基于物聯網技術的智能交通燈控制系統

冀嘉澍

摘 要：智能交通燈控制系統采用遠程控制中心、無線控制終端、交通燈和交通燈輔助裝置，利用遠程控制中心計算出上一周期內工作日和非工作日每個相同時間段中，分別通過一個交通燈組的四個交通燈的直行信號燈和左轉信號燈的總車流量數據和總車速數據，根據交通燈運行模式和時間控制算法進行計算，得出下一周期內每個時間段四個交通燈的運行模式，以及每個直行信號燈和左轉信號燈的綠燈通行時長，根據十字路口各個方向的車流量和車速動態調整交通燈的運行模式和綠燈通行時間，從而實現對交通的智能控制，保證交通路口安全暢通。

關鍵詞：物聯網；智能交通；交通燈；無線控制終端；車流量數據；車速數據

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）03-00-02

0 引 言

隨著城市經濟的發展及人民生活水平的提高，城市交通擁堵已成為一個世界性問題。面對日益增長的城市交通壓力，智能交通系統（Intelligent Traffic System，ITS）是目前公認的可全面有效地解決交通擁堵問題的最佳途徑。

傳統的交通控制設備僅是“模式化”地控制信號燈來指導交通，缺乏靈活性，效率較低。因為道路路口交通燈的跳轉模式和亮滅時間都是預先設定好的，在所有時間段中，交通燈的時間是固定的，此種交通燈控制方式往往會造成在車流量大的時間段，由于綠燈時間過短使得車輛無法通過導致交通擁堵，或者車流量小的道路綠燈時間過長造成時間浪費，無法通過動態調節避免交通擁堵的發生。然而，要想動態地進行交通燈信號控制需要能夠準確獲得道路路口的車輛通行數據，并通過龐大的計算量進行大數據分析。但由于道路路口的類型不同，如十字路口、丁字路口、三岔路口、連續直線多個交通燈道路等，不同的道路路口類型使用相同的交通燈控制方式顯然不合適。因此，對于交通燈信號控制的研究一直沒有獲得突破性的進展。隨著物聯網技術的飛速發展，已經能夠實現準確獲得道路路口的車輛通行數據，極大地提高了交通 “智能化”的控制力。

智能交通系統是將先進的信息技術、數據通信傳輸技術、電子傳感技術、控制技術及計算機技術等有效地集成運用于整個地面交通管理系統而建立的一種在大范圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統，包含智能公交、電子警察、交通信號控制、卡口、交通視頻監控、出租車信息服務管理、城市客運樞紐信息化、GPS與警用系統、交通信息采集與發布和交通指揮類平臺等10個細分行業。而其中交通信號控制細分行業的發展對疏解交通擁堵能夠起到最直接有效的作用。

1 系統設計目標

在城市中典型的十字路口設置智能交通燈控制系統，如圖1所示。將每個交通燈組中的四個交通燈分別標記為A，B，C，D，將交通燈A，B，C，D的直行信號燈和左轉信號燈分別設置為AS，AL，BS，BL，CS，CL，DS，DL。利用物聯網技術準確獲取道路路口的車流量和車速數據，根據上述數據，結合十字路口的交通特點，通過不同時間段交通燈不同運行模式的設置，以及不同運行模式下每個交通燈的左轉和直行信號燈的綠燈通行時間的動態調整，實現對道路路口交通的智能控制，保證交通路口安全暢通，有效地緩解上班高峰期時單向車輛激增、節假日時通行車輛總數增長等情況下的車輛擁堵問題。

2 硬件設計

智能交通燈控制系統包括遠程控制中心、無線控制終端、交通燈和交通燈輔助裝置，如圖2所示。遠程控制中心通過有線網絡與交通燈連接，無線控制終端通過無線網絡與交通燈連接，交通燈和交通燈輔助裝置通過ZigBee協議進行無線通信。其中，有線網絡包括雙絞線網絡或光纖網絡，無線網絡包括4G網絡或WiFi網絡。

遠程控制中心包括數據庫、數據分析裝置、通信裝置、輸入裝置和顯示裝置。遠程控制中心獲取管理區域內所有交通燈的位置信息，根據位置信息對交通燈進行分組，將位于同一十字路口的四個交通燈設置為同一組，得到管理區域內分組后的多個十字路口交通燈組1，2，…，n，其中n為管理區域內交通燈組的總數量。

無線控制終端包括無線收發模塊、輸入模塊、顯示模塊、數據分析模塊和數據存儲模塊。

交通燈包括時鐘模塊、計時模塊、控制模塊、存儲模塊、位置模塊、切換模塊、有線通信模塊、無線通信模塊以及燈組模塊。

交通燈輔助裝置包括時鐘單元、攝像頭、車速測量單元、車流量測量單元、數據存儲單元、位置單元、有線通信單元、無線通信單元和控制單元。

3 軟件設計

智能交通燈控制系統的控制方法具體包括以下步驟：

（1）遠程控制中心獲取管理區域內所有交通燈的位置信息，根據位置信息對交通燈進行分組，將位于同一十字路口的四個交通燈設置為同一組，得到管理區域內分組后的多個十字路口交通燈組1，2，…，n，其中n為管理區域內交通燈組的總數量。

（2）遠程控制中心設置每個交通燈組中四個交通燈的初始運行模式，以及每個信號燈控制周期T內四個交通燈直行信號燈和左轉信號燈的初始綠燈通行時長。

（3）遠程控制中心從交通燈組的四個交通燈輔助裝置處獲取每個時間段內通過的平均車速數據V、車流量數據W以及圖像數據。其中，時間段為相鄰m個整點之間的時間間隔，m=1，2，3；平均車速數據V為時間段內綠燈期間所有通行車輛的平均車速，由車速測量單元生成；車流量數據W為時間段內綠燈期間通行的車次，由車流量測量單元生成。

（4）遠程控制中心以一星期為周期，計算出上一周期內工作日和非工作日每個相同時間段中，分別通過交通燈組四個交通燈的直行信號燈和左轉信號燈的總車流量數據WAS，WAL，WBS，WBL，WCS，WCL，WDS，WDL，以及總車速數據VAS，VAL，VBS，VBL，VCS，VCL，VDS，VDL。

（5）遠程控制中心根據預先設定的交通燈運行模式和時間控制算法進行數據計算，分別得出下一周期內工作日和非工作日中每個時間段交通燈組四個交通燈A，B，C，D的運行模式，以及直行信號燈和左轉信號燈AS，AL，BS，BL，CS，CL，DS，DL各自的綠燈通行時長。

或者無線控制終端訪問遠程控制中心，獲取上一周期內工作日和非工作日每個相同時間段中，分別通過交通燈組四個交通燈直行信號燈和左轉信號燈的總車流量數據WAS，WAL，WBS，WBL，WCS，WCL，WDS，WDL，以及總車速數據VAS，VAL，VBS，VBL，VCS，VCL，VDS，VDL，然后根據預先設定的交通燈運行模式和時間控制算法進行數據計算，分別得出下一周期內工作日和非工作日中每個時間段交通燈組四個交通燈A，B，C，D的運行模式，以及直行信號燈和左轉信號燈AS，AL，BS，BL，CS，CL，DS，DL各自的綠燈通行時長。

（6）遠程控制中心或無線控制終端將每個交通燈每個時間段的運行模式和綠燈通行時長發送至相應的交通燈，交通燈的控制模塊按照運行模式和綠燈通行時長進行交通信號燈控制。

其中，所述交通燈運行模式和時間控制算法具體如下：

4 結 語

該智能交通燈控制系統針對十字路口的交通特點，根據各個方向的車流量和車速動態調整交通燈的運行模式和綠燈通行時間，從而實現對交通的智能控制，保證交通路口安全暢通。同時，該控制系統能夠通過遠程數據中心進行交通燈控制，方便操作人員集中管理，也能夠通過無線控制終端實現交通燈控制，方便操作人員在交通燈附近結合實際路況進行個性化設置。

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