城市智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)

趙亭亭

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

城市智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)

趙亭亭

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重的交通狀況。隨著道路的不斷修建、城市道路的不斷鋪設(shè)，再加上不斷發(fā)展的路網(wǎng)，這些問(wèn)題都促進(jìn)了交通空間逐漸擴(kuò)大。城市交通發(fā)展是一個(gè)城市發(fā)展的標(biāo)志，對(duì)社會(huì)的發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用，也加快了交通設(shè)備的完善以及交通工具的提高。然而隨著近些年汽車(chē)數(shù)量的不斷增多，道路的擁堵加重了日常的交通問(wèn)題，也給人們的出行帶來(lái)了很大的不便。交通擁擠會(huì)耽誤人們的生活安排，并且汽車(chē)尾氣的排放也會(huì)加重環(huán)境的污染。本文針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象設(shè)計(jì)了城市智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)。

城市智能交通 信號(hào)控制系統(tǒng) 交通擁擠

1 研究背景

交通對(duì)于一個(gè)城市而言具有重大的意義，控制著整個(gè)城市的命脈，扮演的角色是城市的骨架，城市交通帶給了人們的生活的很大的便捷，但是同時(shí)也造成了很大的負(fù)面作用。現(xiàn)今，不管是在哪個(gè)城市，哪個(gè)國(guó)家，交通堵塞問(wèn)題始終都存在，所以從而形成了一些問(wèn)題，比如環(huán)境污染、交通堵塞、交通事故發(fā)生率逐年增高等，這對(duì)于國(guó)家以及人們的生活帶來(lái)很大的困擾。我國(guó)的交通問(wèn)題十分嚴(yán)重，給人們的生活、生命、財(cái)產(chǎn)問(wèn)題都產(chǎn)生了很大的影響。根據(jù)相關(guān)的報(bào)告顯示，2009年我國(guó)交通事故一共有107194起，死亡數(shù)目達(dá)到了29866，受傷數(shù)目達(dá)到了128336，而造成財(cái)產(chǎn)損失的有4.3億元。

其中城市道路中污染最嚴(yán)重的來(lái)源是機(jī)動(dòng)車(chē)，從2008年開(kāi)始，汽車(chē)的數(shù)量就達(dá)到了6400萬(wàn)以上，而機(jī)動(dòng)車(chē)造成的環(huán)境污染是最為嚴(yán)重的，并且機(jī)動(dòng)車(chē)引起了很大的關(guān)注度。機(jī)動(dòng)車(chē)所排放的尾氣會(huì)給公路地面造成臭氧現(xiàn)象，從而會(huì)引起光化學(xué)污染，這種污染會(huì)對(duì)于人們的健康造成很大的傷害，即使這種傷害是潛在的。城市交通擁堵問(wèn)題需要得到解決就需要從兩個(gè)途徑入手。首先是增多路橋的修建從而改善城市路網(wǎng)的交通狀況，但是選擇這種途徑的前提是要投入更多的資金，而且這也是一筆很大的數(shù)目，道路工程的修建的資金成本一般是幾個(gè)億至幾十個(gè)億的范圍以?xún)?nèi)。同時(shí)，因?yàn)榻煌ǖ缆返拇罅啃藿?，使得土地資源逐漸的減少，從某種程度上講，大大地加深了環(huán)境的嚴(yán)重性。其次是加大交通管理的力度，采用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)計(jì)交通信號(hào)控制系統(tǒng)，并且根據(jù)目前交通設(shè)施的情況，進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)所投入的資金成本比較少。近些年來(lái)我國(guó)道路面積正以快速的速度增長(zhǎng)，即使這樣，車(chē)輛的數(shù)量仍然以快速的速度不斷增多。

2 XATM智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)的功能

根據(jù)目前中國(guó)的國(guó)情來(lái)看，城市道路交通涉及的方面有很多種，比如自行車(chē)流、人流、機(jī)動(dòng)車(chē)流等。然而在很多的信號(hào)系統(tǒng)中考慮的主要是兩相位，本文設(shè)計(jì)的XAIM智能交通信號(hào)系統(tǒng)針對(duì)這方面進(jìn)行了改善。按照路口的不同，從而進(jìn)行相位數(shù)目的隨機(jī)配置，大大解決了自行車(chē)流以及機(jī)動(dòng)車(chē)堵塞的情況，對(duì)此進(jìn)行應(yīng)急板的設(shè)計(jì)，而且在運(yùn)行方面的可靠性得到了很大的增強(qiáng)，維護(hù)方便，并且設(shè)計(jì)思想采用了模塊化。本文應(yīng)用了有纜聯(lián)動(dòng)相關(guān)技術(shù)，通過(guò)綠波帶進(jìn)行控制，同時(shí)遠(yuǎn)距離通信采用的是MODEM實(shí)現(xiàn)的，在一定程度上奠定了城市交通控制基礎(chǔ)。

ATM智能交通控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是單點(diǎn)控制，而且分時(shí)段和線控功能等。

2.1 定周期控制

當(dāng)控制方式選擇的是定周期下，信號(hào)燈會(huì)根據(jù)設(shè)定的規(guī)律完成變化。

2.2 多時(shí)段控制

當(dāng)控制方式是多時(shí)段下，用戶(hù)能夠把時(shí)間進(jìn)行分割，一天的時(shí)段分割成10個(gè)，同時(shí)針對(duì)所有的時(shí)段都會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)應(yīng)的方案，當(dāng)時(shí)間段不同信號(hào)機(jī)選擇的方案也會(huì)不同。用戶(hù)需要在多時(shí)段控制方式下需要合理地進(jìn)行方案的選擇，并且方案與時(shí)間段需要一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)其中的一個(gè)時(shí)刻過(guò)去后，如果用戶(hù)沒(méi)有進(jìn)行確定方案的設(shè)定，那么信號(hào)機(jī)就會(huì)選擇該時(shí)刻前的方案進(jìn)行設(shè)置。

2.3 交通感應(yīng)控制

在所有的交叉路口中并沒(méi)有設(shè)定特定的方案，交通的流量數(shù)據(jù)的檢測(cè)是通過(guò)車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。信號(hào)機(jī)的總體框架圖如圖1所示。

圖1 信號(hào)機(jī)總體框架圖

3 信號(hào)機(jī)的通訊接口電路

要達(dá)到區(qū)域控制的需求，所選擇的信號(hào)機(jī)需要具備遠(yuǎn)程通信能力。當(dāng)信號(hào)機(jī)和控制中心之間的距離很大的時(shí)候，選擇串行口RxD、TxD或者是即使選擇加線驅(qū)動(dòng)器都是不能夠達(dá)到目的的，這時(shí)就需要選擇專(zhuān)線的簡(jiǎn)單方式。這種方式的通信數(shù)據(jù)量比較小而且次數(shù)也不是很多。RS-232C的引腳定義描述如表1所示。

表1 RS-232C引腳定義描述

4 應(yīng)急電路

如果信號(hào)機(jī)以及后級(jí)電路出現(xiàn)了異常的情況時(shí)，就應(yīng)該進(jìn)行應(yīng)急處理電路，按照特定的情況從而選擇對(duì)應(yīng)的措施，進(jìn)而確保交通安全。

在日常的生活中會(huì)經(jīng)常遇到一些異常的情況，總結(jié)如下：

①綠不一致；

②綠沖突；

③維護(hù)系統(tǒng)；

④主控板產(chǎn)生故障.

而應(yīng)急電路中的保護(hù)措施具體總結(jié)如下：

①閃光控制電路；②保安控制電路；③綠偏號(hào)燈。

4.1 綠切電路

在信號(hào)機(jī)的燈色輸出通道里面包含的綠燈通道一共有12個(gè)，而且綠切繼電器會(huì)和相應(yīng)的輸出端相互連接。繼電器的常閉觸點(diǎn)會(huì)連接著信號(hào)燈，當(dāng)通電以后，OC端的電平是高電平。

當(dāng)電器線圈的電源關(guān)閉的時(shí)候，綠燈就會(huì)正常實(shí)現(xiàn)照亮。當(dāng)出現(xiàn)了綠沖突的時(shí)候OC端就會(huì)切換成低電平，其中的7406輸出端的電平是高電平，將綠切繼電器線圈接上電，切斷繼電器的常閉觸點(diǎn)，同時(shí)閉合常開(kāi)觸點(diǎn)，切斷綠燈，從而避免沖突的方向中產(chǎn)生綠燈。綠切電路如圖2所示。

圖2 綠切電路

5 通訊程序

為了便于用戶(hù)，滿(mǎn)足用戶(hù)不同方面的需求，XATM智能信號(hào)機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的通訊，通過(guò)RS232口從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與信號(hào)機(jī)之間的通訊，也能夠運(yùn)用調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)，將信號(hào)機(jī)放置到路口從而對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行直接控制，將路口的車(chē)流量信息采集，采集的信息是由控制中心的計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的。主程序如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

結(jié)語(yǔ)：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及社會(huì)生活質(zhì)量的逐漸改善，人們的生活離不開(kāi)交通活動(dòng)。從近些年的發(fā)展?fàn)顩r可以看到，汽車(chē)工業(yè)以及逐步走向了交通發(fā)展的道路。本文主要介紹了城市智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)，并且程序設(shè)計(jì)部分給出了具體的流程圖的設(shè)計(jì)。

[1]M.A.S. Kamal,J. Imura,A. Ohata,T. Hayakawa,K. Aihara. Control of Traffic Signals in a Model Predictive Control Framework[J]. IFAC Proceedings Volumes,2012,4524

[2]Hikaru Shimizu,Masa-aki Kobayashi,Haruko Fujii,Hiroshi Ishikawa. CONTROL OF TRAFFIC FLOW DYNAMICS IN URBAN ROAD NETWORKS[J]. IFAC Proceedings Volumes,2006,3912

[3]M.A.S. Kamal,J. Imura,T. Hayakawa,A. Ohata,K. Aihara. Traffic Signal Control in an MPC Framework Using Mixed Integer Programming[J]. IFAC Proceedings Volumes,2013,4621

[4]畢海濱, 劉玉德, 林建龍,等. 交通信號(hào)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展對(duì)策[J]. 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào), 2008, 26(1):29-32