智能交通信號控制系統的設計與研究

徐慧海

摘 要：隨著現代社會對交通運輸的日趨依賴，交通系統的控制逐漸被人們所重視。建立智能的交通信號控制系統不僅可以降低城市道路交通延誤及交通事故發生的概率，還可以減少環境污染。基于此，本文主要對我國城市道路交通控制系統現狀以及發展趨勢進行了分析，并探討了信號機硬件和軟件設計的思路。

關鍵詞：智能交通；信號控制系統；設計

隨著城市建設的發展，交通擁擠問題越來越嚴重。近年來，各種交通事故頻發，與此同時，車輛排放的大量尾氣對環境也造成了嚴重的污染。因此，建立智能交通信號控制系統是十分有必要的。智能交通信號控制系統是將先進的信息技術、自動控制技術以及通信技術等有效集成構造的地面運輸管理系統。它不僅可以增加道路網絡的通行能力，還可以減少能源的消耗。

一、我國城市道路交通控制系統現狀以及發展趨勢

（一）我國城市道路交通控制系統現狀

我國的城市交通控制系統起步較晚，在七十年代后期北京市開始采用DJS—130型計算機進行了干道協調控制的研究。八十年代以來，城市道路交通問題越來越嚴重。國家一方面進行以改善城市市中心交通為核心的UTSM技術研究；另一方面采取引進與開發相結合的方針，建立了一些城市道路交通控制系統。如：北京引進了SCOOT系統，上海引進了SCAT系統，深圳市引進了日本的控制系統。在國家計委、國家科委的批準下，交通部、公安部、南京市完成了“七五”攻關項目，建成了南京城市交通控制系統。

（二）我國城市道路交通控制系統的發展趨勢

綜合考慮我國城市道路交通的實際情況，并結合國內外先進的城市道路交通控制系統與現代科學技術成果的使用情況，我國的城市道路交通控制系統的發展將會逐漸趨于多模式化、智能化以及規整化的方向發展。多模式化主要體現在：為了使系統結構與交通流的區域變化相適應，在控制范圍內的各個區域采用可靈活轉換的系統結構；為了有針對性的進行系統優化，對路口能力最大、總延誤最小以及排隊長度最短的目標進行篩選和組合，進而確定不同的系統目標；智能化主要體現在：在傳統的可變情報板以及信息廣播的基礎上，在城市中建立集中式GPS誘導系統，該系統應與控制系統相協調，并與智能車輛公路系統相銜接；規整化主要體現在：對于任何一個控制系統來說，其都是立足于一定的道路與交通條件下的，所以在建立城市道路交通控制系統前，要根據道路的實際情況以及交通流的狀況，制定道路使用方法和交通流疏導方案，并制定出相應的交通規則，使道路與交通更為規整。

二、信號機硬件設計

國內信號機主要分為兩類：一類是采用8/16位單片機作為處理器，它的特點是功能簡單、方案單一。此外，這類信號機主要采用RS232或RS485通訊方式，不易實現對區域交通的協調控制，無法滿足現代化交通控制的要求；另一類是基于工控機或PC104，它的優勢是功能強大。但是，由于工控機和PC104都是按通用計算機標準進行設計的，而不是專門針對信號機應用設計的，從而導致硬件結構復雜，成本較高。另外，傳統的RS232/485通信方式對于遠距離、大信息量的信號機聯網數據傳輸已經無法適應，而S3C44B0X又缺少集成網絡控制器，故選用NE2000兼容的以太網控制器芯片RTL8019對以太網進行擴展，以太網模塊如圖1所示。此外，信號機需要存放操作系統、引導程序和應用程序等數據，再加上系統啟動后操作系統和程序運行需要更大的空間，因此應設計外存儲單元，以實現存儲空間的擴展，存儲器模塊包括8MB的SDRAM、2MB的NorFlash和16MB的NandFlash。

三、信號機軟件設計

目前，現代智能信號機需要同時執行信號燈控制、通訊和車流量檢測等多個任務，而在執行多個任務的同時會帶來效率低下、程序結構混亂以及功能受限等問題，從而影響系統的正常運行。為了解決這些問題，就需要引入嵌入式操作系統，以支持多種文件系統、模塊化設計和基于計算機網絡的通信。嵌入式操作系統采用的是一種平板式的內存模型，去除了對MMU的依賴，改變了用戶程序的加載方式，開發了運行于嵌入式操作系統的函數庫。嵌入式操作系統內核可以完成內存管理、進程管理、設備控制、文件系統和網絡實現等功能，該系統的內核采用的是模塊化設計，且許多功能模塊可以獨立地添加和卸載，當對內核進行重新編譯時，會選擇嵌入式設備所需要的功能模塊，而對多余的功能模塊會進行刪除。通過重新配置內核，可以減小系統運行所需要的內核，縮減資源使用量，從而顯著減少系統運行所需的硬件資源。

四、結語

總的來說，在交通問題日趨嚴重的今天，智能交通信號控制系統的建立是十分有必要的，它對于緩解交通壓力、降低能源消耗以及保護環境具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1]陶強，解錫霖，賈冰.智能交通控制系統的設計策略[J].南方農機，2017，03：87+93.

[2]柴干，趙倩，蔣珉.城市智能交通信號控制系統的設計與開發[J].浙江大學學報（工學版），2010，07：1241-1246.

[3]程民.智能交通信號控制系統的設計與研究[D].西安建筑科技大學，2003.