基于物聯網的智能交通燈控制系統

李莎

摘 要：智能交通燈控制系統以物聯網的RFID（Radio Frequency Identification）技術為核心。在車輛內安裝體積很小的電子標簽（射頻卡），并在卡內寫入汽車制造商、汽車類型、車主、車牌號等信息，行人的二代身份證已嵌入射頻卡并寫入相關身份信息。在路口分別設置RFID車輛檢測器和RFID行人檢測器，可測得車流量、車速、人流量等交通流信息以適當配置交通燈的響應時間，可識別消防車、急救車、公交車等特殊車輛以控制交通燈的變換使其優先通過，可識別老弱病殘孕等特殊行人以延長人行道綠燈時間使其順利通過。

關鍵詞：物聯網；RFID；特殊車輛；特殊行人；交通燈；車輛檢測

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）29-0076-02

1 概述

隨著我國城鎮化、機動化的持續快速發展，人們生活節奏逐步加快，道路上的車輛快速增長。據新華網報道，截至2014年年底，中國小型載客汽車達1.17億輛，其中私家車達1.05億輛，占90.16%，全國有35個城市的汽車保有量超百萬輛；機動車駕駛人突破3億人，其中汽車駕駛人超過2.46億人。由此產生城市交通堵塞、交通事故頻發、環境污染等問題，甚至影響城市經濟活動。智能交通燈控制系統改變了定周期的信號燈控制，增加系統的靈活性，以適應瞬時變化的交通流量，提高機動車通過率，緩解城市交通壓力，減少交通事故，降低能源消耗。

物聯網是在互聯網、移動通信網等通信網絡的基礎上，針對不同應用領域的需求，利用具有感知、通信與計算能力的智能物體自動獲取物理世界的各種信息，將所有能夠獨立尋址的物理對象互聯起來，實現全面感知、可靠傳輸、智能處理，構建人與物、物與物互聯的智能信息服務系統。基于物聯網的智能交通信號燈的控制，利用無線通訊、紅外感應、定位、激光掃描、射頻識別等信息技術進行車流量檢測、車輛種類監測、行人監測、道路環境監控等，將人、車、道路與交通控制網絡相聯，實時優化信號配時，控制交通燈的變換，即控制各車道的機動車與行人的通行時間，提高交叉口的通行能力。

2 車輛檢測

車輛檢測是指車輛的存在、通過和車輛種類的識別，可用于計算車流量、車速、車道占有率等。

2.1 傳統的車輛檢測

傳統的車輛檢測是采用各種傳感器來實現，可分為三類：磁頻車輛檢測器、波頻車輛檢測器和視頻車輛檢測器。磁頻車輛檢測器包括感應線圈檢測器、磁性檢測器、磁成像檢測器等。目前使用最廣泛的是感應線圈檢測器，基本原理是法拉第電磁感應定律，當有車輛經過感應線圈時，引起磁場變化，從而檢測出車輛。

另外，線圈通過電子元件的高頻勵磁可以分辨車輛底部特殊的金屬元件，實現車輛識別；磁頻車輛檢測器的器件已標準化、計數精確，但由于線圈是裝在路面以下，其安裝、維護需中斷交通，影響路面壽命，且安裝過程對可靠性和穩定性影響很大。波頻車輛檢測器包括超聲波檢測器、微波檢測器和紅外檢測器等：這類檢測器一般安裝在道路上方或側面，可移動，可實現多車道檢測；超聲波檢測器易受氣候環境影響；微波檢測器雖然在惡劣天氣下性能出色但安裝精度要求高，被廣泛用于高速公路監控系統；紅外檢測器可晝夜工作但精度不高、可靠性較差。視頻車輛檢測器，是利用圖像傳感器如CCD攝像機來獲取道路的圖像，通過分析連續圖像的變化，實現車輛檢測包括車流量、平均車速、車輛識別等，其安裝方便、成本低、聯網方便、檢測信息量大，但檢測精度受圖像處理技術的影響。

2.2 基于物聯網的車輛檢測

基于物聯網的車輛檢測，使用射頻識別技術RFID（Radio Frequency Identification）實現車流量監測和車輛識別。RFID是利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信，無需光學可視、無需人工干預即可完成信息輸入與處理。在車輛上安裝射頻卡（Radio Frequency Card），即電子標簽，其芯片體積很小，厚度一般不超過0.35 mm，可印制成標簽貼在汽車發動機上、封裝在汽車鑰匙里或置入汽車牌照。電子標簽內可存儲數兆字符信息，包括車輛制造商、車輛類型、車架號、車牌號、車主姓名、聯系方式等，成為每輛車的身份識別卡。

在道路上方或兩側安裝讀寫器（Reader），對來往車輛進行檢測和識別，實時傳送車流量、車速、車輛種類等信息給交通控制中心，以智能配置交通信號燈的響應時間，提高道路通行能力?？紤]到城市主城區車輛一般限速60 km/h，采用超高頻RFID系統，識別距離1～10 m，數據傳輸速率快，可同時檢測多輛汽車，且不受遮擋物影響，成本較低。對于特殊車輛，如救護車、消防車、公交車等，在距離交叉口30～50 m的位置安裝讀寫器，提前發送識別信號給交通控制中心，以保證這類車輛的行車道為綠燈，實現特殊車輛的優先通過。

3 行人檢測

行人檢測是對路口等待通行的人流量的檢測和對特殊行人的識別。目前的交通系統多以機動車為設計核心，較少考慮行人的需求，尤其是老、弱、病、殘、孕等特殊行人，這類特殊行人的步行速度約為1.0 m/s，遠低于總體行人的平均值1.35 m/s。我們常常會在路口看見這樣的情形：人行燈已經由綠燈變紅燈，但人行橫道上還有位老人沒來得及通過馬路，結果可能造成交通事故、道路擁堵，對機動車司機和行人造成身心傷害和經濟損失等。

鑒于我國的二代身份證正是嵌入了射頻卡的非接觸式IC卡，可采用13.56 MHz的RFID系統實現行人檢測，其識別距離為1～1.5 m。在身份證的IC卡內可存儲姓名、性別、出生年月、身份證號、地址、電話、緊急聯系人、病史等基本信息。在人行道設置讀寫器，自動檢測待通行的行人數量，并識別老弱病殘孕等特殊行人，若人流量達到閾值或識別到特殊行人，交通控制中心智能延長人行道的綠燈時間，確保行人順暢通過。

4 交通燈控制系統

設十字路口東西方向為主干道，南北方向為副干道，在路口設置RFID車輛檢測器和RFID行人檢測器。系統結構框圖，如圖1所示。

主副干道對應的機動車道各設置一組紅黃綠交通信號燈，對應的人行道各設置一組紅黃綠燈。主干道平時一直亮綠燈，表示主車道和主人行道可一直通行。當檢測到副干道有汽車或行人需要通過時，則主干道由5 s黃燈變紅燈禁止通行。此時副干道的綠燈通行時間，由RFID檢測器測出的信號決定：若流量小于于閾值且沒有特殊行人，綠燈時間為15 s；若流量大于閾值且沒有特殊行人，適當增加綠燈時間為25 s；若流量小于閾值但有特殊行人，適當增加綠燈時間為25 s；若流量大于閾值且有特殊行人，適當增加綠燈時間為35 s；若同時檢測到主副干道都有特殊車輛經過，則主副干道同時紅燈閃爍15 s，提醒其它車輛緊急避讓，以便特殊車輛先行通過。交通燈的實際響應時間，應結合實際路口的位置、交通流量、時間段等信息，進行靈活設置。

5 結 語

基于物聯網的智能交通燈控制系統，以RFID技術為核心，在路口進行車輛和行人的檢測：可計算車流量、車速、人流量等交通流信息，以優化配置交通燈的響應時間；可識別消防車、急救車、公交車等特殊車輛，控制交通燈變換使特殊車輛優先通過；可識別老、弱、病、殘、孕等特殊行人，延長人行道綠燈時間，保證特殊行人順暢過馬路。隨著物聯網技術的飛速發展，全面感知的車輛、行人、道路密切配合，促使交通控制系統更加智能化，有利于提高城市交通運輸能力、緩解城市交通擁堵、減少交通事故、降低城市能耗，促進城市經濟發展。

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