交叉口緊急車輛優先通行控制研究

周淑燕+卞井井+逯兆友+弓棣+閆啟龍+巴興強

【摘 要】針對交叉口緊急車輛通行不暢影響緊急事件的處理效率問題，本文提出了緊急車輛通過交叉口時信號燈的及時轉變控制系統的設計方案，在研究信號控制系統的基礎上，對信號控制系統的工作原理、組成結構及影響因素等進行了統計與分析，并且制作了實驗模型。通過實驗表明，提高了緊急車輛的通過效率、節省延誤時間和減少交叉口交通事故發生率，體現了控制系統的優先功能。

【關鍵詞】交叉口；緊急車輛；優先通行；系統設計

[Abstract] In this paper， the design scheme of the timely change control system of emergency vehicles through the intersection of emergency vehicles is presented.

[Key words] intersection；emergency vehicle； priority； system design

我國交通運輸行業發展愈加迅猛，為我國帶來經濟文化發展的同時，交通擁擠和交通事故的發生也隨之而來，道路交通作為現代生活中生命線的一部分，對公共緊急車輛如救護車、消防車等的快速、高效、安全通過起到至關重要的作用。經過調查與分析，我們開展“交叉口緊急車輛優先通行控制系統設計”的研究。

1 國內外研究現狀

為保證由于多種情況而行駛的緊急車輛能夠在短時間內到達目的地并完成各種應急任務，目前，國內一些科研機構研發了智能車路協同系統（CVIS）。實驗結果表明，相比于現有的緊急車輛通過交叉口的通行情況，采用改進后的交通控制系統方法，緊急車輛在通過交叉口的平均緊急車輛速度有所提高，但是存在局限性，不能夠及時的解決緊急情況。國外如美國、英國、法國、日本等國家都有適應自已國家交通運行的緊急車輛的通行辦法。其中，最典型的是美國對于緊急車輛通過交叉口的處理辦法。Homas提出了一個基于車道的網絡流模型，選擇車輛在各種復雜的行駛路線中進行緊急通行的方法。該模型認為路況的交叉口是導致交通擁堵的重要原因。因此，我們提出了對現有的交通控制系統進行優化的方案，通過控制或改變交叉口車道的通行狀態，減少車輛在交叉口等待通過的時間，保障交叉口緊急車輛交通更加快速安全有效。

2 緊急車輛優先通行控制

2.1 通行控制目標

通過前期調查統計和規劃，利用單片機設計信號控制系統，實現交叉口緊急車輛優先通行的信號控制系統優化；對信號交叉口的通行能力進行分析，實現緊急車輛無障礙通行；控制后臺服務器，實現信號燈的緊急轉變。

2.2 系統工作原理

運用arduino控制信號燈，與手機app實現實時通信。由中央控制系統將道路攝像頭與高德地圖等反饋回來路況信息進行整合處理，并進行分析判斷得出需要進行臨時改變的交叉口信號燈，將信息呈現給緊急車輛司機，再由司機根據實際情況具體分析判斷是否需要臨時改變信號燈信號，在緊急車輛通過被改變的信號燈后，信號燈自動實現復位，恢復原有周期。以此達到優化控制信號系統措施的目的，完成緊急控制系統啟動后與正常系統之間聯動與協調。

2.3 實施方案

在交叉口信號控制系統中，由監測交叉口信號狀態和信息的信號控制系統以及與車載系統進行信息交互構成，控制系統軟件安裝在后臺檢測服務器內，在緊急車輛中安裝其接收器，顯示交通信號狀態和信息兩部分構成。后臺服務器控制程序，對交通信號控制系統優化實現初步改造，實現緊急車輛無障礙通行。采集交通交叉口的車流流量信息，推算其通行能力，觀察周圍是否有障礙物，規劃緊急車輛的最優通行方案。擁有此能力的緊急車輛在通過交叉口時，減少駕駛員對車輛的反應時間及操作難度；實現緊急車輛在交叉口的快速響應，有效降低了緊急車輛在通過交叉口時的能量消耗，并有利于提升交叉口的通行效率及駕駛安全性。

3 系統設計

3.1 模型建立與仿真

基于現有情況，本設計模型的控制系統采用arduino芯片，搭建藍牙4.0模塊與手機app通信，制作簡易模型來進行模擬。對于十字交叉口緊急車輛通過實際情況進行仿真操作，選擇路段連接器、標準選擇、平面交叉口機動車道道路路網；東西方向、南北方向：直行車道、右轉車道、左轉車道，將各進口方向流量輸入，設置信號控制，采用單點固定信號控制，周期為自擬，黃燈時間為3s四相位，相位設置記錄下來。將信號燈組設置到相應道路進口處，仿真顯示各方向信號燈狀態，記錄信號相位和個方向信號燈顯示。進行連續仿真、觀察并保存2D和3D仿真過程。

3.2 問題和不足

基于全國交通信號燈設備現狀，從經濟性角度考慮，普及該系統還有一定的困難；安裝后的實際運行情況有待進一步觀察；在道德層面上，或許會存在著濫用職權等問題；可靠性有待進一步檢驗；信號干擾問題需要解決，系統要進行加密。

4 結語

本研究對現有的交叉口交通系統紅綠燈的開閉時間進行了優化，當緊急車輛通過交叉口時，通過系統軟件進行信號控制，使緊急車輛優先通行。經過仿真試驗結果的表明，該控制系統可以使緊急車輛在交叉口優先通行，提高了緊急車輛的通過效率、節省延誤時間和減少交叉口交通事故發生率，體現了控制系統的優先功能。endprint