基于車流量檢測的多相位智能交通燈控制系統

張學成 錢力強 王 曉 錢志誠 劉和劍

（蘇州大學應用技術學院，江蘇 蘇州 215007）

0 引言

隨著我國經濟的高速發展，消費水平在不斷的提升，在道路上行駛的車輛也在不斷的增多，這給城市道路帶來了巨大的壓力。迅速提高十字路口的通行率，減少或增加紅綠燈的時間，是解決這一問題的有效途徑。目前，我國傳統的交通信號控制采用定時控制方案，但這樣的控制已逐漸不能適應日益繁華的交通，為此研制一套根據車流量變化控制的智能交通系統，通過使用壓力傳感器檢測車流量，實現了十字路口交通燈的智能控制，此外系統還針對不同的季節和多相位擁堵的情況都會自適應的控制紅綠燈時間。

1 系統結構

系統主控制器選用三菱FX系列PLC，車流量檢測反饋裝置采用壓力傳感器，系統由PLC控制器、信號輸入裝置、信號檢測反饋裝置、紅綠燈顯示模塊、倒計時顯示模塊等組成。系統結構圖如圖1所示：

圖1 系統結構圖

系統主控制器PLC：采用可編程的存儲器，在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算操作指令，并能通過數字量或模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。

檢測反饋裝置壓力傳感器：由于車輛的擠壓，使壓力傳感器的應變片發生形變，產生信號并反饋給控制器。具有較好的穩定性和抗干擾能力。

信號輸入裝置/倒計時顯示模塊：控制系統的開始與結束并實時接收反饋裝置的反饋信號；倒計時模塊是直觀的反映道路上紅綠燈倒計時的顯示。

紅綠燈顯示模塊：將輸出信號，通過紅綠燈模塊顯示。

2 多相位智能交通燈工作原理

2.1 十字路口的布局

圖2 十字路口布局圖

如圖2所示布局采用4相位方式通行，第一相位是東西方向直行通行，第二相位是東西方向左轉通行，第三相位是南北方向直行同行，第四相位是南北方向左轉通行。布局的每個路口均設兩個傳感器近傳感器和遠傳感器用于檢測各相位車流量的數值，系統傳感器的檢測采用閉環控制，（如圖3所示）采用閉環控制可以提高系統的控制精度和抗干擾能力。

圖3 多相位智能閉環控制系統框圖

2.2 智能交通燈程序設計

以往十字路口的交通燈，采用的控制方式是定時控制。但是隨著車流量的增多，控制信號往往與實際交通的流量不適應，無法實現實時控制。例如：紅燈的時間為45S，綠燈的時間為40S，黃燈時間為5S，首先是東西方向紅燈亮45S，同時南北方向綠燈亮38S，38S后，南北方向綠燈閃亮2S熄滅，南北方向黃燈閃爍5S后熄滅，南北方向紅燈亮起，同時東西方向紅燈熄滅，綠燈亮，以此為半周期反復交替運行，往往存在著車多的路口綠燈通行時間短，無車或少車的路口卻亮著綠燈，對交通信號燈的系統不好人為控制。針對這一現象提出了自適應控制方案，根據安裝在十字路口的壓力傳感器，檢測車流量的變化量，從而改變交通燈通行和等待的時間。例如：在正常運行過程中，某一路段車流量突然增多或車流量較少，遠側傳感器或近側傳感器將檢測到信號反饋給PLC，通過運算得出最合適的通行時間，調整交通燈運行時間。

圖4 多相位智能控制系統流程圖

實際控制系統流程圖如圖4所示，系統每進行一環節均需要數據的采集與分析，并對實時數據進行調整。

2.3 多相位智能交通燈創新方案

2.3.1 時節控制法時節控制法即根據不同的時間和季節來相對應的調整紅綠燈運行規律。當在炎熱的7、8月份時，中午行人的出行率降低，導致人行橫道的使用率也跟著降低，然而人行橫道上紅綠燈的通行時間依舊如此，使車輛在烈日下花費大把的時間用在等人行橫道上，不僅使司機受著烈日的煎熬，而且增加了汽車尾氣中二氧化碳的排放，污染城市交通。

若采用時節控制法，系統將根據溫度傳感器反饋的數據，進行通行時間的調整。如：當氣溫在35°或0°及以下時，系統自動將通行時間縮短10S。在0點到4點間，系統將自動進入夜間模式，即各路段的紅燈通行時間都控制在25S。

2.3.2 多相位擁擠控制法

多相位擁擠控制法，即早上、晚上的通行高峰期時，各相位遠側壓力傳感器都檢測到車輛時，系統將自動縮減各相位的通行時間，同時增多車輛通行的次數，快速疏散各相位的車流量，緩解晚高峰時通行的壓力。當晚高峰時，各個相位都檢測出車輛擁堵的狀況，系統將縮短十字路口各相位紅綠燈通行的時間5S。當各相位遠側傳感器檢測不到信號時，說明晚高峰結束，系統將復位到晚高峰前的狀態運行。

2.3.3 人性化控制法

人性化控制法，即當遇到臺風、暴雪、大雨等天氣時，通過交通指揮中心，可切換到為人控制模式，來控制十字路口紅綠燈的交通，確保交通路面的安全。可通過輸入裝置改變某一路段的通行時間，保證路上行人的安全。如：大雨天時，某一隧道發生水淹，可通過遠程控制將到達這一路段的所有交通燈，都變為黃燈閃爍，以等待交通員到達現場指揮。

3 結束語

以車流量檢測的多相位智能交通控制系統，是對十字路口紅綠燈進行實時控制，減少十字路口車輛的滯留，提高道路的通率，緩解交通的擁擠，減少車輛在等待中尾氣的排放，且系統設計簡單，實用性強，操作簡單，給我們帶來的社會、經濟價值之大已經毋庸置疑。它是將先進的數字化技術、數據通信傳輸技術、電子傳感技術、控制技術及計算機技術等有效集成運用于整個地面交通管理系統而建立的一種在大范圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統。智能交通系統可以有效地利用現有交通設施、減少交通負荷和環境染、保證交通安全、提高運輸效率。在該系統中，車輛靠自己的智能在道路上自由駛，公路靠自身的智能將交通流量調整至最佳態。

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