現代城市智能交通信號的控制系統研究

嚴正

摘 要：隨著我國城鎮化腳步的推進，現代城市發展更加需要智慧交通網絡。在新建城市道路交通信號設計中，應借助智能化控制系統來對道路交通信號進行自動控制。文章立足于現代城市道路建設現狀，重點探討了智能交通信號控制系統及其設計與應用等方面的一些關鍵性問題，希望可以為新時期國內智慧城市交通網建設提供一些指導。

關鍵詞：現代城市；智慧交通；交通信號；控制系統

中圖分類號：U491.5+4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0061-02

Abstract： With the development of urbanization in China， the development of modern cities needs more intelligent transportation network. In the design of new urban road traffic signal， the intelligent control system should be used to control the road traffic signal automatically. Based on the present situation of modern urban road construction， this paper mainly discusses some key problems of intelligent traffic signal control system and its design and application， hoping to provide some guidance for the construction of domestic intelligent urban transportation network in the new period.

Keywords： modern city； intelligent traffic； traffic signal； control system

在城市現代化建設水平不斷提升的今天，智慧交通逐步成為城市道路建設以及交通發展的一個重要趨勢。交通信號設施作為道路交通中不可或缺的組成部分，是調節城市道路車流量，保證道路行車安全的重要保障，也是現代城市發展智慧交通中需要重點考慮和設計的一個環節。因此，對于智能交通信號控制系統及其應用進行探討具有重要的研究價值。

1 智能交通信號控制系統

1.1 含義與特征

智能交通信號控制系統實際上就是在傳統的道路交通信號控制方式上，引入和應用一些現代化信息技術，對道路交通樞紐位置處的交通流量進行實時統計和分析，并借助分析結果來科學、高效地分配紅綠燈配時方案，以此來提升交通道路交通網行車的效率。從智能交通控制系統特征角度來講，主要表現為：其一，良好的兼容性。智能交通控制系統需要同時連接同標準的各種交通信號控制器；其二，很強的實用性。系統中所用的各種設備、技術以及軟件等需要滿足城市道路交通信號的實際調控要求，便于操作以及后期維護，且不會受到氣候或天氣變化的影響；其三，開放性特征。系統除了滿足當前城市道路交通需求外，還要從長遠角度，確保系統具備功能拓展等功用；其四，先進性特征，系統設計中要盡量采用最新的決策系統以及其他先進的信息技術，確保提升系統的運行效率；其五，可靠性特征。系統需要具有自動檢測、報警與恢復功能，確保可以長久保持良好的運行狀態，避免會因異常問題而造成道路交通擁堵問題的發生。

1.2 常用的技術

在城市道路交通系統中引入和應用智能控制方法和技術，可以有效克服傳統城市交通控制方法的各種局限性，提升系統工作性能。在當前實際的應用中，常用的智能交通信號控制技術主要包括如下幾種：

（1）模糊控制技術。該種控制技術主要是模擬人類思維、判斷與推理過程的一種控制技術，不需要涉及數學模型構建，只需要按照人的思考方式進行計算機處理即可。模糊控制技術在智能交通信號控制系統中的應用，實際上就是模擬那些交通警察指揮交通的思路來對交通信號進行控制。其中最具代表性的就是專家系統，它有效結合了計算機技術和人工智能技術等先進的科學技術，先將城市交通指揮經驗與知識等存入到計算機中，然后模擬人的判斷和推理來達到制定決策的方式。

（2）神經網絡控制技術。該技術主要是基于人腦所積累的知識與經驗來控制系統的一種技術，尤其適用于非線性或不確定等繁雜系統。同理，在智慧交通建設過程中，神經網絡控制技術也主要適用于那些很難建立準確數學模型的城市交通系統。

1.3 系統的構成

現代城市智能交通信號控制系統主要包括信號控制器（信號機）、信號燈、通信設備、交通流檢測設備、控制系統以及相關軟件等構成。其中的信號機是系統的核心設備，主要包括中央控制器、網絡通信、人機接口和故障檢測等組成部分，具體結構構成如圖1所示。

此外，從控制結構角度來講，現代城市智能交通信號控制系統主要可以劃分成三級，即：其一，中心控制器，主要負責對整個系統的運行情況進行監控，如區域控制級運行情況進行協調，且具備其他各控制級的全部功能；其二，區域控制級，主要負責城市道路口交通信號進行協調控制，如城市道路口信號機故障情況進行監控，并向區域計算機反饋相應的故障信息等；其三，路口控制級，主要負責城市道路口交通信號燈進行控制。

2 智能交通信號控制系統的軟硬件設計

2.1 硬件設計

在現代城市智能交通信號控制系統中，硬件系統設計中主要按照模塊化設計方式，具體主要包括中央控制器模塊、鍵盤與參數輸入模塊、通訊接口模塊、燈泡檢測板模塊、模擬路口燈顯示模塊、綠沖突板模塊等。比如，其中鍵盤與參數輸入模塊主要作用是對系統運行時間、倒計時等運行狀態信息進行實時顯示，實際應用中主要采用八個七段數碼管，其中3個用于顯示倒計時，4個用于顯示時間，剩下的一個用于顯示時間和倒計時之間的分隔符。比如，在實際的系統設計中，可以以CH454芯片作為鍵盤掃描或數碼管驅動的核心部件，借助傳輸可靠性更高的I2C總線連接方式，將其連接到LPC2378控制器上。此外，根據信號機的各項功能要求，可以將該模塊恰當設置一些操作按鍵便捷參數的輸入，這是實現人機交互的重要保障；燈泡檢測板模塊則主要是對城市道路交通燈是否處于正常工作狀態進行檢測，確保可以及時修理或更換出現問題的交通信號燈；綠沖突板模塊則是檢測不同相位綠色交通燈信號，避免出現同綠問題，否則容易造成城市道路交通混亂問題，影響正常交通秩序。

2.2 軟件設計

不同于硬件設計，現代城市智能交通信號系統設計與應用的關鍵核心在于軟件的支持，具體就是以軟件的形式將信號控制策略融入到系統中，可以說軟件是實現智能交通信號控制系統內在控制思想的重要保障。隨著信息技術的快速發展，其在城市智慧交通建設中的應用也愈發成熟，并且所發揮的作用也越來越大。可以預見，未來城市智能交通的發展離不開SCATS系統（澳大利亞國家研發）和SCOOT系統（英國國家研發）等智能交通控制系統的代表作品。在現代城市智能交通控制系統中，人機交互是最為重要的技術部分，其不僅需要對城市道路交通的車流量數據進行實時記錄，確保道路信號裝置可以始終保持正常工作狀態，還需要為城市道路交通管理者提供必要的控制參數信息，以及數據分析后的適宜性問題解決對策和方案，以便確保城市道路交通秩序有序開展。從本質上來講，現代城市智能交通系統是一種嵌入式系統開發軟件，為了更好地滿足城市道路交通信號的周期性特征，需要確保所開發系統具有實時更新這項基本功能，尤其是要確保數字化傳輸過程中所傳輸各種交通控制信息的準確性。

在設計現代城市智能交通信號控制系統期間，為了提升交通控制的有效性，相應的軟件設計部分要重點實現如下幾個方面的功能：系統參數修改、查詢和現實功能；故障報警與處理功能；數據通訊與傳輸功能；系統自我診斷功能；控制量輸出與控制算法實現功能；多樣化控制方式的無障礙切換功能等等。通過上述軟件功能的開發和實現，可以更好地發揮智能交通信號控制系統在調控城市道路交通信號方面的積極效用。為了確保所設計控制系統運行的穩定性，需要對系統控制程序進行科學設計，借助系統、完善的程序有序連接各種系統模塊，尤其是系統主程序更是軟件開發設計工作的重點，實際設計中需要結合設計需求以及技術需求等對軟件的主控制程序進行持續優化，確保所設計現代城市智能交通信號控制系統運行的可靠性與穩定性。

3 結束語

總之，隨著城市現代化建設的發展，智慧交通是城市道路交通發展的必然趨勢。道路交通信號控制系統作為城市智慧交通網構成的重要組成部分，其質量會對最終智慧交通網建設成敗產生直接影響。為了確保系統設計質量，必須要立足于智能交通信號控制系統應用需求的基礎上，從硬件設計和軟件設計入手，強化各環節的功能性設計及質量校驗，確保不斷提升城市道路交通管控的水平。

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