基于紅外傳感器感應下的動態綠波預警設計

王厚沂 鞏舜妹

摘 ? 要：傳統干線綠波設計方式是以在地下埋設線圈的方法來感應車流，其成本昂貴且不便于檢修;而且傳統干線綠波設計方案是以車流平均速度作為設計的輸入參數，無法考慮到車流在路段上速度波動性的問題。為了解決該問題，提出一種通過在路面上架設多組紅外對射光電傳感器的方法來感應車流，并通過建立數學模型，將所得數據結合信號燈誘導裝置，對綠燈時間進行動態控制，其優化效果顯著。

關鍵詞：光電傳感器 ?信號誘導 ?綠燈預報 ?動態控制

中圖分類號：TP21 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）07（c）-0088-02

隨著社會經濟的不斷發展，國內的私家車數量的增加呈指數式增加，人民出行次數日益頻繁，這使得城市道路交通的需求量在不斷上升。基于這一現狀，國內外學者提出了一種綠波帶設計。為了尋求一個綠波帶寬最大值，國外學者 Little等利用了混合整數線性規劃的手段，通過調整相位差來尋求最大的綠波帶寬;而盧順達等基于圖解法，在設計雙向綠波的同時，調整綠波帶寬瓶頸的交叉口的相位、相序即相位及相位差來提高綠波帶寬的利用率。隨著時代的發展，進入智能交通時代的現在，基于智能算法的普及，交通信號協調控制方面也采用了模糊控制算法、神經網絡算法等。

上述辦法都相當大程度上增大了綠波帶的寬度，緩解了交通堵塞的壓力，然而卻忽視了問題根源所在，這些辦法不能動態調整綠燈時間，從而使綠波帶寬利用效率最大。本文基于交通流的速度特性與交通組成原理，以全新的綠波帶設計來研究綠燈時間與綠波帶寬的動態優化控制方法。

1 ?優化控制原理

基于傳統綠波帶傳感器設計方案是采用埋于地下的線圈來感應車流，而這種方法相對來說造價較大且不易于維護。故設計一種在地面上架設對射式紅外線傳感器來感應車流的方法，并在距下一個路口單位距離處架設LED燈信號燈牌，由傳感器測得數據，并通過計算機系統處理得到車流運行的“速度趨勢”，算得車流以該趨勢從指定位置到下一個路口所需時間，并將此時間預告到LED燈牌上，作為下一路口綠燈開始的倒計時，這使在誘導車流進行小幅度調整行駛速度的同時，又能以最契合的時間點進入綠燈時間。

在車流最后一輛車通過交叉口處設立的對射式紅外線傳感器時，綠燈時間結束。這樣一來就起了動態控制的作用了。

2 ?對射式紅外線傳感器架設方案

現假設車流從交叉口i下行到交叉口j，將從交叉口i到交叉口j之間路段等劃分成有限段。在這為了便于分析，假設將其分成n段，分別命名為S1，S2，S3…Sn。現在在每段的起，中，終點處分別架設一組對射式紅外線傳感器，即劃分n段需要架設2n+1組對射式紅外線傳感器。

3 ?信號產生、接受、處理系統模型

信號產生，接受，處理系統主要由紅外線對射電路模塊、無線信息接發模塊與計算機處理系統三個部分組成。其中細分可以分為紅外對射電路、放大整形電路、編碼處理模塊、無線信息發射模塊、無線信息接收模塊、解碼編譯模塊，計算機智能處理模塊。

紅外對射模塊的發射端與接收端分別假設在道路的兩側，當道路上沒有車輛行駛，即紅外線發射端與接收端中間沒有遮擋物時，接收端會接收到一個正常的電信號;當有車輛行駛時，信號被擋住，這時紅外對射接收端就無法接收到正常電信號，這時就會產生一個定向信號，通過放大整形電路放大，編碼電路進行處理，再由無線信號發射端將信號發射出去，在接收端處接收后，解碼編譯模塊對其解碼編譯，向計算機系統傳送一個信號。計算機接收到信號后自動啟動計時，并對每相鄰兩組紅外對射系統傳來信號的時間差進行記錄，并導入計算模型。

4 ?LED信號燈牌誘導裝置

信號燈誘導裝置在所提出的方案中是最重要的一環，其中該LED信號燈牌安置在兩交叉口之間路段被劃分后的第n段的中點。它的作用是將由計算機系統處理得來的車流在指定位置到下一路口所需的時間，以視覺效果呈現給正在運行的車流，告知車流綠燈開始倒計時。這樣就起了一個預警作用，從駕駛員的心理特性上來看，這種預警誘導機制能很大程度上減緩駕駛員在鄰近路口時，為了能夠順利通行而產生的急切心理。同時由于該時間是通過車流運行速度趨勢所得，所以在車流接收到此預報誘導信息時，可以在非常小的范圍內調整自身車速，以最契合的時間點進入綠燈時間，而不需要為了趕上綠燈時間大幅度調整車速。這樣就可以在保證車流的穩定性與通過路口的順暢性的同時能非常契合地進入綠燈時間，大大提高了綠燈時間的利用率，并起到一個對綠燈時間動態調整的作用。

對于燈牌的設計，滿足以下幾點：燈牌采用立柱式支撐方式立于路旁，為考慮駕駛員的視覺特性，燈牌應面對行駛方向順時針偏轉30度，高度在2000～2500mm。燈牌采用跨立式支撐方式時，架設高度應滿足道路凈空高度要求，一般大于5500mm。燈牌框架及非顯示部分涂裝應采用吸光涂色，防止炫目。

5 ?結語

干線綠波設計是城市干線信號控制的主要手段之一，鑒于傳統綠波設計方案造價昂貴，不易維護，且不能有效考慮到車流在道路不同路段會因為交通狀況與交通組成的不同而導致行駛速度產生波動的因素。本文提出了利用光電傳感器與信號燈誘導裝置相結合的優化控制方法。該方法：

（1）通過在路面架設光電傳感器，設計原理簡單，造價低廉且便于維護;

（2）通過優化控制系統會得到一個“綠燈預告時間”，并結合LED信號燈牌，組成一個提前預警系統。通過這種設計可以達到一種“綠燈時間可調控”的動態效果。

參考文獻

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