基于電子信息技術(shù)的智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉信虎

江蘇省濱海中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校，江蘇 鹽城 224500

0 引言

智能交通信號(hào)燈在城市交通中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，能夠有效提升車(chē)輛運(yùn)行的暢通性和安全性，具有顯著的應(yīng)用效果[1]。但是，在智能交通信號(hào)燈的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，仍然需要積極引進(jìn)電子信息技術(shù)等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，以提升信號(hào)燈的應(yīng)用效果。電子信息技術(shù)在智能交通信號(hào)燈中的應(yīng)用涉及單片機(jī)、PLC、虛擬器等設(shè)施，這些硬件和軟件設(shè)施的共同作用使信號(hào)燈更加智能化，對(duì)城市交通行業(yè)的發(fā)展起到了一定的推動(dòng)作用[2]。

1 智能交通信號(hào)燈概述

智能交通信號(hào)燈是引導(dǎo)行人和車(chē)輛規(guī)范通行的重要指示物，能夠保障各種車(chē)輛在不同交通方向上有條不紊地順暢通行[3]。一般情況下，智能交通信號(hào)燈包括交通信號(hào)系統(tǒng)、信號(hào)的發(fā)射和接收裝置等。智能交通信號(hào)燈的顏色是通用的紅色、黃色和綠色，其中紅色代表禁止通行，綠色代表允許通行，黃燈則起到警示作用。智能交通信號(hào)燈的運(yùn)行有效地保障了城市交通道路的規(guī)范通行，使城市道路交通按照既定的規(guī)則秩序運(yùn)行，不僅提高了城市道路的通行效率，而且能夠有效減少交通事故。智能交通信號(hào)燈需要根據(jù)城市道路的實(shí)際交通狀況來(lái)設(shè)定，設(shè)置智能交通信號(hào)燈時(shí)需要綜合分析、判斷該路段的人流情況、車(chē)流量、道路路況等，以確定其是否需要增設(shè)交通信號(hào)燈，從而合理疏導(dǎo)該路段的車(chē)輛、行人，保障交通秩序[4]。

2 智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的基本構(gòu)件

2.1 紅外遙感震蕩發(fā)射電路

智能交通信號(hào)燈在不同交通道路方向上的變化頻率和變化時(shí)間不同，需要根據(jù)不同方向上的路況進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)這種控制功能的主要硬件設(shè)施是紅外遙感震蕩發(fā)射電路。紅外遙感震蕩發(fā)射電路主要包括外接的陶瓷諧波振蕩器、電容器和遙控發(fā)射器等部件，系統(tǒng)中各個(gè)部分共同配合可以實(shí)現(xiàn)不同脈沖寬度載頻信號(hào)的發(fā)送[5]。

2.2 接收器中的解調(diào)模塊

通常情況下，智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的功能既包括信號(hào)的發(fā)射，也包括信號(hào)的接收，主要使用單片機(jī)發(fā)射信號(hào)，使用解調(diào)模塊接收信號(hào)。在接收信號(hào)的基礎(chǔ)上，解調(diào)模塊還可以對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行譯碼編輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)的解調(diào)和放大處理，然后將相關(guān)操作信號(hào)傳輸?shù)娇刂茩C(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)程序運(yùn)行與終端的有效控制。

2.3 CAN總線及接口模塊

CAN總線及接口模塊是一種控制裝置，主要用來(lái)保障各個(gè)控制動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，CAN總線接口和總線收發(fā)器還可以在一定程度上屏蔽外界不良因素對(duì)信號(hào)的干擾。通常情況下，CAN總線收發(fā)器中會(huì)配置高速光電隔離器芯片，應(yīng)用該芯片可以保障控制系統(tǒng)的電氣隔離效果。在CAN總線中應(yīng)用的電源要保持在隔離狀態(tài)，否則會(huì)影響CAN總線的實(shí)際應(yīng)用效果。

3 電子信息技術(shù)在智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用意義

近年來(lái)，電子信息技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。為滿足現(xiàn)代交通的應(yīng)用需求，電子信息技術(shù)在智能交通信號(hào)燈控制中得到應(yīng)用，其效果十分顯著，應(yīng)用前景也比較廣闊。在智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)中應(yīng)用電子信息技術(shù)時(shí)，需要遵循交通管理的相關(guān)機(jī)制與原則。同時(shí)，電子信息技術(shù)的應(yīng)用需要依靠軟件和硬件系統(tǒng)的共同作用，通過(guò)虛擬化系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的有效連接，構(gòu)建科學(xué)、高效的自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)的指揮與操作，保證整個(gè)交通系統(tǒng)的聯(lián)通。

電子信息技術(shù)在智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以使信號(hào)燈的運(yùn)行更加智能化，可以根據(jù)交通現(xiàn)狀進(jìn)行靈活的調(diào)整與控制信號(hào)燈，最大限度地保證交通信號(hào)燈處于正常工作狀態(tài)，有效縮短不同道路方向上的車(chē)輛和行人的行駛時(shí)間，提高道路行駛的交通效率和交通安全性。通常情況下，傳統(tǒng)的交通信號(hào)燈在固有周期時(shí)間內(nèi)反復(fù)變化信號(hào)燈顏色。這種應(yīng)用模式操作相對(duì)簡(jiǎn)單，但是缺乏一定的靈活性，一旦路口交通陷入堵塞混亂狀態(tài)，交通信號(hào)燈不能給予科學(xué)合理的指示，反而會(huì)造成路況的進(jìn)一步惡化。采用智能化的交通信號(hào)燈能夠科學(xué)有效地進(jìn)行智能化的分析和操作，從而滿足當(dāng)前城市化交通的需求。這種智能化的運(yùn)行系統(tǒng)需要在交通數(shù)據(jù)信息采集的基礎(chǔ)上，利用智能算法科學(xué)地分析和預(yù)測(cè)交通狀況，進(jìn)而調(diào)節(jié)和控制智能交通信號(hào)的參數(shù)。電子信息技術(shù)還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)高效連接交通信號(hào)燈與計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)交互。在虛擬系統(tǒng)的支撐下，使用電子信息技術(shù)能夠自動(dòng)化地測(cè)量、記錄和處理交通數(shù)據(jù)信息。同時(shí)，可以實(shí)時(shí)獲取交通數(shù)據(jù)信息，這顯著提高了道路交通信號(hào)燈的運(yùn)行效率。電子信息技術(shù)的應(yīng)用編程比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用過(guò)程中不需要配置太多的硬件，因此其應(yīng)用成本相對(duì)較低。

4 基于電子信息技術(shù)的智能交通信號(hào)燈的控制策略

應(yīng)用電子信息技術(shù)時(shí)，可以通過(guò)智能化算法實(shí)現(xiàn)對(duì)智能交通信號(hào)燈的智能化控制，其中的核心算法包括遺傳算法、模糊邏輯算法、改進(jìn)強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。這些算法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中既可以獨(dú)立使用，也可以相互配合使用。電子信息技術(shù)對(duì)交通信號(hào)燈的控制不停留在循環(huán)控制操作的層面上，而是可以根據(jù)道路實(shí)際交通狀況實(shí)時(shí)更新相關(guān)規(guī)則，以實(shí)現(xiàn)智能化的指揮與控制。這樣，相關(guān)人員可以結(jié)合道路路況和實(shí)際需求對(duì)相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的操作與定義，具有一定的靈活性和可操作性。

4.1 單片機(jī)信號(hào)控制策略

單片機(jī)信號(hào)的控制策略是在電子信息技術(shù)的支撐下通過(guò)多段式控制法來(lái)解決相關(guān)問(wèn)題，這種應(yīng)用方法被稱(chēng)作感應(yīng)定時(shí)信號(hào)控制法。感應(yīng)定時(shí)信號(hào)控制法可以精確地統(tǒng)計(jì)與記錄紅綠燈的轉(zhuǎn)換時(shí)間和持續(xù)時(shí)間。同時(shí)，還可以匯總與對(duì)比不同地理位置或者不同工作周期內(nèi)的相關(guān)參數(shù)信息，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題。如果紅綠燈的轉(zhuǎn)換時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者過(guò)短，則證明所處位置的交通運(yùn)行情況不穩(wěn)定，需要進(jìn)一步采取相關(guān)的執(zhí)行措施來(lái)加以干預(yù)，使智能交通信號(hào)燈能夠滿足不同時(shí)間或者不同路段條件下的交通運(yùn)行需求。

4.2 紅綠燈模糊控制策略

紅綠燈模糊控制策略需要通過(guò)電子信息技術(shù)與編程共同實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈的有效控制，使其精準(zhǔn)運(yùn)行，以保障交通的安全性和順暢性，并減少超速或者堵車(chē)等交通問(wèn)題的出現(xiàn)。在實(shí)際交通通行中，主要依靠單片機(jī)感應(yīng)控制來(lái)檢查車(chē)輛數(shù)據(jù)，然后需要對(duì)交通數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算與分析，并預(yù)判不同時(shí)刻或者不同交通道路路口位置所需的交通信號(hào)燈模式，使其最大限度地與當(dāng)前的交通狀況相匹配。例如，在特定時(shí)間段內(nèi)，十字路口橫向方向上的車(chē)流量要遠(yuǎn)高于縱向方向上的車(chē)流量，這時(shí)候需要采用非實(shí)時(shí)控制形式來(lái)控制該路口位置的交通信號(hào)燈，可以適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)橫向上的交通信號(hào)燈的工作時(shí)間，并將縱向上的交通信號(hào)燈調(diào)整成空等狀態(tài)。這種交通信號(hào)燈的動(dòng)作控制需要借助電子信息技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5 基于電子信息技術(shù)的智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

在普通的交通路口位置，通常會(huì)設(shè)置兩個(gè)智能交通信號(hào)燈，以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)方向上的車(chē)輛的控制。智能交通信號(hào)燈的常規(guī)操作是如果橫向方向上顯示紅燈，則縱向方向上需要顯示綠燈。不論是哪個(gè)方向上的紅燈和綠燈，在相互轉(zhuǎn)換期間都需要借助黃燈來(lái)過(guò)渡。在交通信號(hào)燈的亮燈時(shí)間控制方面，需要根據(jù)該路口位置和具體時(shí)間段的交通流量來(lái)靈活調(diào)整。在白天車(chē)流量較大的情況下，需要適當(dāng)縮短紅綠燈之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間，以減少交通堵塞的問(wèn)題；在晚上車(chē)流量相對(duì)較少且照明條件不好的情況下，需要適當(dāng)延長(zhǎng)紅綠燈轉(zhuǎn)換時(shí)間，以保障夜間行車(chē)的安全性。

在智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)中應(yīng)用電子信息技術(shù)，其根本目的在于實(shí)現(xiàn)對(duì)交通狀況的有效監(jiān)控，進(jìn)而合理調(diào)整交通信號(hào)燈的工作狀態(tài)，其作用的實(shí)現(xiàn)需要依靠監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和動(dòng)作控制等?？刂葡到y(tǒng)中的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)需要相互配合，以保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。該智能化控制系統(tǒng)的組成主要包括交通控制終端模塊、交通燈電源管理模塊、定時(shí)顯示模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和交通控制中心模塊。

5.1 交通控制終端模塊

交通控制終端模塊主要用于控制交通信號(hào)燈之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間。智能交通控制終端模塊的基本框架以Lab Window/CVI為基礎(chǔ)，這種系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于具有良好的靈活性，能夠滿足電子信息技術(shù)中虛擬儀器的實(shí)際應(yīng)用需求。同時(shí)，在該框架體系下，不同模塊和框架之間的順序結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)靈活的調(diào)整，可以通過(guò)創(chuàng)建局部變量來(lái)實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈之間的轉(zhuǎn)換。Lab Window/CVI設(shè)有定時(shí)器，主要用來(lái)設(shè)置與控制信號(hào)燈的持續(xù)時(shí)間，紅燈和綠燈作為主要的信號(hào)指示燈，其工作持續(xù)時(shí)間通常設(shè)置成3 s，黃燈因?yàn)樽饔玫牟煌涑掷m(xù)時(shí)間默認(rèn)值是2 s。不同信號(hào)燈之間工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換主要通過(guò)調(diào)整順序結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而信號(hào)燈工作狀態(tài)的終止則是通過(guò)調(diào)整布爾按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些操作都由智能交通控制終端模塊完成。

5.2 交通燈電源管理和定時(shí)顯示模塊

交通燈電源管理和定時(shí)顯示模塊都屬于中間轉(zhuǎn)換模塊，一方面，可以將相關(guān)控制信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)，以供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與決策；另一方面，可以將計(jì)算機(jī)分析判斷后的決策指令傳輸?shù)浇煌ㄐ盘?hào)燈，使其根據(jù)指令進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

5.3 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)前位置的交通狀況，實(shí)時(shí)收集交通圖像信息，并將其傳輸?shù)浇煌刂浦行哪K。

5.4 交通控制中心模塊

交通控制中心模塊可以根據(jù)獲取的交通信息和交通信號(hào)燈的工作狀態(tài)信息控制交通信號(hào)燈的執(zhí)行動(dòng)作，同時(shí)，在交通信號(hào)燈的工作過(guò)程中，如果出現(xiàn)異常情況，交通控制中心模塊會(huì)自動(dòng)發(fā)出故障預(yù)警，以盡量縮短交通信號(hào)燈的故障時(shí)間。

智能交通控制中心模塊作為智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的核心部分，可以分析、判斷交通數(shù)據(jù)信息，以此獲取交通信號(hào)燈的當(dāng)前工作狀態(tài)，并控制交通信號(hào)燈的工作狀態(tài)。當(dāng)智能交通信號(hào)燈出現(xiàn)異常時(shí)，智能交通控制中心模塊可以根據(jù)其狀態(tài)信息來(lái)分析故障問(wèn)題。如果運(yùn)行故障的原因在于運(yùn)行調(diào)控不當(dāng)，交通控制中心模塊可以針對(duì)故障的表現(xiàn)情況，調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)信息，這種調(diào)控作用的核心在于設(shè)置邏輯電路。如果運(yùn)行故障的原因在于硬件設(shè)備出現(xiàn)損傷，則無(wú)法依靠模塊的自身調(diào)控來(lái)解決，這時(shí)候模塊會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示工作人員設(shè)備需要進(jìn)行維修或者更換。智能交通控制中心模塊在發(fā)出故障報(bào)警的同時(shí)，也會(huì)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)判斷與定位，這種智能化的操作減少了控制系統(tǒng)的維修排查工作量，縮短了控制系統(tǒng)的故障時(shí)間，為智能交通信號(hào)燈的正常工作提供了保障。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)中應(yīng)用電子信息技術(shù)能夠提升信號(hào)燈的智能化水平。電子信息技術(shù)作為一種虛擬儀器技術(shù)，能夠綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)等實(shí)現(xiàn)智能控制系統(tǒng)的硬件功能。這就需要相關(guān)人員從電子信息技術(shù)的應(yīng)用原理和特點(diǎn)出發(fā)，采取專(zhuān)業(yè)化的算法和控制策略對(duì)智能交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，從而顯著提升智能交通信號(hào)燈的應(yīng)用效果。加強(qiáng)電子信息技術(shù)在智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用是滿足當(dāng)前復(fù)雜的城市交通需求的必要措施，智能化的交通信號(hào)控制可以保障城市交通通行的順暢性和安全性，對(duì)于緩解現(xiàn)代城市交通壓力十分有效，也為交通行業(yè)的良好發(fā)展和城市的現(xiàn)代化建設(shè)提供了重要的技術(shù)支撐。