基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能交通燈控制系統(tǒng)

冀嘉澍

摘 要：智能交通燈控制系統(tǒng)采用遠(yuǎn)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(yuǎn)程控制中心計(jì)算出上一周期內(nèi)工作日和非工作日每個(gè)相同時(shí)間段中，分別通過一個(gè)交通燈組的四個(gè)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(yùn)行模式和時(shí)間控制算法進(jìn)行計(jì)算，得出下一周期內(nèi)每個(gè)時(shí)間段四個(gè)交通燈的運(yùn)行模式，以及每個(gè)直行信號燈和左轉(zhuǎn)信號燈的綠燈通行時(shí)長，根據(jù)十字路口各個(gè)方向的車流量和車速動態(tài)調(diào)整交通燈的運(yùn)行模式和綠燈通行時(shí)間，從而實(shí)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(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）03-00-02

0 引 言

隨著城市經(jīng)濟(jì)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(gè)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(rèn)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(shè)備僅是“模式化”地控制信號燈來指導(dǎo)交通，缺乏靈活性，效率較低。因?yàn)榈缆仿房诮煌舻奶D(zhuǎn)模式和亮滅時(shí)間都是預(yù)先設(shè)定好的，在所有時(shí)間段中，交通燈的時(shí)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(shí)間段，由于綠燈時(shí)間過短使得車輛無法通過導(dǎo)致交通擁堵，或者車流量小的道路綠燈時(shí)間過長造成時(shí)間浪費(fèi)，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(jìn)行交通燈信號控制需要能夠準(zhǔn)確獲得道路路口的車輛通行數(shù)據(jù)，并通過龐大的計(jì)算量進(jìn)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(gè)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(jìn)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(zhǔn)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(jìn)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(jì)算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)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(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)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(wù)管理、城市客運(yùn)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(gè)細(xì)分行業(yè)。而其中交通信號控制細(xì)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(shè)計(jì)目標(biāo)

在城市中典型的十字路口設(shè)置智能交通燈控制系統(tǒng)，如圖1所示。將每個(gè)交通燈組中的四個(gè)交通燈分別標(biāo)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(shè)置為AS，AL，BS，BL，CS，CL，DS，DL。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)準(zhǔn)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(diǎn)，通過不同時(shí)間段交通燈不同運(yùn)行模式的設(shè)置，以及不同運(yùn)行模式下每個(gè)交通燈的左轉(zhuǎn)和直行信號燈的綠燈通行時(shí)間的動態(tài)調(diào)整，實(shí)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(shí)單向車輛激增、節(jié)假日時(shí)通行車輛總數(shù)增長等情況下的車輛擁堵問題。

2 硬件設(shè)計(jì)

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

遠(yuǎn)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(yuǎn)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(jìn)行分組，將位于同一十字路口的四個(gè)交通燈設(shè)置為同一組，得到管理區(qū)域內(nèi)分組后的多個(gè)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(shí)鐘模塊、計(jì)時(shí)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(shí)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(shè)計(jì)

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(yuǎn)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(jìn)行分組，將位于同一十字路口的四個(gè)交通燈設(shè)置為同一組，得到管理區(qū)域內(nèi)分組后的多個(gè)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(yuǎn)程控制中心設(shè)置每個(gè)交通燈組中四個(gè)交通燈的初始運(yùn)行模式，以及每個(gè)信號燈控制周期T內(nèi)四個(gè)交通燈直行信號燈和左轉(zhuǎn)信號燈的初始綠燈通行時(shí)長。

（3）遠(yuǎn)程控制中心從交通燈組的四個(gè)交通燈輔助裝置處獲取每個(gè)時(shí)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(shí)間段為相鄰m個(gè)整點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，m=1，2，3；平均車速數(shù)據(jù)V為時(shí)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(shí)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(yuǎn)程控制中心以一星期為周期，計(jì)算出上一周期內(nèi)工作日和非工作日每個(gè)相同時(shí)間段中，分別通過交通燈組四個(gè)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(yuǎn)程控制中心根據(jù)預(yù)先設(shè)定的交通燈運(yùn)行模式和時(shí)間控制算法進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，分別得出下一周期內(nèi)工作日和非工作日中每個(gè)時(shí)間段交通燈組四個(gè)交通燈A，B，C，D的運(yùn)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(shí)長。

或者無線控制終端訪問遠(yuǎn)程控制中心，獲取上一周期內(nèi)工作日和非工作日每個(gè)相同時(shí)間段中，分別通過交通燈組四個(gè)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(yù)先設(shè)定的交通燈運(yùn)行模式和時(shí)間控制算法進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，分別得出下一周期內(nèi)工作日和非工作日中每個(gè)時(shí)間段交通燈組四個(gè)交通燈A，B，C，D的運(yùn)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(shí)長。

（6）遠(yuǎn)程控制中心或無線控制終端將每個(gè)交通燈每個(gè)時(shí)間段的運(yùn)行模式和綠燈通行時(shí)長發(fā)送至相應(yīng)的交通燈，交通燈的控制模塊按照運(yùn)行模式和綠燈通行時(shí)長進(jìn)行交通信號燈控制。

其中，所述交通燈運(yùn)行模式和時(shí)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(diǎn)，根據(jù)各個(gè)方向的車流量和車速動態(tài)調(diào)整交通燈的運(yùn)行模式和綠燈通行時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)對交通的智能控制，保證交通路口安全暢通。同時(shí)，該控制系統(tǒng)能夠通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心進(jìn)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(shí)現(xiàn)交通燈控制，方便操作人員在交通燈附近結(jié)合實(shí)際路況進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置。

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