實時智能控制系統(tǒng)在交通信號燈中的設計思路與工作過程

趙九九

(長春汽車工業(yè)高等專科學校 電氣工程學院,吉林 長春 130013)

實時智能控制系統(tǒng)在交通信號燈中的設計思路與工作過程

趙九九

(長春汽車工業(yè)高等專科學校 電氣工程學院,吉林 長春 130013)

無論是現有的智能交通控制系統(tǒng)還是現有的單路口信號控制系統(tǒng),都存在兩點不足:一是駕駛者不能實時獲得前方路口交通信號燈的狀態(tài)信息,并利用這些信息輔助駕駛決策;二是一起等紅燈的駕駛者不能提前做好準備適時同時啟動車輛,快速通過路口,有效利用綠燈時間提高通行效率.本文主要針對此不足,設計了實時智能控制系統(tǒng)以減少汽車能源消耗、減少汽車尾氣排放、減少擁堵并節(jié)省駕駛時間.

實時;智能;控制系統(tǒng);交通;設計

1 實時智能控制系統(tǒng)的設計前提

1.1 大氣污染

近年來我國機動車數量急劇增長,機動車尾氣排放加劇了城市空氣污染,給城市和區(qū)域空氣質量帶來了巨大壓力.有研究報告指出:在實際行駛條件下,機動車在冷啟動工況和怠速工況,尾氣排放VOCs和苯系物濃度要遠遠高于正常行駛時的排放濃度,當行駛速度在40~60km/h時,尾氣中VOCs組分和苯系物含量相對較低.在現有路網條件下,提高城市機動車的平均通行速度,可以減少污染物排放,進而減少機動車在重污染時段的污染貢獻率.

1.2 SCATS的不足

它是一種智能交通控制系統(tǒng),由澳大利亞新南威爾士州道路交通局(RTA)研究開發(fā),是目前世界上少有的幾個先進的城市信號交通控制系統(tǒng)之一.據澳大利亞最新研究結果表明,使用SCATS系統(tǒng)能夠減少交通停頓40%,節(jié)省旅行時間20%,降低汽油消耗12%.

但是,SCATS也有不足,例如未使用交通模型,本質上是一種實時方案選擇系統(tǒng),因而限制了配時方案的優(yōu)化過程,靈活度不夠.檢測器安裝在停車線附近,難以監(jiān)測車隊的行進,因而優(yōu)選可靠性較差.

2 實時智能控制系統(tǒng)的設計思路

采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法,機動車可以節(jié)省燃油5%,提高通行效率10%,減少污染物排放15%;行駛方向相同的車輛一同等紅燈時,智能車載終端系統(tǒng)提醒所有駕駛者適時同時啟動車輛,減少了車輛在路口的等待時間,提高了整個城市路網的通行效率,提高了城市機動車的平均通行速度,當平均通行速度達到40~60km/h時,大大減少了污染物排放.采用本發(fā)明裝置的車輛,將本車行駛方向的交通信號燈的狀態(tài)顯示在屏幕上,以數字、圖形或者聲音的方式提醒駕駛者提前預知前方路口交通信號燈的狀態(tài),輔助駕駛者進行駕駛決策:是以較快的速度通過前方路口,還是勻速行駛到路口后等紅燈,總之可以從容駕駛,避免急剎車.紅綠色盲患者也可以考駕照并從容駕駛車輛了,因為本發(fā)明裝置可以采用文字、圖形或者聲音的方式提醒駕駛者提前預知前方路口交通信號燈的狀態(tài),只需要駕駛者聽力正常或者能正常識別"紅、綠、黃"三個文字即可.駕駛者在等紅燈時可以自由的休息,因為本發(fā)明所述的智能車載終端系統(tǒng)會提醒駕駛者何時啟動車輛,特別是出租車司機不用通過觀察其他方向的綠燈閃動情況預測自己何時啟動車輛才能最大化自己的盈利時間.目前在一些重要的路口安裝紅綠燈倒計時牌受到司機和行人的歡迎,但是投資巨大,管理困難,采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法,可以代替紅綠燈倒計時牌,將節(jié)約很多城市的交通信號燈系統(tǒng)的投資.采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法,可以在某些路口設置"虛擬紅綠燈";對于較近的小于50m的兩個路口使用"路口融合技術"可以提高路口的通行效率;對于符合要求的3~5個連續(xù)路口使用"綠燈接力技術"可以提高路口的通行效率;所述的"系統(tǒng)服務器"可以精確評估每一個路口的"擁堵情況",可以輔助駕駛者進行路線選擇;"系統(tǒng)服務器"能夠綜合考慮下一個路口的通行能力來確定前一個路口的通車數量,并對一個區(qū)域的交通進行優(yōu)化."系統(tǒng)服務器"可以智能地解決擁堵.公共汽車采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法,行人可以預先了解距離本站最近的公共汽車的位置和公共汽車到站的預估時間;一個城市的交通管理者能夠精確了解行人的需求,通過組建"機動公交車隊"并臨時確定路線和站點來滿足行人的需求.采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法,某個路口的交通信號燈壞了,車輛仍可以在智能車載終端系統(tǒng)的指揮下正常通行;智能車載終端系統(tǒng)具有信息反饋功能,某個路口的交通信號燈壞了,路燈管理部門可以立即確定故障路口位置并及時修復;智能車載終端系統(tǒng)可以感知駕駛者的疲勞駕駛或者精力不集中狀態(tài),并將相關信息發(fā)送給系統(tǒng)服務器,系統(tǒng)服務器會實時通知附近的交警處理或者通知交通管理者;一輛機動車確定目的地并進入路網后,智能交通系統(tǒng)將對行駛路線和行駛速度等提供輔助駕駛決策;采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法建立起來的智能交通系統(tǒng),將極大地促進汽車無人駕駛技術的發(fā)展和應用;采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法建立起來的智能交通系統(tǒng),駕駛者到目的地后,智能手機將接受一條信息,該信息記錄了上路網時間、下路網時間和經過了哪些路口的信息;駕駛者的智能手機內存儲了整個城市的全部路口的交通信號燈的"時間設定信息",當出現極限情況時,駕駛者的智能手機將運用手機內的預定的時間基準,自動運行整個城市的紅綠燈,以確保城市交通不癱瘓;交通指揮中心能夠根據需要精確指揮到所需要的任一個手機客戶端;采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法建立起來的智能交通系統(tǒng),能夠精確識別是駕駛者還是乘客在使用手機客戶端軟件.即一部轎車內有4個人同時使用手機客戶端軟件時,智能交通系統(tǒng)能夠識別出是一輛車而不是4輛車.

3 實時智能控制系統(tǒng)的構成與工作過程

3.1 實時智能控制系統(tǒng)的構成

實時智能交通系統(tǒng)由三部分組成:智能交通信號燈系統(tǒng)1,智能車載終端系統(tǒng)2,中央控制系統(tǒng)服務器3.三部分的邏輯關系如圖1所示.

圖1

智能交通信號燈系統(tǒng)1安裝于每個路口,只需要在現有交通信號機的基礎上增加無線發(fā)射和接收模塊.智能車載終端系統(tǒng)2最方便的的實現方式即為駕駛者使用的智能手機,并在智能手機中安裝相應的功能軟件.中央控制系統(tǒng)服務器3作為中央控制樞紐,其中模擬運行著一個城市的所有路口的紅綠燈,可以控制任意一個路口的紅綠燈狀態(tài),可以隨時改變紅燈和綠燈的顯示時間.

3.2 實時智能控制系統(tǒng)的工作過程

駕駛者開車時打開自己的智能手機并運行相應的應用軟件,該應用軟件將運用定位導航模塊定位,確定第一個位置,車行駛極小的一段距離后,該應用軟件將再次運用定位導航模塊進行定位,確定第二個位置,有了兩個位置就確定了行駛方向,使用電子地圖,確定前方路口的編碼(A1)和對應的紅綠燈組的編碼(A1-1);應用軟件使用智能手機向"中央控制系統(tǒng)服務器3"發(fā)送一條短信,索取A1路口的交通信號燈的"時間設定信息和當前的狀態(tài)信息",對接收到的信息進行解碼,根據檢索到的"所行駛道路在前方路口處對應的紅綠燈組的編碼(A1-1)",運行紅綠燈子程序將"所行駛道路在前方路口處對應的紅綠燈組"的狀態(tài)顯示在屏幕上,以數字、圖形或者聲音的方式提醒駕駛者提前預知前方路口交通信號燈的狀態(tài),輔助駕駛者進行駕駛決策;當本車駛過一個路口時向"中央控制系統(tǒng)服務器3"發(fā)送一條短信,報告已經離開了A1路口,并索取下一個路口(A2)的交通信號燈的"時間設定信息和當前的狀態(tài)信息",每一個路口都這樣操作,就實現了車內紅綠燈的功能;在"中央控制系統(tǒng)服務器3"端,系統(tǒng)服務器將每一個路口都當做一個節(jié)點來管理,任意時刻系統(tǒng)服務器都非常清楚有多少車輛向該節(jié)點駛來,他們的行駛方向也是可清楚了解.

[1]朱向陽.實用數字電子技術項目教程[M] .北京:科學出版社,2009(第二版).

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1671-0711(2017)11(上)-0116-02