智能交通控制系統(tǒng)在交通工程中的應用

林嘉豪

摘要：交通問題已成為現(xiàn)階段城市社會發(fā)展過程中的主要難題之一，交通工程需要進一步的改革，以此實現(xiàn)全方位的智能交通控制。因此，文章對智能交通控制系統(tǒng)在交通工程中的應用展開了探討。文章明確了系統(tǒng)的總體思路，對系統(tǒng)硬件設計進行設計。該系統(tǒng)包括所需支持的設備，實現(xiàn)了交通實時監(jiān)測控制功能、數(shù)據(jù)采集回傳功能。研究表明，智能交通系統(tǒng)可有效緩解交通，為城市交通的進一步發(fā)展添磚加瓦。

關鍵詞：智能交通；交通系統(tǒng)；控制緩解

中圖分類號：TP301.6

文獻標志碼：A

0 引言

近年來，隨著我國城市化的高速發(fā)展，私家車的數(shù)量日益增多，城市交通的管控壓力隨之增大，實行有效的交通控制以保障城市道路的順暢，是城市發(fā)展的必修課題^［1］。城市交通控制系統(tǒng)已經(jīng)成為城市發(fā)展中的重要組成部分，目前常規(guī)的交通控制方法無法有效避免交通堵塞，減少違反交通規(guī)則的行為^［2］?；诖?，本文研究設計了智能交通控制系統(tǒng)，主要用于城市發(fā)展交通工程控制和違反交通規(guī)則行為的管理，對于提升城市道路通暢度、緩解道路交通車輛擁堵等具有重要意義^［3］。智能交通控制系統(tǒng)包括交通路口現(xiàn)場的控制端，實時監(jiān)測交通情況，以信號燈時間變化和蜂鳴器對現(xiàn)場進行控制，增加短時間路口的行駛車輛通過數(shù)量，同時減少汽車在路口滯留的時間，以達到城市道路通暢程度最大化的目的；并通過攝像頭記錄數(shù)據(jù)，反饋到控制后臺，作為交通管理的依據(jù)，對未來交通管控做出預警。該系統(tǒng)完成了車流量監(jiān)測與信號燈的時間調(diào)整，當路口行人出現(xiàn)闖紅燈等違反交通規(guī)則的情況時，系統(tǒng)將警告并拍照留存。智能交通控制系統(tǒng)在城市交通工程中的應用，將對城市發(fā)展起到良好的推動作用。

1 系統(tǒng)總體框架設計

在每個路口設置獨立的智能交通控制系統(tǒng)，用于實時獲取路口各個方向的車流信息，并對路口交通進行實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常交通行為將立即做出反饋，以實現(xiàn)實時交通控制。監(jiān)測的同時將建立歷史車流信息數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過一段時間的收集和統(tǒng)計后反饋到控制端后臺。反饋數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件建立模型，可用于預測未來路況，以便相關人員依據(jù)預測數(shù)據(jù)提前做出應對方案，實現(xiàn)未來交通控制。智能交通控制系統(tǒng)框架如圖1所示。

微處理器對路口交通狀況進行實時監(jiān)控，持續(xù)記錄車流信息并建立數(shù)據(jù)庫，若發(fā)現(xiàn)異常交通行為將立刻做出實時決策并通過信號燈或播音裝置做出警告達到實時控制的目的。

2 系統(tǒng)硬件設計

智能交通控制系統(tǒng)由現(xiàn)場控制端和后臺控制端共同組成?，F(xiàn)場控制端裝備一個控制箱、行駛路口上方的紅綠燈、支持200萬像素的萊卡OV2640高清攝像頭和蜂鳴警示器?？刂葡鋬?nèi)置微型處理器，選用一臺8.5 W的單模塊計算機，搭載8 GB運行內(nèi)存，1 T儲存硬盤，控制箱內(nèi)安裝多種標準硬件接口，可與不同設備實現(xiàn)集成連接。通信網(wǎng)線構成通信的主要部分，后臺控制端基于MATLAB平臺開發(fā)，使用SQL對所收集信息進行處理。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 交通行為監(jiān)測

交通行為監(jiān)測的對象以車輛和行人為主，其中車輛檢測是實現(xiàn)智能交通控制的關鍵^［4］。現(xiàn)階段，對車輛進行信息采集的方式較多，本系統(tǒng)應用感應線圈技術對車輛進行監(jiān)測，主要包含監(jiān)測器處理核心芯片、行駛車輛監(jiān)測卡和光照指示燈?？紤]到監(jiān)測設備的兼容性，可按照現(xiàn)場路口的實況放置一定數(shù)量的車輛監(jiān)測盤，為反饋數(shù)據(jù)奠定基礎。該系統(tǒng)可將路口車流量、車速、車輛停滯時間等參數(shù)進行記錄，并將結果上傳到交通控制中心。

平均車速是指道路行駛車輛的平均車速，設所測路段長度為L，設通過路口行駛車輛數(shù)量為N，每輛車通過監(jiān)測器的瞬時車速為v_j，則該車輛通過路口的時間為t_j，則：

所有行駛車輛通過該路段的平均時長t為：

該段時間內(nèi)車輛通過該路口的平均速度v為：

通過以上算法，該系統(tǒng)對行駛車輛進行數(shù)據(jù)采集計算后做出統(tǒng)計，判斷當前車流量是否達到閾值，并將結果反饋到控制箱內(nèi)微處理器進行處理，通過信號燈調(diào)整燈光來對當前路口的車輛進行控制。該系統(tǒng)以紅外探測裝置對行人進行監(jiān)測，若當前路口信號燈為紅燈時，紅外探測裝置開啟散發(fā)紅外線，信號橫穿馬路，當監(jiān)測到行人觸碰到紅外線，蜂鳴器將會發(fā)出警示。

3.2 數(shù)據(jù)記錄回傳

交通情況記錄的重點是時效性和準確性，為確保記錄的數(shù)據(jù)具有以上兩個特性，系統(tǒng)設計使用道路調(diào)度算法。此算法負責交通系統(tǒng)監(jiān)測的道路實現(xiàn)智能調(diào)度功能，根據(jù)單交叉路口進行，基于道路建設規(guī)劃對車輛行駛方向進行分析，結合紅綠燈展開道路車輛控制，以道路調(diào)度算法作為支持：

式中，T、t_i代表紅綠燈燈光顯示時間、4個方向紅綠燈中綠燈顯示時間，q_i、p_i為第i方向車輛進、出率，S_i（h）、S（h）代表第i相位車輛在h時間方向放行后的停滯數(shù)量、第h個路口車輛在交叉路口的總停滯數(shù)量。智能交通系統(tǒng)的信號傳輸需要使用網(wǎng)絡實現(xiàn)。設備開機后需要進行網(wǎng)絡連接、數(shù)據(jù)初始化等，同時需要長時間保持待機狀態(tài)，收到各個網(wǎng)點數(shù)據(jù)的發(fā)送請求后，進行節(jié)網(wǎng)點聯(lián)網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)信息接收，并將所有信息進行封存上傳到中央服務器。

數(shù)據(jù)采集完成后，使用公共網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)由中央服務器收集，此過程需要網(wǎng)點的支持，因此系統(tǒng)設計采用了soaket方法鏈接。中央服務器包括對數(shù)據(jù)信息分析處理并推送、實現(xiàn)邏輯算法，開發(fā)設計采用Aobe平臺實現(xiàn)，使用jsk腳本實現(xiàn)相關功能。過程集中于ACQ服務器，負責對數(shù)據(jù)請求和接收回傳，數(shù)據(jù)庫管理模塊負責調(diào)用和儲存數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)設計選擇關系型數(shù)據(jù)庫MongoOB用于儲存數(shù)據(jù)。為獲取道路車流量信息，對路口的車流信息實時記錄，形成道路車流量記錄單，系統(tǒng)記錄更新時間為3 min，內(nèi)容包括道路實時車流量、道路信息、道路所在區(qū)域信息。此設計具有較高容錯性的特點，若服務器出現(xiàn)崩潰，也不會導致整個智能交通系統(tǒng)癱瘓，即使其中任何一個網(wǎng)點出現(xiàn)掉線也不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳中斷或數(shù)據(jù)丟失，由此可顯著提高交通控制的效率。

3.3 實時交通控制

城市交通的控制主要體現(xiàn)在需要管控道路車輛行駛的車速，疏通因車輛停滯而導致的道路擁堵，同時還可減少行人出行時間。車流量檢測搭配紅外探測器，根據(jù)車道數(shù)量不同可增加或減少數(shù)量。以3個探測器為例，當路口信號燈為紅燈時，3個紅外探測器信號均被遮擋表示當前車流量較大，以此類推，通過信號被遮擋的數(shù)量判斷此時車流量的大小，系統(tǒng)可根據(jù)車流量的大小來智能調(diào)整紅燈和綠燈的顯示時間，以實現(xiàn)道路交通的實時控制，如表1所示。

信號燈控制系統(tǒng)包括4個工作狀態(tài)，最初狀態(tài)為東、西信號燈為紅燈，時間為35 s，南、北信號燈綠燈時間為30 s，黃燈為5 s。車流量的大小可影響信號燈顯示時間，車流量較大時，需要減少紅燈時間，增加綠燈時間，以增加路口的車輛通過數(shù)量。

交通管制不僅在于車輛，也需要對路口的行人進行控制約束，一些非核心區(qū)域難免存在行人闖紅燈行為，為此該系統(tǒng)構建了行人闖紅燈拍照系統(tǒng)，如圖2所示。信號燈為紅燈時，紅外探測裝置會發(fā)出行人穿過路口的信號，當信號被遮擋時，做出存在闖紅燈行為的判定，此時，蜂鳴器將發(fā)出警示音作為警示，攝像頭也會對現(xiàn)場情況拍照留底，作為后續(xù)交通管理的判罰依據(jù)。當信號燈為綠燈時，該系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，不進行工作。

4 測試實驗

4.1 實驗準備

為測試系統(tǒng)，在城市某一路口安裝控制箱、萊卡OV2640高清攝像頭和蜂鳴警示器?？刂葡浯钶d8 GB運行內(nèi)存，1 T儲存硬盤。連接網(wǎng)絡后對路口進行智能控制系統(tǒng)測試，以常規(guī)控制和使用智能系統(tǒng)控制分別對此路口進行全天監(jiān)測，并記錄不同時段的數(shù)據(jù)，通過采集數(shù)據(jù)的對比驗證智能交通控制系統(tǒng)的有效性。

4.2 實驗結果

經(jīng)過全天檢測后，分別對同一路口車流量以及停車滯留時間進行采集，得到不同時段平均車流量及不同時段平均車輛滯留時間對比，結果如表2—3所示。

由表2數(shù)據(jù)可得知，常規(guī)控制下的平均車流量最低0.17輛/s，最高0.31輛/s；智能交通系統(tǒng)控制下平均車流量最低0.24輛/s，最高0.47輛/s。通過對比可知，智能交通系統(tǒng)控制下相同時間段通過的車輛數(shù)量更多。

由表3記錄數(shù)據(jù)可得知，常規(guī)控制下平均車輛滯留時間最低4.19 s，最高33.78 s；智能交通系統(tǒng)控制下平均車輛滯留時間最低3.42 s，最高25.27 s，經(jīng)對比，智能交通系統(tǒng)控制下車輛停滯的時間更短。綜合記錄對比的數(shù)據(jù)顯示，在智能交通控制系統(tǒng)下，平均時段的車輛可以增長到15%，車輛等待滯留的時間可縮短20%，一定程度上緩解了交通堵塞。

5 結語

目前我國處于高速發(fā)展期，日積月累的交通問題已經(jīng)對城市化建設產(chǎn)生了影響。本次智能交通控制系統(tǒng)實驗測試表明，城市道路采用智能交通控制系統(tǒng)后，交通控制更為有效，對疏通城市交通能夠起到一定的積極作用。

參考文獻

［1］衣華軍，王昆鵬，張書民.城市智能交通系統(tǒng)設計分析及應用研究［J］.時代汽車，2022（23）：193-195.

［2］劉玉強，呂玉花.智能交通系統(tǒng)對交通運輸經(jīng)濟發(fā)展的影響［J］.中國市場，2022（11）：158-160.

［3］張雷，沈國琛，秦曉潔，等.智能網(wǎng)聯(lián)交通系統(tǒng)中的信息物理映射與系統(tǒng)構建［J］.同濟大學學報（自然科學版），2022（1）：79-86.

［4］錢磊，趙長海，孫明.關于我國智能交通系統(tǒng)發(fā)展的思考［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2021（19）：94-95，97.

（編輯 王雪芬）

Application of intelligent traffic control system in traffic engineering

Lin Jiahao

（Jiangxi Intelligent Transportation Affairs Center， Nanchang 330008， China）

Abstract： Traffic issues have become one of the main challenges in the current process of urban social development， and further reforms are needed in transportation engineering to achieve comprehensive intelligent traffic control. Therefore， the article explores the application of intelligent traffic control systems in traffic engineering. The article constructs the overall design concept of the system and designs the system hardware. The system includes the required supporting devices， achieving real-time traffic monitoring and control functions， as well as data collection and transmission functions. Research has shown that intelligent transportation systems can effectively alleviate traffic and contribute to the further development of urban transportation.

Key words： intelligent transportation; transportation systems; control mitigation