智能紅綠燈的發(fā)展與應(yīng)用探討

劉佳陽 李浩 楊靖澤

摘要：當(dāng)前交通擁堵已經(jīng)成了常態(tài)，十字路口尤為嚴(yán)重。而現(xiàn)有的紅綠燈控制大多采用固定配時方式，時常會出現(xiàn)不同方向上車流量不同但放行時間相同的，進(jìn)而導(dǎo)致車輛堆積，造成路口交通擁塞，并且也可能出現(xiàn)交通盲指揮。為了使十字路口通行效率最大化，引入智能紅綠燈系統(tǒng)是必須的。該文介紹了國內(nèi)外智能紅綠燈數(shù)十年的研究歷程。并且提出了基于計算機(jī)視覺與云計算的智能紅綠燈的研究探討。應(yīng)用智能紅綠燈使各十字路口的車輛通行能力達(dá)到最大，進(jìn)而大大提高出行效率。

關(guān)鍵詞：智能紅綠燈;通行效率;交通擁塞;計算機(jī)視覺;云計算

中圖分類號：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）10-0256-02

第二次工業(yè)革命以來，工業(yè)水平得到了極大進(jìn)步，機(jī)動車進(jìn)人千家萬戶。而隨之而來的車輛擁塞現(xiàn)象極大地影響了人們的出行效率。當(dāng)前紅綠燈采用的是固定配時，雖然設(shè)置簡單，但是設(shè)定時間不靈活。根據(jù)實(shí)時路況調(diào)節(jié)配時的智能紅綠燈的能大大緩解交通壓力。近幾十年來，全球各國的對智能紅綠燈的研究從未停止。隨著科技的進(jìn)步，智能紅綠燈系統(tǒng)的更新迭代也是極為頻繁的。近年來，計算機(jī)視覺與云計算技術(shù)的興起，給了智能紅綠燈提供了一個新的發(fā)展思路。兩者與智能紅綠燈結(jié)合起來必將大大增加紅綠燈的智能化程度，從而極大地提高市民的出行效率。

1國外智能紅綠燈發(fā)展?fàn)顩r

1.1國外城市

最早的智能交通系統(tǒng)起源于美國，2l世紀(jì)初美國即設(shè)計出了許多關(guān)于ITS的發(fā)展方案。許多年的發(fā)展之后，美國的智能交通控制率已大于85%，大大領(lǐng)先于世界上其他國家。

歐洲與日本限于領(lǐng)土面積的有限的問題，人口密度大、汽車普及率高、汽車密度大的情況導(dǎo)致其交通壓力甚大，因此智能紅綠燈系統(tǒng)亦應(yīng)運(yùn)而生的較早。目前，歐洲各國已計劃通過對不同國之間現(xiàn)有的信息系統(tǒng)和通信設(shè)備的繼承，融合各個國家的道路交通基礎(chǔ)措施，從而實(shí)現(xiàn)了歐洲國家的智能交通互聯(lián)。與此同時，日本也制定了一個總體規(guī)劃，以此加快日本科技現(xiàn)代化的腳步。

下面介紹一些國家設(shè)計的較為成熟的智能交通系統(tǒng)：

（1）英國綠信比、周期、相位差優(yōu)化技術(shù)（SCOOT）

SCOOT系統(tǒng)是英國交通道路研究所于1973年開發(fā)的一種自適應(yīng)控制系統(tǒng)。它根據(jù)每個節(jié)點(diǎn)的到達(dá)的方向f即，連接上的每個節(jié)點(diǎn)）從平衡運(yùn)輸中的信號的每個周期中，與交通有關(guān)的和連續(xù)的期間控制所述結(jié)或部分考慮人行橫道道路網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通信量需求的變化。對于每一個變化，紅綠信號燈都會隨之變化。不僅如此，系統(tǒng)管理員還能夠根據(jù)實(shí)時的情況來調(diào)整紅綠燈配時，如為救火車、救護(hù)車提供綠燈保障。從而使交通更加人性化、合理化，并且使社會更加穩(wěn)定，人民生活更加舒心暢快。

（2）悉尼自適應(yīng)交通控制系統(tǒng)（SCATS系統(tǒng)）

由澳大利亞新南威爾士道路運(yùn)輸管理局（RTA）開發(fā)的SCATS系統(tǒng)采用了分級遞進(jìn)的控制結(jié)構(gòu)，是一種低成本，高效率的智能化交通系統(tǒng)。它可以通過遠(yuǎn)程計算機(jī)進(jìn)行控制，可以簡單高效的應(yīng)對交通擁塞的問題。和SCOOT系統(tǒng)一樣系統(tǒng)管理員還能夠根據(jù)實(shí)時的情況來調(diào)整紅綠燈配時。極大地提高了交通系統(tǒng)的靈活性與時效性。使紅綠燈的周期性大大削弱。

（3）日本智能感應(yīng)紅綠燈

日本岡山市岡山縣于2012年研發(fā)了智能傳感器紅綠燈，開創(chuàng)了日本新型智能紅綠燈的先河，它可以智能化檢測車輛和行人。并且可以實(shí)時自動感應(yīng)車流量和行人流通量。十字路口周圍有五個傳感器。當(dāng)沒有車輛時，人行道上的信號燈會先轉(zhuǎn)為綠色，這期間即將經(jīng)過的車輛將會順利通過，并且制動時間較短。系統(tǒng)檢測到有過路行人闖紅燈時，會用可愛的小女生的聲線進(jìn)行提示“紅燈，請不要過馬路”。這樣會使闖紅燈者感到羞愧，以便他們以后不在闖紅燈。

1.2國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

智能交通系統(tǒng)的概念引入我國的時間由于國內(nèi)政策的影響，是比較晚的，20世紀(jì)80年代中葉以來，我國逐步開始把智能紅綠燈技術(shù)的提高放在了交通改變的核心地位。它將先進(jìn)的電子控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、計算機(jī)處理技術(shù)以及信息技術(shù)更加有效地應(yīng)用于整個運(yùn)輸管理系統(tǒng)。自1997年以來，國際研討會北京智能交通系統(tǒng)會議和中歐的發(fā)展趨勢，中國已經(jīng)形成了一個共識：中國需要它！2001年，中國智能交通系統(tǒng)（控St）有限公司正式掛牌成立，并于2010年在香港交易所上市。

2未來智能紅綠燈的發(fā)展策略

目前市面上的智能紅綠燈的智能化程度，并不能滿足當(dāng)今社會的交通壓力的需要，因此智能紅綠燈的未來一定是采用更新的技術(shù)。我們采用計算機(jī)視覺技術(shù)，實(shí)時監(jiān)控十字路口的交通情況，并且對車流量進(jìn)行統(tǒng)計，通過計算機(jī)迅速將實(shí)時情況反映至云端。在遠(yuǎn)程根據(jù)車輛最大通過率算法進(jìn)行遠(yuǎn)程云計算，將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)置為控制信號傳遞至紅綠燈，使紅綠燈實(shí)時調(diào)整配時，如圖1所示：

3計算機(jī)視覺與云計算技術(shù)的方法

計算機(jī)視覺是一門研究如何使機(jī)器“看見”，或者更廣泛地說，如何用攝像機(jī)或計算機(jī)而不是人眼識別、跟蹤和測量物體，以及如何進(jìn)一步進(jìn)行圖形處理，使計算機(jī)處理更適合于人類觀察或傳輸，以利用這種技術(shù)檢測圖像儀器的科學(xué)，將十字路口的監(jiān)控攝像頭拍攝的影像，使用python語言基于叩encv進(jìn)行圖像特征分析統(tǒng)計當(dāng)前車流量情況。

現(xiàn)階段所描述的云服務(wù)是分布式計算、效用計算、負(fù)載平衡、并行計算、網(wǎng)絡(luò)存儲、熱備用雜波和虛擬化等計算機(jī)技術(shù)的混合演變和跳躍的結(jié)果，通過網(wǎng)絡(luò)“云”分解成許多小程序中的龐大的數(shù)據(jù)計算處理程序，然后，通過由多個服務(wù)器對這些小程序所獲得的結(jié)果，并返回給用戶的處理和分析的系統(tǒng)。車流量情況傳輸?shù)皆贫耍鶕?jù)統(tǒng)計車流量數(shù)據(jù)，判斷飽和情況，根據(jù)車輛最大通過率算法計算出能保證最大通行量的紅綠燈時間分配。而后自云端回傳信號，改變紅綠燈時間分配，并接受反饋。

4結(jié)束語

智能紅綠燈的發(fā)展情況是由時下電子控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、計算機(jī)處理技術(shù)以及信息技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r而決定的。隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展，智能紅綠燈技術(shù)會逐步更迭。