甘旭陽(yáng)九江市人力資源和社會(huì)保障局人事考試中心

交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)研究

甘旭陽(yáng)
九江市人力資源和社會(huì)保障局人事考試中心

經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人們的生活水平逐漸提高，家庭用車(chē)已經(jīng)普及，道路擁擠現(xiàn)狀嚴(yán)重，交通信號(hào)燈成為城市道路的標(biāo)志。也成為城市不可或缺的基本設(shè)施。為了改善交通的現(xiàn)狀，改善道路擁堵情況，交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)的研究成為現(xiàn)在我們重點(diǎn)研究的內(nèi)容。本文就交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)的研究進(jìn)行分析，首先介紹了交通信號(hào)燈的控制方案，然后介紹了交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)，最后，介紹了系統(tǒng)的功能。

交通信號(hào)燈；控制系統(tǒng)；研究

引言

衣食住行是我們生活的基本組成部分，其中“行”與我們的生產(chǎn)和生活息息相關(guān)。人們的生活離不開(kāi)交通，隨著社會(huì)的進(jìn)步，現(xiàn)在的交通越來(lái)越發(fā)達(dá)，車(chē)輛越來(lái)越多，交通問(wèn)題也隨之出現(xiàn)了，交通信號(hào)燈的出現(xiàn)有效的控制了交通問(wèn)題和交通事故的產(chǎn)生。對(duì)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的研究和不斷改進(jìn)，成為我們永遠(yuǎn)的課題。本文就這個(gè)課題做簡(jiǎn)要的分析。

1.交通信號(hào)燈的控制方案

智能交通管理系統(tǒng)是現(xiàn)在交通管理的主要系統(tǒng)，交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)是智能交通管理系統(tǒng)的重要一部分，主要用于調(diào)節(jié)和控制區(qū)域內(nèi)的交通信號(hào)燈，調(diào)節(jié)道路的車(chē)流量，控制交通對(duì)城市環(huán)境和城市車(chē)流量的影響?，F(xiàn)在的城市交通經(jīng)常出現(xiàn)交通擁堵的問(wèn)題，我們也可以通過(guò)控制交通信號(hào)燈直接控制某地區(qū)的車(chē)流量，疏通道路。

對(duì)于交通信號(hào)燈的控制有不同的時(shí)段，主要分為三個(gè)時(shí)段：正常時(shí)段，南北高峰時(shí)段，東西高峰時(shí)段。

正常時(shí)段：正常時(shí)段時(shí)，普通T字形和十字形路口的單循環(huán)周期為60s，多出口形的路口的交通信號(hào)燈的單循環(huán)周期為90s。首先東西的紅燈亮60s，這期間南北的綠燈亮44s，接著紅燈閃爍3s，黃燈閃爍3s，然后轉(zhuǎn)彎10s，同時(shí)，南北紅燈亮持續(xù)50s。跟東西的時(shí)間循環(huán)一致，這樣持續(xù)循環(huán)，對(duì)于多出口的路口，執(zhí)行增加25s，轉(zhuǎn)彎增加5s。

南北高峰時(shí)段：當(dāng)處于高峰期時(shí)可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)信號(hào)燈的循環(huán)時(shí)間，改善道路擁堵問(wèn)題。當(dāng)南北高峰期時(shí)，單循環(huán)周期改為90s。首先東西的綠燈持續(xù)44s，然后紅燈閃爍3s，黃燈閃爍3s，接著東西左轉(zhuǎn)10s，這期間南北紅燈，隨后南北綠燈，持續(xù)60s，紅燈閃爍2s，黃燈閃爍3s，然后紅燈，同時(shí)左轉(zhuǎn)綠燈15s。之后再轉(zhuǎn)回東西綠燈的循環(huán)。

東西高峰時(shí)段：當(dāng)東西高峰期時(shí)，單循環(huán)周期改為90s。南北的綠燈持續(xù)44s，然后紅燈閃爍3s，黃燈閃爍3s，南北左轉(zhuǎn)10s，這期間東西紅燈，隨后東西綠燈，持續(xù)60s，紅燈閃爍2s，黃燈閃爍3s，然后紅燈，同時(shí)左轉(zhuǎn)綠燈15s。之后再轉(zhuǎn)回南北綠燈的循環(huán)。

圖1 PLC外部接線(xiàn)圖

2.交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)控制層結(jié)構(gòu)。交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)采用三級(jí)分布式階梯控制系統(tǒng)，分為中心控制，區(qū)域控制和路口控制。中心控制為總控制系統(tǒng)，總控制系統(tǒng)控制區(qū)域控制系統(tǒng)，每個(gè)區(qū)域控制系統(tǒng)控制著該區(qū)域內(nèi)的路口控制系統(tǒng)。逐級(jí)分層控制，便于管理，同時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題便于修理。

2.2 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，主要分為兩部分，區(qū)域控制計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)通信控制機(jī)為中心。區(qū)域控制計(jì)算機(jī)控制區(qū)域控制臺(tái)，動(dòng)態(tài)地圖版，室內(nèi)信息板和違章捕捉儀。數(shù)據(jù)通信控制機(jī)主要控制路口信號(hào)機(jī)。路口信號(hào)機(jī)直接控制交通信號(hào)燈和車(chē)輛檢測(cè)器。區(qū)域控制計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)通信控制計(jì)算機(jī)之間相互連接，相互控制。

2.3 PLC選型及I/O點(diǎn)分配。PLC的選型很重要，注重性?xún)r(jià)比高，穩(wěn)定性好，根據(jù)所選的PLC的類(lèi)型和控制對(duì)象確定I/O點(diǎn)分配。對(duì)于繼電器的控制作用和控制對(duì)象要明確。輸出繼電器的外部負(fù)載的作用和控制對(duì)象也要明確。PLC的接線(xiàn)圖如圖1所示。

PLC的輸入分配表

PLC輸出分配表

2.4 原理圖設(shè)計(jì)

交流繼電器主要通過(guò)交流接觸器和延時(shí)繼電器來(lái)控制。交流繼電器負(fù)責(zé)通電，延時(shí)器計(jì)時(shí)。當(dāng)按下開(kāi)關(guān)按鈕后，繼電器通電，使整個(gè)電路通電，然后延時(shí)繼電器開(kāi)始計(jì)時(shí)，到達(dá)設(shè)定時(shí)間后，繼電器自動(dòng)轉(zhuǎn)換，使其他繼電器通電，進(jìn)而控制相應(yīng)信號(hào)燈的開(kāi)與關(guān)。原理設(shè)計(jì)圖如圖2所示：

在設(shè)計(jì)中，我們認(rèn)為的加了一秒的脈沖。主要通過(guò)兩個(gè)接點(diǎn)控制，延時(shí)繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)和常關(guān)接點(diǎn)控制，使得兩個(gè)接點(diǎn)間有0.5s的緩沖。在循環(huán)部分中，左側(cè)開(kāi)關(guān)為常開(kāi)開(kāi)關(guān)，，右側(cè)為常關(guān)開(kāi)關(guān)，例如：KT29為延時(shí)繼電器的常開(kāi)開(kāi)關(guān)，KT30為延時(shí)繼電器的常關(guān)開(kāi)關(guān)，KMO為交流接觸線(xiàn)圈。當(dāng)延時(shí)繼電器的常開(kāi)部分到達(dá)既定時(shí)間將自動(dòng)關(guān)閉，延時(shí)繼電器的常關(guān)部分將自動(dòng)打開(kāi)，使整個(gè)回路斷電，停止工作。但是由于交流線(xiàn)圈一直通電，使得整個(gè)線(xiàn)路又重新開(kāi)始循環(huán)。

KM1-KM8為交流接觸，各個(gè)部分的延時(shí)繼電器控制各個(gè)交流接觸。當(dāng)常開(kāi)接點(diǎn)到達(dá)設(shè)定時(shí)間后，常關(guān)接點(diǎn)開(kāi)，使得交流接觸開(kāi)關(guān)關(guān)閉，KM接觸點(diǎn)復(fù)位后，對(duì)應(yīng)的方向的燈亮起，依次循環(huán)。

2.5 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)。交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)共分為四方面，分別為主程序，正常時(shí)段的程序，南北高峰時(shí)段程序，東西高峰時(shí)段程序。主程序主要用來(lái)調(diào)節(jié)正常時(shí)段和南北高峰時(shí)段的程序。主程序啟動(dòng)，調(diào)控正常時(shí)段的程序，每個(gè)時(shí)段六小時(shí)，正常時(shí)段過(guò)后，調(diào)節(jié)南北或者東西高峰的程序，依據(jù)車(chē)流量和車(chē)流高峰期進(jìn)行調(diào)節(jié)和改變。（圖3）

3.系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)三級(jí)控制功能。系統(tǒng)控制分為三個(gè)級(jí)別，中心控制級(jí)別，區(qū)域控制級(jí)別，路口控制級(jí)別。中心控制區(qū)可以控制區(qū)域控制區(qū)，區(qū)域控制區(qū)控制路口控制區(qū)，分級(jí)控制。同時(shí)每個(gè)區(qū)域還有自身的特殊職能。中心控制區(qū)除了可以調(diào)節(jié)區(qū)域控制外，還可以控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，它具備其他兩個(gè)系統(tǒng)的所有功能，可以根據(jù)路況隨時(shí)調(diào)節(jié)每個(gè)區(qū)域，每個(gè)路口的交通信號(hào)燈。區(qū)域控制系統(tǒng)，可以控制所在區(qū)域的系統(tǒng)運(yùn)行，可以根據(jù)道路情況，調(diào)節(jié)所在區(qū)域的交通燈，從而改變路況。還可以對(duì)交通信號(hào)燈的運(yùn)行情況以及故障情況進(jìn)行監(jiān)督和排查?？梢灾苯訉?duì)交通信號(hào)燈進(jìn)行干預(yù)，同時(shí)對(duì)通過(guò)的車(chē)流量進(jìn)行監(jiān)控。路口控制主要針對(duì)交通信號(hào)燈和車(chē)輛檢測(cè)器的控制，可以檢測(cè)和反饋車(chē)輛檢測(cè)器的信息，也可以對(duì)道路視頻進(jìn)行及時(shí)的信息傳輸。同時(shí)具有簡(jiǎn)單的優(yōu)化功能。

3.2 系統(tǒng)區(qū)域協(xié)調(diào)控制的基本功能。（1）實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的進(jìn)行區(qū)域協(xié)調(diào)控制，控制區(qū)域和數(shù)據(jù)區(qū)域控制機(jī)以及區(qū)域控制計(jì)算機(jī)相連接，通過(guò)計(jì)算機(jī)的優(yōu)化算法，將數(shù)據(jù)處理后及時(shí)傳送，對(duì)區(qū)域進(jìn)行及時(shí)調(diào)控。（2）降級(jí)協(xié)調(diào)控制這個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)降級(jí)協(xié)調(diào)控制，區(qū)域控制計(jì)算機(jī)控制著各個(gè)路口的交通信號(hào)燈，對(duì)需要降級(jí)協(xié)調(diào)控制的路口，通過(guò)人工或者計(jì)算機(jī)的方式，傳送給區(qū)域控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)有個(gè)優(yōu)化算法，通過(guò)優(yōu)化算法得到數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)下載傳輸?shù)铰房诳刂茀^(qū)域，實(shí)現(xiàn)降級(jí)協(xié)調(diào)控制。（3）無(wú)電纜協(xié)調(diào)控制交通信號(hào)機(jī)通過(guò)實(shí)施干線(xiàn)協(xié)調(diào)在單點(diǎn)模式下運(yùn)行，信號(hào)軟件會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)置的系統(tǒng)和模式，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和運(yùn)行，使得干線(xiàn)道路實(shí)現(xiàn)綠波帶的效果。

3.3 系統(tǒng)區(qū)域協(xié)調(diào)控制的特殊功能。（1）指定相位控制遇到道路擁堵或者緊急情況，指揮中心可以人工直接修改系統(tǒng)和控制參數(shù)，人工可以直接指定相位控制，改善交通狀況。（2）模擬手動(dòng)在交通運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到這樣或者那樣的突發(fā)狀況，可以直接模擬手動(dòng)指揮，指揮交通的運(yùn)行。（3）手動(dòng)功能如果出現(xiàn)車(chē)禍，或者其他緊急形況，造成嚴(yán)重堵車(chē)時(shí)，執(zhí)勤交警可以通過(guò)手動(dòng)控制交通信號(hào)燈，對(duì)道路進(jìn)行疏通。

結(jié)語(yǔ)

交通信號(hào)燈是我們生活中不可或缺的重要部分，它保障著車(chē)輛的運(yùn)行，保障著我們的生活秩序，在當(dāng)代環(huán)境下，機(jī)動(dòng)車(chē)越來(lái)越多，交通問(wèn)題和交通事故也變得越來(lái)越多，使得我們的生活充滿(mǎn)了安全隱患，交通信號(hào)燈就變得更為重要，我們的生活需要秩序，交通運(yùn)行更需要秩序，因此，交通信號(hào)燈系統(tǒng)的研究，需要我們不斷的努力，改進(jìn)，更加人性化，合理化。我們共同努力，才能創(chuàng)造屬于我們的美好生活。

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甘旭陽(yáng)（1987-），男，江西省豐城人，碩士研究生。