基于PLC的智能交通系統設計的研究

孫 娟，陳韶鈺，張洪森

(河南科技職業大學 信息工程學院，河南 周口 466000)

1 智能交通系統概述

隨著經濟和信息的發展，交通運輸在社會發展中的重要性進一步突顯，它不斷推動經濟的可持續發展。如何在現有交通控制條件下，使交通更好的應用是相關學科研究的重要方向。國外交通信號燈的智能控制已經過實踐應用，比較成熟。根據我們的交通運輸實際，機動車數量快速增長，車輛構成復雜，混合交通導致擁堵問題更加嚴重，交通事故發生的頻率比較高，加劇了環境的污染，制約了城市經濟的發展。交通擁堵導致出行時要在時間上耗費更多，從而降低了效率，造成出行者的休息時間減少甚至造成身心疲憊。

如何保證城市交通運行良好，實時高效全方位發揮在城市交通系統方面的應用可以降低碳排放量，提高能源使用效率。如何提高居民的生活質量？結合世界城市建設的經驗，降低車輛和修路兩種方法常常用來解決這個問題。經濟發展汽車制造業蓬勃發展，限制車輛短期內不是解決交通問題的好方法。現階段，大量修建道路會加劇自然環境和公共資源的矛盾，加大財力和物力的支出對政府而言不太現實。

1.1 智能交通系統概念

在科技發展飛速的今天，借助于計算機技術，通信技術和人工智能等技術，提高交通系統的智能化，可以提高交通管理的水平，滿足交通發展的現實需要。智能交通系統簡稱ITS，通過電子技術、通信技術、自動控制理論、人工智能等，有效地應用于調節人流、車流的關系，緩解交通出行的不便，從而使交通運輸系統更加安全、高效，減輕空氣污染，減少交通事故和節約能源。

1.2 智能交通系統組成

智能交通系統是在進行信息采集后，通過信息傳輸和加工，對信息進行應用，主要由一個中心進行指揮，綜合信息交換平臺和非公安信息部門數據平臺2個平臺，4個模塊即監控和控制模塊、緊急事件管理模塊、交通管理模塊和交通信息模塊。其中綜合信息交換平臺的作用是連接不同系統的樞紐，承擔著處理信息的功能，由信息輸入、處理、輸出3個模塊構成。

信息輸入模塊把信息經過通信系統傳給信息交換平臺。信息有車輛信息、設備信息、違章信息、交通事故信息、駕駛員信息、交通事件信息等和非公安部門的其他信息。

信息處理指信息經過多種處理后有一部分備份到數據庫里，一部分發布出來，一部分形成執行命令，一部分通過深層加工的信息和地理信息、數據庫專家意見一起為交通決策做準備。

信息輸出將實時信息通過可變信息板或查詢系統傳遞給使用者，生成命令作用到外場設備，像交通信號燈和攝像頭；深加工的信息送給指揮中心統一管理；將信息傳送給非公安部門的數據交換平臺使用；將違章信息傳給指揮中心統一管理；將地理信息用來完善GIS系統。

智能交通系統的4個模塊在系統中的功能不同。采集交通流、監控車輛和控制交通信號燈是監控與控制模塊的功能。老百姓報警用，主要指接警系統由緊急事件管理模塊的功能。警務執法、管理和辦公由交通管理模塊支持。向外部發布信息是交通信息模塊的功能。

1.3 智能交通系統功能

智能交通系統可以獲取實時的準確道路信息，提供有效信息用于交通預警、應急指揮和交通決策，方便市民出行。交通信息的發布可以優化交通系統運行。交通信息交換可以把采集的信息進行有效整合，可以實現信息共享。通過監測城市路口的突發交通狀況，快速決策響應從而緩解擁堵現象，排除安全隱患。采集交通信息預測交通事故的發生從而采取措施預防；在事故發生以后及時疏導交通，把事故的影響降到最低。采用網絡、智能控制等智能化手段控制交通信號燈，對交通信號燈實現實時協調。

通過綜合服務平臺和私人出行線路的定制，把綠色交通的概念和交通管理結合，使人們的生活和工作的城市智能綠色并且適宜居住。我們可以通過綜合服務平臺為居民提供實時交通信息，無論自行車或者電動車租賃，還是汽車維修等信息都可以查到。如果去一個陌生的地方不知道怎么去，我們可以找平臺。在網上或者手機App都可以查看信息，系統提供多條路線供選擇，根據需要提供擁堵信息，規劃出行的最佳路線。需要去休閑娛樂的地方，提供平臺可以實時查看視頻，從而避開高峰，錯峰出游。

2 基于PLC的交通信號燈的控制

緩解道路擁堵，在硬件和控制策略上都經歷了很大的發展。交通信號燈一般在十字路口，它是道路的交匯處，也是在交通擁堵時交通擁堵比較嚴重的地方，而交通信號燈在十字路口的功能是指揮車輛和行人有秩序的通過路口，因此，交通信號燈的設置合理有否關系到車輛是否延誤時間、出行舒適度是否良好、交通擁堵是否得以緩解、行人的生命安全是否得到保障。

以前我們用的交通信號燈的控制是根據預先設置的時間分配方案去工作，不能滿足現在交通狀況的需要。我們可以采用自適應的交通信號控制系統按照行人和車輛的變化情況及時調整交通信號燈的時間分配，這樣就可以提高十字路口的可通行性，提高交通通行率。

智能交通系統運用先進的科技最大限度地用在交通運輸、服務控制中，通過實時路況信息、綜合服務平臺和私人定制出行路線等方式，將綠色交通的理念與交通管理相結合。在智能交通系統ITS的組成中交通信號燈是交通疏導最常見和有效的方式。交通信號燈采用PLC控制抗干擾能力強、可靠性好、性價比高、編程方便可以適應環境變化。智能交通系統的控制核心是PLC。

2.1 基于PLC的硬件設計

PLC控制路口交通信號燈的工作情況，控制路口放行的情況，它的功能主要是：接收車流量的統計數據，對數據進行計算得出不同方向車輛的放行時間，對交通信號燈發出信號從而判斷每一個交通信號燈的狀態。如果交通信號燈出現故障發出報警信號，與上位機進行通信傳遞數據，進而對整個交通系統進行監控。

十字路口東西南北4個方向均設有紅、黃、綠信號燈，交通信號燈啟動時，6只燈依一定的時序循環往復工作，如圖1所示。出現故障需要維修時，按下停止按鈕。交通信號燈的工作情況如下：按下啟動按鈕，東西兩個方向綠燈亮t1s，閃爍t2s，然后黃燈亮t3s，與此同時南北兩個方向的紅燈亮t4s。東西兩個方向的黃燈滅后，紅燈亮t5s，南北兩個方向的綠燈亮t6s，閃爍t7s，黃燈亮t8s，就這樣周而復始。

圖1 交通信號燈展示

我們采用s7-200PLC編寫程序時，先對輸入和輸出地址進行分配，輸入輸出信號要與硬件的輸入輸出口一一對應。PLC系統I/O分配是將PLC的輸入和輸出信號進行地址的分配根據控制要求東西方向和南北方向兩組交通信號燈的顯示情況是相同的，同亮或者同滅。一樣顏色的燈共用一個輸出接口，不同方向各3種顏色的燈，東西向和南北向共用一個輸出。這樣輸出只需要6個接口。對I/O地址進行分配：啟動按鈕I0.0,南北方向紅燈Q0.0，南北方向黃燈Q0.1，南北方向綠燈Q0.2,東西方向紅燈Q0.3，東西方向黃燈Q0.4，東西方向綠燈Q0.5。

2.2 基于PLC的軟件設計

交通信號燈的流程圖，如圖2所示。

圖2 交通信號燈流程

3 結束語

通過基于PLC的智能交通系統的設計，實現了根據交通情況對交通信號燈的按需設計，克服了以往人工指揮交通費時費力的困難，可靠性和效率得到了提高。我們通過順序功能圖設計的交通信號燈的方法，結合人流和車流的情況調節交通信號燈的亮滅時間，從而使交通信號控制系統得到了優化，可以有效緩解交通擁堵，實現交通系統的最優化，很大程度上減少人流和車流的滯留，優化交通利用率。