例如，上述路口中分别在相位p1驶入一辆消防车，在相位p2驶入一辆日常巡逻的警车，这两辆紧急车辆通过通信网络向ntlc发送了各自的状态信息《id,qi,vi,ti,ei》。
[0112]
步骤b：普通车辆调度
[0113]
本实施例中的普通车辆可以是未安装网联通信模块的车辆或者安装网联通信模块但是没有发送预约信息的车辆。
[0114]
b1：通过图像识别算法获取普通车辆车流密度信息，具体获取方法如下：
[0115]
首先，各方向摄像头在固定的时间间隔δt＝5s内采集连续n＝3帧路面车辆图像信息。然后，ntlc基于图像识别算法提取各帧图像上每个车道的车辆数并获取各车流第一辆到达路口的车辆等待时间其中，lk代表所属车道，n代表第n帧，例如n
11
代表在一号车道上采集到的第一帧图像中的车辆数目。
[0116]
本步骤中，普通车辆，可以是卡车、货车、客车、小轿车、跑车等一系列路面上常见的未出现紧急状况的车辆。
[0117]
图像识别算法可以是deepsort、yolov5等图像识别算法。
[0118]
b2：相位权重以及配时方案计算；
[0119]
根据普通车辆车流密度信息选择合适的权重计算公式，计算获得每个车流的通行权重，接着根据每个车流所属的相位，加权得到每个相位的权重。
[0120]
首先计算各交通流变化趋势参数该交通流的车辆数量趋于增加或者趋于减少，相应的给予权重以增长或者减小系数。交通流tfi在连续n帧图像采集中的车辆数目分别为每个交通流的由公式(1)计算，进而可由公式(2)计算该车流的变化趋势参数
[0121][0122][0123]
进而该交通流tfi的权重可由公式(3)计算：
[0124][0125]
紧接着，pj的相位权重可由公式(4)计算得出。
[0126][0127]
然后选择权重最大的相位给予通行权并且根据各相位权重比例生成配时时间；
[0128]
在本实施例中，路口当前存在三个相位，且其权重已由上述步骤生成，其权重分别为pw1、pw2、pw3，其中pw1最大，即当前选择一号相位给予其通行权，则其所获得的配时时间pt1可由公式(5)计算得出：
[0129][0130]
其中，t为每个相位所能获得的最大配时时间。
[0131]
b3：网联交通信号灯控制器ntlc的无线通信模块监听网联紧急车辆预约信息；
[0132]
在执行b2中配时方案的同时，ntlc持续监听路口信息，若未收到网联紧急车辆预约信息，则等待当前配时方案将要结束时重新计算各相位权重，重新生成配时方案；若收到网联紧急车辆预约信息，则提前n秒将当前相位置为黄灯，使用多优先级紧急车辆调度，跳转到步骤c。
[0133]
步骤c：多优先级紧急车辆调度
[0134]
c1：计算每个相位的相位紧急度，并且选择相位紧急度最大的相位。
[0135]
根据无线通信模块所获取的网联紧急车辆预约信息填充网联紧急车辆状态信息《id,tfi,v
id
,t
id
,e
id
》，根据这些参数信息计算交通流紧急权重如果交通流tfi存在n辆网联紧急车辆，且tfi上最大限速为v
max
，则tfi的交通流紧急权重可由公式(6)计算得出：
[0136][0137]
其中，r1、r2、r3、r4为权值，是一个自然数，用于调控各个参数对于整体权重的影响因子，并且也起到数据标准化的作用。
[0138]
紧接着，相位pj的相位紧急度可由公式(7)计算得出：
[0139][0140]
选择相位紧急度最大的相位，放行对应中的交通流。
[0141]
例如在上述场景中，消防车的紧急度明显高于日常巡逻的警车的紧急度，故放行消防车所在的相位的交通流集合。
[0142]
c2：网联交通信号灯控制器ntlc的无线通信模块监听网联紧急车辆预约信息与通过信息；
[0143]
当网联紧急车辆通过路口时，需要给路口网联交通信号灯控制器的无线通信模块
发送通过信息用以通知路口其已安全通行，接收到通过信息后，ntlc删除对应通过车辆信息。
[0144]
如果该相位网联紧急车辆全部安全通行，并且其他相位依然存在网联紧急车辆时，重复多优先级紧急车辆调度，否则不改变相位，等待该相位网联紧急车辆全部安全通过。
[0145]
如果每个相位对应的网联紧急车辆处理队列都为空，即路面上网联紧急车辆都已通过路口时，转入普通车辆调度，否则，重复多优先级紧急车辆调度。
[0146]
步骤d：重复步骤b、步骤c，直至系统宕机。
[0147]
本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方案进行了阐述，以上所述仅为本发明的一种普通状况实施例，用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限制本发明；同时对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。凡是在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种网联交通信号灯控制器，其特征在于，包括：无线通信模块，用于与车辆安装的网联通信模块进行交互，接收网联紧急车辆预约信息和通过信息；摄像头，用于实时监测每个来向的交通流状况，采集路面车辆图像信息；所述网联交通信号灯控制器用于计算配时方案、执行车辆调度和信号灯状态的控制决策。2.根据权利要求1所述网联交通信号灯控制器实施一种紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1，所述网联交通信号灯控制器执行车辆调度初始化，包括普通车辆调度初始化和多优先级紧急车辆调度初始化；步骤2，若所述无线通信模块未收到网联紧急车辆预约信息，则所述网联交通信号灯控制器执行普通车辆调度，同时所述无线通信模块持续监听网联紧急车辆预约信息，直到收到网联紧急车辆预约信息时，所述网联交通信号灯控制器将当前通行信号灯置为黄灯且持续n秒同时执行步骤3；步骤3，若所述无线通信模块收到网联紧急车辆预约信息，则所述网联交通信号灯控制器执行多优先级紧急车辆调度，同时所述无线通信模块监听网联紧急车辆预约信息与紧急车辆通过信息，直到无网联紧急车辆预约信息且收到全部网联紧急车辆通过信息时，所述网联交通信号灯控制器执行步骤2；步骤4，重复步骤2和步骤3，实现紧急车辆优先的交通信号灯智能控制。3.根据权利要求2所述一种紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法，其特征在于，所述步骤1中车辆调度初始化具体包括：普通车辆调度初始化：根据路口形状，初始化交通流tf
i
(0≤i≤n-1，n≤3n)；其中，i是该交通流在路口中的编号，n是一个表示路口车流来向数量的正整数，每个来向的车流最多有右转、直行、左转三个去向，因此，每个路口最多有3n个交通流；一个交通流tfi中不止一条车道，记第k条车道为l
k
，每条交通流对应一个其包含的车道集合中所包含的车道}，用于通过交通流下标判定该交通流所表示的车流通行方向；初始化所有信号灯的集合，即信号灯组d
p
，初始化所有权重，包括交通流权重相位权重交通流紧急权重相位紧急度并将其值初始化为0；将所有信号灯组的相位初始化为p
初始
；初始化每个相位p
j
，并且初始化其放行交通流集合多优先级紧急车辆调度初始化：每个相位对应一个网联紧急车辆处理队列队列存储描述网联紧急车辆状态信息的数据结构＜id，tf
i
，v
id
，t
id
，e
id
＞，其中，id为网联紧急车辆唯一标识符，tf
i
为所属交通流，v
id
为速度，t
id
为在路口等待时间，e
id
为紧急度。4.根据权利要求3所述一种紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法，其特征在于，所述相位p
j
和所述p
初始
具体为：
所述相位p
j
表示信号灯组d
p
的状态：其中，0≤j≤m，m是相位数量，p
j，绿灯
表示在相位p
j
中绿色状态的信号灯，p
j，纤灯
则为红色状态的信号灯；所述p
初始
为初始相位，表示系统启动时路口各车道禁止通行：5.根据权利要求4所述一种紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法，其特征在于，所述步骤2中普通车辆调度具体包括如下子步骤：步骤2.1，所述网联交通信号灯控制器通过图像识别算法根据路面车辆图像信息获取普通车辆车流密度信息；各方向的所述摄像头在固定的时间间隔δt内采集连续n帧路面车辆图像信息(1≤n≤5)，提取各帧图像上每个车道的车辆数并获取各车流第一辆到达路口的普通车辆等待时间其中，l
k
代表所属车道，n代表第n帧；若所述网联交通信号灯控制器未获取到当前路面车辆图像中的普通车辆车流密度信息，所有处理队列为空，则重新根据实时路面车辆图像信息获取普通车辆车流密度信息；步骤2.2，若所述网联交通信号灯控制器获取到普通车辆车流密度信息，则根据普通车辆车流密度信息进行相位权重以及配时计算，包括：交通流tf
i
在连续n帧路面车辆图像中的车辆数目分别为其中，n是大于等于1的整数，车辆数目的计算公式表示为：进而计算各交通流变化趋势参数的计算公式表示为：则交通流tf
i
的权重的计算公式表示为：其中，u1、u2为权值，是一个自然数，用于调控各个参数对于整体权重的影响因子，同时起到数据标准化的作用；其中，f为密度函数，其输入为各帧的车辆数目输出为该车道的车流密度；p
j
的相位权重的计算公式表示为：所述网联交通信号灯控制器计算配时，获得配时方案，若交叉路口存在n个相位，并且第i相位p
i
权重最大，则pi获得的配时pt的计算公式表示为：
其中，t为每个相位所能获得的最大配时时间，且由用户自己设置；步骤2.3，所述网联交通信号灯控制器执行所述配时方案，同时通过所述无线通信模块持续监听网联紧急车辆预约信息；若所述无线通信模块未收到网联紧急车辆预约信息，则所述网联交通信号灯控制器等待当前配时方案将要结束时重新计算各相位权重，重新生成配时方案；若所述无线通信模块收到网联紧急车辆预约信息，则所述网联交通信号灯控制器提前n秒将当前相位置为黄灯，将发出预约的网联紧急车辆加入所述网联紧急车辆处理队列进而执行多优先级紧急车辆调度。6.根据权利要求4所述一种紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法，其特征在于，所述步骤3中多优先级紧急车辆调度具体包括如下子步骤：步骤3.1，所述网联交通信号灯控制器计算各相位紧急度，选择相位紧急度最大的相位，放行对应σp
j
中的交通流；根据所述无线通信模块获取的网联紧急车辆预约信息填充网联紧急车辆状态信息＜id，tf
i
，v
id
，t
id
，e
id
＞，根据所述网联紧急车辆状态信息计算交通流紧急权重若tf
i
存在n辆网联紧急车辆，且tf
i
上最大限速为v
max
，则所述交通流tf
i
的交通流紧急权重的计算公式表示为：其中，r1、r2、r3、r4为权值，其均为自然数，用于调控各个参数对于整体权重的影响因子，同时到数据标准化的作用；相位p
j
的相位紧急度的计算公式表示为：步骤3.2，所述无线通信模块持续监听网联紧急车辆预约信息与通过信息；若无线通信模块接收到网联紧急车辆通过信息后，所述网联交通信号灯控制器删除中对应通过车辆信息；若收到该相位网联紧急车辆的全部通过信息，并且其他相位依然存在网联紧急车辆时，所述网联交通信号灯控制器重新执行多优先级紧急车辆调度，否则不改变相位，等待该相位网联紧急车辆全部安全通过；若每个相位对应的网联紧急车辆处理队列都为空，即路面上网联紧急车辆都已通过路口时，所述网联交通信号灯控制器执行普通车辆调度，否则，重新执行多优先级紧急车辆调度。7.根据权利要求2～6任一所述一种紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法，其特征在于，所述普通车辆包括未安装网联通信模块的车辆、已安装网联通信模块但未发出紧急车辆预约信息的车辆；所述网联紧急车辆包括安装网联通信模块且发出紧急车辆预约信息的车辆，同时所述紧急车辆具有不同优先级。

技术总结
本发明公开了一种网联交通信号灯控制器及紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法，通过网联交通信号灯控制器执行一种紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法，所述方法充分利用普通车辆车流密度信息和网联紧急车辆信息来实现普通车辆调度、多优先级紧急车辆调度，解决交通路口车辆调度任务。本发明在路面上出现多种优先级的紧急车辆、多个相位同时驶入紧急车辆的交通场景下，实现了网联紧急车辆与普通车辆信号灯的配时调度与控制，能够精准处理紧急车辆优先通行的问题，使紧急车辆在保证安全的情况下迅速通过路口，同时提高了路口车辆通过的效率，证明了一种网联交通信号灯控制器及紧急车辆优先的交通信号灯智能控制方法的实用性。实用性。实用性。


技术研发人员：张凯龙 龚祖 张佳豪 杜长怡 周俊乐
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/6/7