現(xiàn)代城市智能交通信號的控制系統(tǒng)研究

嚴(yán)正

摘 要：隨著我國城鎮(zhèn)化腳步的推進(jìn)，現(xiàn)代城市發(fā)展更加需要智慧交通網(wǎng)絡(luò)。在新建城市道路交通信號設(shè)計中，應(yīng)借助智能化控制系統(tǒng)來對道路交通信號進(jìn)行自動控制。文章立足于現(xiàn)代城市道路建設(shè)現(xiàn)狀，重點(diǎn)探討了智能交通信號控制系統(tǒng)及其設(shè)計與應(yīng)用等方面的一些關(guān)鍵性問題，希望可以為新時期國內(nèi)智慧城市交通網(wǎng)建設(shè)提供一些指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代城市；智慧交通；交通信號；控制系統(tǒng)

中圖分類號：U491.5+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0061-02

Abstract： With the development of urbanization in China， the development of modern cities needs more intelligent transportation network. In the design of new urban road traffic signal， the intelligent control system should be used to control the road traffic signal automatically. Based on the present situation of modern urban road construction， this paper mainly discusses some key problems of intelligent traffic signal control system and its design and application， hoping to provide some guidance for the construction of domestic intelligent urban transportation network in the new period.

Keywords： modern city； intelligent traffic； traffic signal； control system

在城市現(xiàn)代化建設(shè)水平不斷提升的今天，智慧交通逐步成為城市道路建設(shè)以及交通發(fā)展的一個重要趨勢。交通信號設(shè)施作為道路交通中不可或缺的組成部分，是調(diào)節(jié)城市道路車流量，保證道路行車安全的重要保障，也是現(xiàn)代城市發(fā)展智慧交通中需要重點(diǎn)考慮和設(shè)計的一個環(huán)節(jié)。因此，對于智能交通信號控制系統(tǒng)及其應(yīng)用進(jìn)行探討具有重要的研究價值。

1 智能交通信號控制系統(tǒng)

1.1 含義與特征

智能交通信號控制系統(tǒng)實(shí)際上就是在傳統(tǒng)的道路交通信號控制方式上，引入和應(yīng)用一些現(xiàn)代化信息技術(shù)，對道路交通樞紐位置處的交通流量進(jìn)行實(shí)時統(tǒng)計和分析，并借助分析結(jié)果來科學(xué)、高效地分配紅綠燈配時方案，以此來提升交通道路交通網(wǎng)行車的效率。從智能交通控制系統(tǒng)特征角度來講，主要表現(xiàn)為：其一，良好的兼容性。智能交通控制系統(tǒng)需要同時連接同標(biāo)準(zhǔn)的各種交通信號控制器；其二，很強(qiáng)的實(shí)用性。系統(tǒng)中所用的各種設(shè)備、技術(shù)以及軟件等需要滿足城市道路交通信號的實(shí)際調(diào)控要求，便于操作以及后期維護(hù)，且不會受到氣候或天氣變化的影響；其三，開放性特征。系統(tǒng)除了滿足當(dāng)前城市道路交通需求外，還要從長遠(yuǎn)角度，確保系統(tǒng)具備功能拓展等功用；其四，先進(jìn)性特征，系統(tǒng)設(shè)計中要盡量采用最新的決策系統(tǒng)以及其他先進(jìn)的信息技術(shù)，確保提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率；其五，可靠性特征。系統(tǒng)需要具有自動檢測、報警與恢復(fù)功能，確?？梢蚤L久保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，避免會因異常問題而造成道路交通擁堵問題的發(fā)生。

1.2 常用的技術(shù)

在城市道路交通系統(tǒng)中引入和應(yīng)用智能控制方法和技術(shù)，可以有效克服傳統(tǒng)城市交通控制方法的各種局限性，提升系統(tǒng)工作性能。在當(dāng)前實(shí)際的應(yīng)用中，常用的智能交通信號控制技術(shù)主要包括如下幾種：

（1）模糊控制技術(shù)。該種控制技術(shù)主要是模擬人類思維、判斷與推理過程的一種控制技術(shù)，不需要涉及數(shù)學(xué)模型構(gòu)建，只需要按照人的思考方式進(jìn)行計算機(jī)處理即可。模糊控制技術(shù)在智能交通信號控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，實(shí)際上就是模擬那些交通警察指揮交通的思路來對交通信號進(jìn)行控制。其中最具代表性的就是專家系統(tǒng)，它有效結(jié)合了計算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，先將城市交通指揮經(jīng)驗與知識等存入到計算機(jī)中，然后模擬人的判斷和推理來達(dá)到制定決策的方式。

（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。該技術(shù)主要是基于人腦所積累的知識與經(jīng)驗來控制系統(tǒng)的一種技術(shù)，尤其適用于非線性或不確定等繁雜系統(tǒng)。同理，在智慧交通建設(shè)過程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)也主要適用于那些很難建立準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型的城市交通系統(tǒng)。

1.3 系統(tǒng)的構(gòu)成

現(xiàn)代城市智能交通信號控制系統(tǒng)主要包括信號控制器（信號機(jī)）、信號燈、通信設(shè)備、交通流檢測設(shè)備、控制系統(tǒng)以及相關(guān)軟件等構(gòu)成。其中的信號機(jī)是系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要包括中央控制器、網(wǎng)絡(luò)通信、人機(jī)接口和故障檢測等組成部分，具體結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖1所示。

此外，從控制結(jié)構(gòu)角度來講，現(xiàn)代城市智能交通信號控制系統(tǒng)主要可以劃分成三級，即：其一，中心控制器，主要負(fù)責(zé)對整個系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，如區(qū)域控制級運(yùn)行情況進(jìn)行協(xié)調(diào)，且具備其他各控制級的全部功能；其二，區(qū)域控制級，主要負(fù)責(zé)城市道路口交通信號進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，如城市道路口信號機(jī)故障情況進(jìn)行監(jiān)控，并向區(qū)域計算機(jī)反饋相應(yīng)的故障信息等；其三，路口控制級，主要負(fù)責(zé)城市道路口交通信號燈進(jìn)行控制。

2 智能交通信號控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

在現(xiàn)代城市智能交通信號控制系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)設(shè)計中主要按照模塊化設(shè)計方式，具體主要包括中央控制器模塊、鍵盤與參數(shù)輸入模塊、通訊接口模塊、燈泡檢測板模塊、模擬路口燈顯示模塊、綠沖突板模塊等。比如，其中鍵盤與參數(shù)輸入模塊主要作用是對系統(tǒng)運(yùn)行時間、倒計時等運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時顯示，實(shí)際應(yīng)用中主要采用八個七段數(shù)碼管，其中3個用于顯示倒計時，4個用于顯示時間，剩下的一個用于顯示時間和倒計時之間的分隔符。比如，在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計中，可以以CH454芯片作為鍵盤掃描或數(shù)碼管驅(qū)動的核心部件，借助傳輸可靠性更高的I2C總線連接方式，將其連接到LPC2378控制器上。此外，根據(jù)信號機(jī)的各項功能要求，可以將該模塊恰當(dāng)設(shè)置一些操作按鍵便捷參數(shù)的輸入，這是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的重要保障；燈泡檢測板模塊則主要是對城市道路交通燈是否處于正常工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，確?？梢约皶r修理或更換出現(xiàn)問題的交通信號燈；綠沖突板模塊則是檢測不同相位綠色交通燈信號，避免出現(xiàn)同綠問題，否則容易造成城市道路交通混亂問題，影響正常交通秩序。

2.2 軟件設(shè)計

不同于硬件設(shè)計，現(xiàn)代城市智能交通信號系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用的關(guān)鍵核心在于軟件的支持，具體就是以軟件的形式將信號控制策略融入到系統(tǒng)中，可以說軟件是實(shí)現(xiàn)智能交通信號控制系統(tǒng)內(nèi)在控制思想的重要保障。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，其在城市智慧交通建設(shè)中的應(yīng)用也愈發(fā)成熟，并且所發(fā)揮的作用也越來越大?？梢灶A(yù)見，未來城市智能交通的發(fā)展離不開SCATS系統(tǒng)（澳大利亞國家研發(fā)）和SCOOT系統(tǒng)（英國國家研發(fā)）等智能交通控制系統(tǒng)的代表作品。在現(xiàn)代城市智能交通控制系統(tǒng)中，人機(jī)交互是最為重要的技術(shù)部分，其不僅需要對城市道路交通的車流量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時記錄，確保道路信號裝置可以始終保持正常工作狀態(tài)，還需要為城市道路交通管理者提供必要的控制參數(shù)信息，以及數(shù)據(jù)分析后的適宜性問題解決對策和方案，以便確保城市道路交通秩序有序開展。從本質(zhì)上來講，現(xiàn)代城市智能交通系統(tǒng)是一種嵌入式系統(tǒng)開發(fā)軟件，為了更好地滿足城市道路交通信號的周期性特征，需要確保所開發(fā)系統(tǒng)具有實(shí)時更新這項基本功能，尤其是要確保數(shù)字化傳輸過程中所傳輸各種交通控制信息的準(zhǔn)確性。

在設(shè)計現(xiàn)代城市智能交通信號控制系統(tǒng)期間，為了提升交通控制的有效性，相應(yīng)的軟件設(shè)計部分要重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)如下幾個方面的功能：系統(tǒng)參數(shù)修改、查詢和現(xiàn)實(shí)功能；故障報警與處理功能；數(shù)據(jù)通訊與傳輸功能；系統(tǒng)自我診斷功能；控制量輸出與控制算法實(shí)現(xiàn)功能；多樣化控制方式的無障礙切換功能等等。通過上述軟件功能的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)，可以更好地發(fā)揮智能交通信號控制系統(tǒng)在調(diào)控城市道路交通信號方面的積極效用。為了確保所設(shè)計控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要對系統(tǒng)控制程序進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，借助系統(tǒng)、完善的程序有序連接各種系統(tǒng)模塊，尤其是系統(tǒng)主程序更是軟件開發(fā)設(shè)計工作的重點(diǎn)，實(shí)際設(shè)計中需要結(jié)合設(shè)計需求以及技術(shù)需求等對軟件的主控制程序進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，確保所設(shè)計現(xiàn)代城市智能交通信號控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

總之，隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，智慧交通是城市道路交通發(fā)展的必然趨勢。道路交通信號控制系統(tǒng)作為城市智慧交通網(wǎng)構(gòu)成的重要組成部分，其質(zhì)量會對最終智慧交通網(wǎng)建設(shè)成敗產(chǎn)生直接影響。為了確保系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量，必須要立足于智能交通信號控制系統(tǒng)應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上，從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計入手，強(qiáng)化各環(huán)節(jié)的功能性設(shè)計及質(zhì)量校驗，確保不斷提升城市道路交通管控的水平。

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