研究時效性信號燈應(yīng)對氣象變化

劉雨豪 何智超 鐘昌航

【摘? 要】時效性新型信號燈是在我們當(dāng)前所使用的傳統(tǒng)交通信號燈的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際交通所出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)出的新型時效性信號燈，可以用于提高道路交通通行能力和道路空間利用率，改善并解決道路交通擁堵和因天氣變化所導(dǎo)致的會威脅到公民人身安全等問題。

【關(guān)鍵詞】新型信號燈;氣象變化;交通安全

引言

信號燈根據(jù)氣象變化而變化。

如今，人們的生活條件越來越富裕，相當(dāng)一部分人已經(jīng)奔小康，私家車出行的現(xiàn)象更為普遍。對于擁有近14億人口的中國來說，私家車日益增多無疑給我們的道路增加了更多的交通負(fù)擔(dān)，交通問題層出不窮。道路交通與人們的生活息息相關(guān)，對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有著特殊的意義。事物的外觀總是相對的。暢通的交通給人們的日常生活帶來了便利。相反，堵車不僅會增加人們煩躁的生活體驗(yàn)和交通事故，還會威脅到人們的生命安全。

為了減少交通事故，保障人們的安全出行，減少人員傷亡，提高道路的服務(wù)水平，為人們提供良好的出行體驗(yàn)，新型時效性信號燈的應(yīng)用能夠起到關(guān)鍵作用，新型時效性信號燈能夠根據(jù)氣象的變化而變化，其控制交通的作用不會受到氣象的影響，不管在什么樣的天氣狀況下都能夠正常的運(yùn)行，發(fā)揮其智能作用。同時新型信號燈還具有時效性、快捷性，交叉口是交通問題的主要場所，尤其是一些由城市道路主輔路組成的交叉口。橫向和縱向的交通流是完全不同的。在交通高峰期，舊的交通信號燈容易造成主路“空”的現(xiàn)象，輔路沒有通行。因此，很容易闖紅燈等交通違法行為。因此，信號燈自動指揮系統(tǒng)已成為維護(hù)交通安全的重要措施。一方面，使用新的信號燈可以有序管理交通，改善交通擁堵，增加交通流量，提高道路通行能力和道路利用率，減少交通事故，保護(hù)市民生命安全;另一方面，減少車輛等待時間，改善道路環(huán)境，在適當(dāng)?shù)牡胤娇紤]駕駛員情緒，減少焦慮，讓駕駛者的身體盡可能快樂地享受陽光生活。

1.新型信號燈的主要作用

在目前使用的傳統(tǒng)交通信號燈的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際交通問題、傳感器和云計(jì)算的分析論證，設(shè)計(jì)了新型時效交通信號燈。它能根據(jù)傳感器實(shí)時接收到的當(dāng)前交通流信息，智能地改變信號周期和相位時間分配比例。時效性新型信號燈的突出優(yōu)點(diǎn)在于，它能在很大程度上提高道路通行能力和道路空間利用率，改善道路交通擁堵和“空”的問題，提高交通流量和服務(wù)水平，保障市民的出行安全。

2.研究時效性新型信號燈需要解決的主要問題

2.1天氣類型及相關(guān)適應(yīng)材料

（1）交通信號燈在很大程度上保證了交通道路有序過程的安全，但在使用過程中，一些特殊的路況會影響信號燈的正常工作甚至損壞，如霧霾、沙塵、雨雪、酸雨、高溫等。在這類問題中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際材料應(yīng)用情況，選擇相應(yīng)的信號燈總成零部件和設(shè)計(jì)功能。材料的使用反映了近幾年來，PC是最經(jīng)濟(jì)的材料，可以作為信號燈的整體外殼。這種新型信號燈的關(guān)鍵目標(biāo)是應(yīng)對能見度低（濃霧、大霧）的天氣條件，所以原來PC材質(zhì)涂上油基漆和樹脂基漆，或者使用無機(jī)富鋅漆，都有同樣的效果。既方便又便宜。（2）信號燈內(nèi)部電源狀態(tài)解決方案：為保證能源供應(yīng)的需要，增加太陽能電池和柵極電池，利用空閑天氣，為使用時的天氣做好準(zhǔn)備。

2.2采用人工智能與之相對應(yīng)的功能設(shè)計(jì)時效性信號燈

今天，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，由于天氣的特點(diǎn)不時更新，我們可以通過光纜網(wǎng)絡(luò)覆蓋的方式來確定這一地區(qū)的天氣走向，也可以通過人工智能來達(dá)到天氣探測和作用于信號燈的目的。在可見光范圍內(nèi)，可及時調(diào)整光源，由弱光變?yōu)閺?qiáng)光，光線通過漫反射發(fā)出，使安全道路區(qū)域的駕駛員提前調(diào)整車輛安全，避免未知危險(xiǎn)。對于人工智能在交通信號燈中的應(yīng)用，在現(xiàn)場操作方面，改變了原有信號燈單一指示燈的概念，并在原有的設(shè)計(jì)方向上對不同的環(huán)境做出響應(yīng)，從而達(dá)到多重安全的目的。

3.時效性新型信號燈設(shè)計(jì)理念

眾所周知，交通信號燈在道路中起著不可替代的作用，對道路交通的有序運(yùn)行至關(guān)重要。為了加快交通科技發(fā)展的步伐，充分利用傳感器的特性和優(yōu)越的應(yīng)用前景，可以設(shè)計(jì)一種新型的具有時效性的信號燈。它主要是結(jié)合計(jì)算機(jī)專業(yè)編程知識和大數(shù)據(jù)云計(jì)算的數(shù)據(jù)處理功能，收集相關(guān)信息并對城市道路的實(shí)際交通狀況進(jìn)行調(diào)查分析，設(shè)計(jì)一個全新的、更全面的交通運(yùn)行系統(tǒng)，提高道路通行能力和服務(wù)水平，維護(hù)城市道路安全交通安全。所謂適時性新信號燈，不是將兩個交通信號燈系統(tǒng)以固定的時間排列比例放置在交叉口方向上，但基于該裝置的設(shè)計(jì)不僅可以實(shí)現(xiàn)信號燈的顏色交替功能，而且可以實(shí)現(xiàn)不同時段的道路，根據(jù)道路各方向現(xiàn)有交通流量與限制車道之間的關(guān)系，根據(jù)道路通行能力，智能化改造道路信號燈的綠信比，實(shí)時減少“空車”問題，合理引導(dǎo)交叉口方向的交通流，維護(hù)交通秩序，提高通行效率最大限度地實(shí)現(xiàn)每個交叉口的最佳通行能力。具體來說，首先可以在測試點(diǎn)交叉點(diǎn)附近的一定范圍內(nèi)安裝合適的性價比合適的微傳感器節(jié)點(diǎn)，獲取大量的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。對于獲得的信息，傳感器可以對重要信息進(jìn)行過濾和篩選。利用電力通信技術(shù)，可以將停車位、車速、交通流量等有用信息實(shí)時傳輸?shù)娇刂浦行南到y(tǒng)。控制中心系統(tǒng)接收信號信息，并將相關(guān)數(shù)據(jù)存儲到自己的控制云中，以備不時之需。中央計(jì)算機(jī)通過對信息的分析和篩選，選擇當(dāng)前道路上最合適的信號燈時間分布，并傳送給信號燈控制系統(tǒng)，接受并執(zhí)行命令。

4.時效性新型信號燈的技術(shù)優(yōu)化

采用改進(jìn)的人工群優(yōu)化算法對小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的速度預(yù)測模型進(jìn)行優(yōu)化。該模型引入差分進(jìn)化算法，通過遺傳算法中的變異算子和選擇算子、交叉算子和變異算子對人工群體算法進(jìn)行優(yōu)化。在進(jìn)化過程中，算子可以根據(jù)種群適應(yīng)值的變化取不同的值。以清泉路為例，將車速、流量和氣象因素作為預(yù)測模型的輸入?yún)?shù)，采用改進(jìn)的預(yù)測模型對車速進(jìn)行預(yù)測。將預(yù)測結(jié)果與小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和人工群優(yōu)化的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，改進(jìn)后的模型優(yōu)于傳統(tǒng)模型。最后，建立了基于速度協(xié)調(diào)性、速度連續(xù)性、速度離散性和氣象條件的霧天公路安全評價體系，并將該模型和綜合評價模型應(yīng)用于霧天公路安全評價。根據(jù)預(yù)測車速對霧天試驗(yàn)路段進(jìn)行安全性評價，并將預(yù)測評價結(jié)果與實(shí)測評價結(jié)果進(jìn)行比較，得出該路段安全性預(yù)測的準(zhǔn)確性。全國各交通路段都設(shè)置了新的紅綠燈，根據(jù)后來人工智能反饋的數(shù)據(jù)，可以看出交通狀況有了明顯改善，交通擁堵狀況得到了很大改善，危險(xiǎn)概率也降低了。

5.結(jié)語

本次設(shè)想是基于老師在課堂上傳授的理論知識，以及日常出行遇到的道路交通狀況，初步的大膽設(shè)想;設(shè)計(jì)是在實(shí)地踏勘、搜集資料、掌握基本的程序設(shè)計(jì)技能的前提下進(jìn)行。 這套系統(tǒng)的真正實(shí)施還需要和IT 技術(shù)界的相關(guān)人員探討、協(xié)商、合作，制定出相應(yīng)的可實(shí)施性計(jì)劃，具體實(shí)施方案仍需要根據(jù)試驗(yàn)段實(shí)際出現(xiàn)的問題，不斷更新改進(jìn)。如果可以通過我們的努力，可以讓交通事故少發(fā)生、不發(fā)生，可以讓我們及時監(jiān)測出這些難以預(yù)測的天氣，及時的播報(bào)給司機(jī)朋友們、交管部門和氣象部門，以此減少危險(xiǎn)的發(fā)生概率。希望我們的創(chuàng)新研究可以引起社會的注意，交通是我國經(jīng)濟(jì)，民生的重要依靠，還有很多我們沒有發(fā)現(xiàn)的隱患就存在于交通道路上，希望我們對交通能夠做出快而有效的改變。

參考文獻(xiàn)

[1]黃柱，蔡延光，陳東.基于大數(shù)據(jù)的交通信號燈協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2017，30（5）.

[2]張曉燕.青島海警中的媒介景象：旗幟、燈塔和觀象臺[J].新聞研究導(dǎo)刊，2017，8（5）：61-62.

[3]梁麗英.智能交通信號燈控制中云控制器的應(yīng)用研究論述[J].科技展望，2016（6）.

[4]智景安.城市交通擁堵治理實(shí)踐[M].北京：人民交通出版社，2013.

作者簡介：劉雨豪（1999-），男，漢族，河南新鄉(xiāng)人，學(xué)生，本科生在讀，研究方向?yàn)楣こ坦芾怼?/p>

何智超（2000-），男，漢族，山東淄博人，學(xué)生，本科生在讀，研究方向?yàn)楣こ坦芾怼?/p>

鐘昌航（1999-）男，漢族，廣西玉林人，學(xué)生，本科生在讀，研究方向?yàn)楣こ坦芾怼?/p>

山東工商學(xué)院? ? 山東煙臺? ? 264005