基于車流量檢測的多相位智能交通燈控制系統(tǒng)

張學成 錢力強 王 曉 錢志誠 劉和劍

（蘇州大學應(yīng)用技術(shù)學院，江蘇 蘇州 215007）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，消費水平在不斷的提升，在道路上行駛的車輛也在不斷的增多，這給城市道路帶來了巨大的壓力。迅速提高十字路口的通行率，減少或增加紅綠燈的時間，是解決這一問題的有效途徑。目前，我國傳統(tǒng)的交通信號控制采用定時控制方案，但這樣的控制已逐漸不能適應(yīng)日益繁華的交通，為此研制一套根據(jù)車流量變化控制的智能交通系統(tǒng)，通過使用壓力傳感器檢測車流量，實現(xiàn)了十字路口交通燈的智能控制，此外系統(tǒng)還針對不同的季節(jié)和多相位擁堵的情況都會自適應(yīng)的控制紅綠燈時間。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主控制器選用三菱FX系列PLC，車流量檢測反饋裝置采用壓力傳感器，系統(tǒng)由PLC控制器、信號輸入裝置、信號檢測反饋裝置、紅綠燈顯示模塊、倒計時顯示模塊等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)主控制器PLC：采用可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算操作指令，并能通過數(shù)字量或模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。

檢測反饋裝置壓力傳感器：由于車輛的擠壓，使壓力傳感器的應(yīng)變片發(fā)生形變，產(chǎn)生信號并反饋給控制器。具有較好的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

信號輸入裝置/倒計時顯示模塊：控制系統(tǒng)的開始與結(jié)束并實時接收反饋裝置的反饋信號；倒計時模塊是直觀的反映道路上紅綠燈倒計時的顯示。

紅綠燈顯示模塊：將輸出信號，通過紅綠燈模塊顯示。

2 多相位智能交通燈工作原理

2.1 十字路口的布局

圖2 十字路口布局圖

如圖2所示布局采用4相位方式通行，第一相位是東西方向直行通行，第二相位是東西方向左轉(zhuǎn)通行，第三相位是南北方向直行同行，第四相位是南北方向左轉(zhuǎn)通行。布局的每個路口均設(shè)兩個傳感器近傳感器和遠傳感器用于檢測各相位車流量的數(shù)值，系統(tǒng)傳感器的檢測采用閉環(huán)控制，（如圖3所示）采用閉環(huán)控制可以提高系統(tǒng)的控制精度和抗干擾能力。

圖3 多相位智能閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖

2.2 智能交通燈程序設(shè)計

以往十字路口的交通燈，采用的控制方式是定時控制。但是隨著車流量的增多，控制信號往往與實際交通的流量不適應(yīng)，無法實現(xiàn)實時控制。例如：紅燈的時間為45S，綠燈的時間為40S，黃燈時間為5S，首先是東西方向紅燈亮45S，同時南北方向綠燈亮38S，38S后，南北方向綠燈閃亮2S熄滅，南北方向黃燈閃爍5S后熄滅，南北方向紅燈亮起，同時東西方向紅燈熄滅，綠燈亮，以此為半周期反復(fù)交替運行，往往存在著車多的路口綠燈通行時間短，無車或少車的路口卻亮著綠燈，對交通信號燈的系統(tǒng)不好人為控制。針對這一現(xiàn)象提出了自適應(yīng)控制方案，根據(jù)安裝在十字路口的壓力傳感器，檢測車流量的變化量，從而改變交通燈通行和等待的時間。例如：在正常運行過程中，某一路段車流量突然增多或車流量較少，遠側(cè)傳感器或近側(cè)傳感器將檢測到信號反饋給PLC，通過運算得出最合適的通行時間，調(diào)整交通燈運行時間。

圖4 多相位智能控制系統(tǒng)流程圖

實際控制系統(tǒng)流程圖如圖4所示，系統(tǒng)每進行一環(huán)節(jié)均需要數(shù)據(jù)的采集與分析，并對實時數(shù)據(jù)進行調(diào)整。

2.3 多相位智能交通燈創(chuàng)新方案

2.3.1 時節(jié)控制法時節(jié)控制法即根據(jù)不同的時間和季節(jié)來相對應(yīng)的調(diào)整紅綠燈運行規(guī)律。當在炎熱的7、8月份時，中午行人的出行率降低，導致人行橫道的使用率也跟著降低，然而人行橫道上紅綠燈的通行時間依舊如此，使車輛在烈日下花費大把的時間用在等人行橫道上，不僅使司機受著烈日的煎熬，而且增加了汽車尾氣中二氧化碳的排放，污染城市交通。

若采用時節(jié)控制法，系統(tǒng)將根據(jù)溫度傳感器反饋的數(shù)據(jù)，進行通行時間的調(diào)整。如：當氣溫在35°或0°及以下時，系統(tǒng)自動將通行時間縮短10S。在0點到4點間，系統(tǒng)將自動進入夜間模式，即各路段的紅燈通行時間都控制在25S。

2.3.2 多相位擁擠控制法

多相位擁擠控制法，即早上、晚上的通行高峰期時，各相位遠側(cè)壓力傳感器都檢測到車輛時，系統(tǒng)將自動縮減各相位的通行時間，同時增多車輛通行的次數(shù)，快速疏散各相位的車流量，緩解晚高峰時通行的壓力。當晚高峰時，各個相位都檢測出車輛擁堵的狀況，系統(tǒng)將縮短十字路口各相位紅綠燈通行的時間5S。當各相位遠側(cè)傳感器檢測不到信號時，說明晚高峰結(jié)束，系統(tǒng)將復(fù)位到晚高峰前的狀態(tài)運行。

2.3.3 人性化控制法

人性化控制法，即當遇到臺風、暴雪、大雨等天氣時，通過交通指揮中心，可切換到為人控制模式，來控制十字路口紅綠燈的交通，確保交通路面的安全。可通過輸入裝置改變某一路段的通行時間，保證路上行人的安全。如：大雨天時，某一隧道發(fā)生水淹，可通過遠程控制將到達這一路段的所有交通燈，都變?yōu)辄S燈閃爍，以等待交通員到達現(xiàn)場指揮。

3 結(jié)束語

以車流量檢測的多相位智能交通控制系統(tǒng)，是對十字路口紅綠燈進行實時控制，減少十字路口車輛的滯留，提高道路的通率，緩解交通的擁擠，減少車輛在等待中尾氣的排放，且系統(tǒng)設(shè)計簡單，實用性強，操作簡單，給我們帶來的社會、經(jīng)濟價值之大已經(jīng)毋庸置疑。它是將先進的數(shù)字化技術(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)。智能交通系統(tǒng)可以有效地利用現(xiàn)有交通設(shè)施、減少交通負荷和環(huán)境染、保證交通安全、提高運輸效率。在該系統(tǒng)中，車輛靠自己的智能在道路上自由駛，公路靠自身的智能將交通流量調(diào)整至最佳態(tài)。

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