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智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計分析:城鎮(zhèn)智能交通信號的控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：智能交通信號控制系統(tǒng)可以提高城市交通狀況和整體管理水平，該文研究了城鎮(zhèn)交通智能交通信號控制系統(tǒng)建設(shè)，以臺州玉環(huán)智能交通信號控制系統(tǒng)建設(shè)為例，闡述了該系統(tǒng)的主要特點、總體結(jié)構(gòu)、運行模式、智能控制機制等。

關(guān)鍵詞：智能交通；交通信號控制；控制機制

1引言

交通對城市的發(fā)展具有重要作用，交通信號控制系統(tǒng)是解決城市交通問題的關(guān)鍵，如何建立基于現(xiàn)代電子信息技術(shù)面向交通運輸?shù)闹悄芑芾硐到y(tǒng)，是縮短城市道路交通延誤、降低交通事故、減少環(huán)境污染和燃油消耗的有效手段之一。要進行一體化的交通綜合管理，交通信號控制系統(tǒng)正是實現(xiàn)城市交通智能化管理與控制的重要組成部分。隨著城市機動車出行率的大幅度提高，形成復(fù)雜多變的交通環(huán)境，這對交通信號控制的適應(yīng)性、智能化提出了更高的要求。本文結(jié)合臺州玉環(huán)交通樞紐工程智能交通管理系統(tǒng)的建設(shè)實踐，系統(tǒng)探討了智能交通信號控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。

2系統(tǒng)概述

不同于其他智能交通系統(tǒng)常用的預(yù)先設(shè)定固定時間交通控制方案，本文提出的交通信號控制系統(tǒng)采用有效自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)算法包括交通自適應(yīng)控制算法、感應(yīng)控制算法、行人二次過街算法等。自適應(yīng)控制算法能夠根據(jù)車輛檢測器收集的信息，比如車流量、時間占有率和車輛速度，實時調(diào)整路口信號機信號配時參數(shù)，即周期、相位差和綠信比。即交通自適應(yīng)控制算法是基于路口信號機的實際的控制參數(shù)做小而頻繁的優(yōu)化，形成適合于實際交通狀況的控制方案，以滿足路通控制的需求。系統(tǒng)主要特點表現(xiàn)為：先進性、成熟性、實用性、可靠性、兼容性。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

交通信號控制系統(tǒng)共分為三級：中心控制、區(qū)域控制、路口控制。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。1)中心控制要完成交通信號控制中心系統(tǒng)內(nèi)的通信，完成對交通數(shù)據(jù)的采集和優(yōu)化計算。實現(xiàn)中心控制與綜合管理軟件的通信，接收及執(zhí)行管理軟件的管理和控制指令，同時向管理軟件發(fā)送相關(guān)交通狀況信息。交通控制系統(tǒng)的操作人員與本系統(tǒng)的交互接口。存儲交通控制系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的安全可靠。2)區(qū)域控制負責(zé)控制子區(qū)范圍內(nèi)各路通流量采集、實時狀態(tài)采集、統(tǒng)計查詢?nèi)蝿?wù)、信號機事件采集、交通數(shù)據(jù)預(yù)測任務(wù)、控制子區(qū)系統(tǒng)優(yōu)化、信號機自動對時。正常情況下，信號系統(tǒng)由中心進行交通優(yōu)化控制。當(dāng)控制中心與區(qū)域控制之間的通信鏈路發(fā)生故障時，相應(yīng)的區(qū)域控制機將取代中心對本轄區(qū)內(nèi)的信號機進行優(yōu)化控制，避免通信故障引起全系統(tǒng)范圍的優(yōu)化降級。3)路口控制主要包括信號機、車輛檢測設(shè)備（線圈檢測器等）等。路通信號機及檢測器采集路口各檢測器提供的實時交通數(shù)據(jù)并加以初步分析整理，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到上層控制機，用以調(diào)整配時方案；接收上層控制機的指令，控制本路口各個信號燈的燈色變換；在實施自適應(yīng)控制時，根據(jù)本路口的交通需求，自主地控制各入口信號燈的燈色變換。信號機與信號控制系統(tǒng)采用國標通信協(xié)議。控制中心內(nèi)部的所有機器以局域網(wǎng)形式相連，采用的協(xié)議為TCP/IP。中心控制機安裝中心控制服務(wù)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)、優(yōu)化和預(yù)測服務(wù)、遠程通訊服務(wù)、平臺接口服務(wù)。并可選安裝GPS接口服務(wù)、CCTV接口服務(wù)、交通誘導(dǎo)接口。實現(xiàn)整個信號系統(tǒng)的通訊、實時數(shù)據(jù)處理、監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)存儲。

4區(qū)域控制機制

1)系統(tǒng)軟件具備對燈控路口進行子區(qū)劃分的功能，交通應(yīng)用軟件能控制800個子區(qū)，每個子區(qū)5～10個路口，每個子區(qū)都有數(shù)字編碼。子區(qū)劃分的原則：相鄰路口之間距離較近（一般在500米以下）；交叉口的小時流量規(guī)模相近；路口的飽和度相近；路口的交通狀況類似；路段中間分支較少且不存在交通源。2)系統(tǒng)能夠按照定周期方案運行，定周期方案包括下列內(nèi)容：子區(qū)數(shù)；路口編號；定周期方案數(shù)；周期時長s；綠信比數(shù)值；相位差；最大綠燈時間；最小綠燈時間；間隔時間；除了上述內(nèi)容外，系統(tǒng)的定周期方案還包括：相位參數(shù)；相位相序；通道表，即相位與信號燈組的對應(yīng)關(guān)系表；時段表，每天不同時段執(zhí)行不同的控制方案；方案調(diào)度表，一年中每天執(zhí)行不同的時段方案。3)信號機與控制中心通信正常的情況下，系統(tǒng)能夠通過客戶端修改控制參數(shù)，并更新數(shù)據(jù)庫中定周期方案，包括正在運行的方案的周期長度，綠信比和相位差。這種方案的更新和修改不影響路口信號機的運行。4)系統(tǒng)控制的每個路口的定周期方案為108個，能夠通過調(diào)度表和人工選擇調(diào)用，實現(xiàn)路口的合理控制。系統(tǒng)控制的每個路口定周期方案的輸入都是獨立的，相互不干擾，這樣有利于用戶為每個路口的設(shè)置不同的周期長度、綠信比和相位差。

5自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制機制

1)系統(tǒng)為自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)算法包括交通自適應(yīng)控制算法、感應(yīng)控制算法、行人二次過街算法等。自適應(yīng)控制算法能夠根據(jù)車輛檢測器收集的信息，比如車流量、時間占有率和車輛速度，實時調(diào)整路口信號機信號配時參數(shù)，即周期、相位差和綠信比。即交通自適應(yīng)控制算法是基于路口信號機的實際的控制參數(shù)做小而頻繁的優(yōu)化，形成適合于實際交通狀況的控制方案，以滿足路通控制的需求。2)最大限度提高交通信號網(wǎng)絡(luò)的效率，并將配時方案的維護工作減少到最少。系統(tǒng)采用的是自適應(yīng)交通信號控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的自適應(yīng)控制算法說明如下：系統(tǒng)軟件的算法是：根據(jù)區(qū)域?qū)崟r檢測的交通信息：包括交通流量（PCU）、車輛時間占有率、車輛速度（m/s）等，利用交通信號控制優(yōu)化模型：周期時長優(yōu)化模型、綠信比優(yōu)化模型和相位差優(yōu)化模型，以減少車輛延誤、停車次數(shù)為目標，對交通信號控制三元素：周期時長、綠信比和相位差進行優(yōu)化，從而得到區(qū)域優(yōu)化控制方案。3)系統(tǒng)的算法是實時自適應(yīng)控制算法，根據(jù)路口的交通信息實時調(diào)整控制區(qū)域內(nèi)信號機的控制方案。系統(tǒng)不是一種方案選擇式的控制系統(tǒng)，方案選擇系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前檢測的交通信息與預(yù)先設(shè)定的方案進行匹配，選擇設(shè)定的配時方案。4)系統(tǒng)的算法能夠臺州玉環(huán)街道網(wǎng)絡(luò)地理特點，合理的劃分子區(qū)，最大成都的實現(xiàn)整個區(qū)域的自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制，以實現(xiàn)均衡區(qū)域交通流，減少停車次數(shù)、車輛延誤及環(huán)境污，系統(tǒng)子區(qū)劃分的原則為：相鄰路口之間距離較近；交叉口的小時流量規(guī)模類似；路口的交通狀況相似；路口的飽和度接近；路段中間分支較少。

6交通信號控制的運行模式

系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制外，還能實現(xiàn)區(qū)域控制、線協(xié)調(diào)控制和單點控制等等。利用各種新技術(shù)，為交通管理者的使用和決策提供更多、更靈活的手段。系統(tǒng)可以在以下的模式下運行：聯(lián)機模式是完全自適應(yīng)控制，實現(xiàn)完全實時的交通響應(yīng)運行；系統(tǒng)也可以獨立模式運行，此時可做車感控制或定時控制；當(dāng)出現(xiàn)通信中斷等故障時，系統(tǒng)能夠降級為無電纜線協(xié)調(diào)控制方式或進一步降級為單點優(yōu)化控制、單點全感應(yīng)控制方式、單點半感應(yīng)控制方式、多時段定時控制、黃閃控制和關(guān)燈控制。

7結(jié)束語

城鎮(zhèn)交通信號控制統(tǒng)是智能交通領(lǐng)域的一項重要研究內(nèi)容，它可以與其他智能交通系統(tǒng)有機結(jié)合，實現(xiàn)城市交通的數(shù)字化、信息化、智能化管理。本文提出基于自適應(yīng)控制算法的交通信號控制系統(tǒng)，可以有效應(yīng)對臺州玉環(huán)交通的實時變化，提高交通流動的控制效率。

作者：葉婉秋 單位：臺州科技職業(yè)學(xué)院

智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計分析:智能交通信號控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究

摘 要：隨著現(xiàn)代社會對交通運輸?shù)娜遮呉蕾嚕煌ㄏ到y(tǒng)的控制逐漸被人們所重視。建立智能的交通信控制系統(tǒng)不僅可以降低城市道路交通延誤及交通事故發(fā)生的概率，還可以減少環(huán)境污染。基于此，本文主要對我國城市道路交通控制系統(tǒng)現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢進行了分析，并探討了信號機硬件和軟件設(shè)計的思路。

關(guān)鍵詞：智能交通；信號控制系統(tǒng)；設(shè)計

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，交通擁擠問題越來越嚴重。近年來，各種交通事故頻發(fā)，與此同時，車輛排放的大量尾氣對環(huán)境也造成了嚴重的污染。因此，建立智能交通信號控制系統(tǒng)是十分有必要的。智能交通信號控制系統(tǒng)是將先進的信息技術(shù)、自動控制技術(shù)以及通信技術(shù)等有效集成構(gòu)造的地面運輸管理系統(tǒng)。它不僅可以增加道路網(wǎng)絡(luò)的通行能力，還可以減少能源的消耗。

一、我國城市道路交通控制系統(tǒng)現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢

（一）我國城市道路交通控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

我國的城市交通控制系統(tǒng)起步較晚，在七十年代后期北京市開始采用DJS―130型計算機進行了干道協(xié)調(diào)控制的研究。八十年代以來，城市道路交通問題越來越嚴重。國家一方面進行以改善城市市中心交通為核心的UTSM技術(shù)研究；另一方面采取引進與開發(fā)相結(jié)合的方針，建立了一些城市道路交通控制系統(tǒng)。如：北京引進了SCOOT系統(tǒng)，上海引進了SCAT系統(tǒng)，深圳市引進了日本的控制系統(tǒng)。在國家計委、國家科委的批準下，交通部、公安部、南京市完成了“七五”攻關(guān)項目，建成了南京城市交通控制系統(tǒng)。

（二）我國城市道路交通控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

綜合考慮我國城市道路交通的實際情況，并結(jié)合國內(nèi)外先進的城市道路交通控制系統(tǒng)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果的使用情況，我國的城市道路交通控制系統(tǒng)的發(fā)展將會逐漸趨于多模式化、智能化以及規(guī)整化的方向發(fā)展。多模式化主要體現(xiàn)在：為了使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與交通流的區(qū)域變化相適應(yīng)，在控制范圍內(nèi)的各個區(qū)域采用可靈活轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；為了有針對性的進行系統(tǒng)優(yōu)化，對路口能力最大、總延誤最小以及排隊長度最短的目標進行篩選和組合，進而確定不同的系統(tǒng)目標；智能化主要體現(xiàn)在：在傳統(tǒng)的可變情報板以及信息廣播的基礎(chǔ)上，在城市中建立集中式GPS誘導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)與控制系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，并與智能車輛公路系統(tǒng)相銜接；規(guī)整化主要體現(xiàn)在：對于任何一個控制系統(tǒng)來說，其都是立足于一定的道路與交通條件下的，所以在建立城市道路交通控制系統(tǒng)前，要根據(jù)道路的實際情況以及交通流的狀況，制定道路使用方法和交通流疏導(dǎo)方案，并制定出相應(yīng)的交通規(guī)則，使道路與交通更為規(guī)整。

二、信號機硬件設(shè)計

國內(nèi)信號機主要分為兩類：一類是采用8/16位單片機作為處理器，它的特點是功能簡單、方案單一。此外，這類信號機主要采用RS232或RS485通訊方式，不易實現(xiàn)對區(qū)域交通的協(xié)調(diào)控制，無法滿足現(xiàn)代化交通控制的要求；另一類是基于工控機或PC104，它的優(yōu)勢是功能強大。但是，由于工控機和PC104都是按通用計算機標準進行設(shè)計的，而不是專門針對信號機應(yīng)用設(shè)計的，從而導(dǎo)致硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。另外，傳統(tǒng)的RS232/485通信方式對于遠距離、大信息量的信號機聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)無法適應(yīng)，而S3C44B0X又缺少集成網(wǎng)絡(luò)控制器，故選用NE2000兼容的以太網(wǎng)控制器芯片RTL8019對以太網(wǎng)進行擴展，以太網(wǎng)模塊如圖1所示。此外，信號機需要存放操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序和應(yīng)用程序等數(shù)據(jù)，再加上系統(tǒng)啟動后操作系統(tǒng)和程序運行需要更大的空間，因此應(yīng)設(shè)計外存儲單元，以實現(xiàn)存儲空間的擴展，存儲器模塊包括8MB的SDRAM、2MB的NorFlash和16MB的NandFlash。

三、信號機軟件設(shè)計

目前，現(xiàn)代智能信號機需要同時執(zhí)行信號燈控制、通訊和車流量檢測等多個任務(wù)，而在執(zhí)行多個任務(wù)的同時會帶來效率低下、程序結(jié)構(gòu)混亂以及功能受限等問題，從而影響系統(tǒng)的正常運行。為了解決這些問題，就需要引入嵌入式操作系統(tǒng)，以支持多種文件系統(tǒng)、模塊化設(shè)計和基于計算機網(wǎng)絡(luò)的通信。嵌入式操作系統(tǒng)采用的是一種平板式的內(nèi)存模型，去除了對MMU的依賴，改變了用戶程序的加載方式，開發(fā)了運行于嵌入式操作系統(tǒng)的函數(shù)庫。嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核可以完成內(nèi)存管理、進程管理、設(shè)備控制、文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)等功能，該系統(tǒng)的內(nèi)核采用的是模塊化設(shè)計，且許多功能模塊可以獨立地添加和卸載，當(dāng)對內(nèi)核進行重新編譯時，會選擇嵌入式設(shè)備所需要的功能模塊，而對多余的功能模塊會進行刪除。通過重新配置內(nèi)核，可以減小系統(tǒng)運行所需要的內(nèi)核，縮減資源使用量，從而顯著減少系統(tǒng)運行所需的硬件資源。

四、結(jié)語

總的來說，在交通問題日趨嚴重的今天，智能交通信號控制系統(tǒng)的建立是十分有必要的，它對于緩解交通壓力、降低能源消耗以及保護環(huán)境具有十分重要的意義。

智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計分析:智能交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：為解決日益嚴重的城市交通擁堵問題，本文提出一種基于實時交通流量反饋調(diào)節(jié)的智能信號燈控制系統(tǒng)。系統(tǒng)實時監(jiān)測城市交通網(wǎng)絡(luò)各個路口的交通流量，并兼顧整體與局部作出決策，最后調(diào)控決策作用于交通網(wǎng)絡(luò)各路口流量，形成調(diào)節(jié)反饋的閉環(huán)控制。與傳統(tǒng)的定時控制方法相比，具有經(jīng)濟迅速的特點，能有效增強城市交通通行能力。

關(guān)鍵詞：智能交通；信號燈；分布式計算

利用信息技術(shù)，通信技術(shù)和控制技術(shù)等高新技術(shù)開發(fā)的智能交通系統(tǒng)可以在現(xiàn)有通行條件下大幅度提高交通網(wǎng)絡(luò)的運行效率，是解決交通擁擠問題的最經(jīng)濟最有效的辦法。本文通過分布式信息采集系統(tǒng)檢測道路流量，中央處理系統(tǒng)分析決策，分布式信號燈控制系統(tǒng)做出反饋，信號燈控制路口通行，直接控制道路流量，如此形成智能交通系統(tǒng)閉環(huán)。

一、系統(tǒng)方案設(shè)計

本文提出的智能交通信號燈控制系統(tǒng)如圖所示，系統(tǒng)主要分為三部分：其一是分布式信息采集系統(tǒng)，負責(zé)為系統(tǒng)提供輸入數(shù)據(jù)，相當(dāng)于系統(tǒng)的“眼睛”和“耳朵”。其二是分布式信號燈控制系統(tǒng)，負責(zé)輸出系統(tǒng)的決策信息，相當(dāng)于系統(tǒng)的“嘴巴”。其三也是最重要的是中央處理系統(tǒng)，是整個系統(tǒng)的“大腦”，要處理系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)的運行。

首先，在城市道路每個路口設(shè)立分布式信息采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于檢測每個路口的流向信息。目前，可行的方案是借助道路路口設(shè)立的圖像傳感器，使用基于計算機視覺的方法檢測該路口當(dāng)前方向車輛數(shù)目。這些原始信息經(jīng)過簡單處理后，傳輸至中央處理系統(tǒng)。

中央處理系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，負責(zé)對車流量信息進行分析，并作出控制決策。中央處理系統(tǒng)內(nèi)建城市交通網(wǎng)絡(luò)，即城市交通道路的拓撲信息，它記錄每個路通信號燈綠燈延遲信息等等重要信息。工作時，中央處理系統(tǒng)收到每個路口每個方向的車流量數(shù)據(jù)，然后綜合考慮全局，兼顧重點與局部，根據(jù)流量數(shù)據(jù)動態(tài)迭代計算，作出決策，即綠燈延遲等信息，并將決策發(fā)送至分布式信號燈控制系統(tǒng)。

分布式信號燈控制系統(tǒng)是控制城市道路上每個路口各個方向的信號燈的系統(tǒng)，系統(tǒng)包括信號燈以及嵌入式通訊設(shè)備，用以緩存信號燈延遲，接收中央處理系統(tǒng)控制信號并協(xié)調(diào)同步路口信號燈，受控制的信號燈作用于車流，從而控制城市道路車流量。

整個系統(tǒng)如此形成環(huán)路，通過“調(diào)節(jié)―反饋―調(diào)節(jié)”的方式，實時動態(tài)優(yōu)化控制城市交通流量。

二、分布式信息采集系統(tǒng)

分布式信息采集系統(tǒng)用于采集城市道路每個路口的交通流量。這是一個分布式的信息系統(tǒng)，系統(tǒng)節(jié)點分布在城市交通網(wǎng)的各個關(guān)鍵路口，它們協(xié)同工作，實時監(jiān)測交通流量，并將流量信息反饋給中央處理系統(tǒng)處理。

以一個十字路口的流量信息為例，分布式信息采集系統(tǒng)在此路口設(shè)有一個節(jié)點以采集交通流量信息。路通流量信息包涵單位時間內(nèi)，在N方向車道上前往W、S、E三個方向的通過的車輛數(shù)目，以及W、S、E三個方向前往其他方向的車輛數(shù)目，共計4組12維數(shù)據(jù)。

為準確獲得單位時間內(nèi)車輛通過數(shù)，系統(tǒng)設(shè)計在N、W、S、E四個路口分別設(shè)立圖像傳感器，通過預(yù)先訓(xùn)練的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法識別車輛，統(tǒng)計各個方向單位時間通過車輛數(shù)目。然后，車流量數(shù)據(jù)經(jīng)過簡單處理壓縮，通過數(shù)據(jù)線路傳送至中央處理系統(tǒng)。

三、中央處理系統(tǒng)

中央處理系統(tǒng)負責(zé)接收分布式信息采集系統(tǒng)發(fā)送的城市道路所有路口的車流量信息并進行處理，結(jié)合內(nèi)建城市交通數(shù)據(jù)做出決策，最后發(fā)送控制指令到分布式信號燈控制系統(tǒng)。

中央處理系統(tǒng)內(nèi)建城市交通數(shù)據(jù)，以層次化方式把城市道路分為主干道路和次要道路。為實現(xiàn)交通流量的全局最優(yōu)，系統(tǒng)首先考慮主干道路。然而，交通狀況評價主要關(guān)注系統(tǒng)局部最壞情況，如一條道路交通擁堵，所以系統(tǒng)會迭代考慮由主干道路圍成的次要道路系統(tǒng)，做到局部次優(yōu)，同時可以設(shè)置權(quán)重以區(qū)分對待不同區(qū)域，例如確保城市中心區(qū)域交通狀況良好。中央處理系統(tǒng)的設(shè)計邏輯形成了由全局到局部分而治之的策略，從而達到對整個城市交通系統(tǒng)有條不紊的控制。

以北京城市交通道路為例，如示意圖所示，對路口A，以及路口相連接的AB、AC、AD、AE四條道路為一個主干，四周4塊區(qū)域為4個局部。系統(tǒng)首先考慮單位時間的A路口各個方向的車流量，然后根據(jù)路口相連道路的長度、寬度、車輛通行速度等指標計算道路飽和度。根據(jù)以下策略控制道路飽和度：

負載均衡原則，即調(diào)控相連道路，使其飽和度趨于一致。

最小最大負載原則，即調(diào)控道路，使其保持較低道路飽和度，并且道路飽和度在時間上趨于穩(wěn)定。

假設(shè)AC、AF為長安街，實際交通流量大，計算權(quán)重高，而相比AB、AD方向流量相對較小，權(quán)重較低。所以系統(tǒng)調(diào)控策略會在高峰時段增加AC、AF橫向通行的綠燈延時，而減少AB、AD方向縱向同行的延時。以A路口為例，其控制流程如下：

對當(dāng)前路口輸入數(shù)據(jù)，首先計算判斷路口A各個方向流量是否變化，如果模糊計算流量不變，則對該路口決策為保持。如果模糊計算流量變化，則檢查流量是否減小，如果減小則減短該方向綠燈的延時，以提高其他方向車輛通過率；如果流量增加則檢查是否超過道路承載力。如果合法則提高當(dāng)前方向綠燈延時，提高車輛通過率；如果不合法則發(fā)出警報，并維持當(dāng)前流量。最后根據(jù)流量結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，計算得到路口A綠燈延時。

為兼顧整體和局部，對A路口調(diào)控策略同時作用于相鄰B、C、D、E四個路口，同時上述四個路口調(diào)控策略作用于A路口調(diào)控策略：當(dāng)A路口流量超過道路承載能力時，B、C、D、E路口會調(diào)整延時減少流入A路口車流，以降低局部負荷；當(dāng)路口A增加某方向綠燈延時以提高路口通行能力時，路口A調(diào)整延時間接影響路口B、C、D、E路口延時，對路口A調(diào)整延時與其他路口疊加延時求和，以調(diào)整路口某方向道路整體通行能力。

中央處理系統(tǒng)能到“看到”城市交通狀態(tài)的全貌，并且“考慮”到全局的交通流量，通過分治策略與協(xié)同控制，作出兼顧全局與局部的決策，然后落實到路口各個方向的控制延時上，最后中央處理系統(tǒng)發(fā)送控制指令，調(diào)整交通網(wǎng)絡(luò)各個路口各個方向控制延時。

四、分布式信號燈控制系統(tǒng)

分布式信號燈控制系統(tǒng)是系統(tǒng)決策的執(zhí)行者，該系統(tǒng)負責(zé)接收中央處理系統(tǒng)的控制信號，并以信號燈延時的方式控制交通流量。

系統(tǒng)初始設(shè)有固定的信號燈延時，同時等待中央處理系統(tǒng)發(fā)出控制指令，根據(jù)指令調(diào)整信號延時。系統(tǒng)同時緩存該延時并持續(xù)執(zhí)行，直至中央處理系統(tǒng)再次發(fā)出調(diào)整延遲的控制信息。

分布式信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計相對簡潔，由于控制系統(tǒng)節(jié)點與信息采集系統(tǒng)節(jié)點高度重合，所以在計算與通訊硬件的實現(xiàn)上，可以復(fù)用同一套設(shè)備。同時，系統(tǒng)被動調(diào)整的實現(xiàn)策略可以保證即使中央控制系統(tǒng)離線，城市交通也不致癱瘓。

智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計分析:智能交通信號控制系統(tǒng)及相關(guān)問題研究分析

[摘 要]隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，越來越多的的家庭購買了汽車，致使交通越來越擁堵。這就需要交通部門的協(xié)調(diào)工作，需要交通智能信號系統(tǒng)的控制。本文從智能交通信號燈的控制方法、交通信號控制系統(tǒng)存在的問題、交通信號控制系統(tǒng)發(fā)展對策方面進行闡述，以便更好的為交通管理系統(tǒng)提供幫助，并解決一些相關(guān)問題。

[關(guān)鍵詞]智能；交通信號；控制系統(tǒng)；問題研究

我國現(xiàn)代化經(jīng)濟正在飛速發(fā)展 ，人們的生活水平都得到了很大的提高 ，汽車的家庭擁有率也有了顯著的提高，隨之而來的問題也就產(chǎn)生了：交通擁擠、出行難、交通事故頻發(fā)等。其主要原因就是我們每年建設(shè)的道路速度沒有汽車輛的增長速度快。我們要解決這個問題，就需要交通部門下大力度，從源頭上解決問題的。交通路口的智能化信號燈是解決交通擁擠的一個重要辦法，是交通部門研究的改革方案的新課題。

一、智能交通信號燈控制方法

交通信號燈是由紅、黃、綠三種顏色的信號燈組成的，交通信號燈被分為：機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、方向指示信號燈、車道信號燈等等。智能交通信號燈的控制方法可分為：定時控制、感應(yīng)控制、自適應(yīng)控制。

1.定時控制

定時控制方法就是在智能信號燈的設(shè)置時，提前設(shè)計好時間等一系列配時參數(shù)，再將控制參數(shù)用電腦系統(tǒng)輸入到智能交通信號機中，它就可以在無人操作的情況下，自己定時調(diào)控道路上的交通。定時控制的優(yōu)點是：方便，快捷、節(jié)省了人力。雖然，定時控制的優(yōu)點很多，但是它是沒有溫度的，不夠人性化。例如：在半夜時，各個路口車輛稀少，或是有些路口根本沒有車輛，但是定時控制依然會按照設(shè)定好的裝置來進行操作，缺少靈活性。

2 感應(yīng)控制

感應(yīng)控制的方法是將車輛檢測器安裝在交叉路口進道路口的上端，其目的是用它檢測到的信息來控制交通進展情況。

感應(yīng)控制能較好的適應(yīng)交通情況的變化，在交通狀況起伏比較大的交叉路口起到非常好的控制效果。但是它只是一個單方面控制，在一個交叉口得到控制，不能同時控制整個城市的交通，在交通流量增大的時候，它又會變成上面提到的定時控制。

3 自適應(yīng)控制

自適應(yīng)的控制方法是電子交通系統(tǒng)依據(jù)不同的交通變化，例如：車流量的多少，車輛的排隊長度等，來自行進行調(diào)節(jié)的控制方法。它和以上兩種方法相比，是當(dāng)前比較先進的、人性化的、完善的交通控制方法。它屬于全面的控制方法，無論交通流動情況如何的變化，都能達到比較好的交通管理效果。

二、智能交通信號控制系統(tǒng)存在的問題

交通信號控制系統(tǒng)絕大多數(shù)是采用了外國的系統(tǒng)技術(shù)，或是在外國系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上的進化版。因為我國的國情特殊，是人口大國，車輛眾多，所以，要設(shè)計屬于具有中國特色的，符合中國國情的智能交通信號控制系統(tǒng)。

1.信號指揮系統(tǒng)實施中的問題

由于我國的人口多、車輛多、道路多，導(dǎo)致了交通非常擁擠，事故頻繁發(fā)生，所以，從另一側(cè)面反映了我國交通指揮系統(tǒng)的落后，管理機制以及全民交通法規(guī)知識的普及問題還有待提高。只有交通指揮系統(tǒng)的完善，才能給人們的出行帶來方便和快捷。從而提高了人們的生活水平和生活質(zhì)量。促進社會各個方面的進步和更好的發(fā)展。

2.信號系統(tǒng)應(yīng)用中心的問題

我國的信號系統(tǒng)大部分地區(qū)還沒有得到更新和發(fā)展，還處在以往的、舊的、落后的模式之中，指揮系統(tǒng)也不夠完善，大部分城市的交通管理還是靠交警或者協(xié)警指揮，大量的浪費了人力、物力、財力，而且，效果還不是很好。系統(tǒng)的不完善導(dǎo)致了信息擴散的不廣、不全面，導(dǎo)致了交通擁堵不能在第一時間得到疏通。

交通信號系統(tǒng)的控制手段不夠多樣化，有些地方的電子設(shè)施沒有應(yīng)用到實際當(dāng)中。只在一些大中型城市得以實施，沒有得到全面的普及，不能達到預(yù)想的效果。

交通信號系統(tǒng)的判斷分析能力相對較差，沒有靈活性。提前設(shè)想的方案是目前我國的交通控制方法，在固定好的時間段里在各個路口設(shè)置控制系統(tǒng)，是模式化管理，缺乏應(yīng)對實際管理功能，不能更好地調(diào)節(jié)交通，疏導(dǎo)車輛，造成了不必要的交通事故。由于交通控制系統(tǒng)的時間是固定，在交通路口高峰期和閑暇期相差懸殊較大，導(dǎo)致車輛及行人得不到很好的調(diào)控，即耽誤時間，又影響個人情緒。

3.信號控制系統(tǒng)研究開發(fā)中的問題

中國對交通信號的控制研發(fā)起步相對較晚 ，技術(shù)比較落后，發(fā)展緩慢，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代的交通環(huán)境。所以研究先進的交通信號控制系統(tǒng)的任務(wù)是我們現(xiàn)在的重中之重，理論與實際相結(jié)合，把先進的系統(tǒng)應(yīng)用到實際中去，讓它更好的發(fā)揮作用。我國的生產(chǎn)率比較低，進口設(shè)備資金投入又比較大，研發(fā)出符合我國國情的交通設(shè)備是現(xiàn)在的首要任務(wù)。

三、交通信號控制系統(tǒng)研究分析

1.智能交通系統(tǒng)是由許多小系統(tǒng)組成的，它們分別管理著各個不同的方面。例如：道路的暢通，車輛的管理，畫面檢測，等等。在他們的相互配合下才能使交通順暢，避免交通事故的發(fā)生。擁有一個良好的交通環(huán)境，才能使一個國家經(jīng)濟順利發(fā)展。世界各國的學(xué)者專家正在把紅外線、溫度、半導(dǎo)體工藝等各種技術(shù)應(yīng)用到信號控制系統(tǒng)的研發(fā)中，應(yīng)對未來的交通管理。

就我國現(xiàn)有的發(fā)展?fàn)顩r分析，交通系統(tǒng)的當(dāng)務(wù)之急是自適應(yīng)控制的使用的發(fā)展，也就是交通信號燈的智能化控制系統(tǒng)在實際生活中的應(yīng)用。想要在技術(shù)上取得創(chuàng)新和進步，就要求我們在研究發(fā)明時，根據(jù)我國的國情為基礎(chǔ)，創(chuàng)建屬于中國特點的交通指揮系統(tǒng)。

2.視覺圖像信號控制系統(tǒng)的交通

在人們的思想意識之中，視覺圖像一直是醫(yī)療事業(yè)的專屬，其實不然，它的應(yīng)用是很廣泛的。視覺圖像在交通管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，將大大的促進交通管理系統(tǒng)的進步。有效的控制交通道路管理，大大減輕道路交通擁堵的現(xiàn)象。

視覺圖像信號燈的應(yīng)用，對道路交叉路口的監(jiān)管起到了很好的作用。提高了交警的指揮效率，及時、有效的對擁堵道路、車輛進行疏導(dǎo)，使工作了一天的司機能很快的得到交通疏通，緩解疲勞壓力。促進了交警與司機之間的感情，減少了很多不必要的麻煩。

視覺圖像信號燈控制系統(tǒng)還有測量汽車車速的功能，當(dāng)車輛通過信號控制系統(tǒng)時，其車速、車型、車牌會馬上被反饋到控制中心，如有違反交通秩序的可以被記錄下來，等待交警過后處理。

結(jié)束語

綜上所述，由于科技信息時展迅猛，光靠交警或是協(xié)警來指揮交通的時代已經(jīng)過去了，不能滿足現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢。因此，智能交通信號系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，能夠大大的提高交通管理系統(tǒng)，提高交通部門的工作效率，對交警開展工作有很大的幫助。雖然，現(xiàn)在我國的交通系統(tǒng)還沒有全方位的覆蓋于中國的每一條道路上，但是，也已經(jīng)得到了大面積的推廣和應(yīng)用。我們要相信，在不久的將來，我國的交通管理系統(tǒng)一定會得到改變和完善。為美好的生活提供更大的幫助。

智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計分析:城市交通樞紐智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：文章首先對智能交通信號控制系統(tǒng)的功能及應(yīng)用方式進行介紹，指出智能交通信號控制系統(tǒng)具有先進性、成熟性、實用性、可靠性、開放性及兼容性這六大獨特優(yōu)勢；其次又提出了交通樞紐區(qū)域交通信號控制的控制戰(zhàn)略，包括戰(zhàn)略控制、戰(zhàn)術(shù)控制以及戰(zhàn)略控制與戰(zhàn)術(shù)控制相結(jié)合。

關(guān)鍵詞：城市交通；交通樞紐；智能管理；交通信號；控制系統(tǒng)

隨著信息智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用的范圍領(lǐng)域正逐漸擴大。其中，交通智能化管理領(lǐng)域就是重要的應(yīng)用方式之一，應(yīng)用了智能化管理系統(tǒng)的交通運輸，能夠?qū)崿F(xiàn)一體化和綜合化管理。而實現(xiàn)這一管理模式的技術(shù)基礎(chǔ)，則是充分智能化的交通信號控制系統(tǒng)。由于目前我國城市化程度不斷提高，城市內(nèi)的機動車通行量和出行率始終處于上升趨勢，因而使交通需求變得越來越復(fù)雜，對交通信號控制能力提出了更高要求，必須具備足夠的智能化水平，才能保證交通運輸秩序的正常運行，維護交通運輸?shù)陌踩Ｒ虼耍仨毥Y(jié)合城市交通規(guī)劃的實際情況，設(shè)計出科學(xué)合理的交通信號控制系統(tǒng)。

1 智能交通信號控制系統(tǒng)概述

在我國經(jīng)濟得到了高速發(fā)展的今天，隨著我國城市化進程的加快，我國交通壓力越來越大，交通堵塞現(xiàn)象日益嚴重，解決城市交通問題已經(jīng)成了城市建設(shè)中首要任務(wù)。如何解決交通問題，已經(jīng)成為社會關(guān)注的焦點。交通信號在解決交通堵塞、規(guī)范交通秩序中起著積極作用。但傳統(tǒng)交通信號已經(jīng)無法完全滿足新時代交通情況，現(xiàn)代交通車流量遠遠大于從前，在經(jīng)濟水平不斷提高的今天，城市家庭幾乎家家都有車，而車輛數(shù)目的增多，改變了我國的交通狀況和交通發(fā)展，改革創(chuàng)新交通信號迫在眉睫。隨著時代的進步，科技的發(fā)展，信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、智能技術(shù)的高度普及，智能交通信號概念被提出。通過不斷實踐和改革，智能交通信號控制系統(tǒng)已初步成型，雖然暫時無法大規(guī)模推廣，但是智能交通信號系統(tǒng)也已經(jīng)給我國交通帶來了質(zhì)的改變。智能交通信號實現(xiàn)了智能監(jiān)控車流量，自動變化信號，智能指揮、規(guī)范交通，優(yōu)化交通狀況。下面通過兩點來分析智能交通信號系統(tǒng)的特點。

1.1 采用高新技術(shù)

智能交通信號系統(tǒng)離不開先進的計算機技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)及感應(yīng)技術(shù)，可以說智能交通信號是集各大高新技術(shù)于一身的強大智能系統(tǒng)，隨著未來交通情況的不斷變化，智能交通信號對技術(shù)的要求也會越來越高。

1.2 智能化

通過不斷的實踐和改革創(chuàng)新，智能交通系統(tǒng)越來越完善，現(xiàn)代交通信號智能系統(tǒng)所采用的技術(shù)、設(shè)備都能達到了城市交通所應(yīng)滿足的需求，不僅能夠有效完成信號控制工作，更加實現(xiàn)了根據(jù)交通實際情況及時間段進行自動變化和科學(xué)指揮交通，并且智能交通信號系統(tǒng)的車流量測試功能實現(xiàn)了對我國街道車流量的記錄，為我國交通改革提供了科學(xué)依據(jù)。

2 智能交通信號的系統(tǒng)設(shè)計

2.1 智能交通信號子系統(tǒng)

智能交通信號系統(tǒng)既復(fù)雜又系統(tǒng)，有多個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)來完成對交通的引導(dǎo)和規(guī)范，交通信號控制只是其中的一個組成部分。

想要構(gòu)建一個完整、可靠、科學(xué)的智能交通信號系統(tǒng)，就需要無數(shù)個子系統(tǒng)，這些信號子系統(tǒng)多分布在交通事故多發(fā)點及車流量較大路段。其中車流量計算子系統(tǒng)是智能交通信號的核心內(nèi)容，智能交通信號系統(tǒng)，通過對車流量的精確的監(jiān)測和計算，預(yù)判綠信號可變比率，使交通信號達到了一種動態(tài)控制。智能交通信號子系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵在于，一個區(qū)域內(nèi)路段要保持狀態(tài)一致，避免造成交通混亂及堵塞。不同區(qū)域路段可以根據(jù)實際情況，應(yīng)用不同的方案來設(shè)計智能交通信號子系統(tǒng)，確保交通信號子系統(tǒng)的實用性。為了使交通信號在同一路段保持高度一致，可將相鄰子系統(tǒng)互相連接，形成更大的整體系統(tǒng)，且內(nèi)部以統(tǒng)一的周期運轉(zhuǎn)。連接方案可以根據(jù)交通實際需求來判斷，可進行永久連接或暫時連接。

2.2 智能交通信號對飽和度的控制

為了使制定出的交通信號控制戰(zhàn)略方案更加科學(xué)，需事先將交通信號控制系統(tǒng)應(yīng)用于交通樞紐區(qū)域中心自適應(yīng)協(xié)調(diào)區(qū)域，從而對不同入口車道的飽和流量加以檢測并得到準確數(shù)據(jù)信息，智能交通信號系統(tǒng)必須進行科學(xué)的交通飽和度監(jiān)測，交通飽和度是規(guī)劃交通的重要依據(jù)。飽和度測試和控制系統(tǒng)，應(yīng)在交通主要線路設(shè)置，在這個檢測和控制的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中以戰(zhàn)略檢測器的形式存在，在綠燈時段范圍內(nèi)，戰(zhàn)略檢測器將對車流經(jīng)過時的交通流量及占有率數(shù)據(jù)信息進行采集并自動處理，最后將處理結(jié)果以數(shù)據(jù)表格的形式直觀呈現(xiàn)，通過表格交通“飽和度”一目了然。飽和度檢測和控制可利用實際的綠燈時間與綠燈時間比率進行計算。有效利用綠燈時間指的是飽和交通流情況下，恰好通過以最優(yōu)車間距運行的同等車流量所用的綠燈時間。

2.3 交通信號控制相位差

智能交通信號系統(tǒng)設(shè)計，可以規(guī)劃每個系統(tǒng)間控制規(guī)模，避免一個系統(tǒng)出現(xiàn)故障，給多路段交通造成嚴重影響，降低多方向相位差變化導(dǎo)致的相互作用力。智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)全面考慮，進行科學(xué)規(guī)劃和實現(xiàn)，其控制范圍，要根據(jù)交通實際情況，對不同流量進行不同規(guī)劃，避免造成資源浪費。但設(shè)計過程中不僅要考慮到控制相位差，更應(yīng)該估計到相互呼應(yīng)，如某路段出現(xiàn)故障，可通過其他路段啟動應(yīng)急線路，進行暫時性的交通引導(dǎo)，避免交通事故，系統(tǒng)相互運作正常時可斷開連接，避免造成干擾，實現(xiàn)真正的智能交通信號

系統(tǒng)。

3 智能交通信號控制策略

控制策略指的是在特定區(qū)域制定相關(guān)的信號控制策略，規(guī)劃智能交通信號，最大程度地適應(yīng)各個路通需求的變化。當(dāng)某一相位的綠燈時段需求位于平均需求的下限時，可對該相位進行早斷處理，如果沒有需求甚至可直接略過該相位，或引入條件相位來代替。控制器處理的參照標準是檢測器測得的交通數(shù)據(jù)決策，可以采用策略檢測器來擔(dān)負這項工作。控制策略主要針對的是控制器的運行問題，其在實施策略控制時所采取的技術(shù)與路口孤立運行時所采取的技術(shù)完全一致。策略控制實現(xiàn)的載體是區(qū)域計算機，因而能夠?qū)π盘栠\行的強度加以調(diào)整。當(dāng)然，策略控制與孤立控制在本質(zhì)上并非相同。策略控制無法應(yīng)用車間距計時器和損失時間計時器來提前終端或略過某個相位，這是因為處于同一連接上的控制器必須以相同周期的形式來運行，這樣才能達到最優(yōu)化的協(xié)調(diào)效果。另外，由于相位早斷或略過而節(jié)省的時間，也必須追加至本地控制器的下一個相位或主相位上，從而維持相同的周期時長。策略控制的作用在于控制綠信比、周期及相位差，對變化幅度不明顯的城市區(qū)域的交通流趨勢進行把握；而策略控制則適用于處理各路口不同周期中速度快但程度較小的變化。為了能夠制定出更加科學(xué)合理的交通控制戰(zhàn)略，應(yīng)力求將二者進行結(jié)合，從而構(gòu)建更為完善的、全方位的交通控制

系統(tǒng)。

4 結(jié)語

本文通過對城市交通樞紐智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計進行探究和分析，指出為了使交通運輸領(lǐng)域得到更快的發(fā)展，提高交通運輸?shù)陌踩院涂煽啃裕仨毞e極應(yīng)用智能化技術(shù)來實現(xiàn)智能交通信號，以此來改善我國目前的交通現(xiàn)狀，智能交通將成為未來交通的發(fā)展方向。本文從多方面對智能交通信號系統(tǒng)進行了分析和闡述，對其具備的優(yōu)勢加以分析，并對交通樞紐區(qū)域交通信號控制的控制戰(zhàn)略提出了一些看法，強調(diào)應(yīng)制定科學(xué)戰(zhàn)略來有效維護交通安全。