研究時效性信號燈應對氣象變化

劉雨豪 何智超 鐘昌航

【摘? 要】時效性新型信號燈是在我們當前所使用的傳統交通信號燈的基礎上，結合實際交通所出現的問題，設計出的新型時效性信號燈，可以用于提高道路交通通行能力和道路空間利用率，改善并解決道路交通擁堵和因天氣變化所導致的會威脅到公民人身安全等問題。

【關鍵詞】新型信號燈;氣象變化;交通安全

引言

信號燈根據氣象變化而變化。

如今，人們的生活條件越來越富裕，相當一部分人已經奔小康，私家車出行的現象更為普遍。對于擁有近14億人口的中國來說，私家車日益增多無疑給我們的道路增加了更多的交通負擔，交通問題層出不窮。道路交通與人們的生活息息相關，對社會經濟的發展也有著特殊的意義。事物的外觀總是相對的。暢通的交通給人們的日常生活帶來了便利。相反，堵車不僅會增加人們煩躁的生活體驗和交通事故，還會威脅到人們的生命安全。

為了減少交通事故，保障人們的安全出行，減少人員傷亡，提高道路的服務水平，為人們提供良好的出行體驗，新型時效性信號燈的應用能夠起到關鍵作用，新型時效性信號燈能夠根據氣象的變化而變化，其控制交通的作用不會受到氣象的影響，不管在什么樣的天氣狀況下都能夠正常的運行，發揮其智能作用。同時新型信號燈還具有時效性、快捷性，交叉口是交通問題的主要場所，尤其是一些由城市道路主輔路組成的交叉口。橫向和縱向的交通流是完全不同的。在交通高峰期，舊的交通信號燈容易造成主路“空”的現象，輔路沒有通行。因此，很容易闖紅燈等交通違法行為。因此，信號燈自動指揮系統已成為維護交通安全的重要措施。一方面，使用新的信號燈可以有序管理交通，改善交通擁堵，增加交通流量，提高道路通行能力和道路利用率，減少交通事故，保護市民生命安全;另一方面，減少車輛等待時間，改善道路環境，在適當的地方考慮駕駛員情緒，減少焦慮，讓駕駛者的身體盡可能快樂地享受陽光生活。

1.新型信號燈的主要作用

在目前使用的傳統交通信號燈的基礎上，結合實際交通問題、傳感器和云計算的分析論證，設計了新型時效交通信號燈。它能根據傳感器實時接收到的當前交通流信息，智能地改變信號周期和相位時間分配比例。時效性新型信號燈的突出優點在于，它能在很大程度上提高道路通行能力和道路空間利用率，改善道路交通擁堵和“空”的問題，提高交通流量和服務水平，保障市民的出行安全。

2.研究時效性新型信號燈需要解決的主要問題

2.1天氣類型及相關適應材料

（1）交通信號燈在很大程度上保證了交通道路有序過程的安全，但在使用過程中，一些特殊的路況會影響信號燈的正常工作甚至損壞，如霧霾、沙塵、雨雪、酸雨、高溫等。在這類問題中，應根據實際材料應用情況，選擇相應的信號燈總成零部件和設計功能。材料的使用反映了近幾年來，PC是最經濟的材料，可以作為信號燈的整體外殼。這種新型信號燈的關鍵目標是應對能見度低（濃霧、大霧）的天氣條件，所以原來PC材質涂上油基漆和樹脂基漆，或者使用無機富鋅漆，都有同樣的效果。既方便又便宜。（2）信號燈內部電源狀態解決方案：為保證能源供應的需要，增加太陽能電池和柵極電池，利用空閑天氣，為使用時的天氣做好準備。

2.2采用人工智能與之相對應的功能設計時效性信號燈

今天，隨著科學技術的發展，由于天氣的特點不時更新，我們可以通過光纜網絡覆蓋的方式來確定這一地區的天氣走向，也可以通過人工智能來達到天氣探測和作用于信號燈的目的。在可見光范圍內，可及時調整光源，由弱光變為強光，光線通過漫反射發出，使安全道路區域的駕駛員提前調整車輛安全，避免未知危險。對于人工智能在交通信號燈中的應用，在現場操作方面，改變了原有信號燈單一指示燈的概念，并在原有的設計方向上對不同的環境做出響應，從而達到多重安全的目的。

3.時效性新型信號燈設計理念

眾所周知，交通信號燈在道路中起著不可替代的作用，對道路交通的有序運行至關重要。為了加快交通科技發展的步伐，充分利用傳感器的特性和優越的應用前景，可以設計一種新型的具有時效性的信號燈。它主要是結合計算機專業編程知識和大數據云計算的數據處理功能，收集相關信息并對城市道路的實際交通狀況進行調查分析，設計一個全新的、更全面的交通運行系統，提高道路通行能力和服務水平，維護城市道路安全交通安全。所謂適時性新信號燈，不是將兩個交通信號燈系統以固定的時間排列比例放置在交叉口方向上，但基于該裝置的設計不僅可以實現信號燈的顏色交替功能，而且可以實現不同時段的道路，根據道路各方向現有交通流量與限制車道之間的關系，根據道路通行能力，智能化改造道路信號燈的綠信比，實時減少“空車”問題，合理引導交叉口方向的交通流，維護交通秩序，提高通行效率最大限度地實現每個交叉口的最佳通行能力。具體來說，首先可以在測試點交叉點附近的一定范圍內安裝合適的性價比合適的微傳感器節點，獲取大量的相關數據信息。對于獲得的信息，傳感器可以對重要信息進行過濾和篩選。利用電力通信技術，可以將停車位、車速、交通流量等有用信息實時傳輸到控制中心系統。控制中心系統接收信號信息，并將相關數據存儲到自己的控制云中，以備不時之需。中央計算機通過對信息的分析和篩選，選擇當前道路上最合適的信號燈時間分布，并傳送給信號燈控制系統，接受并執行命令。

4.時效性新型信號燈的技術優化

采用改進的人工群優化算法對小波神經網絡的速度預測模型進行優化。該模型引入差分進化算法，通過遺傳算法中的變異算子和選擇算子、交叉算子和變異算子對人工群體算法進行優化。在進化過程中，算子可以根據種群適應值的變化取不同的值。以清泉路為例，將車速、流量和氣象因素作為預測模型的輸入參數，采用改進的預測模型對車速進行預測。將預測結果與小波神經網絡模型和人工群優化的小波神經網絡模型進行了比較。結果表明，改進后的模型優于傳統模型。最后，建立了基于速度協調性、速度連續性、速度離散性和氣象條件的霧天公路安全評價體系，并將該模型和綜合評價模型應用于霧天公路安全評價。根據預測車速對霧天試驗路段進行安全性評價，并將預測評價結果與實測評價結果進行比較，得出該路段安全性預測的準確性。全國各交通路段都設置了新的紅綠燈，根據后來人工智能反饋的數據，可以看出交通狀況有了明顯改善，交通擁堵狀況得到了很大改善，危險概率也降低了。

5.結語

本次設想是基于老師在課堂上傳授的理論知識，以及日常出行遇到的道路交通狀況，初步的大膽設想;設計是在實地踏勘、搜集資料、掌握基本的程序設計技能的前提下進行。 這套系統的真正實施還需要和IT 技術界的相關人員探討、協商、合作，制定出相應的可實施性計劃，具體實施方案仍需要根據試驗段實際出現的問題，不斷更新改進。如果可以通過我們的努力，可以讓交通事故少發生、不發生，可以讓我們及時監測出這些難以預測的天氣，及時的播報給司機朋友們、交管部門和氣象部門，以此減少危險的發生概率。希望我們的創新研究可以引起社會的注意，交通是我國經濟，民生的重要依靠，還有很多我們沒有發現的隱患就存在于交通道路上，希望我們對交通能夠做出快而有效的改變。

參考文獻

[1]黃柱，蔡延光，陳東.基于大數據的交通信號燈協調控制系統設計與實現[J].工業控制計算機，2017，30（5）.

[2]張曉燕.青島海警中的媒介景象：旗幟、燈塔和觀象臺[J].新聞研究導刊，2017，8（5）：61-62.

[3]梁麗英.智能交通信號燈控制中云控制器的應用研究論述[J].科技展望，2016（6）.

[4]智景安.城市交通擁堵治理實踐[M].北京：人民交通出版社，2013.

作者簡介：劉雨豪（1999-），男，漢族，河南新鄉人，學生，本科生在讀，研究方向為工程管理。

何智超（2000-），男，漢族，山東淄博人，學生，本科生在讀，研究方向為工程管理。

鐘昌航（1999-）男，漢族，廣西玉林人，學生，本科生在讀，研究方向為工程管理。

山東工商學院? ? 山東煙臺? ? 264005