RFID的智能交通控制算法設計與實現(xiàn)

高玲玲，李宇艦

(合肥學院　計算機科學與技術系，合肥　230601)

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RFID的智能交通控制算法設計與實現(xiàn)

高玲玲，李宇艦

(合肥學院計算機科學與技術系，合肥230601)

摘要:隨著城市車輛數(shù)目的快速增長，城市擁堵情況已經變得越來越嚴重。交通控制系統(tǒng)中的時間控制策略相對固定，不能根據(jù)車流量的情況來調整。故提出了基于RFID的智能交通控制系統(tǒng)。其基本思想是根據(jù)車流量的情況，優(yōu)化交通控制系統(tǒng)的配時方案。目的是減少車輛的等待時間，緩解道路交通壓力。這為交通控制策略提出了一種新的思路。通過與傳統(tǒng)的交通控制策略做比較，驗證了本控制策略具有更少的等待時間和，并通過對實驗數(shù)據(jù)的分析與解釋獲得了若干結論，為進一步研究工作奠定了基礎。

關鍵詞:RFID；車流量；交通控制；等待時間

隨著城市的發(fā)展，人們生活水平的提高，汽車保有量逐年增加，城市交通負擔逐年加重，這就造成了城市交通擁堵的情況。由于交通燈的交換時間在一個路口總是固定的，當東西方向的車輛較少，而南北方向的車輛較多時，交通燈不能根據(jù)當前道路交通情況考慮交通燈的控制策略，從而造成車輛多的方向擁堵越發(fā)嚴重。而當東西向和南北向車流量很小時，出現(xiàn)等待時間較長的情況。因此，通過交通控制系統(tǒng)智能化，緩解交通路口的擁堵具有一定的實際應用價值。

車流量檢測方法有地感線圈檢測，圖像檢測，紅外對管檢測和基于RFID的檢測。已經有很多文獻提出了車流量統(tǒng)計方法[1-8]。其中文獻[1]采用地感線圈的方式統(tǒng)計車流量，其缺點是線圈之間容易產生干擾，元器件的老化也會影響測量精度。文獻[2]采用視頻的車輛檢測方法，其缺點是對車輛換道或相鄰車道的車輛部分覆蓋了被檢測車道檢測窗時造成誤檢。文獻[3]采用紅外對管的方法監(jiān)測車流量，其缺點是對重疊或連接在一起的物體的統(tǒng)計會有誤差。文獻[4-8]采用RFID方式監(jiān)測車流量，無源RFID標簽不需要電源，且可以嵌入監(jiān)測物體內。RFID除可以監(jiān)測車流量，還可以對物體進行定位等功能。

智能交通控制方案也已經有很多[9-12]。文獻[9]基于車流分段行駛控制交通配時方案，讓一段車流完全避開紅燈，中間不停車，平均速度提高一倍。缺點是沒有考慮另一方向的駕駛員感受。文獻[10]中采用了分時段控制交通配時方案，不足是沒有介紹各個時段的配時方案算法。

本文將探討RFID車流量統(tǒng)計與智能交通控制算法相結合的交通配時方法。

1基于RFID的智能交通控制系統(tǒng)設計

1.1RFID原理

RFID技術的基本原理(如圖1)是當標簽進入磁場后，讀寫器發(fā)出的射頻信號被標簽接收，產生感應電流，標簽獲得能量后，發(fā)送出存儲在芯片中的信息?；蛘哂捎性礃撕炛鲃影l(fā)送某一頻率的信號，當讀寫器讀取信息并解碼后，送至系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。

本系統(tǒng)選用遠距離無源射頻標簽，工作頻率902~928MHz，響應速度快，讀寫器讀寫速度在30km/h，讀卡時間2ms/32bits,讀卡距最遠可達2~12M,可實現(xiàn)不停車自動識別車輛信息的目的,以便統(tǒng)計當前路口車流量[4]。

圖1　RFID原理圖

1.2車流量統(tǒng)計方案

每輛車都裝上RFID標簽，供RFID讀寫器檢測。通過在每個車道據(jù)路口300米處的地面上空每個車道鋪設讀寫器(如圖2)，當車經過流入位置時，RFID讀寫器檢測到車輛進入路口，大批量快速的讀取流入該路口的車輛標簽，使用軟件去掉重復讀取的車輛數(shù)，統(tǒng)計流入該路口的車輛數(shù)。再通過在每個車道與路口連接處的地面上空每個車道鋪設讀寫器，當車輛通過流出位置時，RFID射頻卡檢測到車輛已經離開路口，讀寫器會大批量快速的讀取流出該路口的車輛標簽，使用軟件去掉重復讀取的車輛數(shù)，統(tǒng)計流出該路口的車輛數(shù)。流入與流出車流量的差即為當前路口一個方向的車流量。通過路口不同方向的車流量分析得出不同方向車輛的通行時間，得出交通燈的控制方案。

圖2　RFID讀寫器鋪設位置

2智能交通控制算法描述

2.1算法描述

以雙向六車道為例，設計原則如下：

(1)當雙方向的車流量都在15以內時，調節(jié)此路口綠燈時間為15s，使車輛快速交替的通過。

(2)當紅燈指示的方向有車在等待，而另一方無車等待時，將有車的路口紅燈閃爍2s后切換到綠燈，讓有車的一方通行。交通燈控制策略同(1)，按照車流量比例控制交通燈時間。

(3)當東西向和南北向的車流量相差超過10，且東西向和南北向的車流量有一方超過15時，按正常的交通燈控制策略時，一個周期不能通過。需四舍五入后按比例將車流量大的方向的綠燈時間延長，將車流量小的車道綠燈時間縮短。當東西向和南北向的車流量都很大時，根據(jù)駕駛員的駕駛感受，總等待時間和設置為100s，上限為85s，下限為15s。如一方車流量為30，另一方向為20時，雙方的綠燈時間為3∶2，則時長為60s和40s。

(4)當東西向和南北向的車流量有一方超過15時，但兩個路口車流量相差不大于10時，按照正常的交通信號燈配時方案(見圖3)。

圖3　智能控制算法流程圖

2.2設計問題的簡化

(1)不考慮黃燈；

(2)考慮直行、左轉、右轉三種情況；

(3)在一個路口，直行、左轉和右轉的概率為固定值，分別為0.6、0.2、0.2，且只能在直行時交通燈狀態(tài)為紅燈時，進行左轉或右轉；

(4)交通燈位置圖中，只考慮十字路口和T字路口，不考慮其他情況；

(5)任意兩個交通燈之間的通行距離都是相等的，只需要一個交通燈周期即可從一個交通燈到達下一個相鄰的交通燈。

3實驗結果與分析

3.1道路地圖設計

圖4是本設計所采用的路口設計，其中交通節(jié)點用si來表示。位置圖關系如表1所示，其中以S6為例，該表第一行表示從S5到當前交通燈S6，左轉可以到達S2，右轉可以到達S9，直行可以到達S7。

圖4　路口設計

當前交通燈編號T_L_ID來源節(jié)點編號F_ID左轉交通燈編號l_T_ID右轉交通燈編號r_T_ID直行交通燈編號s_T_IDS6S5S2S9S7S6S2S7S5S9S6S7S9S2S5S6S9S5S7S2

交通燈狀態(tài)表T_light_sta_table的記錄，以S6為例，當前交通燈狀態(tài)如表2所示，T_light_sta_table是與時間相關的動態(tài)表，例子中第一行表示，在t0時刻，從S5方向到當前交通燈S6，左轉交通燈為紅燈，不可通行；右轉交通燈為紅燈，不可通行；直行交通燈為綠燈，可以通行；結合T_light_sta_table和T_light_table，可以得知在某一時刻，從一個方向到某個交通燈，是否可以通過，達到另一個方向；當值為-1時，表明是一個T字路口，沒有部分方向交通燈。為了簡化，以S6為例，假設S6東、南方向的交通燈初始狀態(tài)分別為綠燈和紅燈，則車輛只能在南北方向左轉或右轉。反之，車輛不能左轉或右轉。

表2　當前交通燈狀態(tài)

3.2表結構定義

具體表結構設置見表3—5。

表3　交通燈節(jié)點關系

表4　tx時刻交通燈狀態(tài)

表5　車流量情況表

3.3實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)交通燈路口排列方式設置目標并編號，用來表示路口，用0和1分別表示交通燈的紅燈與綠燈狀態(tài)，綠燈則車輛可通過該路口，到達下一個路口，紅燈則車輛在該路口等待。讓每個十字路口的4個分路口在3s到200s范圍的隨機時間內分別產生1到5輛車，根據(jù)交通燈初始狀態(tài)進行Waiting_Time值的計算，在一個小時后每半個小時記錄一次Waiting_Time值。把原有方案與現(xiàn)有方案進行對比。

所有路口的車輛等待時間Waiting_Time用于衡量該設計方案的優(yōu)劣性，計算出的Waiting_Time值越小，則說明算法更好。

Waiting_Time=(左轉區(qū)等待車數(shù)量+右轉區(qū)等待車數(shù)量+直行區(qū)等待車數(shù)量)×當前路口紅燈時間原有方案設計為紅燈時間與綠燈時間固定，不考慮車流量情況，現(xiàn)有方案設計為根據(jù)路口等待車輛數(shù)量來調節(jié)綠燈所亮時間。

下面給出兩種初始狀態(tài)下，不同時間長度情況下的實驗結果，見圖6。

表6　交通燈的初始狀態(tài)1

當時間長度相同情況下，初始狀態(tài)不同時，智能控制算法與固定時間長度的控制算法的實驗結果比較如表7。

表7　固定時長配時方案與智能控制方案比較

4結束語

通過多次仿真，可以明顯看出優(yōu)化后的方案確實能夠緩解交通壓力，在相同時間內比原有方案車輛等待時間更少，說明此方案是較為科學的，具有現(xiàn)實意義，實現(xiàn)起來也并不困難，還可以根據(jù)實際地方的具體情況、上下班高峰期等再進一步優(yōu)化。

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[責任編輯：張永軍]

Design and Implementation of An Intelligent Traffic Control Algorithm Based on RFID

GAO Ling-ling,LI Yu-jian

(Department of Computer Science and Technology, Hefei University, Hefei 230601, China)

Abstract:With the rapid growth of the number of vehicles in the city,city congestion has become more and more serious.The traditional traffic control system has obvious shortcomings.In the traffic control system time control strategy is relatively fixed,can not be adjusted according to the traffic situation.This paper presents an intelligent traffic control system based on RFID.The basic idea is according to the traffic situation,optimizing the traffic control system timing scheme.The purpose is to reduce the waiting time of vehicles,to alleviate traffic pressure.This is a traffic control strategy put forward a new train of thought.Experimental results show that our algorithm has less waiting time.Some useful conclusions are obtained through the analysis and explanation of the experimental data,which lay a solid foundation for further research.

Key words:RFID; traffic flow; traffic lights control; waiting time

中圖分類號：TP301.6

文獻標識碼：A

文章編號：1673-162X(2016)01-0060-05

作者簡介：高玲玲(1981—)，女，遼寧沈陽人，合肥學院計算機科學與技術系講師，碩士。

基金項目：合肥學院科研發(fā)展基金計劃項目(自然科學類)(08KY005ZR)、安徽省教育廳自然科學基金重點項目(KJ2015A162)、安徽省高等學校省級質量工程項目(2015zjjh026、2015zdjy141)資助。

收稿日期：2015-07-07修回日期：2015-12-15