基于紅外傳感器感應(yīng)下的動態(tài)綠波預(yù)警設(shè)計(jì)

王厚沂 鞏舜妹

摘 ? 要：傳統(tǒng)干線綠波設(shè)計(jì)方式是以在地下埋設(shè)線圈的方法來感應(yīng)車流，其成本昂貴且不便于檢修;而且傳統(tǒng)干線綠波設(shè)計(jì)方案是以車流平均速度作為設(shè)計(jì)的輸入?yún)?shù)，無法考慮到車流在路段上速度波動性的問題。為了解決該問題，提出一種通過在路面上架設(shè)多組紅外對射光電傳感器的方法來感應(yīng)車流，并通過建立數(shù)學(xué)模型，將所得數(shù)據(jù)結(jié)合信號燈誘導(dǎo)裝置，對綠燈時間進(jìn)行動態(tài)控制，其優(yōu)化效果顯著。

關(guān)鍵詞：光電傳感器 ?信號誘導(dǎo) ?綠燈預(yù)報(bào) ?動態(tài)控制

中圖分類號：TP21 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）07（c）-0088-02

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國內(nèi)的私家車數(shù)量的增加呈指數(shù)式增加，人民出行次數(shù)日益頻繁，這使得城市道路交通的需求量在不斷上升?；谶@一現(xiàn)狀，國內(nèi)外學(xué)者提出了一種綠波帶設(shè)計(jì)。為了尋求一個綠波帶寬最大值，國外學(xué)者 Little等利用了混合整數(shù)線性規(guī)劃的手段，通過調(diào)整相位差來尋求最大的綠波帶寬;而盧順達(dá)等基于圖解法，在設(shè)計(jì)雙向綠波的同時，調(diào)整綠波帶寬瓶頸的交叉口的相位、相序即相位及相位差來提高綠波帶寬的利用率。隨著時代的發(fā)展，進(jìn)入智能交通時代的現(xiàn)在，基于智能算法的普及，交通信號協(xié)調(diào)控制方面也采用了模糊控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。

上述辦法都相當(dāng)大程度上增大了綠波帶的寬度，緩解了交通堵塞的壓力，然而卻忽視了問題根源所在，這些辦法不能動態(tài)調(diào)整綠燈時間，從而使綠波帶寬利用效率最大。本文基于交通流的速度特性與交通組成原理，以全新的綠波帶設(shè)計(jì)來研究綠燈時間與綠波帶寬的動態(tài)優(yōu)化控制方法。

1 ?優(yōu)化控制原理

基于傳統(tǒng)綠波帶傳感器設(shè)計(jì)方案是采用埋于地下的線圈來感應(yīng)車流，而這種方法相對來說造價較大且不易于維護(hù)。故設(shè)計(jì)一種在地面上架設(shè)對射式紅外線傳感器來感應(yīng)車流的方法，并在距下一個路口單位距離處架設(shè)LED燈信號燈牌，由傳感器測得數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理得到車流運(yùn)行的“速度趨勢”，算得車流以該趨勢從指定位置到下一個路口所需時間，并將此時間預(yù)告到LED燈牌上，作為下一路口綠燈開始的倒計(jì)時，這使在誘導(dǎo)車流進(jìn)行小幅度調(diào)整行駛速度的同時，又能以最契合的時間點(diǎn)進(jìn)入綠燈時間。

在車流最后一輛車通過交叉口處設(shè)立的對射式紅外線傳感器時，綠燈時間結(jié)束。這樣一來就起了動態(tài)控制的作用了。

2 ?對射式紅外線傳感器架設(shè)方案

現(xiàn)假設(shè)車流從交叉口i下行到交叉口j，將從交叉口i到交叉口j之間路段等劃分成有限段。在這為了便于分析，假設(shè)將其分成n段，分別命名為S1，S2，S3…Sn?，F(xiàn)在在每段的起，中，終點(diǎn)處分別架設(shè)一組對射式紅外線傳感器，即劃分n段需要架設(shè)2n+1組對射式紅外線傳感器。

3 ?信號產(chǎn)生、接受、處理系統(tǒng)模型

信號產(chǎn)生，接受，處理系統(tǒng)主要由紅外線對射電路模塊、無線信息接發(fā)模塊與計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)三個部分組成。其中細(xì)分可以分為紅外對射電路、放大整形電路、編碼處理模塊、無線信息發(fā)射模塊、無線信息接收模塊、解碼編譯模塊，計(jì)算機(jī)智能處理模塊。

紅外對射模塊的發(fā)射端與接收端分別假設(shè)在道路的兩側(cè)，當(dāng)?shù)缆飞蠜]有車輛行駛，即紅外線發(fā)射端與接收端中間沒有遮擋物時，接收端會接收到一個正常的電信號;當(dāng)有車輛行駛時，信號被擋住，這時紅外對射接收端就無法接收到正常電信號，這時就會產(chǎn)生一個定向信號，通過放大整形電路放大，編碼電路進(jìn)行處理，再由無線信號發(fā)射端將信號發(fā)射出去，在接收端處接收后，解碼編譯模塊對其解碼編譯，向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳送一個信號。計(jì)算機(jī)接收到信號后自動啟動計(jì)時，并對每相鄰兩組紅外對射系統(tǒng)傳來信號的時間差進(jìn)行記錄，并導(dǎo)入計(jì)算模型。

4 ?LED信號燈牌誘導(dǎo)裝置

信號燈誘導(dǎo)裝置在所提出的方案中是最重要的一環(huán)，其中該LED信號燈牌安置在兩交叉口之間路段被劃分后的第n段的中點(diǎn)。它的作用是將由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理得來的車流在指定位置到下一路口所需的時間，以視覺效果呈現(xiàn)給正在運(yùn)行的車流，告知車流綠燈開始倒計(jì)時。這樣就起了一個預(yù)警作用，從駕駛員的心理特性上來看，這種預(yù)警誘導(dǎo)機(jī)制能很大程度上減緩駕駛員在鄰近路口時，為了能夠順利通行而產(chǎn)生的急切心理。同時由于該時間是通過車流運(yùn)行速度趨勢所得，所以在車流接收到此預(yù)報(bào)誘導(dǎo)信息時，可以在非常小的范圍內(nèi)調(diào)整自身車速，以最契合的時間點(diǎn)進(jìn)入綠燈時間，而不需要為了趕上綠燈時間大幅度調(diào)整車速。這樣就可以在保證車流的穩(wěn)定性與通過路口的順暢性的同時能非常契合地進(jìn)入綠燈時間，大大提高了綠燈時間的利用率，并起到一個對綠燈時間動態(tài)調(diào)整的作用。

對于燈牌的設(shè)計(jì)，滿足以下幾點(diǎn)：燈牌采用立柱式支撐方式立于路旁，為考慮駕駛員的視覺特性，燈牌應(yīng)面對行駛方向順時針偏轉(zhuǎn)30度，高度在2000～2500mm。燈牌采用跨立式支撐方式時，架設(shè)高度應(yīng)滿足道路凈空高度要求，一般大于5500mm。燈牌框架及非顯示部分涂裝應(yīng)采用吸光涂色，防止炫目。

5 ?結(jié)語

干線綠波設(shè)計(jì)是城市干線信號控制的主要手段之一，鑒于傳統(tǒng)綠波設(shè)計(jì)方案造價昂貴，不易維護(hù)，且不能有效考慮到車流在道路不同路段會因?yàn)榻煌顩r與交通組成的不同而導(dǎo)致行駛速度產(chǎn)生波動的因素。本文提出了利用光電傳感器與信號燈誘導(dǎo)裝置相結(jié)合的優(yōu)化控制方法。該方法：

（1）通過在路面架設(shè)光電傳感器，設(shè)計(jì)原理簡單，造價低廉且便于維護(hù);

（2）通過優(yōu)化控制系統(tǒng)會得到一個“綠燈預(yù)告時間”，并結(jié)合LED信號燈牌，組成一個提前預(yù)警系統(tǒng)。通過這種設(shè)計(jì)可以達(dá)到一種“綠燈時間可調(diào)控”的動態(tài)效果。

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