遠(yuǎn)程實時監(jiān)管的可變車道與信號燈控制系統(tǒng)

張玥玥

摘 要：目前，城市的交通壓力日趨嚴(yán)重，針對高峰時段，車輛集中，設(shè)計出可變車道與信號燈控制系統(tǒng)，通過對車流量的實時檢測，對上位機(jī)系統(tǒng)和PLC編寫控制程序，設(shè)置變更車道的通行方向和時間以及紅綠燈的時間控制，實現(xiàn)市內(nèi)交通的遠(yuǎn)程實時監(jiān)管。采用地感線圈實時檢測十字路口的車流量，PLC根據(jù)車流量的變化調(diào)用相應(yīng)的控制程序，實現(xiàn)對變更車道的通行方向和時間的調(diào)配以及交通信號燈時長的分配。該方案有遠(yuǎn)程監(jiān)管和現(xiàn)場手動控制兩個入口，現(xiàn)場的工作人員可以根據(jù)實際情況，實現(xiàn)手動調(diào)控交通信號燈的時長以及對變更車道的控制。在遠(yuǎn)程監(jiān)管方式下，可根據(jù)全市的交通現(xiàn)狀，對道路的交通狀況實現(xiàn)全局管理和控制。提高道路的管控一體化水平。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控；車流量檢測；可變車道；地感線圈；上位控制

中圖分類號：TP273；TH861 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstracts： at present， the citys traffic has become increasingly serious， in view of the rush hour， traffic concentration， design variable lane and light control system， based on the real-time detection of traffic flows on the upper machine system and PLC control program， change lanes were available in the direction of traffic and time and traffic control， realize remote real-time regulation of traffic in the city.The ground sense coil is used to detect the traffic flow at the crossroads in real time. The PLC calls the corresponding control program according to the change of traffic flow to realize the allocation of the traffic direction and time of changing lanes， as well as the allocation of the traffic signal length.This scheme has two entrances： remote supervision and manual control on the site. The site staff can manually control the length of traffic lights and control the changing lanes according to the actual situation.Under the remote supervision mode， the overall management and control of road traffic can be realized according to the traffic status of the whole city.We will improve the integration of road management and control.

Keywords：Remote monitoring；Vehicle flow measurement；Variable lane；Earth coil；Upper control

0 引言

在我們生活的城市，隨處可見的交通信號燈，他們以固定的時間和運行方式控制著這個城市的交通。白天高峰時段經(jīng)常出現(xiàn)交通擁堵狀態(tài)，晚上夜間，某個方向的車流量非常低，但仍然采用白天的交通燈時長，造成不必要的通行等待。本文提出一種基于車流量實時檢測的控制方案，根據(jù)車流量大小及時合理調(diào)配十字路口各個方向信號燈時長，再配合一條可變車道以應(yīng)對高峰時期車輛集中的狀態(tài)。實現(xiàn)交通的有效控制，保持道路暢通。借助監(jiān)控組態(tài)技術(shù)，創(chuàng)建遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面，遠(yuǎn)程監(jiān)控道路的通行狀況，提升交通管理的管控一體化水平。

1 總體設(shè)計方案

1.1 現(xiàn)實中的交通狀況

某中型城市常見的某個十字路口，東西方向是住宅小區(qū)，連接居民出入小區(qū)的車道，車流量相對較小，在早上7：00～7：30，下午6：00～7：00車輛較多。南北方向是連接商業(yè)街區(qū)和中小學(xué)校的主干道，在早7時至晚22時車流量都比較大，車流量高峰時間段為早上7：00～8：30，下午5：00～7：00，經(jīng)常有不確定性。南北方向車流高峰時，車流量比東西方向大。另外，該十字路口南北方向左轉(zhuǎn)車流量相對較小，且平穩(wěn)。

1.2 總體設(shè)計方案

通過對現(xiàn)場交通狀況調(diào)查，從3個方面解決現(xiàn)在的交通擁堵狀況。在交通道路上設(shè)計可變車道，根據(jù)交通需要選擇通信方向；重新設(shè)計交通信號燈控制系統(tǒng)以減少不必要的通行等候時間，緩解道路的擁堵情況；在原來就地控制的方式上，增加遠(yuǎn)程監(jiān)管，可以配合全市的交通狀況，從全局出發(fā)，對每個路段實現(xiàn)交通遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 可變車道

可變車道是指車道內(nèi)側(cè)劃了多條斜線，有點像趴下的“非”字，顧名思義就是能隨時根據(jù)交通流量更改指示方向的車道。這個主要是針對部分高峰時段車流集中，但車道偏少；或者早晚高峰時段來回車流量有明顯差異的路段。

在本文研究的某個交通路口，南北方向車流量大，直行車輛較多，高峰期間擁堵嚴(yán)重，現(xiàn)將南北方向的左轉(zhuǎn)道更改為可變車道，在高峰期間，早上7：00～8：30，下午5：00～7：00，該左轉(zhuǎn)道變更為左轉(zhuǎn)和直行車道，該車道上的車輛根據(jù)需要方向行進(jìn)，對于為直行車量而言，增加了直行車道，對于較少的左轉(zhuǎn)車輛而言，沒有受到變更車道的影響，有效緩解了交通壓力，在車輛少時仍然是左轉(zhuǎn)車道。在作為可變車道使用時，有可變車道液晶指示標(biāo)志。

3 交通燈實時控制

3.1 車輛實時檢測裝置

車流輛檢測裝置用來檢測車輛的數(shù)量，即車流量的大小。車流輛檢測裝置在十字路口的設(shè)置如圖1所示。

車輛實時檢測裝置的布置情況，在十字路口的東西、南北每一個方向，各布置4個地感線圈，共需要地感線圈8個，由于每一個方向燈的時長是一致的，所以只需布置在十字路口每一方向的任意一側(cè)即可，如圖1所示，圖中只畫出一個方向，直行車路上布置的地感線圈。依次來統(tǒng)計每個方向上，直行車輛和左轉(zhuǎn)的車流量；線圈（2）布置在十字路口的人行橫道內(nèi)側(cè)的黃線處，線圈（1）可布置在距離線圈（2）100m～200m（也可由實際路段的長度確定）。將線圈（1）和線圈（2）檢測到的車輛數(shù)量求差，就是該方向總的車流量。由于設(shè)計時右轉(zhuǎn)車輛不受信號燈限制，故不予計數(shù)。

3.2 交通燈實時控制設(shè)計

交通燈實時控制程序由日間繁忙、日間正常和夜間車少3部分組成。控制器根據(jù)車流量實際情況，執(zhí)行不同的控制程序，自動、合理地控制交通信號燈紅燈的時間。

以南北方向的交通燈，在信號燈為直行綠燈時，將地感線圈（1）和地感線圈（2）檢測的脈沖電壓信號，作為控制器PLC控制系統(tǒng)中，加減計數(shù)器的兩個輸入，地感線圈（1）的脈沖信號輸入給加減計數(shù)器加輸入端子，地感線圈（2）的脈沖信號加減計數(shù)器減輸入端子，加減計數(shù)器的輸出值，就是南北直行方向紅燈時滯留的車輛數(shù)，加減計數(shù)器的輸出值，與3種交通燈控制模式的各給定值進(jìn)行相加減。根據(jù)結(jié)果判斷當(dāng)前交通狀況類型，之后調(diào)用相應(yīng)的程序，控制交通燈的配時。南北直行方向的計數(shù)器在綠燈后自動清零，紅燈后計數(shù)器開始計數(shù)。PLC控制系統(tǒng)在執(zhí)行程序期間周期掃描，實現(xiàn)了對交通燈的實時控制。PLC控制的交通信號燈實時系統(tǒng)南北一個方向直行程序流程如圖2所示。

當(dāng)選用西門子S7-300 PLC作為控制器時，控制系統(tǒng)是現(xiàn)場就地控制，工作人員可以根據(jù)實際情況在線修改程序，改變交通燈時長，立即在線下載，并立馬投入運行，為了交通更為順暢、合理。西門子S7-300 PLC高可靠性、特別是在城市里電感、電磁場等多種干擾共存的情況下，可以安全、穩(wěn)定地運行。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

就地控制的目的是解決現(xiàn)場出現(xiàn)的問題，為了實現(xiàn)全市的統(tǒng)一管理與控制，需要設(shè)計遠(yuǎn)程管控系統(tǒng)。可采用監(jiān)控組態(tài)軟件，用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與管理、畫面的動態(tài)展示等功能。在主目錄下創(chuàng)建項目工程，添加通信伙伴并建立連接、添加過程變量、創(chuàng)建過程畫面、在改變畫面的對象屬性后，保存下載，在線運行，實現(xiàn)對交通燈的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。交通燈監(jiān)控畫面如圖3所示。

為了實現(xiàn)全市的統(tǒng)一調(diào)度，在PLC中編寫程序時，將全市的統(tǒng)一調(diào)度作為最高指令，放在中斷塊里，當(dāng)接到上位系統(tǒng)，即全市的統(tǒng)一調(diào)度指令時，優(yōu)先執(zhí)行上位控制指令，上位控制指令執(zhí)行的相關(guān)程序放在中斷塊。中斷塊可以隨時無條件地執(zhí)行，以提高城市道路整體通行能力，提高城市交通的自動化管控水平。

5 控制效果

通過可變車道在交通高峰時期的應(yīng)用，可及時增加直行的通行能力。在監(jiān)控組態(tài)軟件上建立上位遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，創(chuàng)建變量和人機(jī)接口畫面，并建立他們之間的數(shù)據(jù)通信，即可通過遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面顯示現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)的執(zhí)行情況，及現(xiàn)場設(shè)備的實時檢測參數(shù)、交通燈運行等信息，方便上位系統(tǒng)的管理者了解路口的交通情況。管理人員根據(jù)全市的交通需求，在上位系統(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，及時快速地實現(xiàn)全局管理。十字路口的監(jiān)控信息可以通過光纖和以太網(wǎng)匯集到城市交通監(jiān)管中心，為城市路面交通的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)提供便利。

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