城市智能交通信號控制系統

趙亭亭

遼寧錦州渤海大學工學院

城市智能交通信號控制系統

趙亭亭

遼寧錦州渤海大學工學院

社會經濟發展的同時，也帶來了嚴重的交通狀況。隨著道路的不斷修建、城市道路的不斷鋪設，再加上不斷發展的路網，這些問題都促進了交通空間逐漸擴大。城市交通發展是一個城市發展的標志，對社會的發展起到了很大的促進作用，也加快了交通設備的完善以及交通工具的提高。然而隨著近些年汽車數量的不斷增多，道路的擁堵加重了日常的交通問題，也給人們的出行帶來了很大的不便。交通擁擠會耽誤人們的生活安排，并且汽車尾氣的排放也會加重環境的污染。本文針對這個現象設計了城市智能交通信號控制系統。

城市智能交通 信號控制系統 交通擁擠

1 研究背景

交通對于一個城市而言具有重大的意義，控制著整個城市的命脈，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，但是同時也造成了很大的負面作用。現今，不管是在哪個城市，哪個國家，交通堵塞問題始終都存在，所以從而形成了一些問題，比如環境污染、交通堵塞、交通事故發生率逐年增高等，這對于國家以及人們的生活帶來很大的困擾。我國的交通問題十分嚴重，給人們的生活、生命、財產問題都產生了很大的影響。根據相關的報告顯示，2009年我國交通事故一共有107194起，死亡數目達到了29866，受傷數目達到了128336，而造成財產損失的有4.3億元。

其中城市道路中污染最嚴重的來源是機動車，從2008年開始，汽車的數量就達到了6400萬以上，而機動車造成的環境污染是最為嚴重的，并且機動車引起了很大的關注度。機動車所排放的尾氣會給公路地面造成臭氧現象，從而會引起光化學污染，這種污染會對于人們的健康造成很大的傷害，即使這種傷害是潛在的。城市交通擁堵問題需要得到解決就需要從兩個途徑入手。首先是增多路橋的修建從而改善城市路網的交通狀況，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目，道路工程的修建的資金成本一般是幾個億至幾十個億的范圍以內。同時，因為交通道路的大量修建，使得土地資源逐漸的減少，從某種程度上講，大大地加深了環境的嚴重性。其次是加大交通管理的力度，采用先進的技術設計交通信號控制系統，并且根據目前交通設施的情況，進行系統的設計，這種方法實現起來所投入的資金成本比較少。近些年來我國道路面積正以快速的速度增長，即使這樣，車輛的數量仍然以快速的速度不斷增多。

2 XATM智能交通信號控制系統的功能

根據目前中國的國情來看，城市道路交通涉及的方面有很多種，比如自行車流、人流、機動車流等。然而在很多的信號系統中考慮的主要是兩相位，本文設計的XAIM智能交通信號系統針對這方面進行了改善。按照路口的不同，從而進行相位數目的隨機配置，大大解決了自行車流以及機動車堵塞的情況，對此進行應急板的設計，而且在運行方面的可靠性得到了很大的增強，維護方便，并且設計思想采用了模塊化。本文應用了有纜聯動相關技術，通過綠波帶進行控制，同時遠距離通信采用的是MODEM實現的，在一定程度上奠定了城市交通控制基礎。

ATM智能交通控制系統的特點是單點控制，而且分時段和線控功能等。

2.1 定周期控制

當控制方式選擇的是定周期下，信號燈會根據設定的規律完成變化。

2.2 多時段控制

當控制方式是多時段下，用戶能夠把時間進行分割，一天的時段分割成10個，同時針對所有的時段都會設計一個對應的方案，當時間段不同信號機選擇的方案也會不同。用戶需要在多時段控制方式下需要合理地進行方案的選擇，并且方案與時間段需要一一對應。當其中的一個時刻過去后，如果用戶沒有進行確定方案的設定，那么信號機就會選擇該時刻前的方案進行設置。

2.3 交通感應控制

在所有的交叉路口中并沒有設定特定的方案，交通的流量數據的檢測是通過車輛檢測系統實現的。信號機的總體框架圖如圖1所示。

圖1 信號機總體框架圖

3 信號機的通訊接口電路

要達到區域控制的需求，所選擇的信號機需要具備遠程通信能力。當信號機和控制中心之間的距離很大的時候，選擇串行口RxD、TxD或者是即使選擇加線驅動器都是不能夠達到目的的，這時就需要選擇專線的簡單方式。這種方式的通信數據量比較小而且次數也不是很多。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 應急電路

如果信號機以及后級電路出現了異常的情況時，就應該進行應急處理電路，按照特定的情況從而選擇對應的措施，進而確保交通安全。

在日常的生活中會經常遇到一些異常的情況，總結如下：

①綠不一致；

②綠沖突；

③維護系統；

④主控板產生故障.

而應急電路中的保護措施具體總結如下：

①閃光控制電路；②保安控制電路；③綠偏號燈。

4.1 綠切電路

在信號機的燈色輸出通道里面包含的綠燈通道一共有12個，而且綠切繼電器會和相應的輸出端相互連接。繼電器的常閉觸點會連接著信號燈，當通電以后，OC端的電平是高電平。

當電器線圈的電源關閉的時候，綠燈就會正常實現照亮。當出現了綠沖突的時候OC端就會切換成低電平，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，同時閉合常開觸點，切斷綠燈，從而避免沖突的方向中產生綠燈。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，滿足用戶不同方面的需求，XATM智能信號機系統能夠實現計算機之間的通訊，通過RS232口從而實現計算機與信號機之間的通訊，也能夠運用調制解調器實現，將信號機放置到路口從而對信號燈進行直接控制，將路口的車流量信息采集，采集的信息是由控制中心的計算機進行控制的。主程序如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

結語：隨著社會經濟的飛速發展以及社會生活質量的逐漸改善，人們的生活離不開交通活動。從近些年的發展狀況可以看到，汽車工業以及逐步走向了交通發展的道路。本文主要介紹了城市智能交通信號控制系統的硬件設計以及軟件設計，并且程序設計部分給出了具體的流程圖的設計。

[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. 交通信號控制系統的現狀與發展對策[J]. 食品科學技術學報, 2008, 26(1):29-32