基于智能移動花基的交通緩堵系統設計

[摘 ?要：基于智能的移動花基，設計了一套智能交通緩堵系統。該交通緩堵系統的工作原理是利用安裝在花基上的傳感器和主控板對道路兩側的車流進行數據采集和分析，當道路上的車輛由于擁堵導致緩慢前行或者停留時，智能花基會根據采集分析得到的數據自動進行移動，從而拓寬路面的車道，進而使得擁堵得到一定的緩解。使用本智能移動花基的交通緩堵系統，將具有節能環保、操作方便、成本低和靈活性強等優點。

關鍵詞：移動花基;智能系統;交通緩堵]

1引言

近年來，隨著社會和經濟的不斷發展，人民的生活水平得到了很大的提高，我國的汽車銷量每年保持著穩定增速，保有量不斷攀升。據國家公安部交管局統計數據顯示，我國汽車保有量達2.17億輛，與2016年相比，增長了11.85%。在汽車逐漸成為人們出行的重要交通工具時，由于道路等基礎設施建設的局限，導致城市交通主干道經常性擁堵，車輛移動緩慢，給人們出行帶來了很大的不便。同時，也導致了能源浪費、加重環境污染、浪費運輸資源，降低運輸效率，消耗社會成本和影響人們身心健康等問題。

我們將采用基于智能移動花基的交通緩堵系統設計。通過對交通花基進行改造升級，設計出一款自身擁有數據測量、采集、運算和分析判斷的可移動花基，花基通過自身攜帶的超聲波傳感器和主控板對馬路兩邊車道的車流進行檢測、數據采集和分析判斷，利用自身進行移動的功能，從而拓寬繁忙道路一側的車道，進而起到緩解交通擁堵的作用，這種方法能最低限度地提高交通使用率和降低運營成本，利于廣泛應用。

2實驗原理與裝置

我們采用花基的可移動設計來緩解道路擁堵的情況。該系統由花基內部的控制系統、花基兩側用于對道路上對車輛進行檢測的超聲波傳感器和太陽能供電裝置組成。花基的結構主視圖如圖1。超聲波傳感器發射探頭通過發射超聲波，遇到路面的車輛后進行反射，由接收探頭接收到回波信號，該持續的信號不斷進入控制系統進行運算與判斷，最終可以確認路面兩側的擁堵情況，進而使花基進行移動，從而拓寬擁堵一側的車道，起到緩解擁堵的效果。由于只有車流量大、車輛緩慢行走和停留的情況才會使得超聲波傳感器接收到回波信號，因此控制系統只需要判斷采集到回波信號的持續時間長短或時間間隔長短即可確定出路面是否擁堵。我們將花基一側的超聲波接收探頭接收到信號持續的時長設為t1，間隔時長設為Δt1，另一側探頭接收到信號持續的時長設為t2，間隔時長設為Δt2。我們只需要在系統的主控板中編制程序，設置一個閾值A，讓t1和t2跟閾值A進行比較判斷，即：

t1[≥]A或t2[≥]A ? ?（1）

同時t1和t2之間滿足系統設置的時間差T時，即：

[t1≥t2+T]或[t2≥t1+T] ? ?（2）

系統就可以判定某一側道路擁堵，接著產生控制指令使花基向暢通一側的道路移動，從而拓寬擁堵道路的寬度。

另外，我們將花基一側的超聲波接收探頭接收到信號的間隔時長設為Δt1，另一側探頭接收到信號的間隔時長設為Δt2，我們也只需要在系統的主控板中編制程序，設置一個閾值B。讓Δt1和Δt2跟閾值B進行比較判斷，即：

Δt1[≥]B或Δt2[≥]B ? ?（3）

同時Δt1和Δt2之間滿足系統設置的時間差Y時，即：

Δt1[≥]Δt2+Y或Δt2[≥]Δt1+Y ? ?（4）

系統也可以判定某一側道路擁堵，接著產生控制指令使花基向暢通一側的道路移動，從而拓寬擁堵道路的寬度，實現道路自動調節車道，緩解擁堵道路一側的壓力，提高道路通行能力。

花基移動的距離分段進行，只有在完成第一次移動后才會進行第二次判斷并執行。當道路上的花基獨立體都具有該功能時，道路上的擁堵壓力將可以大大減小。

為了使智能可移動花基更加節能環保，我們在花基上設置了太陽能供電裝置。該裝置由太陽能電池板、光線傳感器和步進電機組成。控制系統通過光線傳感器接收到的光線信號進行計算判斷，從而控制步進電機轉動，調整太陽能電池板的朝向，保證最大限度提高太陽能利用率。此外，為了方便操作，本系統還增加了紅外遙控功能，必要時可以對花基進行人為遙控，靈活方便。

3實驗調試與分析

本實驗的控制系統核心是Xduino主控板，Xduino硬件是一個能夠用來感應和控制現實物理世界的工具。它由一個基于單片機并且開源的硬件平臺，和一套為Xduino板編寫程序的MakeduLab開發環境組成。

MakeduLab是一款實用型圖形化編程軟件，其官方版以Google的Blockly圖形化編程框架為基礎開發，自帶Java8運行環境，操作方便，實用性強。

3.1檢測與判斷的初始化程序

通過Makedulab編程，Xduino主控板對超聲波傳感器采集的信號進行檢測與計算，從而實時判斷出道路的擁堵情況，進而控制電機運轉。初始化程序如圖2所示。

3.2紅外遙控控制

該系統不僅有超聲波自動檢測功能，也有紅外遙控手動控制功能。紅外遙控的手動控制程序如圖3所示。

3.3光線傳感器控制程序

系統供電采用太陽能電池板采集，將太陽能轉化為電能，為系統供電。為了太陽能轉化效率達到最高，采用光線傳感器檢測太陽的方位，根據太陽方位實時調節太陽能電池板的朝向。控制程序如圖4所示。

3.4智能避堵系統的綜合程序

根據各個模塊的調試，編寫系統整體功能程序，如圖5所示。

4結論

根據智能的移動花基設計了一套智能交通緩堵系統。該系統能對道路上的車流信號進行實時的采集和分析，當道路上的車輛由于擁堵導致緩慢前行或者停留時，智能花基會根據采集分析得到的數據自動進行移動，從而拓寬路面的車道，進而使得擁堵得到一定的緩解。本智能移動花基的交通緩堵系統，具有節能環保、操作方便、成本低和靈活性強等優點。

參考文獻

[1]劉夢琴.城市交通擁堵解決路徑研究[J].南都學壇（人文社會科學學報），2018，4（38）：118-120.

[2]范偉康.世界產業轉移與發達國家交通擁堵改善對中國的啟示[J].交通運輸工程與信息學報，2015（9）：121-124.

作者簡介

陳子龍（2003.08—），男，廣東惠州人，高中學歷，學生，單位：廣東省惠州市第一中學;主要研究方向：智能化信息技術。