車流量智能交通燈控制系統(tǒng)研究

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摘要:在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)，我國(guó)的車輛保有量不斷上升，這給我國(guó)的城市交通帶來(lái)很大的壓力。為了更好地實(shí)現(xiàn)城市交通的優(yōu)化，就需要從交通燈控制系統(tǒng)著手。本文將結(jié)合交通燈的控制需求，對(duì)基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞:車流量智能交通燈控制系統(tǒng)

前言:

隨著城市中車輛數(shù)量的不斷增加，城市交通受到人們的關(guān)注。交通部門因此而對(duì)人、車、路三者之間的協(xié)調(diào)關(guān)系越來(lái)越重視，而這三者之間的關(guān)系有直接反應(yīng)了一個(gè)城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平。除了通過(guò)改善城市道路條件外，對(duì)交通信號(hào)燈的控制也成為城市交通控制中的重要內(nèi)容，不斷對(duì)交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行更新成為交通部門的重要工作。

一、智能交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)的人口眾多，隨著城市人口與車輛的不斷增多，城市交通壓力逐漸增大。傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)在城市交通迅速發(fā)展中被淘汰，取而代之的是先進(jìn)的智能交通燈控制系統(tǒng)。目前，智能交通燈控制系統(tǒng)主要有以紅外線感知車流量進(jìn)行交通燈控制、以固定時(shí)間段改變交通燈控制和通過(guò)電視監(jiān)控進(jìn)行交通燈干預(yù)控制等多種交通燈類型。在我國(guó)的城市交通中應(yīng)用最多的是在固定時(shí)間段對(duì)交通燈控制進(jìn)行改變的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在很大程度上不能滿足交通狀況的變化，存在一定的局限性，經(jīng)常需要交警進(jìn)行實(shí)時(shí)指揮。對(duì)于以車流量為核心的智能交通燈控制系統(tǒng)應(yīng)用較少。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)選擇的是PLC主控制器，以基于電磁感應(yīng)原理的地感線圈作為檢測(cè)實(shí)時(shí)車流量的裝置。整個(gè)系統(tǒng)由PCL控制器、信號(hào)檢測(cè)裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、緊急按鈕、十字路通燈和以太網(wǎng)接口等組成。在每個(gè)路口的各個(gè)車道都安裝地感線圈，車輛通過(guò)時(shí)地感線圈會(huì)受到信號(hào)。信號(hào)被轉(zhuǎn)換裝置變?yōu)殡妷盒盘?hào)傳輸?shù)絇LC，PLC系統(tǒng)在對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析后得出各個(gè)路口的實(shí)時(shí)車流量，然后在自動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)解下改變交通燈的通行狀態(tài)。在每個(gè)人形路口設(shè)置有應(yīng)急按鈕，可以認(rèn)為干預(yù)交通燈的通行狀態(tài)。該系統(tǒng)中設(shè)置有以太網(wǎng)接口，使多個(gè)路口的遠(yuǎn)程聯(lián)鎖控制成為可能，也為交通燈的遠(yuǎn)程信息化、網(wǎng)絡(luò)化管理奠定基礎(chǔ)。在整個(gè)系統(tǒng)中，設(shè)置在十字路口的交通燈并沒(méi)有什么特別之處，只是最基本的一條主干道和兩條支干道，其中的兩條支干道分別用于左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。在路口處設(shè)置有紅、黃、綠三色直行燈和綠色轉(zhuǎn)彎方向燈。

三、車流量檢測(cè)

(一)地感線圈。

在本智能交通燈控制系統(tǒng)中，地感線圈是主要的車流量見(jiàn)車元件。地感線圈的主要由預(yù)埋在地下的線圈、信號(hào)提取裝置和信號(hào)輸出裝置組成，其技術(shù)和大小規(guī)格由車道的大小和預(yù)埋深度決定。由于城市的路面之下可能埋設(shè)有各種裝置，而這些裝置會(huì)對(duì)地感線圈的實(shí)際感應(yīng)造成影響，所以在交通燈控制系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中要通過(guò)實(shí)際的測(cè)量，來(lái)確定地感線圈的匝數(shù)和周長(zhǎng)等數(shù)據(jù)。理論上不用考慮地感線圈的材質(zhì)問(wèn)題，但由于實(shí)際環(huán)境的影響，地感線圈會(huì)被腐蝕或老化等。所以需要根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)線圈的材質(zhì)和各種性能進(jìn)行必要的選擇。

(二)信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置。

地感線圈實(shí)際上是一種以振蕩電路原理為基礎(chǔ)的信號(hào)感知設(shè)備，信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置則是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置中涉及到的零部件主要有兩只三極管、電容、電阻等元件，這些元件分別組成基礎(chǔ)性設(shè)備。信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置主要是在地感線圈收集到的信號(hào)的時(shí)候，通過(guò)將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后傳遞到自動(dòng)控制系統(tǒng)中。這種信號(hào)傳遞主要是利用了金屬物通過(guò)時(shí)對(duì)線圈中的磁通量產(chǎn)生的影響，從而在LC諧振頻率變化時(shí)將其傳遞到PLC系統(tǒng)中并以直流電壓的形式刺激系統(tǒng)做出相應(yīng)的調(diào)整。

(三)地感線圈的埋設(shè)。

由于地感線圈的埋設(shè)受到車流量的約束，所以要先在十字路口進(jìn)行車流量統(tǒng)計(jì)，在根據(jù)測(cè)定的車流量進(jìn)行線圈匝數(shù)和埋設(shè)方法的確定。對(duì)于地感線圈的位置，要根據(jù)十字路口的車道寬度和停車線與交通燈的距離要求來(lái)確定。出于對(duì)電磁干擾的考慮，線圈埋設(shè)時(shí)的饋線應(yīng)使用屏蔽電纜，同時(shí)使用雙絞線，做好防干擾措施。

四、智能交通燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)中，采用功能模塊式進(jìn)行主控制程序的設(shè)計(jì)，由正常運(yùn)行模塊、車流量信號(hào)智能處理模塊、緊急按鈕定做模塊組成。

(一)正常運(yùn)行模塊。

在正常情況下，各個(gè)路口的車流量大致相同，所以路口的信號(hào)燈會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的固定時(shí)間正常運(yùn)行。在某個(gè)路口車流量發(fā)生較大變化，系統(tǒng)測(cè)得的車輛數(shù)量達(dá)到一定值的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行信號(hào)燈的智能處理。在發(fā)生緊急情況，有人需要通過(guò)路口時(shí)，可以按下緊急按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行信號(hào)燈的控制。

(二)車流量信號(hào)智能處理模塊。

以單方向處理為例，在信號(hào)燈的綠燈持續(xù)時(shí)間達(dá)到規(guī)定時(shí)間的時(shí)候，若沒(méi)有檢測(cè)到車輛需要通過(guò)該路口，系統(tǒng)將自動(dòng)以相鄰路口的車流量作為依照，進(jìn)行信號(hào)燈時(shí)間的調(diào)整。在信號(hào)燈的路燈持續(xù)時(shí)間超過(guò)規(guī)定時(shí)間后，若仍有較多車輛需要通過(guò)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)需要通過(guò)的車輛數(shù)量進(jìn)行時(shí)間的調(diào)整，方便車輛的通行。

(三)緊急按鈕動(dòng)作模塊。

在人行道上設(shè)置有緊急按鈕，當(dāng)出現(xiàn)交通事故或有人繼續(xù)通過(guò)人行道時(shí)，可以通過(guò)按鈕來(lái)進(jìn)行信號(hào)燈的調(diào)節(jié)，在一定時(shí)間后信號(hào)燈會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

五、系統(tǒng)功能

本文所述的基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)，有智能化、人性化、網(wǎng)絡(luò)化和實(shí)用性等特點(diǎn)。其中智能化是指系統(tǒng)可以根據(jù)車流量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)燈的調(diào)節(jié)，是路口的通行效率達(dá)到最優(yōu)。人性化是指每個(gè)路口都設(shè)置有緊急按鈕，在緊急狀況下可以使用此按鈕獲得通行，滿足緊急情況的通行。網(wǎng)絡(luò)化是指系統(tǒng)的控制是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可以快速完成對(duì)路況的監(jiān)測(cè)并進(jìn)行信號(hào)燈的控制。實(shí)用性是指整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、造價(jià)不高，且安裝起來(lái)十分方便。討論智能交通燈控制系統(tǒng)的種類有很多，但都需要根據(jù)城市的實(shí)際情況進(jìn)行應(yīng)用。本文針對(duì)的是一般情況下的城市交通燈，具有普遍應(yīng)用的可能。而對(duì)于城市交通壓力日益增大的現(xiàn)狀，智能交通燈控制系統(tǒng)的應(yīng)用以成為亟需完成的事，所以相關(guān)部門應(yīng)加快其建設(shè)。

參考文獻(xiàn):

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［2］諸一琦，程欽，吳丹程，侯軍，朱靜．基于車流量的智能交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．常州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，04:83－87．

作者：竇廣健 單位：重慶郵電大學(xué)