大數(shù)據(jù)技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的城市道路智能交通信號(hào)控制方法研究

吳頌超,馮天軍

(吉林建筑大學(xué),吉林 長(zhǎng)春 130000)

1 城市道路智能交通信號(hào)控制

1.1 含義與特征

智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)旨在利用先進(jìn)的信息技術(shù),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析交通樞紐的流量,有效地調(diào)整紅綠燈的發(fā)出時(shí)間,從而極大地改善交通狀況,提高交通安全性[1]。在智能交通控制系統(tǒng)中,主要特點(diǎn)是:第一,兼容性。系統(tǒng)能夠與任何標(biāo)準(zhǔn)的交通信號(hào)控制器相互協(xié)調(diào),以滿足不斷變化的環(huán)境;第二,實(shí)用性。為了有效地控制城市道路交通信號(hào),采取了一系列措施來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),系統(tǒng)中所用的設(shè)備、技術(shù)和軟件必須具備良好的可靠性和穩(wěn)定性,為了應(yīng)對(duì)氣候變化帶來(lái)的挑戰(zhàn),需要進(jìn)行有效的操作和后期維護(hù);第三,開(kāi)放性。該系統(tǒng)既能夠應(yīng)對(duì)當(dāng)前的城市交通問(wèn)題,又能提供更多的便利性,而且可以在未來(lái)發(fā)揮更大的作用;第四,先進(jìn)性。在構(gòu)建系統(tǒng)時(shí),應(yīng)該盡可能地使用先進(jìn)的決策模型和信息技術(shù),以期達(dá)到更高的運(yùn)行效率;第五,可靠性。為了確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,需要設(shè)置一個(gè)能夠自動(dòng)檢測(cè)、報(bào)警和恢復(fù)的功能,以防止由于異常情況導(dǎo)致的道路交通擁堵問(wèn)題。

1.2 硬件設(shè)計(jì)

現(xiàn)代城市的智能交通控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì),包括中央控制器、鍵盤、傳感器、電子圍欄、車道指示牌、車輛行駛速度監(jiān)測(cè)器、車輛行駛速度報(bào)警器、車輛停車報(bào)警器等多種功能。這些模塊的組合可以有效地提高控制的效率和準(zhǔn)確性。例如,鍵盤和參數(shù)輸入模塊的核心功能是實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施解決,包括時(shí)間、倒計(jì)時(shí)等。一般而言,八段數(shù)碼管可以有效地描述各種信息,其中三段代表倒計(jì)時(shí),四段代表時(shí)間,而最后一段則是將時(shí)間與倒計(jì)時(shí)進(jìn)行對(duì)比的重要工具。CH454芯片是一種具有重要功能的鍵盤掃描和數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器,它可以通過(guò)I2C總線與LPC2378控制器相連,從而提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。燈泡檢測(cè)板模塊不僅滿足信號(hào)機(jī)的所有功能需求,還提供了簡(jiǎn)單易用的操作按鈕,使用起來(lái)更加方便快捷,以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,通過(guò)對(duì)城市道路交通燈的實(shí)時(shí)監(jiān)控,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和維護(hù)出現(xiàn)故障的交通信號(hào)燈,從而確保其正常運(yùn)行,從而提高交通安全性;該模塊能夠識(shí)別各種顏色的交通燈,并采取措施來(lái)預(yù)防這些顏色的重疊,保證城市道路的安全和暢通。

1.3 軟件設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)相比,現(xiàn)代城市智能交通信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用更加依賴于軟件的支撐,即將信號(hào)控制策略融入系統(tǒng),從而使智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)能夠更好地實(shí)現(xiàn)其內(nèi)在的控制思想[2]?，F(xiàn)代城市智能交通控制系統(tǒng)的核心技術(shù)之一就是人機(jī)交互,它不僅要求實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市道路上的車輛流量,并且確保信號(hào)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)也要求為城市交通管理者提供有效的控制參數(shù),并且根據(jù)收集到的數(shù)據(jù),采取有效的措施來(lái)處理相關(guān)的問(wèn)題,從而達(dá)到更好的效果?，F(xiàn)代城市智能交通系統(tǒng)的核心在于嵌入式軟件,它可以根據(jù)不同的環(huán)境和條件,自動(dòng)調(diào)整和優(yōu)化,以適應(yīng)不斷變化的道路交通狀況。此外,它還可以提供實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和管理,以及精確的數(shù)據(jù)傳輸,以便及時(shí)響應(yīng)和處理各種交通控制信息。在構(gòu)建現(xiàn)代城市智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)時(shí),為了更好地滿足用戶的需求,軟件設(shè)計(jì)部門將著力于實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能:調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)、查詢和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);發(fā)生故障時(shí)及時(shí)發(fā)起并進(jìn)行處置;支持?jǐn)?shù)據(jù)的快速傳輸;具備自動(dòng)檢測(cè)的能力;支持控制量的輸出及其相關(guān)的算法;支持多種控制模式的靈活切換。經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的軟件,我們可以充分利用智能交通信號(hào)控制系統(tǒng),有效地改善城市道路的交通狀況,從而達(dá)到最佳的管理效果。為了提高現(xiàn)代城市智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,必須采取科學(xué)的方法來(lái)設(shè)計(jì)控制程序,并將它們有效地聯(lián)系起來(lái)。特別是在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中,應(yīng)該特別關(guān)注主程序的優(yōu)化,根據(jù)不同的設(shè)計(jì)和技術(shù)需求,不斷改進(jìn)和完善這些程序,使它們成為一個(gè)高效、穩(wěn)定的整體。

1.4 系統(tǒng)的構(gòu)成

現(xiàn)代城市的智能交通控制系統(tǒng)由多個(gè)元素組成,包括控制器、信號(hào)燈、通訊設(shè)備、監(jiān)控裝置、控制器、軟件等[3]?？刂破魇钦麄€(gè)系統(tǒng)的核心,它負(fù)責(zé)控制車輛的行駛方向,并與周圍的環(huán)境保持聯(lián)動(dòng)。現(xiàn)代城市的智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)被劃分為三個(gè)不同的層次:首先,中心控制器,該系統(tǒng)負(fù)責(zé)全面監(jiān)測(cè),涵蓋了區(qū)域控制層面,同時(shí)還擁有多種不同層次的功能;其次,區(qū)域控制器是一種重要的設(shè)備,它能夠協(xié)調(diào)并控制城市道路上的交通信號(hào),通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控信號(hào)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),以便能夠快速地向區(qū)域計(jì)算機(jī)發(fā)送有效的報(bào)告;最后,路口控制器,主要職責(zé)是監(jiān)督和管理城市道路上的交通信號(hào)燈。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的城市道路智能交通信號(hào)控制方法

引用先進(jìn)的智能控制技術(shù),可以大大改善城市道路交通系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,克服傳統(tǒng)控制手段的不足,極大地提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

2.1 模糊控制技術(shù)

模糊控制可以有效地模擬人腦,通過(guò)使用計(jì)算機(jī)技術(shù),我們可以更準(zhǔn)確地表達(dá)人類的常識(shí)和主要經(jīng)驗(yàn),并建立一個(gè)更適合計(jì)算機(jī)處理的模型結(jié)構(gòu),而不需要依賴于復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。采用模糊控制技術(shù)對(duì)交通信號(hào)燈進(jìn)行操作,能夠更好地模擬交警的指揮,實(shí)現(xiàn)更加高效的交通管理。專家系統(tǒng)是模糊控制中最重要的組成部分,它利用計(jì)算機(jī)和人工智能技術(shù),結(jié)合推理機(jī)、知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和模型數(shù)據(jù)庫(kù),可以處理大量復(fù)雜的信息,通過(guò)模擬人類的決策過(guò)程,可以更有效地控制和優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行。使用專家系統(tǒng),可以有效地監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)交通狀況,并通過(guò)人機(jī)交互界面輸入用戶信息,以便更好地管理交通流量,將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中規(guī)范化的表達(dá)形式,以便于用戶的理解。盡管模糊控制系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢(shì),但仍然存在一些不足,例如缺乏有效的參數(shù)調(diào)整和建立方法,以及需要技術(shù)人員多次嘗試才能達(dá)到理想的操作效果,而且由于主觀性較強(qiáng),使得它很難根據(jù)外部環(huán)境的變化及時(shí)做出調(diào)整,從而降低了系統(tǒng)的精度。

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

通過(guò)利用人工智能的原理,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可以有效地模擬和預(yù)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),從而更好地滿足用戶的需求[4]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是一種高度智能化的技術(shù)方法,它可以有效地處理復(fù)雜的、不確定的、非線性的系統(tǒng),并且擁有出色的自我學(xué)習(xí)、自我糾錯(cuò)能力,它的分布和存儲(chǔ)是離散的,因此,它特別適用于那些無(wú)法使用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)精確描述的交通系統(tǒng)。盡管神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可以提供快速、準(zhǔn)確的初始權(quán)值,但其學(xué)習(xí)過(guò)程緩慢,而且缺乏可靠的實(shí)際效果,因此,它們需要更多的硬件和信號(hào)控制器來(lái)支持,而且還需要更強(qiáng)的適應(yīng)能力來(lái)處理復(fù)雜的交通環(huán)境。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)和模糊控制系統(tǒng)的結(jié)合,Sub-I可以實(shí)現(xiàn)函數(shù)的自動(dòng)化生成和自動(dòng)提取,這不僅極大地增強(qiáng)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)效率,而且還極大地改善了系統(tǒng)的性能,從而改善系統(tǒng)的性能。通過(guò)利用信息處理技術(shù),可以有效地控制和管理各種數(shù)據(jù),從而達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。為此,需要建立一種模糊的數(shù)學(xué)模型,以及一種神經(jīng)系統(tǒng)地模糊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),然后通過(guò)有效的訓(xùn)練來(lái)提升這種模擬的準(zhǔn)確性。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的調(diào)查和分析,可以利用現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù),結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù),構(gòu)建出一個(gè)有效的交通模型。

2.3 智能交通信號(hào)控制實(shí)際方法

通過(guò)利用先進(jìn)的感應(yīng)線圈、視頻、微波以及IoT技術(shù),可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路口和主要交叉點(diǎn)的交通流量,實(shí)時(shí)獲取交通運(yùn)行狀況的信息,并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)擁堵情況,為交通管理提供可靠的數(shù)據(jù)支持。當(dāng)汽車駛?cè)胫付ǖ牡缆?智能控制系統(tǒng)就會(huì)收集相關(guān)的信息,并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)道路的照明狀況進(jìn)行調(diào)節(jié),以確保汽車安全地穿越。若還有其他汽車穿越,則必須持續(xù)維持綠燈,直至綠燈持續(xù)至設(shè)定的最長(zhǎng)時(shí)間。在達(dá)到最低設(shè)置時(shí)間后,應(yīng)該將次路的燈光調(diào)整為綠色,以確保行車安全。如果主路上沒(méi)有車輛,而次路上有車輛,那么應(yīng)該將次路的信號(hào)燈設(shè)置為綠燈,并且在次路上的綠燈持續(xù)亮著,直到主路上的車輛出現(xiàn),才能夠調(diào)整為主路上的綠燈。在規(guī)劃交通流量時(shí),應(yīng)該優(yōu)先考慮主干道,并留出一定的空間來(lái)讓其他道路使用。此外,還需要注意非機(jī)動(dòng)車和行人的流量情況,并合理安排交通流量的最小值和最大值。當(dāng)前,通過(guò)采用綠波帶的線控制技術(shù),我們可以有效地控制車輛的行駛速度,從而使其在第一個(gè)路口遇到綠燈時(shí)能夠及時(shí)調(diào)整速度,從而達(dá)到安全的行駛狀態(tài)。其余路口的信號(hào)燈將會(huì)自動(dòng)變?yōu)榫G燈,而后續(xù)車輛的信號(hào)燈也將與前方車輛的信號(hào)燈保持一致,從而形成一條綠色通道。當(dāng)沒(méi)有交叉路口或信號(hào)燈時(shí),必須仔細(xì)研究周圍的交通環(huán)境,以便找到最佳的控制策略,以確保交通流暢,并有效地提升城市的整體交通水平。

3 大數(shù)據(jù)技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的城市道路智能交通信號(hào)的未來(lái)發(fā)展方向

3.1 集成化

隨著21世紀(jì)的到來(lái),我國(guó)積極投入資源,不斷改進(jìn)和完善城市交通信號(hào)控制系統(tǒng),充分利用信息技術(shù)和先進(jìn)的軟件,根據(jù)我國(guó)城市交通的實(shí)際情況,提出了更加科學(xué)、有效的智能化管理模式[5]。目前,隨著技術(shù)的進(jìn)步,城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)已經(jīng)變得更加完善,它由兩種不同的控制方式組成:一種是被動(dòng)的,另一種是主動(dòng)的。為了有效提升城市交通管理水平,應(yīng)當(dāng)綜合考慮點(diǎn)、線、面的布局,并結(jié)合控制原則,將其按照時(shí)間和空間的順序劃分。此外,通過(guò)引入定時(shí)感知和自我調(diào)節(jié)技術(shù),可以大大提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率和精度。通過(guò)聯(lián)動(dòng)式分析,通過(guò)全面的評(píng)估和分析,來(lái)深入了解所有的信號(hào)系統(tǒng)。該集成交通信號(hào)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)特定的交通情況,如點(diǎn)、線、面或者感應(yīng)的信號(hào),對(duì)道路上的各個(gè)個(gè)體進(jìn)行靈活的監(jiān)測(cè)。此外,該系統(tǒng)將車輛和乘客視為同等重要的角色,并向管理平臺(tái)提供有用的控制參數(shù),使其更好地掌握道路交通的變化情況,并及時(shí)采取措施。通過(guò)對(duì)比分析,可以做出更加明智的決定。隨著技術(shù)的發(fā)展,智能化的城市交通控制系統(tǒng)已經(jīng)具備了完善的功能,不僅可以滿足多樣的交通環(huán)境,而且還能夠根據(jù)不同的交通情況做出靈活的決策和調(diào)整。利用云計(jì)算的強(qiáng)大功能,技術(shù)平臺(tái)可以自動(dòng)收集、處理各種交通流量的數(shù)據(jù),無(wú)需依賴于傳統(tǒng)的樣本收集方式,可以將所有的信息整合到一起,通過(guò)智能控制和深入思考,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。采用這一控制策略,能夠更好地掌握各個(gè)交叉口的車流情況,同時(shí)利用誘導(dǎo)、預(yù)警等技術(shù),收集城市道路的交通數(shù)據(jù),進(jìn)一步提升管理水平。利用系統(tǒng)平臺(tái),可以深入探究擁堵路段的形成機(jī)制,并采取有針對(duì)性的措施,有效地改善交通流量,減少由此帶來(lái)的不必要損失。

3.2 開(kāi)放化

隨著技術(shù)的進(jìn)步,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步交通信號(hào)網(wǎng)絡(luò)正在不斷改進(jìn),以克服傳統(tǒng)封閉系統(tǒng)的局限性,并且積極推動(dòng)開(kāi)放式建設(shè),以提升交通控制系統(tǒng)的效率和可靠性。越來(lái)越多的設(shè)備已經(jīng)支持廠商之間的軟件交流,這不僅極大地提高了標(biāo)準(zhǔn)化工作的效率,還徹底拋棄了過(guò)時(shí)的封閉式系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件的可移植,更重要的是它們采用os-9操作系統(tǒng),極大地改善了界面的美觀性。從而更加有效地滿足用戶的需求。該系統(tǒng)既易于采購(gòu)又兼容性強(qiáng),大大降低了城市智能化道路交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本,同時(shí)也確保了數(shù)據(jù)的安全性。利用兼容的NTC/IP產(chǎn)品,能夠建立起一個(gè)完全開(kāi)放的、可持續(xù)發(fā)展的道路交通系統(tǒng),使得網(wǎng)絡(luò)更為開(kāi)放化。首先,城市交通管理部門不斷加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施的投入,大大增加了通信帶寬,使得通信信號(hào)控制機(jī)能夠被普遍應(yīng)用于各種復(fù)雜的交通環(huán)境,有效地減少了道路交通的維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本。其次,隨著新一輪的城市發(fā)展,政府投入了大量的資源來(lái)改造電力網(wǎng)絡(luò),并且加強(qiáng)了控制系統(tǒng)的建設(shè),使得交通信號(hào)控制機(jī)的連接方式變得更加規(guī)范,并且配置了更多的智能設(shè)備。最后,當(dāng)前的道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)利用實(shí)時(shí)的交通數(shù)據(jù),精確地預(yù)測(cè)和識(shí)別可能的交通事故,并將相關(guān)的指令傳達(dá)給相關(guān)的操作人員,以便更好地提高整體信號(hào)控制的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)升級(jí)。

3.3 協(xié)同化

隨著信息技術(shù)的發(fā)展,信號(hào)控制系統(tǒng)的智能化水平的顯著提升,原有的指揮中心可以更加高效地協(xié)調(diào)作用,收集大量數(shù)據(jù)并進(jìn)行有效的存儲(chǔ)處理,從而有效地消除錯(cuò)誤信息,提高系統(tǒng)的效率和準(zhǔn)確性。并及時(shí)發(fā)出指令,大大縮短傳輸時(shí)間。經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的控制策略,可以迅速而有效地將信息傳達(dá)至每一處,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同交叉口的交通情況的有效監(jiān)測(cè),從而更加精準(zhǔn)地掌握每一處的飽和狀態(tài),從而大大提升了決策的精準(zhǔn)度與靈活性。通過(guò)技術(shù)支持,各部門可以實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)交流與共享,建立一個(gè)高效的數(shù)據(jù)庫(kù),從而更好地管理和控制路網(wǎng)的運(yùn)行。通過(guò)采用可變報(bào)版的方式,管理部門可以更加靈活地展示信息,有效地促進(jìn)各個(gè)部門的協(xié)作與配合,以最短的時(shí)間解決局部擁堵的問(wèn)題。另外,交通管理部門應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)軌道交通的監(jiān)督和管理,確保其安全可靠,盡量減少停車次數(shù),并且在滿足乘客出行需求的前提下,大幅提高軌道交通的運(yùn)行效率。未來(lái)城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)將通過(guò)模擬交通流動(dòng)、機(jī)器自我學(xué)習(xí)和迭代,構(gòu)建更加高效的智能化管理平臺(tái),以提高信號(hào)統(tǒng)籌的精確度。

3.4 特殊化

目前,動(dòng)態(tài)擾動(dòng)城市道路網(wǎng)絡(luò)信號(hào)控制的研究已經(jīng)從傳統(tǒng)的常規(guī)交通和公共交通轉(zhuǎn)向了更加深入的特殊交通流動(dòng)態(tài)擾動(dòng)。這種特殊的交通流動(dòng)態(tài)擾動(dòng)具有較高的可預(yù)測(cè)性,因?yàn)樗鼈兊某鲂蓄l率更高,時(shí)間更長(zhǎng),而且具有更強(qiáng)的優(yōu)先通行權(quán),這使得它們的影響變得更加隨機(jī)和復(fù)雜,從而為進(jìn)一步的研究提供了更多的數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié) 論

綜上所述,采用先進(jìn)的智能交通信號(hào)控制技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)道路交通狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知,從而有效地改善交通管理,提高交通信號(hào)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性;降低停車率,緩解交通擁堵,有效抑制路口交通組織的混亂,從而有效地保障公眾出行安全。為了有效減少交通事故的發(fā)生,應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)道路交通的監(jiān)督,并采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來(lái)改善交通狀況,以保障公眾的安全出行。