一种用于十字路口集中式交通控制机制

一种用于十字路口集中式交通控制机制

技术领域：

本发明涉及计算机网络技术和智能交通领域。

技术背景：

目前十字路口车流控制主要是红绿灯控制，红绿灯控制模式简单，可 靠，但不能灵活根据路况做出判断，导致十字路口在很多时候车流通行效 率低下。随着科学技术的发展，智能交通有了很大发展，目前相关的研究 也比较多，比如交通信息服务系统(TIS)，交通管理系统(TMS)，公共交通 系统(PTS)，车辆控制系统(VCS)等等。但其相关研究主要在车流通行车辆 路线，车辆管理，车辆应对突发信息处理等，只在针对提高十字路口通行 效率的研究还尚少。目前的交通中车辆的等待或出现拥塞几乎都涉及到十 字路口，有效的提高车辆在十字路口的通行效率，会使车辆在十字路口尽 可能减少等待，这对当前城市交通拥塞是有实际意义的。

本发明中使用无线传感技术，集中控制器通过传感器收集车辆进出信 息，并通过无线信号与车辆进行通信。车辆内安装配套的无线信号收发和 处理装置。

发明内容：

本发明是一种代替红绿灯的集中式交通控制技术。本技术主要适用于 不同车道车流量差距较大的十字路口，本技术可以使在相对公平的原则下 保持十字路口最大吞吐量。我们引入无线传感技术，在十字路口所在区域 一定路段内设置传感器，车辆进入和开出十字路口时都会通过传感器传输 到控制器，控制器接收到车辆信息后通过与车辆交互信息来控制车辆通行， 每个车辆安装有专门的信息收发及处理装置。

本发明中涉及到集中式调度算法，十字路口在通行时各个车道并发通 过，本发明提出互斥机制实现这种并发控制。在并发控制中必须要满足的 要求有安全性，无死锁，公平性。本发明中引入锁机制来实现这种并发控 制并保证所有要求，在控制器中的控制算法中对每个车道设置一个锁，任 何一辆车要在一个车道中通行必须申请到通行所需要的锁。

算法设计的模型为有八条车道的十字路口，参看说明书附图1，对车 道依次编号A到H，每条车道要通行需申请的锁见下表：

A：0、6、7

B：1、2、3

C：0、1、2

D：3、4、5

E：2、3、4

F：5、6、7

G：4、5、6

H：0、1、7

任何一条车道发出请求后，控制器会检查其对应的锁是否处于空闲， 如果处于空闲会将对应的三个锁锁住并回复通行，否则让其等待。由表可 知任何时刻最多有两条车道在通行。

附图说明：

说明书附图为十字路口模型，A‑H为车道，0‑7为锁，中间为控制器。

具体实施方式：

控制算法实施方案有两种：

一种是每辆汽车到十字路口控制范围内都向控制器C发一个REQ消 息，汽车之间无通行，所有信息处理都在控制器C中进行，C收到汽车的 REQ消息后统一处理并单独回复PMS消息，任何一辆已发送REQ消息的 汽车只有在收到PMS消息后才通行，否则等待。

另一种是一辆车进入车道后发探测消息到前方，判定其前方是否有车 在等待。如果其前方有车，则在前车中保持前后关系后也保持等待。如果 其前方无车，则发送REQ消息到控制器C，并等待回复。此方案中汽车之 间可通信，且只有每次通行的第一辆车向控制器C发送REQ，其后车的通 行是根据车之间信息传递完成。在最后一辆车通行后须向C发送REL消息， 进行锁释放。

在汽车与控制器C之间的交互的消息主要有三种：REQ，PMS，REL。 REQ是汽车向控制器发出请求锁的消息，PMS是控制器对汽车发出允许其 通行的消息，REL是汽车向控制器发出释放锁的消息。

假设当车辆a1通行在车道A，当a1进入十字路口会因辗压传感器带 而使车内控制装置收集到已进入十字路口的信息，按每辆车都发送REQ请 求和只有第一辆车发送REQ请求分成两个算法解决方案。

方案一：

a1进入十字路口发出REQ消息，控制器C收到REQ消息后，检查a1 前面是否有车在等待，如果有，则将a1插入到等待队列中，不进行任何回 复，a1如果通行需要收到C发回的PMS消息。

如果a1前面无车，则C检查a1所在车道A需要的锁0、6、7是否空 闲，如果有任何一个锁处于锁定状态，则将a1保存到等待队列。

如果0、6、7均未被锁定，则C为A锁定0、6、7，并计算出车道A 此次通行车数。C通过等待队列中在车道A中的车辆计算得出，如果等待 车辆少于10辆，则会向等待中的车辆依次发送PMS消息，如果等待中的 车辆多于10辆，则设定车道A此次通行数为10，依次从队列中取出等待 的10辆车，并发送PMS消息，当车道A一次通行完毕后，C会释放车道 A锁定的0、6、7三个锁，这时C会依次检查等待中的各个车道，出可 以满足三个空闲锁要求的车道，并计算通行次数，发出PMS消息。

方案二：

当a1从车道A进入十字路口后，检查其前方是否有车，如果没有车， 则向控制器C发送REQ消息，如果有车，则向前一辆车发送跟随消息。

C收到REQ消息后，检查车道A所需的0、6、7锁是否空闲，如果空 闲则将其全部锁住，发送PMS消息到a1。如果0、6、7锁有任何一个已被 锁住，则将a1插入等待队列，当有其它车道的锁释放时，C检查等待队列， 取出满足空闲锁要求的车道，发送PMS消息。

a1收到PMS消息后，通行后判定其后是否有车，如果有车会向跟随其 后的车a2发送通行消息PM，如果没有车，向C发送REL消息。

PM中包含此次通车数量(这里固定每次通行数量为10)，a2收到消息 PM后，a2通行，并将通行数量减1，如果通行数量大于0，则继续向后发 送PM，如果通行数量等于0或其后没有跟随的车，则a2发送REL消息到 C，C为A车道解锁。