交叉口緊急車輛優(yōu)先通行控制研究

周淑燕+卞井井+逯兆友+弓棣+閆啟龍+巴興強

【摘 要】針對交叉口緊急車輛通行不暢影響緊急事件的處理效率問題，本文提出了緊急車輛通過交叉口時信號燈的及時轉(zhuǎn)變控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，在研究信號控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對信號控制系統(tǒng)的工作原理、組成結(jié)構(gòu)及影響因素等進行了統(tǒng)計與分析，并且制作了實驗?zāi)Ｐ?。通過實驗表明，提高了緊急車輛的通過效率、節(jié)省延誤時間和減少交叉口交通事故發(fā)生率，體現(xiàn)了控制系統(tǒng)的優(yōu)先功能。

【關(guān)鍵詞】交叉口；緊急車輛；優(yōu)先通行；系統(tǒng)設(shè)計

[Abstract] In this paper， the design scheme of the timely change control system of emergency vehicles through the intersection of emergency vehicles is presented.

[Key words] intersection；emergency vehicle； priority； system design

我國交通運輸行業(yè)發(fā)展愈加迅猛，為我國帶來經(jīng)濟文化發(fā)展的同時，交通擁擠和交通事故的發(fā)生也隨之而來，道路交通作為現(xiàn)代生活中生命線的一部分，對公共緊急車輛如救護車、消防車等的快速、高效、安全通過起到至關(guān)重要的作用。經(jīng)過調(diào)查與分析，我們開展“交叉口緊急車輛優(yōu)先通行控制系統(tǒng)設(shè)計”的研究。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

為保證由于多種情況而行駛的緊急車輛能夠在短時間內(nèi)到達(dá)目的地并完成各種應(yīng)急任務(wù)，目前，國內(nèi)一些科研機構(gòu)研發(fā)了智能車路協(xié)同系統(tǒng)（CVIS）。實驗結(jié)果表明，相比于現(xiàn)有的緊急車輛通過交叉口的通行情況，采用改進后的交通控制系統(tǒng)方法，緊急車輛在通過交叉口的平均緊急車輛速度有所提高，但是存在局限性，不能夠及時的解決緊急情況。國外如美國、英國、法國、日本等國家都有適應(yīng)自已國家交通運行的緊急車輛的通行辦法。其中，最典型的是美國對于緊急車輛通過交叉口的處理辦法。Homas提出了一個基于車道的網(wǎng)絡(luò)流模型，選擇車輛在各種復(fù)雜的行駛路線中進行緊急通行的方法。該模型認(rèn)為路況的交叉口是導(dǎo)致交通擁堵的重要原因。因此，我們提出了對現(xiàn)有的交通控制系統(tǒng)進行優(yōu)化的方案，通過控制或改變交叉口車道的通行狀態(tài)，減少車輛在交叉口等待通過的時間，保障交叉口緊急車輛交通更加快速安全有效。

2 緊急車輛優(yōu)先通行控制

2.1 通行控制目標(biāo)

通過前期調(diào)查統(tǒng)計和規(guī)劃，利用單片機設(shè)計信號控制系統(tǒng)，實現(xiàn)交叉口緊急車輛優(yōu)先通行的信號控制系統(tǒng)優(yōu)化；對信號交叉口的通行能力進行分析，實現(xiàn)緊急車輛無障礙通行；控制后臺服務(wù)器，實現(xiàn)信號燈的緊急轉(zhuǎn)變。

2.2 系統(tǒng)工作原理

運用arduino控制信號燈，與手機app實現(xiàn)實時通信。由中央控制系統(tǒng)將道路攝像頭與高德地圖等反饋回來路況信息進行整合處理，并進行分析判斷得出需要進行臨時改變的交叉口信號燈，將信息呈現(xiàn)給緊急車輛司機，再由司機根據(jù)實際情況具體分析判斷是否需要臨時改變信號燈信號，在緊急車輛通過被改變的信號燈后，信號燈自動實現(xiàn)復(fù)位，恢復(fù)原有周期。以此達(dá)到優(yōu)化控制信號系統(tǒng)措施的目的，完成緊急控制系統(tǒng)啟動后與正常系統(tǒng)之間聯(lián)動與協(xié)調(diào)。

2.3 實施方案

在交叉口信號控制系統(tǒng)中，由監(jiān)測交叉口信號狀態(tài)和信息的信號控制系統(tǒng)以及與車載系統(tǒng)進行信息交互構(gòu)成，控制系統(tǒng)軟件安裝在后臺檢測服務(wù)器內(nèi)，在緊急車輛中安裝其接收器，顯示交通信號狀態(tài)和信息兩部分構(gòu)成。后臺服務(wù)器控制程序，對交通信號控制系統(tǒng)優(yōu)化實現(xiàn)初步改造，實現(xiàn)緊急車輛無障礙通行。采集交通交叉口的車流流量信息，推算其通行能力，觀察周圍是否有障礙物，規(guī)劃緊急車輛的最優(yōu)通行方案。擁有此能力的緊急車輛在通過交叉口時，減少駕駛員對車輛的反應(yīng)時間及操作難度；實現(xiàn)緊急車輛在交叉口的快速響應(yīng)，有效降低了緊急車輛在通過交叉口時的能量消耗，并有利于提升交叉口的通行效率及駕駛安全性。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 模型建立與仿真

基于現(xiàn)有情況，本設(shè)計模型的控制系統(tǒng)采用arduino芯片，搭建藍(lán)牙4.0模塊與手機app通信，制作簡易模型來進行模擬。對于十字交叉口緊急車輛通過實際情況進行仿真操作，選擇路段連接器、標(biāo)準(zhǔn)選擇、平面交叉口機動車道道路路網(wǎng)；東西方向、南北方向：直行車道、右轉(zhuǎn)車道、左轉(zhuǎn)車道，將各進口方向流量輸入，設(shè)置信號控制，采用單點固定信號控制，周期為自擬，黃燈時間為3s四相位，相位設(shè)置記錄下來。將信號燈組設(shè)置到相應(yīng)道路進口處，仿真顯示各方向信號燈狀態(tài)，記錄信號相位和個方向信號燈顯示。進行連續(xù)仿真、觀察并保存2D和3D仿真過程。

3.2 問題和不足

基于全國交通信號燈設(shè)備現(xiàn)狀，從經(jīng)濟性角度考慮，普及該系統(tǒng)還有一定的困難；安裝后的實際運行情況有待進一步觀察；在道德層面上，或許會存在著濫用職權(quán)等問題；可靠性有待進一步檢驗；信號干擾問題需要解決，系統(tǒng)要進行加密。

4 結(jié)語

本研究對現(xiàn)有的交叉口交通系統(tǒng)紅綠燈的開閉時間進行了優(yōu)化，當(dāng)緊急車輛通過交叉口時，通過系統(tǒng)軟件進行信號控制，使緊急車輛優(yōu)先通行。經(jīng)過仿真試驗結(jié)果的表明，該控制系統(tǒng)可以使緊急車輛在交叉口優(yōu)先通行，提高了緊急車輛的通過效率、節(jié)省延誤時間和減少交叉口交通事故發(fā)生率，體現(xiàn)了控制系統(tǒng)的優(yōu)先功能。endprint