時(shí)間：2022-07-30 02:57:21
序論：在您撰寫交通燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開(kāi)闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
摘 要 利用采集的路口車輛排隊(duì)動(dòng)態(tài)視頻圖像，采用邊緣檢測(cè)等數(shù)字圖像算法，進(jìn)行車輛排隊(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)。對(duì)交叉路通燈的通行時(shí)間在穩(wěn)定性和通過(guò)率進(jìn)行比較，再以各相位車隊(duì)排隊(duì)長(zhǎng)度為輸入值，建立不定相序及信號(hào)燈時(shí)間實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分配模型。在此基礎(chǔ)上，利用synchro軟件進(jìn)行了仿真分析。
關(guān)鍵詞 機(jī)器視覺(jué)；智能交通；實(shí)時(shí)配時(shí)
0 引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和視頻技術(shù)的發(fā)展，基于機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于交通監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本文通過(guò)計(jì)算機(jī)視頻檢測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)十字路口各車道車輛的排隊(duì)長(zhǎng)度，根據(jù)路口的實(shí)際候車隊(duì)列分布情況，對(duì)交通燈采取實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的配時(shí)控制方案。最大程度的利用綠燈時(shí)間，避免綠燈時(shí)間的浪費(fèi)和路口候車時(shí)間的增加，有效緩解交叉路口的交通擁堵。
1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
本設(shè)計(jì)方案分為視頻圖像采集、數(shù)字圖像處理、交通燈信號(hào)控制3個(gè)部分。圖像采集利用安裝在交叉路口四個(gè)方向的攝像頭采集車裂排隊(duì)長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)圖像，并對(duì)圖像數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸；圖像處理利用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并通過(guò)圖像預(yù)處理、圖像分割和設(shè)置虛擬框?qū)崟r(shí)分析計(jì)算交叉路口路口車列的排隊(duì)長(zhǎng)度；信號(hào)控制以車列排隊(duì)長(zhǎng)度作為輸入值對(duì)時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)分配?？刂破鞑捎每删幊炭刂破鳎≒LC）作為控制核心，根據(jù)接收到各個(gè)路口車輛排隊(duì)的長(zhǎng)度信息，實(shí)時(shí)配時(shí)地智能化控制交通燈。
2 基于圖像的車輛隊(duì)列長(zhǎng)度檢測(cè)
2.1 路口視頻圖像的采集
圖像傳感器采用數(shù)字COMS攝像頭，CMOS應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的MOS制程，可以一次整合全部周邊設(shè)施于單晶片中，包括信號(hào)讀取電路、圖像信號(hào)放大器、光敏元件等，節(jié)省了加工晶片所需負(fù)擔(dān)的成本和良率的損失；采用COMS芯片的攝像頭成本很低，并且數(shù)字?jǐn)z像頭的并行接口可以很好的與DSP的并行I/O接口連接，數(shù)字COMS攝像頭獲取路口圖像，緩存在COMS傳感器內(nèi)存RAM中的數(shù)字圖像。
2.2 基于圖像的車輛隊(duì)列長(zhǎng)度檢測(cè)
1） 檢測(cè)原理
車輛排隊(duì)隊(duì)列長(zhǎng)度檢測(cè)是實(shí)時(shí)配時(shí)智能控制的基礎(chǔ)，本設(shè)計(jì)采用數(shù)字信號(hào)處理器DSP處理圖像，并先通過(guò)圖像預(yù)處理，使圖像的幀灰度化；通過(guò)canny算子對(duì)降噪濾波后的圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，獲得完整的車輛隊(duì)列的輪廓邊緣；最后在輪廓圖上設(shè)置虛擬框分析并計(jì)算路口車輛的排隊(duì)長(zhǎng)度。
2） 車輛排隊(duì)圖像的預(yù)處理
圖像的預(yù)處理包括幀灰度化和去噪。數(shù)字圖像處理器DSP接收緩存在COMS傳感器內(nèi)存（RAM）中的數(shù)字圖像，在DSP中，對(duì)原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行位圖格式轉(zhuǎn)化，將圖像轉(zhuǎn)換為BMP格式，并進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)化。為了提高后續(xù)處理效果，采用3×3滑動(dòng)窗口中值濾波進(jìn)行去噪處理，較好保存圖像邊緣。
3） 基于canny算子的車輛邊緣檢測(cè)
本方案采用了canny邊緣檢測(cè)方法，檢測(cè)到車輛的邊緣輪廓。對(duì)先期處理過(guò)的圖像采用canny算法，能夠清晰的尋找到圖像中的車體邊緣。
3.2信號(hào)配時(shí)方案設(shè)計(jì)
配時(shí)方案的設(shè)計(jì)不拘泥于延誤時(shí)間或者綠信比等參數(shù)的降低，任何一種方法也不能說(shuō)是絕對(duì)的最優(yōu)，更重要的是涉及到交通安全。設(shè)計(jì)時(shí)，我們針對(duì)應(yīng)用最廣泛最常見(jiàn)也是最常見(jiàn)的交叉路口，綜合分析左轉(zhuǎn)的車輛，排除右轉(zhuǎn)車輛，將交叉路口分成8個(gè)相位。
1）綠燈浪費(fèi)時(shí)間
在十字路口任意相位，不同時(shí)刻等候車隊(duì)長(zhǎng)度是變化的，各相位車隊(duì)長(zhǎng)度隨機(jī)性很強(qiáng)。而每個(gè)周期都遵循沒(méi)有綠燈浪費(fèi)時(shí)間的規(guī)則，則可以保證總通行時(shí)間仍然是最小的。綜合其他相位和優(yōu)先相位，對(duì)于其他相位，應(yīng)盡量多放行，但不多給時(shí)間；對(duì)于優(yōu)先相位，確保沒(méi)有綠燈浪費(fèi)時(shí)間。
2）同時(shí)開(kāi)放兩個(gè)不沖突相位
本方案是固定當(dāng)開(kāi)放一個(gè)方向的相位時(shí)，此時(shí)可選取與之不沖突的相位進(jìn)行同時(shí)開(kāi)放，保證一直是兩個(gè)不沖突相位同時(shí)開(kāi)放，從而充分利用了綠燈時(shí)間。由于右轉(zhuǎn)車流不與其他車道交通流發(fā)生沖突，故在此不作考慮。
3）信號(hào)周期
5）算法過(guò)程描述
（1）判斷周期開(kāi)始。若是周期起始，則根據(jù)各相位車列排隊(duì)計(jì)算本次周期時(shí)長(zhǎng)，若時(shí)長(zhǎng)大于約束值，則使周期時(shí)長(zhǎng)等于約束值（120s）跳到步驟3；
（2）若非周期開(kāi)始，排除此次周期已通過(guò)的優(yōu)先相位；
（3）對(duì)比各相位車列排隊(duì)長(zhǎng)度，找出最大相位，使最大相位優(yōu)先通過(guò)；
（4）比較與本次相位配皮的三個(gè)相位，確定2或3個(gè)通行相位，分配好時(shí)間依次開(kāi)放，其時(shí)間總和應(yīng)等于最大值相位開(kāi)放時(shí)間；
（5）某一綠燈綠燈時(shí)長(zhǎng)結(jié)束前，若此次周期結(jié)束則跳入步驟1，若沒(méi)有結(jié)束則跳入步驟2，循環(huán)執(zhí)行。
6）系統(tǒng)整體復(fù)位功能
一旦系統(tǒng)出現(xiàn)混亂的狀態(tài)，如沖突相位同時(shí)開(kāi)放，則人工啟動(dòng)復(fù)位鍵，使系統(tǒng)從開(kāi)始狀態(tài)重新運(yùn)行。
4 交通燈控制仿真
為進(jìn)行交通信號(hào)的配時(shí)與優(yōu)化，并分析路口的通行能力以及協(xié)調(diào)控制，本文采用了Synchro軟件仿真。通過(guò)Synchro軟件對(duì)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，輸出各車道的評(píng)價(jià)參數(shù)和95th的各車道隊(duì)列長(zhǎng)度，同時(shí)輸出各車道的評(píng)價(jià)參數(shù)，與優(yōu)化前的參數(shù)作對(duì)比。
1）有效反應(yīng)十字路口的通行能力有多種指標(biāo)，通過(guò)對(duì)十字路口的車輛總延誤、行程時(shí)間和平均通行速度以及車輛燃油消耗率的模擬仿真來(lái)對(duì)比改造前后的十字路口通行能力。
摘 要：隨著我國(guó)私家車數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)，各大城市都出現(xiàn)了交通極度擁堵的情況，城市交通問(wèn)題也越來(lái)越引起人們的注意，社會(huì)各界也都在為解決交通現(xiàn)狀出謀劃策。文章從交通信號(hào)燈的控制方面著手，研究和設(shè)計(jì)了基于PLC的自適應(yīng)交通燈智能控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：PLC；交通燈；自適應(yīng)；智能控制
交通燈控制系統(tǒng)是一個(gè)具有隨機(jī)性的復(fù)雜系統(tǒng)，他受到車輛、行人、天氣等都多方面的影響，因此想要建立一種固定的數(shù)學(xué)模型是不大可能的，即使是用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法也無(wú)法描述其系統(tǒng)特征。目前國(guó)內(nèi)交通等控制系統(tǒng)主要采取定時(shí)切換的控制模式。
我國(guó)自20世紀(jì)80年代開(kāi)始出現(xiàn)私有汽車，到2003年私家車社會(huì)保有量達(dá)1 219萬(wàn)輛，私家車突破千萬(wàn)輛僅用了20年時(shí)間，而突破2 000萬(wàn)輛僅用了3年時(shí)間。截止到2011年我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量已到達(dá)2.19億輛，汽車保有量首次突破1億大關(guān)，占機(jī)動(dòng)車總量的46%。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人均國(guó)民生產(chǎn)總值增加以及政府拉動(dòng)內(nèi)需各項(xiàng)政策的實(shí)施，私家車的擁有量也跟著急劇上升，國(guó)內(nèi)各大中型城市（如北京、上海、廣州、武漢等）的交通系統(tǒng)都面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。雖然各大城市都出臺(tái)了一系列的限制汽車出行、增加公共交通設(shè)施、擴(kuò)寬新修道路等措施，但依然無(wú)法緩解目前的城市交通狀況。交通信號(hào)燈定時(shí)切換這一種控制模式的局限性也就逐漸凸顯出來(lái)，因此我們急需一種智能的交通控制系統(tǒng)來(lái)緩解交通信號(hào)控制的缺陷給本就糟糕的交通系統(tǒng)帶來(lái)的壓力。
智能交通控制系統(tǒng)的研究在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了不少成果，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已采用智能方式來(lái)控制交通信號(hào)燈，其中主要運(yùn)用的有GPS全球定位系統(tǒng)等。出于成本、設(shè)計(jì)便捷性等方面的綜合考慮，我們可以考慮在各路口增加傳感器探測(cè)車輛數(shù)量來(lái)控制交通信號(hào)燈的時(shí)長(zhǎng)這一設(shè)計(jì)方案。
1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
基于PLC的自適應(yīng)交通燈智能控制系統(tǒng)主要有車流量檢測(cè)系統(tǒng)、PLC、控制中控臺(tái)三大部分組成，其控制結(jié)構(gòu)圖如1所示。
1.1 系統(tǒng)控制原理
車流量檢測(cè)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)檢查各路口單位時(shí)間（60 s）內(nèi)通過(guò)路口的車輛數(shù)量，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送至PLC；PLC根據(jù)車流量檢測(cè)系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)，按預(yù)先設(shè)定的控制規(guī)律來(lái)控制相應(yīng)的交通信號(hào)燈；中控臺(tái)主要用來(lái)對(duì)控制系統(tǒng)的運(yùn)行模式進(jìn)行控制，如自動(dòng)運(yùn)行模式、人工干預(yù)運(yùn)行模式等。
自動(dòng)運(yùn)行模式下，若東西向或南北向車流量均小于15輛/min，則系統(tǒng)按定時(shí)切換控制運(yùn)行，雙向綠燈均為40 s，黃燈3 s，紅燈43 s切換運(yùn)行；若某一向每分鐘車流量大于15而小于30，則該向綠燈調(diào)整為50 s，黃燈3 s，另一向綠燈30 s，黃燈3 s；若某一向若某一向每分鐘車大于30，則該向綠燈調(diào)整為70 s，黃燈3 s；當(dāng)兩向車流量均在同一范圍內(nèi)時(shí)，車流量較大的一向控制優(yōu)先，若兩向車流量均在同一范圍內(nèi)且相等時(shí)，東西向控制優(yōu)先。系統(tǒng)控制流程如圖2所示。
1.2 車流量檢測(cè)設(shè)計(jì)
智能交通燈控制系統(tǒng)自適應(yīng)交通情況的關(guān)鍵在于系統(tǒng)自身對(duì)車流量的判斷，因此系統(tǒng)車流量檢測(cè)的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。調(diào)查研究表明，我國(guó)機(jī)動(dòng)車輛高度一般在1～5 m之間不等，因此本方案設(shè)計(jì)在各路口100 m處架設(shè)高度為5 m的檢測(cè)點(diǎn)，采用由歐姆龍公司生產(chǎn)的檢測(cè)距離0～4 m的光電傳感器E3JM-R4來(lái)對(duì)過(guò)往車輛進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)有在此高度的車輛經(jīng)過(guò)檢測(cè)點(diǎn)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)會(huì)向PLC發(fā)送信號(hào)。E3JM-R4光電傳感器參數(shù)如表1所示。
本設(shè)計(jì)采用在各路口雙向設(shè)置光電傳感器的形式對(duì)通過(guò)路口的車流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)信號(hào)傳送給PLC。PLC對(duì)各方向傳感器發(fā)送信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較，最終確認(rèn)各路口的車流量，同時(shí)對(duì)各路口車流量情況進(jìn)行再比較，最后根據(jù)比較結(jié)果按預(yù)設(shè)控制方式對(duì)南北和東西向的紅綠燈進(jìn)行控制。
1.3 PLC控制設(shè)計(jì)
PLC為本控制系統(tǒng)的核心，相當(dāng)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的CPU，主要負(fù)責(zé)對(duì)車流量、中控臺(tái)等方面的信號(hào)進(jìn)行收集，并按相應(yīng)的信號(hào)運(yùn)行PLC內(nèi)設(shè)計(jì)的用戶程序，最終驅(qū)動(dòng)交通信號(hào)燈。本系統(tǒng)選用三菱公司生產(chǎn)的FX2N-48MR系列PLC，其I/O分配如表2所示。
本系統(tǒng)運(yùn)行模式分兩種，即自動(dòng)運(yùn)行模式和手動(dòng)運(yùn)行模式。
①自動(dòng)運(yùn)行模式下系統(tǒng)按圖2所示的運(yùn)行規(guī)則，結(jié)合車流量檢測(cè)信號(hào)控制各向紅綠燈進(jìn)行切換。車流量信號(hào)的判斷比較主要包括兩個(gè)方面，一是同向信號(hào)的比較，將單位時(shí)間內(nèi)來(lái)自X6與X10的信號(hào)脈沖數(shù)比較，兩者中較大值作為東西向最終車流量參考值，X7與X11的信號(hào)脈沖數(shù)比較，兩者中較大值作為南北向最終車流量參考值。二是東西南北向車流量比較，即將同向信號(hào)比較的結(jié)果進(jìn)行再比較。
②手動(dòng)運(yùn)行模式下，系統(tǒng)在人工干預(yù)下運(yùn)行，人工干預(yù)信號(hào)包括南北向強(qiáng)制通行、東西向強(qiáng)制通行和四向禁止通行三種。南北向強(qiáng)制通行時(shí)，南北向固定輸出綠燈亮，東西向固定輸出紅燈亮；東西向強(qiáng)制通行時(shí)，東西向固定輸出綠燈亮，南北向固定輸出紅燈亮；四向禁止通行時(shí)，東西南北四向固定輸出紅燈。
2 總結(jié)與展望
本設(shè)計(jì)基于車流量的自適應(yīng)交通燈智能控制系統(tǒng)，利用邏輯判斷比較和分析算法，使程序的運(yùn)算結(jié)果根據(jù)相應(yīng)的程序方案進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了交通燈自適應(yīng)的智能控制，并通過(guò)了軟件及硬件的模擬調(diào)試。車流量比較值、信號(hào)燈接通時(shí)間等都可以通過(guò)改變PLC中相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)本智能控制方案，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化交通疏導(dǎo)，達(dá)到交通信號(hào)燈自適應(yīng)智能控制的目的。
交通信號(hào)系統(tǒng)是一個(gè)極其復(fù)雜的控制系統(tǒng)，基于車流量的自適應(yīng)交通燈控制雖然能緩解日趨嚴(yán)峻的交通壓力，但其缺點(diǎn)也較為明顯，固定的車流量判斷模式是其主要缺陷之一。因此今后我們可以考慮使用現(xiàn)今逐漸成熟的視頻檢測(cè)技術(shù)，對(duì)交通壓力進(jìn)行直觀的監(jiān)測(cè)與分析，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制方案。
【摘 要】本文主要解決根據(jù)十字路口紅燈路段停車數(shù)的多少，控制交通指示燈的下次放行時(shí)間達(dá)到實(shí)時(shí)智能交通控制。
【關(guān)鍵詞】微波交通檢測(cè)器；單片機(jī)；交通燈；8255并行口
對(duì)目前十字路交通控制器研究發(fā)現(xiàn)，用戶設(shè)定主副路口的時(shí)間后，就一直按照設(shè)定的時(shí)間在主副路交替轉(zhuǎn)換下去，無(wú)法滿足智能交通對(duì)于路口控制器的要求；能否找出根據(jù)實(shí)際交通狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)控制是解決問(wèn)題的關(guān)鍵，本文通過(guò)微波檢測(cè)器測(cè)出的車輛數(shù)，控制定時(shí)時(shí)間來(lái)達(dá)到實(shí)時(shí)智能交通控制。
一、微波交通監(jiān)測(cè)器
微波交通檢測(cè)器是利用雷達(dá)線性調(diào)頻技術(shù)原理，通過(guò)發(fā)射中心頻率為1 0.525GHZ或24.200GHZ的連續(xù)頻率調(diào)制微波（FMCW）在檢測(cè)路面上，投映一個(gè)寬度為3.4米，長(zhǎng)度為64米的微波帶。每當(dāng)車輛通過(guò)這個(gè)微波投映區(qū)時(shí)，都會(huì)向RTMS反射一個(gè)微波信號(hào)，RTMS接收反射的微波信號(hào)，并計(jì)算接收頻率和時(shí)間的變化參數(shù)以得出車輛的速度及長(zhǎng)度，提供車流量、道路占有率、速度和車型等實(shí)時(shí)信息。為了檢測(cè)出車道上停車的車量數(shù)，RTMS在微波束的發(fā)射方向上以2M為一個(gè)層面分展探測(cè)物體，微波束在15度范圍內(nèi)投影形成一個(gè)分為32個(gè)十層面的橢圓形波束（橢圓的寬度取決予儀器選擇的工作方式），通過(guò)這種方式可檢測(cè)出車量數(shù)。
二、交通指示燈控制過(guò)程分析
十字路口各車道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈點(diǎn)亮?xí)r間為各干道的公共停車時(shí)間。各干道車輛通行情況如下表1所示。
表1 各干道車輛通行情況
三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
它主要由控制器、微波交通檢測(cè)器、定時(shí)器、串行通訊電路、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。所選元件為8051單片機(jī)、各車道微波檢測(cè)器、8255并行通用接口芯片、74LS07鎖存器、MAX692‘看門狗’以及顯示電路指示燈組成。系統(tǒng)總框圖如圖1示：
四、系統(tǒng)工作原理
（1）系統(tǒng)初始化，微波交通檢測(cè)器檢測(cè)各車道車輛數(shù)，通過(guò)車輛數(shù)的多少轉(zhuǎn)換為各車道放行時(shí)問(wèn)，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，車道放行時(shí)間與停車數(shù)存在一種復(fù)雜的數(shù)學(xué)關(guān)系，為了使問(wèn)題簡(jiǎn)單，這里用簡(jiǎn)單的公式表示為：車道放行時(shí)間=停車數(shù)*3秒，然后通過(guò)8051單片機(jī)延時(shí)程序控制延時(shí)時(shí)間，達(dá)到智能控制十字路口車輛通行情況。（2）由8051單片機(jī)通過(guò)P0口向8255的數(shù)據(jù)口送信息，由8255的PC口顯示紅、綠、黃燈的燃亮情況；由8255的PA、PB口顯示每個(gè)燈的點(diǎn)亮?xí)r問(wèn)。（3）8255 PA口用于輸出時(shí)問(wèn)的個(gè)位，P B口用于輸出時(shí)間的十位，由747S07驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)；而P C口用于輸出各個(gè)燈的情況，它的末段連接雙向晶閘管采用220V交流電壓驅(qū)動(dòng)。（4）在交通控制程序中加入看門狗指令，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異?？撮T狗將發(fā)出溢出中斷。通過(guò)專用端口輸入到MAX692看門狗芯片的WDI引角引起RESET復(fù)位信號(hào)復(fù)位系統(tǒng)。（5）微波交通檢測(cè)器測(cè)得的數(shù)據(jù)，通過(guò)RS。232接口傳遞數(shù)據(jù)至8051串行口，將數(shù)據(jù)通過(guò)編制的軟件處理得到定時(shí)時(shí)間并延時(shí)。
五、軟件流程圖
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要突出通過(guò)微波交通檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)十字路通燈智能控制，獲得了不錯(cuò)的效果。通過(guò)系統(tǒng)將擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)交通監(jiān)控的控制，盲人通過(guò)時(shí)交通燈的控制以及行人通過(guò)時(shí)播放音樂(lè)聲等更加完善。
摘 要：在城市道路密集、路口眾多的背景下，基于道路現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)獲取車隊(duì)尾長(zhǎng)數(shù)據(jù)，利用Matlab軟件編制一種控制信號(hào)燈延遲通斷的計(jì)算程序，與信號(hào)裝置相配合，就可以及時(shí)調(diào)整城市路通燈的接通順序和時(shí)間，一定程度上達(dá)到控制車流和避免交通阻塞的目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：車隊(duì)尾長(zhǎng) 信號(hào)燈 延遲通斷
1 交通堵塞的成因
現(xiàn)代城市路網(wǎng)密集，大量私家車上路常常造成交通阻塞且已成為影響城市市民正常生活和工作的嚴(yán)重問(wèn)題。而城市道路管理中不合理的交通燈通斷系統(tǒng)更使交通擁堵現(xiàn)象雪上加霜，例如，多數(shù)城市采用的定時(shí)同步通斷轉(zhuǎn)換自動(dòng)化交通燈系統(tǒng)，即沿同一條街道上各路口的燈光同步切換，在一定情況下會(huì)成為交通擁堵的導(dǎo)火索。很多人都有這樣的經(jīng)歷，在一個(gè)路口被紅燈攔下，后面路口會(huì)接二連三被紅燈攔住。這不僅僅是運(yùn)氣問(wèn)題，實(shí)際上和交通燈通斷控制有很大關(guān)系。假設(shè)有一隊(duì)車A在路口1等綠燈放行，欲駛向路口2，兩路口的距離為D，車輛正常行駛速度為V，第一輛車到達(dá)路口2時(shí)用時(shí)D/V，此時(shí)路口2綠燈，第一輛車通過(guò)路口2。由于車隊(duì)各車是不可能同時(shí)起動(dòng)、同時(shí)加速的，而是從頭車開(kāi)始，各輛車依次起動(dòng)從而形成一個(gè)“起動(dòng)波”，傳播速度大約為4.5 m/s（16km/h）[1]。設(shè)車隊(duì)長(zhǎng)L，與頭車相比，最后一個(gè)車要走（L+D）路程才能到達(dá)路口2，而且它必須等候起動(dòng)波傳過(guò)來(lái)時(shí)才能起動(dòng)，因此末尾車要花（L/Vb+（L+D）/V）時(shí)間才能到達(dá)路口2，如果綠燈通行時(shí)間T0小于（L/Vb+（L+D）/V），這就使得車隊(duì)的尾部有可能在到達(dá)并通過(guò)路口2之前，就被下一次紅燈阻擋，車隊(duì)A發(fā)生截尾，跟過(guò)來(lái)的車隊(duì)B就有增長(zhǎng)的趨勢(shì)，車隊(duì)B增長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度，也會(huì)甩尾給車隊(duì)C，這樣車隊(duì)越積越長(zhǎng)，進(jìn)而發(fā)生交通堵塞?？梢?jiàn)防止交通堵塞的關(guān)鍵在于及時(shí)制止過(guò)長(zhǎng)車隊(duì)的形成，防止車隊(duì)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
2 一種預(yù)防交通堵塞方法思路
目前城市路口都裝有攝像及圖像識(shí)別系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)某路口車隊(duì)逐漸增長(zhǎng)，在一個(gè)綠燈通行時(shí)間內(nèi)有被甩下的車隊(duì)尾巴出現(xiàn)，通過(guò)智能干預(yù)，及時(shí)調(diào)整交通燈的通斷順序和時(shí)間，引導(dǎo)疏流，就有可能制止過(guò)長(zhǎng)車隊(duì)的形成，從而達(dá)到完全避免非反常交通堵塞的目的。假如發(fā)現(xiàn)上例路口2逐漸有被甩下的車隊(duì)尾巴出現(xiàn)，就要延遲路口2紅燈開(kāi)通，即延長(zhǎng)綠燈時(shí)間，使T≥（L/Vb+（L+D）/V），放車隊(duì)A過(guò)去，消除這個(gè)尾巴。這樣從路口1處開(kāi)過(guò)來(lái)的車隊(duì)B在接近路口2時(shí)就沒(méi)有車隊(duì)A的尾巴留下，車隊(duì)B就不會(huì)增長(zhǎng)，但延長(zhǎng)的時(shí)間是有限制的，最長(zhǎng)允許延長(zhǎng)時(shí)間是車隊(duì)B的頭車剛好接上車隊(duì)A的尾車，即D/V-L/Vb-L/V=0，車隊(duì)A的長(zhǎng)度占路口1與路口2之間的距離D的比例L/D=Vb/（V+Vb）。如果?T=D/V-L/Vb-L/V>0，則路口2還可以再延遲?T開(kāi)通綠燈；如果?T=D/V-L/Vb-L/V
當(dāng)然，和實(shí)際情況比，這里忽略了車輛行進(jìn)過(guò)程中加速和減速過(guò)程，這里V實(shí)際上是兩路口距離間車隊(duì)的平均移動(dòng)速度。
3 一種預(yù)防交通堵塞方法的程序?qū)崿F(xiàn)
設(shè)某城市有主干道m(xù)條，n條橫向街道，主干道與s條橫向街道相交后，各段主干方向街道的長(zhǎng)度為矩陣D。各路口上被甩下的車隊(duì)尾巴長(zhǎng)度組成的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)矩陣（截尾矩陣），如果在上述m條主干方向街道中有m1條雙行道，則矩陣將是一個(gè)（m+m1）×n的矩陣。根據(jù)雙行道上雙向車隊(duì)尾長(zhǎng)的總和判定各雙行道的優(yōu)先方向，只取雙行道優(yōu)先方向截尾尾長(zhǎng)，截尾矩陣化為m×n的矩陣。計(jì)算并輸出延遲矩陣?T，?T=D/V-L/Vb-L/V，從而控制交通燈通斷順序。在延遲量矩陣中，?T值為負(fù)的路口實(shí)際上就是尾巴較長(zhǎng)的路口，需要提前?T接通綠燈，提前放走積壓的車輛，?T值為正的路口是尾巴較短的路口，可以延遲?T接通綠燈而不會(huì)造成該方向車輛堵塞。提前值?T大于T0，即可認(rèn)為已經(jīng)產(chǎn)生車輛堵塞。
以某7×4街道為例，輸入上下行車輛截尾尾長(zhǎng)，計(jì)算的延遲時(shí)間結(jié)果如表1所示。
通過(guò)道路現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)獲取車隊(duì)尾長(zhǎng)數(shù)據(jù)，應(yīng)用這個(gè)程序計(jì)算的信號(hào)燈延遲時(shí)間，與信號(hào)裝置相配合，就可以及時(shí)調(diào)整城市路通燈的接通順序和時(shí)間，一定程度上達(dá)到控制車流和避免交通阻塞的目標(biāo)。
4 結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)在技術(shù)獲取道路現(xiàn)場(chǎng)車隊(duì)尾長(zhǎng)數(shù)據(jù)已經(jīng)非常方便，Matlab軟件應(yīng)用也非常方便，利用Matlab軟件編制的計(jì)算程序很容易實(shí)現(xiàn)該方案，通過(guò)控制信號(hào)燈延遲通斷，控制車流，避免交通阻塞。
摘 要：該文在采用車輛檢測(cè)傳感器實(shí)時(shí)采集十字路口各方向車流量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出一套自動(dòng)周期交通燈比例時(shí)長(zhǎng)和固定周期交通燈比例時(shí)長(zhǎng)相結(jié)合的智能交通燈控制方案，即根據(jù)車流量的實(shí)際情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)周期和紅綠燈配時(shí)比例，以盡量減少道路交通路口的車輛滯留，實(shí)現(xiàn)交通燈的智能化控制。
關(guān)鍵詞：車流量 交通燈 微控制器
隨著經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的提高，私家車數(shù)量的劇增使得城市交通擁堵問(wèn)題日益突出。十字路口是整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)控制的關(guān)鍵點(diǎn)，十字路通的有效控制能提高整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的性能。目前，我國(guó)傳統(tǒng)的十字路通信號(hào)采用固定的時(shí)間控制，不能有效提高十字路口的通行能力。那么如何提高十字路口的通行能力和緩解城市的交通擁堵問(wèn)題呢？大家設(shè)想如果可以根據(jù)十字路口各個(gè)車道上的車流量來(lái)合理分配交通信號(hào)燈的控制時(shí)間，對(duì)交通信號(hào)實(shí)現(xiàn)智能化控制，那么就可以提高交通系統(tǒng)的通行能力和效率，從而緩解交通擁堵問(wèn)題。
1 硬件電路設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
該十字路通燈智能控制系統(tǒng)由微控制器、車流量檢測(cè)電路、顯示電路（指示燈和倒計(jì)時(shí)顯示電路）和緊急控制開(kāi)關(guān)組成。該系統(tǒng)是以傳感器為核心的車流量檢測(cè)電路用于車流量的智能檢測(cè)，將車流量信息送微控制器進(jìn)行處理，智能化控制交通燈的時(shí)間長(zhǎng)短和倒計(jì)時(shí)的顯示，起到優(yōu)化十字路通的作用。緊急控制開(kāi)關(guān)用于交通突發(fā)事故時(shí)的交通車輛通行控制。遇到緊急情況，扳動(dòng)開(kāi)關(guān)，通過(guò)硬件和程序發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩路紅燈與黃燈亮，同時(shí)關(guān)閉數(shù)碼管的顯示。緊急情況解除后，按復(fù)位鍵通過(guò)程序回到初始狀態(tài)，重新開(kāi)始運(yùn)行主程序。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
1.2 車流量檢測(cè)電路
目前，實(shí)現(xiàn)車流量檢測(cè)的傳感器有感應(yīng)線圈傳感器、超聲波傳感器、紅外線傳感器、微波檢測(cè)器、視頻檢測(cè)器、磁力檢測(cè)器、聲學(xué)檢測(cè)器等[1]。目前的交通控制系統(tǒng)大多采用單一的車流量檢測(cè)傳感器來(lái)采集交通流信息，這樣會(huì)導(dǎo)致一系列問(wèn)題：（1）采用單一車流量檢測(cè)器，若該檢測(cè)器出現(xiàn)問(wèn)題，則可能造成整個(gè)交通癱瘓；（2）不同的車流量檢測(cè)器有各自的工作原理和特點(diǎn)，如超出其測(cè)試條件時(shí)該檢測(cè)器將無(wú)法采集到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；（3）車流量檢測(cè)傳感器不斷地采集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要匯總到交通控制中心，由控制中心經(jīng)計(jì)算后發(fā)出相應(yīng)指令。車流量檢測(cè)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)是多傳感器聯(lián)合檢測(cè)，在前端對(duì)聯(lián)合檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這樣交通控制中心獲得的信息才會(huì)真正成為交通誘導(dǎo)、交通控制以及交通規(guī)劃的有力依據(jù)。
城市中典型的十字路口為雙向6車道，每個(gè)方向1、2、3車道分別為右轉(zhuǎn)、直行和左轉(zhuǎn)車道。在每個(gè)車道的遠(yuǎn)側(cè)和近側(cè)分別埋設(shè)一個(gè)車流量檢測(cè)傳感器檢測(cè)車流量數(shù)據(jù)，兩個(gè)檢測(cè)器之間為各車道的檢測(cè)區(qū)，設(shè)定這一距離為100 m。遠(yuǎn)側(cè)檢測(cè)器執(zhí)行通行車輛數(shù)加操作，近側(cè)檢測(cè)器執(zhí)行減操作，這樣任意時(shí)刻檢測(cè)區(qū)獲得的數(shù)據(jù)即為該方向等待放行的車輛數(shù)。當(dāng)某一相位綠燈亮?xí)r，系統(tǒng)將該車道收集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，作為判斷交通狀態(tài)和決定下一周期通行時(shí)間的依據(jù)。
十字路口車流量的放行采用常用的四相位方式，即按照東西方向直行車輛、東西方向左轉(zhuǎn)車輛、南北方向直行車輛、南北方向左轉(zhuǎn)車輛通行的順序循環(huán)切換，交通燈之間采用短時(shí)黃燈進(jìn)行緩沖警告。系統(tǒng)根據(jù)傳感器獲得的等待放行車輛數(shù)，適時(shí)控制放行時(shí)間的自動(dòng)周期交通燈時(shí)長(zhǎng)比例的方法和固定周期調(diào)節(jié)交通燈時(shí)長(zhǎng)比例兩種方法相結(jié)合，在各方向車輛數(shù)比較均衡的交通低峰時(shí)段采用自動(dòng)周期，在某方向或幾個(gè)方向出現(xiàn)交通高峰時(shí)采用固定周期自動(dòng)調(diào)節(jié)交通燈時(shí)長(zhǎng)比例方式。兩種方式判斷的標(biāo)準(zhǔn)是是否出現(xiàn)兩個(gè)或更多方向的排隊(duì)車輛占滿計(jì)數(shù)區(qū)，即如果出現(xiàn)兩個(gè)方向的車輛排隊(duì)長(zhǎng)度超過(guò)100 m即使用第二種控制方式，否則使用第一種方式。不管采用哪種方式，系統(tǒng)都要設(shè)定一個(gè)最短綠燈時(shí)長(zhǎng)和最大綠燈時(shí)長(zhǎng)。設(shè)定最短綠燈時(shí)長(zhǎng)的目的是為了保證每一條道路都不會(huì)因?yàn)檐嚵髁窟^(guò)小而不給通行時(shí)間，設(shè)定原則是能讓少量車輛安全通過(guò)路口而不影響交通安全，一般取t0 =15 s。最大時(shí)長(zhǎng)的設(shè)定是為了不讓某方向長(zhǎng)時(shí)間占用通行權(quán)，使其他方向的車輛的延誤時(shí)間增大，對(duì)于不太大的單交叉路口，綠燈時(shí)間一般不超過(guò)60 s，因此設(shè)定tm=60 s。
1.3 微控制器
系統(tǒng)的控制核心采用MSP430系列超低功耗的微控制器，車流量檢測(cè)電路將檢測(cè)的車流量信息傳遞給微控制器，微控制器采用某種算法進(jìn)行計(jì)算處理，并將需要發(fā)送的十字路通信號(hào)信息發(fā)送至顯示電路，人們通過(guò)顯示電路就很容易通過(guò)十字路口了。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
該交通燈采用自動(dòng)控制，在設(shè)計(jì)方案中預(yù)先設(shè)定了可調(diào)節(jié)紅綠燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)間，并以自動(dòng)方式顯示倒計(jì)時(shí)；控制系統(tǒng)將在紅綠燈交替階段自動(dòng)控制黃燈時(shí)間，提示各方向過(guò)往車輛通過(guò)或暫停，以達(dá)到模擬現(xiàn)實(shí)生活十字路通燈工作模式。程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)首先對(duì)定義的各個(gè)變量進(jìn)行初始化，接下來(lái)進(jìn)入while循環(huán)檢測(cè)是否有按鍵按下，如果檢測(cè)到按鍵，則執(zhí)行中斷程序，解除按鍵鎖定后返回執(zhí)行while循環(huán)。如果沒(méi)有檢測(cè)到按鍵，while循環(huán)繼續(xù)，交通燈與交通燈倒計(jì)時(shí)同時(shí)執(zhí)行，之后返回while循環(huán)。
3 結(jié)語(yǔ)
系統(tǒng)采用車流量檢測(cè)傳感器和MSP430微控制器構(gòu)成的十字路通燈智能控制系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)的車流量信息調(diào)整紅綠交通燈的配時(shí)比，達(dá)到交通燈智能化控制的目的，提高十字路通的通行能力。
