冀嘉澍

摘 要：智能交通燈控制系統(tǒng)采用遠程控制中心、無線控制終端、交通燈和交通燈輔助裝置，利用遠程控制中心計算出上一周期內(nèi)工作日和非工作日每個相同時間段中，分別通過一個交通燈組的四個交通燈的直行信號燈和左轉(zhuǎn)信號燈的總車流量數(shù)據(jù)和總車速數(shù)據(jù)，根據(jù)交通燈運行模式和時間控制算法進行計算，得出下一周期內(nèi)每個時間段四個交通燈的運行模式，以及每個直行信號燈和左轉(zhuǎn)信號燈的綠燈通行時長，根據(jù)十字路口各個方向的車流量和車速動態(tài)調(diào)整交通燈的運行模式和綠燈通行時間，從而實現(xiàn)對交通的智能控制，保證交通路口安全暢通。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能交通；交通燈；無線控制終端；車流量數(shù)據(jù)；車速數(shù)據(jù)

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）03-00-02

0 引 言

隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展及人民生活水平的提高，城市交通擁堵已成為一個世界性問題。面對日益增長的城市交通壓力，智能交通系統(tǒng)（Intelligent Traffic System，ITS）是目前公認的可全面有效地解決交通擁堵問題的最佳途徑。

傳統(tǒng)的交通控制設備僅是“模式化”地控制信號燈來指導交通，缺乏靈活性，效率較低。因為道路路口交通燈的跳轉(zhuǎn)模式和亮滅時間都是預先設定好的，在所有時間段中，交通燈的時間是固定的，此種交通燈控制方式往往會造成在車流量大的時間段，由于綠燈時間過短使得車輛無法通過導致交通擁堵，或者車流量小的道路綠燈時間過長造成時間浪費，無法通過動態(tài)調(diào)節(jié)避免交通擁堵的發(fā)生。然而，要想動態(tài)地進行交通燈信號控制需要能夠準確獲得道路路口的車輛通行數(shù)據(jù)，并通過龐大的計算量進行大數(shù)據(jù)分析。但由于道路路口的類型不同，如十字路口、丁字路口、三岔路口、連續(xù)直線多個交通燈道路等，不同的道路路口類型使用相同的交通燈控制方式顯然不合適。因此，對于交通燈信號控制的研究一直沒有獲得突破性的進展。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)準確獲得道路路口的車輛通行數(shù)據(jù)，極大地提高了交通 “智能化”的控制力。

智能交通系統(tǒng)是將先進的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)及計算機技術(shù)等有效地集成運用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統(tǒng)，包含智能公交、電子警察、交通信號控制、卡口、交通視頻監(jiān)控、出租車信息服務管理、城市客運樞紐信息化、GPS與警用系統(tǒng)、交通信息采集與發(fā)布和交通指揮類平臺等10個細分行業(yè)。而其中交通信號控制細分行業(yè)的發(fā)展對疏解交通擁堵能夠起到最直接有效的作用。

1 系統(tǒng)設計目標

在城市中典型的十字路口設置智能交通燈控制系統(tǒng)，如圖1所示。將每個交通燈組中的四個交通燈分別標記為A，B，C，D，將交通燈A，B，C，D的直行信號燈和左轉(zhuǎn)信號燈分別設置為AS，AL，BS，BL，CS，CL，DS，DL。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)準確獲取道路路口的車流量和車速數(shù)據(jù)，根據(jù)上述數(shù)據(jù)，結(jié)合十字路口的交通特點，通過不同時間段交通燈不同運行模式的設置，以及不同運行模式下每個交通燈的左轉(zhuǎn)和直行信號燈的綠燈通行時間的動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)對道路路口交通的智能控制，保證交通路口安全暢通，有效地緩解上班高峰期時單向車輛激增、節(jié)假日時通行車輛總數(shù)增長等情況下的車輛擁堵問題。

2 硬件設計

智能交通燈控制系統(tǒng)包括遠程控制中心、無線控制終端、交通燈和交通燈輔助裝置，如圖2所示。遠程控制中心通過有線網(wǎng)絡與交通燈連接，無線控制終端通過無線網(wǎng)絡與交通燈連接，交通燈和交通燈輔助裝置通過ZigBee協(xié)議進行無線通信。其中，有線網(wǎng)絡包括雙絞線網(wǎng)絡或光纖網(wǎng)絡，無線網(wǎng)絡包括4G網(wǎng)絡或WiFi網(wǎng)絡。

遠程控制中心包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析裝置、通信裝置、輸入裝置和顯示裝置。遠程控制中心獲取管理區(qū)域內(nèi)所有交通燈的位置信息，根據(jù)位置信息對交通燈進行分組，將位于同一十字路口的四個交通燈設置為同一組，得到管理區(qū)域內(nèi)分組后的多個十字路口交通燈組1，2，…，n，其中n為管理區(qū)域內(nèi)交通燈組的總數(shù)量。

無線控制終端包括無線收發(fā)模塊、輸入模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊。

交通燈包括時鐘模塊、計時模塊、控制模塊、存儲模塊、位置模塊、切換模塊、有線通信模塊、無線通信模塊以及燈組模塊。

交通燈輔助裝置包括時鐘單元、攝像頭、車速測量單元、車流量測量單元、數(shù)據(jù)存儲單元、位置單元、有線通信單元、無線通信單元和控制單元。

3 軟件設計

智能交通燈控制系統(tǒng)的控制方法具體包括以下步驟：

（1）遠程控制中心獲取管理區(qū)域內(nèi)所有交通燈的位置信息，根據(jù)位置信息對交通燈進行分組，將位于同一十字路口的四個交通燈設置為同一組，得到管理區(qū)域內(nèi)分組后的多個十字路口交通燈組1，2，…，n，其中n為管理區(qū)域內(nèi)交通燈組的總數(shù)量。

（2）遠程控制中心設置每個交通燈組中四個交通燈的初始運行模式，以及每個信號燈控制周期T內(nèi)四個交通燈直行信號燈和左轉(zhuǎn)信號燈的初始綠燈通行時長。

（3）遠程控制中心從交通燈組的四個交通燈輔助裝置處獲取每個時間段內(nèi)通過的平均車速數(shù)據(jù)V、車流量數(shù)據(jù)W以及圖像數(shù)據(jù)。其中，時間段為相鄰m個整點之間的時間間隔，m=1，2，3；平均車速數(shù)據(jù)V為時間段內(nèi)綠燈期間所有通行車輛的平均車速，由車速測量單元生成；車流量數(shù)據(jù)W為時間段內(nèi)綠燈期間通行的車次，由車流量測量單元生成。

（4）遠程控制中心以一星期為周期，計算出上一周期內(nèi)工作日和非工作日每個相同時間段中，分別通過交通燈組四個交通燈的直行信號燈和左轉(zhuǎn)信號燈的總車流量數(shù)據(jù)WAS，WAL，WBS，WBL，WCS，WCL，WDS，WDL，以及總車速數(shù)據(jù)VAS，VAL，VBS，VBL，VCS，VCL，VDS，VDL。

（5）遠程控制中心根據(jù)預先設定的交通燈運行模式和時間控制算法進行數(shù)據(jù)計算，分別得出下一周期內(nèi)工作日和非工作日中每個時間段交通燈組四個交通燈A，B，C，D的運行模式，以及直行信號燈和左轉(zhuǎn)信號燈AS，AL，BS，BL，CS，CL，DS，DL各自的綠燈通行時長。

或者無線控制終端訪問遠程控制中心，獲取上一周期內(nèi)工作日和非工作日每個相同時間段中，分別通過交通燈組四個交通燈直行信號燈和左轉(zhuǎn)信號燈的總車流量數(shù)據(jù)WAS，WAL，WBS，WBL，WCS，WCL，WDS，WDL，以及總車速數(shù)據(jù)VAS，VAL，VBS，VBL，VCS，VCL，VDS，VDL，然后根據(jù)預先設定的交通燈運行模式和時間控制算法進行數(shù)據(jù)計算，分別得出下一周期內(nèi)工作日和非工作日中每個時間段交通燈組四個交通燈A，B，C，D的運行模式，以及直行信號燈和左轉(zhuǎn)信號燈AS，AL，BS，BL，CS，CL，DS，DL各自的綠燈通行時長。

（6）遠程控制中心或無線控制終端將每個交通燈每個時間段的運行模式和綠燈通行時長發(fā)送至相應的交通燈，交通燈的控制模塊按照運行模式和綠燈通行時長進行交通信號燈控制。

其中，所述交通燈運行模式和時間控制算法具體如下：

4 結(jié) 語

該智能交通燈控制系統(tǒng)針對十字路口的交通特點，根據(jù)各個方向的車流量和車速動態(tài)調(diào)整交通燈的運行模式和綠燈通行時間，從而實現(xiàn)對交通的智能控制，保證交通路口安全暢通。同時，該控制系統(tǒng)能夠通過遠程數(shù)據(jù)中心進行交通燈控制，方便操作人員集中管理，也能夠通過無線控制終端實現(xiàn)交通燈控制，方便操作人員在交通燈附近結(jié)合實際路況進行個性化設置。

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