趙九九

(長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校 電氣工程學(xué)院,吉林 長春 130013)

實時智能控制系統(tǒng)在交通信號燈中的設(shè)計思路與工作過程

趙九九

(長春汽車工業(yè)高等專科學(xué)校 電氣工程學(xué)院,吉林 長春 130013)

無論是現(xiàn)有的智能交通控制系統(tǒng)還是現(xiàn)有的單路口信號控制系統(tǒng),都存在兩點不足:一是駕駛者不能實時獲得前方路口交通信號燈的狀態(tài)信息,并利用這些信息輔助駕駛決策;二是一起等紅燈的駕駛者不能提前做好準(zhǔn)備適時同時啟動車輛,快速通過路口,有效利用綠燈時間提高通行效率.本文主要針對此不足,設(shè)計了實時智能控制系統(tǒng)以減少汽車能源消耗、減少汽車尾氣排放、減少擁堵并節(jié)省駕駛時間.

實時;智能;控制系統(tǒng);交通;設(shè)計

1 實時智能控制系統(tǒng)的設(shè)計前提

1.1 大氣污染

近年來我國機動車數(shù)量急劇增長,機動車尾氣排放加劇了城市空氣污染,給城市和區(qū)域空氣質(zhì)量帶來了巨大壓力.有研究報告指出:在實際行駛條件下,機動車在冷啟動工況和怠速工況,尾氣排放VOCs和苯系物濃度要遠遠高于正常行駛時的排放濃度,當(dāng)行駛速度在40~60km/h時,尾氣中VOCs組分和苯系物含量相對較低.在現(xiàn)有路網(wǎng)條件下,提高城市機動車的平均通行速度,可以減少污染物排放,進而減少機動車在重污染時段的污染貢獻率.

1.2 SCATS的不足

它是一種智能交通控制系統(tǒng),由澳大利亞新南威爾士州道路交通局(RTA)研究開發(fā),是目前世界上少有的幾個先進的城市信號交通控制系統(tǒng)之一.據(jù)澳大利亞最新研究結(jié)果表明,使用SCATS系統(tǒng)能夠減少交通停頓40%,節(jié)省旅行時間20%,降低汽油消耗12%.

但是,SCATS也有不足,例如未使用交通模型,本質(zhì)上是一種實時方案選擇系統(tǒng),因而限制了配時方案的優(yōu)化過程,靈活度不夠.檢測器安裝在停車線附近,難以監(jiān)測車隊的行進,因而優(yōu)選可靠性較差.

2 實時智能控制系統(tǒng)的設(shè)計思路

采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法,機動車可以節(jié)省燃油5%,提高通行效率10%,減少污染物排放15%;行駛方向相同的車輛一同等紅燈時,智能車載終端系統(tǒng)提醒所有駕駛者適時同時啟動車輛,減少了車輛在路口的等待時間,提高了整個城市路網(wǎng)的通行效率,提高了城市機動車的平均通行速度,當(dāng)平均通行速度達到40~60km/h時,大大減少了污染物排放.采用本發(fā)明裝置的車輛,將本車行駛方向的交通信號燈的狀態(tài)顯示在屏幕上,以數(shù)字、圖形或者聲音的方式提醒駕駛者提前預(yù)知前方路口交通信號燈的狀態(tài),輔助駕駛者進行駕駛決策:是以較快的速度通過前方路口,還是勻速行駛到路口后等紅燈,總之可以從容駕駛,避免急剎車.紅綠色盲患者也可以考駕照并從容駕駛車輛了,因為本發(fā)明裝置可以采用文字、圖形或者聲音的方式提醒駕駛者提前預(yù)知前方路口交通信號燈的狀態(tài),只需要駕駛者聽力正?；蛘吣苷ＷR別"紅、綠、黃"三個文字即可.駕駛者在等紅燈時可以自由的休息,因為本發(fā)明所述的智能車載終端系統(tǒng)會提醒駕駛者何時啟動車輛,特別是出租車司機不用通過觀察其他方向的綠燈閃動情況預(yù)測自己何時啟動車輛才能最大化自己的盈利時間.目前在一些重要的路口安裝紅綠燈倒計時牌受到司機和行人的歡迎,但是投資巨大,管理困難,采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法,可以代替紅綠燈倒計時牌,將節(jié)約很多城市的交通信號燈系統(tǒng)的投資.采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法,可以在某些路口設(shè)置"虛擬紅綠燈";對于較近的小于50m的兩個路口使用"路口融合技術(shù)"可以提高路口的通行效率;對于符合要求的3~5個連續(xù)路口使用"綠燈接力技術(shù)"可以提高路口的通行效率;所述的"系統(tǒng)服務(wù)器"可以精確評估每一個路口的"擁堵情況",可以輔助駕駛者進行路線選擇;"系統(tǒng)服務(wù)器"能夠綜合考慮下一個路口的通行能力來確定前一個路口的通車數(shù)量,并對一個區(qū)域的交通進行優(yōu)化."系統(tǒng)服務(wù)器"可以智能地解決擁堵.公共汽車采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法,行人可以預(yù)先了解距離本站最近的公共汽車的位置和公共汽車到站的預(yù)估時間;一個城市的交通管理者能夠精確了解行人的需求,通過組建"機動公交車隊"并臨時確定路線和站點來滿足行人的需求.采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法,某個路口的交通信號燈壞了,車輛仍可以在智能車載終端系統(tǒng)的指揮下正常通行;智能車載終端系統(tǒng)具有信息反饋功能,某個路口的交通信號燈壞了,路燈管理部門可以立即確定故障路口位置并及時修復(fù);智能車載終端系統(tǒng)可以感知駕駛者的疲勞駕駛或者精力不集中狀態(tài),并將相關(guān)信息發(fā)送給系統(tǒng)服務(wù)器,系統(tǒng)服務(wù)器會實時通知附近的交警處理或者通知交通管理者;一輛機動車確定目的地并進入路網(wǎng)后,智能交通系統(tǒng)將對行駛路線和行駛速度等提供輔助駕駛決策;采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法建立起來的智能交通系統(tǒng),將極大地促進汽車無人駕駛技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用;采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法建立起來的智能交通系統(tǒng),駕駛者到目的地后,智能手機將接受一條信息,該信息記錄了上路網(wǎng)時間、下路網(wǎng)時間和經(jīng)過了哪些路口的信息;駕駛者的智能手機內(nèi)存儲了整個城市的全部路口的交通信號燈的"時間設(shè)定信息",當(dāng)出現(xiàn)極限情況時,駕駛者的智能手機將運用手機內(nèi)的預(yù)定的時間基準(zhǔn),自動運行整個城市的紅綠燈,以確保城市交通不癱瘓;交通指揮中心能夠根據(jù)需要精確指揮到所需要的任一個手機客戶端;采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法建立起來的智能交通系統(tǒng),能夠精確識別是駕駛者還是乘客在使用手機客戶端軟件.即一部轎車內(nèi)有4個人同時使用手機客戶端軟件時,智能交通系統(tǒng)能夠識別出是一輛車而不是4輛車.

3 實時智能控制系統(tǒng)的構(gòu)成與工作過程

3.1 實時智能控制系統(tǒng)的構(gòu)成

實時智能交通系統(tǒng)由三部分組成:智能交通信號燈系統(tǒng)1,智能車載終端系統(tǒng)2,中央控制系統(tǒng)服務(wù)器3.三部分的邏輯關(guān)系如圖1所示.

圖1

智能交通信號燈系統(tǒng)1安裝于每個路口,只需要在現(xiàn)有交通信號機的基礎(chǔ)上增加無線發(fā)射和接收模塊.智能車載終端系統(tǒng)2最方便的的實現(xiàn)方式即為駕駛者使用的智能手機,并在智能手機中安裝相應(yīng)的功能軟件.中央控制系統(tǒng)服務(wù)器3作為中央控制樞紐,其中模擬運行著一個城市的所有路口的紅綠燈,可以控制任意一個路口的紅綠燈狀態(tài),可以隨時改變紅燈和綠燈的顯示時間.

3.2 實時智能控制系統(tǒng)的工作過程

駕駛者開車時打開自己的智能手機并運行相應(yīng)的應(yīng)用軟件,該應(yīng)用軟件將運用定位導(dǎo)航模塊定位,確定第一個位置,車行駛極小的一段距離后,該應(yīng)用軟件將再次運用定位導(dǎo)航模塊進行定位,確定第二個位置,有了兩個位置就確定了行駛方向,使用電子地圖,確定前方路口的編碼(A1)和對應(yīng)的紅綠燈組的編碼(A1-1);應(yīng)用軟件使用智能手機向"中央控制系統(tǒng)服務(wù)器3"發(fā)送一條短信,索取A1路口的交通信號燈的"時間設(shè)定信息和當(dāng)前的狀態(tài)信息",對接收到的信息進行解碼,根據(jù)檢索到的"所行駛道路在前方路口處對應(yīng)的紅綠燈組的編碼(A1-1)",運行紅綠燈子程序?qū)?所行駛道路在前方路口處對應(yīng)的紅綠燈組"的狀態(tài)顯示在屏幕上,以數(shù)字、圖形或者聲音的方式提醒駕駛者提前預(yù)知前方路口交通信號燈的狀態(tài),輔助駕駛者進行駕駛決策;當(dāng)本車駛過一個路口時向"中央控制系統(tǒng)服務(wù)器3"發(fā)送一條短信,報告已經(jīng)離開了A1路口,并索取下一個路口(A2)的交通信號燈的"時間設(shè)定信息和當(dāng)前的狀態(tài)信息",每一個路口都這樣操作,就實現(xiàn)了車內(nèi)紅綠燈的功能;在"中央控制系統(tǒng)服務(wù)器3"端,系統(tǒng)服務(wù)器將每一個路口都當(dāng)做一個節(jié)點來管理,任意時刻系統(tǒng)服務(wù)器都非常清楚有多少車輛向該節(jié)點駛來,他們的行駛方向也是可清楚了解.

[1]朱向陽.實用數(shù)字電子技術(shù)項目教程[M] .北京:科學(xué)出版社,2009(第二版).

[2]毛法堯,歐陽星明,任宏萍編:數(shù)字邏輯[M]. 華中理工大學(xué)出版社,1996年第一版.

[3]余孟嘗 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程[M].高等教育出版社 ,1999年(第二版).

[4]余錫存,曹國華.單片機原理及接口技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2001年.

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